微纳米气泡凭借高比表面积、长停留时间、表面带电与高气液传质等特性，能够提高微细颗粒的碰撞与黏附概率、促进颗粒团聚并增强表面疏水性，从而显著提升细粒矿物的回收率并在多体系中降低药剂用量。东北大学韩跃新教授团队综述了微纳米气泡（直径约1nm~100μm）在矿物浮选领域的研究进展与应用展望，系统归纳了其制备方法、表征手段、作用机制与工程案例。比较了流体动力学空化、溶气释放、电化学与超声等制备路径的优缺点，介绍了光学成像、AFM、Zeta 测量等表征技术，重点讨论了微纳米气泡在金属、非金属、煤炭及二次资源回收中的典型应用与效果差异。此外，围绕强化与抑制两类作用机制（如界面微气泡清洗、毛细桥接、夹带抑制）分析了影响因素（粒度、药剂类型、气泡分布与流场条件）及其相互作用。最后指出，当前面临的工程化瓶颈——气泡稳定性与能耗矛盾、机理认识不足及放大后分布均匀性问题，并提出通过靶向界面调控、多场耦合与绿色智能化制备等路径推动微纳米气泡浮选向高效、低耗、可控的工程化方向发展，为相关研究与产业化应用提供理论依据与技术参考。相关成果发表于矿冶期刊群《有色金属（选矿部分）》2025年第9期，题目：微纳米气泡浮选技术研究进展与应用展望。作者：刘杰，葛文成，郭紫璇，韩跃新。

随着矿产资源品位持续下降、矿石性质日益复杂，传统浮选技术在微细粒矿分选过程中面临微细颗粒与气泡附着效率低、微细粒矿物回收率不高等难题，难以满足现代选矿工艺的发展需求。微纳米气泡凭借其独特的物理化学性质，为微细粒矿物分选难题提供了新的解决思路和技术路径。

与传统气泡相比，微纳米气泡具有比表面积大、在液体中停留时间长、表面带电、气液传质效率高以及界面活性强等特点，这些特性显著增强了微纳米气泡与微细粒矿粒的附着概率，有效提高了微细粒矿物的回收效率，突破了传统浮选技术的应用限制。尽管早期受限于经典流体力学理论，研究者们普遍认为微小气泡难以稳定存在，但自20 世纪80 年代以来，随着实验手段的不断进步，研究者发现微纳米气泡不仅具有较高的稳定性，还在界面行为、电荷分布和流体动力学特性方面表现出独特优势，这为其在浮选领域的应用奠定了理论基础。

目前，微纳米气泡浮选技术已在金属矿、非金属矿及煤炭资源的分选实践中取得良好效果，在难选细粒矿物回收、废弃资源再利用等方面展现出广阔的应用前景。然而，该技术在工业化应用过程中仍面临诸多挑战，如气泡生成稳定性与能耗之间的矛盾、气泡与矿物间界面作用机制尚不清晰、设备放大过程中的气泡分布均匀性下降等问题，亟需进一步研究与突破。为全面掌握微纳米气泡浮选技术的研究现状与发展趋势，本文首先明确了微纳米气泡的定义并从其特性入手，系统总结其制备方法与表征手段，重点分析其在不同类型矿物浮选中的应用效果，深入探讨其在浮选过程中的作用机制，并结合当前存在的技术瓶颈，展望其未来的发展方向，以期为相关研究和工程实践提供参考。

依据国际标准化组织（ISO）的定义（图1），微纳米气泡是指直径1 nm至 100 μm的气泡，其中包括微米级气泡（1~100 μm）与纳米级气泡（1~1000 nm）。而早在20 世纪中叶，依据Stokes 定律和Epstein-Plesset 理论，学界普遍认为气泡尺寸越小，上升速度越快、寿命越短。例如，长期以来普遍认为2 μm 气泡在水中理论寿命短至几毫秒，这一观点阻碍了对微纳米气泡开展系统的应用研究。直到20 世纪80 年代初，学者在测量疏水界面相互作用力时意外发现了一种长程吸引力，并首次提出界面纳米气泡可能是这种长程吸引力的主要成因之一。随后， 1996 年中国科学院胡钧团队率先通过原子力显微镜在固液界面捕获到疑似纳米气泡图像，2000 年日本石田团队也在疏水硅表面观测到类似现象。2001 年《Chemical & Engineering News》和《Physics Today》相继评论了纳米气泡的直接成像的研究成果，认为其解开了疏水长程吸引力之谜，并确认了纳米气泡可稳定存在。由此，微纳米气泡研究逐步突破经典流体力学理论束缚，得到研究者们的深入认识，并因其稳定性与界面活性等独特特性广泛应用于矿物浮选、水处理和生物医药等领域。

微纳米气泡由微米级气泡与纳米级气泡组成，因此具有常规气泡所不具备的物理化学特性：1）比表面积大。与常规气泡相比，微纳米气泡的尺寸减小导致单位体积内气泡数目显著增加，其总界面面积远大于常规气泡；2）稳定性强。由于体积小而浮力低，且受布朗运动影响，纳米气泡上升速度极慢，可在液相中长时间保持悬浮状态，不易快速聚合或上浮破裂。同时，根据拉普拉斯定律，小气泡曲率半径越小，内部气体压力越高，表面张力可进一步压缩气泡内气体，形成自增压溶解效应，有助于维持纳米气泡的稳定性；3）表面荷电。微纳米气泡表面通常荷负电，其ζ 电位表现出明显的负值区间，该电荷屏蔽层不仅提高了气泡在液相中的稳定性，还影响了气泡与矿物粒子的静电相互作用或吸附行为；4）气液间传质效率高。相较于常规气泡，微纳米气泡具有更高的气液间传质效率，有助于加速气体在液相中的溶解及物质交换过程，对氧化还原及界面反应尤为显著；5）化学活性强。微纳米气泡破裂或崩解时可释放大量―OH、O₂^- 等活性自由基，这些活性自由基进而对表面产生多方面影响，既包括清洁、改性、杀菌消毒、活化等作用，同时也可能引发腐蚀现象。

在研究微纳米气泡的应用之前，科研人员对其稳定制备方式进行了大量的研究。目前，产生微纳米气泡的常见方式有流体动力学空化法、溶液置换法、电化学法、气体溶解- 释放法以及超声空化法等，其制备方法和原理如表1所示。

微纳米气泡的制备技术（如超声空化、溶气- 释放、机械剪切等）直接决定了气泡的初始物理化学特性，通过精准表征这些特性，进而与浮选过程中微纳米气泡的实际表现建立关联。然而传统的测试手段受限于测试分辨率和化学灵敏度的问题，无法有效表征微纳米气泡。因此，针对微纳米气泡性质的表征也在持续发展。目前，根据微纳米气泡特性，其表征手段主要包括气泡尺寸及数量、表面电位的表征。

1）气泡尺寸分布及数量表征

随着光学技术的发展，显微镜的分辨率有着较大的提升，从而使微纳米气泡的直接成像表征成为可能。其中包括，用于观测玻璃表面析氢产生微纳米气泡成核过程的超分辨率荧光显微镜，其能够原位实时观察单个纳米催化剂表面非稳定性微纳米气泡从成核到溃灭过程；通过远距相移差异实现对纳米气泡三维定量观测的数字全息显微镜以及能够在短时间间隔内捕捉到微纳米气泡形成、聚结、运动等动态过程的高速摄像机和原位微米气泡检测系统（Pixact PBM，检测精度为1 μm）。此外，原子力显微镜基于其测试原理能够在测试过程中对微纳米气泡的尺寸实现间接成像表征。在溶液环境下，采用轻敲模式对微纳米气泡进行原位观测，实现纳米级分辨率下气泡尺寸、形貌的测量。

2）气泡表面动电电位表征

在矿物浮选过程中，静电力在三相界面间的相互作用中占据重要地位，故气泡表面的动电电位也成为了浮选过程中需要关注的重要参数。目前，针对气泡表面动电电位的测量方法包括旋转管电泳法、常规电泳法和沉降电位法。常规电泳法基于气泡在电场中的电泳迁移率，通过激光测速计算电位，适用于纳米至微米级低浓度气泡，但气泡易因浮力上浮或聚并，需水平电场或小电极间距减少干扰；旋转管电泳法通过旋转样品管产生离心力抵消浮力，使较大尺寸气泡（如1~2 mm）在稳定电场中迁移，减少聚并和对流影响，提升测量重复性，适用于中等尺寸气泡的精密测量；沉降电位法则利用气泡在离心力下被迫“沉降”（实际因密度低本应上升，需离心模拟沉降） 时液体相对流动产生的电位差推算电位，适合高浓度气泡体系，需离心机等设备，操作较复杂但适用于工业场景快速测量。三者核心区别在于对气泡运动状态的控制方式（电场直接迁移、旋转抵消浮力、离心模拟沉降），适用气泡尺寸和浓度范围不同，设备复杂度与工业适配性各有侧重。而近年来，基于常规电泳法设计开发的Zeta-PALS（美国布鲁克仪器公司）也已逐渐成为测量气泡表面电位的标准化设备。

在金属矿浮选领域，微纳米气泡凭借其独特的界面效应和高效传质能力，显著提升了细粒矿物的分选效率。曾维能等以-38 μm 粒级的锡石、白钨矿、黑钨矿进行浮选试验，对比引入微纳米气泡前后浮选结果差异发现，三种矿物的浮选回收率均提高了5~15 个百分点。LI 等采用压降法在矿物表面生成微纳米气泡并研究了微纳米气泡与捕收剂之间的耦合关系，试验结果表明引入微纳米气泡后黄铜矿的浮选回收率提高了3.42%~24.08%。同时，药剂的用量降低了50%。HUANG等利用微纳米气泡的高传质效率制备了臭氧微纳米气泡用于强化黄铜矿与辉钼矿的浮选分离。研究结果表明，引入臭氧微纳米气泡后，随着混合矿中黄铜矿比例的增加，其与辉钼矿的分离效率也随之提高。在黄铜矿和辉钼矿质量比为9∶1 时，其分离效率达到了82.68%。在此过程中，臭氧微纳米气泡与传统气泡相比，表现出了更优异的选择性，为复杂多金属矿分选提供了新思路。吴中贤等探究了纳米气泡在金矿中的应用效果，研究结果表明，在浮选中引入纳米气泡可以显著提高金精矿中的Au 品位和回收率，相较于常规浮选其指标分别提高了3 g/t 和12.33%。值得注意的是，微纳米气泡不仅适用于正浮选，在反浮选中亦表现优异。徐冬林等考察了纳米气泡在铁矿反浮选流程中的应用。通过研究使用纳米气泡对鞍山式铁矿反浮选的影响可知，纳米气泡的存在能够在降低药剂用量的前提下显著提高精矿中TFe 品位和回收率。引入微纳米气泡，并进一步优化试验条件后，当精矿TFe 品位为67% 时，铁回收率从68% 提高至84%，拓展了其在铁矿反浮选中的应用场景。

非金属矿浮选常面临细粒矿物异质凝聚现象严重、浮选药剂选择性差等难题，微纳米气泡的引入为其分选提供了新策略。ZHOU等评估了微纳米气泡对石英浮选效果的影响，当微米级气泡和纳米级气泡共存时，细粒石英的回收率显著提高（约7%），而单独引入纳米级气泡则浮选回收率的提高并不显著。ZENG 等以-38 μm 的磷灰石为研究对象，探讨了以溶气-释气法制备界面微纳米气泡在油酸钠和十二胺体系下中的应用效果。研究结果表明，在油酸钠体系下，微纳米气泡的引入显著提高了磷灰石的浮选回收率，其回收率由45.5%提高至66.03%。然而在十二胺体系下，微纳米气泡的引入则对磷灰石的浮选回收率产生了效果相反的影响，其回收率由53.60%降低至27.63%。LU等将研究重点聚焦于微纳米气泡对脉石矿物浮选效果的影响，探讨了微纳米气泡在亲水性矿物蛇纹石浮选行为中的作用。利用超声空化的方式制备微纳米气泡，发现微纳米气泡的存在不仅能够显著降低蛇纹石的浮选回收率， 还可以实现抑制剂用量的降低。ZHANG等对比了引入微纳米气泡对不同疏水性颗粒浮选指标的影响，结果表明微纳米气泡对于两类硅质颗粒的浮选回收均有促进效果，且对于高疏水性颗粒的提升更为显著。TAGHAVI等对比在机械浮选槽以及浮选柱中分别引入纳米气泡对磷矿泥浮选回收效果的影响，结果表明在存在纳米气泡的条件下精矿中磷回收率分别提高至40.49%和41.26%，P₂O₅ 品位则分别为28.47% 和30.43%。同时，也证明了浮选柱中引入微纳米气泡对于矿物浮选指标的提升效果更佳。

针对煤炭资源高效分选需求，微纳米气泡在粗粒煤和低阶煤浮选中展现出独特优势。韩峰等将微纳米气泡发生器与单槽浮选机相结合，采用仲辛醇制备微纳米气泡用于粗粒煤浮选。以3 种粒度的屯兰煤为研究对象，进行微纳米气泡浮选试验。研究结果表明在粗粒煤浮选过程中引入微纳米气泡能够显著提高-710+500 μm 和-500+250 μm 粒级煤的浮选指标。其中，对于-710+500 μm 的屯兰煤，引入微纳米气泡后可燃体回收率提高了13.31%。QIAO 等采用水力空化的方式制备纳米气泡并用于山东某地煤矿的浮选，通过该工艺提高了10% 的可燃物回收率，而精煤灰分同步降低了2%。DENG等采用纳米气泡辅助浮选制备超净煤，与常规浮选相比可燃物回收率显著提高。在捕收剂用量降低40%的条件下，获得了精矿产率16.60%、灰分含量2.58%的超净煤。LIAN 等创新性地将CO₂ 纳米气泡协同微乳捕收剂用于低阶煤的净化，获得了可燃物回收率达到83.97%的选别指标，为低阶煤资源的回收利用提供了新的思路。WANG等提出制备荷正电的微纳米气泡用于低阶煤的纯化浮选，通过对比引入荷正电微纳米气泡前后的浮选指标可知，其精矿产率可提高32.2%，且镜质组的含量和回收率均显著提升。

随着二次资源利用技术的兴起，微纳米气泡在废旧材料和固废处理中逐渐展现价值。李臣威等采用纳米气泡用于钴酸锂电池中钴酸锂和石墨的浮选分离，研究结果表明，引入微纳米气泡后，在相同的浮选时间下，可燃体（石墨）的回收率提高了8%~10%。NAZARI等则采用微纳米气泡辅助电池正极材料和负极材料的浮选分离，结果表明，焙烧后的电极材料在微纳米气泡存在下，通过两段浮选工艺可以将正极活性材料的品位从65%±2%提高至93%±3%。同时，在该过程中还降低了50%的药剂消耗。电石渣是一种以氢氧化钙为主要成分的固体废弃物，将其制备为工业级氢氧化钙有助于这一固体废弃物的资源化、无害化处理。ZHU等引入微纳米气泡用于改善电石渣中浮选杂质的分离效果，相较于常规浮选指标，引入微纳米气泡后CaO 品位提高了0.51%，酸不溶物含量降低至0.78%，这也进一步推动了固废处理向精细化、高值化方向发展。上述的研究表明，微纳米气泡技术不仅适用于传统矿产资源分选，还在新兴资源回收领域展现出跨行业应用的广阔前景，其核心优势正不断被拓展至更复杂的分离过程。

从多元应用场景可见，微纳米气泡对矿物浮选的调控作用随矿物类型、粒度及浮选体系参数的不同呈现显著的差异化特征。尽管大量研究已证实其通过强化颗粒附着、界面电荷作用等机制提升浮选效率的共性规律，但部分研究中观察到的抑制效应，凸显出其作用机制的多维复杂性。因此，当前针对微纳米气泡在矿物浮选领域作用机制的探讨，需突破单一强化视角的局限，从多维度视角深化微纳米气泡强化/弱化浮选的内在规律认知，为其在矿物浮选领域中的应用发展提供更全面的理论支撑。

1）颗粒-气泡碰撞效率与浮选速率的协同提升

由于Yoon-Luttrell 碰撞概率方程中的碰撞概率（P_c）、气泡直径（D_b）、矿物颗粒（D_p）以及气泡在流体中的雷诺数（Re_b）存在以下关系，见式（1）：

由式（1）可知，当流体雷诺数固定时，碰撞概率随气泡直径的降低而增大、随颗粒表观直径的增大而增大。这进一步解释了微纳米气泡通常对细粒矿物浮选效果的强化更为显著。因为在引入微纳米气泡后， 细粒矿物表观直径的增幅更大。进一步采用二次矩形分布浮选速率方程模型拟合，考察纳米气泡对浮选行为的影响，结果表明使用含有纳米气泡的溶液浮选时，较大的浮选速率常数证实了纳米气泡能够显著提高矿物浮选速率。

2）颗粒疏水性与界面作用力的协同增强

微纳米气泡在矿物浮选界面上的吸附活性位点主要有矿物表面的原生缺陷和化学诱导的疏水位点。随着药剂在矿物表面的吸附，矿物表面会出现更多的化学疏水位点。以此使更多的微纳米气泡与矿物表面吸附，导致矿物的表观接触角大幅增加。如图2 所示， 当微纳米气泡在疏水性表面黏附后，常规气泡通过其与微纳米气泡的兼并实现在矿物浮选界面的黏附。而由于微纳米气泡与矿物表面间的接触面不易移动，因此在气固界面出现接触角增大的现象。

3）颗粒团聚效应的强化调控

ZHANG等在研究中发现随着颗粒疏水性的增加，引入界面纳米气泡后微细颗粒的粒径分布差异增大。而造成这一现象的主要原因是界面纳米气泡的存在促进了颗粒团聚体的形成。颗粒表面疏水性的提升，界面纳米气泡数量和尺寸均逐渐增加。在流体力学影响下（图3），疏水矿物颗粒上的界面纳米气泡可以通过毛细管桥接增强颗粒之间的引力，促进团聚体的形成。荆树励等通过采集引入微纳米气泡后出现的絮团照片，使用Image J 图像处理软件对絮团的平均粒径进行测量。研究可知，微纳米气泡- 矿粒形成絮团的粒度分布在0~250 μm 的范围内，且主要集中在100 μm，且该粒度受起泡剂松醇油浓度的影响。这些研究共同揭示了纳米气泡强化颗粒团聚的双重机制：一方面，疏水性增强直接诱导纳米气泡的选择性成核与生长；另一方面，流体力学作用与界面化学调控协同促进毛细管桥接的形成与稳定。

ZENG等通过试验观察和相关性分析，提出界面微纳米气泡在磷灰石表面成核生长脱除其表面吸附的捕收剂分子的作用机制，并将其定义为“Surface reagent cleaning”（图4）。在十二胺体系中，表面吸附的十二胺被气泡清洗。尽管界面微纳米气泡与磷灰石的吸附弥补了药剂脱落对其表面疏水性的影响，但由于在该药剂体系下黏附界面微纳米气泡的磷灰石颗粒间缺乏较强的分子间作用力，且在浮选槽中受剪切力和流体力的影响，磷灰石颗粒无法形成稳定的聚集体。因此，在该体系下引入界面纳米气泡抑制了磷灰石的浮选回收。此外，在研究微纳米气泡对脉石矿物浮选效果影响的过程中，LU等发现纳米气泡的存在会降低微细粒蛇纹石的浮选回收率。基于试验现象分析，提出了如图4 所示的抑制机制。在浮选过程中引入纳米气泡，其通过疏水作用力会附着在常规尺寸气泡表面漂浮，而该区域主要为大气泡间的水层，即夹带区。当两个大尺寸气泡之间的水层中存在大量的纳米气泡时，纳米气泡表现出对亲水矿物更强的疏水作用力。因此，将亲水性矿物排除在水层之外，也有效地降低了夹带效果，从而表现为对脉石矿物抑制效果的增强。

微纳米气泡浮选技术凭借气泡的高比表面积、表面电荷特性及长寿命稳定性，在提升各个粒级的矿物颗粒浮选效率方面具有显著的应用优势，但其工程化应用受限于气泡稳定性与能耗矛盾、界面作用机制不明、设备放大后均匀性下降等问题，例如微纳米气泡在复杂环境中易破裂、超声空化法能耗高、溶气释放设备处理量增大时效率波动。为突破瓶颈，未来发展聚焦三大核心方向：一是强化效果优化，通过靶向界面调控（如智能响应型表面活性剂）与多场协同（磁场、声-气协同系统）提升浮选效率；二是弱化效果控制，针对降低夹带、活性位点遮蔽、气泡破裂引发的表面清洗、药剂脱附等问题，通过气泡界面改性以及传质过程优化破解弱化机制，并在浮选过程中通过调控气泡作用方式，结合强化和弱化的影响促进矿物间的高效分离；三是制备方式革新，围绕绿色化与智能化，通过多物理场协同、动态反馈控制、微流控技术等，实现气泡特性精准调控、高密度生成及复杂工况适配，推动技术向高效、稳定、工程化方向发展，为资源高效利用与环境保护提供创新解决方案。