Hydrodynamic characterization of frothers in tap and sea water

Zambrano Palomares, Percy; Zambrano Palomares, Percy

Thesis

Hydrodynamic characterization of frothers in tap and sea water

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Creator

Zambrano Palomares, Percy

Contributors

Kristian Waters (Internal/Supervisor)

Abstract

French

Les moussants sont introduits en flottation pour contrôler la taille des bulles, en empêchant la coalescence des bulles et favorisant la formation de mousse, tout en augmentent la quantité d’eau associée avec les molécules de moussant adsorbés sur la surface des bulles. Les opérations de traitement de minerai utilisent fréquemment de l’eau de procédé riche en sel inorganique. Il a été démontré que ces sels dissous réduisent considérablement la coalescence de bulles, mais leur effet sur l’entrainement d’eau n’est pas connu.Le travail actuel a consisté en plusieurs essais de deux phases (eau et air) effectués dans une colonne de flottation en laboratoire, pour quantifier et comparer l’effet des ions inorganiques sur le comportement des moussants. La caractérisation des moussants a été concentrée sur la dispersion de gaz, en prenant des mesures simultanés dans la zone de collection et dans la zone de mousse. Ainsi, le travail a établis l’effet de l’eau de mer sur la capacité des moussants pour contrôler la coalescence des bulles (premier rôle) et l’accumulation de mousse (deuxième rôle), en considérant l’interaction entre les deux zones.Le programme d’essai a été conçu pour établir l’effet des sels sur la capacité des moussants pour réduire la coalescence des bulles (en mesurant la taille des bulles), et en augmentant l’entrainement d’eau qui stabilise la mousse (en mesurant le taux d’entrainement d’eau pour une profondeur fixe). La colonne était équipée pour contrôler le taux d’injection de gaz et mesurer la rétention de gaz. Ces variables ont été mesurées pour chaque moussant, en solution avec de l’eau douce et de l’eau de mer synthétisée, à sept concentrations (0, 2, 5, 10, 15, 30, 60, 100 ppm), avec une vélocité de gaz de 1 cm/s, et à une profondeur contrôlée de 5 cm. Les moussants choisies pour l'étude étaient des échantillons de qualité analytique de glycols (DF250, PPG425) et d’alcools (MIBC et 1-hexanol), et d’un mélange commercial (F140). Les mesures de la taille des bulles, de la rétention de gaz et de l’entrainement d’eau, en fonction de moussant étaient fiables et reproductibles. Les résultats des essais répétés indiquent que les erreurs relatives pour les trois quantités ont été en bas de 5% pour un intervalle de confiance de 95%. Les résultats démontrent ainsi l’élimination complète de la coalescence de bulles pour l’eau de mer synthétisée, donc aucun effet de concentration de moussant sur la taille des bulles. Pourtant, des relations linéaires pour l’entrainement d’eau et pour la rétention de gaz ont été obtenues, ayant des pentes similaires pour l’eau douce et l’eau de mer, pour des concentrations de moussant inférieures à 30 ppm. Des valeurs d’entrainement eau plus élevées ont été observées avec l’eau de mer, pour la même rétention d’eau. Une relation a été établie entre le taux d’entrainement d’eau et la concentration de moussant, pour les essais de glycols (DF250 et PPG425) et de moussant commercial (F140), mais pas pour les alcools (MIBC et 1-hexanol).

English

Frothers are added in flotation to control bubble size by reducing bubble coalescence and to promote froth build-up by increasing the amount of water associated with the adsorbed frother molecules on the surface of bubbles. Mineral processing operations around the world use in their flotation circuits process water with a high inorganic salt content. It has been demonstrated that dissolved salts significantly reduce bubble coalescence, but the effect on water carrying rate is not known. In this work, two-phase (water-air) tests were undertaken in a laboratory flotation column to quantify and compare the effect of inorganic ions present in the water on frother performance. The frother characterization approach focused on gas dispersion by collecting measurements of collection zone and froth zone parameters simultaneously. Thus, establish the effect of seawater on the ability of frothers to control bubble coalescence (first role), and the froth buildup (second role), allowing interactions between zones.A test program run in a lab flotation column was designed to establish the effect of salts on the ability of frothers to reduce bubble coalescence (by measuring bubble size), and to increase water carrying rate which stabilizes the froth (by measuring water overflow rate for a constant froth depth). The column was instrumented to control gas flowrate and to measure gas holdup, and included equipment to manually measure bubble size and water overflow rate. These variables were measured for every frother, on fresh and synthetic sea water solutions at seven frother concentrations (0, 2, 5, 10, 15, 30, 60, 100 ppm), at a superficial gas velocity of 1 cm/s and a manually controlled froth depth of 5 cm. The frothers selected for the study were analytical grade samples of glycols (DF250, PPG425) and alcohols (MIBC and 1-hexanol), and one of a commercial frother blend (F140). The measurements of bubble size, gas holdup and water carrying rate as a function of frother concentration were reliable and reproducible. The result of repeat tests indicated that relative errors for the three parameters were less than 5% for a 95% C.I. The results demonstrated that bubble coalescence was completely eliminated for a synthetic sea water solution as no effect of frother concentration on bubble size was observed. A linear relationship between water overflow rate and gas holdup was obtained with similar slopes in fresh and synthetic sea water solution for frother concentrations below 30 ppm. Higher water overflow rates were obtained in synthetic sea water solutions for the same gas holdup. A relationship was established between the water overflow rate and frother concentration, in the case of the glycols (DF250 and PPG425) and the commercial frother (F140) samples, but not for alcohols (MIBC and 1-hexanol).

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