The presence of frother, either singly or as a blend, is common to most mineral flotation processes. Frothers have two main functions: provide target hydrodynamic conditions and promote froth stability. In the thesis hydrodynamics is measured by bubble size and gas holdup and froth stability by water overflow rate. These functions are related to frother chemistry, or more particularly, molecular structure. However, the structure – function link is not well understood and forms the theme of the thesis. A methodology is developed to link one hydrodynamic function, bubble size reduction represented by CCC95 (critical coalescence concentration 95%), to frother structure represented by HLB (hydrophile-lypophile balance). The results indicate each frother family has a unique CCC95-HLB relationship. Empirical models are developed to predict CCC95 either from HLB or directly from frother structural parameters. Commercial frothers are shown to fit the relationships.Use of dual-frother systems to achieve independent control over the two frother functions is tested. Blends of Alcohols with Polypropylene Glycols (PPG) and Polyethylene Glycols (PEG) are selected in pre-mixed and base/additive styles. The base/additive system 1-Butanol/PEG (EO > = 4) gives the independence sought but not 1-Butanol/PPG which causes an increase in bubble size. To explain the bubble size effect, frother partitioning is determined. This is achieved by development of two analytical techniques: high pressure liquid chromatography (HPLC) and nuclear magnetic resonance spectrometry (NMR) associated with total organic carbon analysis (TOC). The 1-Butanol/PPG blends show strong partitioning to the froth which corresponds to the increase in bubble size. New frothers are synthesized to test the structure-function relationship by combining three groups: linear Alkyl-Ethoxy-Propoxylates (CnEOlPOm) and Alkyl-Propoxy-Ethoxylates (CnPOmEOl). It is found that varying the number of PO groups, the length of Alkyl group chain, and the position of PO and EO could affect the two functions. / Dans la plupart des processus de flottation, la mousse est communément présente soit seule, soit sous forme de mélange. Les mousses assument deux fonctions principales à savoir: créer les conditions hydrodynamiques et promouvoir la stabilité de la mousse. Dans cette thèse l'hydrodynamique est mesurée par la taille de la bulle et la rétention de gaz, tandis que la stabilité, par la vitesse de l'écoulement d'eau. Ces fonctions sont liées à la chimie des mousses et plus particulièrement à la structure moléculaire. Une méthodologie qui permet de relier la fonction hydrodynamique à la taille de la bulle représentée par le CCC95 (concentration critique de coalescence 95%) et à la structure de la mousse représentée par le HLB (budget hydrophile-lyophile), a été développée. Les résultats montrent que chaque famille de mousse possède une relation CCC95-HLB unique. Des modèles empirique été développés afin de prédire le CCC95 soit à partir du HLB, soit directement à partir des paramètres structurels de la mousse. Les mousses commerciales s'accommodent de ces relations. L'utilisation des systèmes à deux mousses visant un contrôle indépendant des deux mousses, a été testée. Les mélanges d'alcool avec les propylène-glycols (PPG) et les polyéthylène-glycols (PEG) ont été sélectionnés et préalablement mélanges et des additifs de base étaient utilisés. Le système Base/Additif 1-Butanol/PEG (EO>= 4) ont prouvé l'indépendance recherchée à la différence de 1-Butanol/PPG qui a cause une augmentation de la taille de la bulle. Pour expliquer l'effet de la taille, la partition de la mousse a été déterminée. Cela a été réalisé grâce au développement de deux techniques: la chromatographie gazeuse de haute pression (HLPC) et la résonance magnétique (RMN) associée à l'analyse du carbone total (TOC). Les mélanges 1-Butanol/PPG ont révélé une forte partition avec la mousse qui correspond à l'augmentation de la taille de la bulle. Des nouvelles mousses ont été synthétisées afin de tester la relation structure-fonction en combinant trios groupes: linéaire Alkyl-Ethoxy-propoxylates (CnEOPOm) et Alkyl-Propoxy-Ethoxylates (Cn(POnEO). Il a été observé qu'en faisant varier le nombre de PO groupes la longueur de la chaîne du groupe Alkyl et les positions PO et EO peuvent affecter les deux fonctions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107589 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Zhang, Wei |
| Contributors | James A Finch (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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