浮选气泡行为及气体弥散状态直接影响着浮选的分选效果。由于对气泡运动行为缺乏认识以及气体弥散调控机制的缺失，导致经常出现气体弥散参数不稳定、调控滞后和浮选指标波动等问题。鉴于此，提出了浮选气体弥散及其调控研究，以期通过对气泡运动、系统辨识和模糊控制的研究，构建浮选过程当中的气体弥散调控机制、策略和模型，形成先进可靠的浮选气体弥散控制方法，为浮选设备和工艺的进步提供理论支撑。论文首先进行了三种起泡剂的性能比较及机理分析。开展了气流法和煤泥浮选试验，并利用滞留时间、动态起泡指数、泡沫衰变时间和浮选指标来比较起泡剂的性能；建立了气泡液膜厚度的光学测量系统，并从起泡剂的载水速率、分子吸附状态和气泡液膜厚度三个层面揭示了起泡剂性能差异的作用机理。研究表明：载水速率的增大使起泡剂的捕收性变好、选择性变差；在气-液界面上，正戊醇分子和MIBC分子以“斜躺”状态吸附，仲辛醇分子以“站立”状态吸附；含起泡剂的气泡液膜由内层结合水和外层自由水组成；结合水与起泡剂分子在气-液界面的吸附状态有关，“站立”状态吸附有利于形成较厚的结合水层；自由水靠水分子间的范德华力维系，厚度受起泡剂性质的影响较小。构建了以高速显微装置为核心的单气泡运动行为和气泡液膜流动观测系统，研究了单气泡运动过程和行为，并从气泡受力、气泡表面流动和上升终速模型三个层面探讨了其调控机理。研究表明：气泡上升过程中，气泡的速度和纵横比先升高至最大值，随后降低并围绕中心值振动；起泡剂能够抑制气泡的形变、抖动和振荡，缩短加速时间，降低气泡速度与纵横比的最大值、振动中心值和幅值，使气泡形状保持球形、运动轨迹保持直线。Marangoni作用力抑制了气泡在起泡剂溶液中上升时的形变，同时增加了气泡表面阻力，降低了气泡速度；气泡表面流动揭示了气泡表面的Marangoni效应，起泡剂使气泡表面更加粗糙、波纹更多；Clift终速模型证明了起泡剂性质和气泡表面流动对气泡速度的重要影响。基于高速摄像和图像处理技术建立了浮选气体弥散试验系统，分析了空间位置、表观气速、起泡剂种类和浓度对气体弥散参数的影响；对气含率与气泡尺寸、气泡间距、比表面积通量的交互关系进行了解耦，建立了气含率-比表面积通量模型、气泡间距-气泡面积百分率模型、气泡面积百分率-气泡体积百分率的均匀分散和随机分散模型。采用高速摄像和气泡识别跟踪手段，对气泡群运动过程进行了跟踪，捕捉和观测了气泡兼并与破裂现象，揭示了气泡群的运动行为和调控机理。研究表明：气泡群运动行为可以用气泡速度-尺寸曲线来表征，气泡速度-尺寸曲线受到空间位置、表观气速、气泡尺寸分布、起泡剂种类和浓度的影响；气泡间的相互作用使气泡群运动速度区别于单气泡运动速度，主导气泡尺寸级决定了气泡群运动速度；起泡剂降低了气泡群运动速度，使气泡群运动轨迹变直、变密集。气泡破裂以分裂成两个体积不相等气泡的形式发生；气泡兼并实为气泡接触碰撞、液膜排液至膜破裂的过程，起泡剂延长了气泡液膜的薄化时间，降低了气泡兼并概率；水中气泡碰撞弹回的缓冲时间长于起泡剂溶液，增加了由碰撞转变为兼并的概率；起泡剂主要通过抑制气泡兼并来控制气泡尺寸。研究了浮选气体弥散的边界条件和调控策略，得到了浮选气体弥散的状态区域图，并形成了以气含率和表观气速为测控核心，在线估计气泡尺寸和比表面积通量，实现气体弥散状态识别和报警的调控策略。利用阶跃信号和4级PRBS序列进行系统辨识，研究了气含率与表观气速和起泡剂浓度间的动态响应特性和传递函数，结果表明：平均气含率与表观气速和起泡剂浓度的动态响应过渡过程均为具有纯滞后的一阶惯性环节，两种辨识信号所得传递函数具有较好的一致性。采用机理法建模对传递函数进行了理论解析，结果表明：放大系数与溶液性质（起泡剂种类）有关，时间常数与液位高度成正比，纯滞后时间与管道长度以及管道内的流速相关，理论模型的计算结果与系统辨识试验结果相吻合。根据模糊控制理论，设计了气含率模糊控制器，分析了量化因子和比例因子对模糊控制器性能的影响并进行了优化，与常规PID控制的性能对比仿真试验表明：模糊控制在缩短过渡时间、降低超调量和抗干扰能力方面均具有优势，展现了更好的动态响应性能和鲁棒性，采用模糊控制器控制气含率将更加合理有效。提出了浮选气体弥散的模糊控制方法并对软硬件实现方案进行了设计，并采用DDC控制和MCGS组态软件相结合的方式构建了实验室系统，测试结果表明：通过运行该模糊控制方法，系统实现了对气体弥散参数的动态显示以及对气体弥散状态的识别和报警，完成了对气含率和表观气速的模糊控制以及对气泡尺寸和比表面积通量的间接调控。