1. Introducción a los antecedentes

La flotación es esencialmente un proceso de separación inducido por las diferencias de movimiento basadas en las diferencias de propiedades físicas y químicas de las partículas bajo la acción de un campo de flujo multifásico. Como tecnología eficiente de clasificación de interfaz, se ha utilizado ampliamente en procesos industriales como procesamiento de minerales, tratamiento de aguas residuales, destintado de papel, extracción de arena bituminosa, reciclaje de plástico, etc. Durante el proceso de flotación, las burbujas y partículas dispersas chocan entre sí en condiciones hidrodinámicas. acción. Cuando la película líquida entre la burbuja y la partícula se adelgaza y estalla, las dos se adhieren para formar un agregado partícula-burbuja, que flota hasta la capa de espuma para convertirse en un producto concentrado bajo la acción de la flotabilidad, o se forma la interfaz partícula-burbuja. inestable y se produce desorción. Teóricamente, la probabilidad de que las partículas sean capturadas depende principalmente de la probabilidad de colisión, la probabilidad de adhesión y la probabilidad de desprendimiento entre partículas y burbujas. Por tanto, estudiar la interacción entre burbujas y partículas es crucial para mejorar el proceso de flotación.

Imagen 1--Principio de flotación

2. Contenido de la investigación

El equipo de investigación del profesor Jiang de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Minería y Tecnología de China utilizó una cámara de alta velocidad Revealer para seguir el proceso de propagación de burbujas en superficies sólidas homogéneas y heterogéneas. Se utilizaron microscopía electrónica de barrido (SEM), espectrómetro de infrarrojos y medidor de ángulo de contacto para analizar las características estructurales físicas y químicas de la superficie sólida. Además, se empleó el software MATLAB para explorar el mecanismo de dispersión de líneas trifásicas y el patrón de evolución de la morfología de la interfaz gas-líquido en superficies sólidas tanto homogéneas como heterogéneas.

Para observar con precisión el proceso de propagación dinámica de una sola burbuja sobre una superficie sólida, se construyó un sistema experimental como se muestra en la Imagen 2. La parte de adquisición de imágenes consta de una cámara Revealer de alta velocidad (5F01, 1280X1024@2000fps) conectada a una computadora. Un ajustador de posicionamiento XYZ de precisión garantiza que el área de observación esté dentro del rango de disparo de la cámara de alta velocidad Revealer, garantizando la estabilidad y confiabilidad del experimento.

Imagen 2-- Diagrama esquemático del sistema experimental.

Después de garantizar la estanqueidad del dispositivo de prueba experimental, se agrega agua desionizada al tanque de observación. La fuente de luz y la cámara de alta velocidad se ajustan para que la burbuja esté ubicada directamente debajo de la superficie sólida y se muestre claramente en la ventana de adquisición de la computadora. Al controlar la distancia entre la punta de la aguja y la superficie sólida, se hacen esfuerzos para mantener constante la forma inicial y el tamaño de la burbuja que se propaga. Todo el proceso de propagación de burbujas es registrado por la cámara de alta velocidad Revealer, con una velocidad de captura de 9200 fps y una tasa de exposición de 100 μs. Cada conjunto de experimentos se repite al menos tres veces.

3. Conclusión de la investigación

Los resultados del experimento de dispersión de burbujas revelaron que el perímetro de humectación de tres fases pasa principalmente por dos etapas: propagación rápida y propagación lenta. Durante la etapa de expansión rápida, la evolución espaciotemporal de la línea trifásica exhibe características de comportamiento universales autosemejantes. Por el contrario, las características de movimiento de la línea trifásica durante la etapa de expansión lenta están estrechamente relacionadas con las propiedades de la interfaz sólida.

Imagen 3-- El proceso dinámico de propagación de burbujas sobre diferentes superficies sólidas.

Con base en el análisis de la estructura fisicoquímica de las superficies sólidas, se concluye que cuanto mejor es la hidrofobicidad de las superficies sólidas homogéneas/heterogéneas, mayor es su atracción a las burbujas y más se extiende la línea trifásica; cuanto más irregular sea la superficie sólida, y más poros/surcos tenga, mayor será su impacto en la longitud de la línea trifásica durante el proceso de esparcimiento, el ancho máximo de la burbuja y sus correspondientes posiciones; En resumen, el comportamiento de dispersión de la línea trifásica durante el proceso de adhesión partícula-burbuja está estrechamente relacionado con la estructura física y química de la superficie sólida y su uniformidad.

4. Resumen de Aplicaciones Industriales

Las cámaras de alta velocidad siempre han sido una herramienta poderosa en el estudio de las burbujas. Las cámaras de alta velocidad de las series X y M de Revealer tienen una amplia experiencia en investigaciones sobre burbujas de cavitación, dinámica de burbujas, burbujas de maquinaria de fluidos, burbujas de flujo multifásico y los mecanismos de generación y colapso de burbujas. Ellos pueden brindarle soluciones profesionales. ¡Las consultas son bienvenidas! (Extraído del artículo "Investigación sobre el comportamiento dinámico del proceso de propagación de burbujas basado en dinámicas de alta velocidad" de Jiang Xiaofeng, etc., publicado en el Journal of Coal Science and Chemical Engineering Science).