The flotation response of quartz using aminated cellulose nanocrystals and commercial collectors

Abstract

Since cellulose is renewable, biodegradable, non-toxic, and the most abundant natural polymeric source on earth, different micro- and nanocelluloses are considered as potential high-performance bio-based chemicals. Cellulose nanocrystals (CNCs) are cellulose derivates that have recently gained a lot of interest due to their versatile physico-chemical properties. In this study three CNCs with different alkyl chain length were tested as collectors in quartz flotation processes as green alternatives replacing widely used oil-based commercial chemicals. Microflotation experiments were performed with varying collector dosage and pulp alkalinity. Flotation experiments proved that aminated cellulose nanocrystals change the surface wetting properties of quartz and bubbles crucially, and consequently either depress or flotate quartz. The effect of CNCs on the flotation response depended on the alkyl chain length, pH and the concentration of the collector in the flotation system. In general, pH 9 was the most favourable condition for both CNCs and commercial collectors. The flotation response increased with increasing collector concentration. Hexyl-amine-CNC was the most effective collector at low concentrations and the quartz recovery exceeded 90 % with higher dosages. Butyl-amine-CNC exceeded 60 % recovery and methyl-amine-CNC worked as depressant in all cases. The applicability of the employment of CNCs in flotation processes is discussed and compared to common commercial collectors.

Selluloosa on yleisin luonnollinen polymeeri maapallolla, ja sillä on monia ominaisuuksia kuten, uusiutuvuus, biohajoavuus ja myrkyttömyys, joiden ansiosta eri mikro- ja nanoselluloosia pidetään potentiaalisina biopohjaisina kemikaaleina. Kiteiset nanoselluloosat (CNC:t) ovat selluloosan johdannaisia, jotka ovat saaneet paljon huomiota monipuolisten fysikokemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi. Tässä työssä testattiin eripituisilla hiiliketjuilla aminoituja kiteisiä nanoselluloosia vaahdotusprosessissa ympäristöystävällisenä vaihtoehtona laajasti käytetyille öljypohjaisille kaupallisille kerääjille. Mikrovaahdotuksia suoritettiin eri kerääjäpitoisuuksilla ja eri happamuudessa. Vaahdotuskokeet osoittivat, että aminoitu CNC muuttaa merkittävästi kvartsin pinnan vettymisominaisuuksia ja täten joko painaa, tai vaahdottaa kvartsia. CNC:n tehokkuus riippui hiiliketjun pituudesta, ympäristön happamuudesta ja kerääjän konsentraatiosta vaahdotussysteemissä. pH 9 oli suosiollisin ympäristö niin kaupallisille kerääjille kuin nanoselluloosillekkin. Heksyyliamiini-CNC oli tehokkain kaikista kerääjistä, kun annokset olivat pieniä ja se ylitti 90 % saannon isommilla annoksilla. Butyyliamiini-CNC ylitti 60 % saannon ja metyyliamiini-CNC toimi painajana kaikissa tapauksissa. Kiteisten nanoselluloosien soveltuvuutta vaahdotusprosessiin pohditaan ja verrataan kaupallisiin kerääjiin.