浮选作为一种高效的分离方法,广泛应用于微细矿物分选领域。在浮选过程工业中,空气是以小尺寸的气泡形式存在于设备内的浆体中,其作为一种载体,容易与矿浆中的疏水性矿粒发生碰撞粘附后形成密度小于水的气泡-颗粒聚合体,然后在流体作用下将目的矿物带到液面,达到矿物分选的目的。目前,许多研究仅针对纯气泡的运动,而对气泡-颗粒聚合体的上浮运动的研究鲜见报道,但该聚合体在上浮过程的行为会对浮选设备的性能产生较大影响。系统地深入研究流体中携带有颗粒的载颗粒气泡的运动特性,建立起不同颗粒携带量与气泡的运动特性之间的关系,为提高浮选矿物的分离效率提供理论依据。本文研究使用疏水性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)球形颗粒模拟矿物,以去离子水中上升的单个载颗粒气泡作为研究对象,采用高速动态摄影技术和相关的图像处理软件测量并提取气泡的特征参数,对不同尺寸、颗粒粒径、颗粒覆盖率的载颗粒气泡的运动特性进行研究。首先对PMMA颗粒进行五种粒度分级,接着用激光粒度分析仪S3500和Kruss K100表面张力仪分别对其进行粒度和接触角测量,然后利用两台上下布置的高速动态摄像机搭建实验测试系统,并用该系统记录气泡的尺寸、形状、运动轨迹、上升速度和气泡上的颗粒覆盖状况等。研究结果表明,自由下落的颗粒与气泡发生碰撞后由气泡底部而向上单层覆盖于气泡表面,其在气泡表面的排列方式为正六边形,对应的面填充因子为0.907。在气泡脱离针头4ms内,有少量颗粒脱落,然后颗粒可稳定的附着在气泡表面形成载颗粒气泡。颗粒覆盖在气泡上可以减少气泡的变形,颗粒覆盖率增多后,气泡形状由扁平状逐渐变为变形小的椭球形。纯气泡和载颗粒气泡脱离针头后都先沿着直线上升路径加速到最大速度,然后速度开始下降,最后气泡的瞬时速度和纵横比都呈现稳定的周期性波动。载颗粒气泡的瞬时速度和变形随颗粒覆盖率的增加而降低,但当覆盖率超过50%后,覆盖率的增加对速度和变形造成的影响逐渐减小。随着颗粒覆盖率的增加,气泡的平均纵横比增大,达到的末速度减小,说明气泡变形也影响着气泡的上升速度。气泡的上升轨迹随着覆盖率的增加由波动较大之字形逐渐变为直线,且颗粒粒径越大,轨迹越接近于垂直。分别利用Clift、Mendelson、Fan和Tomiyama纯气泡经典上浮速度公式预测载颗粒气泡的上浮末速度,发现上述公式预测误差均较大,仅Tomiyama公式预测结果在趋势上与实验值一致。因此,基于Tomiyama速度预测公式,同时引入界面张力修正,得到新的速度公式,实现了不同颗粒覆盖率的载颗粒气泡的末速度预测,预测误差的绝对平均值最大为6.54%。基于不同颗粒覆盖率的载颗粒气泡的曳力系数实验值,推导出了适合计算载颗粒气泡的曳力系数的预测公式,其预测结果与实验值比较吻合,两者比值基本在1附近,在预测小尺寸的载颗粒气泡时,准确度更高,误差较小。论文有图52幅,表9个,参考文献104篇。