分散和凝集矿浆成分的方法技术

本公开内容主要涉及使用低分子量聚合物使含水矿浆中的矿物成分凝集从而释放和分离该浆体的各种成分，这些成分然后可以从该浆体中回收。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分散和凝集矿楽成分的方法 相关申请的交叉引用 在此要求于2012年1月25日递交的美国临时专利申请61/590, 489号的优先权， 并通过援引将其全部内容并入本说明书中。
本专利技术主要涉及聚合物及其用于辅助含水矿浆中的矿物成分凝集从而释放和分 离该浆体的各种成分的用途，这些成分然后可以从该浆体中回收。
技术介绍
许多工业方法涉及将矿物分散在水中以有助于矿物或其他成分的分离和回收。采 矿业是这种方法的主要采用者，其中矿石被磨碎并在水中浆化以实现所期望的成分的分离 和回收。称作脉石或尾矿的浆体中的残留矿物成分于是通常沉积在称作尾矿池的矿坑或矿 池中，在该处固体预计将沉降，从而实现上层清水的回收和剩余矿物固体的最终固结。煤、 铜和金矿开采仅是采用此技术的采矿方法中的少数几种。 尾矿池中的慢速矿物固体沉降通常是采矿作业中的严重经济和环境问题。如果该 过程的目的是回收水以再利用或处置，则通常数以年计的漫长的矿池滞留时间会削弱过程 的经济性。此外，巨量积蓄的浆体可能带来环境和人身危险。美国煤浆池的溃堤证实了这 两种危险。 如果积蓄的浆体主要由粗矿物构成，则尾矿池的沉降速率通常不成为环境或经济 问题。在此情况下，固体迅速沉降，并固结至可处置的稠度，并且水容易回收。但当积蓄的 浆体的成分为非常细的矿物时，沉降通常受阻，并且在一些情况下可能耗费数年来进行。 许多矿浆主要的不希望的成分通常是粘土。粘土具有许多种化学组成，但在粘土 在矿浆中的表现方面的关键区别在于其主要处于一价（通常是钠）形式还是多价（通常是 钙）形式。不同化学组成的粘土的作用对于本领域技术人员而言是公知的。一价粘土倾向 于是水溶胀性和分散性的，多价粘土通常不是这样。 水溶胀性和分散性粘土在矿物加工和尾矿脱水方面造成许多问题。这些粘土倾向 于是一价的钠粘土，如主要由蒙脱石构成的膨润土。这些粘土可以表示为Na.Al 2S03.4Si02. H20。 此外，如果这些粘土被非常细地分开，则问题通常被放大。如果粘土容易通过加工 中的剪切而破碎成更细的颗粒，则问题会被复杂化。层状、片状或页岩状形式的粘土特别敏 感从而在加工过程中被机械破碎至更细的颗粒。 在矿物加工中，通常使用添加剂以促进特定成分的去除。用于分离和漂浮磨碎的 煤颗粒的起泡剂是其一个实例。在此情况下，要回收的所期望的成分为如煤等有机材料，但 类似的方法也用于矿物回收。在几乎所有采矿方法中，剩余的浆体必须被分离以回收水和 使固体固结。 自二十世纪60年代后期以来，新型采矿业已在加拿大东北部的阿尔伯塔省得到 开展。被开采的矿藏称作阿萨巴斯卡（Athabaska)油砂。该矿藏由重烃油（称作浙青）、 砂、粘土和水形成。在加工该矿藏时，矿石在温水或热水中浆化，目的是从砂和粘土中分离 浙青，通过漂浮回收浙青，回收水以再利用，和在矿区填筑中处置脱水的残留矿物固体。该 油砂矿藏含有全世界第二大量的石油，仅次于沙特阿拉伯。因此，需以前所未见的工业规模 来进行分离、水回收和固体处置。 油砂加工的第一目的是使浙青回收最大化。在温水或热水中浆化倾向于从矿石的 矿物中释放浙青，而在称作水力输送的管道过程中，浆体通过管道被输送至初级分离单元。 包括苛性钠或柠檬酸钠的各种化学添加剂已用于提高矿石成分在工艺用水中的分散，并用 于加速从砂和粘土中分离浙青以实现更多的浙青回收。在水力输送过程中，砂较容易与浙 青剥离并容易脱落，而通过初级分离单元的底部除去；粘土是主要问题。由例如工艺用水贡 献的与二价或其他多价阳离子（特别是钙和镁）结合的粘土被发现可阻碍浙青的有效分离 和漂浮。如苛性钠或柠檬酸钠等添加剂的使用有助于分散而抑制粘土的有害效果。柠檬酸 钠是一种已知的分散剂，也充当软水剂，以螯合钙和镁离子。 在提高回收率的同时，这些添加剂通常在浙青分离后具有残留不利作用，即妨碍 后续的从粘土中除去水。为研究发现于油砂矿藏中的各种粘土，已经进行了大量调查。不同 的粘土通常以尚未完全理解的方式不同地影响浙青分离，粘土的差异影响粘土的后续的从 工艺用水中的分离。由于矿石是天然矿藏，因此分离过程由粘土种类和含量以及二价离子 的水平决定。作用于浆体的泵和管道剪切力将粘土破碎成更细的粘土颗粒，从而进一步不 利地影响分离过程。各种矿石来源通常在水力输送之前混合，以尝试减轻粘土的影响。可 以将压缩空气引入水力输送管道之中。空气在压力下溶解，并且随着压力释放出初级分离 容器，形成气泡从而有助于使浙青漂浮。 在分离过程中，漂浮的浙青溢出而进行进一步加工。通常，砂和任何粗粘土迅速沉 降至圆锥形初级分离单元的底部。可以控制这种较粗部分的提取率。称作中矿的最大体积 的成分是在较粗层上方且在浙青漂浮物下方的中间层。中矿包含细粘土的分散体。本行业 认为这些细粘土是直径小于44微米的任何尺寸。这些粘土通常形成非常稳定的分散体。任 何分散添加剂进一步提高粘土浆体的稳定性。如果分散剂或任何其他添加剂提高初级分离 单元中的中矿粘度，则浙青漂浮和回收可能受到阻碍。 在现有工艺中，促进有效分散和浙青回收的条件看起来与后续促进下游细粘土分 离、固体固结和水回收的条件截然相反。回收和再利用工艺用水耗时越久，则发生越多的热 量和蒸发损失。有效浙青提取与下游的矿物固体处置之间的折衷是油砂业的一个昂贵的问 题。 在提取过程中，中矿从初级分离单元的中心连续取出。从初级分离单元的圆锥形 底部取出的重且容易沉降的砂/粗粘土成分和中矿成分通常均进行另外的清洁和机械脱 水步骤，以回收在初级分离单元中未漂浮的任何浙青。中矿可以被水力旋流以提高密度。 然后通常将中矿引至增稠器，其中添加高分子量钠/钾/铵丙烯酸盐/丙烯酰胺类共聚物 (称作絮凝剂）以使分散的中矿的细粘土聚结并絮凝。在增稠器中通常需要4?5小时的 滞留时间，以产生稠化的底流（从而开始增加用于最终固体固结的粘土固体），并产生澄清 的溢出水以再用于该过程。增稠器是具有大保持体积的巨大、昂贵的机械分离器。 油砂工艺的最终目的是产生用于矿区填筑的致密、适于运输的固体，并回收水以 供工艺使用。这两种矿物工艺流，即，来自初级分离单元的砂/粗粘土和中矿（通常如上所 述稠化）被泵入单独的污染物区（称作矿池）或者合并然后送至矿池中。两种途径均产生 了本行业正在解决的新问题。合并的流（称作合并尾矿，或CT)产生下述状况，其中粗砂和 粘土较快地沉降在矿池中，但细粘土并不如此。代替所期望的沉降和上层清水的回收的是， 这些矿池中的上层形成悬浮的细粘土的几乎永久性的层，称作成熟细尾矿（MFT)。粘土在 这种相对流体（即，MFT的几乎永久性层）中的含量通常为40重量％ %?50重量％固体。 当中矿被单独泵入矿池时，会立即产生同样的状况。这些矿池的存在和大小威胁着本行业 的前途。政府已经下令必须对这些MFT矿池再处理，进行水回收再利用，并使脱水固体固结 以恢复采矿区。 油砂业已付出了一致努力来将MFT再处理为称作未分离尾矿（NST)的东西。这意 味着，不同粒径的砂和粘土尾矿在被泵入矿池后在沉降时未按粒径分离，而是以未分离的 方式沉降，更迅速地释放上清液和/或底流排出水，并且最终产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理含水矿浆的方法，该方法用于分散并分离该浆体的成分，增强该浆体的成分的回收，并增强所获得的残留浆体中的固体的脱水以用于水回收和固体填筑的方法，所述方法包括：(a)提供包含浆化水和固体矿物成分的含水浆体；(b)可选地向该浆体添加(a)足以分散并分离该浆体的成分而形成分散的浆体的量的、铝与硅的重量比为约0.72:1～约1.3:1的钠或钾沸石；(c1)向该分散的浆体添加(a)足量的可与所述固体矿物成分反应的聚合物的水溶液，所述聚合物选自由水溶性含多价阳离子丙烯酸盐共聚物组成的组，所述聚合物具有小于5dl/gm(在25℃的1M NaCl中测量)的本征粘度，使该聚合物与所述固体矿物成分反应，从而使所述固体矿物成分立即开始絮凝并沉降以形成包含絮凝物和上层清水的产物，由此增强该浆体的固体矿物成分的分离和后续回收，并增强产物的残留成分的后续除水和固结；或(c2)向该分散的浆体添加(b)足量的可与所述矿物成分反应的聚合物的水溶液，所述聚合物选自由水溶性含多价阳离子丙烯酸盐共聚物组成的组，所述聚合物具有小于5dl/gm(在25℃的1M NaCl中测量)的本征粘度，使该聚合物与所述沸石和固体矿物成分反应，从而立即中和(b)中的沸石的分散作用以使所述固体矿物成分立即开始凝集并沉降以形成凝集体和上层清水，由此增强该浆体的固体矿物成分的分离和后续回收，并增强产物的残留成分的后续除水和固结。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.25 US 61/590,4891. 一种处理含水矿浆的方法，该方法用于分散并分离该浆体的成分，增强该浆体的成 分的回收，并增强所获得的残留浆体中的固体的脱水以用于水回收和固体填筑的方法，所 述方法包括： (a) 提供包含浆化水和固体矿物成分的含水浆体； (b) 可选地向该浆体添加（a)足以分散并分离该浆体的成分而形成分散的浆体的量 的、铝与硅的重量比为约0. 72:1?约1. 3:1的钠或钾沸石； (cl)向该分散的浆体添加（a)足量的可与所述固体矿物成分反应的聚合物的水溶液， 所述聚合物选自由水溶性含多价阳离子丙烯酸盐共聚物组成的组，所述聚合物具有小于 5dl/gm(在25°C的1M NaCl中测量）的本征粘度，使该聚合物与所述固体矿物成分反应，从 而使所述固体矿物成分立即开始絮凝并沉降以形成包含絮凝物和上层清水的产物，由此增 强该浆体的固体矿物成分的分离和后续回收，并增强产物的残留成分的后续除水和固结； 或 (c2)向该分散的浆体添加（b)足量的可与所述矿物成分反应的聚合物的水溶液，所 述聚合物选自由水溶性含多价阳离子丙烯酸盐共聚物组成的组，所述聚合物具有小于5dl/ gm(在25°C的1M NaCl中测量）的本征粘度，使该聚合物与所述沸石和固体矿物成分反应， 从而立即中和（b)中的沸石的分散作用以使所述固体矿物成分立即开始凝集并沉降以形 成凝集体和上层清水，由此增强该浆体的固体矿物成分的分离和后续回收，并增强产物的 残留成分的后续除水和固结。2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物的本征粘度为至少3dl/gm(在25°C的 1M NaCl中测量）。3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物溶液基本不含有含一价阳离子的丙烯 酸盐聚合物。4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多价阳离子选自由钙、镁、铁和铝 组成的组。5. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，仅一种多价阳离子存在于所述聚合物 溶液中。6. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述聚合物为含钙或含镁的二丙烯酸 盐与丙烯酰胺的共聚物。7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述聚合物为二丙烯酸盐/丙烯酰胺/2-丙烯酰氨 基-2-甲基丙磺酸（AMPS)三元共聚物。8. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，矿物成分的浆体包含单独的尺寸小于 44微米的细成分或其与较粗的成分的组合。9. 如权利要求1?6中任一项所述的方法，其中，所述聚合物为二丙烯酸钙/丙烯酰胺 共聚物，或二丙烯酸钙/丙烯酰胺/2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸（AMPS)三元共聚物。10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述聚合物具有至少5摩尔％的二丙烯酸钙含量。11. 如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括对所述聚合物的溶液施加足 以降低所述聚合物的分子量或所述聚合物的分子量分布的宽度的机械剪切力。12. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，（a)的所述浆体含有粘土。13. 如权利要求12所述的方法，其中，所述粘土为可溶胀钠粘土。14. 如权利要求13所述的方法，其中，所述粘土为膨润土 /蒙脱土粘土。15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述粘土以Na.Al2S03. 4Si02.H20表示。16. 如权利要求1?5中任一项所述的方法，其中，所述聚合物为含钙或含镁的二丙烯 酸盐共聚物。17. 如权利要求16所述的方法，其中，所述聚合物为二丙烯酸盐/丙烯酰胺共聚物。18...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·T·索特维尔，
申请(专利权)人：索特维尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US