從地下提取必要的礦物是一項骯髒的工作，而且礦工提取的大部分物質都是無用的沉積物。 例如，在智利的一些銅礦中，每天要處理成千上萬噸的物質，“但其中 95% 是廢物，”哥倫比亞大學礦業專家 D. R. Nagaraj 說。 為了篩選出珍貴的礦物，工程師們經常在一種稱為鼓泡流化床的裝置中向物料中鼓入氣泡——一項新的改進可能會使這個昂貴的過程更加高效。
在目前的系統中，沉積物透過氣泡被向上推入腔室，分離出不同大小的顆粒，以便將汙垢從頂部撇去。 但哥倫比亞大學化學工程師 Chris Boyce 表示，這個過程需要大量的水和能源，部分原因是氣泡的無序運動降低了效率。 “它們正在聚結和分裂，並且無法保持均勻的大小，”他解釋說，這使得分選過程不均勻。
在《美國國家科學院院刊》中，Boyce 和他的同事描述了一種使氣泡保持佇列的方法，從而減少了將礦物與廢料分離所需的能量。 他們將充滿氣泡的腔室安裝在一個以恆定頻率振動的平臺上，發現當系統晃動時，原本混亂的氣穴會排列成上升的行。 Boyce 說，振動使汙垢顆粒在固態和類液態之間轉換，有時表現得像沙堡中的沙子，有時表現得像沙漏中的沙粒。 研究人員記錄了這種快速轉換如何將氣泡推入形成——團隊寫道，這是以前的氣-固相互作用模型無法預測的過程。
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Boyce 說，實驗結果適用於不同的裝置和顆粒尺寸。 這預示著從實驗室到工業規模的轉變前景良好。
“這是‘關鍵問題’，”麥吉爾大學材料工程師 Kristian Waters 說，他沒有參與這項研究。“我們如何擴大這個過程？ 一些礦山每天要處理數十萬噸的礦石。”
Boyce 現在正與 Nagaraj 等專家合作，將這些發現應用於減少採礦對環境的影響。 Nagaraj 說，即使是電動汽車等綠色技術也需要礦物，因此“如果採礦不可持續，其他一切都將不可持續。”