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2025-04-23
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【摘要】 本文解析VOGC与CPC法测定表面处理颗粒的界面性能差异，对比等离子清洗/TCOD/TMPA处理效果，揭示表面能在矿物加工中的关键作用。
实验背景与意义
在矿石加工领域，每年消耗的工业用水量巨大，开发可持续加工技术已成为行业焦点。Bernardo Moreno团队通过表面能测定与附着功计算，系统研究了改性颗粒与基质的粘附机理。实验选用玻璃微球模拟硅酸盐矿物，采用等离子清洗、TCOD、TMPA三种表面处理工艺，为优化选矿工艺提供理论依据。
图1 计算公式
表面能测定方法对比
1. VOGC三元谱分析法
采用van Oss-Good-Chaudhury方法，通过三种探针液体构建表面能组分模型：
- Lifshitz-van der Waals分量
- Lewis酸碱作用分量
- 几何平均法计算粘附功
2. CPC接触角法
Chibowski-Perea-Carpio方法通过前进/后退接触角计算总表面能。实验数据显示：
- TPA处理表面能：CPC法52.7 mJ/m² vs VOGC法55.9 mJ/m²
- TCOD处理表面能：CPC法21.9 mJ/m² vs VOGC法22.5 mJ/m²
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图2(左)TMPA处理玻璃上5种探针液体前进(TMPA Adv)、后退(TMPA rec)和固位(TMPA固位drop)接触角的比较(右) 五种探针液在TCOD处理玻璃上的进、退、固接触角比较。
界面能测定技术验证
通过力学冲击法与分子分析法交叉验证发现：
|
处理工艺 |
界面能(mJ/m²) |
文献吻合度 |
|---|---|---|
|
等离子清洗玻璃 |
44.8 |
92% |
|
TCOD处理玻璃 |
21.6 |
89% |
|
TMPA处理玻璃 |
40.1 |
95% |
实验亮点：
- 双方法差异度<8%验证数据可靠性
- 表面能梯度变化揭示TCOD处理的疏水特性
- 粘附功计算模型支持工艺参数优化
工业应用价值
研究证实表面能调控可显著影响颗粒-基质界面效应：
1.等离子处理提升表面活性，利于药剂吸附
2.TCOD处理降低界面能，减少水耗量
3.粘附功数学模型助力浮选工艺优化
行业启示：建立表面能-附着功关联数据库，可指导低耗水选矿设备开发，推动绿色矿山建设。
参考文献：
[1] Bernardo Moreno Baqueiro Sansao, Jon J. Kellar, William M. Cross, Karen Schottler, Albert Romkes, Comparison of surface energy and adhesion energy of surface-treated particles,Powder Technology, Volume 384, 2021, Pages 267-275,
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