Structure effect of alcohols and polyglycols on bubble rise velocity

Frothers are commonly used in mineral flotation processes to reduce bubble size, slow bubble rise, and stabilize froth. Frother chemistry (structure) plays an important role in determining these functions. In this thesis, over 50 surfactants (mainly from two frother families, alcohols and polyglycols) were investigated to determine the structure effect on bubble rise velocity. The structural variables were: alkyl chain length in alcohols and polyglycols, the number of propylene oxide (PO) and ethylene oxide (EO) groups in polyglycols and location of methyl branch and hydroxyl group in alcohols. The bubble rise velocity profile was determined over 350 cm in a water column. The concentration to reach minimum velocity at 300 cm (CMV) was estimated for each structure. A lower CMV means a structure is more effective in slowing bubble rise. The relationship between CMV and the structural variables and between CMV and HLB (hydrophile-lipophile balance) was investigated. Increasing alkyl chain length and number of PO or EO units decreases CMV. The hydroxyl group(s) at the terminal position is more effective in reducing CMV than the center position. The effect of methyl branch position is related to the position of the hydroxyl group (OH): The farther the methyl branch from the OH, the lower the CMV. The mechanism slowing bubble rise was related to surfactant surface activity and packing density and the consequent effect on surface tension gradient and surface viscosity. Linear relationships were found between log CMV and the structural variables and between log CMV and HLB that had a common slope for each surfactant family. Modified HLB group numbers to account for methyl branch and OH position in alcohols were derived in order to include the isomers in the relationship. Noting there were common trends between CMV and the critical coalescence concentration (CCC) linear log CCC vs. HLB relationships were shown using literature data. The mechanism apparently linking CMV and CCC is discussed. The CMV/HLB and CCC/HLB relationships are a step towards predicting frother functions from the structure.Les mousses sont communément utilisées en flotattaison pour réduire la taille et la vitesse de la bulle et stabiliser la buse de flottaison. La chimie structurale de la buse de flottaison joue un rôle majeur dans la détermination de ces fonctions. Dans cette thèse, plus de 50 surfactants (principallement ceux appartenant aux familles d'alcools et de poly glycols ont été étudiés afin d'en determiner l'effet structural lors de la montée de la bulle. Les variables structurales considérées étaient: la longueur de la chaîne alkilée dans les alcools et poly glycols, le nombre de groupes d'oxyde de propylene (PO) et d'oxyde d'éthylène (EO), l'emplacement de la branche méthylique et celui du groupe hydroxylique dans les alcools. La vélocité de la bulle a été établie sur 350 cm dans la colonne d'eau. La concentration correspondant à la vélocité minimale à 300 cm (CMV) était évaluée pour chaque structure. Une valeur basse du CMV indique que la structure est effective dans le retardement de la bulle. La relation entre le CMV et les variables structurales et celle entre le CMV et HLB (budget hydrophile- lipophile) étaient étudiées.En augmentant la longueur de la chaîne alkylée et le nombre de PO et EO, le CMV diminue. Les groupes hydroxyl en position terminale sont plus effectifs dans la réduction du CMV qu'en position central. L'effet découlant de la position du groupe methyl est en relation avec la position du groupe hydroxyl (OH): Le CMV est d'autant plus faible que le groupe methyl est éloigné du groupe OH. Le mécanisme traduisant la montée de la bulle était en relation avec l'activité en surface du surfactant et la densité de l'empaquetage et l'effet résultant du gradient de la tension superficielle et la viscosité de surface.Des relations linèaires étaient obtenues entre le log CMV et les variables structurales d'une part et d'autre part entre logCMV and HLB. Ces relations ont revelé des pentes similaires pour chaque famille de surfactants. Pour tenir compte des groupes methyl et du groupe OH dans les alcools, les coefficients des HLB modifiés étaient calculés. Il est à noter qu'il y a des tendances similaires entre le CMV et la concentration de coalescence critique (CCC) et (log CCC en function de HLB). Les relations de HLB provenaient des données existant dans la literature. L'on discute du mécanisme connectant MMV et CCC. Les relations entre CMV/HLB et CCC/HLB sont une étape dans la prédiction des fonctions structurales