微细粒矿物的高效回收一直是浮选领域亟待解决的技术难题。近年来，体相微纳米气泡（Bulk micro-nanobubbles， BMNBs）因其独特的界面物理化学特性，在强化微细粒矿物浮选中展现出巨大潜力。然而，功能性BMNBs（如表面活性剂修饰的“铠甲气泡”）的作用机制尚不明确，缺乏系统的定量表征与机理研究。以微细石英为研究对象，系统考察了BMNBs，尤其是十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）修饰BMNBs在浮选过程中的性能与作用机制。研究通过浮选试验、气泡特性分析、颗粒聚集行为监测等手段，揭示了BMNBs在提升浮选回收率中的关键作用路径。结果表明，BMNBs的引入显著提升了微细石英的浮选回收率，其中CTAB制备的功能性BMNBs通过增加气泡数量显著增强了气泡与矿物颗粒之间的作用。功能性BMNBs通过气泡的桥接作用驱动颗粒团聚，最终形成大粒径絮体，有效提高了浮选效率。本研究通过探究功能化BMNBs对微细石英浮选的影响机制，为微细粒难选资源的高效分选提供了理论依据与技术路径。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：功能化体相微纳米气泡对微细矿物浮选回收的影响机制。作者：周绍奇，毛玉强，卜祥宁，谢广元。

微细粒矿物的高效回收是当前有色金属选矿领域面临的核心技术挑战之一。随着矿产资源日益贫细杂化，矿石中微细粒组分的比例显著增加，其赋存形式复杂、比表面积大、表面能高，导致传统浮选工艺在选择性和回收率方面受到严重限制。因此，提升微细粒矿物的选择性捕收效率成为当前研究关注的重点方向。

体相微纳米气泡因其具备粒径小、比表面积大等一系列独特的物理化学特性，在强化浮选分离方面展现出巨大应用潜力。近年来，众多研究者尝试将BMNBs引入浮选体系，以突破传统气泡体系在微细粒回收方面的瓶颈。例如，CHEN等利用微纳米气泡发生器制备纳米气泡水溶液，并将其应用于微细金红石的浮选，试验结果表明，BMNBs的引入显著提高了浮选产率和速率。类似地，WANG等在超细辉钼矿的浮选过程中引入BMNBs后，浮选回收率提升了15.17%。

尽管已有研究初步证实BMNBs 在强化微细粒矿物浮选方面具有良好应用潜力，特别是引入表面活性剂制备的功能性BMNBs（又称“铠甲气泡”）表现出更优异的浮选性能，但其具体作用机制尚未得到系统阐明。一方面，BMNBs溶液是一个高度多分散的气泡体系，由不同尺度的微泡与纳米泡组成，其在矿浆中可能以截然不同的方式参与颗粒团聚与附着过程；另一方面，表面活性剂等溶液环境因素对BMNBs界面性质与结构稳定性具有显著影响，这种调控效应进一步复杂化了BMNBs在浮选体系中的作用模式。因此，深入揭示功能化BMNBs在微细粒矿物浮选中所发挥的关键功能，对于构建高效浮选理论体系具有重要意义。基于此，本文以微细石英为研究对象，系统研究BMNBs及捕收剂制备的功能化BMNBs在浮选过程中的作用机制。

本研究使用的石英样品购自华润矿业有限公司。石英样品的粒度分布如图1（a）所示，可以看出其粒度分布d₅₀ 为15.29 μm，说明该石英样品粒度较细；石英样品的XRD分析结果如图1（b）所示，说明该石英样品纯度较高。本研究中使用的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）购自国药集团化学试剂有限公司。

BMNBs水由微纳米气泡发生系统（济南郎派科技有限公司）生成。气泡的粒径分布及浓度采用聚焦光束反射测量系统（FBRM，G400，Mettler-Toledo，USA） 和纳米颗粒跟踪分析仪（NTA，NS300，Malvern， UK）进行表征，分别用于微泡和纳米气泡的动态尺寸监测与定量分析。

将预先称取的一定质量样品加入装有30 mL去离子水的烧杯中，使用磁力搅拌器以600 r/min 的转速搅拌1 min，以确保矿物颗粒充分分散。随后，按照试验设计加入规定剂量的CTAB捕收剂，继续搅拌2 min 以促进药剂作用。接着向体系中加入100 mL 纯水或BMNBs水，并进一步搅拌1 min 以获得均匀矿浆。矿浆制备完成后，迅速将其转移至哈利蒙德浮选管的进料口，确保全部进入装置内部。随后补加纯水，使浮选管球形容器中的液面与进料口齐平。开启气泵与搅拌装置，设定气流速率为100 mL/min，浮选时间为3 min。浮选结束后，依次关闭气泵与搅拌器，开启精矿收集口，对精矿进行收集、过滤和干燥处理，以备后续分析。

采用FBRM对矿浆中石英颗粒的粒径分布进行实时监测，并利用颗粒可视化监测系统（ParticleView V19，Mettler-Toledo，USA）表征引入BMNBs前后石英颗粒的微观形貌变化。测试前，称取1 g 石英颗粒分散于30 mL水中，随后加入设定浓度的捕收剂， 并使用磁力搅拌器以500 r/min 搅拌2 min 以确保颗粒均匀分散。之后，向体系中加入100 mL纯水或 BMNBs水，继续搅拌混合。搅拌开始的同时，启动FBRM与PVM系统同步采集数据，以记录颗粒粒径演化及团聚状态的可视化变化，所有条件下均取BMNBs引入1 min 后的试验结果进行分析。

图2（a）呈现了不同CTAB浓度下，细粒石英在常规浮选与引入纯水制备的BMNBs条件下的回收率对比结果。整体趋势显示，随着CTAB浓度的增加，石英的回收率逐步上升，表明捕收剂浓度增强了矿物表面的疏水性，有利于其进入泡沫产品。同时，在所有浓度条件下，BMNBs浮选体系均优于常规浮选，体现了微纳米气泡在细粒矿物浮选过程中的促进作用。具体数据显示，当CTAB浓度由1×10^-5 mol/L 增加至5×10^-4 mol/L 时，常规浮选的回收率从12.91% 提升至78.41%，而在BMNBs辅助浮选条件下，回收率由16.54%增至89.61%。由于在较低CTAB浓度（1×10^-5 mol/L）下，表面改性效果有限，矿物疏水性较差，BMNBs对回收率的提升作用相对较弱。浓度升高至1×10^-4 mol/L 时，颗粒表面捕收剂吸附增强， 疏水性显著提高，此时BMNBs通过促进气泡- 颗粒的黏附与团聚作用，显著提高了浮选效率。

为进一步探讨微纳米气泡自身性质对石英浮选性能的影响，本研究采用不同浓度CTAB溶液制备功能化BMNBs，并在固定捕收剂浓度（1×10^-4 mol/L） 条件下开展浮选试验。图2（b）展示了在CTAB浓度变化下，所制备BMNBs 对石英回收率的影响规律。试验结果表明，与以纯水制备的BMNBs相比，CTAB参与制备的BMNBs显著提升了石英的浮选回收率，且这种提升随CTAB浓度的上升而增强。当BMNBs的制备溶液中CTAB浓度从1×10^-6 mol/L 增至1×10^-4 mol/L 时，石英的回收率由69.32% 提升至79.64%，最大增幅达11.73%。该结果说明， BMNBs所携带表面活性剂分子可进一步强化其与矿物颗粒之间的界面相互作用，从而在已有捕收剂作用的基础上实现浮选效果的协同提升。

图3 展示了CTAB浓度对微米气泡特性的影响。随着CTAB 浓度从0 逐步增加至1×10^-4 mol/L， 1~10 μm 内的气泡数量显著增加，由约10000 个提升至120000 个；10~100 μm 内的气泡数量则从约 3000 个增长至21000 个，随后略微下降至约20000 个 （图3（a））。整体来看，CTAB浓度对气泡数量具有显著增强作用，尤其在小尺寸气泡的生成上更为明显。而对气泡尺寸分布的影响则相对有限，随着药剂浓度的提升，气泡分布趋于集中，表现出分布范围收窄的趋势，说明较高浓度的表面活性剂有助于形成更为均一的气泡体系（图3（b））。

图4展示了CTAB浓度变化对纳米气泡数量与浓度的影响。试验结果表明，随着CTAB浓度从0 逐步增加至1×10^-4 mol/L，纳米气泡的浓度呈现先上升后下降的趋势，其中最高浓度可达4×10⁸ bubbles/mL（图4（a））。 这种变化可能与气泡表面电荷密度的调控效应有关。从粒径分布来看，纳米气泡主要集中在40~300 nm 内，CTAB浓度对其粒径分布影响较为有限，整体分布保持相对稳定（图4（b））。

综上所述，通过对不同制备条件下BMNBs性质的分析可以看出，采用CTAB溶液生成的微米级和纳米级气泡在数量发生了显著变化。首先，无论是微米气泡还是纳米气泡，其数量在CTAB存在条件下均明显增加。纳米气泡浓度的提升有助于提高其在颗粒表面的附着概率，从而增强颗粒的疏水性，这与纳米气泡作为“二次捕收剂”的作用机理相一致。与此同时，微米气泡数量的增加进一步增强了其在矿浆中的桥接聚集能力，促进细粒石英颗粒间的团聚行为，从而协同提高浮选效率。此外，CTAB分子在BMNBs生成过程中能够吸附于气泡界面，形成具有定向排列结构的“表面包覆层”。其中，CTAB的疏水烷基链朝向气泡内部，而亲水头基朝向溶液，相当于在气泡表面构建了一层“铠甲”结构。这种结构有助于提高气泡在矿浆中的稳定性与亲矿性，进一步增强其在石英颗粒表面的附着效率，从而在浮选过程中实现浮选性能的协同提升。

基于前两节的研究结果可知，CTAB参与制备过程中显著改变了BMNBs数量分布，这一变化势必会对石英矿浆中颗粒群体的空间结构与分散状态产生影响。图5（a）展示了在固定捕收剂浓度条件下， 不同BMNBs添加方式对石英矿浆中颗粒粒度分布的影响。结果显示，在未引入BMNBs的对照组中， 石英颗粒呈单峰分布，主要集中于2~100 μm，峰值约位于30 μm，表明矿物颗粒以分散态为主。引入以纯水制备的BMNBs后，粒度分布明显右移，范围扩展至5~500 μm，峰值显著上升至约150 μm，表明气泡的引入促进了颗粒之间的团聚行为。进一步地，当向矿浆中添加不同浓度CTAB制备的BMNBs 时，粒度分布持续向更大粒径区间偏移，集中分布于10~600 μm，且随着CTAB浓度的增加，粒径峰值和分布范围均呈增长趋势。这一现象表明，CTAB修饰的BMNBs更有利于促进石英颗粒的聚集，显著增加其表观粒径。

为更深入探讨BMNBs作用下矿浆中颗粒结构的实际演变，本文进一步对不同尺寸范围内石英颗粒的数量分布进行了统计分析。图5（b）~5（d）分别展示了在不同BMNBs添加条件下，矿浆中颗粒数量的变化情况。在未添加BMNBs的对照体系中，<10 μm 颗粒数量约为8000 个，10~100 μm 颗粒数量约为 2700 个，未检测到100~1000 μm 的颗粒，说明体系中石英颗粒分散性较好。引入纯水制备的BMNBs 后，<10 μm 颗粒数量降至约5500 个，10~100 μm 颗粒略升至2900 个，且首次观测到100~1000 μm 的颗粒数量超过70 个，表明在BMNBs 作用下，部分细粒颗粒发生了团聚或与气泡结合而形成大粒径颗粒。进一步引入不同浓度CTAB制备的BMNBs 后，颗粒结构变化更加显著。随着CTAB浓度的提 升，<10 μm 颗粒数量持续减少，而100~1 000 μm 的颗粒数量显著上升，表现出明显的团聚趋势。尤其当BMNBs 的制备浓度达到1×10^-4 mol/L 时，大颗粒数量激增至约690 个，明显高于纯水BMNBs条件下的水平。上述结果明确表明，CTAB修饰的BMNBs 不仅促进了细粒石英的团聚，而且该效应随药剂浓度的增加而增强。

图6 展示了利用PVM对不同BMNBs 添加条件下石英矿浆中颗粒聚集状态的实时观测结果。结果显示，在未引入BMNBs的对照体系中，矿浆中的石英颗粒呈完全分散状态，图像中未观察到明显的颗粒聚集体，颗粒均以单体形式分布。当引入纯水制备的BMNBs后，图像中开始出现由微米级BMNBs桥连形成的石英“气絮体”结构，说明BMNBs 可在一定程度上促进颗粒之间的架桥聚集。然而此时絮体数量仍较有限，背景中仍可观察到大量未聚集的细颗粒，说明其团聚能力尚不充分。进一步引入CTAB溶液制备的BMNBs后，气絮体的数量明显增加，颗粒之间的团聚趋势显著增强。且随着BMNBs制备溶液中CTAB浓度的提高，图像中可见气絮体数量持续增多，结构更加紧密，背景中分散态微细颗粒逐渐减少直至几乎消失，说明大部分颗粒已参与聚集形成较大尺度的团聚体。这一结果与前述FBRM检测所获得的粒径变化趋势一致，进一步验证了CTAB修饰BMNBs在强化微细石英颗粒聚集、改变矿浆粒群结构方面的协同作用机制。

本研究通过浮选试验、气泡性质表征、粒度分布分析以及PVM可视化监测等手段，系统揭示了功能性BMNBs 对微细石英浮选行为的影响路径。结合各项结果，可从以下几个方面综合阐明其作用机制： BMNBs体系中同时存在微米级与纳米级气泡，其在矿浆中发挥互补功能。纳米气泡由于尺寸极小、表面带电且稳定性强，能够作为“二次捕收剂”附着在微细石英颗粒表面，增强颗粒疏水性，有助于提高气泡- 颗粒的结合效率。另一方面，微米气泡则在颗粒间起桥接作用，促进颗粒团聚形成大尺度絮体，提高其与主浮选气泡的有效碰撞概率，进而显著提升回收率。这种“表面疏水增强+架桥团聚”双机制构成了BMNBs强化微细粒浮选的核心路径。引入CTAB 制备的BMNBs进一步强化了气泡- 颗粒相互作用。FBRM与PVM结果显示，CTAB修饰BMNBs 在提升气泡数量的同时，促进了更显著的颗粒团聚与结构重组行为。这种粒群结构的变化改变了微细石英与浮选气泡的黏附动力学，成为浮选性能提升的直接驱动因素。

本研究围绕功能性体相微纳米气泡（BMNBs）在微细石英浮选中的作用机制展开系统探讨，得到以下主要结论。

1）BMNBs 显著提升了微细石英的浮选回收率，其强化效应随捕收剂浓度的增加而增强。其中， CTAB修饰的BMNBs相较于纯水BMNBs表现出更显著的浮选促进作用。

2）CTAB修饰BMNBs调控了气泡体系的组成，显著增加了微米气泡和纳米气泡的数量，构建了“铠甲” 气泡结构，从而增强了气泡的稳定性和对矿物颗粒的吸附能力。

3）BMNBs 的引入改变了矿浆中颗粒的粒群结构。FBRM结果表明，石英颗粒的粒径分布整体右移， 100~1000 μm 颗粒数量显著上升。PVM图像直观显示，在功能性BMNBs作用下，石英颗粒发生明显团聚，气絮体数量显著增加，背景中分散态颗粒逐渐减少，印证了气泡介导的团聚机制。