ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.765
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-2-49-57
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Работа направлена на обоснование связи предельной толщины смачивающей пленки со скольжением жидкости и разработку выражения для поправки на термическое скольжение жидкости на гидрофобной поверхности к силе гидродинамического сопротивления утончению смачивающей пленки. Цель работы. Получение новых знаний в области устойчивости смачивающих пленок, осложненной учетом скольжения жидкости, имеет целью разработку эффективной технологии извлечения микродисперсий золота методом флотации. Используемые методы. Выражение для поправки к силе гидроди-намического сопротивления утончению смачивающих пленок получено путем совместного решения уравнения Навье-Стокса, записанного для исследуемых условий, и уравнения неразрывности для несжимаемой жидкости. Натурные эксперимента по флотации выполнены на пробах руд двух участков Березняковского золоторудного месторождения. В опытах по флотации использовали лабораторную установку на основе флотомашины колонного типа квадратного сечения размером 47×47 мм. Новизна. Выявлено, что влияние скольжения жидкости на снижение предельной толщины смачивающей пленки заключается в уменьшении силы гидродинамического сопротивления удалению жидкости из межфазного зазора термокапиллярным, термоосмотическим и капиллярно-концентрационным поверхностным течением. Результат. Получено выражение для поправки на скольжение к силе гидродинамического сопротивления в процессе взаимодействия частицы с пузырьком. С целью использования эффекта скольжения флотацию выполняют термонагруженными пузырьками, смешивая воздух, поступающий во флотомашину, с горячим водяным паром. В этом случае температура воды в граничных слоях пузырьков увеличивается за счет теплоты конденсации пара, что интенсифицирует эффект скольжения. Практическая значимость. Проведены натурные испытания разработанной технологии на двух пробах золотосодержащей руды, результаты которых доказывают ее эффективность.
Ключевые слова
флотация, межфазная пленка, скольжение, поправка, сила гидродинамического сопротивления, паровоздушная смесь, золотосодержащая руда, натурные эксперименты
Для цитирования
Обоснование связи предельной толщины межфазной пленки со скольжением жидкости / Евдокимов С.И., Герасименко Т.Е., Горлова О.Е., Орехова Н.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №2. С. 49-57. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-2-49-57
1. Surface interaction mechanisms in mineral flotation: Fundamentals, measurements, and perdpectives / Xie L., Wang J., Lu Q., Hu W., Zeng H. // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 295, 102491.
2. Determination and modulation of the typical unterac-tions among dispersed phases relevant to flotation applications / Li D., Wang H., Li C., Liang Y., Yan X., Zhang H. // Advances in Colloid and Interface Sci-ence. 2021, vol. 288, 102359.
3. Flotation surface chemistry of water-soluble salt minerals: from experimental results to new perspectives / Sun K., Nguyen C.V., Nguyen N.N., Nguyen Anh V. // Advances in Colloid and Interface Science. 2022, vol. 309, 102775.
4. Enhancing flotation separation of fine copper oxide from silica by microbubble assisted hydrophobic aggregation / Long Q., Wang H., Jiang F., Tan W., Xu Z. // Minrals Engineering. 2020, vol. 189, 107863.
5. Li Z., Yoon R.-H. AFM force measurements between gold and silver surface treated in ethyl xanthatesolu-tons: Effect of applied potentials // Minerals Engi-neering. 2012, vol. 36-38, pp. 126-131.
6. Attraction between hydrophobic surface studied by atomic microscopy / Nguyen A.V., Nalaskowski J., Miller J.D., Butt H.-J. // International Journal of Min-eral Processing. 2003, vol. 72, iss. 1-4, pp. 215-225.
7. Hu P., Liang L. The role of hydrophobic interaction in the heterocoagulation between coal and quartz parti-cles // Mineral Engineering. 2020, vol. 154, 106421.
8. Understanding the hetero-aggregation mechanism among sulfide and oxide minerals particles driven by bifunctionalsurfactanfs: Intensification flotation of oxide minerals / Liu S., Xie L., Liu G., Zhong H., Zeng H. // Minerals Engineering. 2021, vol. 169, 106928.
9. Krasowska M., Malysa K. Wetting films in attachment of the colliding bubble // Advances in Colloid and Interface Science. 2007, vol. 134-135, pp. 138-150.
10. Gillies G., Kappl M., Butt H.-J. Direct measurements of particle-bubble interactions // Advances in Colloid and Interface Science. 2005, vol. 114-115, pp. 165-172.
11. Attard P. Nanobubbles and hydrophobic attraction // Advances in Colloid and Interface Science. 2003, vol. 104, iss. 1-3, pp. 75-91.
12. Skvarla J. Hydrophobic interaction between macro-scopic and microscopic surfaces. Unification using surface thermodynamics // Advances in Colloid and Interface Science. 2001, vol. 91, iss. 3, pp. 335-390.
13. Column rougher flotation of fine niobium-bearing particles assisted with micro and nanobubbles / Cap-poni F., Azevedo A., Oliveira H., Rubio J. // Minerals Engineering. 2023, vol. 199, Article 108119.
14. Wang D., Lin Q. Hydrodynamics of froth flotation and mics of froth flotation and its effects on fine and ultrafine mineral particle flotation // Minerals Engi-neering. 2021, vol. 173, Article 107220.
15. Zhang Z., Ren L., Zhang Y. Role of nanobubbles in the flotation of fine rutile particles // Minerals Engi-neering. 2021, vol. 172, Article 107140.
16. Column rougher flotation of fine niobi-um-bearing particles assisted with micro and nanobubbles / Cap-poni F., Azevedo A., Oliveira H., Rubio J. // Minerals Engineering. 2023, vol. 199, 108119.
17. Zhang Z., Ren L., Zhang Y. Role of nanobubbles in the flotation of fine rutile particles // Minerals Engi-neering. 2021, vol. 172, 107140.
18. Recent advances for understanding the role of nanobubbles in particles flotation / Zhang F., Sun L., Yang H., Gui X., Xing Y. // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 291, 102403.
19. Li C., Li D., Zhang H. Surface nanobubbles on the hydrophobic surface and their implication to flotation // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2022, vol. 29, iss. 8, pp. 1491-1492.
20. Han H., Liu An., Wang H. Flotation kinetics perfor-mance of different coal size fractions with nanobub-bles // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2022, vol. 29, iss. 8, pp. 1502-1510.
21. Jadhav A.J., Barigou M. Bulk nanobubbles: that is the question // Langmuir. 2020, vol. 36, iss. 7, pp. 1699-1708.
22. Свиридов В.В., Свиридов А.В., Никифоров А.Ф. Физико-химические основы процессов микрофло-тации. СПб.: Лань, 2018. 416 с.
23. Bryk P., Bryk M. Effective interactions in polydisperse colloidal suspensions investigated using Ornstkin-Zernike integral equations // Journal of Colloid and Interface Science. 2009, vol. 338, iss. 1, pp. 92-98.
24. Reassessing water slippage in hydro-phobic nanostructures / Zuo H., Javadpour F., Deng S., Jiang X., Li Z., Li H. // Journal Chem. Phys. 2020, vol. 153, 191101.
25. Malkin A. Ya., Patlazhan S.A. Wall slip for complex liquids – Phenomenon and its canses // Advances in Colloid and Interface Science. 2018, vol. 257, pp. 42-57.
26. Slip flow of diverse liquids on robust superomnipho-bic surface / Wu Y., Cai M., Li Z., Song X., Wang H., Pei X., Zhou F. // Journal of Colloid and Interface Science. 2014, vol. 414, pp. 9-13.
27. Евдокимов С.И., Паньшин А.М., Солоденко А.А. Минералургия. В 2-х т. Т. 2. Успехи флотации. Владикавказ: ООО НПКП «МАВР», 2009. 992 с.
28. Bal V. Stability characteristics of nanoparticles in a laminar linear shear flow in the presence of DLVO and non-DLVO forces // Langmuir. 2019, vol. 35, no. 34, pp. 11175-11187.
29. A review of non-DLVO interactions in environmental colloidal systems / Grasso D., Subramaniam K., Butkus M., Strevett K., Bergendahl J.// Environmental Science and Biotechnology. 2002, vol. 1, pp. 17-38.
30. Atomic force mi-croscopy study of non-DLVO inter-actions between drops and bubbles / Li K., Wang W., Xiao F., Ge Y., Jin H., Yu Z., Gong J., Gao W., Peng Z. // Langmuir. 2021, vol. 37, no 22, pp. 6830-6837.
31. Wall function model for particulate fouling applying XDLVO theory / Ojaniemi U., Riihimaki M., Man-ninen M., Pattikangas T. // Chemical Engineering Science. 2012, vol. 84, pp. 57-69.
32. Brant J.A., Childress A.E. Membrane-colloid interac-tions: comparison of extended DLVO predictions with AFM force measurements // Environmental En-gineering Science. 2002, vol. 19, no 6, pp. 413-427.
33. Духин С.С. Динамический адсорбционный слой и эффект Марангони-Гиббса // Современная теория капиллярности: к 100-летию теории капиллярно-сти Гиббса / под ред. А.И. Русанова, Ф.Ч. Гудрича. Л.: Химия, 1980. 344 с.
34. Comparison of attachment process of particles to air and oily bubbles in flotation / Chen S., Zhou Y., Liu R., Zhou A., Qu J., Liu L., Zhang N., Yu Y., Zhu Z., Chang J., Tao X., Yuan X., Li Z. // Advanced Powder Technology. 2023, vol. 34, iss. 7, 104059.
35. Belyaev A.V., Vinogradova O.I. Hydrodynamic inter-action with super-hydrophobic surfaces // Soft Matter. 2010, vol. 6, pp. 4563-4570.