微纳米气泡与矿物颗粒的多相界面作用研究
发布时间：2021-08-08 07:39
浮选是工业上常用的低质煤提质改性工艺,主要是根据煤中可燃体与矿物质表面性质差异实现不同矿物有效分离的过程。然而,对于细粒煤,煤颗粒与浮选气泡间碰撞概率低是限制其高效浮选回收的决定性因素之一。针对这一问题,论文以不同疏水性细粒太西煤为研究对象,提出通过引入微纳米气泡（MNBs）强化细粒煤浮选过程的思路,在揭示不同条件下MNBs基本性质的基础上,深入研究MNBs与煤颗粒间相互作用行为,并初探基于MNBs强化的细粒煤颗粒聚团-浮选行为。论文首先实现了MNBs的制备与表征。通过溶氧测试和动态光散射（DLS）分析,初步揭示了不同水样溶氧量差异,探明不同条件下MNBs尺寸分布及表面电位的性质。研究结果表明,由气泡发生器制备的MNBs增加了水中溶氧量,其平均尺寸为200～700 nm。MNBs表面有很强的负电性,同时静置1 h后仍能检测到MNBs,与常规气泡相比稳定性较好。同时,仲辛醇浓度、静置时间、气泡发生器循环处理时间、外加充气量和p H都是影响MNBs基本性质的重要因素。通过FT-IR、接触角测试、DLS的研究手段,论文揭示了MNBs与细粒太西煤间相互作用行为。研究结果表明,太西煤的疏水性随着...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
乙醇-水交换前（a）和交换后（b）疏水化硅上的纳米气泡图[24]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-（2）水力空化法液体以高流速/低压强的状态经过管道某处，当液体压强小于饱和蒸汽压时，气泡不断膨胀并且体积变大；随着气泡的流动，当到达低流速/高压强时，气泡就会塌缩和爆裂，在短时间内（毫秒或微秒）释放出高能量，这种方法称为水力空化法。研究表明[26]，在气泡坍塌的瞬间，局部压力和温度分别可达到100~5000atm和1000~5000℃。水力空化原理可用伯努利方程来描述，如公式（1-1）所示。文丘里管是水力空化制备微纳米气泡最常用管道之一，由于是水平管道，公式（1-1）可化简为公式（1-2）。1+1212+1=2+1222+2(1-1)1+122=2+222(1-2)式中1、2——分别为管道两侧压强，Pa；1、2——分别为管内两侧液体流速，m/s；1、2——分别为管道两测高度，m。Terasaka等[27]将包含毫米气泡的液体从文丘里管流入，当两相流通过文丘里管喉部时，由于压力变化之快，产生了如图1-3所示的微纳米气泡。该方法能产生大量的体相微纳米气泡，已在工业上得到广泛推广和应用，如污水处理厂、选矿行业等。加拿大CPT利用水力空化系统对巴西几处磷矿矿场进行浮选测试，试验发现磷矿浮选回收率平均增加了2%~3%。Sobhy[4]和Tao[6]等人的研究也证实了水力空化产生的纳米气泡能够提高浮选回收率。图1-3文丘里管微气泡发生器[27]1.4.2微纳米气泡检测手段研究学者在2000年利用TM-AFM首次观察到纳米气泡[23]，但受到许多学者质疑，猜测污染物的引入可能导致AFM中的成像。经过二十年的发展，越来越多检测纳米气泡的手段出现，共同证实了纳米气泡的存在。AFM是最典型、使用范围最广的一种纳米气泡检测技术，能够得到纳米气泡的形貌[24]、尺寸[25]、
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-云母、长石、黄铜矿、钼矿等也有相关纳米气泡强化浮选的报道，但多停留在实验室研究状态。医学领域方面[47]，日本的松本实验室利用纳米气泡的爆裂来实现杀死癌细胞的目的。环境行业方面，微纳米气泡表面具有较强的吸附能力，因此常被用于工业废水治理，Feng等[48]利用微纳米气泡携带微生物，对污染物进行降解。此外，微纳米气泡还用于果蔬增氧灌溉、消毒保鲜，船舶提高航行速度、减少摩擦阻力等[47]。1.5微纳米气泡浮选的研究进展气泡与矿物颗粒间的相互作用过程十分复杂，目前在动力学层面关注的焦点之一就是浮选过程中气泡与矿物颗粒间的相互作用过程。1.5.1气泡与矿物颗粒间碰撞、黏附和分离模型泡沫浮选是利用不同矿物颗粒表面疏水性的差异对颗粒进行分离的一种方法，其中有效分离颗粒成功的关键是通过气泡有效捕获疏水性的颗粒，需要完成气泡与颗粒碰撞、黏附和分离的过程，如图1-4所示。自1948年以来[17]，首次以动力学的角度提出这三个模型：颗粒-气泡碰撞模型、颗粒-气泡黏附模型、颗粒-气泡分离模型。图1-4浮选过程中气泡与颗粒间碰撞、黏附、分离的示意图[7]（1）颗粒-气泡碰撞模型浮选的第一步是颗粒与气泡的碰撞过程，该过程的发生主要是由浮选环境的流体动力学决定的。研究表明[39]，颗粒与气泡的碰撞概率是影响浮选中细粒矿物颗粒回收的主要因素，碰撞概率越大，细粒矿物浮选理论效果越好，其回
【参考文献】：
期刊论文
[1]空化过程微纳米气泡性质及其对细粒矿物浮选的影响[J]. 廖世双,欧乐明,周伟光. 中国有色金属学报. 2019(07)
[2]纳米气泡在微细粒矿物浮选中的应用研究进展[J]. 刘安,韩峰,李志红,刘爱荣,樊民强. 矿产保护与利用. 2018(03)
[3]浮选起泡剂对气泡兼并行为的影响研究[J]. 邓丽君,李国胜,曹亦俊,王军超,冉进财. 中国矿业大学学报. 2017(02)
[4]冶炼渣选矿精选设备CPT浮选柱简介[J]. 江惠兴,袁葆琨. 有色冶金设计与研究. 2014(06)
[5]Nano-microbubble flotation of fine and ultrafine chalcopyrite particles[J]. Ahmadi Rahman,Khodadadi Darban Ahmad,Abdollahy Mahmoud,Fan Maoming. International Journal of Mining Science and Technology. 2014(04)
[6]固液界面纳米气泡研究[J]. 李大勇,王伟杰,赵学增. 化学进展. 2012(08)
[7]一种评价煤泥颗粒凝聚效果的激光粒度分析方法[J]. 张志军,刘炯天,冯莉,王永田. 中国矿业大学学报. 2012(04)
[8]微细粒矿物浮选技术进展[J]. 葛英勇,侯静涛,余俊. 金属矿山. 2010(12)
[9]纳米泡提高细粒煤浮选效果的研究[J]. 陶有俊,刘谦,Daniel TAO,陶秀祥. 中国矿业大学学报. 2009(06)
[10]低阶煤高温高压水热处理改性及其成浆特性[J]. 赵卫东,刘建忠,周俊虎,曹晓哲,张光学,岑可法. 化工学报. 2009(06)
博士论文
[1]微纳米气泡特性及其在地下水修复中的应用[D]. 李恒震.清华大学 2014
硕士论文
[1]低阶煤的表面改性及其与气泡的碰撞粘附行为研究[D]. 韩加展.中国矿业大学 2018
[2]疏水表面纳米气泡特性及固液边界滑移长度关系研究[D]. 杜亚平.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3329527
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
乙醇-水交换前（a）和交换后（b）疏水化硅上的纳米气泡图[24]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-（2）水力空化法液体以高流速/低压强的状态经过管道某处，当液体压强小于饱和蒸汽压时，气泡不断膨胀并且体积变大；随着气泡的流动，当到达低流速/高压强时，气泡就会塌缩和爆裂，在短时间内（毫秒或微秒）释放出高能量，这种方法称为水力空化法。研究表明[26]，在气泡坍塌的瞬间，局部压力和温度分别可达到100~5000atm和1000~5000℃。水力空化原理可用伯努利方程来描述，如公式（1-1）所示。文丘里管是水力空化制备微纳米气泡最常用管道之一，由于是水平管道，公式（1-1）可化简为公式（1-2）。1+1212+1=2+1222+2(1-1)1+122=2+222(1-2)式中1、2——分别为管道两侧压强，Pa；1、2——分别为管内两侧液体流速，m/s；1、2——分别为管道两测高度，m。Terasaka等[27]将包含毫米气泡的液体从文丘里管流入，当两相流通过文丘里管喉部时，由于压力变化之快，产生了如图1-3所示的微纳米气泡。该方法能产生大量的体相微纳米气泡，已在工业上得到广泛推广和应用，如污水处理厂、选矿行业等。加拿大CPT利用水力空化系统对巴西几处磷矿矿场进行浮选测试，试验发现磷矿浮选回收率平均增加了2%~3%。Sobhy[4]和Tao[6]等人的研究也证实了水力空化产生的纳米气泡能够提高浮选回收率。图1-3文丘里管微气泡发生器[27]1.4.2微纳米气泡检测手段研究学者在2000年利用TM-AFM首次观察到纳米气泡[23]，但受到许多学者质疑，猜测污染物的引入可能导致AFM中的成像。经过二十年的发展，越来越多检测纳米气泡的手段出现，共同证实了纳米气泡的存在。AFM是最典型、使用范围最广的一种纳米气泡检测技术，能够得到纳米气泡的形貌[24]、尺寸[25]、
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-云母、长石、黄铜矿、钼矿等也有相关纳米气泡强化浮选的报道，但多停留在实验室研究状态。医学领域方面[47]，日本的松本实验室利用纳米气泡的爆裂来实现杀死癌细胞的目的。环境行业方面，微纳米气泡表面具有较强的吸附能力，因此常被用于工业废水治理，Feng等[48]利用微纳米气泡携带微生物，对污染物进行降解。此外，微纳米气泡还用于果蔬增氧灌溉、消毒保鲜，船舶提高航行速度、减少摩擦阻力等[47]。1.5微纳米气泡浮选的研究进展气泡与矿物颗粒间的相互作用过程十分复杂，目前在动力学层面关注的焦点之一就是浮选过程中气泡与矿物颗粒间的相互作用过程。1.5.1气泡与矿物颗粒间碰撞、黏附和分离模型泡沫浮选是利用不同矿物颗粒表面疏水性的差异对颗粒进行分离的一种方法，其中有效分离颗粒成功的关键是通过气泡有效捕获疏水性的颗粒，需要完成气泡与颗粒碰撞、黏附和分离的过程，如图1-4所示。自1948年以来[17]，首次以动力学的角度提出这三个模型：颗粒-气泡碰撞模型、颗粒-气泡黏附模型、颗粒-气泡分离模型。图1-4浮选过程中气泡与颗粒间碰撞、黏附、分离的示意图[7]（1）颗粒-气泡碰撞模型浮选的第一步是颗粒与气泡的碰撞过程，该过程的发生主要是由浮选环境的流体动力学决定的。研究表明[39]，颗粒与气泡的碰撞概率是影响浮选中细粒矿物颗粒回收的主要因素，碰撞概率越大，细粒矿物浮选理论效果越好，其回
【参考文献】：
期刊论文
[1]空化过程微纳米气泡性质及其对细粒矿物浮选的影响[J]. 廖世双,欧乐明,周伟光. 中国有色金属学报. 2019(07)
[2]纳米气泡在微细粒矿物浮选中的应用研究进展[J]. 刘安,韩峰,李志红,刘爱荣,樊民强. 矿产保护与利用. 2018(03)
[3]浮选起泡剂对气泡兼并行为的影响研究[J]. 邓丽君,李国胜,曹亦俊,王军超,冉进财. 中国矿业大学学报. 2017(02)
[4]冶炼渣选矿精选设备CPT浮选柱简介[J]. 江惠兴,袁葆琨. 有色冶金设计与研究. 2014(06)
[5]Nano-microbubble flotation of fine and ultrafine chalcopyrite particles[J]. Ahmadi Rahman,Khodadadi Darban Ahmad,Abdollahy Mahmoud,Fan Maoming. International Journal of Mining Science and Technology. 2014(04)
[6]固液界面纳米气泡研究[J]. 李大勇,王伟杰,赵学增. 化学进展. 2012(08)
[7]一种评价煤泥颗粒凝聚效果的激光粒度分析方法[J]. 张志军,刘炯天,冯莉,王永田. 中国矿业大学学报. 2012(04)
[8]微细粒矿物浮选技术进展[J]. 葛英勇,侯静涛,余俊. 金属矿山. 2010(12)
[9]纳米泡提高细粒煤浮选效果的研究[J]. 陶有俊,刘谦,Daniel TAO,陶秀祥. 中国矿业大学学报. 2009(06)
[10]低阶煤高温高压水热处理改性及其成浆特性[J]. 赵卫东,刘建忠,周俊虎,曹晓哲,张光学,岑可法. 化工学报. 2009(06)
博士论文
[1]微纳米气泡特性及其在地下水修复中的应用[D]. 李恒震.清华大学 2014
硕士论文
[1]低阶煤的表面改性及其与气泡的碰撞粘附行为研究[D]. 韩加展.中国矿业大学 2018
[2]疏水表面纳米气泡特性及固液边界滑移长度关系研究[D]. 杜亚平.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3329527
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