原子力显微镜在矿物颗粒与气泡相互作用研究中的应用

原子力显微镜在矿物颗粒与气泡相互作用研究中的应用，浮选是矿物颗粒选择性的黏附于气泡上浮的过程，矿物颗粒与气泡在气液固三相形成较大的接触角是实现浮选分离的前提。矿物表面疏水性强弱、气泡大小和稳定性以及矿浆溶液化学性质均会影响矿物颗粒与气泡间相互作用力。通过原子力显微镜研究矿物颗粒与气泡的微观作用，对浮选过程具有直观的指导作用。

Assemi将二氧化硅颗粒粘在悬臂梁尖端制备胶体探针，在不同电解质条件和气泡不同位置对二氧化硅颗粒与气泡间相互作用力进行测定，并获得不同条件下气泡的弹性系数和表面电位。通过微量注射器在浸没在电解质溶液中的高定向石墨HOPG表面生成大小为200～230um的气泡，利用原子力显微镜stepmotor将二氧化硅胶体探针放在气泡中心上方。

在去离子水、1×10－4MKCl和1×10－3MKCl中二氧化硅颗粒和气泡间作用力曲线，三种情况下均为长程斥力，并随着离子强度的增加而减小，这是因为离子强度增加减小了双电层的厚度，这表明斥力作用是由双电层引起的。将原子力显微镜测量的力和Hogg-Healy-Fuerstenau模型拟合计算可知，在去离子水、1×10－4MKCl和1×10－3MKCl中，气泡表面电位分别为－13mV、－10mV和－5mV。

胶体探针在气泡中心、气泡中心至边缘的中间位置以及边缘的弹性系数分别为0．065、0．05和0．03N/m，拟合计算可知三种情况下气泡表面电位分别为－11±2mV、－12±2mV和－18±0．03mV。胶体探针在气泡边缘时测得的力曲线和理论曲线拟合的很好。

将亲水性的玻璃球和疏水性的聚乙烯粘在悬臂梁尖端制备胶体探针，测定玻璃球和聚乙烯球与气泡间的相互作用，分析亲水颗粒和疏水颗粒与气泡间液膜的稳定性。气泡和玻璃球直径分别为600um和40um，气泡接近速度对气泡和亲水玻璃球间归一化作用力F/Ｒ的影响，接近速度对作用力影响很大，气泡和亲水玻璃球间的作用力受水动力学影响。在较小接近速度0．6um/s时，气泡和玻璃球间相互作用以DLVO力为主。气泡和玻璃球间作用力为斥力，气泡与颗粒间的液膜很稳定，气泡在亲水性玻璃球上没有吸附。

超纯水中疏水聚乙烯球与气泡间作用力。作用力为长程作用力，特别是在高接近速度条件下，表明在高接近速度时水动学影响很大。结果表明气泡和聚乙烯颗粒间的水膜不稳定，会破裂，实验表明气泡会在疏水聚乙烯颗粒表面吸附。且跳转接触作用力非常强，超出了原子力显微镜测定范围。