بررسي تجربي و آشكارسازي برخورد ذره كروي و حباب ساكن در حضور سيال

Experimental Study and Visualization of Particle/Bubble Collision in the Presence of Fluid

شناورسازي مهم ترين روش جداسازي مواد معدني بوده و يك عنصر كليدي بازيابي مواد معدني باارزش از طريق شناورسازي، تعامل بين ذرات و حباب هاي هوا در آب است. در مقاله حاضر با رويكردي تجربي به مطالعه و آشكارسازي برخورد حباب ساكن و ذرات پلاستيكي پرداخته شده است. نتايج بررسي اين برخورد در شناورسازي ذرات پلاستيكي كاربرد گسترده اي دارد. در اين مقاله با ايجاد حباب ساكن به قطر 5/5ميلي متر از طريق پمپ تزريق در سيال ساكن، به بررسي مكانيزم برخورد ذرات پلاستيكي به قطر 1/5ميلي متر روي سطح حباب پرداخته شده است. ذرات پلاستيكي از طريق سيستم خلا با سرعت صفر و در ارتفاع قابل تنظيم به سمت حباب رها مي شوند. موقعيت زاويه اي برخورد ذره بر سطح حباب با تغيير فاصله رهاسازي تغيير مي كند، به طوري كه با افزايش فاصله رهاسازي، موقعيت زاويه اي ذره بر سطح حباب با گذشت زمان كاهش مي يابد. زاويه برخورد اوليه در فاصله رهاسازي 18/68، 13/36 و 10ميلي متر به ترتيب 18/01، 15/15 و 18/8درجه به دست آمده است. در اين مطالعه، عملكرد نيرو هاي پسا، مويينگي، فشاري، وزن و شناوري بر حالت هاي اتصال و جداشدن ذره بر سطح حباب گزارش شده است. به دليل سرعت كم لغزش ذره بر سطح حباب، نيروي پسا در مراحل اتصال و جداشدن ناچيز است و نيروهاي شناوري و گرانش نيز مقاديري ثابت هستند. نتايج نشان مي دهند كه نقش اصلي در نيروهاي موثر در برخورد، نيروهاي مويينگي و فشاري هستند. همچنين به بررسي تاثير خط تماس سه فازي ذره بر نيروهاي مويينگي و فشاري پرداخته شده كه يكي از نوآوري هاي مطالعه حاضر است.

Flotation is the most important method for the separation of minerals. A key element of recovering valuable minerals through flotation is particles/air bubbles interaction in water. In the present paper, an experimental approach is proposed to study the collision of fixed bubble and particles. The results of this investigation are widely used in the application of plastic particle flotation. In this paper, by creating a bubble with a diameter of 5.5 mm through injection pump in fixed fluid, the plastic particles (with a diameter of 1.5 mm) are released on the surface of the bubble. The polar position of the particles on the bubble surface is changed by variations of the falling height and increasing the height of release leads to a decrease in the polar position of collision on the surface of the bubble. The initial collision angles at the release heights of 18.68mm, 13.36mm, and 10mm are 18.01, 15.15, and 18.8 degrees, respectively. In this study, the effect of forces of drag, capillary, pressure, weight, and buoyancy on the attachment and detachment of the particle on the surface of the bubble has been reported. Due to the low sliding velocity of the particle on the surface of the bubble, the drag force is negligible at the attachment and detachment case and floating and gravity forces are also constant. The main roles in effective forces of collapse are capillary and pressure forces. The effect of the three-phase contact line on the capillary and pressure forces is also analyzed, which is one of the innovations of the present study.