بررسی تأثیر پارامترهای مؤثر بر توزیع اندازه حباب ها در سلول فلوتاسیون مکانیکی با اصلاح روش آنالیز تصویری

نوع مقاله: کوتاه پژوهشی

نویسندگان

1 قزوین، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، دانشکده مهندسی معدن

2 قزوین، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، دانشکده مهندسی معدن

چکیده

یکی از عامل‌های مؤثر در بازدهی فرایند فلوتاسیون، توزیع ابعادی حباب‌ها می‌باشد. توزیع اندازه حباب‌ها بر سه مرحله برخورد، چسبیدن و جدایش ذره/ حباب مؤثر می باشد. در این پژوهش، توزیع اندزه حباب‌های تولید شده در یک سلول فلوتاسیون مکانیکی آزمایشگاهی، با روش مستقیم آنالیز تصویری اندازه‌گیری شد. افزون بر اندازه‌گیری ابعاد، پارامترهای مؤثر بر توزیع اندازه حباب‌ها شامل غلظت کف ساز،  pHو دما نیز مورد بررسی قرار گرفتند. برای نمونه‌برداری و عکس‌برداری از حباب‌ها، دستگاه نمایشگر حباب شامل محفظه‌ی نمایش و لوله‌ی نمونه‌گیر، ساخته شد. پس از عکس‌ برداری از حباب‌ها، تصویرها توسط نرم افزار Image J Ver. 1.44 پردازش شدند. برای کاهش تعداد حباب‌ها در محفظه عکس‌برداری و کمینه کردن همپوشانی آن‌ها، قطر لوله‌ی نمونه‌گیر تا حد امکان کوچک انتخاب شد. با پوشاندن وجه ‌های جانبی محفظه‌ی نمایش، از ورود نور به محفظه عکس‌ برداری از طریق این صفحه‌ ها جلوگیری شده و کیفیت تصویرها بهبود یافت. همچنین، با تنظیم عمق میدان عکس‌ برداری و با استفاده از لنز مناسب، مشکل‌ های موجود در مطالعه‌ های پیشین مانند همپوشانی حباب‌ها در تصویرها و خطای ناشی از پرسپکتیو برطرف شدند. به منظور کمینه کردن انحراف معیار اندازه‌گیری ابعاد حباب‌ها، در هر آزمایش 200 عکس از حباب‌ها گرفته شد و تعدادی از آن‌ها به صورت تصادفی برای پردازش انتخاب شدند. بررسی اثر کف‌ ساز بر توزیع اندازه حباب‌ها نشان داد که با افزایش غلظت کف ساز ازppm 10 به ppm 60 قطر ساتر حباب‌ها (d32) از 910 میکرون به 706 میکرون کاهش یافت. همچنین، نتیجه‌ ها نشان داد که با افزایش مقدار  pHاز 4 به 4/10، همزمان با افزایش مقدار مطلق پتانسیل زتا، d32 حباب‌ها از 1020 میکرومتر به 754 میکرومتر کاهش یافت و منحنی توزیع اندازه حباب‌ها به توزیع نرمال نزدیک‌تر شد. بررسی اثر دما بر توزیع ابعادی حباب‌ها نشان دهنده افزایش قطر ساتر حباب‌ها از 611 میکرومتر به 830 میکرومتر با افزایش دمای محلول از 10 درجه سلسیوس به 47 درجه سلسیوس می ‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Cho Y. S., "Effect of Flotation Frothers on Bubble Size and Foam Stability", Master of Science Dissertation, The University of British Colombia, Canada, Vancouver (2002).

[2] Grainer A., Bubble Generation in Froth Flotation Machines, Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, 79: 15–22 (1970).

[3] Swapna R., Bubble Size and Radial Gas Hold-up Distributions in a Slurry Bubble Column Using Ultrafast Electron Beam X-Ray Tomography, AIChE journal, 59(5): 1709-1722 (2012).

[4] Jung S.Y., Park H.W., Lee S.J., Simultaneous Measurement of Bubble Size, Velocity and Void Fraction in Two-Phase Bubbly Flows with Time-Resolved X-Ray Imaging, Journal of Synchrotron Radiation, 21(2): 424-429 (2014).

[5] Brian G.T., Alex D., Hua B., Behavior of Argon Bubbles during Continuous Casting of Steel, "80th Steelmaking Conference",Chicago, 13-16 (1997).

[6] Nikhitha B., Deekshith P., Santhosh Kumar G., A Review of Methodologies to Determine Bubble Diameter and Bubble Velocity, International Journal of Scientific and Research Publications, 2(9):11-20 (2012).

[7] Pandit A.B., Varley J., Thorpe R.B., Davidson J.F., Measurement of BubbleSize Distribution - an Acoustic Technique, Chem Eng Sci, 47:1079-1089 ( 1992).

[8] Chen F., Gomez C.O., Finch J.A., Technical Note: Bubble Size Measurement in Flotation Machines, Minerals Engincering, 14(4):427-432 (2001).

 

[9] Hernandez-Aguilar J.R., Gomez C.O., Finch, J.A., A Technique for the DirectMeasurement of Bubble Size Distributions in Industrial Flotation Cells, "Proceedings  of the 34th Annual Meeting of the Canadian Mineral Processors", 389-402 (2002).

[10] Azgomi F., Gomez C.O., Finch J.A., Correspondence of Gas Holdup and Bubble Size
in Presence of Different Frothers
, Int. J. Miner. Process., 83: 1–11 (2007).

[11] Finch J.A., Nesset J.E., Acuña C., Role of Frother on Bubble Production and Behaviour
in Flotation,
Minerals Engineering 21: 949–957 (2008).

[12] Aldrich C., Feng D., The Effect of Frothers on Bubble Size Distributions in Flotation  Pulp Phase And  Surface Froths, Minerals  Engineering, 13(10-1): 1049-1057 (2000).

[13] Sweet C., van Hoogstraten J., Harris M., Laskowski J.S., The Effect of Frothers on Bubble Size and Frothability of Aqueous Solutions, Minerals Engineering, 21: 949–957 Series on Fundamental in Mineral Processing. The Metallurgical Society of CIM, 235–246 (1997).

[14] Gupta A. K., Banerjee P.K., Mishra, A.,  Satish, P., Effect of Alcohol and Polyglycol Ether Frothers on Foam Stability, Bubble Size and Coal Flotation, Int. J. Miner. Process., 82: 126-137 (2006).

[15] Moyo P., "Characterization of Frothers By Water Carrying Rate", McGill University Montreal, Canada, 978-0-494-22658-2 (2005).

[16] Zhang W., Nesset J.E., Rao R., Finch J.A., Characterizing Frothers Through Critical Coalescence Concentration (CCC)95-Hydrophile-Lipophile Balance (HLB) Relationship, Minerals, 2: 208−227 (2012).

[17] Nesset J.E., Zhang W., Finch J A., Benchmarking Tool for Assessing flotation Cell Performance, “Proceedings of the 44th Annual Meeting of Canadian Mineral Processors (CIM)", Ottawa, Canada, 17−19 January, 183−209 (2012).

[18] Calgaroto S., Wilberg K.Q., Rubio J., On the Nanobubbles Interfacial Properties and Future Applications in Flotation, Minerals Engineering, 60, 33-40 (2014). 

[19] Elmahdy A.M., Mirnezami M., Finch J.A., Zeta Potential of Air Bubbles in Presence of Frothers, Int. J. Miner. Process., 89, 40–43 (2008).

[20] Wu Ch., Nesset K., Masliyah J., Xu Zh., Generation and Characterization of Submicron Size Bubbles, Advances in Colloid and Interface Science 19(2): 123–132 (2012).

[21] Conway B.E., Ion hydration near air/water interfaces and the structure of liquid surfaces, Electroanal J., Chem.,  65:491-504 (1975).

[22] Jin F., Li J., Ye X., Wu Ch., Effects of pH and Ionic Strength on the Stability of Nanobubbles in Aqueous Solutions of a-Cyclodextrin, J. Phys. Chem., 111:11745-11749 (2007).

]23[ احمدی، رحمان؛ خدادادی، احمد؛ عبداللهی، محمود؛ فلوتاسیون نرمه‌های کالکوپیریت در حضور نانوحباب‌های تولید شده با روش کاویتاسیون هیدرودینامیکی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)32: 81 تا 91 (1392).

 

[24] Phan C. M., Surface Potential of Methyl Isobutyl Carbinol Adsorption Layer at the Air/Water Interface, The Journal of Physical Chemistry, 116: 980–986 (2012).

[25] Zhang W.,  Nesset J. E., Finch J.A., Bubble Size as a Function of Some Situational Variables
in Mechanical Flotation Machines
, J. Cent. South Univ., 21: 720−727 (2014).

[26] Najafi A., Drelich J., Yeung A., Xu Zh., Masliyah J., A Novel Method of Measuring Electrophoretic Mobility of Gas Bubbles, Journal of Colloid and Interface Science, 308: 344–350 (2007).

[27] Garcia, H.E., Gordon, L.I., Limnol, J., Oxygen solubility in seawater: Better fitting equations, Limnology and Oceanography, Oceanogr, 37: 1307–1312 (1992).

[28] Hamme R.C., Emerson S.R., The solubility of neon, nitrogen and argon in distilled water and seawater, Deep-Sea Res. Part I 51: 1517–1528 (2004).

]29[ احمدی، رحمان، "فلوتاسیون نرمه‌ها از باطله‌های معدنی با تلفیقی از نانو- میکروحباب‌ها"، پایان نامه دکتری، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی (2013).

[30] Maoming F., "Picobubble Enhanced Flotation of Coarse Phosphate Particles", Ph.D. dissertation, The University of Kentucky, College of Engineering (2010).

[31] Zhang X. H., Li, Gang, W., Zhang X. D., Hu J., Effect of Temperature on the Morphology of Nanobubbles at Mica/Water Interface, Chinese Physics, 14(9): 1009-1963 (2005).