CN111135959A - 一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置和方法,其包括观测组件、气泡输出组件、颗粒输出组件、摄像组件和光源,气泡输出组件的出气端位于颗粒输出组件的出料端正下方,在气泡输出组件的调节下,可持续输出空气并于其出气端生成气泡,亦可抽气以将气泡持续萎缩。在摄像组件和光源的作用下对不同状态下的气泡与矿物颗粒的碰撞粘附及在柔性搅拌器的搅拌下观测矿物颗粒于气泡的表面脱附的过程记录,应用面广;第一微调平台的两端分别与第一支撑板和工作台固定连接,由此滴管的出料端的位置可调,第二微调平台的两端分别与观测槽和底座固定连接,毛细钢管的出气端的位置由此可调,便于对颗粒与气泡的相对位置进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及浮选技术领域,具体地为一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置和方法。
背景技术
浮选,是一种以气泡为载体,利用矿物颗粒表面性质差异分离有用矿物的手段,其广泛应用于矿物加工领域。浮选常采用能产生大量气泡的表面活性剂,当在水中通入空气或由于水的搅动而一起空气进入水中时,表面活性剂的疏水端在气-液界面向气泡的一方定向,亲水端仍在溶液内,形成了稳定气泡。
矿物浮选包括颗粒与气泡碰撞、颗粒与气泡吸附、颗粒与气泡脱附等过程,具体地讲,颗粒与气泡在矿浆中首先发生碰撞,随着颗粒在气泡表面滑落,颗粒与气泡之间的水化膜逐渐薄化、破裂并形成三相润湿周边,且随着三相润湿周边的扩展,颗粒逐渐稳定的吸附在气泡表面;矿化后的气泡在上升过程中,若受到强外力的作用,颗粒将从气泡表面脱附,否则将随气泡进入泡沫层并最终进入精矿。
然而,现有的研究中,极少涉及对颗粒与气泡的碰撞、粘附和脱附等完整作用过程的观测探究,不利于对矿物浮选进行理论指导。此外,气泡在体系内的产生及运动过程中,由于水压变化及外力作用,气泡尺寸会发生一定的变化,也会影响颗粒与气泡的作用结果。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置和方法,以解决上述提及的矿物颗粒与气泡间缺乏模拟真实矿物浮选过程,而无法明晰两者间的作用机理的问题。
为了达到上述目的,本发明提供了一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,包括:
观测组件、气泡输出组件、颗粒输出组件、摄像组件和光源;
所述观测组件包括底座、工作台、第一支撑板和观测槽,所述气泡输出组件用于形成气泡,所述工作台和所述观测槽均固定安装于所述底座,所述观测槽为透明材质制成,所述第一支撑板固定安装于所述工作台的上端,所述第一支撑板开设有一通孔,所述颗粒输出组件固定安装于所述通孔以向所述观测槽内输出矿物颗粒,所述颗粒输出组件的出料端位于所述气泡输出组件的出气端正上方,所述摄像组件的摄像端正对所述气泡输出组件的出气端以拍摄所述矿物颗粒与所述气泡间的作用过程,所述光源亦正对所述气泡输出组件的出气端。
优选地,所述气泡输出组件包括微量注射泵和微量注射器,所述微量注射器固定安装于所述微量注射泵,所述微量注射泵的一端固定安装有板体,所述微量注射器的一端安装有活塞柄,所述活塞柄固定安装于所述板体,所述微量注射器的出气端连通有通气软管,所述观测槽的底部开设有一连接孔,所述连接孔内固定安装有橡胶套,所述橡胶套的一端连通有毛细钢管、另一端与所述通气软管的出气端连通,所述毛细钢管的出气端位于所述颗粒输出组件的出料端正下方。
优选地,所述观测组件还包括第一微调平台、第二微调平台和第二支撑板,所述第一微调平台的一端与所述第一支撑板固定连接、另一端固定安装于所述工作台,以调节所述颗粒输出组件的出料端的位置;所述第二支撑板固定安装于所述观测槽的底部;所述第二微调平台的一端固定安装于所述底座、另一端与所述第二支撑板固定连接,以调节所述气泡输出组件的出气端的位置。
优选地,所述颗粒输出组件包括漏斗和滴管,所述漏斗卡接固定于所述第一支撑板的通孔内,所述滴管的挤压端卡接固定于所述漏斗,所述滴管的出料端穿过所述漏斗的底端开口并置于所述气泡输出组件的出气端正上方。
优选地,所述摄像组件包括工业相机、滑块和相机底座,所述工业相机固定安装于所述滑块,所述滑块滑动安装于所述相机底座。
优选地,所述观测槽为玻璃槽,所述光源为光纤冷光源,所述第一微调平台为X-Y两轴微调平台,所述第二微调平台为X-Y-Z三轴微调平台。
优选地,所述颗粒与气泡运动观测装置还包括柔性搅拌器,所述柔性搅拌器的搅拌端固定安装于所述观测槽内,以对所述观测槽内的液体进行搅拌。
优选地,所述柔性搅拌器的搅拌端固定安装有搅拌叶。
为了达到上述目的,本发明还提供了一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置的观测方法,包括以下步骤:
S1.提供一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置;
S2.启动气泡输出组件,使其出气端生成气泡;用颗粒输出组件将矿浆从出料端滴出,使矿物颗粒与气泡碰撞粘附;
S3.用摄像组件对气泡与矿物颗粒的作用过程进行拍摄,若需观测气泡生长至脱离气泡输出组件的过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S4;若需观测气泡萎缩过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S5;若需观测气泡先生长后萎缩过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S6;若需观测气泡先萎缩后生长过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S7;
S4.气泡输出组件的出气端持续向气泡内输入空气,直至气泡脱离气泡输出组件并漂浮上升,在摄像组件的拍摄下将矿物颗粒与持续生长的气泡间的作用过程记录;
S5.气泡输出组件持续将稳定状态下的气泡内的空气抽出,在摄像组件的拍摄下将萎缩中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录;
S6.气泡输出组件的出气端持续向气泡内输入空气后,将气泡内的空气持续抽出,在摄像组件的拍摄下将先生长后萎缩中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录;
S7.气泡输出组件将稳定状态下的气泡内的空气持续抽出后,气泡输出组件持续向萎缩的气泡内输入空气,在摄像组件的拍摄下将先萎缩后生长中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录。
为了达到上述目的,本发明提供的一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置的观测方法,在完成步骤S4或步骤S5或步骤S6或步骤S7后,还包括以下步骤:
S8.启动柔性搅拌器,使气泡与矿物颗粒脱附;
S9.用摄像组件对气泡和矿物颗粒的脱附作用过程进行拍摄。
本发明提供的一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置和方法,具有以下有益效果:气泡输出组件可对毛细钢管内注入空气并产生气泡,亦可抽取气泡中的空气,在摄像组件和光源的作用下便于记录不同状态下的气泡与漏斗端滴落的矿物颗粒间的碰撞粘附作用机理,柔性搅拌器的设置则使得该装置还可以记录矿物颗粒于气泡表面脱附的作用机理,应用范围广;第一微调平台和第二微调平台的设置便于分别对滴管的出料端和毛细钢管的出气端进行调节,便于使滴管的出料端位于毛细钢管的出气端的正上方;光源的设置,使摄像组件拍摄到更加清晰的画面,摄像组件中工业相机的位置可调,亦便于增强拍摄效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定,在附图中:
图1是本发明提供的一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置一实施方式的结构示意图;
图2是图1中气泡输出组件一实施方式的俯视图;
图3是图1中观测组件的左视图;
图4是图1中观测组件加入柔性搅拌器后一实施方式的左视图;
图5是本发明提供的一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置的观测方法的过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1-2所示,图1是本发明提供的一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置一实施方式的结构示意图,图2是图1中气泡输出组件一实施方式的俯视图。该颗粒与气泡粘附的观测装置包括气泡输出组件1、观测组件2、颗粒输出组件3和摄像组件4,观测组件2包括底座21、工作台22、第一支撑板24和观测槽27,工作台22竖直安装固定于底座21的右端,第一支撑板24水平固定安装于工作台22的上端,第一支撑板24开设有一通孔,颗粒输出组件3固定安装于该通孔内且其出料端置于观测槽27的内部,气泡输出组件1的出气端固定安装于观测槽27内且气泡输出组件1的出气端位于颗粒输出组件3的出料端正下方;摄像组件7的摄像端正对气泡输出组件1的出气端,为便于观测和拍摄,观测槽53优选透明材质制成的玻璃槽。若需对气泡与矿物颗粒间的碰撞粘附机理进行观测,在气泡输出组件1的控制作用下,将少量空气于其出气端输出,亦或在其出气端吹出气泡后,将气泡内的气体持续抽出以探究不同状态下的气泡与矿物颗粒的碰撞粘附机理。
进一步地,气泡输出组件1包括微量注射泵11和微量注射器12,微量注射器12固定安装于微量注射泵11,具体地讲,微量注射器12安装有活塞柄121的一端固定安装于微量注射泵11左端的板体111,微量注射泵11的左端所设置的板体111在推移时可带动微量注射器12的活塞柄121向左或向右推移;微量注射器12的出气端依次连通有通气软管13、橡胶套14和毛细钢管15,观测槽53的底部开设有一连接孔,橡胶套14密封安装于该连接孔内,以在橡胶套14的连接作用下增强微量注射器12输气过程的密封性;以上,在启动微量注射泵11后,推板111的左移或右移使得微量注射器12能够向通气软管13输入空气或抽取通气软管13内的空气。
进一步地,观测组件2还包括第一微调平台23、第二微调平台25和第二支撑板26,第一微调平台23的的底端水平固定安装于工作台22的上端面,第一微调平台23的上端与第一支撑板24固定连接,第一微调平台4优选X-Y两轴微调平台,即在调节螺栓的操作下驱动其内部的滑移机构沿着导轨向特定方向滑移,以实现在第一微调平台4的调节下带动第一支撑板24于水平面内移动,进而使得颗粒输出组件3的出料端的位置可调;第二微调平台25固定安装于底座21的上端,因观测槽27为玻璃槽且其内壁较薄,故观测槽27的底部粘附安装有第二支撑板26,第二支撑板26的底端与第二微调平台25固定连接,第二微调平台25优选X-Y-Z三轴微调平台,即在调节螺栓的操作下驱动其内部的滑移机构沿着导轨向特定方向滑移,以对观测槽27在水平面内和竖直面内的位置进行调整,进而调节观测槽27内的毛细钢管15的出气端的位置。
进一步地,颗粒输出组件3包括漏斗31和滴管32,漏斗31卡接固定于第一支撑板24的通孔内,滴管32的挤压端卡接固定于漏斗31的底端开口,滴管32的出料端则于漏斗31的底端开口伸出并置于观测槽27的内部,滴管32的出料端位于毛细钢管15的出气端的正上方,滴管32优选胶头滴管。
进一步地,摄像组件4包括工业相机41、滑动块42和相机座43,滑动块42滑动安装于相机座43,工业相机41固定安装于滑动块42,工业相机41正对观测槽27内部的毛细钢管15的出气端,工业相机41的位置可调,即推动或旋转滑动块42,与滑动块42固定连接的工业相机41亦跟随实现高度和水平面内的角度调节,待工业相机41的位置合适后,用螺栓等紧固件将滑动块42锁紧固定,需要说明的是,工业相机41外接有计算机,以在计算机上实时显示工业相机41所拍摄的画面。
为了更好地对观测组件2进行阐释说明,请继续参阅图3。观测槽27的相对两端还设置安装有光源5,以便于摄像组件4在良好的光源下对观测槽27内毛细钢管15的出气端生成的气泡、滴管32的出料端排出的矿物颗粒及两者间的相互关系进行摄像和拍摄,光源5优选双光纤冷光源。
为了更好地对颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置进行阐述说明,请继续参阅图4。若需观测矿物颗粒于气泡表面脱附的过程,可在完成矿物颗粒与气泡碰撞粘附的实验后,将第一支撑板24连同卡接于第一支撑板24的漏斗31从第一微调平台23上拆卸取下,并将柔性搅拌器6安装于观测槽27的上端,柔性搅拌器6的下端固定安装有搅拌叶61,搅拌叶61置于观测槽27内且位于毛细钢管15的出气端上方,开启柔性搅拌器6,以模拟气泡在扰动溶液下矿物颗粒与气泡的脱附过程。
为了更好地对颗粒与可调节气泡相互作用的观测方法的实验步骤进行阐述,请继续参阅图5。
本发明观测颗粒与可调节气泡相互作用的方法的实验步骤为:
S1.提供颗粒与气泡运动观测装置,于观测槽27内加入溶液,液面需将滴管32的出料端淹没;因观测槽27内的液压迫使毛细钢管15内存在部分液体,故需开启微量注射泵11并持续于微量注射器12的出气端输出空气,直至于毛细钢管15的出气端生成的气泡生长到极限并即将漂浮上升,此时停止对气泡的空气输入,再次开启微量注射泵11并于毛细钢管15的出气端再次生成新的气泡,新的气泡大小受观测槽27内的液压影响降至最小;
S2.启动气泡输出组件1,使其出气端生成气泡;用颗粒输出组件3将矿浆从出料端滴出,使矿物颗粒与气泡碰撞粘附,即抽取一定量搅拌中的矿浆于滴管32内,确保滴管32的出料端口无空气柱后,将滴管32缓慢置于漏斗31的底端开口并将滴管32的出料端置于气泡的正上方(此过程可在第一微调平台23和第二微调平台25的反复调节下对滴管32的出料端与毛细钢管15的出气端间的相对位置进行变动)
S3.用摄像组件4对气泡与矿物颗粒的运动过程进行拍摄,若需观测气泡持续生长至脱离气泡输出组件的过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S4;若需观测气泡萎缩过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S5;若需观测气泡先生长后萎缩过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S6;若需观测气泡先萎缩后生长过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S7;
S4.气泡输出组件1的出气端持续向气泡内输入空气,直至气泡脱离气泡输出组件并漂浮上升,在摄像组件4的拍摄下将矿物颗粒与持续生长的气泡间的作用过程记录
S5.气泡输出组件1持续将稳定状态下的气泡内的空气抽出,在摄像组件4的拍摄下将萎缩中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录;
S6.气泡输出组件1的出气端持续向气泡内输入空气后,将气泡内的空气持续抽出,在摄像组件4的拍摄下将先生长后萎缩中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录;
S7.气泡输出组件将稳定状态下的气泡内的空气持续抽出后,气泡输出组件持续向萎缩的气泡内输入空气,在摄像组件的拍摄下将先萎缩后生长中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录。
S8.在完成步骤S4或步骤S5或步骤S6或步骤S7后,可启动柔性搅拌器6,使气泡与矿物颗粒脱附,即在完成矿物颗粒与气泡碰撞粘附的实验后,将第一支撑板24连同卡接于第一支撑板24的漏斗31从第一微调平台23上拆卸取下,并将柔性搅拌器6安装于观测槽27的上端,而后启动柔性搅拌器6,以模拟气泡在扰动溶液下矿物颗粒与气泡的脱附过程;
S9.用摄像组件4对气泡和颗粒的脱附作用过程进行拍摄。
以上的拍摄过程均可在摄像组件4和光源5的位置调节下获取清晰的拍摄内容。
本发明提供的一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置和方法,其包括观测组件、气泡输出组件、颗粒输出组件、摄像组件和光源,气泡输出组件中毛细钢管的出气端位于滴管的出料端正下方,在气泡输出组件的调节下,可持续输出空气并于毛细钢管的出气端生成气泡,亦可持续抽气使生成的气泡萎缩,由此,可在摄像组件及光源的作用下对不同状态下的气泡与矿物颗粒间的运动机理进行拍摄记录,即可观测不同状态下的气泡与矿物颗粒的碰撞粘附机理,亦可在完成气泡与矿物颗粒的碰撞粘附机理后安装柔性搅拌器,以对矿物颗粒于气泡的表面脱附的机理进行拍摄记录,应用面广;第一微调平台的两端分别与第一支撑板和工作台固定连接,由此卡接于第一支撑板上的漏斗位置可于水平面内调整,第二微调平台的两端分别与观测槽和底座固定连接,由此安装于观测槽内的毛细钢管的位置可于竖直平面内和水平面内调整,以上,便于对滴管的出料端排出的矿物颗粒与毛细钢管的出气端生成的气泡的相对位置进行调整;工业相机固定安装于滑块,滑块则固定安装于相机底座,由此,工业相机的位置可调,以便更好地记录矿物颗粒与气泡间的作用机理;此外,本装置可精确调节气泡,根据需要将气泡设置为持续长大、持续缩小、先长大后缩小或先缩小后长大,并且可以装配柔性搅拌器对溶液进行搅拌,从而模拟浮选气泡的真实状况,对于浮选中颗粒与气泡的碰撞、粘附与脱附的机理研究有极大帮助。
以上所述,仅为发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制;凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明;但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等,均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于,包括:
观测组件、气泡输出组件、颗粒输出组件、摄像组件和光源;
所述观测组件包括底座、工作台、第一支撑板和观测槽,所述气泡输出组件用于形成气泡,所述工作台和所述观测槽均固定安装于所述底座,所述观测槽为透明材质制成,所述第一支撑板固定安装于所述工作台的上端,所述第一支撑板开设有一通孔,所述颗粒输出组件固定安装于所述通孔以向所述观测槽内输出矿物颗粒,所述颗粒输出组件的出料端位于所述气泡输出组件的出气端正上方,所述摄像组件的摄像端正对所述气泡输出组件的出气端以拍摄所述矿物颗粒与所述气泡间的作用过程,所述光源亦正对所述气泡输出组件的出气端。
2.根据权利要求1所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述气泡输出组件包括微量注射泵和微量注射器,所述微量注射器固定安装于所述微量注射泵,所述微量注射泵的一端固定安装有板体,所述微量注射器的一端安装有活塞柄,所述活塞柄固定安装于所述板体,所述微量注射器的出气端连通有通气软管,所述观测槽的底部开设有一连接孔,所述连接孔内固定安装有橡胶套,所述橡胶套的一端连通有毛细钢管、另一端与所述通气软管的出气端连通,所述毛细钢管的出气端位于所述颗粒输出组件的出料端正下方。
3.根据权利要求1所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述观测组件还包括第一微调平台、第二微调平台和第二支撑板,所述第一微调平台的一端与所述第一支撑板固定连接、另一端固定安装于所述工作台,以调节所述颗粒输出组件的出料端的位置;所述第二支撑板固定安装于所述观测槽的底部;所述第二微调平台的一端固定安装于所述底座、另一端与所述第二支撑板固定连接,以调节所述气泡输出组件的出气端的位置。
4.根据权利要求1所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述颗粒输出组件包括漏斗和滴管,所述漏斗卡接固定于所述第一支撑板的通孔内,所述滴管的挤压端卡接固定于所述漏斗,所述滴管的出料端穿过所述漏斗的底端开口并置于所述气泡输出组件的出气端正上方。
5.根据权利要求1所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述摄像组件包括工业相机、滑块和相机底座,所述工业相机固定安装于所述滑块,所述滑块滑动安装于所述相机底座。
6.根据权利要求3所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述观测槽为玻璃槽,所述光源为双光纤冷光源,所述第一微调平台为X-Y两轴微调平台,所述第二微调平台为X-Y-Z三轴微调平台。
7.根据权利要求1所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述颗粒与气泡运动观测装置还包括柔性搅拌器,所述柔性搅拌器的搅拌端固定安装于所述观测槽内,以对所述观测槽内的液体进行搅拌。
8.根据权利要求7所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置,其特征在于:所述柔性搅拌器的搅拌端固定安装有搅拌叶。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置的观测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.提供一种颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置;
S2.启动气泡输出组件,使其出气端生成气泡;用颗粒输出组件将矿浆从出料端滴出,使矿物颗粒与气泡碰撞粘附;
S3.用摄像组件对气泡与矿物颗粒的作用过程进行拍摄,若需观测气泡生长至脱离气泡输出组件的过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S4;若需观测气泡萎缩过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S5;若需观测气泡先生长后萎缩过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S6;若需观测气泡先萎缩后生长过程中与矿物颗粒的碰撞粘附机理,则进行步骤S7;
S4.气泡输出组件的出气端持续向气泡内输入空气,直至气泡脱离气泡输出组件并漂浮上升,在摄像组件的拍摄下将矿物颗粒与持续生长的气泡间的作用过程记录;
S5.气泡输出组件持续将稳定状态下的气泡内的空气抽出,在摄像组件的拍摄下将萎缩中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录;
S6.气泡输出组件的出气端持续向气泡内输入空气后,将气泡内的空气持续抽出,在摄像组件的拍摄下将先生长后萎缩中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录;
S7.气泡输出组件将稳定状态下的气泡内的空气持续抽出后,气泡输出组件持续向萎缩的气泡内输入空气,在摄像组件的拍摄下将先萎缩后生长中的气泡与矿物颗粒间的作用过程记录。
10.根据权利要求9所述的颗粒与可调节气泡相互作用的观测装置的观测方法,其特征在于,在完成步骤S4或步骤S5或步骤S6或步骤S7后,还包括以下步骤:
S8.启动柔性搅拌器,使气泡与矿物颗粒脱附;
S9.用摄像组件对气泡和矿物颗粒的脱附作用过程进行拍摄。
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