專利名稱：處理水懸浮液的制作方法
專利說(shuō)明處理水懸浮液 本發(fā)明涉及處理顆粒狀材料的懸浮液，特別是廢棄的礦物漿料。本發(fā)明特別適用于處置源于礦物加工和選礦過(guò)程的尾礦和其它廢棄材料，包括以均質(zhì)混合物的形式共同處置粗和細(xì)固體。顆粒狀礦物材料包括各種其中存在礦物材料的基材。這將包括例如紅泥，來(lái)自各種礦物加工操作的尾礦，和油砂尾礦的加工。
處理礦物礦石以便提取礦物有用成分的方法將通常產(chǎn)生廢棄材料。通常，廢棄材料由以下組成包括顆粒狀礦物材料的含水漿料或污泥，例如與水混合的粘土、頁(yè)巖、砂、砂礫、金屬氧化物等。
在有些情況，廢棄材料如礦山尾礦可以便利地在地下開(kāi)采的礦山中進(jìn)行處置來(lái)形成回填料。通常，回填料廢棄物包括高比例的粗的大尺寸的顆粒以及其它較小尺寸的顆粒并且以漿料的形式被泵送到礦山，在那里允許進(jìn)行脫水而在適當(dāng)?shù)奈恢昧粝鲁两档墓腆w。通常的做法是使用絮凝劑通過(guò)使細(xì)材料絮凝來(lái)促進(jìn)這一過(guò)程，從而增加了沉降速率。然而，在這一情況下，相比于絮凝的細(xì)材料，粗材料將通常以更快的速率沉降，產(chǎn)生粗和細(xì)固體的非均質(zhì)的沉積。
南非專利6900472和美國(guó)專利3508407描述了下述技術(shù)，其用于將細(xì)物，特別是水泥，保留在地下開(kāi)采的礦山回填料中。合成物和共聚物被建議可以單獨(dú)地或者共同地使用，盡管使用兩種類型并非是優(yōu)選的。
US 4399039描述了在池塘(ponds)表面之下在尾礦的沉降層的脫水中使用淀粉，其中水向上移動(dòng)。據(jù)說(shuō)改進(jìn)了層的粘度和變化性以便支撐更多的砂。沒(méi)有指出這樣的處理助劑將可用于硬化懸浮液，使得可以形成堆疊物。
對(duì)于其它應(yīng)用，未必能夠在礦山中處置廢棄物。在這些情況下，通常的做法是通過(guò)將含水漿料泵送到池沼(lagoons)、堆場(chǎng)(heaps)或堆疊物(stacks)并且通過(guò)沉降、排泄和蒸發(fā)的作用使其逐漸脫水來(lái)處置這種材料。
存在著許多環(huán)境壓力來(lái)最小化用于處置目的的新的土地的分配并且更有效地利用現(xiàn)有的采空區(qū)。一個(gè)方法是將多層的廢棄物堆放在一片區(qū)域上而由此形成較高的廢棄物的堆疊物。然而，這表現(xiàn)出確保以下方面的困難廢棄材料僅僅能夠在可接受的邊界內(nèi)在先前硬化的廢棄物的表面上流動(dòng)，使其硬化而形成堆疊物，以及將廢棄物充分壓實(shí)而支撐多層硬化材料卻沒(méi)有坍陷或滑動(dòng)的危險(xiǎn)。因此，對(duì)于為堆疊而提供具有恰當(dāng)特性等級(jí)的廢棄材料的要求完全不同于其他形式的處置所要求的那些，如在相對(duì)封閉區(qū)域中進(jìn)行回填。
在典型礦物加工操作中，在含水工藝中將廢棄固體與包含礦物有用成分的固體分離。廢棄固體的水懸浮液常常包含粘土和其它礦物，并且通常稱為尾礦。在各種包括來(lái)自油砂的尾礦的礦物固體中的確如此。在稠化器中，這些固體常常通過(guò)絮凝工藝來(lái)濃縮而得到較高密度底流稠泥并且回收一些工藝用水。通常將底流稠泥泵送到表面容納區(qū)域，常常稱為尾礦池或尾礦壩。一旦在這種表面容納區(qū)域沉積，水將繼續(xù)從水懸浮液中釋放，導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)固體的進(jìn)一步濃縮。一旦已經(jīng)收集足夠體積的水，這通常被泵送回到礦物加工裝置。
尾礦壩常常具有有限的尺寸以便最小化對(duì)環(huán)境的影響。另外，提供較大的尾礦壩可能是昂貴的，因?yàn)檫\(yùn)土和建筑攔集壁的成本高。這些尾礦壩往往具有逐漸傾斜的底部，其允許任何從固體中釋放的水收集在一個(gè)區(qū)域中并且因此能夠泵送回到所述裝置。往往發(fā)生的問(wèn)題是當(dāng)固體的微細(xì)顆粒隨著流出水帶走時(shí)，因此污染了水并且對(duì)水的后續(xù)使用具有有害影響。
在許多礦物加工操作中，例如礦砂選礦過(guò)程，通常還產(chǎn)生了第二種廢棄物物流，其主要包括粗(>0.1mm)礦物顆粒。特別令人期望的是以均勻混合物的形式處置粗和細(xì)的廢棄的顆粒，因?yàn)檫@改進(jìn)了脫水固體的機(jī)械性能，大大降低了修復(fù)土地最終所要求的時(shí)間和成本。然而，這通常不是可行的，因?yàn)榧词勾值膹U棄材料充分混入細(xì)的廢棄材料的水懸浮液，然后在處置區(qū)域中沉積，相比于細(xì)的材料，粗的材料將快得多地沉淀，導(dǎo)致在脫水固體中的分帶。此外，當(dāng)粗材料相比于細(xì)材料的數(shù)量較高時(shí)，粗材料的快速沉降可能產(chǎn)生過(guò)度的坡面角，這促進(jìn)了含高比例的細(xì)顆粒的含水廢棄物的流掉，進(jìn)一步污染了所回收的水。結(jié)果，一旦脫水過(guò)程完成的話，常常需要單獨(dú)地處理粗和細(xì)的廢棄物物流，并通過(guò)機(jī)械再作用將這些材料重組。
已經(jīng)嘗試通過(guò)使用混凝劑或絮凝劑來(lái)處理尾礦壩的進(jìn)料來(lái)解決全部上述問(wèn)題，從而提高沉降的速率和/或改進(jìn)所釋放的水的透明度。然而，這沒(méi)有成功，因?yàn)檫@些處理以常規(guī)的劑量施加并且在細(xì)廢棄材料的壓實(shí)速率或者所回收的水的透明度方面這產(chǎn)生了極小益處或者沒(méi)有產(chǎn)生益處。
在從鋁土礦回收氧化鋁的拜耳法中，在含水堿液中消化鋁土礦而形成鋁酸鈉，其與不溶殘?jiān)蛛x。這種殘?jiān)梢韵陆M成砂和主要為氧化鐵的細(xì)顆粒。后者的水懸浮液稱為紅泥。
在鋁酸鈉溶液與不溶殘?jiān)幕痉蛛x后，砂(粗的廢棄物)與紅泥分離。上層清液被進(jìn)一步加工來(lái)回收鋁酸鹽。紅泥然后在多個(gè)順序的洗滌階段中洗滌，其中紅泥與洗液接觸并且然后通過(guò)添加絮凝劑來(lái)絮凝。在最終的洗滌階段后，紅泥漿料盡可能地變稠并隨后被處置。在本說(shuō)明書范圍內(nèi)的變稠是指紅泥的固體含量增加。最終的變稠階段可以包括僅僅絮凝漿料的沉降，或者有時(shí)候，包括過(guò)濾步驟?？蛇x地或者另外地，泥可經(jīng)受在池沼中的延長(zhǎng)的沉降。在任何情況下，這種最終的變稠階段受到將變稠的水懸浮液泵送到處置區(qū)域的要求的限制。
所述泥可以被處置和/或經(jīng)受進(jìn)一步的干燥以便隨后在泥堆疊區(qū)域上進(jìn)行處置。為適于泥堆疊，泥應(yīng)當(dāng)具有高固體含量，并且當(dāng)堆疊時(shí)，不應(yīng)當(dāng)流動(dòng)但應(yīng)當(dāng)是比較剛性的，以便堆疊角度應(yīng)當(dāng)盡可能的高，使得所述堆疊物對(duì)于給定的體積占據(jù)盡可能小的面積。對(duì)高固體含量的要求與對(duì)使材料以流體形式保持可泵送的要求是沖突的，使得盡管也許可能產(chǎn)生具有用于堆疊的期望的高固體含量的泥，但這可能使得泥是不可泵送的。
從殘?jiān)谐サ纳凹?jí)分還被洗滌并且轉(zhuǎn)移到用于獨(dú)立的脫水和處置的處置區(qū)域。
EP-A-388108描述了在進(jìn)行泵送前，向包括具有分散的顆粒狀固體的含水液體的材料中添加吸水性、不溶于水的聚合物，然后對(duì)所述材料進(jìn)行泵送，使所述材料靜置并然后使其硬化并且變?yōu)榭啥询B的固體。聚合物吸收了漿料的含水液體，這有助于顆粒狀固體的粘結(jié)以及因此的材料固化。然而，這種方法具有缺點(diǎn)，即它需要高劑量的吸收性聚合物以便獲得恰當(dāng)?shù)墓袒?。為了獲得足夠硬化的材料，常常需要使用高達(dá)10-20千克/公噸的泥的劑量。雖然用于硬化材料的水溶脹性吸收性聚合物的使用可能看起來(lái)提供了固體的顯然增加，但是實(shí)際上含水液體被保持在吸收性聚合物中。這表現(xiàn)出的缺點(diǎn)在于，因?yàn)楹后w實(shí)際上沒(méi)有從硬化材料中除去并且在一定條件下含水液體可能隨后被釋放出來(lái)，并且這可能危及廢棄材料的再流體化，因而具有不可避免的所述堆疊物失穩(wěn)的危險(xiǎn)。
WO-A-96/05146描述了堆疊顆粒狀固體的含水漿料的方法，其包括混合分散在連續(xù)油相中的水溶性聚合物的乳液與漿料。優(yōu)選地，用稀釋劑稀釋乳液聚合物，并且其優(yōu)選地在烴的液體或氣體中并且其不會(huì)轉(zhuǎn)化乳液。因此，該方法要求的是不將聚合物添加到水溶液形式的漿料中。沒(méi)有公開(kāi)通過(guò)添加聚合物的水溶液可以獲得足以形成礦物材料堆疊物的脫水和硬化。
WO-A-0192167描述了一種方法，其中將包括顆粒狀固體的懸浮液的材料以流體的形式泵送并隨后使其靜置并且硬化。通過(guò)引入到水溶性聚合物的懸浮液顆粒中而獲得硬化，所述聚合物的特性粘數(shù)為至少3dl/g。這種處理能夠使得材料保持其流動(dòng)性同時(shí)被泵送，但是當(dāng)靜置時(shí)，引起材料硬化。這種方法的益處在于可以容易地堆疊濃縮的固體，這最小化了處置所需的土地的面積。該方法還優(yōu)于使用交聯(lián)的吸水性聚合物，在于釋放了來(lái)自懸浮液的水，而不是將其吸收并由聚合物保留。使用水溶性聚合物的顆粒的重要性被著重強(qiáng)調(diào)并且據(jù)述使用溶解的聚合物的水溶液將是無(wú)效的。特別地，當(dāng)作用于來(lái)自拜耳氧化鋁工藝的紅泥底流稠泥時(shí)，通過(guò)這種方法獲得了水的極有效的釋放和廢棄固體的方便的存儲(chǔ)。
WO-A-2004/060819描述一種方法，其中包括具有分散的顆粒狀固體的含水液體的材料以流體的形式輸送到沉積區(qū)域，然后使其靜置并且硬化，并且其中通過(guò)將所述材料與有效硬化數(shù)量的水溶性聚合物的水溶液結(jié)合，在輸送期間保持材料的流動(dòng)性的同時(shí)改進(jìn)了硬化。還描述了一種方法，其中實(shí)現(xiàn)了顆粒狀固體的脫水。
WO-A-0192167和WO-A-2004/060819各自建議相應(yīng)的聚合物可以是天然聚合物，盡管優(yōu)選是合成聚合物。
EP-A-905091描述了絮凝/凝固方法，其中在進(jìn)入稠化器前處理進(jìn)料漿料。該方法包括使用淀粉和陽(yáng)離子混凝劑以便改進(jìn)來(lái)自稠化器的流出物的透明度。
WO 02/083258描述了標(biāo)準(zhǔn)固體液體分離工藝，其包括陽(yáng)離子聚合物和非離子聚合物，以便改進(jìn)過(guò)濾和/或離心系統(tǒng)中的脫水。
在油砂加工的情況下，將礦石進(jìn)行加工而回收瀝青級(jí)分，而其余材料，包括工藝材料和礦渣，構(gòu)成沒(méi)有價(jià)值的并且待被處置的尾礦。在油砂加工中，主要的工藝材料是水，而礦渣主要是砂以及一些淤泥和粘土。實(shí)際上，尾礦由以下組成固體部分(砂尾礦)和或多或少的流體部分(污泥)。最令人滿意地處置這些尾礦的地方將是在地中的現(xiàn)有的挖掘孔中。不過(guò)，相比于從其中加工的礦石來(lái)說(shuō)，砂和污泥組分將占較大體積。
在從油砂沉積物中回收重油和瀝青的方法中，當(dāng)使用露天采礦時(shí)，通過(guò)熱水工藝(其中油砂與65℃(150℉)水和苛性堿混合)或者通過(guò)在較低溫度下在沒(méi)有苛性堿的情況下進(jìn)行的低能提取工藝來(lái)提取油或?yàn)r青。然而，兩種工藝形成了大量的由全部油砂礦體組成的尾礦以及工藝用水的凈增加減去僅僅回收的瀝青產(chǎn)物。
這些油砂尾礦可以被分為三類，即(1)篩上料，(2)粗或砂尾礦(快速沉降的級(jí)分)，和(3)細(xì)或尾礦污泥(緩慢沉降的級(jí)分)。因此油砂尾礦由不同尺寸的顆粒構(gòu)成。
一般地，這些油砂尾礦經(jīng)管道送到用于處置的尾礦池。粗砂首先沉降，而細(xì)顆粒僅僅非常緩慢地沉降。這些細(xì)顆粒在水中形成高度穩(wěn)定的細(xì)懸浮液，包含差不多約30wt％固體。隨著時(shí)間，這些細(xì)顆粒沉降而形成基本上固體粘土沉降物，因此填充了池沼并且需要形成新的池沼。
眾所周知的是在稠化器中濃縮這些油砂尾礦而得到較高密度底流稠泥并且回收一些工藝用水，如上所述。
例如，Xu.Y等，Mining Engineering，2003年11月，p.33-39描述了在處置前在稠化器中向油砂尾礦中添加陰離子絮凝劑。所述底流稠泥可以被處置和/或經(jīng)受進(jìn)一步的干燥以便隨后在油砂尾礦堆疊區(qū)域中進(jìn)行處置。
令人期望的是尋找改進(jìn)的硬化方法，特別是改進(jìn)處理化學(xué)品的劑量效率。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種方法，其中包括在水介質(zhì)中分散的顆粒狀材料的懸浮液以流體的形式輸送到沉積區(qū)域，然后使其靜置并且硬化，并且其中通過(guò)在輸送期間將硬化數(shù)量的處理體系與懸浮液結(jié)合，在輸送期間保持懸浮液的流動(dòng)性的同時(shí)改進(jìn)了硬化，所述處理體系包括 i)水溶性的合成聚合物，和 ii)水溶性的天然或者半天然聚合物。
出人意料地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本方法提供了允許合成聚合物的劑量被降低的益處。在一些情況中，發(fā)現(xiàn)使用降低的總聚合物劑量可以獲得有效的結(jié)果，其不能通過(guò)單獨(dú)使用合成聚合物或者天然/半天然聚合物而獲得。
合成聚合物可以全部地或部分地由水溶性聚合物組成。因此，聚合物可以包括交聯(lián)的合成聚合物和水溶性的合成聚合物的共混物，前提是足夠的合成聚合物是水溶性的或者性能如同其是水溶性的以便靜置時(shí)發(fā)生脫水。合成聚合物可以是基本上干燥的顆粒狀形式的，但優(yōu)選地以水溶液的形式添加。
合成聚合物可以是可溶脹性聚合物和可溶性聚合物的物理共混物，或者可選地是輕度交聯(lián)的聚合物，例如如EP202780中所描述的。雖然合成聚合物顆?？梢园ㄒ恍┙宦?lián)聚合物，但是對(duì)本發(fā)明必要的是存在顯著數(shù)量的水溶性聚合物。當(dāng)合成聚合物顆粒包括一些可溶脹性聚合物時(shí)，理想的是至少80％的聚合物是水溶性的。
合成聚合物應(yīng)當(dāng)包括全部或至少基本上是水溶性的聚合物。由于支化劑的存在其可以是支化的，例如如WO-A-9829604(例如在權(quán)利要求12)中描述的，或者水溶性聚合物基本上是線性的。
優(yōu)選地，水溶性合成聚合物是中等至高分子量的。理想地，它將具有至少3dl/g(在25℃在1M NaCl中測(cè)量的)和通常至少5或6dl/g的特性粘數(shù)，盡管該聚合物可以具有顯著高的分子量并且顯示出25dl/g或30dl/g或甚至更高的特性粘數(shù)。優(yōu)選地，聚合物的特性粘數(shù)將是8dl/g-25dl/g，更優(yōu)選地11dl/g或12dl/g-18dl/g或20dl/g。
聚合物的特性粘數(shù)可以通過(guò)基于聚合物的活性含量制備聚合物的水溶液(0.5-1％ w/w)來(lái)確定。2g的這種0.5-1％聚合物溶液用50mL的2M氯化鈉溶液稀釋到100mL的容量瓶，其被緩沖到pH值為7.0(使用1.56g磷酸二氫鈉和32.26g磷酸氫二鈉/升去離子水)并且使用去離子水將全部物質(zhì)稀釋到100mL標(biāo)記處。在1M緩沖鹽溶液中在25℃使用No.1懸浮水平粘度計(jì)測(cè)量聚合物的特性粘數(shù)。
水溶性合成聚合物可以是陽(yáng)離子的、非離子的、兩性的或陰離子的。合成聚合物可以由任何適宜的水溶性單體形成。一般地，水溶性單體在25℃在水中的溶解度是至少5g/100cc。優(yōu)選的聚合物是非離子的或者陰離子的并且是由一種或多種烯屬不飽和單體形成的。當(dāng)聚合物是非離子的，它將由一種或多種非離子單體形成，例如選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。一般地，陰離子聚合物由一種或多種且是離子的單體形成，任選地結(jié)合有一種或多種且是離子的單體。特別優(yōu)選的陰離子聚合物由選自以下的單體形成烯屬不飽和羧酸和磺酸單體，優(yōu)選地選自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸，和它們的鹽，任選地結(jié)合有非離子共聚單體，優(yōu)選地選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。特別優(yōu)選的陰離子聚合物包括丙烯酰胺的均聚物或丙烯酰胺與丙烯酸鈉的共聚物。
可能期望的是使用根據(jù)本發(fā)明的合成陽(yáng)離子聚合物。適宜的陽(yáng)離子型聚合物可以由烯屬不飽和單體形成，其選自二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯-氯代甲烷、(DMAEA.MeCl)quat、二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)、三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)，任選地結(jié)合有非離子共聚單體，其優(yōu)選地選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
在有些情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利的是單獨(dú)地添加合成聚合物型的組合。因此，首先可以將陰離子、陽(yáng)離子或非離子聚合物的水溶液添加到上述材料中，隨后是任何類型的第二劑量的相似的或者不同的水溶性合成聚合物。
在本發(fā)明中，水溶性合成聚合物可以由任何適宜的聚合方法形成。通過(guò)溶液聚合、油包水懸浮聚合或油包水乳液聚合，例如可以將聚合物制備成凝膠聚合物。當(dāng)通過(guò)溶液聚合制備凝膠聚合物時(shí)，通常將引發(fā)劑引入到單體溶液中。
任選地，可以包括熱引發(fā)劑體系。一般地，熱引發(fā)劑將包括任何適宜的引發(fā)劑化合物，其在高溫釋放自由基，例如偶氮化合物，如偶氮二異丁腈。在聚合期間溫度應(yīng)當(dāng)升高到至少70℃，但優(yōu)選地低于95℃?？蛇x地，聚合可以受到輻照(紫外光、微波能、熱量等)的影響，任選地還使用適宜的輻射引發(fā)劑。一旦完成聚合并且已經(jīng)允許聚合物凝膠充分冷卻，所述凝膠能夠以標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行加工，包括首先將凝膠粉碎成較小的片，干燥成基本上脫水的聚合物，隨后研磨成粉末?？蛇x地，聚合物凝膠可以以聚合物凝膠的形式提供，例如以凝膠聚合物原木(logs)的形式。
這種聚合物凝膠可以通過(guò)如上所述的合適的聚合技術(shù)，例如通過(guò)輻照來(lái)制備。凝膠可以根據(jù)需要被切斷成合適的尺寸，并隨后在應(yīng)用時(shí)以部分水合的水溶性聚合物顆粒的形式與材料混合。
聚合物可以被制造成珠粒(通過(guò)懸浮聚合)或油包水乳液或分散體(通過(guò)油包水乳液聚合)，例如根據(jù)EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A-126528所定義的方法。
可選地，水溶性合成聚合物可以在水介質(zhì)中以分散體的形式提供。這可以例如是至少20微米的聚合物顆粒在含平衡劑的水介質(zhì)中的分散體，如EP-A-170394中給出的。這還可以例如包括在含溶解的低IV聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化銨和任選的其它溶解的材料例如電解質(zhì)和/或多羥基化合物例如聚亞烷基二醇的水介質(zhì)存在下通過(guò)含水單體的聚合制備的聚合物顆粒的水分散體，如WO-A-9831749或WO-A-9831748中給出的。
水溶性合成聚合物的水溶液一般地通過(guò)將聚合物溶解在水中或者通過(guò)稀釋聚合物的更濃縮的溶液而獲得。通常，固體顆粒聚合物，例如以粉末或珠粒的形式，分散在水中并且允許其借助攪動(dòng)來(lái)溶解。這可以使用常規(guī)的配制設(shè)備來(lái)獲得。理想地，聚合物溶液可以使用由CibaSpecialty Chemicals提供的Auto Jet Wet(商標(biāo))來(lái)制備?？蛇x地，合成聚合物可以以反相乳液或分散體的形式提供，后者然后能夠被轉(zhuǎn)化為水。
在以水溶液的形式添加合成聚合物的情況下，其可以以任何適宜的濃度來(lái)添加?？赡芰钊似谕氖鞘褂孟鄬?duì)濃縮的溶液，例如至多10％或更大，基于聚合物的重量，以便最小化被引入材料的水的數(shù)量。通常，雖然將令人期望的是在較低的濃度添加聚合物溶液以便最小化源于聚合物溶液的高粘度的問(wèn)題并且便于聚合物分布于材料中。聚合物溶液能夠以相對(duì)稀釋的濃度添加，例如低達(dá)0.01wt％的聚合物。一般地，聚合物溶液將通常以0.05-5wt％的聚合物的濃度使用。優(yōu)選地，聚合物濃度將是0.1％-2或3％。更優(yōu)選濃度將是0.25％或0.5％-約1或1.5％。
水溶性的天然或者半天然聚合物可以是任何適宜的源于天然的聚合物或半天然聚合物。半天然聚合物是指該聚合物是源于天然的并且隨后進(jìn)行后改性，例如使其陽(yáng)離子化或陰離子化。天然聚合物例如可以是多糖如淀粉如木薯淀粉、瓜爾膠、黃原酸膠、Diutan膠、文萊膠、葡聚糖、葡聚糖漿、Rhansan膠或者半天然聚合物如改性淀粉、殼聚糖、MHPC、MHEC、D.S 0.92、D.S 0.59、D.S 1.24、蒸煮的小麥淀粉、陰離子淀粉、蒸煮的苛性堿淀粉、海藻酸鈉、羧甲基纖維素或羥乙基纖維素。
特別有效的結(jié)果是當(dāng)天然或半天然聚合物基于纖維素，優(yōu)選羧甲基纖維素時(shí)獲得的。
合成聚合物和天然或半天然聚合物可以順序地或同時(shí)地被添加到顆粒狀材料的懸浮液中。當(dāng)順序地添加它們時(shí)，可能對(duì)于某些基材來(lái)說(shuō)令人期望的是首先添加合成聚合物，雖然在有些情況下，可能優(yōu)選地首先添加天然或半天然聚合物。在一些情況中，同時(shí)添加合成和天然或半天然聚合物可以產(chǎn)生更令人期望的效果。這可以通過(guò)單獨(dú)地但基本上是同時(shí)地添加聚合物或者以組合形式，例如以混合物的形式添加兩種聚合物而實(shí)現(xiàn)。
合成聚合物和天然或半天然聚合物每一個(gè)的適宜的劑量為10克-10,000克/公噸的材料固體。聚合物的劑量基于活性聚合物/懸浮液的干燥固體。通常，合適的劑量可以根據(jù)特定的材料和材料的固體含量來(lái)變化。優(yōu)選的劑量是30-3,000克/公噸，更優(yōu)選地，30-1000克/公噸，而更加優(yōu)選的劑量為60-200或400克/公噸。可以將兩種聚合物添加到顆粒狀材料的懸浮液，如礦物材料，例如尾礦漿料，以固體顆粒形式，可選地，以水溶液的形式，后者是通過(guò)將兩種聚合物之一或兩者溶解到水或水介質(zhì)中而制備的。
對(duì)于聚合物的某些組合和對(duì)于某些基材來(lái)說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所用的全部聚合物的總劑量顯著地更低從而獲得合適的硬化，相比于通過(guò)單獨(dú)使用每一聚合物組分可以獲得的來(lái)說(shuō)。在這種情況下，全部總聚合物劑量可以是小于300克/公噸，優(yōu)選地小于250克/公噸，特別是小于200克/公噸，例如100-150或200克/公噸。在其它情況中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)更加昂貴的合成聚合物組分的數(shù)量可以顯著地被降低，盡管價(jià)格比較低廉的天然或半天然聚合物的數(shù)量是高的。在這種情況下，合成聚合物組分可以以數(shù)量小于250克/公噸，常常低于200或150克/公噸添加，即使天然或半天然聚合物以至少250克/公噸的較高劑量添加。在一些情況中，天然或半天然聚合物可以以超過(guò)500或1000克/公噸的劑量來(lái)添加，并且在某些情況中，通過(guò)至少2000并且甚至大于3000或4000克/公噸的明顯更高的劑量可以獲得有益的結(jié)果。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)合成和天然或半天然聚合物的組合可以產(chǎn)生脫水，其中所釋放的液體具有較高的透明度，相比于單獨(dú)使用單獨(dú)的聚合物組分可以獲得的來(lái)說(shuō)。
通常，懸浮固體可以在稠化器中濃縮并且這種材料例如將以底流稠泥的形式離開(kāi)稠化器，所述底流稠泥將沿著管道(conduit)被泵送到沉積區(qū)域。管道可以是任何用于將材料輸送到沉積區(qū)域的方便裝置并且例如可以是管子(pipe)或溝渠(trench)。在輸送階段期間材料保持流體性和可泵送性，直到允許該材料靜置和硬化。
理想地本發(fā)明的方法是礦物加工操作的一部分，其中廢棄固體的水懸浮液任選地在容器中絮凝而形成包括含水液體的上層清液層和包括形成所述材料的稠化固體的底流稠泥層。上層清液層在容器中將與底流稠泥分離并且通常被再循環(huán)或者經(jīng)受進(jìn)一步的加工。廢棄固體的水懸浮液或者任選地稠化的底流稠泥通常通過(guò)泵送而輸送到沉積區(qū)域，其可以例如是尾礦壩或池沼。所述材料可以僅主要由細(xì)顆粒，或者細(xì)和粗顆粒的混合物組成。任選地，在沉積區(qū)域進(jìn)行排放前，在任何方便的點(diǎn)，另外的粗顆?？梢耘c水懸浮液結(jié)合。一旦所述材料到達(dá)沉積區(qū)域，則允許其靜置并且脫水，并且另外優(yōu)選地進(jìn)行硬化?？梢栽谌魏畏奖愕狞c(diǎn)，通常在輸送期間，將聚合物以有效量添加到材料中。在一些情況下，水懸浮液可以首先被輸送到容納容器中，然后輸送到沉積區(qū)域。在顆粒狀材料的懸浮液的沉積后，它將硬化并且優(yōu)選地脫水(通過(guò)釋放含水液體)而形成脫水的固體。優(yōu)選地，通過(guò)沉降、排泄和蒸發(fā)干燥的聯(lián)合作用，顆粒狀礦物材料的脫水懸浮液將形成壓實(shí)和干燥的固體物質(zhì)。
礦物材料顆粒通常是無(wú)機(jī)物。一般地，材料可以衍生自或包含濾餅、尾礦、稠化器底流稠泥、或未稠化的裝置廢棄物物流，例如其它礦物尾礦或礦泥，包括磷酸鹽、金剛石、金礦泥、礦物砂、來(lái)自鋅、鉛、銅、銀、鈾、鎳、鐵礦石加工的尾礦、煤、油砂或紅泥。材料可以是從最后的稠化器或者礦物加工操作的洗滌階段沉降的固體。因此，材料理想地源于礦物加工操作。優(yōu)選地，材料包括尾礦。優(yōu)選地，所述礦物材料在性質(zhì)上將是親水性的并且更優(yōu)選地選自紅泥和含親水粘土的尾礦，例如油砂尾礦等等。
對(duì)于粘土礦物懸浮液如陶土，合成聚合物如丙烯酰胺和丙烯酸鈉與天然或半天然聚合物如瓜爾膠、海藻酸鈉、葡聚糖或纖維素材料，優(yōu)選羧基甲基纖維素的結(jié)合產(chǎn)生了特別有效的結(jié)果。
當(dāng)基材是煤尾礦時(shí)，優(yōu)選的組合包括合成物與纖維素的天然或半天然聚合物的衍生物，特別是羥甲基纖維素。特別優(yōu)選的組合包括丙烯酰胺與丙烯酸鈉的共聚物和羥甲基纖維素。
使用合成聚合物與瓜爾膠或陰離子淀粉的任一種的結(jié)合，特別是當(dāng)所述組合包括丙烯酸鈉和丙烯酰胺的合成聚合物時(shí)，礦物砂或相似的基材的懸浮液顯示了特別改進(jìn)的硬化。
任何葡聚糖，纖維素制品，特別是羥乙基纖維素，淀粉，特別是衍生或改性淀粉例如陰離子、非離子或陽(yáng)離子淀粉、Rhansan膠與合成聚合物如丙烯酰胺/丙烯酸鈉共聚物的結(jié)合為源自拜耳氧化鋁工藝的紅泥漿料提供了特別良好的結(jié)果。
被泵送的細(xì)尾礦或其它材料可以具有10wt％-80wt％的固體含量。漿料常常是20wt％-70wt％，例如45wt％-65wt％。在細(xì)尾礦的典型樣品中顆粒的尺寸基本上全部小于25微米，例如約95wt％的材料是小于20微米的顆粒并且約75％小于10微米。粗尾礦基本上大于100微米，例如約85％大于100微米，但通常小于10,000微米。細(xì)尾礦和粗尾礦可以存在或者以任何方便的比例結(jié)合在一起，條件是該材料保持可泵送性。
分散的顆粒狀固體可以具有粒度的雙峰分布。一般地，這種雙峰分布可以包括細(xì)部分和粗部分，其中細(xì)部分的峰基本上小于25微米，而粗部分的峰基本上大于75微米。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料是相對(duì)濃縮的并且是均勻的時(shí)候，在脫水和硬化方面獲得了較好的結(jié)果。還可能令人期望的是將聚合物的添加與其它添加劑結(jié)合。例如，材料通過(guò)管道的流動(dòng)性能可以通過(guò)包括分散劑而便利。一般地，在包括分散劑的情況下，其將以常規(guī)的數(shù)量包括在內(nèi)。然而，已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)分散劑或其它添加劑的存在不損害脫水或硬化。還可能令人期望的是用無(wú)機(jī)或有機(jī)混凝劑對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理來(lái)預(yù)凝結(jié)細(xì)材料，從而有助于其保留在脫水的顆粒狀材料中。
在本發(fā)明中，顆粒狀礦物材料的懸浮液可以一般地是來(lái)自礦物加工操作的廢棄材料。
當(dāng)細(xì)和粗的顆粒狀材料的水懸浮液被結(jié)合用于共同處置目的時(shí)，有效的脫水和硬化數(shù)量的水溶性聚合物溶液將通常在將不同的廢棄物物流混合成均勻漿料期間或之后添加。
一般地，可以沿管道并且通過(guò)沉積區(qū)域的出口輸送顆粒狀礦物材料的懸浮液。然后將允許顆粒狀礦物材料的懸浮液在沉積區(qū)域脫水。優(yōu)選地，當(dāng)靜置時(shí)，已經(jīng)輸送到沉積區(qū)域的顆粒材料的懸浮液還將硬化。在很多情況下，沉積區(qū)域?qū)⒁呀?jīng)包含硬化的礦物材料。適當(dāng)?shù)?，?dāng)?shù)竭_(dá)沉積區(qū)域時(shí)顆粒狀礦物材料的懸浮液將在先前硬化的礦物材料的表面上流動(dòng)并且將允許所述材料靜置并硬化而形成堆疊物。
一般地，材料將以流體的形式被泵送到沉積區(qū)域的出口，并且允許材料在硬化材料的表面上流動(dòng)。允許材料靜置并且硬化，由此形成硬化材料的堆疊物。這種方法可以重復(fù)若干次以形成堆疊物，其包括若干層的硬化材料。硬化材料的堆疊物的形成具有需要較少的用于處置的區(qū)域的好處。
在礦物加工操作中，其中含固體的懸浮液在稠化器中絮凝以便將懸浮液分離成上層清液層和底流稠泥材料，該材料一般地可以在稠化器中在絮凝后的任何合適的點(diǎn)進(jìn)行處理，但在允許材料靜置之前。一般地，沿管道將懸浮液輸送到沉積區(qū)域。這通常是通過(guò)泵送顆粒狀礦物材料的懸浮液而實(shí)現(xiàn)的。合適的并且有效的脫水和粉塵抑制數(shù)量的水溶性聚合物可以在泵送階段之前或期間與該材料混合。以這種方式聚合物可以貫穿所述材料分布。
可選地，聚合物可以在泵送階段后被引入并且與材料混合。最有效的添加點(diǎn)將取決于基材和稠化器距沉積區(qū)域的距離。如果管道較短的話，可能有利的是在接近于所述材料流自稠化器的位置劑量加入聚合物溶液。另一方面，在沉積區(qū)域距稠化器較遠(yuǎn)的情況下，可能令人期望的是在較靠近出口處引入聚合物溶液。在有些情況下，可能方便的是將聚合物溶液引入所述材料，當(dāng)其離開(kāi)出口時(shí)。通常，可能令人期望的是在其離開(kāi)出口前，優(yōu)選地在出口的10米之內(nèi)，將聚合物添加到懸浮液中。
當(dāng)材料通過(guò)管道流到沉積區(qū)域時(shí)其流變特性是重要的，因?yàn)榱鲃?dòng)特性的任何顯著降低可能嚴(yán)重地?fù)p害本方法的效率。重要的是，沒(méi)有明顯的固體沉降，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致堵塞，其可能意味著裝置不得不關(guān)閉以便清除堵塞。另外，重要的是在流動(dòng)特性方面沒(méi)有顯著的降低，因?yàn)檫@可能嚴(yán)重地?fù)p害材料的可泵性。這種有害效應(yīng)可能導(dǎo)致顯著增加的能源成本，因?yàn)楸盟妥兊酶щy，并且可能增加泵送設(shè)備的磨損。
當(dāng)顆粒狀礦物材料的懸浮液脫水時(shí)，其流變特性是重要的，因?yàn)橐坏┰试S材料靜置，重要的是流動(dòng)被最小化并且材料的理想固化和優(yōu)選硬化快速地進(jìn)行。如果材料太流動(dòng)，那么它將不會(huì)形成有效的堆疊物并且還存在它將污染從材料中釋放的水的危險(xiǎn)。同樣希望的是硬化材料是足夠堅(jiān)固的以便保持完整性并且承受施加到其上的硬化材料的隨后層的重量。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法將獲得堆積的處置幾何結(jié)構(gòu)并且將共同固定材料中固體的細(xì)和粗的部分，并且允許任何所釋放的水具有較高的驅(qū)動(dòng)力從而借助于水力重力排泄使其與材料分離。堆積的幾何結(jié)構(gòu)看起來(lái)在下面的固體上提供了較高的向下的壓實(shí)壓力，其似乎擔(dān)負(fù)著提高脫水速率的作用。已發(fā)現(xiàn)這種幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了每表面面積更大量的廢棄物，其對(duì)于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性兩者都是有益的。
不可能通過(guò)在稠化器中采用絮凝步驟而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。例如，在稠化器中懸浮液的絮凝從而提供充分濃縮的底流稠泥使得其將堆疊將是價(jià)值很低的，因?yàn)閷⒉豢赡鼙盟瓦@樣的濃縮的底流稠泥。此外，將聚合物添加到稠化器中將不會(huì)獲得改進(jìn)脫水礦物材料的抑制的期望效果。相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有必要處理已經(jīng)在稠化器中以底流稠泥形式形成的材料?？磥?lái)單獨(dú)地處理在底流稠泥中的稠化的固體允許材料有效地硬化卻沒(méi)有損害輸送期間的流動(dòng)性。
本發(fā)明的優(yōu)選特征是在含水液體釋放期間的硬化，所述釋放優(yōu)選地在脫水步驟期間發(fā)生。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，材料在硬化期間脫水而釋放包含顯著較少固體的液體。然后該液體能夠被送回到所述工序，因此降低了所需的被引入水的體積并且因此重要的是液體是澄清的并且基本上沒(méi)有污染物，特別是遷移的顆粒狀細(xì)物。適當(dāng)?shù)?，液體可以例如被再循環(huán)到稠化器，從中材料以底流稠泥的形式分離。可選地，液體可以被再循環(huán)到同一裝置中的盤管或其它工序。
以下實(shí)施例舉例說(shuō)明了本發(fā)明。
實(shí)施例 表1-實(shí)施例中所用的聚合物 樣品組成 分子量 離子性 樣品1 50:50丙烯酸鈉:丙烯酰胺 19,000,000 陰離子 共聚物 樣品2 黃原酸膠 9,000,000 陰離子 樣品3 文萊膠非離子 樣品4 羧甲基纖維素 50,000 陰離子 樣品5 瓜爾膠64 1,000,000 非離子 樣品6 瓜爾膠66 1,000,000 非離子 樣品7 葡聚糖 5-40,000,000 非離子 樣品8 改性淀粉 陰離子 樣品9 改性淀粉 非離子 樣品10 改性淀粉 陽(yáng)離子 樣品11 Diutan膠 非離子 樣品12 殼聚糖陽(yáng)離子 樣品13 50:50NaAc:ACM共聚物6,000,000 陰離子 樣品14 甲基羥丙基纖維素 20,000 非離子 樣品15 甲基羥乙基纖維素 35,000 非離子 樣品16 甲基纖維素 7,000 非離子 樣品17 羧甲基纖維素D.S 0.92 50,000 陰離子 樣品18 羧甲基纖維素D.S 0.59 50,000 陰離子 樣品19 羧甲基纖維素D.S 1.24 2,000 陰離子 樣品20 海藻酸鈉 陰離子 樣品21 瓜爾膠非離子 樣品22 10:90丙烯酸鈉:丙烯酰胺 15,000,000 陰離子 共聚物 樣品23 30:70丙烯酸鈉:丙烯酰胺 19,000,000 陰離子 共聚物 樣品24 75:25丙烯酸鈉:丙烯酰胺 15,000,000 陰離子 共聚物 樣品25 葡聚糖漿 樣品26 30:70丙烯酸鈉:丙烯酰胺 15,000,000 陰離子 共聚物 樣品27 Rhansan膠 樣品28 蒸煮的小麥淀粉 樣品29 木薯淀粉 50000 非離子 樣品30 木薯淀粉 50000 非離子 樣品31 木薯淀粉 陽(yáng)離子 樣品32 木薯淀粉 陽(yáng)離子 樣品33 木薯淀粉 陽(yáng)離子 樣品34 木薯淀粉 陽(yáng)離子 樣品35 木薯淀粉 陽(yáng)離子 樣品36 改性淀粉 陽(yáng)離子 樣品37 陰離子淀粉DS＝2 陰離子 樣品38 陰離子淀粉DS＝0.9 陰離子 樣品39 陰離子淀粉DS＝2.75陰離子 樣品40 羥甲基纖維素 非離子 樣品41 羥甲基纖維素 非離子 樣品42 蒸煮的苛性堿淀粉 非離子 樣品制備 樣品1和13-固體等級(jí)聚合物的水溶液的制備 混合固體聚合物樣品以便確保其是均勻的。精確地稱重所需重量的聚合物入干凈干燥的8oz瓶子。從分配器中添加需體積的丙酮并且緩緩地旋轉(zhuǎn)以便潤(rùn)濕全部聚合物。從分配器中添加所需體積的去離子水。旋上蓋子并且劇烈搖動(dòng)直到聚合物完全分散于溶液中并且已經(jīng)充分膨脹以防止聚合物粘在一起或者粘到瓶側(cè)上。如果聚合物聚集或粘住瓶子，全部制備程序必須重來(lái)。安全地將罩(jar)扣緊在滾筒上并且滾動(dòng)所需的溶解時(shí)間。
樣品2-11和14-20聚合物溶液的渦流混合 1.將攪拌器電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置到零或最低可能的速率。
2.稱重補(bǔ)給水入補(bǔ)給容器。
3.稱重所需的聚合物入所用的容器，準(zhǔn)確度為+/-0.01g或1％，取大者。
4.放置含水的補(bǔ)給容器于攪拌器電機(jī)下并且在適當(dāng)?shù)奈恢脤⑵涔潭ā?br> 5.選擇并且安裝合適的攪拌器。
6.接通攪拌器電機(jī)并且逐漸增加攪拌速度直到形成渦流，高于攪拌器刮刀頂端約1個(gè)刮刀厚度渦流止住。
7.緩和地以穩(wěn)定速率撒灑聚合物到渦流的肩部。
8.一旦顆粒已經(jīng)充分地濕透并且溶液粘度已經(jīng)發(fā)展(可通過(guò)圍繞渦流飛濺的程度的降低而觀察到)，降低攪拌器速度，使得渦流至少有效攪拌，如從全部溶液的連續(xù)運(yùn)動(dòng)所看出的。
9.在這一速度下，使溶液進(jìn)行攪拌，直到聚合物被完全溶解(通常在實(shí)驗(yàn)室中2小時(shí))。一旦該時(shí)間過(guò)去，聚合物溶液待備使用。
樣品12通過(guò)如上的渦流混合以1％溶液在0.2M乙酸中配制。然后，在測(cè)試前，用去離子水將溶液稀釋到0.25％。
實(shí)施例1 樣品1的溶液被制備為0.5％ w/w儲(chǔ)備溶液并且進(jìn)一步稀釋至0.25％ w/w溶液，然后使用。
對(duì)于每次測(cè)試，使用280ml等分的20％ w/v陶土和砂的3:7w/w干燥固體漿料。在110℃預(yù)干燥砂并且以500±90μm粒度進(jìn)行篩選，然后使用。使用陶土和砂的這種組合，因?yàn)樗砹说湫偷牡V山廢物，其包括與較粗顆粒結(jié)合的細(xì)粘土基材。
通過(guò)將63mm高度和直徑的硬質(zhì)套管放到漆輥盤(內(nèi)襯有粗砂紙的薄片)上來(lái)制備坍塌(slump)位置。
以若干劑量將稀釋樣品1添加到漿料中并且通過(guò)一定范圍的燒杯傾倒來(lái)分布。
用經(jīng)處理的漿料填充套管至邊緣并且弄平。
迅速地縱向從盤中移出套管，使得漿料向外坍塌并且置于一側(cè)以避免過(guò)多漿料滴到坍塌物上。
在形成坍塌物后，立即開(kāi)始計(jì)時(shí)。
記錄所得的坍塌物的邊緣和中心的直徑和高度。
一旦記錄坍塌物尺寸，將漆盤傾斜1英寸以便允許漆盤槽中的自由液體的有效流出和收集。
10分鐘后，經(jīng)由注射器收集自由液體，然后轉(zhuǎn)移到預(yù)稱重的瓶子用于量化。
在濁度計(jì)上測(cè)量水質(zhì)。
坍塌角使用以下公式計(jì)算 坍塌角，％＝(c-e)×100/r 其中c是坍塌物在中心處的高度，e是坍塌物在邊緣處的高度，r是坍塌物的半徑，這示于

圖1中。
結(jié)果 表2 這些結(jié)果表明需要250-400g/t樣品1的劑量和20-40次燒杯傾倒來(lái)給出良好的坍塌角、水回收率和水質(zhì)。
實(shí)施例2 通過(guò)實(shí)施例1中所述的方法對(duì)一系列天然聚合物進(jìn)行測(cè)試并且與樣品1進(jìn)行比較。
結(jié)果 表3

從表中結(jié)果可見(jiàn)，即使在非常高的劑量下，沒(méi)有天然聚合物形成坍塌。還存在非常少的水釋放。進(jìn)行最多10次燒杯傾倒，因?yàn)樵俣嗟脑挘Y(jié)構(gòu)損壞。
實(shí)施例3 由于實(shí)施例2中的天然聚合物中的許多具有比樣品1低得多的分子量，較低分子量的合成聚合物樣品13按照實(shí)施例1進(jìn)行測(cè)試，以便觀察其是否給出相同效果。
結(jié)果 表4 在>200g/t的劑量下在一定范圍內(nèi)的燒杯傾倒下，樣品13給出了良好的坍塌角和水回收率。結(jié)果是相比于樣品1稍有改進(jìn)，但水質(zhì)較差。結(jié)果沒(méi)有表明較低分子量的聚合物必然地是效果不好的。
實(shí)施例4 若干天然聚合物順次以200:100g/t和100:50g/t樣品1天然聚合物與樣品1結(jié)合并且按照實(shí)施例1測(cè)試。在每次測(cè)試中使用30次燒杯傾倒。
結(jié)果 表5
在200:100g/t樣品1天然聚合物的較高劑量下，天然聚合物本身性能類似于樣品1，給出了良好的坍塌角、水回收率和水質(zhì)。
表6
在100:50g/t樣品1:天然聚合物的較低劑量下，樣品4給出了顯著改進(jìn)的結(jié)果，相比于單獨(dú)的樣品1在相同的總劑量下來(lái)說(shuō)。
實(shí)施例5 以100:50g/t，以各種比例和在按照實(shí)施例1的一系列燒杯傾倒下，與樣品1結(jié)合來(lái)測(cè)試樣品4。
結(jié)果 表7
從表中可以看出，樣品1:樣品4的結(jié)合，在100:50g/t的劑量下，在20-30次燒杯傾倒下，給出了坍塌角和水回收率的最好的結(jié)果。30次燒杯傾倒改進(jìn)了水質(zhì)。使用75:75g/t的劑量比給出了稍差的結(jié)果。這樣看來(lái)組合條件可以被優(yōu)化以便最大化協(xié)同效應(yīng)。
實(shí)施例6 評(píng)估混合一種聚合物，然后添加另一種。
測(cè)試以下組合，劑量為75:75g/t 樣品1:樣品4。
樣品4:樣品1 將第一種聚合物添加到基材并且進(jìn)行若干次燒杯傾倒混合，然后添加第二種聚合物并且進(jìn)行與第一種聚合物相同次數(shù)的燒杯傾倒。
即 5/5 10/10 15/15 20/20 對(duì)于這次測(cè)試工作來(lái)說(shuō)，改變收集所回收的水的方法，因?yàn)槠潆y以用注射器除去全部所回收的水。替代通過(guò)注射器來(lái)收集水，從盤中小心地提出砂紙并且留下備用，同時(shí)將水倒入預(yù)稱重的4oz瓶子。余下方法保持不變，如同實(shí)施例1。
結(jié)果 表8 結(jié)果表明坍塌角、水回收率和/或水質(zhì)的改進(jìn)可以通過(guò)組合處理來(lái)獲得。再次看出組合條件可以被優(yōu)化以便最大化協(xié)同效應(yīng)。
實(shí)施例7 由于使用樣品1:樣品4的組合獲得了良好的結(jié)果，決定評(píng)估離子特性和取代度不同的其它纖維素制品以及具有與樣品4相似的陰離子性的非纖維素制品，以便觀察是否它們給出相同或改進(jìn)的效果。使用實(shí)施例1中所述的方法，但水如實(shí)施例6中的那樣回收。
結(jié)果 表9 結(jié)果顯示了使用樣品17-20的組合，相比于單獨(dú)的樣品1的改進(jìn)的結(jié)果。
纖維素變體表明聚合物的特性在優(yōu)化協(xié)同處理中有影響力。
以上全部測(cè)試工作已經(jīng)對(duì)合成礦山廢物基材進(jìn)行了評(píng)估。實(shí)施例8-12顯示了對(duì)來(lái)自工業(yè)采礦操作的基材獲得的測(cè)試結(jié)果。
實(shí)施例8 天然/合成50:50劑量 按照實(shí)施例1中所述的方法，對(duì)煤尾礦基材(干燥固體-36.3％)，以690:690g/t，與樣品22結(jié)合測(cè)試各種天然聚合物。
結(jié)果 表10 表11

以50:50組合，樣品21和羥甲基纖維素樣品40和41顯示了對(duì)于這種基材來(lái)說(shuō)的最佳改進(jìn)的坍塌角和水回收率。單獨(dú)的樣品22的劑量水平必須增加到1725g/t而獲得相似的結(jié)果。
實(shí)施例9 按照實(shí)施例1中所述的方法，以組合比25:75和75:25，對(duì)與實(shí)施例8中相同的煤尾礦基材測(cè)試5種最佳性能的天然聚合物。
結(jié)果 表12
通常，與較低劑量的合成聚合物結(jié)合的較高劑量的天然聚合物，相比于單獨(dú)的樣品22，產(chǎn)生了很大改進(jìn)的坍塌角和水回收率?？磥?lái)組合條件可以被優(yōu)化以便最大化協(xié)同效應(yīng)。
實(shí)施例10 按照實(shí)施例1中所述的方法，對(duì)礦物砂開(kāi)采廢物基材(砂固體-52.6％ wt/wt，礦泥固體-27.8％ wt/wt)，以10:10g/t，與樣品26結(jié)合測(cè)試各種天然聚合物。
結(jié)果 表13 沒(méi)有天然產(chǎn)物本身給出對(duì)基材顯著的剛性。以相等的劑量，相比于合成聚合物樣品26，觀察到了差的坍塌角和低的水回收率。
以20g/t的總劑量，與樣品26以1:1的比例評(píng)估以下組合。
表14
以20g/t，相比于樣品26本身，與樣品26結(jié)合的樣品21、37、38和39給出了顯著改進(jìn)的坍塌角，盡管水回收率保持相似或略低。
實(shí)施例11 以天然/合成聚合物50:50劑量組合的評(píng)估。
按照實(shí)施例1中所述的方法，對(duì)氧化鋁紅泥超級(jí)稠化器基材(干重-46.73％)，以134:134g/t，與樣品24結(jié)合測(cè)試各種天然聚合物。
結(jié)果 表15 全部的天然產(chǎn)物給出了差的坍塌角，相比于單獨(dú)的樣品24在相同劑量水平下。沒(méi)有觀察到協(xié)同效應(yīng)。此外，從堆疊物中沒(méi)有釋放出水。
表16

相比于單獨(dú)的樣品24在相同劑量水平下，在268g/t與合成聚合物的結(jié)合劑量下，全部的天然產(chǎn)物給出了協(xié)同改進(jìn)。沒(méi)有水釋放。
實(shí)施例12 天然/合成50:50劑量 對(duì)稀釋至20％固體的上述氧化鋁紅泥超級(jí)稠化器基材(以代表在較低漿料濃度下的情況)，以469:469g/t，與樣品24結(jié)合測(cè)試各種天然聚合物，其中要求水釋放。使用實(shí)施例1中所述的測(cè)試方法。
結(jié)果 表17 單獨(dú)的天然聚合物相比于合成聚合物樣品24在相等劑量下效果差很多。
表18
當(dāng)以1:1的與合成樣品24組合施用時(shí)，相比于單獨(dú)施加的任一產(chǎn)物，樣品27顯示了坍塌角的顯著改進(jìn)。
然后對(duì)稀釋至20％固體的相同的氧化鋁紅泥超級(jí)稠化器基材測(cè)試其它組合，但以與合成樣品24的其它組合比例25:75和75:25進(jìn)行。
結(jié)果 表19
此外，與樣品24結(jié)合的樣品27給出了最好的坍塌角。樣品31、25和42，相比于單獨(dú)的任一組分，在劑量比為1:1下，沒(méi)有獲得協(xié)同改進(jìn)，在其它組合比例下已經(jīng)顯示了成功的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種方法，其中包括在水介質(zhì)中分散的顆粒材料的懸浮液以流體的形式輸送到沉積區(qū)域，然后允許其靜置并且硬化，并且其中通過(guò)在輸送期間將硬化數(shù)量的處理體系與懸浮液結(jié)合，在輸送期間保持懸浮液的流動(dòng)性的同時(shí)改進(jìn)了硬化，所述處理體系包括
i)水溶性的合成聚合物，和
ii)水溶性的天然或者半天然聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中水溶性的合成聚合物具有至少為3dl/g的特性粘數(shù)并且由烯屬不飽和的水溶性單體或單體的混合物形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中水溶性的合成聚合物是陰離子的或非離子的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中合成聚合物由選自以下的一種或多種單體形成(甲基)丙烯酸，烯丙基磺酸與2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸，以游離酸或其鹽的形式，任選地與選自以下的非離子共聚單體結(jié)合(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮，優(yōu)選丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中天然或半天然聚合物基于纖維素，優(yōu)選羧甲基纖維素。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中顆粒狀材料的懸浮液是來(lái)自礦物加工操作的廢棄材料。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中顆粒狀材料的懸浮液源自于礦物加工操作并且選自來(lái)自拜耳氧化鋁工藝的紅泥、來(lái)自堿金屬提取的尾礦、來(lái)自貴金屬提取的尾礦、來(lái)自鐵提取的尾礦、來(lái)自鎳提取的尾礦、煤尾礦、礦物及油砂和細(xì)煤粉。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述顆粒狀材料在性質(zhì)上是親水性的，優(yōu)選地選自紅泥和含親水性粘土的尾礦。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中沿管道并且通過(guò)沉積區(qū)域的出口輸送顆粒狀材料的懸浮液。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中當(dāng)靜置時(shí)，已經(jīng)輸送到沉積區(qū)域的顆粒狀材料的懸浮液釋放含水液體。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中當(dāng)?shù)竭_(dá)沉積區(qū)域時(shí)顆粒狀材料的懸浮液在先前硬化的材料的表面上流動(dòng)，其中允許所述材料靜置并硬化而形成堆疊物。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中顆粒狀材料的懸浮液通過(guò)將其泵送通過(guò)管道來(lái)輸送，并且隨后將聚合物添加到泵送階段。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法，其中顆粒狀材料的懸浮液通過(guò)將其泵送通過(guò)管道來(lái)輸送，并且在泵送階段期間或之前添加聚合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的方法，其中將顆粒狀材料的懸浮液輸送通過(guò)具有出口的管道，其中當(dāng)其離開(kāi)出口時(shí)將聚合物添加到懸浮液中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的方法，其中將顆粒狀礦物材料的懸浮液輸送通過(guò)具有出口的管道，其中在其離開(kāi)出口前，優(yōu)選地在出口的10米內(nèi)將聚合物添加到懸浮液中。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在水溶液中添加合成聚合物和天然或半天然聚合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的方法，其中以顆粒的形式添加合成聚合物和天然或半天然聚合物。
全文摘要
一種方法，其中包括在水介質(zhì)中分散的顆粒材料的懸浮液以流體的形式輸送到沉積區(qū)域，然后允許其靜置并且硬化，并且其中通過(guò)在輸送期間將硬化數(shù)量的處理體系與懸浮液結(jié)合，在輸送期間保持懸浮液的流動(dòng)性的同時(shí)改進(jìn)了硬化，所述處理體系包括i)水溶性的合成聚合物，和ii)水溶性的天然或者半天然聚合物?？梢垣@得改進(jìn)的硬化，包括劑量效率，特別是關(guān)于所需的合成聚合物的數(shù)量。另外，可以獲得從懸浮液釋放的液體的透明度的改進(jìn)。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101448583SQ200780018178
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者B·戴蒙德, J·蘭佩德, A·貝弗里奇 申請(qǐng)人:西巴控股有限公司