研究

背景

隨著經(jīng)濟(jì)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(xì)的難選資源占比非常高。嵌布粒度微細(xì)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(xì)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(xì)粒礦物在礦漿中容易發(fā)生絮凝，導(dǎo)致已經(jīng)解離的微細(xì)粒無選擇性團(tuán)聚，影響浮選分離效果。

針對微細(xì)粒礦物回收利用率低的問題，國內(nèi)外學(xué)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(xì)粒礦物顆粒的浮選行為，提高回收效果。WEI等報(bào)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?；厥章侍岣吡?2.04個(gè)百分點(diǎn)。REIS等研究了氣泡粒徑分布對細(xì)粒磷灰石浮選的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣泡直徑小于300 μm時(shí)，精礦P含量最高達(dá)60%。這表明細(xì)顆粒與小氣泡的碰撞和粘附概率更大，有利于提高對細(xì)粒礦物浮選的選擇性。大量學(xué)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(biāo)、減少藥劑消耗等優(yōu)勢。

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

主要觀點(diǎn)

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(xué)特性，在提高微細(xì)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(jī)會，緩慢的上升速度能為礦物顆粒提供更充足的吸附時(shí)間；微納米氣泡表面穩(wěn)定的負(fù)電荷有助于吸引帶正電荷的礦物顆粒，促進(jìn)氣泡-顆粒復(fù)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(hù)具有重要意義。將微納米氣泡技術(shù)引入微細(xì)粒礦物浮選將有利于解決我國微細(xì)粒礦物浮選困難的問題，可為微細(xì)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(xué)和微泡浮選流變學(xué)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(xué)模擬上，與實(shí)際工業(yè)應(yīng)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(xué)模擬和流變學(xué)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(xì)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(jìn)一步開展微納米氣泡與浮選藥劑在微細(xì)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(jī)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(shí)，對納米氣泡的環(huán)境影響和安全性也需進(jìn)一步評估，以保障其在礦物加工中的可持續(xù)應(yīng)用。

（6）微納米氣泡的生成和穩(wěn)定化技術(shù)需要進(jìn)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(xì)粒礦物浮選領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。隨著納米技術(shù)的不斷進(jìn)步，預(yù)計(jì)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(dāng)前的技術(shù)障礙。通過跨學(xué)科的合作，結(jié)合表面科學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)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(jìn)而設(shè)計(jì)出更高效、更環(huán)保的浮選工藝。

主要

圖件

圖1 微細(xì)粒礦物顆粒對浮選行為的影響

圖2 改善微細(xì)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(jìn)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(xì)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

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引用格式

彭偉軍，姚佳，黃業(yè)豪，等.微納米氣泡強(qiáng)化微細(xì)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(xué)教授、博士、博士研究生導(dǎo)師，智能礦山重型裝備全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，工學(xué)博士，河南省高層次人才C類（省內(nèi)一流人才）。擔(dān)任國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目績效評價(jià)專家、國家自然科學(xué)基金委評審專家、河南省工信廳專家?guī)鞂＜?、河南省科技廳資源環(huán)境與社會事業(yè)領(lǐng)域?qū)＜?、河南省地質(zhì)系統(tǒng)專家?guī)鞂＜?、第二屆中國非金屬礦專家委員會委員、中國顆粒學(xué)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(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等省部級以上縱向和橫向項(xiàng)目10余項(xiàng)；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(xiàng)（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(xiàng)（排名1）；以第一或通訊作者發(fā)表學(xué)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(xiàng)，已獲授權(quán)12項(xiàng)，有2項(xiàng)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(xué)家榜單。團(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)與開發(fā)新型的功能型絮凝劑、微細(xì)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(jī)理，厘清了礦物顆粒、藥劑和氣泡等多相間膠體與界面化學(xué)作用原理及精準(zhǔn)調(diào)控機(jī)制，構(gòu)建了基于膠體界面化學(xué)和過程強(qiáng)化的低品質(zhì)復(fù)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(jià)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(xué)和界面化學(xué)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(xué)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(jià)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(yīng)體系下石膏晶相轉(zhuǎn)變以及晶體形貌調(diào)控機(jī)制，探究了磷石膏復(fù)雜雜質(zhì)反應(yīng)體系的高效調(diào)控機(jī)理與方法，研究了反應(yīng)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(qiáng)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(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強(qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)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(jī)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(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國家重大科研項(xiàng)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(bào)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(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》（2024版），《金屬礦山》學(xué)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

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