用于湿法冶金应用中矿石浆料体系的石膏阻垢剂的制作方法
【专利说明】用于湿法冶金应用中矿石浆料体系的石膏阻垢剂
[00011本申请要求于2013年10月15日提交的美国临时申请61/890998的权益，其整体内 容在此引入作为参考。
[0002] 发明背景
[0003] 本发明涉及抑制复合水垢生长，更具体而言在含水矿石浆料中的石膏水垢的组合 物，以及在工业采矿操作中具有较高固含量环境中抑制水垢的方法。所述组合物包含选自 羧酸酯聚合物、聚胺酸、有机膦酸酯等的活性成分。
[0004] 采矿工业为化学品的大消费者，其在多个矿石加工过程中使用化学品。例如，加入 化学品以抑制在矿石加工的不同阶段可形成的各种类型的水垢。在矿石加工系统的不同单 元操作的不同条件需要不同的化学品以抑制水垢。
[0005] 矿石的加工非常复杂，需要保持整个过程中的流量的维护，保持最小停机时间的 维护，从而以更小成本而加工更多矿石。在工业采矿过程的单元操作需要不断监测、清洁和 维护设备，其中所述工业采矿过程包括矿石浆料的形成和/或冷却。所述设备的实例包括骤 冷槽和高压釜以及辅助线和设备。骤冷槽和高压釜以及辅助线和设备会有水垢，若不防止 的话，需要停止采矿并进行物理除垢。
[0006] 采矿工业一直在寻找其他的在各个阶段中会提高矿石加工效率的技术，因此使采 矿加工过程中的总的矿石回收率得以提高。已经表明化学品以及化学品的组合会抑制水溶 液中的水垢。然而，矿石的条件极大改变了整个加工，并且在骤冷槽的冷却阶段或者高压釜 操作中的矿石可以具有高的固含量，即呈浆料形式且不是100%含水的。必须发现新的化学 品以提高浆料阶段的矿石加工。此外，因为对采矿操作的增加的环境考虑，需要对环境损害 降低的包含天然材料的化学抗密封添加剂。
[0007] 除非另有所述，本文所述的所有份和百分比为基于重量的重量份和重量百分比。
[0008] 发明概括
[0009] 所述在采矿操作中在含水衆料相中用作抗密封剂control s的组合物包含选自羧 酸酯聚合物、聚胺酸、有机膦酸酯等以及其组合的活性组分。在采矿操作中，通常将所述抗 密封胶组合物以有效量加入矿物浆料中以在管道及用于矿物回收的设备中抑制水垢的形 成，其中所述用于矿物回收的设备例如骤冷槽或高压釜，所述组合物可以加入骤冷槽或高 压釜的浆料中和/或辅助线或设备单元中。因此，本发明包括包含具有矿石的含水相以及有 效量的抗密封胶组合物的矿石浆料以抑制骤冷槽或高压釜和/或辅助线或设备的金属、聚 合物、塑料或陶瓷表面上的水垢，其中所述抗密封剂组合物包含选自羧酸酯聚合物、聚胺 酸、有机膦酸酯等及其组合的活性组分。
[0010]通常而言，通过抑制设备及管道内壁和装置中复合水垢，尤其是石膏水垢的形成， 抗密封剂的施用提高了采矿操作中矿石的容量和流量。这通过降低由于清洁和维护而致的 停机时间和其产生的成本而对操作有利，并且还通过在更短时间内除去通过冷却操作的更 多矿石浆料而建立更有效的系统。此外，抗密封剂的使用还降低了与高频骤冷电路机械去 垢相关的健康和安全风险，并且增加了骤冷槽电路设备的寿命。
[0011] 附图描述
[0012] 图1为本发明实施方案中的典型矿石骤冷操作。
[0013] 图2为本发明实施方案中的包含初步骤冷装置的典型矿石操作。
[0014] 图3为本发明实施方案中的典型矿石高压釜操作。
[0015] 发明详述
[0016]选自羧酸酯聚合物的抗密封剂组合物的活性组分具有下式：
[0017] r1-ch2-ch(c〇2h)-r2-r 3
[0018] 其中R1选自官能团，R2为聚羧酸酯且R3为氢或官能团。在实施方案中，R 1和R3官能团 包含磺酸、硫酸、亚膦酸、膦酸、醇、1，1-二苯基己基、叔丁基、巯基乙醇基、巯基丙酸基、巯基 乙醇酸基，并且R 2包含聚丙烯酸。通常，所述羧酸酯聚合物的分子量为约l，000g/mol-20， 000g/mol，例如约2，000g/mol-12，000g/mol。在实施方案中，所述羧酸酯聚合物包含聚丙烯 酸。
[0019] 在一个方面，所述抗密封剂的活性组分可以选自具有下式的聚胺酸：
[0020] poly(X)mpoly(Y)n,
[0021] 其中X和Y独立地选自氨基酸、氨基酸的盐以及氨基酸衍生物，并且m可以为约2-60，n可至多约60,并且m和η的总数至少约为5。例如，X和Y可以独立地选自天冬氨酸、谷氨 酸、赖氨酸、天冬氨酸酯、谷氨酸酯、赖氨酸的盐、天冬氨酸酯衍生物、谷氨酸酯衍生物以及 赖氨酸衍生物;m可以为约5-12;η可以至多为约12且m和η的总和可以为约5-12。在一个方 面，所述聚氨酸可以包含聚天冬氨酸。
[0022] 所述抗密封剂组合物的活性组分可以选自有机膦酸酯。具体而言，所述有机膦酸 酯可以选自六亚甲基二胺四（亚甲基膦酸）（〃HDTMPA〃）、二亚乙基三胺（五亚甲基膦酸）（〃 DETPMPA")、二(六亚甲基三胺五(亚甲基膦酸））（〃BHMTPMPA〃)等以及其组合。所述抗密封剂 组合物用于控制采矿操作中的复合水垢，例如石膏水垢。通常，该方法包括将有效阻垢量的 包含活性组分的阻垢组合物加入具有水相的含水矿石浆料中的步骤，其中所述活性组分选 自i)具有下式的羧酸酯聚合物；
[0023] R1-CH2-CH(C02H)-R2-R 3
[0024] 其中R1选自磺酸酯基、硫酸酯基、亚膦酸酯基、膦酸酯基、醇基、1，1-二苯基己基、 叔丁基、巯基乙醇基、巯基丙酸基、巯基乙醇酸基，并且R 2为i)聚羧酸酯且R3为Η或R1，i i)具 有下式的聚胺酸:P〇ly(X)mp〇ly(Y)n，其中X和Y独立地选自氨基酸、氨基酸的盐以及氨基酸 衍生物，并且m可以为约2-60，n可以至多约60,并且m和η的总数至少约为5;以及iii)有机膦 酸酯，其中浆料的pH低于9.0且该复合水垢包含石膏。
[0025] 在本发明的实施方案中，pH可以约3.0至约9.0，通常大于约4.0至约9.0，可以为约 4.5-9.0，可以为约5.0-8.0。可以将该方法用于带有矿石的矿石浆料中，温度至多约550°C， 可以至多约450°C，可以至多约400°C，可以为约40-约550°C，或者约40-约450°C。本领域熟 练技术人员在阅读本公开之后，应理解所有pH和温度范围和数值是经过考虑的。对于抗密 封剂组合物的活性组分，可以在方法中使用本说明书中讨论的任何活性化合物。
[0026]在此所述的抗密封剂组合物可在矿石浆料形成和冷却操作中用于控制复合水垢， 通常为石膏水垢，其中所述矿石形成和冷却操作例如矿石骤冷操作或高压釜操作，包括任 何关联的管道或辅助设备。在某些方面，该操作可以包含如下步骤:a)提供具有内表面的容 器的矿石骤冷槽或者具有内表面的高压釜，至少一个具有内表面的进料线和至少一个具有 内表面的排出线;b)提供包含矿石和水相的矿石浆料;C)将有效量的包含活性组分的阻垢 组合物加入矿石浆料中，其中所述活性组分选自i)具有下式的羧酸酯聚合物：
[0027] R1-CH2-CH(C02H)-R 2-R3
[0028] 其中R1选自磺酸酯基、硫酸酯基、亚膦酸酯基、膦酸酯基、醇基、1，1-二苯基己基、 叔丁基、巯基乙醇基、巯基丙酸基、巯基乙醇酸基，并且R 2为i)聚羧酸酯且R3为Η或RSii)具 有下式的聚胺酸：
[0029] poly(X)mPoly(Y)n,
[0030] 其中X和Y独立地选自氨基酸，并且m可以为约2-60，n可以至多约60,并且m和η的总 数至少约为5;以及iii)有机膦酸酯，其中容器中矿石浆料的pH低于9.0,可以为约3.0-9.0， 可以大于约4.0至约9.0,可以为约4.5-9.0,可以为约5.0-8.0,且可以为约7.0-8.5。
[0031]在某些方面，尤其是骤冷槽中浆料的矿石的温度至多为约550°C，可以至多为约 450°C，可以至多约400°C，约40-550°C，或者约40-450°C。在某些方面，高压釜中浆料的矿石 的温度可至多约220°C，可以至多约190°C，典型的温度范围约为80-220°C，例如约80-190 °C。本领域熟练技术人员在阅读本公开之后，应理解所有pH和温度范围和数值是经过考虑 的。对于抗密封剂组合物的活性组分，可以在方法中使用本说明书中讨论的任何活性化合 物。
[0032] 通常，矿石浆料中的固含量，即在浆料中矿石的量(矿石含量），至少为约8 %，至少 约10 %，至少约20 %，至少约30 %。例如，矿石浆料的固含量可以为约8-30 %，包括约10-20%，如约10-15%。本领域熟练技术人员在阅读本公开之后，应理解所有固含量的范围和 数值是经过考虑的。
[0033] 所述矿石浆料通常包含具有选自贵金属、碱金属及其组合的组分的矿石。所述矿 石浆料可包含选自金、铝、银、铂、铜、镍、锌、铅、钼、钴等及其组合的矿物。所述矿石浆料还 可以包含一种或多种石英、白云石、方解石、石膏、重晶石或白云母等及其组合。
[0034]所述矿石浆料的阻垢剂中，每个水相可以包含约5-约300ppm的活性组分。在某些 实施方案中，活性组分的量可以约15-约250ppm，可以约20-约lOOppm，可以约25-约50ppm。 本领域熟练技术人员在阅读本公开之后，应理解对于活性组分的所