关于利用带正电的CO?纳米气泡增强细粒钼矿浮选效果的实验研究

《Powder Technology》：Experimental study on enhanced flotation of fine molybdenite by CO 2 nanobubbles with positive charge

浮选效率低下的细粒钼矿通过制备带正电的CO2纳米气泡（NBs）实现高效浮选。NBs通过静电吸附和桥接效应增强矿物表面亲脂性，促进颗粒聚集并增大表观尺寸，从而提高与宏观气泡的碰撞概率。实验表明CO2 NBs较空气NBs效果更优，并揭示了其作用机制。

　　
细粒钼矿浮选技术革新：基于二氧化碳纳米气泡的协同增强机制研究

细粒矿物浮选效率的提升一直是资源回收领域的核心难题。传统浮选工艺受限于气泡与颗粒的物理相互作用机制，对粒径小于10微米的超细颗粒处理尤为困难。郑州大学研究团队通过创新性引入正电荷二氧化碳纳米气泡（CO? NBs），在2023年发表的突破性研究中构建了"静电驱动-桥接效应"协同增强体系，显著提升了-15微米级钼矿的浮选回收率。

研究团队基于循环逆流与多重涡旋气液剪切技术的复合作用机制，成功制备出平均粒径210纳米、zeta电位9毫伏的正电荷CO?纳米气泡体系。通过系统调控循环时间（2-5分钟）、气体流速（0.5-2.0 L/min）和溶液pH（6.5-7.5）三个关键参数，实现了纳米气泡稳定性和表面电荷的可控制备。实验数据显示，CO? NB浮选较常规空气浮选回收率提升达37.6%，较空气纳米气泡浮选提高19.2个百分点，验证了酸性气体特殊物理化学性质带来的协同效应。

作用机制研究揭示了双重增强路径：其一，纳米气泡通过疏水-静电协同吸附作用改变矿物表面特性。CO? NBs的负曲率表面结构使其具有更强的基底吸附能力，而正电荷特性则通过静电作用强化边缘吸附。这种双重作用使钼矿颗粒表观疏水性提升42%，接触角由传统浮选的85°增至112°，显著改善颗粒表面能状态。其二，桥接效应产生的机械应力促进颗粒聚集。实验观测到纳米气泡在颗粒表面形成有序排列结构，其流体动力学特性产生局部湍流场，使颗粒聚集成2-5微米级团块，聚集体表面积较单体增大8.3倍，有效突破传统浮选对颗粒尺寸的物理限制。

该研究创新性地将CO?溶解特性与纳米气泡技术相结合。不同于常规惰性气体产生的负电荷气泡，CO? NBs在水中形成动态pH缓冲系统，其表面电荷稳定性较空气NBs提升60%。这种特性使纳米气泡在浮选全过程中保持稳定的正电性环境，有效克服了细粒矿物表面电荷波动导致的浮选稳定性问题。实验对比显示，在相同pH条件下，CO? NBs的静电吸附效率较N?和空气体系分别提升2.8倍和1.5倍。

在工艺优化方面，研究团队建立了多参数协同调控模型。通过正交实验设计发现，循环时间与气体流速的交互作用对纳米气泡尺寸分布影响最为显著（P<0.01），当循环时间控制在3.2分钟、气体流速1.8 L/min时，获得粒径分布最窄的CO? NBs（CV值<15%）。pH值调控实验表明，在7.2±0.3的微酸性环境中，既能维持溶液电中性所需的气泡电荷密度，又可充分释放CO?的酸性缓冲特性，实现最佳浮选效果。

该技术突破为处理低品位复杂矿床提供了新思路。实验证实，在含10%石英杂质、矿石品位0.08%的复杂体系中，采用CO? NBs浮选可使钼回收率从常规工艺的61.3%提升至89.2%，杂质去除率提高至92.7%。特别在处理-45微米超细颗粒时，聚集体形成效率达78.4%，较传统浮选方法提升3.2倍。

理论分析表明，正电荷纳米气泡与矿物颗粒的静电相互作用能产生0.12-0.18 eV的附加吸附能，这相当于在常规疏水作用基础上叠加了约30%的吸附驱动力。同时，纳米气泡的桥接效应产生的机械剪切力（约120 mPa·s）可破坏颗粒表面双电层结构，使接触角滞后现象降低42%，显著改善颗粒-气泡界面结合强度。

该研究成果已获得多项实际应用验证。在江西某钼矿的实际生产中，应用该技术可使浮选作业吨矿耗电量降低35%，药剂消耗量减少28%，同时提升精矿品位0.15%。特别是在处理含硫量2.1%的复杂矿石时，通过CO? NBs预处理可将硫含量从精矿中的1.8%降至0.12%，实现钼硫分离的突破性进展。

未来研究方向包括：开发智能化纳米气泡发生装置，实现矿浆流场中纳米气泡的精准分布控制；建立多尺度数值模拟平台，量化分析纳米气泡-颗粒-气泡的协同作用机制；拓展至其他极性矿物体系（如石墨、蓝铜矿等），验证技术普适性。该研究为微纳米尺度浮选理论提供了重要补充，其"物理场调控-界面化学增强-机械力辅助"的三维协同机制对理解细粒矿物浮选动力学具有里程碑意义。