專利名稱：含水懸浮液的處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及礦物材料尤其是廢礦物漿料的處理。本發(fā)明尤其適于來自礦物處理和選礦處理的尾渣和其它廢料的處置，包括將粗和細固體當作均勻混合物進行共處置。
處理礦石從而提取礦物值(mineral values)的方法正常都會產生廢料。廢料一般由包含和水混合的例如礦泥、頁巖、砂子、砂礫、金屬氧化物等顆粒礦物材料的含水漿料或污泥組成。
在有些情況下，廢料比如礦尾渣可以在地下礦中方便地處置形成回填料。通常，回填廢料包含高比例的粗大尺寸的顆粒以及其它小尺寸顆粒，其以漿料的形式泵入礦中，在礦中脫水，使固體就地沉降。通?？尚械氖遣捎眯跄齽┹o助這個過程，使細材料形成絮凝從而增加沉降速率。但是，在這種情況下，粗材料一般比絮凝的細材料的沉降速率更快，導致粗細固體沉積得不均勻。
在其它應用中，可能不能在礦中處置廢料。在這些情況下，通?？尚械氖菍⒑疂{料泵入瀉湖、成堆或堆疊，并通過沉降、排水和蒸發(fā)作用逐漸脫水來處置該材料。
有巨大的環(huán)保壓力要求用于處置目的的新土地最小化以及更有效地使用現有廢料空地。一種方法是在某空地上加載多層廢料，使廢料堆疊得更高。但是，這樣難以確保廢料只在以前固化的廢料表面上在可接受邊界內流動并在固化后形成堆疊，也難以確保該廢料固化后足以支撐多層固化后的材料，不出現倒塌或滑坡。所以，對提供具有正確特性從而便于堆疊的廢料的要求，也和其它形式的處置(比如在相對封閉的區(qū)域內回填)的要求不同。
在通常的礦物處理操作中，在含水處理中將廢固體和含有礦物值的固體分離開。廢固體的含水懸浮液通常含有礦泥和其它礦物，通常稱作尾渣。這些固體通常通過絮凝處理濃縮在增稠器里，形成高密度的底流并回收部分處理水。通常將底流泵到表面保持區(qū)域，通常稱作尾渣坑或壩。一旦沉降在在該表面保持區(qū)域后，水持續(xù)從該含水懸浮液中釋放出來，導致該固體在一段時間里進一步濃縮。一旦收集了足夠量的水，通常將其泵回礦物加工廠。
為了使對環(huán)境的沖擊最小化，尾渣壩的規(guī)模通常有限。另外，由于搬移泥土和構建圍墻的成本很高，所以制造大型的壩很昂貴。這些壩的底面往往略有坡度，使得固體釋放的所有水集中在一個區(qū)域，然后被泵回加工廠。常出現的問題是當流出的水中攜帶了細顆粒的固體時，會對該水造成污染并對該該水的后續(xù)使用有壞的影響。
在許多礦物加工操作中，例如礦砂選礦處理中，也很常見的是形成含有主要是粗礦物顆粒(＞0.1mm)的第二廢料流。特別希望將粗的和細的廢料顆粒當作均勻混合物處置，因為這樣不僅僅改善了脫水后固體的力學性能，而且顯著減少了土地再生(rehabilitate)所需的時間和成本。但是，這通常不可行，因為即使在沉積到沉積區(qū)域之前粗廢料全部混到了細廢料的含水漿料中，粗料沉降的速度比細料快得多，導致脫水固體中出現分帶。而且，當粗料和細料數量比例相對較高時，粗料的快速沉降會產生過多的海濱傾角(beach angle)，從而促進了含有高比例細顆粒的含水廢料的流失，進一步對回收的水造成污染。所以，通常需要分開處理粗廢料流和細廢料流，并且在脫水處理完成后通過機械重加工將這些材料重新結合在一起。
人們已經嘗試解決上述所有問題，方法是采用凝結劑或絮凝劑處理加入尾渣壩的進料，以提高沉降速率和/或改善釋放水的透明度。但是，這種方法沒有成功，因為這些處理是以常規(guī)劑量施加的，對細廢料的致密化速率或回收水的透明度都只有極少的或沒有影響。
所以，需要提供能使水從固體漿料中更快釋放的處理。另外，需要能以簡便的方式保持濃縮的固體，從而防止任何粗部分和細部分發(fā)生分離，以及防止污染釋放出的水，并同時使對環(huán)境的影響最小化。
在從礬土中回收氧化鋁的Bayer方法中，礬土消化在含水堿液中形成鋁酸鈉，它和不溶的殘渣分離開。該殘渣由砂子和主要是鐵氧化物的細顆粒組成。后者的含水漿料稱作紅泥。
在鋁酸鈉溶液和不溶性殘渣初步分離后，砂子(粗廢料)和紅泥分開。進一步處理上清液，從而回收鋁酸鹽。隨后，在多個順序清洗階段清洗紅泥，即將紅泥和洗滌液接觸然后加入絮凝劑使其絮凝。在最后一個清洗階段后，紅泥漿料盡可能地增稠，然后被處置掉。本說明書中的增稠是指紅泥的固含量增加。最后的增稠階段可以僅僅包括使絮凝的漿料沉降，或者有時包括過濾步驟?？商鎿Q地或者另外地，紅泥可以在瀉湖中長時間沉降。在任何情況下，該最后的增稠階段都受到需要將增稠的含水漿料泵到處置區(qū)域的限制。
該泥可以被處置和/或進一步干燥以在泥堆跺區(qū)域后續(xù)處置。為了適于堆跺，該泥應該具有高固含量，在堆跺時不應流動，而且應該相對較硬，以使堆跺角盡可能高，從而使一定量的堆跺占用盡可能少的區(qū)域。要求高固含量和要求材料保持為流體的可泵性相沖突，使得即使能夠制備具有便于堆跺的所需高固含量的泥，也可能導致該泥缺乏可泵性。
從殘渣中去除的砂子部分也進行了清洗，并送到了處置區(qū)域，進行獨立地脫水和處置。
EP-A-388108描述了在含有含水流體以及分散的顆粒固體比如紅泥的材料中，在泵吸之前加入水吸收性水不溶性聚合物，然后泵吸該材料，使其靜置然后硬化，變成可以堆跺的固體。該聚合物吸收漿料中的含水液體，有助于顆粒固體的粘結，從而使該材料固化。但是，這種方法的缺點在于為了實現充分的固化需要高劑量的吸收性聚合物。為了得到充分硬化的材料，通常需要使用高達每噸泥10-20kg的劑量。雖然采用水膨脹性吸收性聚合物固化該材料可能看起來固體有了顯著的增加，但實際上含水液體留在吸收性聚合物里。這樣產生的不足在于由于含水液體實際并沒有從固化材料中去除，所以在某些條件下含水液體會被后續(xù)解吸，這會導致該廢料重新流體化的危險，從而不可避免地出現堆跺失穩(wěn)的危險。
WO-A-96/05146描述了堆跺顆粒固體含水漿料的方法，包括在漿料中混入水溶性聚合物分散在連續(xù)油相中的乳液。優(yōu)選的做法是用稀釋劑稀釋該乳液聚合物，稀釋劑優(yōu)選是烴液體或氣體并且不會使乳化反轉。所以，該方法的條件是聚合物不以水溶液的形式加入到漿料中。
WO-A-0192167描述了一種方法，包含顆粒固體懸浮液的材料被以流體形式泵吸，隨后使其靜置和硬化。硬化是通過在懸浮液中引入特性粘度至少是3dl/g的水溶性聚合物顆粒來實現的。這種處理使該材料保持被泵吸的流動性，但是在靜置時使該材料硬化。這種方法的優(yōu)點在于濃縮的固體很容易堆跺，使處置所需土地的面積最小化。該方法和使用交聯(lián)性水吸收性聚合物相比，還有的優(yōu)點在于水從懸浮液中釋放出來而不是被聚合物吸收和留住。該發(fā)明強調了使用水溶性聚合物顆粒的重要性，并聲明了使用溶解的聚合物的水溶液會沒有效果。通過這種方法實現了水從廢料固體的極其高效的釋放和方便的存儲，尤其在用于Bayer氧化鋁工藝中的紅泥底流時。
但是，盡管WO-A-0192167有了改進，尤其在處理紅泥時，但仍需要進一步提高材料懸浮液的硬化以及進一步改善釋放的液體的透明度。具體而言，本發(fā)明的目標是找到更合適的方法去處理來自礦砂、氧化鋁或其它礦物加工操作的粗和/細顆粒廢料，從而提供更好的液體釋放和處置濃縮固體的更有效方法。而且，需要對已經以流體形式送到沉降區(qū)域進行處置的廢料固體懸浮液的脫水進行改善，并改進流出的水的透明度。具體而言，需要提供更有效的方法，以處理送到沉降區(qū)域例如尾渣壩的廢料懸浮液，確保快速有效的濃縮以及更環(huán)保的存儲固體，并改善釋放的液體的透明度。
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種方法，其中將含有含水液體和分散的顆粒固體的材料作為流體送到沉降區(qū)域，然后使其靜置和硬化，通過在材料中結合有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液，使硬化得到了改善，同時保持了材料在傳送中的流動性。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種方法，其中含水液體含有具有雙峰分布的顆粒尺寸的分散的顆粒固體，在用有效量的水溶性聚合物的水溶液處理后，靜置，固化，沒有出現顆粒固體的粗顆粒部分和細顆粒部分的明顯分離。
在材料中加入水溶性聚合物的水溶液，使其在傳送中保持了足夠的流動性，并且一旦使該材料靜置，它就會形成強度足夠支持硬化材料后續(xù)層的固體塊。出乎意料的發(fā)現，在該材料中加入聚合物的水溶液沒有導致即刻硬化，在靜置前也基本沒有出現固體的沉降。
通常，懸浮的固體濃縮在增稠器里，該材料以底流的形式離開增稠器，該底流沿著導管泵入沉積區(qū)域。導管是任何便于將該材料送到沉積區(qū)域的裝置，可以例如是管子或溝渠。材料在傳送階段保持為流體和可泵性，直到靜置。
希望的是，本發(fā)明的方法是礦物處理操作的一部分，礦物處理操作中廢料固體的含水懸浮液任選在容器中絮凝，形成含有含水液體的上清液層和包含形成該材料的增稠固體的底流層。在容器中將上清液層和底流分離，通常將上清液層進行循環(huán)或進一步處理。廢料固體的含水懸浮液或任選的增稠底流，通常通過泵吸傳送到可以是例如尾渣壩或瀉湖的沉積區(qū)域。該材料可以僅僅由主要細顆?；蚣氼w粒和粗顆粒的混合物組成。任選地，在排放到沉積區(qū)域之前，附加的粗顆?？梢栽谌魏畏奖愕狞c上和含水懸浮液結合。一旦材料到達了沉積區(qū)域，使其靜置，開始硬化。可以在任何方便的點上，通常在傳送過程中，在材料中加入有效量的含水聚合物溶液。在有些情況下，含水懸浮液可以在送到沉積區(qū)域之前，首先送到儲存容器中。
聚合物的合適劑量是每噸材料固體10-10000克。通常，合適劑量可以根據具體材料和材料固體含量變化。優(yōu)選劑量是每噸30-3000克，但更優(yōu)選的劑量是每噸60-200或400克。
材料顆粒通常是無機和/或通常是礦物。通常，該材料可以來自或者包含濾餅、尾渣、粘稠底流或沒有增稠的工廠廢流，例如其它礦物尾渣或礦泥，包括磷酸鹽、鉆石、金礦泥、礦砂、來自鋅、鉛、銅、銀、鈾、鎳、鐵礦石處理的尾渣、煤或紅泥。該材料可以是從礦物處理操作的最后增稠或清洗階段沉降的固體。因此，希望該材料來自礦物處理操作。該材料優(yōu)選包含尾渣。
細尾渣或泵吸的其它材料可以具有10wt％-80wt％的固含量。漿料通常是20wt％-70wt％，例如45wt％-65wt％。細尾渣典型試樣的顆粒尺寸基本上都小于25微米，例如約95wt％的材料顆粒小于20微米并且約75％小于10微米。粗尾渣基本上大于100微米，例如約85％大于100微米但通常小于10000微米。細尾渣和粗尾渣可以以任何方便的比例存在或者組合在一起，只要該材料仍然具有可泵吸性。
分散的顆粒固體具有雙峰分布的顆粒尺寸。通常，該雙峰分布可以包括細顆粒部分和粗顆粒部分，其中細顆粒部分的峰值基本上小于25微米，而粗顆粒部分的峰值基本上大于75微米。
申請人發(fā)現，當材料濃度相對較高并且相對均勻時結果更好。還可以將添加的聚合物溶液和其它添加劑結合在一起。例如，包括進分散劑可能便于材料在導管內的流動。通常，如果要包括分散劑，就以包括進常規(guī)量的分散劑。但是，申請人驚奇地發(fā)現，分散劑或其它添加劑沒有損害材料在靜置時的硬化。也可以用無機或有機凝結劑對材料進行預處理，預先凝結細的材料，幫助它保留在硬化的固體里。
因此，本發(fā)明中將聚合物溶液直接加到上述材料中。該聚合物溶液可以完全或部分由水溶性聚合物組成。因此，該聚合物溶液可以包含交聯(lián)聚合物和水溶性聚合物的摻合物，只要有足量的聚合物處于溶液中或者表現得就像在溶液中一樣以使靜置時會發(fā)生固化。
可以是膨脹性聚合物和溶解性聚合物或可替換的例如在EP202780描述的略微交聯(lián)的聚合物的物理摻合物。雖然聚合物顆?？梢园承┙宦?lián)聚合物，但對本發(fā)明很重要的是要具有相當量的水溶性聚合物。當聚合物顆粒包含某些膨脹性聚合物時，要求聚合物至少80％是水溶性的。
聚合物水溶液優(yōu)選包含全部或至少基本上是水溶性的聚合物。水溶性聚合物可以在存在支化劑的條件下被支化，例如如同WO-A-9829604所述，例如在權利要求12中，或者可替換地是，水溶性聚合物基本上是線性的。
水溶性聚合物優(yōu)選具有中等到高的分子量。盡管聚合物可以具有相當高的分子量而且特性粘度是25dl/g或30dl/g或更高，但希望其特性粘度至少是3dl/g(在25℃的1M NaCl中測量)，通常至少是5或6dl/g。優(yōu)選該聚合物的特性粘度為8dl/g-25dl/g，更優(yōu)選是11dl/g或12dl/g到18dl/g或20dl/g。
水溶性聚合物可以是天然聚合物，例如多糖比如淀粉、瓜爾膠或右旋糖苷，或者半天然聚合物比如羧甲基纖維素或羥乙基纖維素。優(yōu)選該聚合物是合成聚合物，優(yōu)選是由烯鍵式不飽和水溶性單體或單體的摻合物形成的。
水溶性聚合物可以是陽離子型、非離子型、兩性的或陰離子型。它可以由任何合適的水溶性單體形成。通常，水溶性單體在水中的溶解度在25℃時是至少5g/100cc。尤其優(yōu)選的陰離子聚合物是由選自烯鍵式不飽和羧酸和磺酸單體的單體形成，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)，和它們的鹽，任選結合非離子型共聚單體，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
優(yōu)選的非離子聚合物是由選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的烯鍵式不飽和單體形成。
優(yōu)選的陽離子聚合物是由烯鍵式不飽和單體形成的，所述單體選自(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯化物、(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)，任選結合非離子共聚單體，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酰胺、丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
在有些情況下，已經發(fā)現分開添加聚合物類型的組合是有利的。因此，首先可以在上述材料中加入陰離子型、陽離子型或非離子型聚合物的水溶液，然后加入第二劑量相似的或者不同的任何類型的水溶性聚合物。
在本發(fā)明中，水溶性聚合物可以通過任何合適的聚合方法形成。該聚合物可以例如通過溶液聚合、油包水懸浮液聚合或油包水乳液聚合制備成凝膠聚合物。當通過溶液聚合制備凝膠聚合物時，通常在該單體溶液中引入引發(fā)劑。
任選地可以包括進熱引發(fā)劑系統(tǒng)。通常，熱引發(fā)劑會包括任何在高溫時釋放自由基的引發(fā)劑化合物，例如偶氮化合物，比如偶氮二異丁腈。聚合過程的溫度應該升到至少70℃，優(yōu)選低于95℃。或者，聚合可以通過輻射(紫外光、微波能、熱量等)實現，任選地也可以采用合適的輻射引發(fā)劑。一旦聚合完成并且聚合凝膠已經充分冷卻，那么凝膠可以采用標準方式處理，即首先將該凝膠切割成小塊，干燥成基本無水的聚合物，最后研磨成粉?；蛘?，聚合物凝膠可以以聚合物凝膠的形式提供，例如中子型凝膠聚合物棒。
這種聚合物凝膠可以通過如上所述的合適聚合技術，例如輻射，來制備?？梢詫⒃撃z切成所需的合適尺寸，然后在施用時以部分水合的水溶性聚合物顆粒的形式和材料混合。
該聚合物可以通過懸浮液聚合制成珠子，或者通過油包水乳液聚合制成油包水乳液或分散體，例如根據EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A126528定義的方法。
可替換地，水溶性聚合物可以以在含水介質中的分散體形式提供。這可以是例如至少20微米的聚合物顆粒在含水介質中的分散體，其中含水介質含有如EP-A-170394中所述的平衡劑。這也可以例如包括聚合物顆粒的含水分散體，聚合物顆粒是通過在存在含水介質的條件下由含水單體聚合制備的，其中含水介質包括溶解的低IV聚合物比如二烯丙基二甲基銨氯化物和任選的其它溶解的材料例如電解質和/或多羥基化合物，例如聚亞烷基二醇，如在WO-A-9831749或WO-A-9831748所述。
水溶性聚合物的水溶液通常的制備方法是，將該聚合物溶于水中或者對該聚合物的較高濃度溶液進行稀釋。通常，固體顆粒聚合物，例如以粉或珠子的形式，分散在水中，通過攪拌溶解。這也可以通過常規(guī)成型設備制備。希望聚合物溶液可以采用Ciba SpecialtyChemicals的Auto Jet Wet(商標名)制備。可替換地，該聚合物可以以反相乳液或分散體的形式提供，該乳液或分散體隨后可以轉變成水。
含水聚合物溶液可以以任何合適濃度加入?？赡芾硐氲氖遣捎孟鄬獾娜芤?，例如基于聚合物重量最高達10％或更高，以使引入材料中的水量最小化。通常，雖然希望加入低濃度的聚合物溶液，以便由于聚合物溶液的高粘度導致的問題最少化并便于該聚合物在整個材料中的分布。聚合物溶液可以以相對稀的濃度加入，例如低至以0.01重量％的聚合物。通常該聚合物溶液的使用濃度是0.05-5重量％的聚合物。優(yōu)選該聚合物濃度是0.1％-2％或3％。更優(yōu)選濃度是0.25％-約1或1.5％。
在這樣的礦物處理操作中，其中為了將含有固體的懸浮液分成上清液層和底流材料，該懸浮液絮凝在增稠器里，這種情況下該材料通常可以在增稠器里絮凝后但在靜置前的任何合適點進行處理。在泵吸階段前，可以在該材料中混入適當的、有效硬化量的水溶性聚合物溶液。通過這種方式，聚合物溶液可以在整個材料中分布?？商鎿Q地，可以在泵吸階段或隨后在材料中引入并混合該聚合物溶液。最有效的添加點取決于基質和增稠器到沉積區(qū)域的距離。如果導管相對較短，則將聚合物溶液加到靠近材料流出增稠器的位置的任何點都可能是有利的。相反，如果沉積區(qū)域和增稠器距離相當遠，那么希望將聚合物溶液在靠近出口處引入。在有些情況下，在該材料從出口流出的時候加入該聚合物溶液可能是有利的。
當為了共處置而將細顆粒材料和粗顆粒材料的含水懸浮液結合起來時，通常在將不同廢料流混合成均勻漿料的期間或以后，加入有效硬化量的水溶性聚合物溶液。
優(yōu)選該材料以流體形式泵吸到位于沉積區(qū)域的出口處，使該材料在硬化材料的表面上流過。該材料靜置并硬化，從而形成硬化材料的堆跺。這個方法可以重復數次，形成包含多層硬化材料的堆跺。形成硬化材料的堆跺的優(yōu)點在于處置所需的區(qū)域減小。
材料流過導管到達沉積區(qū)域過程中的流變學性質很重要，因為流動性質的任何惡化都會嚴重損害本方法的效率。重要的是沒有顯著的固體沉降，因為這會導致阻塞，這可能意味著裝置必須因為清除阻塞而關閉。另外，重要的是流動性質沒有明顯惡化，因為這會嚴重損害材料的可泵吸性。這種惡化效果可能導致能量成本顯著增加，因為泵吸變得比較困難，而且對泵吸設備的磨損可能性增加。
材料硬化時的流變學性質很重要，因為一旦材料開始靜置，需要使流動最小化而且材料的固化快速進行。如果材料流動性太好，就不能形成有效的堆跺，還有可能污染從材料中釋放的水。還需要硬化的材料具有足夠的強度，從而保持不動并能承受在其上施加的硬化材料后續(xù)層的重量。
優(yōu)選本發(fā)明的方法獲得堆疊的沉積形狀，將固體的細顆粒部分和粗顆粒部分共同固定在材料中，并具有較高的驅動力使所有釋放出來的水通過水壓重力排泄從材料中分離開。堆疊的形狀似乎對下面的固體施加較大的向下壓縮壓，這樣似乎有助于提高脫水速率。申請人發(fā)現這種形狀能在單位表面積內堆跺更大體積的廢料，既環(huán)保又經濟。
通過在增稠器中采用絮凝步驟，不可能實現本發(fā)明的目標。例如，將懸浮液在增稠器中絮凝導致底流充分濃縮從而使其堆疊，這種做法具有很小的價值，因為無法泵吸這么濃的底流。相反，申請人發(fā)現重要的是將已經成為增稠器底流的材料進行處理?？雌饋韱为毺幚淼琢髦械脑龀砉腆w使材料有效硬化，同時不會影響傳送時的流動性。
本發(fā)明的優(yōu)選特征是通常發(fā)生在硬化步驟中的含水液體的釋放。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，材料在硬化步驟中脫水，釋放出含有固體量顯著減少的液體。該液體隨后返回處理工藝，從而減少了所需輸入的水量，所以重要的是該液體要清澈并且基本上不含污染物，尤其是移動的細顆粒。合適的做法是該液體可以例如循環(huán)到增稠器里，從中將材料作成底流分離?？商鎿Q地，該液體可以循環(huán)到螺旋管或同一裝置的其它工藝。
在本發(fā)明的另一方面，申請人提供的方法是，含有含水液體和分散的顆粒固體的材料以流體形式送到沉降區(qū)域，然后脫水釋放出含有溶解的礦物值的液體，其中通過在材料中結合有效脫水量的水溶性聚合物的水溶液，脫水得到了改善同時保留了材料在輸送中的流動性。
在本發(fā)明的這個形式中，以與上述相似方式將含水聚合物溶液施用到材料中。在這種情況下，聚合物溶液以有效脫水量施加，施加方式如同本發(fā)明的第一方面，重要的是在輸送過程中保留了材料的流動性。材料輸送到沉降區(qū)域，沉降區(qū)域可以是例如尾渣壩或瀉湖。脫水步驟必須盡可能快，以便固體開始濃縮以及釋放含水液體。重要的是該液體高度清澈，不被固體尤其細顆粒污染，否則會對進一步處理有害。
通常在礦物處理操作中，固體的懸浮液在容器中絮凝，形成含有含水液體的上清液層和包含增稠固體的底流層，后者形成了所述材料。底流(從容器中流出的懸浮物)任選結合上其它粗顆粒材料，其中隨后將該材料泵吸到沉降區(qū)域，在此進行脫水。在懸浮液絮凝后和該材料開始硬化和脫水前，在材料中混入含水聚合物溶液。
含水聚合物溶液可以包含任何所述的聚合物，使用方式和上述類似。
下面的實施例用于驗證本發(fā)明。
實施例1聚合物制備通過凝膠聚合方法制備了表1所示的聚合物試樣。將聚合物攪拌入水中，得到濃度為0.25％的水溶液。
表1
試驗細節(jié)根據下列程序采用來自礦砂加工的尾渣漿料進行測試。
表2
A)采用下面的方法進行坍落度試驗(Slump Test)1.外徑50mm、高50mm的圓筒置于大約為200×200mm的金屬表面上，圓筒具有排泄孔便于收集游離水。
2.向圓筒中填充含水礦物漿料直到邊緣，并使其平整。
3.垂直上舉圓筒使其離開托盤，上舉速度使得漿料可以向外坍塌。
4.然后，記錄下所得固體邊緣和中心的直徑和高度，計算高度占半徑的百分比，記作坍落度。
其中c＝坍塌堆中心處的高度e＝坍塌堆邊緣的高度r＝半徑 5.在可行的情況下，收集在1分鐘內從固體釋放的水，測量其體積和清澈度或混濁度。
B)通過下述方法，采用上述試樣A-M進行處理測試1、取250ml尾渣漿料作為試樣加到300ml塑料燒杯中。
2、隨后將試樣從一個300ml的燒杯倒到另一個里，低剪切混合漿料，確保試樣均勻。
3、在該尾渣漿料中加入所需劑量的含水聚合物溶液，并持續(xù)混合直到形成稠的材料。
4、采用上述“A”部分所述的坍落度試驗評估所處理的漿料。
表3
和未處理材料相比，坍塌堆半徑減小而堆跺高度增加，所以加入水溶性聚合物后礦物尾渣的硬化程度增加是顯而易見的。在幾乎所有的測試中，都還觀察到釋放液體的數量的增加和清澈度的明顯增加。
實施例2聚合物制備通過各種不同聚合方法制備了表1所示的聚合物試樣。將該聚合物攪拌到水中，得到濃度為0.25％活性聚合物的水溶液。
表4
試驗細節(jié)根據實施例1中的程序并采用實施例1中詳細給出的尾渣漿料進行測試。
表5
實施例3根據實施例1中的程序并采用實施例1中詳細給出的尾渣漿料，以及出于其它目的可以加到漿料中的一些添加劑，測試實施例1的試樣C。
表6
表7
實施例4根據實施例1詳細給出的程序，采用來自紅土型鎳礦酸洗處理的尾渣漿料，評價實施例1的所選試樣。
表8
結果表9
實施例5根據實施例1詳細給出的程序，采用來自氧化鋁精煉處理的紅泥尾渣漿料，評價實施例1的所選試樣。
表10
結果表11
實施例6根據實施例1詳細給出的程序，采用來自金CIL/CIP處理操作的尾渣漿料，評價實施例1的所選試樣。
表12
結果表13
實施例7根據實施例1詳細給出的程序，采用來自鉛/鋅礦物處理操作的尾渣漿料，評價實施例1的所選試樣。
表14
結果表15
實施例8根據實施例1詳細給出的程序，采用來自煤加工廠的尾渣漿料，評價實施例1的所選試樣。由于本試樣的固含量低，將坍落度試驗圓筒的尺寸變?yōu)橹睆綖?0mm，高度為100mm，并采用500ml的基質的等分試樣。還采用了清澈度楔子來評價釋放的水的清澈度。
表16
結果表17
實施例9試驗室評估產物1是含有80/20丙烯酸鈉/丙烯酰胺共聚物的反相乳液。
產物1被轉化成水，得到含有0.35％活性聚合物的水溶液。根據上述實施例1的方法，結合來自礦砂操作的細尾渣和粗尾渣，對該產物進行評價。
細固體部分增稠器底流@27.7％wt/wt粗固體部分旋風分離器拒絕率@96.4％wt/wt在可能的情況下，用水稀釋粗固體和細固體的摻合物，目標固含量為43-47％wt/wt。
結果表18
照片表明和未處理的尾渣相比，處理過的堆跺顯著改善。這對具有較大比例粗部分的粗顆粒和細顆粒材料的共處置而言，尤其正確。
實施例10產物2A是凝膠產物，由30/70丙烯酸鈉/丙烯酰胺共聚物組成。
產物2A溶于水中，得到含有0.25％產物的水溶液作為供料。采用來自制煤操作的細顆粒和粗顆粒組合尾渣，對該聚合物進行評價，劑量為740gpt。組合尾渣的總固含量是大約19％wt/wt，細/粗比為大約1.4∶1。
采用產物2B的溶液進行處理測試，方法如下1、取500ml尾渣漿料試樣加到600ml塑料燒杯中。
2、隨后將試樣從一個600ml的燒杯倒到另一個里，低剪切混合漿料，確保試樣均勻。
3、在該尾渣漿料中加入所需劑量的含水聚合物溶液，并持續(xù)混合直到形成稠的材料。
4、將該材料轉移到500ml量筒中，靜置數天讓其密實化，隨后潷出游離水并丟棄。
5、從密實固體的頂部和底部取出部分固體，進行分析得到每部分的固體的顆粒尺寸分布。
結果每部分的顆粒尺寸分布見

圖1和2所示。
圖1未處理的煤尾渣。
圖2處理的煤尾渣--740gpt的聚合物2A。
圖1表明，對未處理的材料而言，在密實的固體里出現了高度分離，大多數粗顆粒只出現在試樣的底部部分。圖2表明，對用740gpt的聚合物2A處理過的材料而言，在頂部部分和底部部分的顆粒尺寸分布非常類似，在密實過程中僅僅有很少的分離。
實施例11根據實施例10詳細給出的程序，在來自金CIL/CIP處理操作的細顆粒和顆粒組合尾渣上評價了產物2A，劑量為240gpt。組合尾渣的總固含量大約是53％wt/wt，細/粗比為大約2∶1。
結果每部分的顆粒尺寸分布如圖3和4所示。
圖3未處理的金尾渣
圖4處理過的金尾渣-240gpt聚合物2A圖3表明，對未處理的材料而言，出現了高度的分離，粗固體偏析到底部部分；對用聚合物2A處理過的材料而言，圖4表明頂部部分和底部部分含有相似量的粗顆粒和細顆粒。
實施例12產物2B是反相乳液，含有30/70丙烯酸鈉/丙烯酰胺共聚物組成。
產物2B轉化成水，得到含有0.1％產物的水溶液作為供料。采用來自礦砂操作的細顆粒和粗顆粒組合尾渣，對該聚合物進行評價。組合尾渣的總固含量是53％wt/wt，細/粗比為大約1∶5。
試驗室評價采用產物2B的溶液進行處理測試，方法如下1、取尾渣漿料作試樣加到1L塑料瓶中，直到刻度線。
2、隨后采用頂置攪拌器和適當形狀的葉輪于～1500rpm高剪切混合漿料，從而形成渦流。
3、在高速剪切形成的漿料渦流中加入所需劑量的含水聚合物溶液。
4、將塑料瓶中的物質混合1分鐘。
5、混合完成后，取250ml漿料作試樣加到塑料瓶中，裝至瓶頸的位置，隨后以25rpm翻轉X分鐘。
6、在合適的時間，如實施例1進行坍落度測試。
結果表19
工廠評價將來自礦砂處理的尾渣從瀉湖覆蓋的礦區(qū)泵吸到高處的尾渣處置區(qū)。廢料流的低粘度以及高流動速率表明固體進行的是遠距離沉積，是在離排放點很遠處沉積。尾渣流的沖刷也在處置區(qū)形成了深溝。物流的流體性危及了礦區(qū)的操作，因為在最大流量時，尾渣會流回到礦區(qū)，淹沒瀉湖，干擾采礦效率。
本發(fā)明通過將30％陰離子反相乳液聚合物(產物2B)的0.5％(供應時的標準)水溶液，以每噸干固體100g的劑量引入運送細顆粒和粗顆?；旌衔?增稠器底流)的管道中，分別以20和50lps的速率將漿料部分排泄到處置區(qū)。根據上述試驗室評價，選擇了靠近(20米或者11秒)排放點的給料點，使處理過的材料的剪切最小化。從而形成了堆跺角為8-10度(用測量傾角計測量)的處理材料堆，釋放的水清澈，并且從堆跺中取出的試樣中小于75微米的顆粒含量高，確認了在堆跺處理中保留了細材料。
圖5未處理的圖6處理過的@100gpt(產物2B)圖5和圖6給出了處理過和未處理的礦砂尾渣的排放圖。在圖5中，尾渣可活動性高，在排放點沒有固體沉降。圖6表明處理過的尾渣在排放點下面堆跺，前面是釋放的清澈水。
實施例13產物2B是反相乳液，包含如上述實施例12所用的30/70丙烯酸鈉/丙烯酰胺共聚物。產物3是溶液級聚丙烯酸鈉均聚物。
產物2B轉化成水，得到包含1.0％產物的水溶液作為供料。產物3就按照供應狀態(tài)使用，不需要進一步稀釋。用來自礦砂操作的細顆粒和粗顆粒組合尾渣評價該聚合物。組合尾渣的固含量是67％wt/wt，細/粗比為大約1∶7。
試驗室評價采用產物2B的溶液和產物3進行了處理測試，方法如下1、取250ml均勻組合尾渣漿料的等分試樣加到500ml燒杯中。
2、然后，用頂置攪拌器和具有適當形狀的槳式葉片于～500rpm混合該漿料。
3、在漿料中加入所需劑量的聚合物，持續(xù)混合10、20或30秒。
4、將大約150ml處理過的漿料送到200ml燒杯中，采用葉片式粘度計測量屈服應力。
對產物2B和3還進行了進一步的測試，評價不同細/粗尾渣比的影響，測試程序如上，混合時間固定為20秒。
結果表20
結果表明兩種產物都提高了組合礦砂尾渣的屈服應力。在高劑量時，出現了游離水排放。
下面用圖描述了不同細/粗比的影響。對測量的所有比例而言，產物2B和產物3都顯著提高了礦砂尾渣的屈服應力。
圖7圖8工廠評價將其中礦泥經過密實化的增稠器底流和來自礦砂操作的廢砂部分結合在一起。砂和礦泥的比例隨著礦石類型而變，因此沉積的組合物的流變學和排水速率也發(fā)生變化。
采礦操作是流動性的，追尋著礦體的脈絡。組合的廢料被泵吸到一系列坑里，這些坑隨后被填滿和再生。對于采礦公司有利的做法是任何一次都在盡可能小的覆蓋面積里操作。脫水速率越快，再生步驟就開始得越早。另外的排水可以返回到加工廠，提供效率并較低引入水的成本。
本發(fā)明在上述工位的應用情況如下在螺旋輸送機的后面和小離心泵前面加入產物3，劑量是三天1050gpt。結果是堆跺角變大了，水從漿料中更容易釋放了。圖9、10和11給出了未處理尾渣、分別用513gpt和1050gpt處理的尾渣在排放到壩處的堆跺角。
圖9未處理的 圖10產物3@513gpt
圖11產物3@1050gpt改變了加料點，產物3直接在離心泵后面加入。在該替換的位置上，劑量減到726g/T。采用這個加料點得到了相同的砂粘度。24小時后，在壩表面上明顯出現了自由排水和孔隙率。圖12和13分別示出了排放性質和壩表面。
圖12排放管 圖13表面區(qū)域
權利要求
1.一種方法，其中將含有含水液體和分散的顆粒固體的材料以流體形式送到沉積區(qū)域，然后使其靜置和硬化，其中硬化得到了改善同時保持了該材料在傳送中的流動性，這通過將該材料和有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液結合在一起實現的。
2.權利要求1的方法，其中所述水溶性聚合物的特性粘度至少是3dl/g，由烯鍵式未飽和水溶性單體或單體摻合物形成。
3.權利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物是陰離子型。
4.權利要求3的方法，其中所述聚合物由選自作為游離酸的(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其鹽的單體，任選結合選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非離子型共聚單體形成。
5.權利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物是非離子型。
6.權利要求5的方法，其中所述聚合物由選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的單體形成。
7.權利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物是陽離子型。
8.權利要求7的方法，其中所述聚合物由選自(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯-甲基氯化物、(DMAEA.MeCl)quat、二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)、三甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)的單體，任選結合選自(甲基)丙烯酰胺、丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非離子共聚單體形成。
9.權利要求1-8任一項的方法，其中分散的顆粒固體是礦物。
10.權利要求1-9任一項的方法，其中所述方法包括處置來自礦物處理操作的礦物漿料殘渣。
11.權利要求1-10任一項的方法，其中所述材料來自礦砂處理的尾渣。
12.權利要求1-11任一項的方法，其中所述分散的顆粒固體的顆粒尺寸小于100微米，其中優(yōu)選至少80％的顆粒尺寸小于25微米。
13.權利要求1-11任一項的方法，其中分散的顆粒固體具有雙峰分布的顆粒尺寸，包含細部分和粗部分，其中所述細部分的峰值基本上小于25微米，而粗部分峰值基本上大于75微米。
14.權利要求1-13任一項的方法，其中所述材料的固含量為15wt％-80wt％，優(yōu)選是40wt％或50wt％-70wt％。
15.權利要求1-14的方法，包括在容器中絮凝固體的含水懸浮液，形成含有含水液體的上清液層和含有增稠固體的底流層，增稠固體形成所述材料，將上清液層和底流分離，其中所述底流含有來自容器的顆粒材料流，并且其中隨后將所述材料泵吸到沉積區(qū)域，在此靜置和硬化，其中在懸浮液絮凝后并且材料靜置前，將有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
16.權利要求15的方法，其中在加入有效硬化量的水溶性聚合物之前或過程中在來自容器的底流中加入濕的或干的粗顆粒。
17.權利要求15或16的方法，其中所述材料在泵吸到處置區(qū)域之前送到儲存容器中。
18.權利要求1-17任一項的方法，其中所述材料被泵吸到出口，在此在以前硬化的材料表面上流過，在此所述材料被靜置和硬化，形成堆跺。
19.權利要求1-18任一項的方法，其中在泵吸階段之前，將有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
20.權利要求1-18任一項的方法，其中在泵吸階段之中或以后，將有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
21.權利要求1-18任一項的方法，其中當所述材料從出口流出之前，將有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
22.權利要求1-21任一項的方法，其中所述材料在硬化過程中脫水，釋放出液體。
23.權利要求22的方法，其中所述液體循環(huán)到礦物處理操作中。
24.權利要求22或23的方法，其中通過加入水溶性聚合物的水溶液改善液體的清澈度。
25.權利要求22-24任一項的方法，其中所述液體含有溶解的有價材料，并且其中所述液體進行進一步處理以重新回收或重新使用該有價材料。
26.一種方法，其中將含有含水液體和分散的顆粒固體的材料以流體形式送到沉積區(qū)域，然后使其脫水釋放液體，其中脫水得到了改善同時保持了該材料在傳送中的流動性，這通過將該材料和有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液結合在一起實現的。
27.權利要求26的方法，包括在容器中絮凝固體的含水懸浮液，形成含有含水液體的上清液層和含有增稠固體的底流層，增稠固體形成所述材料，將上清液層和底流分離，其中所述底流含有來自容器的材料流，并且其中隨后將所述材料泵吸到沉降區(qū)域，在此脫水，其中在懸浮液絮凝后并材料脫水前，將有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
28.權利要求26或27的方法，其中在加入有效硬化量的水溶性聚合物之前或過程中在來自容器的底流中加入濕的或干的粗顆粒。
29.權利要求26-28任一項的方法，其中所述液體循環(huán)到礦物處理操作中。
30.權利要求26-29任一項的方法，其中通過加入水溶性聚合物的水溶液改善液體的清澈度。
31.權利要求26-30任一項的方法，其中所述液體含有溶解的有價材料并且其中所述液體進行進一步處理以回收或重新使用該有價材料。
全文摘要
一種方法，其中將含有含水液體和分散的顆粒固體的材料以流體形式送到沉積區(qū)域，然后使其靜置和硬化，其中硬化得到了改善同時保持了該材料在傳送中的流動性，這通過將該材料和有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液結合在一起實現的。本方法尤其施用于處理來自礦物處理操作的尾渣底流的處理和細顆粒和粗顆粒尾渣部分的共處置。另外，在硬化步驟中釋放的液體具有高的清澈度。
文檔編號C02F103/10GK1768009SQ200480008816
公開日2006年5月3日 申請日期2004年1月7日 優(yōu)先權日2003年5月7日
發(fā)明者P·麥科爾, S·斯卡梅爾 申請人:西巴特殊化學水處理有限公司