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　纳米气泡协助下的石英颗粒浮选研究

　　　　　　　　　　　　　　S. Calgaroto, A. Azevedo, J. Rubio

　　　　　　　矿物工程系，联邦大学里奥格兰德，阿雷格里港，巴西

文章信息：

文章历史：

收到2014年12月16日

收到修订形式2015年1月26日

2015年2月18日接受

出版于2015年2月20日

摘要

本文进行了不同条件及装置下的石英颗粒的浮选实验研究。高纯度良好性能的石英样品，在烷基醚胺做捕收剂的条件下用不同尺寸的气泡（大气泡（400–800mu;m）、纳米气泡（200–720 nm）以及大小混合气泡）进行浮选。纳米气泡通过选择性分离微泡产生，而微泡是在66.1 psi的饱和压力下，通过降低空气中饱和水的气穴作用（如压力浮选或溶气浮选）形成的。因为纳米气泡的低承重和几乎零浮力的特性，仅仅采用纳米气泡的浮选是没有效果的，然而，与大气泡相比，混合气泡的不同尺寸的浮选回收率提高了20-30%，8-74mu;m（D32直径）粒级的石英比67-118mu;m（D32直径）粒级的粗颗粒石英回收率提高了20-30%。实验证明，具有较宽粒度分布的石英样品在机械装置中浮选，细粒的整体回收率得到提高。纳米气泡对细粒（纳米气泡提高了石英的接触角）的捕获或超细颗粒的团聚（由显微镜照片证明）是回收率提高的主要原因。在实验室中，较粗石英颗粒对浮选的影响可以通过较粗气泡上升速度的降低来解释，这是由于纳米气泡的存在，减少了气泡携带的程度。预计纳米气泡覆盖捕收剂（特制的气泡捕收剂或絮凝剂）的使用将会拓宽细粒浮选的选择面。设想了纳米气泡大规模应用的可持续发展未来及其在设备中的助推作用。

关键词： 细粒浮选，纳米气泡，不同尺寸的石英回收率

1、介绍

基础研究和应用研究的过程，主要是生成形式。基础研究和应用到目前为止是增长最快的一个领域。今天，许多物理，生物和化学独特的性能和纳米气泡的高技术的潜力不再是设想。

尽管纳米气泡的界面性能，在许多领域的应用，包括矿石的浮选，它被许多研究人员是有趣的领域去探索。由许多其中一个主要的在矿物加工领域的持续很久技术挑战是（b37mu;m）和超细（b8-13mu;m）浮选矿物颗粒的浮选。大多数浮选粒度由一个宽的粒度分布，与浮选机应该有一个大气泡尺寸分布，包括微细气泡捕捉微粒。不幸的是，这不会发生在实践和浮选中，市场不提供所需的气泡尺寸分布。因此，恢复是早期的问题尤其是超细粒级（B8–13mu;m）通过浮选仍在继续。

浮选设备，即射流（Jameson）和“Jameson”型浮选柱，声称可以产生大量的泡沫b600mu;M，因此，他们应该在基础上，更适用于细颗粒回收。水力空化中细气泡的产生管和柱（微泡注入）的报道，声称在提高细粒级的浮选性能要求。

此外，最近的一些研究已经报道了纳米气泡的存在在矿物浮选中一些优势主要要求如下：一、纳米气泡会增加接触角，随后，提高浮选的概率（煤、磷酸盐），主要–粒子附着的气泡和稳定；微泡将提高煤颗粒颗粒的浮选回收率较低的捕收剂和起泡剂的用量和高动能的浮选速率；较高的浮选回收率将不仅在细颗粒，但也在粗煤组分；微泡的存在下，纳米，与微型和粗泡沫，增加与减少使用捕收剂和起泡剂的消耗和低功耗的优势进一步黄铜矿超细颗粒的回收。分离的形成（通过分开泡）饱和空气减压过程中纳米气泡的一小部分（66.1 psi）、水（如DAF溶气气浮）重新最近的计算，和一些物理及界面特性进行了研究。稳定的不带电的纳米气泡的溶解快速减压后形成空气，和高电荷的纳米气泡的一个已知的大小可以通过改变pH或离子型表面活性剂的引入得到（集电极包覆纳米气泡）。因此，对微泡尺寸（200–720 nm）可以通过改变介质的pH调制，提出了一种等电点概念，pH值为4.5。

这是calgaroto等人工作的延续。对产生的气泡在浮选出石英辅助浮选结果不同尺寸间的潜在应用和捕收剂的浓度，随着纳米气泡注射（150–350 nm）的混合物，在粗泡沫（400–800mu;m）中进行。

二、实验

2.1材料

石英来自巴西，对辊破碎（b1mm以下100％）和球磨（干，自摸），清洗（使用50% 的HCl，漂洗用蒸馏/去离子水），干燥（373K温度烘干24小时），和混合彻底。最终的粉末材料存放在干净的塑料袋，每袋50克，直到气浮实验是使用。石英颗粒进行分级使用泰勒筛网，和各组分的粒径分布是使用CILAS激光粒度分析仪测量。表1显示石英的平均直径。

表1石英的粒度分析

表2石英复合材料的成分

2.1.1复合材料样品

两种不同的复合样品的石英颗粒制备通过混合所有先前分离的馏分。复合样品1有相当数量的所有馏分（每馏分的20%），和复合材料样品的2是由使用不同量的各部分，如表2所示。

2.1.2化学制品

捕收剂使用EDA，部分用醋酸中和。利用NaOH和盐酸调整pH值（pH值6.8和7.2之间保存）。整个浮选过程中使用去离子水。

2.2方法

2.2.1粗气泡的产生

在试验中，粗泡沫与通过空气通过多孔玻璃板产生的气泡。气泡的直径（摄影测量）为0.4和0.8毫米之间的空气流。

2.2.2生成的过程

泡沫是由减压空气产生饱和水溶液在较高的流速通过不锈钢针型阀（2毫米内径，球型）到一个空的玻璃柱（50厘米高；内径2厘米）。根据在水中的空气的溶解度，在一个钢容器内部含有一个的玻璃容器，该容器的高度为15厘米，内径为12厘米，和壁厚1cm。容器高14厘米，内径10厘米，壁厚0.5厘米的壁，实际容量为0.7升。

降压后发生气蚀和微纳米气泡的产生。因此，气泡将会有序的从浮选柱中上升，电解3分钟（图1）。然后，获得气泡的过程是非常稳定的，一个体积150毫升的烧杯采样，绕过Zeta电位仪，纳米仪器测量其平均尺寸。

图1.通过对微泡的起义从混合物分离过程

图2.实验装置（Hallimond管 纳米气泡喷射系统）为实验产生粗泡沫和粗的纳米气泡产生：粗泡沫浮选不使用纳米气泡喷射系统。（1）磁力搅拌器；（2）流量计；（3）Hallimond管；（4）多孔板；（5）夹具；（6）微柱；（7）针型阀；

1. 饱和器容器。

2.2.3浮选

石英的浮选进行分级大小的馏分和复合样品，制备混合所有的石英馏分研究如表2所述。

因此，浮选试验进行了不同的设置：

1、在Hallimond管粗泡沫浮选；

2、在Hallimond管粗气泡浮选；

3、在Denver 型浮选机进行没有粗气泡与没有注射纳米微泡浮选。

实验步骤：

步骤1 粗气泡浮选。浮选试验是在一个0.2L容量，经过改进的Hallimond管中进行，Hallimond管高度为270 mm和内径为18 mm内径（图2）。该浮选管中间安装有一个小柱，以避免（减少）一些颗粒夹带。过程中使用的空气是由与流量计相连接的压缩机控制空气的流量（0.2L·min^minus;1），通过烧结多孔玻璃进入。收集不同浓度的0.3和1mg·G^minus;1之间（所有的浮选试验进行1分钟的调节时间和2分钟浮选）。石英的浮选试验，进行了2分钟，石英质量比为2％。

步骤2（粗泡沫 微泡）。（图2）采用相同的改进的Hallimond管（200毫升容量），在该管的两个进气口：一个接收空气流量（粗泡）和另一个连接到一个微柱（500毫升容量），注入纳米气泡。纳米气泡的生成和从微柱分离后的程序图1中所示，体积比为20%的循环。所有其他条件类似于步骤1。

步骤3实验室的浮选实验进行了使用2L Denver 型浮选机，使用200克细石英颗粒（b90mu;m），1mg/g胺。在实验的过程进行测试，气泡和水的分散是事先利用准备好的减压杆（PSAT = 5）和石英先与胺进行混合。分散搅拌（750转）2分钟，同时调整pH值（6.9）。然后，浮选进行4分钟，叶轮转速和空气流量固定在750 r/mim和6L/min，所有的浮选试验在室温下进行（297plusmn;1 K），在pH值为6.2（plusmn;0.5）。过滤是通过平均孔径14mu;m的过滤纸，烘箱温度373 K，在室温和城中。回收率对应的悬浮粒子/总质量的颗粒的质量比所获得的结果。产品在CILAS 1064分析仪的粒度分析。

图3.在石英/微泡界面接触角测量实验装置：（1）扁平气泡；（2）饱和器的容器；（3）数码相机；（4）stereomicrosc（5）白光光源；（6）石英颗粒；（7）图像再现监视器。

图4.浮选石英的回收率的变化。条件：pH 6.9和捕收剂用量为1mg/g。

图5.浮选石英的回收率随药剂用量的变化。pH=6.8

2.2.4接触角的测量

石英（矿晶）矿物颗粒选择由于其高纯度，因为它们很容易获得。这些颗粒在玛瑙钵中小心地手工破碎。

图3显示了实验台的细节。低胺浓度溶液（10minus;6米）在pH值为6.9，用于制造石英疏水也采用气泡的生成。一个钢l饱和容器溶解空气中的水被配备在玻璃制成的内部容器（高40厘米，直径10厘米，0.5厘米厚；0.7升的有效容积），空化阶段采用有2mm内径针型阀（球型，钢制）。

实验装置由一个注水和空气用的针型阀，成扁平腈纶气泡和立体显微镜（Zeiss STEMI SV11）加上数字来RA（索尼公司的NEX - 5）组成。扁平细胞的横截面呈长方形，深1.5厘米，高28厘米，长4厘米。本单元的中心包括一个孔连接到一个玻璃管（直径0.1厘米ER和7.5厘米长）含有石英颗粒附着在年底。扁平也包含设计的入口和出口两ORI办公室入口的水溶液胺类捕收剂的浓度，在pH 6.9的过程。

图6.浮选石英的回收率随药剂用量的变化

表3石英颗粒浮选（样品1）粗与粗和纳米气泡的混合物。

石英颗粒和材料进行仔细清洗之前，所有的样品使用盐酸溶液（10%盐酸）清洗，然后sulfochromic溶液侵蚀半小时和去离子水彻底清洗。

2.2.5与石英颗粒的聚集过程

疏水性光学显微镜（药剂量1mg/ g），清洗后石英与水混合，在无气泡的存在情况下，利用光学显微镜Olympus BX41双目显微，采用40times;和100times;耦合到显微镜，使用高性能数码相机物镜放大（17.28像素分辨率）。

2.2.6气泡上升速度

通过监测云采取超过一定的距离测量的时间是在Hallimond管料泰德玻璃产生的气泡的上升速度（10厘米）在实验室柱（2厘米直径）。结果至少有四个测量胺和粗气泡混合物上升速度的平均值。

三.结果

第一个发现是，与单独的纳米气泡达到没有浮选效果。这是已经预料到的，因为极小的升力和微小的浮力在水中升力不大。图4显示尺寸的石英颗粒的浮选回收率由粗泡沫（400–800mu;m）和纳米气泡（200–800 nm）。结果表明，纳米气泡改善细粒石英回收率下降，粗颗粒的捕获下降。图5显示的，b37石英浮选的对比结果，而图6显示出粗颗粒部分结果（N212mu;m），后收率岁捕收剂浓度的变化函数。再次，结果对浮选效果更高和对纳米气泡存在的粗颗粒浮选效率低。表3和表4总结了在复合石英的浮选结果（“细”D32= 32mu;m）和2（“粗”（D32）= 57mu;m）样本。结果验证颗粒大小浮选显示，复合1，粗颗粒分离效率（B74mu;m）和超细粉（B8mu;m），回收率提高约20%，比细颗粒效果差。复合绿更粗使用，更高的石英回收率表4石英颗粒浮选（复合样品2）。条件：（D32）= 57mu;M；2%固体胺浓度为0.1mg·g^minus;1石英；pH值为6.8。三次平均值测验.

表5在机械的细胞和无气泡的石英颗粒的浮选。条件：pH = 6.9；调节时间= 2分钟；20%固体；叶轮转速= 750转；空气流量= 6升/分钟。

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	Recovery (%),	Recovery (%),	Standard
	2 min	4 min	deviation (%)
Without nanobubbles	24	81	0.24
	26	81
With nanobubbles	39	83	0.29
	37	85