一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法技术

本发明专利技术提供一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法，包括以下步骤：将磨矿产品按照不同的窄粒级进行分类；并分别将每一粒级磨矿产品充分混匀、分散、制备各个粒级AFM检测样品；通过原子力显微镜的峰值力轻敲模式，对混匀后的磨矿产品颗粒的表面进行三维成像，获取扫描图像；对扫描图像进行分析；去除扫描图像中颗粒表面台阶、晶面边界后，将颗粒产品表面分为若干区域，作为RMS计算区域，进行RMS计算；计算RMS计算区域中所有像素点高度的均方根，作为磨矿产品表面的RMS粗糙度，定量表征断裂面粗糙度的纵向径深；修正AFM成像过程中所存在的误差，得到h(x)和h(X,Y)的准确数据；计算样品表面在三维平面的粗糙度PSD，定量表征粗糙度的空间分布密度。糙度的空间分布密度。糙度的空间分布密度。

【技术实现步骤摘要】
一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法


[0001]本专利技术涉及
，具体而言，尤其涉及一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法。

技术介绍

[0002]对于金属矿石来说，磨矿的目的一方面为后续分选作业准备适宜粒度的物料，另一方面是使矿物发生解离。颗粒在磨矿过程受到冲击、剪切、摩擦等作用，发生一系列表面性质改变，磨机类型、磨矿介质形状及尺寸、磨矿浓度等操作参数，以及矿石自身的力学性质，可造成矿物颗粒形态、粗糙度、晶面暴露程度、反应活性的差异。浮选是基于矿物组分亲/疏水性实现矿物分离的过程，有研究者认为，不同磨矿产品，表面粗糙度不同(UgurUlusoy,MeftuniYekeler,Correlation of the surface roughness of some industrial minerals with their wettability parameters,Chemical Engineering and Processing:Process Intensification,Volume44,Issue5,2005,Pages 555
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563,ISSN0255
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2701,https://doi.org/10.1016/j.cep.2004.08.001.)，减小颗粒表面粗糙度会增加其表面疏水性；另有研究表明，对于亲水性矿物，粗糙度增加能够增强表面亲水性，而疏水性矿物，粗糙度增加造成疏水性增加。通过调控矿物表面的粗糙度，可促进不同矿物的分离。因此，科学表征磨矿产品表面粗糙度，揭示不同磨矿产品的表面粗糙度差异、及对矿物暴露晶面疏水性的影响规律，统筹磨矿与浮选流程，实现磨矿对浮选行为的精细调控，具有重要的意义。
[0003]粗糙度是由于原子断裂形成的边界，是颗粒表面最显著的性质，对润湿性有直接影响。目前，针对磨矿产品颗粒表面粗糙度的表征(Rahimi M,Dehghani F,et al.Influence of the roughness and shape of quartz particles on their flotation kinetics[J],International Journal of Minerals,Metallurgy,and Materials,2012,19(4):284
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289.)，气体吸附法测定颗粒比表面积可对粗糙度间接表征，但受颗粒团聚、堆叠的影响。对颗粒表面粗糙度的直接表征方法，均是借助不同模数的砂纸手工制造矿物表面的不同粗糙度(Wang X,Zhang Q.Insight into the Influence of Surface Roughness on the Wettability of Apatite and Dolomite[J],Minerals,2020,10(2):114.)，通过扫描电子显微镜观测表面的形貌，采用粗糙度仪测量颗粒的表面起伏并进行加权计算，获得颗粒表面的均方根粗糙度(RMS)。这个方法存在4点不足：(1)采用砂纸打磨出来的颗粒表面粗糙度非实际磨矿产品的粗糙度，磨矿过程是一个包含冲击、剪切、磨削共同作用的随机无序过程，而砂纸打磨出来的为规则的磨削过程，不能反映磨矿产品的真实粗糙度信息；(2)这种方法未考虑到颗粒磨矿行为的粒度效应，各粒级的力学性质、所包含的缺陷浓度不同，从而形成不同粒级的不同磨矿行为,各粒级磨矿产品表面的粗糙度不同；(3)SEM为二维表征手段，不能反映粗糙度的立体信息，二维观测到的正方形有可能是一个立体上的长条形；(4)这种方法未考虑粗糙度的密度，RMS对样品在竖直方向的高低起伏有很好的指示作用。比如图1中，两个样品表面在z轴方向具有相同的起伏高度，按
RMS计算的两个表面具有相同粗糙度，但是x轴方向上起伏的密度明显不同。

技术实现思路

[0004]根据上述
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术旨在提供一种实际磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法。以实际的磨矿产品为表征对象，将磨矿产品分为不同窄粒级，表征受粒度效应影响的磨矿颗粒表面粗糙度，借助原子力显微镜(AFM)对颗粒表面进行原位扫描，实现表面粗糙度的三维成像，采用功率谱密度(PSD)方法，准确表征断裂面粗糙度的径向纵深和空间分布密度，为研究磨矿产品断裂面粗糙度特性对断裂面润湿性的影响提供指导，继而为研究断裂面粗糙度对浮选过程产生的影响创造条件。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：将磨矿产品按照不同的窄粒级进行分类；并分别将磨矿产品各个粒级充分混匀、分散、制备AFM检测样品；
[0008]步骤S2：通过原子力显微镜的峰值力轻敲模式，对所述混匀后的磨矿产品颗粒的表面进行三维成像，获取扫描图像；
[0009]步骤S3：对所述步骤S2生成的所述扫描图像进行分析；
[0010]步骤S4：对所述扫描图像去除颗粒表面台阶、晶面边界后，颗粒产品表面分为若干区域，作为RMS计算区域，进行RMS计算；
[0011]步骤S5：计算步骤S4中所述RMS计算区域中所有像素点高度的均方根，作为磨矿产品表面的RMS粗糙度，定量表征断裂面粗糙度；
[0012]步骤S6：修正AFM成像过程中所存在的误差，得到h(x)和h(X,Y)的准确数据；所述h(x)以表示AFM的3D图像中沿x轴分布的截面中每个像素点的高度，X表示坐标距离，其长度范围0<X<L，L表示图像的总长度，在三维平面中，每个像素点的高度用h(X,Y)形式表示，X，Y为像素点在平面中的位置坐标；
[0013]步骤S7：计算样品表面在三维平面的粗糙度PSD，定量表征粗糙度的空间分布密度。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0014]本专利技术所涉及方法准确表征断裂面粗糙度的径向纵深和空间分布密度，为研究磨矿产品断裂面粗糙度特性对断裂面润湿性的影响提供指导，继而为研究断裂面粗糙度对浮选过程产生的影响创造条件。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为
技术介绍
中x轴方向上起伏密度不同的两个样品表面示意图。
[0017]图2为本专利技术磨矿产品+74μm颗粒表面AFM图像；其中，(a)为菱铁矿棒段磨矿产品，(b)为菱铁矿钢球磨矿产品，(c)为赤铁矿棒段磨矿产品，(d)为赤铁矿钢球磨矿产品。
[0018]图3为本专利技术磨矿产品
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74+38μm颗粒表面的AFM图像，其中，(a)为菱铁矿棒段磨矿
产品，(b)为菱铁矿钢球磨矿产品，(c)为赤铁矿棒段磨矿产品，(d)为赤铁矿钢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将磨矿产品按照不同的窄粒级进行分类；并分别将每一粒级磨矿产品充分混匀、分散、制备各个粒级AFM检测样品；S2：通过原子力显微镜的峰值力轻敲模式，对所述混匀后的磨矿产品颗粒的表面进行三维成像，获取扫描图像；S3：对所述步骤S2生成的所述扫描图像进行分析；S4：对所述扫描图像去除颗粒表面台阶、晶面边界后，颗粒产品表面分为若干区域，作为RMS计算区域，进行RMS计算；S5：计算步骤S4中所述RMS计算区域中所有像素点高度的均方根，作为磨矿产品表面的RMS粗糙度，定量表征断裂面粗糙度；S6：修正AFM成像过程中所存在的误差，得到h(x)和h(X,Y)的准确数据；所述h(x)以表示AFM的3D图像中沿x轴分布的截面中每个像素点的高度，X表示坐标距离，其长度范围0<X<L，L表示图像的总长度，在三维平面中，每个像素点的高度用h(X,Y)形式表示，X，Y为像素点在平面中的位置坐标；S7：计算样品表面在三维平面的粗糙度PSD，定量表征粗糙度的空间分布密度。2.根据权利要求1所述的一种磨矿产品表面真实粗糙度的科学表征方法，其特征在于，所述均方根粗糙度RMS通过以下公式计算获取：其中，RMS表示表面均方根粗糙度；N表示用于计算的表面像素点的个数；Z表示每个像素点的高度。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽匣，张晨，刘美涵，孟庆有，卢冀伟，刘飞飞，张玉磊，潘震宇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：