研究

背景

隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，礦物原料的需求不斷增長。我國雖然礦產(chǎn)資源豐富，但資源品質(zhì)、開采條件并不理想，規(guī)模小、有用礦物嵌布粒度微細的難選資源占比非常高。嵌布粒度微細礦物難選的原因在于其自身質(zhì)量小、比表面積大，在浮選過程中一方面容易被水流帶走，另一方面與氣泡發(fā)生碰撞的概率低、捕集困難，再者粒度微細會改變礦物顆粒的表面性質(zhì)（如親水性或疏水性），不利于浮選藥劑的作用，且微細粒礦物在礦漿中容易發(fā)生絮凝，導致已經(jīng)解離的微細粒無選擇性團聚，影響浮選分離效果。

針對微細粒礦物回收利用率低的問題，國內(nèi)外學者主要從增大礦物顆粒表觀粒徑和減小氣泡尺寸兩方面開展研究，以改善微細粒礦物顆粒的浮選行為，提高回收效果。WEI等報道，在浮選系統(tǒng)中引入納米氣泡后，粒徑小于20 μm的黑鎢礦顆粒回收率提高了12.04個百分點。REIS等研究了氣泡粒徑分布對細粒磷灰石浮選的影響，發(fā)現(xiàn)當氣泡直徑小于300 μm時，精礦P含量最高達60%。這表明細顆粒與小氣泡的碰撞和粘附概率更大，有利于提高對細粒礦物浮選的選擇性。大量學者的研究成果表明，與常規(guī)浮選相比，微納米氣泡浮選具有提高產(chǎn)品指標、減少藥劑消耗等優(yōu)勢。

基于上述研究背景，在“河南省重點研發(fā)與推廣專項（科技攻關(guān)）（編號：232102320329）”的支持下，彭偉軍教授將重點從“細粒礦物的可浮性與浮選研究進展”“微納米氣泡的特點及產(chǎn)生原理”“微納米氣泡強化微細粒礦物浮選過程的機理及應用”等三個方面展開介紹，以期為微細粒礦物的高效分離回收提供理論指導和技術(shù)支持。

主要觀點

及展望

（1）微納米氣泡具有極小的尺寸、高比表面積、緩慢的上升速度、穩(wěn)定的表面電荷等物理化學特性，在提高微細粒礦物的浮選效率和效果方面具有顯著優(yōu)勢。微納米氣泡的高比表面積可增加氣泡與礦物顆粒間的接觸機會，緩慢的上升速度能為礦物顆粒提供更充足的吸附時間；微納米氣泡表面穩(wěn)定的負電荷有助于吸引帶正電荷的礦物顆粒，促進氣泡-顆粒復合體的形成。

（2）采用微納米氣泡技術(shù)浮選可以有效提高有用礦物的浮選回收率、減少藥劑用量等，這對于資源的高效利用和環(huán)境保護具有重要意義。將微納米氣泡技術(shù)引入微細粒礦物浮選將有利于解決我國微細粒礦物浮選困難的問題，可為微細粒礦物的高效浮選提供一種高效、低成本、環(huán)境友好的解決方案。

（3）隨著礦物嵌布粒度的減小，多相流體動力學和微泡浮選流變學的研究變得尤為重要。盡管過去數(shù)十年中已有大量研究關(guān)注此領(lǐng)域，但多數(shù)工作仍停留在兩相流體力學模擬上，與實際工業(yè)應用存在差距。因此，有必要深化對微泡浮選過程的三相流體動力學模擬和流變學研究。

（4）已有眾多研究致力于開發(fā)新型捕收劑和絮凝劑，以提升微細粒礦物的浮選性能。然而，微氣泡與浮選藥劑的協(xié)同作用對于新型藥劑和工藝的開發(fā)至關(guān)重要，但這一領(lǐng)域的研究還相對較少，未來需進一步開展微納米氣泡與浮選藥劑在微細粒礦物浮選中的協(xié)同作用研究。

（5）微納米氣泡與礦物顆粒相互作用的機制尚不完全清楚，需要更深入研究以掌握其作用原理，從而更有效地控制和優(yōu)化浮選過程。同時，對納米氣泡的環(huán)境影響和安全性也需進一步評估，以保障其在礦物加工中的可持續(xù)應用。

（6）微納米氣泡的生成和穩(wěn)定化技術(shù)需要進一步優(yōu)化，開發(fā)新型高效微納米氣泡發(fā)生裝置，優(yōu)化微納米氣泡的生成和穩(wěn)定化技術(shù)，可以確保在工業(yè)層面上高效且穩(wěn)定地生成納米氣泡。

（7）微納米氣泡技術(shù)在微細粒礦物浮選領(lǐng)域的應用前景廣闊。隨著納米技術(shù)的不斷進步，預計將有更多創(chuàng)新的納米氣泡生成器和穩(wěn)定化技術(shù)開發(fā)出來，這將有助于克服當前的技術(shù)障礙。通過跨學科的合作，結(jié)合表面科學、材料科學和環(huán)境科學等領(lǐng)域的研究，可以更深入地理解納米氣泡與礦物顆粒間的相互作用，進而設計出更高效、更環(huán)保的浮選工藝。

主要

圖件

圖1 微細粒礦物顆粒對浮選行為的影響

圖2 改善微細粒礦物浮選效果的方法

圖3 不同規(guī)格的氣泡在水中的不同進程

圖4 浮選中納米氣泡形成過程原理

圖5 納米氣泡間橋聯(lián)作用示意

圖6 微氣泡(＜50 μm)橋接細顆粒(50～71 μm)示意

圖7 常規(guī)氣泡與微納米氣泡附著在固體表面接觸角的變化

原文下載

掃碼閱讀全文

引用格式

彭偉軍，姚佳，黃業(yè)豪，等.微納米氣泡強化微細粒礦物浮選過程的研究現(xiàn)狀[J].金屬礦山，2025(2)：86-94.

作者簡介

彭偉軍

鄭州大學教授、博士、博士研究生導師，智能礦山重型裝備全國重點實驗室副主任，工學博士，河南省高層次人才C類（省內(nèi)一流人才）。擔任國家重點研發(fā)計劃項目績效評價專家、國家自然科學基金委評審專家、河南省工信廳專家?guī)鞂＜摇⒑幽鲜】萍紡d資源環(huán)境與社會事業(yè)領(lǐng)域?qū)＜摇⒑幽鲜〉刭|(zhì)系統(tǒng)專家?guī)鞂＜摇⒌诙弥袊墙饘俚V專家委員會委員、中國顆粒學會第四屆青年理事等。主要從事戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源高效分選、非金屬礦選礦與提純和化工、選冶固廢資源化利用等方面研究。主持完成國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃子課題等省部級以上縱向和橫向項目10余項；獲得中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會非金屬礦科技二等獎2項（排名1和2），河南省教育廳科技成果一等獎和二等獎各1項（排名1）；以第一或通訊作者發(fā)表學術(shù)論文70余篇，其中SCI收錄論文約50篇（中科院一區(qū)論文13篇，二區(qū)論文24篇）；以第一發(fā)明人申請發(fā)明專利23項，已獲授權(quán)12項，有2項專利合作轉(zhuǎn)化1000萬元；合作出版中文（排名2）、英文（排名2）專著各1部；入選2023和2024年全球前2%頂尖科學家榜單。團隊代表性研究成果如下：

（1）構(gòu)建了低品質(zhì)銅鉬礦高效回收與深度分離技術(shù)體系。通過設計與開發(fā)新型的功能型絮凝劑、微細粒鉬礦捕收劑和銅鉬分離抑制劑等，揭示了其構(gòu)-效關(guān)系與作用機理，厘清了礦物顆粒、藥劑和氣泡等多相間膠體與界面化學作用原理及精準調(diào)控機制，構(gòu)建了基于膠體界面化學和過程強化的低品質(zhì)復雜銅鉬礦高效回收與深度分離技術(shù)體系。

（2）開發(fā)了尾礦中有價非金屬礦物資源化回收與高值化利用技術(shù)體系。研發(fā)了基于流體動力學和界面化學協(xié)同的尾礦分散和脫藥同步的調(diào)漿技術(shù)，探究了基于礦物微界面化學性質(zhì)差異的云母、長石和石英高精度選擇性浮選分離藥劑制度，開發(fā)了尾礦中有價非金屬礦物高效梯級回收與高值化利用技術(shù)體系。

（3）研發(fā)了磷石膏浮選除雜提質(zhì)增白與高值化利用技術(shù)體系。開發(fā)了新型耐酸性磷石膏浮選藥劑，研究了基于界面調(diào)控的高效調(diào)漿改質(zhì)技術(shù)，揭示了常壓水熱反應體系下石膏晶相轉(zhuǎn)變以及晶體形貌調(diào)控機制，探究了磷石膏復雜雜質(zhì)反應體系的高效調(diào)控機理與方法，研究了反應介質(zhì)循環(huán)利用工藝等，構(gòu)建了磷石膏浮選除雜提質(zhì)增白與α-高強石膏和石膏晶須制備技術(shù)體系。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術(shù)論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術(shù)振興機構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學術(shù)期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

供稿：楊 婷

編排：戴穎熠

審核：王小兵

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。