1. 背景の紹介
浮選は本質的に、多相流場の作用下で粒子の物理的および化学的性質の差に基づく運動差によって引き起こされる分離プロセスです。効率的な界面選別技術として、鉱物処理、廃水処理、紙の脱墨、タールサンド抽出、プラスチックリサイクルなどの産業プロセスで広く使用されています。浮選プロセス中、分散した気泡と粒子は流体力学的作用により互いに衝突します。気泡と粒子間の液膜が薄くなり破裂すると、2つは付着して粒子気泡凝集体を形成し、浮力の作用で泡層まで浮き上がって濃縮製品になるか、粒子気泡界面が不安定になり脱着が起こります。理論的には、粒子が捕捉される確率は主に粒子と気泡の衝突確率、付着確率、および剥離確率に依存します。したがって、気泡と粒子の相互作用を研究することは、浮選プロセスを強化するために重要です。
図1--浮上原理
2. 研究内容
中国鉱業大学化学工学部の江教授の研究チームは、Revealer高速カメラを使用して、均質および不均質の固体表面上の気泡の拡散プロセスを追跡しました。走査型電子顕微鏡（SEM）、赤外分光計、接触角計を使用して、固体表面の物理的および化学的構造特性を分析しました。さらに、MATLABソフトウェアを使用して、均質および不均質の固体表面の両方における3相線拡散メカニズムとガス-液体界面形態の進化パターンを調査しました。
固体表面上の単一気泡の動的拡散プロセスを正確に観察するために、図2に示すような実験システムを構築しました。画像取得部分は、コンピューターに接続されたRevealer高速カメラ（5F01、1280X1024@2000fps）で構成されています。精密XYZ位置決め調整装置により、観察領域がRevealer高速カメラの撮影範囲内にあることが保証され、実験の安定性と信頼性が保証されます。
図2--実験システムの概略図
実験試験装置の気密性を確保した後、観測タンクに脱イオン水を加え、光源と高速カメラを調整して、気泡が固体表面の真下に位置し、コンピューターの取得ウィンドウに明確に表示されるようにします。針の先端と固体表面の間の距離を制御することにより、気泡の拡散の初期形状とサイズを一定に保つように努めます。気泡の拡散の全プロセスは、キャプチャ速度9200fps、露出速度100μsのRevealer高速カメラによって記録されます。各実験セットは少なくとも3回繰り返されます。
3. 研究の結論
気泡拡散実験の結果、三相濡れ境界は主に急速拡散と緩速拡散の2段階を経ることが明らかになりました。急速拡散段階では、三相線の時空間的進化は普遍的な自己相似挙動特性を示します。対照的に、緩速拡散段階での三相線の動き特性は、固体界面の特性と密接に関連しています。
画像 3 - さまざまな固体表面上の気泡の動的な拡散プロセス。
固体表面の物理化学構造の分析に基づいて、均質/不均質固体表面の疎水性が優れているほど、気泡に対する吸引力が大きくなり、三相線の広がりが長くなるという結論に達しました。固体表面が不規則であるほど、また、固体表面の細孔/溝が多いほど、広がりプロセス中の三相線の長さ、気泡の最大幅、およびそれらの対応する位置への影響が大きくなります。要約すると、粒子-気泡付着プロセス中の三相線の広がり挙動は、固体表面の物理的および化学的構造とその均一性と密接に関係しています。
4. 産業応用の概要
高速カメラは、気泡の研究において常に強力なツールとなっています。RevealerのXシリーズとMシリーズの高速カメラは、キャビテーション気泡、気泡動力学、流体機械気泡、多相流気泡、気泡生成と崩壊のメカニズムの研究において豊富な事例経験を有しており、専門的なソリューションを提供できます。ご相談は大歓迎です！（Journal of Coal Science and Chemical Engineering Scienceに掲載されたJiang Xiaofengらの論文「高速動力学に基づく気泡拡散プロセスの動的挙動の研究」より抜粋）。
