用于处理至少两个分组的浆料的系统的制作方法

本实用新型涉及一种浆料(slurry)的过滤过程(filtrationprocess，过滤工艺)，特别是尾矿(tailings)的脱水或精矿(concentrate)的脱水。

背景技术：

在选矿厂(concentratorplant)或在尾矿处置(handling)过程中提取矿石时，通常使用压力过滤器(pressurefilter，有时也称为压滤机(filterpress))来对包含要提取的颗粒的浆料进行脱水。设备在置换过滤(displacementfiltering)原理下运行，且使用一系列彼此相邻布置的过滤板，并且在过滤板上施加了闭合压力，以将这些过滤板紧密地密封在一起。然后在压力下通过入口将浆料(例如矿物浆料)引入，以填充在相邻过滤板、过滤腔室和一部分液体成分之间形成的独立空间(individualspaces)，从而排出滤液。然后可以激活过滤腔室的过滤膜以压缩滤饼。然后，引入压缩空气或气体或液体以通过置换排出更多的液体成分，从而保留了固体颗粒物。将滤液引至出口处将其排出，并除去过滤循环后留在每个独立空间中的固体颗粒滤饼，为随后的过滤循环做准备。除其他外，完成每个循环所需的压力和时间量将根据浆料的特性而变化，并且有时需要大量的时间和压力。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是克服或至少减少涉及现有技术的压力过滤器解决方案的问题。一个具体的目的是提供一种用于分阶段(staged，分级)过滤的方法。用于处理包括液体和悬浮在所述液体中的颗粒的浆料的方法，包括提供待处理的浆料的步骤。这可以是例如在选矿厂中的先前的步骤中产生的浆料，或者是来自例如尾矿坝(dam)的浆料(这种浆料包括来自采矿作业的副产物)。浆料将包括液相(即水)以及包括颗粒的固相。此后，浆料经历分离(separate，分选)阶段，在该分离阶段中将浆料中的颗粒分为至少两个分组(subsets，子组)。第一分组通常比第二分组更容易脱水。然后，压力过滤器被供给所述第一分组和所述第二分组的流体(flow)，并且在第一供给步骤中，流体的主要部分由第一分组限定，并且在随后第二供给步骤中，流体的主要部分由第二分组限定。根据本实用新型的方法具有可以减少在压力过滤器腔室中的处理时间和/或所需的处理压力的优点。在现有技术系统中，浆料被直接供给到压力过滤器的腔室。浆料通常包括难以脱水的颗粒与较容易脱水的颗粒的混合物。前一种类型的颗粒有时在早期阶段就具有堵塞过滤介质的趋势，这将导致需要更高的压力和更长的处理时间才能完成处理循环。根据本实用新型，在另一方面，第一分组首先被供给到压力过滤器，而仅在循环的后期第二分组才被供给到压力过滤器。由于第一分组的颗粒通常不易于堵塞压力过滤器，因此可以在更长的时间内保持高的脱水速率，这在初始阶段期间允许更高的供给速率，从而减少了整个循环时间。随后，包括第二分组的颗粒的浆料的流体被供给到压力过滤器的腔室。因此，第二分组的颗粒将不一定到达过滤介质，而是被卡在(getstuckon)已经存在的第一分组的颗粒上，并且无论如何，在第二分组的颗粒到达过滤介质之前都将花费一些时间。因此，与使用现有技术的解决方案相比，可以延迟过滤介质的堵塞并且可以将朝着预设目标的脱水速率保持在更高的水平，并且还可以实现包括更少液体的最终产物。应当注意，尽管上述过滤已经被描述为在两个完全分离的阶段中执行，即在第一阶段只有第一分组而在第二阶段中只有第二分组，但是在本实用新型的范围内，可以混合两个分组，使得具有在第一特定比率下的第一分组和第二分组的浆料在第一阶段被供给到压力过滤器的腔室，以及具有在第二特定比率下的第一分组和第二分组的浆料在第二阶段被供给到压力过滤器的腔室，以优化性能。也可以随着时间连续改变至少两个分组的比率。如在其他地方指出的，还可以提供两组以上的分组以优化程序。

根据该方法的实施例，在第一供给步骤中，流体完全由所述第一分组限定。通过在第一步骤中仅向压力过滤器供给第一分组，可以实现在任何较难脱水的颗粒到达过滤介质之前，在过滤介质的表面上积聚(builtup)一层较容易脱水的颗粒。通过本实用新型，可以实现以优选的顺序在过滤介质上逐层地积聚。

根据该方法的实施例，在第二供给步骤中，流体完全由所述第二分组限定。通过这种方法，可以将第一分组用作附加过滤元件，并避免第二分组的颗粒阻塞过滤介质，或至少延迟堵塞。

根据该方法的实施例，在将第二分组供给到压力过滤器之前，对第二分组进行分离步骤。通过在压力过滤器之前使用例如增稠器(thickener，浓缩机)，可以从浆料中分离出部分液体从而获得较稠的浆料，从而减少了压力过滤器必须处置的液体的量。这样的分选机(separator，分离器)的示例是斜板沉降器(ips)和螺旋脱水器，但是其他方法或设备也是可以想到的。而且，可以在压力过滤器之前使用尽可能多的分离步骤，使得本实用新型不限于单个步骤。

根据该方法的实施例，添加通过引入诸如空气的气体穿过颗粒来置换液体的步骤。通过将例如空气吹过颗粒，可以置换由至少两个分组的颗粒形成的饼中所含的水，从而以快速的方式在最终产物中获得优选的含水量。

根据该方法的实施例，第一分组和第二分组由颗粒的尺寸来限定。通常，可以使用粒度(particlesize，颗粒尺寸)作为难以脱水和较容易脱水之间的分隔。通常，较小的颗粒更难脱水，因为与具有较大尺寸的颗粒相比，较小的颗粒具有更大程度的堵塞过滤介质的趋势，因此必须保持更高的压力以达到期望的脱水速率。

根据该方法的实施例，第一分组和第二分组之间的分界线在0.1微米～500微米的范围内，特别地为10微米～100微米，特别地为20微米～80微米，更特别地为25微米～50微米，其中，第一分组的颗粒通常具有大于分界线的直径，第二分组的颗粒通常具有小于分界线的直径。就粒度而言，已经发现这些范围包括相关的分界线。

根据该方法的实施例，第一分组和第二分组由颗粒的形状限定。虽然可以使用粒度来限定第一分组和第二分组，但在确定浆料可被脱水的容易度时，颗粒形状也是相关的。例如，具有或多或少规则形状的颗粒通常比具有更不规则形状的颗粒更容易脱水。

根据该方法的实施例，所述第一分组的颗粒具有通常比所述第二分组的颗粒更球形的形状。

根据该方法的实施例，待处理的浆料包括来自采矿设施的尾矿或源自选矿厂的浆料。这些应用特别适合于根据本实用新型的方法。

根据本实用新型的第二方面，公开了一种用于处理包括液体和悬浮在所述液体中的颗粒的浆料的系统。该系统包括：分选机，其被布置成将浆料的颗粒分离成至少两个分组，第一分组通常比第二分组更容易脱水；以及供给装置，其被布置成以受控的方式将至少两个分组供给到压力过滤器中，使得可以调节至少两个分组到达压力过滤器的比率。根据本实用新型的系统的优点和益处与关于上述方法所描述的优点和益处相对应。

根据该系统的实施例，在分选机和压力过滤器之间布置有沉积(sedimentation)和/或脱水系统形式的增稠器。通过在压力过滤器之前使用增稠器，可以减少在浆料中包括的部分液体并获得较稠的浆料，从而减少压力过滤器必须处置的液体的量。这样的增稠器的示例是斜板沉降器(ips)和螺旋脱水器。

根据该系统的实施例，沉积和/或脱水系统被布置为应用在第二分组上。由于在压力过滤器中可以容易地处置包括在第一分组的浆料中的大部分液体，因此无需立即将增稠器应用到第一分组。另一方面，关于第二分组，减少进入压力过滤器的液体的量是有意义的。虽然本实用新型在整个处理循环中增加了流速，但是在循环结束时、即当压力过滤器的各个腔室变得充满时，在压力过滤器中浆料可脱水的速率也将降低到一定量。因此，减少进入压力过滤器的水量，特别是第二分组的浆料中所含的水量，仍然是有意义的。

根据该系统的实施例，控制系统被布置为控制至少两个分组的流体。

根据该系统的实施例，控制系统包括用于控制浆料的处理的计算部件。

根据该系统的实施例，控制系统被构造为考虑以下参数中的一个或多个：

a.粒度分布；

b.颗粒形状分布；

c.颗粒表面特征；

d.颗粒密度；

e.待处理的浆料的流速；

f.至少两个分组的流速；

g.压力过滤器中存在的物料的重量；

h.压力过滤器中的加压时间；

i.压力过滤器中的当前压力；

j.压力过滤器中的压力随时间的变化；

k.压力过滤器的介质特性；

l.过滤(filter，过滤器)压力气流特性；

m.最终产物的所需特性；以及

n.至少两个分组的浆料供给的压力随时间的变化。

控制系统可以确定上述参数中的任何一个，并且确定需要调节哪些参数以获得所需的最终产物和/或最佳的过程特性。例如，经常会指定所交付的最终产物(有时称为饼)的含水量。通常，但未必总是，饼的含水量应该保持尽可能的低。但是为了获得最低可能的含水量，处理时间和压力将分别过长和过高。

根据本实用新型的另一方面，公开了一种用于处理至少两个分组的浆料的系统，每个所述分组包括液体和悬浮在所述液体中的颗粒，第一分组通常比第二分组更容易脱水，所述系统包括供给装置，所述供给装置被布置成以受控的方式将所述至少两个分组供给到压力过滤器，使得能够调节所述至少两个分组到达所述压力过滤器的比率。

优选地，所述至少两个分组到达所述压力过滤器的比率是能够随着时间变化的。

优选地，所述系统包括分选机，所述分选机被布置成将浆料的颗粒分离成所述至少两个分组。

优选地，在所述分选机和所述压力过滤器之间布置有沉积和/或脱水系统。

优选地，所述沉积和/或脱水系统被布置为应用在所述第二分组上。

优选地，布置有控制所述至少两个分组的流动的控制系统。

优选地，所述控制系统被构造为控制所述压力过滤器、沉积系统或脱水系统中的一个或多个。

优选地，所述控制系统被构造为考虑以下参数中的一个或多个：

a.浆料供给和至少两个分组中的粒度分布；

b.浆料供给和至少两个分组中的颗粒形状分布；

c.浆料供给和至少两个分组中的颗粒表面特征；

d.浆料供给和至少两个分组中的颗粒密度；

e.待处理的浆料的流速；

f.至少两个分组的流速；

g.压力过滤器中存在的物料的重量；

h.压力过滤器中的加压时间；

i.压力过滤器中的当前压力；

j.压力过滤器中的压力随时间的变化；

k.压力过滤器的介质特性；

l.过滤压力气流特性；

m.最终产物中的所需含水量；以及

n.至少两个分组的浆料供给的压力随时间的变化。

优选地，所述第二分组能够在供给到所述压力过滤器之前经历增稠步骤。

优选地，能够通过引入诸如空气的气体经过颗粒来置换液体。

优选地，所述第一分组和所述第二分组能够由所述颗粒的尺寸来限定。

优选地，所述第一分组中的颗粒通常小于10微米～100微米，而所述第二分组中的颗粒通常大于10微米～100微米。

优选地，所述第一分组和所述第二分组能够由所述颗粒的形状来限定。

优选地，待处理的所述浆料能够包括来自采矿设施的尾矿或源自选矿厂的浆料。

本实用新型的其他目的、特征和优点将从下面的详细公开、所附权利要求以及附图中显现。值得注意的是，本实用新型涉及特征的所有可能的组合。

通常，除非本文另有明确限定，否则权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确地说明，否则所有“一(a)/一个(an)/该(the)[元件、装置、部件、单元、步骤等]”应开放地解释为涉及所述元件、装置、部件、单元、步骤等的至少一个实例。

如本文所用的术语“包括”和该术语的变体并不旨在排除其他添加物、部件、整体或步骤。

附图说明

将参考附图更详细地描述本实用新型，其中：

图1示出了根据本实用新型的系统的实施例的示意性框图。

图2示出了根据本实用新型的实施例的经过压力过滤器的处理腔室的示意性横截面。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本实用新型，附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以以多种不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例是为了透彻性和完整性、以及向本领域技术人员全面地传达本实用新型的范围而提供。相同的附图标记始终表示相同的元件。

图1示出了描述本实用新型的实施例的示意性框图。提供包括液体和颗粒(诸如矿物颗粒)在内的浆料源(source)110，并且该浆料源例如可以包括尾矿库(reservoir，储存部)，该尾矿库包括来自选矿厂或尾矿坝的浆料。在采矿业中，普遍以在坝中包含的浆料的形式存储尾矿。但是，所谓的尾矿干堆(dry-stacking)对环境更友好，但是为了能够使尾矿成为干堆，必须使包含尾矿的浆料脱水。此外，随着商品价格的上涨，有时提取例如仍包括在尾矿中的矿石是有意义的。此后，将浆料源110供给到诸如脱泥水力旋流器、筛分装置或螺旋分选机的分选机112，在该分选机中将浆料、更具体地浆料的颗粒分离成至少第一分组s1和第二分组s2。通常这是基于颗粒的尺寸，因为较小的颗粒通常比较大的颗粒更难在压力过滤器中脱水。这是因为较小的颗粒易于堵塞压力过滤器的过滤介质，从而增加了所需的处理压力和所需的处理时间。如本申请中其他处所描述的，可以单独或结合使用其他参数来限定分组之间的分界线。例如可以使用颗粒密度，并且可以使用脱泥水力旋流器来分离彼此具有不同密度的颗粒。应当注意，虽然在该实施例中公开了两个分组，但是在本实用新型的范围内，三个分组、四个分组或甚至更多的分组也是可能的。沿通常包括用于浆料的第一中间尾矿库115的第一处理供给线114供给第一分组s1。然后使用泵116或其他浆料输送装置将浆料供给到压力过滤器124。压力过滤器124可以例如是竖直压力过滤器，但是也可以想到使用其他类型的压力过滤器，例如水平压力过滤器。类似地，沿着第二处理供给线120供给第二分组s2，该第二处理供给线通常包括第二中间尾矿库121和用于将第二分组的浆料供给到压力过滤器124的泵122。在该实施例中，沿着第二处理供给线120在分选机112之后和在压力过滤器124之前显示有可选的增稠步骤。可以这样做以减少包含较难脱水的颗粒的浆料的含水量，从而减少压力过滤器必须处置的液体的量。增稠器例如可以包括倾斜板沉降器(ips)、筛分装置或螺旋增稠器。然后可以通过泵122将第二分组s2的浆料输送到压力过滤器124，并且也可以输送一部分例如细尾矿到管状压力机(tubularpress)126。这样的管状压力机126能够处置非常难以脱水的颗粒，例如非常细的颗粒，但是与诸如竖直压力过滤器的压力过滤器相比容量有限，并且管状压力机最好用于处置数量较少的颗粒。可以将多个管压机(tubepress)彼此平行地布置以增加容量。当在压力过滤器124中以及适当情况下在管状压力机126中的处理结束时，大部分颗粒以饼的压缩形式被输送到干堆或其他中间储存器(storing)，并且液体可以再循环到生产过程(plantprocess)中，或者可以进行净化或其他处理。

从图1中可以看出，还提供了控制系统200。该控制系统200被构造为至少能够运行以向压力过滤器124供给以及可选地向管状压力机126、分选机112和所有其他处理设备供给，使得压力过滤器124的腔室最初被供给浆料，其中该浆料的主要部分是来自第一分组s1的浆料。随后，例如在预定时间之后或当预定量的浆料已经被供应到压力过滤器124时，控制系统200将向压力过滤器124供给浆料，其中该浆料的主要部分是来自第二分组s2的浆料。通过首先向压力过滤器124供给较容易脱水的颗粒，可以在该供给步骤期间保持经过压力过滤器124的较高流速。但是本实用新型还具有以下优点，在随后的供给包含较难脱水的颗粒的浆料的过程中，经过压力过滤器124的流体也可以保持在比现有技术解决方案更高的速率。这是因为第二分组s2的这些颗粒当在腔室内时将粘附到第一分组s1的颗粒，而不一定到达压力过滤器的过滤介质，从而避免或至少减少了过滤介质的堵塞。第一分组s1的颗粒将在过滤介质的表面上形成具有一定深度的过滤床，并且至少一些第二分组的颗粒将被卡在该床上或在该床中，因此永远不会到达过滤介质。通过本实用新型，第二分组的颗粒由此不仅散布在过滤介质的表面区域上，而且还散布在由第一分组s1的颗粒形成的过滤床的整个深度上，从而消除或至少减少第二分组s2的颗粒的堵塞效果。在一个实施例中，多个分组将以分离的方式供给到压力过滤器。这意味着在第一供给步骤中，只有包括第一分组s1的颗粒的浆料将被供给到压力过滤器的腔室。然后，在第二供给步骤中，只有包括第二分组s2的颗粒的浆料被供给到腔室。在其他实施例中，压力过滤器由分组s1、分组s2的混合物供给，并且还可以随着时间改变到达压力过滤器的至少两个分组的比率。然而，第一供给步骤应包括颗粒的主要部分来自第一分组s1的浆料。

根据本实用新型，控制系统200还可包括用于帮助优化过程的计算部件。该系统可以用于执行关于本实用新型的自动和/或推断的动作。这意味着，系统可以从例如工厂人员或从整个系统中布置的大量传感器接收信息。例如，可以将系统构造为考虑以下参数中的一个或多个：

a.浆料供给和至少两个分组中的粒度(颗粒尺寸)分布。该信息可以通过例如数学或手动粒度分析仪(analyzers)提供。基于此类信息，控制系统可以决定至少两个分组s1、s2之间的分界线应位于何处。在确定压力过滤器的腔室中的处理压力和处理时间时，也可以考虑此信息。

b.浆料供给和至少两个分组中的颗粒形状分布。与尺寸相似，颗粒形状对颗粒的脱水特性有重要影响。例如，具有规则形状(例如球形)的颗粒通常比具有不规则形状的颗粒较容易脱水。

c.浆料供给和至少两个分组中的颗粒表面特征。

d.浆料供给和至少两个分组中的颗粒密度；

e.待处理的浆料的流速；

f.至少两个分组的流速；

g.压力过滤器中存在的物料的重量。例如，可以使用称重传感器(loadcells)测量压力过滤器的每个腔室的重量，从而实时跟踪腔室中存在的颗粒的量。该信息可以用于确定例如是否应将额外的浆料供给到腔室；

h.压力过滤器中的加压时间；

i.压力过滤器中的当前压力；

j.压力过滤器中的压力随时间的变化；

k.压力过滤器的过滤介质特性。这样的特性的一个示例是孔隙率(porosity)；

l.过滤压力气流特性。通过测量气体(通常是空气，该气体用于置换在压力过滤器的腔室内中的颗粒饼中存在的水)的压力和流速，控制系统可以获得有关饼的特性的信息。例如渗透率、含水量等；

m.最终产物的所需特性。例如，如果用户对最终产物的最低可能含水量不关注，则无需一直降低含水量，而是可以更专注于过程效率、降低处理时间和降低成本。在其他情况下，例如当最终产物要通过卡车/轮船或类似交通工具进行长距离运输时，降低含水量非常重要，以避免例如不必要的水的运输或水在运输过程中结冰。然后，过滤阶段中增加的处理成本，例如更高的压力和更长的处理持续时间，可以通过减少处置成本来得到更多的补偿；以及

n.至少两个分组的浆料供给的压力随时间的变化。

控制系统可以确定上述参数中的任何一个，并且可以确定需要调节哪些参数以获得所需的最终产物和/或最佳的过程特性。应当注意，在一个实施例中，控制系统200可以基于预定的自动动作仅控制两个分组s1、s2的供给。但是，控制系统也可以或多或少地控制从浆料源110到水处理130的整个过程，并且可以基于过程的所有部分的输入，通过应用自动化动作和推断动作的结合来进行控制。

已经确定，通过使用本实用新型，在某些应用中可以使用具有较大渗透率的过滤器过滤介质。通常，第一分组s1将包括尺寸通常大于第二分组s2的颗粒尺寸的颗粒。即使较大的颗粒已被选择为比现有技术解决方案中通常选用的颗粒更大，较大的颗粒也将无法穿透过滤介质的开口。当第二分组s2的颗粒(通常小于第一分组s1的颗粒)被供给到压力过滤器时，这些颗粒将粘附到在腔室中的第一分组s1的颗粒，因此不会通过过滤介质。由于流速将会增加，因此能够选择具有较大开口的过滤介质显然是有意义的。

图2示出了经过已经应用了本实用新型的压力过滤器的腔室的示意性横截面。最外面的元件20是压力过滤板。在30处表示过滤器过滤介质。在右手侧上，可以看到膜25和例如气体或水的加压层24。在每一过滤介质30上，通过首先将包括这些颗粒的浆料泵送到腔室300中，形成较容易脱水的颗粒的层40a。在这些层40a的每一个上，通过将通常更难脱水的颗粒的浆料泵送到腔室300中来形成附加颗粒层40b。在40c处，可以看到包括通常更难脱水的颗粒的浆料的剩余流体。因为分离和脱水将从用于填充腔室的泵压力中发生，将发生层40a、40b和40c的分离。当已经停止向腔室供给浆料并且已经形成颗粒饼时，通过例如气体或水24对膜25加压，并且将饼在例如15巴(bar)下压缩。例如10巴～30巴的其他压力，在本领域中是已知的，并且可以根据需要施加。这将导致颗粒进一步脱水，且腔室中存在的水将在脱水的该最后阶段被压而穿过过滤介质。这种膜加压(membranepressurizing)还将确保颗粒饼粘在一起成一个整体。并且根据本实用新型，将减少过滤介质被颗粒堵塞，并且脱水将更快且需要更少的压力。在最后的步骤中，例如通过图中未示出的喷嘴将空气吹过饼。空气将通过置换大部分剩余水来干燥饼。在此，重要的是将颗粒的饼保持在一起，并且不存在裂缝或类似物。如果饼上有任何裂缝，空气将沿着这样的路径流动，而不会使饼的其余部分脱水。如果不存在裂缝，则在膜加压阶段之后，空气将穿过整个饼并干燥仍存在于饼中的全部或至少大部分水。

技术人员认识到，在不脱离所附权利要求所限定的本实用新型的范围的情况下，本文所述实施例的多种修改是可能的。例如，可以根据需要和合理性来选择颗粒分组的数量。同样，在本文所示的实施例中，在供给到压力过滤器之前，第二分组仅经历脱水或增稠(thickening)中的一个步骤。第一分组也可以经历这样的处理，并且在供给到压力过滤器之前可以完成一个以上的脱水步骤。本实用新型也适用于具有人工智能和/或机器学习部件的计算部件。技术人员应理解，本实用新型也适于与生物质、污泥和纤维一起使用。