Frother blends in flotation: polyglycols and alcohols

Frothers are non ionic surfactants, commonly alcohols and polyglycols, used to provide two functions in flotation, namely to reduce bubble size and stabilize froth. Both functions imply an impact on the properties of the air-water interface (bubble surface) but there is no consensus on the mechanism, particularly with regard to bubble size reduction. Blending frothers is becoming common in flotation practice arguably enhancing performance by permitting independent control of the two frother functions. However, there have been no studies to determine this blend possible action. The blends used here focused on a small addition of polyglycol (F150 and DF250) to alcohols (1-pentanol and MIBC). The effect of blends on gas dispersion properties (bubble size and gas holdup) and froth properties (froth height and water overflow rate) was measured in three units, bubble column, 800 L and 5.5 L mechanical cells. Froth height and water overflow rate showed a strong blend effect, both increasing significantly compared to individual frothers. However, while the bubble size was decreased at blend concentration below the critical coalescence concentration (CCC) of the alcohol frother, bubble size was significantly larger above the alcohol CCC. Gas holdup data supported these effects on bubble size. This bubble size effect compromised testing the hypothesis of independent function control using blends. The thesis focussed on explaining the bubble size observations by designing coalescence and beak-up experiments. Coalescence time of bubbles generated from two horizontal capillaries did not show a blend effect. Break-up tests for one-bubble-at-a-time and from an air stream conducted for F150 – pentanol blends showed that the blend reduced bubble break-up compared to single frothers. The increase in bubble size above the base CCC therefore appears to due to decreased break-up. A mechanism based on the Marangoni effect is introduced to explain this phenomenon.Les moussants sont des surfactants non ioniques. Ceux-ci sont communément des alcools et des polyglycols, utilisés en flottation pour assumer deux fonctions : réduire la taille de la bulle et stabiliser la mousse. Ces deux fonctions exercent une influence sur les propriétés de l'interface air-eau (surface des bulles). Cependant il n'existe pas de consensus sur le mécanisme, particulièrement en ce qui a trait à la réduction de la taille des bulles. Mélanger des moussants devient une pratique généralement acceptée en flottation, laquelle sans doute renforce la performance en permettant le contrôle indépendant des deux fonctions de moussants. Toutefois, aucune étude n'a été réalisée pour déterminer l'action possible du mélange des moussants. Le mélange utilisé dans ce travail est un ajout d'une petite quantité de polyglycol (F150 et DF250) aux alcools (1-pentanol et MIBC). L'effet des mélanges sur les propriétés de dispersion de gaz (taille des bulles, rétention de gaz) que sur celles de la mousse (hauteur de la mousse, vitesse du flux du trop plein d'eau) a été mesurée en trois unités, colonne à bulles, 800 L et 5.5 L cellules mécaniques. La hauteur de la mousse et la vitesse du flux du trop plein d'eau ont révélé un fort effet de mélange puisque les deux paramètres accusent dans le cas du mélange une augmentation significative en comparaison aux moussants individuels. Alors que la taille des bulles avait diminué lorsque la concentration du mélange avait atteint une valeur inferieure à la concentration critique de coalescence (CCC) de la mousse d'alcool, la taille de la bulle était devenue largement supérieure à celle d'alcool CCC, contre toute attente. Les données sur la rétention de gaz ont aussi corroboré ces effets affectant la taille des bulles. Cet effet de taille de la bulle compromise tester l'hypothèse de la contrôle indépendante de fonction utilisant des mélanges. Le pivot de cette thèse est l'explication des observations de la taille des bulles par le biais des tests de coalescence et de rupture. Le temps de coalescence de bulles générées à partir de deux capillaires horizontaux n'a pas démontré un effet du mélange. Les tests de rupture réalisés avec une seule bulle à la fois et à partir d'un courant d'air pour le mélange F150 – pentanol, démontre que le mélange a réduit la possibilité de rupture par rapport à un seul moussant. L'augmentation de la taille de la bulle au-delà de la base CCC pourrait être due à la diminution de l'effet de rupture. Afin d'expliquer ce phénomène, un mécanisme basé sur l'effet de Marangoni est introduit