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Dr. Gregory Lecrivain
International Marie Curie Fellow
Experimental Thermal Fluid Dynamics
g.lecrivainAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 3768
Fax: +49 351 260 - 13768

CAPTURE – Anlagerung hydrophober Partikel an Gasblasengrenzflächen

Hintergrund

Eines der heute üblichen Verfahren zur Trennung von fest/flüssig-Stoffgemischen, welches in der Erzaufarbeitung verwendet wird, ist die Schaumschwimmaufbereitung. Um Feststoff von der Flüssigkeit zu trennen, werden Gasblasen in das zu trennende System eingetragen. Das Charakteristische dieses Trennverfahrens besteht darin, dass die abzutrennenden Feststoffpartikel aufgrund ihrer unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeiten an den Fluidpartikeln (Gas- oder Öltropfen) anhaften. Somit lagern sich die hydrophoben Partikel an die Blasen an und wandern mit ihnen zusammen an die Wasseroberfläche. Die unerwünschten hydrophilen Partikel sinken ab. Die zugrundeliegenden Mechanismen bei der Gas-Partikel-Wechselwirkungen sind bisher unbekannt. Ein besseres Verständnis dieser Thematik, könnte helfen, um die Gewinnungsrate zu verbessern. Ziele des Projekts sind es, ein Dreiphasenmodell zur Simulation der Partikelanlagerung an Gasblasengrenzflächen zu entwickeln und anschließend mikroskalige Validierungsexperimente durchzuführen.

Direkte Numerische Simulation

Im Rahmen einer Kooperation mit der Kyoto Universität in Japan wurden am dortigen Labor für Transportphänomene Computermodelle entwickelt, um die Entstehung der Gas-Feststoff-Agglomerate zu simulieren. Die ursprünglich in Kyoto entwickelte “Smooth Profile Method” [1], welche bereits zur Simulation von Kolloidtransport eingesetzt wurde, wurde mit einem neuen Zwei-Fluid Modell erweitert. Dabei werden die zwei fest/flüssig und die flüssig/flüssig Phasengrenzen mit einer kontinuierlichen Funktion ersetzt. Wie unten zu sehen ist, konnte bereits anhand einer direkten numerischen Simulation die Anlagerung hydrophober Partikel an der Grenzfläche einer deformierbaren Gasblase simuliert werden [2].



Mikroskalige Experimente

Am HZDR wurde mittels eines hauseigenen Prozessmikroskops die Anlagerung von sphärischen und nadelartigen hydrophoben Glaspartikeln auf eine auf einer Kapillare positionierten Einzelblase aufgezeichnet. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die Anlagerung nadelartiger Partikeln stark vom Kollisionswinkel abhängt. Je näher die Kollision am Pol stromaufwärts der Blase erfolgte, desto größer war die Wahrscheinlichkeit einer längsseitigen Anlagerung. Diese gewonnenen experimentellen Ergebnisse dienen als Datenbasis für die Entwicklung des Dreiphasenmodells. Der Vergleich der Partikelanlagerung an die Gasblase zeigte bereits in einer Vorstudie eine gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und dem Experiment [3].



Literaturverzeichnis

  1. Nakayama Y., and Yamamoto, R., Simulation method to resolve hydrodynamic interactions in colloidal dispersions, Physical Review E 71, 036707, 2005
  2. Lecrivain G., Petrucci G., Rudolph M., Hampel U., and Yamamoto R., Attachment of solid elongated particles on a gas bubble surface. International Journal of Multiphase Flow 71, p. 83-93, 2015
  3. Lecrivain G., Yamamoto R., Hampel U., and Taniguchi T., Direct numerical simulation of a particle attachment to an immersed bubble. Physics of Fluids 28, 083301, 2016

Danksagung

Capture Marie Curie Actions

This work was supported by a Marie Curie International Outgoing Fellowship with the European Union Seventh Framework Program for Research and Technological Development (2007–2013) under the grant agreement number 623518.



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