浮选气泡尺寸对粗颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响

气泡是浮选过程中不可或缺的重要角色,其尺寸对颗粒-气泡间相互作用有着显著影响,然而气泡尺寸对粗颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响尚未清晰。为此,采用自制的颗粒-气泡受限湍流脱附测试平台探索了涡旋湍流中不同气泡尺寸的气絮体上颗粒的脱附行为,并运用Image-ProPlus图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行了测量分析。结果表明:在确保气泡浮力的前提下,减小气泡尺寸能够显著提升粗颗粒-气泡的矿化气絮体在涡旋湍流中的稳定性;涡旋湍流中气絮体上颗粒的脱附主要表现为流体剪切、气泡振荡和颗粒离心三种脱附形式,方腔内涡旋结构的改变对气絮体上颗粒的脱附方式至关重要;区别于传统离心脱附理论,涡旋湍流驱使下颗粒并非单独在气泡表面做高速离心运动,而是与气泡一起做离心运动,且小气泡与颗粒在方腔内共同旋转时,位于气泡外缘的颗粒与气泡运动速度接近,相应气絮体稳定性高,颗粒不易发生离心脱附,而大气泡形成的气絮体中,气泡外缘的颗粒与气泡运动速度差异明显增大,颗粒相对于气泡旋转更快,从而使得颗粒所受离心力显著增强,增加了离心脱附的可能性。研究结果有望对涡旋湍流场中粗颗粒的脱附机制提供一个基本认识。

湍流场中浮选颗粒-气泡脱附行为的尺寸效应研究

湍流诱发浮选颗粒-气泡脱附已达成广泛共识,但湍流场中颗粒的脱附行为机制仍未明晰。传统离心脱附理论认为当颗粒所受离心力大于毛细力时颗粒从气泡表面脱附,忽略了颗粒重力对浮选颗粒-气泡间稳定性的影响,且未考虑不同尺寸颗粒间的脱附行为差异。采用自制的微流体通道湍流槽探索了湍流涡中不同尺寸颗粒的脱附行为,运用Image-Pro Plus图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行测量分析。结果表明,粗颗粒(2.0 mm)质量大,颗粒在气絮体升浮阶段发生直接脱附;而中颗粒(1.0 mm)和细颗粒(0.5 mm)质量小,气泡会带动颗粒由湍流槽底部向湍流涡中心旋转迁移,同时颗粒在气泡表面高速旋转发生离心脱附。此外,颗粒稳定性分析表明传统邦德(BO*)模型并不能对湍流场中的颗粒-气泡气絮体稳定性进行准确判断,颗粒易受湍流涡加速或气泡振荡的影响,导致颗粒脱附时邦德数在1左右波动。