中國粉體網(wǎng)訊  超聲波是指頻率超過2×10⁴Hz的聲波，具有聚束、定向、反射、投射等一系列特性。超聲波技術(shù)的廣泛應(yīng)用基于超聲波所具有的兩種特性，一是超聲波作為一種信息載體，二是超聲波作為一種能量形式�？梢哉f超聲工程學(xué)在礦物加工領(lǐng)域的研究應(yīng)用主要包括檢測超聲和功率超聲兩大類。

檢測超聲在礦物加工過程中的應(yīng)用

檢測超聲利用了超聲傳播的特征和信息載體的特性，檢查材料缺陷，測量物體的幾何尺寸、物理化學(xué)性能及其他非聲學(xué)性質(zhì)和參量的方法和技術(shù)。由于超聲波頻率高，波長短，衍射現(xiàn)象不明顯等特點(diǎn)，在測量過程中有著靈敏度高，速度快，成本低，對(duì)人體無害，不需要直接接觸待檢測物等優(yōu)勢。

檢測超聲在礦物加工過程中的應(yīng)用包括粒度檢測、濃度檢測、流量檢測、料位檢測等。目前超聲波粒度儀已經(jīng)在國內(nèi)多處公司投入使用；超聲濃度檢測的方法主要是利用超聲衰減作用進(jìn)行測量，超聲波在礦漿中傳播時(shí)，振幅會(huì)隨著礦漿中固體含量多少和固體顆粒大小而變化；現(xiàn)在常用的是多普勒流量計(jì)，其原理為多普勒效應(yīng)：物體輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春徒邮拯c(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。通過測量流體中運(yùn)動(dòng)粒子散射聲波的多普勒頻移，以此完成流量檢測；現(xiàn)有物料測量中，在連續(xù)測料位的超聲技術(shù)中，應(yīng)用最廣的是超聲波脈沖回波法。

功率超聲在礦物加工過程中的應(yīng)用

功率超聲是通過超聲能量對(duì)物質(zhì)的作用來改變或加速改變物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性或狀態(tài)。

超聲波粉碎

超聲空化使在礦漿中礦石等破碎的工藝過程稱超聲碎，超聲粉碎裝置一般由換能器、變幅桿和超聲頻電源組成。超聲波粉碎利用超聲波的高能量密度(每cm2接觸面有數(shù)千千瓦的能量)與高頻應(yīng)力(20kHz)兩個(gè)特點(diǎn)。兩個(gè)特點(diǎn)相補(bǔ)充，可以在短時(shí)間內(nèi)有較好的破碎效果。

鑒于超聲波振動(dòng)技術(shù)在碎巖領(lǐng)域展現(xiàn)的應(yīng)用前景，近五年我國加大了對(duì)超聲波振動(dòng)碎巖理論研究的支持力度，各高校取得了豐富的研究成果。

熊值等采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)儀、熱重分析儀和X射線衍射儀等手段研究了超聲波振動(dòng)與磁力加熱攪拌兩種不同方式制備的有機(jī)改性蒙脫土(OMMT)，通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改性劑的用量、pH值、超聲波振動(dòng)時(shí)間和超聲波振動(dòng)功率4個(gè)因素對(duì)OMMT的層間距的影響，同時(shí)，還驗(yàn)證了不同種類的OMMT對(duì)聚丙烯(PP)霧化性能的影響。結(jié)果表明，相比磁力加熱攪拌法，超聲波振動(dòng)制備的OMMT不需加熱和攪拌、反應(yīng)速度快、制備的OMMT層間距更大；通過正交實(shí)驗(yàn)得出的最佳方案為選用十六烷基三甲基溴化銨的用量為1.5g，pH值為7.0或6.5、超聲波振動(dòng)60min，超聲波功率為80%；按照最佳方案采用超聲波技術(shù)制備的OMMT，對(duì)于改善PP的霧化有較好的效果。

超聲波技術(shù)應(yīng)用于浮選

超聲波技術(shù)應(yīng)用于浮選的原理主要基于超聲處理中液體的空化效應(yīng)和Bjerknes效應(yīng)。超聲空化包括瞬時(shí)空化和穩(wěn)態(tài)空化，不同空化狀態(tài)取決于聲壓和聲頻大小。Bjerknes效應(yīng)是通過影響超聲場中礦化氣泡的運(yùn)動(dòng)特性從而對(duì)浮選產(chǎn)生作用。

超聲瞬態(tài)空化、穩(wěn)態(tài)空化和Bjerknes效應(yīng)對(duì)礦物浮選的影響

超聲對(duì)礦物的作用：超聲對(duì)礦物的作用主要是利用超聲的空化效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)械攪拌作用，這一過程主要在礦物的預(yù)處理中進(jìn)行。超聲場中空化氣泡的瞬間崩塌釋放的巨大能量對(duì)礦物表面產(chǎn)生清潔、溶蝕和脫硫等作用。

超聲對(duì)浮選藥劑的作用：超聲空化所產(chǎn)生的機(jī)械攪拌、相互擴(kuò)散和均勻化作用會(huì)對(duì)浮選藥劑產(chǎn)生影響，利用這些超聲作用可增強(qiáng)浮選藥劑的溶解擴(kuò)散和彌散乳化效果，同時(shí)超聲波也會(huì)使藥劑的溶液性質(zhì)和聚集狀態(tài)產(chǎn)生變化。

對(duì)礦漿的作用：超聲對(duì)礦漿的作用主要指對(duì)礦漿中氣泡的作用，主要包括微泡的形成和聚合作用)。礦漿在進(jìn)入浮選機(jī)中會(huì)不斷地被充氣和攪拌，并產(chǎn)生大量的氣泡而使礦粒懸浮，礦漿中氣泡的行為是影響浮選指標(biāo)的關(guān)鍵。通過調(diào)節(jié)超聲頻率和功率等參數(shù)條件可改善礦漿中氣泡的形成與運(yùn)動(dòng)，從而改善浮選行為。

康文澤等為了研究超聲預(yù)處理對(duì)石墨精選效果的影響，進(jìn)行了不同超聲功率、預(yù)處理時(shí)間、藥劑用量的石墨浮選實(shí)驗(yàn)，研究了超聲預(yù)處理后石墨浮選速度的變化。研究結(jié)果表明：超聲功率1.6KW，預(yù)處理4min的浮選精礦產(chǎn)率、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、回收率分別比常規(guī)浮選高5.83％，3.22％，9.15％；當(dāng)獲得相同的精礦產(chǎn)率、回收率時(shí)，超聲預(yù)處理浮選與常規(guī)浮選相比浮選捕收劑用量降低25％～50％；捕收劑和起泡劑的用量對(duì)超聲預(yù)處理浮選精礦碳含量沒有明顯影響；超聲預(yù)處理浮選與常規(guī)浮選相比浮選速度降低；當(dāng)超聲預(yù)處理與原樣的粒度組成相同時(shí)，超聲預(yù)處理后的浮選速度大于常規(guī)浮選速度；因此超聲預(yù)處理能明顯提高石墨精選效果。

超聲波在制納米材料中的應(yīng)用

超聲波化學(xué)法對(duì)比傳統(tǒng)的方法來制備納米材料具備明顯的優(yōu)勢，是目前超細(xì)粉體材料領(lǐng)域研究創(chuàng)新熱點(diǎn)之一。主要有超聲沉淀法、超聲分解法、超聲電解法、超聲水熱法、超聲霧化法、超聲固液研磨法、超聲溶膠－凝膠法、超聲還原法、超聲分散法、超聲微乳液法、超聲模版法等。如徐鎖平等發(fā)現(xiàn)超聲波的空化作用影響晶體的生長及均化，利用超聲沉淀法可制備出呈紡錘形、短軸約10nm、長軸約30nm的氧化鐵前驅(qū)體。王菊香等利用超聲電解法制備出了小于100nm的Cu粉和Ni粉。劉強(qiáng)等以Ce₂(NO₃)₃和NH₄HCO₃為原料，使用超聲波頻率1.7MHz把Ce₂(NO₃)₃和NH₄HCO₃溶液分別霧化，采用雙液超聲霧化反應(yīng)制備出了，粒度均勻的3nm～5nm螢石型、呈球形、分散性好的CeO₂納米粉。

小結(jié)

超聲技術(shù)有高效、安全、綠色等一系列優(yōu)勢，在環(huán)境、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。檢測超聲在粒度、濃度、流量和料位的測量中，具有精確性、實(shí)時(shí)性和直觀性的特點(diǎn)，已經(jīng)成熟的應(yīng)用于各個(gè)礦山選廠。功率超聲在重選、浮選、浸出過程中，通過對(duì)藥劑和礦粒的處理，都能大大提高選礦指標(biāo)。除了上述的應(yīng)用以外，超聲技術(shù)在篩分、磁電選等方面也有應(yīng)用，而且超聲技術(shù)因其操作簡單、易于控制、效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于輔助制備納米材料，且已經(jīng)取得了良好的效果。但是另一方面，作為一種很有發(fā)展前景的技術(shù)，超聲波技術(shù)的部分應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

參考資料：

黃萬撫等.超聲技術(shù)在礦物加工中的應(yīng)用進(jìn)展

陳蘭蘭等.超聲波技術(shù)在礦物浮選中的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

熊值等.超聲波振動(dòng)制備有機(jī)改性蒙脫土

康文澤等.超聲預(yù)處理對(duì)石墨精選效果的影響

宋春雨等.典型過程強(qiáng)化技術(shù)在納米材料制備中的應(yīng)用進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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