趙玉龍，張 鶴，余俊甫，楊 娟，肖 巍

(西安建筑科技大學(xué)資源工程學(xué)院，陜西西安 710055)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開礦物資源的供給。然而，隨著礦產(chǎn)資源開采技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦石品位高以及易選別的礦產(chǎn)資源逐漸匱乏，深部難選的貧、細(xì)、雜礦產(chǎn)資源日益增多[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]，世界上含磷礦石的 1/3、含氧化銅礦石的1/6、含鎢礦石的1/5，以及玻利維亞含錫礦石的1/2均是在微細(xì)粒別選過程中流失掉的，這種礦產(chǎn)資源的流失從本質(zhì)上歸因于微細(xì)粒礦物難以有效分選和回收。

針對(duì)微細(xì)粒礦產(chǎn)資源回收效率低的問題，國內(nèi)外學(xué)者[3]主要從以下兩個(gè)方面開展了大量的基礎(chǔ)理論和工藝開發(fā)研究，以改善微細(xì)粒礦物的浮選行為。一是對(duì)微細(xì)粒礦物顆粒進(jìn)行預(yù)處理，增大其表觀粒徑，將微細(xì)粒礦物浮選轉(zhuǎn)化為常規(guī)浮選[3]；二是根據(jù)礦物顆粒與氣泡的匹配性原則，通過適當(dāng)減小氣泡尺寸，提高氣泡與礦物顆粒的碰撞概率和黏附效率，進(jìn)而提高浮選回收率[4]。納米氣泡因其尺寸小、比表面積大、疏水性強(qiáng)和異常穩(wěn)定等特性，已成為近年來科學(xué)研究的熱點(diǎn)[4]。納米氣泡的特殊性質(zhì)給微細(xì)粒礦物浮選提供了一種新的思路。本文旨在對(duì)微細(xì)粒礦物的分選現(xiàn)狀以及納米氣泡對(duì)微細(xì)粒礦物浮選的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述與展望。相信隨著納米氣泡浮選理論知識(shí)以及實(shí)踐應(yīng)用的發(fā)展，微細(xì)粒礦產(chǎn)資源綜合利用效率低的問題最終可以得到解決。

1 微細(xì)粒礦物分選現(xiàn)狀

由于微細(xì)粒礦物具有粒度小、質(zhì)量輕、比表面積大、表面能高等特點(diǎn)，對(duì)浮選過程有兩大影響[1,5]。近年來，針對(duì)微細(xì)粒自身粒度小、比重小的特點(diǎn)，國內(nèi)外的選礦技術(shù)人員經(jīng)過多年的研究，總結(jié)出解決微細(xì)粒的回收難題主要集中在3個(gè)方向：一是新型螯合浮選藥劑的研究；二是從增大微細(xì)粒表觀粒徑的角度，研究各分選工藝對(duì)細(xì)粒浮選的影響；三是為了減少氣泡的尺寸，增加氣泡與微細(xì)粒礦物的碰撞和黏附，從而提出納米氣泡浮選工藝。

國內(nèi)外很多學(xué)者采用選擇性絮凝浮選、載體浮選、乳化浮選、磁種團(tuán)聚、剪切絮凝等增加有用礦物顆粒表觀粒徑的方法對(duì)微細(xì)粒礦物顆粒進(jìn)行回收[2,6-7]。Li等[8]研究超細(xì)煤顆粒對(duì)次煙煤反浮選脫硅行為的影響時(shí)，利用選擇性絮凝反浮選的方法，提高了絮凝劑對(duì)煤反浮選的分離效果。Zhang等[3]利用聚苯乙烯顆粒作為載體浮選回收微細(xì)粒菱鋅礦，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒級(jí)菱鋅礦通過吸附油酸鈉后黏附到聚苯乙烯顆粒上，新的擴(kuò)大粒子聚集體增強(qiáng)了菱鋅礦的疏水性以及與氣泡的碰撞和黏附概率，加速了微細(xì)粒菱鋅礦的浮選。Wu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)溫度和pH產(chǎn)生磁化的黃鐵礦，可以作為磁性種子，促進(jìn)微細(xì)粒黃鐵礦顆粒之間的磁性團(tuán)聚，磁化黃鐵礦的磁性越強(qiáng)，聚集體尺寸越大，浮選效果越好。這些增加微細(xì)粒礦物表觀粒徑從而提高浮選效果的方法在工業(yè)應(yīng)用中由于礦物溶解離子的干擾、礦泥罩蓋、異相凝聚等一種或多種因素的影響，大多數(shù)成果難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

另一方面，也有許多科研工作者采用減小氣泡直徑、增加微細(xì)粒礦物顆粒與氣泡的碰撞和黏附概率的方法對(duì)微細(xì)粒礦物顆粒進(jìn)行回收[10-12]。從19世紀(jì)末開始，溶解空氣浮選法就應(yīng)用于微細(xì)粒赤鐵礦的浮選，并取得了一定的效果，其主要原理：在比大氣壓高的壓力下(3～6個(gè)大氣壓)，空氣溶解在水中，當(dāng)這種預(yù)先被空氣飽和的水壓力降低時(shí)就會(huì)產(chǎn)生氣泡；當(dāng)這種過飽和的水通過針狀閥或特殊構(gòu)造的孔時(shí)，就會(huì)形成微泡。微納米氣泡對(duì)微細(xì)粒礦物浮選的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在：氣泡與顆粒的大小尺寸相匹配，提高了微細(xì)粒顆粒與氣泡之間的碰撞概率。Nguyen等[13-14]建立了顆粒與氣泡碰撞的數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)顆粒與氣泡的碰撞概率與顆粒和氣泡的半徑之和的平方成反比，當(dāng)?shù)V漿中顆粒半徑一定時(shí)，氣泡半徑越小，顆粒與氣泡的碰撞概率越大。隨著納米氣泡通過試驗(yàn)的手段被觀測(cè)到，浮選中的泡沫尺寸進(jìn)一步從微泡發(fā)展到納米氣泡[15-16]。Attard[17]認(rèn)為，顆粒之間疏水吸引力的來源是浸沒在水中的顆粒在其表面產(chǎn)生了納米氣泡，而當(dāng)顆粒相互接近時(shí)，納米氣泡之間發(fā)生了橋聯(lián)相互作用，正是因?yàn)樗鼈冎g的橋聯(lián)相互作用而產(chǎn)生了疏水吸引力，這也證實(shí)了之前預(yù)言界面納米氣泡存在的觀點(diǎn)[18]。桂夏輝等[19-20]提出，通過改變靜電力和范德華力2種調(diào)控手段降低黏土礦物的回收率，但調(diào)控靜電力抑制浮選過程細(xì)泥罩蓋與細(xì)泥沉降濃縮又存在著難以調(diào)和的矛盾，通過在疏水性煤顆粒表面引入納米氣泡層，進(jìn)而改變體系的Hamaker常數(shù)，使得通過調(diào)控范德華力來降低黏土礦物的罩蓋成為可能。Tao等[4,21-22]將特別設(shè)計(jì)的文丘里管水力氣化裝置納米氣泡的發(fā)生原理引入到浮選柱中，對(duì)文丘里管的內(nèi)部工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，納米氣泡可以作為煤的輔助捕收劑，并增加了顆粒與氣泡的碰撞和黏附概率，減少了捕收劑的消耗。然而，現(xiàn)階段的納米氣泡浮選面臨著兩個(gè)方面亟需解決的難題。從納米氣泡產(chǎn)生方面，現(xiàn)在的浮選柱采用的是固、液、氣三相空化體系，這樣的體系不但能耗高、空化管磨損非常嚴(yán)重，而且三相空化產(chǎn)生納米氣泡的效率不高；從納米氣泡在有用礦物表面吸附方面，納米氣泡的吸附只與礦物表面的疏水性、粗糙度、孔隙率等物理性質(zhì)有關(guān)[23-24]，對(duì)于疏水性差的金屬氧化礦物，在其表面吸附或者析出納米氣泡的概率較低，因此，空化產(chǎn)生的納米氣泡在金屬氧化礦物表面的吸附效率低，這是限制納米氣泡技術(shù)處理氧化礦物最主要的因素。

2 納米氣泡研究現(xiàn)狀

納米氣泡通常指吸附在固-液界面或存在于體相溶液中的微細(xì)氣泡，其直徑一般在幾十～幾百nm。根據(jù)其存在形式，可分為界面納米氣泡(surface nanobubble)和體相納米氣泡(bulk nanobubble)[25]。固-液界面納米氣泡是近年來研究的熱點(diǎn)，涉及到表面科學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)和生物科學(xué)等領(lǐng)域[26-28]。納米氣泡在近年來得到了廣泛的應(yīng)用，在生物醫(yī)療[29]、水體增氧[30]、化工領(lǐng)域以及礦物浮選[31]方面取得了明顯的應(yīng)用效果。在礦物浮選領(lǐng)域，主要是在利用納米氣泡橋聯(lián)作用增大微細(xì)粒礦物顆粒的表觀粒徑和增加氣泡與微細(xì)粒礦物的碰撞和黏附兩個(gè)方面開展理論和實(shí)踐研究[14]。

2.1 納米氣泡的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展歷程及其存在性

早在1994年，Parker等[18]在研究兩疏水固體表面相互靠近及遠(yuǎn)離過程所產(chǎn)生的長程引力時(shí)，認(rèn)為力-距離曲線的跳躍性和不連續(xù)性是由于亞微米氣泡的橋式毛細(xì)力作用。傳統(tǒng)的DLVO理論不能解釋兩疏水表面相互靠近時(shí)的疏水作用力，直到2000年原子力顯微鏡的出現(xiàn)，Ishida等[16]將修飾的硅片浸入水中，通過原子力顯微鏡的輕敲模式觀察到修飾的硅片表面形成稀疏圓形的納米氣泡。Lou等[15]在云母和高序熱解石墨表面，利用原子力顯微鏡觀察到圓形和橢圓形的納米氣泡，并獲得了很多高質(zhì)量的圖像，為納米氣泡的真實(shí)存在性提供了有力的證據(jù)。固-液界面存在納米氣泡并引起疏水長程作用，納米氣泡的高度決定疏水作用的范圍，不同條件下氣泡有大有小，疏水作用的范圍也有相應(yīng)的長短變動(dòng)，這就解釋了疏水作用為何具有不同尋常的作用范圍[18]。納米氣泡的存在解釋了疏水長程作用力。隨后，許多研究者均證實(shí)了納米氣泡的存在性。Zhang等[32]利用“乙醇-水替換法”在云母表面證實(shí)了納米氣泡的存在性，通過3組對(duì)比試驗(yàn)(不脫氣、超聲波脫氣和抽真空脫氣)，在云母表面更直接地研究固-液界面納米氣泡的性質(zhì)并證明其存在性，通過成像條件和脫氣對(duì)納米氣泡的影響，進(jìn)一步證明了納米氣泡的存在。吳志華等[33]將一原子級(jí)平整的疏水表面高序熱解石墨作為基底，研究納米氣泡對(duì)蛋白質(zhì)吸附的影響，將疏水表面上的研究結(jié)果與親水表面(云母)上的結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明：在高序熱解石墨表面上，蛋白質(zhì)分子環(huán)繞納米氣泡聚集，同時(shí)，納米氣泡對(duì)蛋白質(zhì)在云母、高序熱解石墨表面吸附的影響，也證實(shí)了納米氣泡的客觀存在性。

2.2 納米氣泡的形成方法及影響因素

2.2.1 納米氣泡的形成方法

實(shí)驗(yàn)室主要是利用圖1的原理和方法產(chǎn)生納米氣泡，各方法的簡單介紹如下。

(1)自發(fā)形成

將疏水性較好的材料放置于水中，納米氣泡便可在其表面自發(fā)生成。Ishida等[16]最早使用此方法制備并觀察到納米氣泡，這種方法雖然簡單方便，但產(chǎn)生的納米氣泡數(shù)量較少，如圖1(a)所示。

(2)溶液替換法

近幾年，一些美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃被認(rèn)為形同虛設(shè)，存在與土地利用規(guī)劃不銜接、對(duì)農(nóng)民意愿和習(xí)慣不夠尊重、鎮(zhèn)村干部主動(dòng)謀劃參與不夠、大比例尺地形圖無法精準(zhǔn)落地等問題，故美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃設(shè)計(jì)陪伴式服務(wù)這一方式的應(yīng)用是解決問題的重點(diǎn)。各縣（市）區(qū)試點(diǎn)村先行，并按需求分片區(qū)針對(duì)性開展，同步嘗試完成片區(qū)性、特色性等不同類型的美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃，進(jìn)一步為福州市乃至福建省打造美麗鄉(xiāng)村示范典型。同時(shí)，市、縣（市）區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)各級(jí)規(guī)劃建設(shè)主管部門對(duì)美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃的編制單位（設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)）、鎮(zhèn)村干部進(jìn)一步加強(qiáng)培訓(xùn)，落實(shí)美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃工作相關(guān)規(guī)定和政策。

利用溶液替換法產(chǎn)生納米氣泡，必須保證2種溶液能夠相互溶解，且氣體在這2種溶液中有明顯的溶解度差異。當(dāng)用含氣量小的溶液去替換含氣量大的溶液時(shí)，由于氣體在2種溶液中溶解度的差異較大，被替換溶液中額外的氣體來不及溢出而在固體表面聚集形成納米氣泡[34]。Zhang等[32]利用醇-水替換法制備并觀察納米氣泡的主要步驟如下：基底首先在水中成像，然后用乙醇去置換液體槽中的水，并在乙醇中成像，最后用水置換液體槽中的乙醇，并在水中成像，進(jìn)而在基底表面觀察到納米氣泡。

(3)電化學(xué)法

電化學(xué)法是通過電解水或其他液體(如肼)產(chǎn)生氣體，聚集形成納米氣泡，其既可以在溶液中直接形成體相納米氣泡，也能在電極表面聚集形成界面納米氣泡，其方法如圖1(d)所示。Zhang等[35]通過電解0.01 mol/L硫酸溶液產(chǎn)生氫氣和氧氣，并使氫氣在HOPG表面發(fā)生聚集，形成H2納米氣泡，發(fā)現(xiàn)納米氣泡的濃度和直徑與電解時(shí)的電壓和時(shí)間密切相關(guān)。

(4)光催化法

Guan等[36]將1%的甲醇水溶液滴加到鍍有二氧化鈦的云母表面，使用UV光照射整個(gè)體系，在云母表面發(fā)現(xiàn)納米氣泡。光催化法產(chǎn)生納米氣泡的原理如圖1(b)所示。

(5)加壓減壓法

通過加壓使特定的氣體溶解在水溶液中，當(dāng)壓力緩慢釋放時(shí)，水溶液中溶解的氣體會(huì)大量析出，并在水溶液中聚集，形成體相納米氣泡[37]，如圖1(e)所示。

(6)其他方法

除了上述介紹的方法外，文獻(xiàn)中也有其他一些產(chǎn)生納米氣泡的方法，包括微孔法[圖1(e)]、冷水滴加法[圖1(f)]等。

圖1 不同方法產(chǎn)生的納米氣泡 (a)直接浸沒法[16]; (b)催化法[38]; (c)納米孔束縛法[39];(d)電化學(xué)法[40]; (e)加壓減壓法[37]; (f)冷水滴加法[41]Fig.1 Nanobubbles Generated with Different Measures (a) Direct Immersion Method[16]; (b) Catalytic Method[38]; (c) Nanopore Binding Method[39]; (d) Electrochemical Method[40]; (e) Pressure Reduction Method[37];(f) Cold Water Drop Addition[41]

2.2.2 納米氣泡的影響因素

固-液界面納米氣泡的生成數(shù)量、大小、分布密度受多方面因素的影響，如溫度[25]、壓力[34]、溶液中氣體的飽和度[32]、基底表面粗糙度[4]和電解質(zhì)濃度[42]等，此次只討論溫度對(duì)納米氣泡的影響。Zhang等[25]利用AFM的輕敲模式在研究溫度對(duì)云母/水界面納米氣泡形成的影響中發(fā)現(xiàn)，24、28、34 ℃和38 ℃時(shí)，氣泡密度分別為2.3、4.6、13.5、33.5個(gè)/μm2，結(jié)果表明，液體溫度升高可以促進(jìn)納米氣泡的生成，尤其是液體溫度相對(duì)較高時(shí)。產(chǎn)生這種結(jié)果的可能原因：一是液體溫度升高使其中溶解氣體的穩(wěn)定性降低而易于逸出；二是高溫強(qiáng)化了醇-水的混合程度，使納米氣泡更易于生成；三是溫度自身也影響了納米氣泡在固體界面上的成核作用。

3 納米氣泡穩(wěn)定性研究進(jìn)展

近年來，納米氣泡獨(dú)特的性質(zhì)受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。其中，納米氣泡懸而未決的穩(wěn)定性一直是研究的熱點(diǎn)。經(jīng)典的宏觀氣體擴(kuò)散理論以及Henry定律也無法解釋納米氣泡異常的壽命性。基于此，許多研究者對(duì)納米氣泡異常的壽命性進(jìn)行了大量的研究工作。很多假設(shè)和理論被相繼提出，包括污染物理論、動(dòng)態(tài)平衡理論、三相線固定理論、高密度理論和界面氣層理論等。氣體分子可以穿過氣泡的氣液界面否定了污染物理論，動(dòng)態(tài)平衡理論無法解釋驅(qū)動(dòng)力的來源，三相線總是對(duì)界面氣泡的體積變化起到負(fù)反饋?zhàn)饔?，除界面上三相線的作用外，當(dāng)溶液處于過飽和狀態(tài)時(shí)，液體內(nèi)的氣體分子會(huì)源源不斷地析出并涌向納米氣泡，這些氣體分子補(bǔ)償了受到附近壓力而被擠出納米氣泡的氣體分子，當(dāng)兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，納米氣泡可以長時(shí)間保持不變[43]。張立娟等[44]以水中N2氣泡的擴(kuò)散情況為例研究納米氣泡在高密度下的壽命，結(jié)果表明：氣泡的穩(wěn)定性隨著密度的增高有較大的增強(qiáng)，基于此，提出了在納米尺度下氣泡的內(nèi)部密度可能很高，甚至接近于氣體的液態(tài)密度，這樣的高密度將使納米氣泡的壽命提高4個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至接近試驗(yàn)可觀測(cè)的時(shí)間尺度，猜測(cè)納米氣泡的長壽性源于其高的內(nèi)部密度。Li等[45]提出了廣義“氣體通道”的概念，認(rèn)為由水耗盡層包圍的納米氣泡將作為沿固體或液體表面的通道，使相鄰的納米氣泡相互貫通，氣體通道被認(rèn)為是連接兩個(gè)相鄰納米氣泡并使納米氣泡保持穩(wěn)定的因素。

水溶液中的納米氣泡會(huì)發(fā)生什么變化，即水溶液中含有鹽或其他溶劑？Zhang等[46]的研究表明，預(yù)制納米氣泡不會(huì)在鹽溶液中消失。在不同pH的溶液中，納米氣泡的穩(wěn)定性沒有任何差異，表明表面電荷并不起重要作用。Berkelaar等[47]發(fā)現(xiàn)，在液滴蒸發(fā)過程和鹽晶體形成的最后階段，NaCl水滴中的納米氣泡是穩(wěn)定的。然而，后來證實(shí)，先前的鹽滴干燥試驗(yàn)中的納米氣泡實(shí)際上可能是PDMS納米液滴[48]。

表面納米氣泡在有機(jī)水溶液中的行為如何？結(jié)果表明，它們?cè)谠S多水溶液中是穩(wěn)定的，如蛋白質(zhì)溶液或納米顆粒溶液。例如，Wu等[49]的研究結(jié)果表明，在蛋白質(zhì)溶液蒸發(fā)過程中，納米氣泡保持穩(wěn)定，干燥后在沉積的蛋白質(zhì)膜上形成空腔。在納米懸浮液滴蒸發(fā)過程中，表面納米氣泡模板化了納米顆粒的出現(xiàn)模式[50]，導(dǎo)致金納米粒子圍繞原始納米泡的足跡形成納米環(huán)。

但是，表面納米氣泡在酒精中并不穩(wěn)定[51]，盡管短鏈醇通常被用作通過不同溶液替換形成納米氣泡的一種溶劑，其原因在于乙醇具有良好的潤濕性，它能將氣泡從表面排出。

4 納米氣泡在微細(xì)粒礦物浮選中的研究現(xiàn)狀

近20年來，人們對(duì)納米氣泡的產(chǎn)生、性質(zhì)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的討論，其形成的試驗(yàn)證據(jù)是無可爭辯的，但其行為的合理理論支撐仍然缺乏[52-53]。雖然Hampton等[52]已經(jīng)提出了疏水力的幾種機(jī)制，但在許多情況下，疏水力可能是由于固-液界面上存在納米氣泡，這一事實(shí)在細(xì)粒和粗顆粒的礦物浮選中非常重要。許多作者認(rèn)為[52,54]，溶解氣體優(yōu)先吸附在疏水性固體顆粒表面，原子力顯微鏡揭示了這一事實(shí)[54]。后者報(bào)道，這些氣體可能以納米氣泡、納米氣層和納米氣泡-納米氣層復(fù)合物的形式共存，并影響水中疏水表面之間的吸引力、氣泡-顆粒的附著以及顆粒之間的疏水凝聚。Schubert[55]報(bào)道了，水體系中疏水表面之間的長程吸引相互作用是由黏附在表面上的納米氣泡形成的毛細(xì)管作用力引起的。

納米氣泡能夠提高微細(xì)粒礦物的浮選回收率，降低浮選捕收劑的用量，已經(jīng)毋庸置疑。然而，納米氣泡在微細(xì)粒礦物表面的作用方式以及相互作用的理論模型還沒有得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。圖2為幾種典型的納米氣泡與礦物顆粒相互作用的理論模型。圖2(a)顯示納米氣泡具有競爭吸附礦物表面藥劑的作用，起到脫藥的效果；圖2(b)說明納米氣泡優(yōu)先吸附在礦物表面，增加了礦物表面的疏水性；圖2(c)利用納米氣泡的橋聯(lián)作用，在載體浮選中充當(dāng)微細(xì)顆粒與載體的連接劑；圖2(d)揭示了納米氣泡在親疏水性差異較大的礦物顆粒表面具有選擇性吸附在相對(duì)疏水性礦物表面的趨勢(shì)。

最近，許多研究證實(shí)了納米氣泡在礦物浮選中的作用，其納米氣泡存在的主要優(yōu)點(diǎn)如下。(1)納米氣泡的存在增加了礦物表面疏水性，提高了浮選(煤、磷酸鹽)的概率，主要由于氣泡-顆粒的附著和穩(wěn)定性[10,56]；(2)在較低的捕收劑和起泡劑用量以及較高的動(dòng)力學(xué)浮選速率下，納米氣泡可提高煤顆粒的浮選回收率[10,57]。

微細(xì)粒礦物難浮選是選礦領(lǐng)域困擾至今的一大難題，納米氣泡因其尺寸小、存在時(shí)間長、傳質(zhì)效率高、疏水性強(qiáng)等特性為高效浮選回收微細(xì)粒礦物提供了一種新思路。納米氣泡能夠增加礦粒與氣泡的碰撞概率與黏附概率，納米氣泡高度的疏水性充當(dāng)捕收劑的同時(shí)也能夠降低藥劑用量，納米氣泡的橋聯(lián)作用能夠降低礦物與氣泡的脫附概率，從而提高礦物的浮選回收率。

圖2 納米氣泡在微細(xì)粒礦物浮選的角色 (a) 納米氣泡能夠?qū)σ呀?jīng)吸附在礦物表面的捕收劑進(jìn)行脫附，具備脫藥效果[63]；(b) 納米氣泡可以增加浮選過程中常規(guī)起泡的穩(wěn)定性，起穩(wěn)定起泡的作用[64]；(c) 納米氣泡作為橋聯(lián)，將大的疏水顆粒和小顆粒聯(lián)接，加強(qiáng)了載體浮選效果[26]；(d) 納米氣泡能夠選擇性吸附在疏水性較強(qiáng)的礦物顆粒表面，與礦物表面的粗糙度關(guān)系不大[65]Fig.2 Roles of Nanobubbles in the Floatation of Fine Minerals (a) Nanobubbles can Desorb the Collectors that have been Adsorbed on the Surface of Minerals, and have a Drug-Removing Effect[63]; (b) Nanobubbles can Increase the Stability of Conventional Foaming during the Flotation Process and Play a Role in Stabilizing Foaming[64]; (c) Nanobubbles are Used as Bridges to Connect Large Hydrophobic Particles and Small Particles to Enhance the Flotation Effect of the Carrier[26]; (d) Nanobubbles can be Selectively Adsorbed on Highly Hydrophobic Mineral Particles, which has Little to do with the Roughness of the Mineral Surface[65]

Xiao等[58]在研究油酸鈉對(duì)云母表面納米氣泡吸附形態(tài)及機(jī)理的影響過程中探討了納米氣泡與捕收劑之間的相互作用，納米氣泡因其疏水性，在捕收劑與礦物作用時(shí)，能夠減少捕收劑的用量，同時(shí)也討論了納米氣泡在礦物表面的吸附行為，油酸鈉分子以特定的排列方式吸附在納米氣泡表面，吸附方式為疏水基團(tuán)插入納米氣泡的內(nèi)部，親水基團(tuán)引入水溶液。研究納米氣泡和捕收劑的相互作用行為和機(jī)理，對(duì)研究納米氣泡在微細(xì)粒浮選中的作用具有重要意義。

荊樹勵(lì)等[59]在研究微納米氣泡對(duì)細(xì)粒稀土礦物聚團(tuán)行為的影響機(jī)制中提出，微納米氣泡在細(xì)粒礦物與氣泡碰撞黏附過程中起到橋接作用，納米氣泡通過與細(xì)粒礦物形成絮團(tuán)，形成的絮團(tuán)由于與氣泡接觸面積增大，增加了碰撞概率與黏附概率。

Sobhy等[10]在研究納米氣泡對(duì)細(xì)粒煤的浮選試驗(yàn)過程中，研究了煤中可燃物回收率在有無納米氣泡試驗(yàn)中與起泡劑濃度之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)：在無納米氣泡的情況下，55 mg/L起泡劑濃度下，最大可燃物回收率約為89%，35 mg/L起泡劑濃度下，可獲得92.5%的可燃物回收率，表明納米氣泡能夠顯著提高煤顆粒的浮選回收效率，并減少藥劑的用量。

劉安等[60]在研究微納米氣泡對(duì)超出最佳選煤粒度的粗粒煤進(jìn)行選別時(shí)，以仲辛醇為穩(wěn)泡劑，以500～710、250～500 μm和-250 μm這3種粒度的煤為研究對(duì)象進(jìn)行納米氣泡浮選試驗(yàn)，結(jié)果顯示，對(duì)500～710 μm粒度的煤回收效果最好，可燃體的回收率最高可提升13.31%。進(jìn)一步說明了，納米氣泡不僅對(duì)微細(xì)粒礦物具有良好的浮選回收率，對(duì)超出最佳浮選粒徑范圍的粗顆粒煤也具有很好的浮選回收率。

Rahmadi等[61]研究了納米氣泡強(qiáng)化微細(xì)粒黃銅礦顆粒的納米氣泡浮選，在存在和不存在納米氣泡的情況下進(jìn)行對(duì)比浮選試驗(yàn)，以評(píng)估納米氣泡對(duì)微細(xì)和超細(xì)粒黃銅礦顆粒浮選回收率的影響，結(jié)果表明，存在納米氣泡的情況下，黃銅礦細(xì)顆粒和超細(xì)顆粒的浮選回收率[(-14.36+5)μm]大于細(xì)顆粒[(-38+14.36)μm],且捕收劑和起泡劑的用量分別減少了75%和50%。

馮其明等[62]在研究納米氣泡對(duì)微細(xì)粒白鎢礦浮選的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，納米氣泡能夠提高微細(xì)粒白鎢礦的浮選速率和浮選回收率，這是因?yàn)榧{米氣泡提高了起泡和微細(xì)粒礦物顆粒間的碰撞概率。

5 結(jié)論和展望

改善微細(xì)粒礦物浮選的兩種思路：增大微細(xì)粒礦物的表觀粒徑，減小氣泡的尺寸；增加氣泡與微細(xì)粒的碰撞概率和黏附概率。納米氣泡領(lǐng)域的深入研究迫切需要了解納米氣泡內(nèi)部的信息，需要充分重視氣液界面的存在。實(shí)踐已證明，納米氣泡對(duì)微細(xì)粒礦物的分選具有十分顯著的效果，能有效提高礦物的回收率，并降低藥劑用量。在選礦方面的應(yīng)用，無論在理論上還是實(shí)際上，均具有重大的研究意義，將成為今后微細(xì)粒礦物分選的主要研究方向，但同時(shí)納米氣泡橋在微細(xì)粒浮選中的作用機(jī)理等許多問題還需要進(jìn)一步的深入研究。在今后的研究中，應(yīng)結(jié)合納米氣泡的技術(shù)應(yīng)用，開發(fā)相關(guān)的納米氣泡發(fā)生裝置，增加納米氣泡的生成量和均勻的尺寸分布量，通過不同大小的納米氣泡輔助浮選法對(duì)微細(xì)粒礦物的回收，開拓更大的應(yīng)用前景。