包含细粒的水性组合物的处理的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月31日提交的美国临时申请no.62/452784、于2017年7月21日提交的美国临时申请no.62/535398、于2017年9月5日提交的美国临时申请no.62/554220以及于2017年11月8日提交的美国临时申请no.62/583360的权益，这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

本公开涉及包含细粒的水性组合物(例如，来自选矿的尾矿)的脱水和固结。

背景技术：

各种采矿和开采工艺产生了尾矿流，其特征为水中的微粒物质的浆液。这些尾矿通常含有不能直接排放至河流和溪流中的有害成分。常规的做法是将尾矿储存在非常大或者具有多个场地的尾矿库中。例如，目前估计加拿大的油砂尾矿库覆盖约200平方公里的面积。在美国，环境保护署确认有超过500个煤灰煤浆库，大部分位于阿巴拉契亚(appalachian)煤矿地区。在佛罗里达州，磷矿开采每天产生约100,000吨浆液形式的磷酸盐粘土，其也储存在尾矿库中。脱水极为困难，并且磷酸盐工业中约40％的矿区留在不稳定的粘土沉降区域。铝、铜、锌、铅、金、银等矿石的采矿和开采也会产生尾矿流。

尾矿库的管理和可持续性方面的问题凸显且越来越多。用于形成尾矿库的筑坝或围塘通常由当地的材料构件，这存在严重的潜在风险。西弗吉尼亚州(westvirginia)的煤浆坝失事导致水牛溪(buffalocreek)洪灾，致超过125人遇难。近年来，尾矿限制池的溃坝导致严重的、甚至灾难性的环境破坏。例如，在2016年，中国河南省的尾矿坝失事排放了约2,000,000立方米的赤泥，从而淹没了附近的村庄。在2015年，缅甸的玉石开采产生的废石堆发生事故，导致至少113人遇难。

在油砂工业中，将直径等于或小于44μm的颗粒定义为细粒。细粒是废物流中沉降速度远小于粗砂的部分，从而在尾矿库表面附近保留携带一些细粒的水层。这些水会在沥青提取工艺中被再利用。最初，大部分细粒(主要是硅石和粘土颗粒)形成被称为流体细粒尾矿(fft)的中间层。该流体的固形物含量较低，在15％和30％之间，其也被称为薄细粒尾矿(tft)。随着时间的推移，继续进行沉降，但是矿物颗粒的表面负电荷限制了聚集，并且形成了被称为成熟细粒尾矿(mft)的不同的层。mft的固形物含量平均为约30％，但是其固形物含量随深度的不同而改变。mft具有凝胶状性质，从而难以处理和脱水。据估计，仅依靠重力作用，这些尾矿成分将会耗费数十年至数百年的时间进行固结和沉降以实现土地复垦。在佛罗里达州，来自磷酸盐开采的尾矿形成了类似的胶状结构。在表面硬壳之下，这些尾矿的固形物含量为约25％，并且具有类似于流体的粘稠度。

所谓的“围塘(impoundmentponds)”用于储存来自于煤处理和燃烧的两类废物。作为燃烧残余物的煤灰便是这样一种材料，其包括若干种成分(粉煤灰、底灰等)。epa估计在2012年，美国产生了一亿吨煤灰。有干式处理方法，并且煤灰也能够再利用为建筑材料，但是由于经济原因，将煤灰排放至沉渣池的湿式处理是常见的做法。epa估计在超过200个电厂处有超过500座沉渣池。关于这些沉渣池的渗滤液的环境问题越来越多。

用于煤加工废物的第二类围塘储存作为选煤厂的产物的材料，在选煤厂中，除去原煤中的尘土和石块以降低其灰分并提高其价值。这通过清洗来完成。然而，这种煤炭清理过程会产生污泥或泥浆形式的排出料流。这种泥浆包含非常微细的煤颗粒以及其他物质(如粘土)，并且与上述尾矿流一样，这种泥浆非常难于通过使用标准方法经济地脱水。美国现在约有600座储存这些废料的所谓的泥浆围塘，大多位于阿巴拉契亚采煤区。这些泥浆围塘的尺寸达50英亩，并且包含数十亿加仑的有毒污泥。这些物质在有用资源(煤炭细粒形式)损失以及重大环境危害这两方面都意味着经济成本。华盛顿邮报(2013年4月24日)报道：美国露天采矿复垦执行办公室(officeofsurfaceminingreclamationandenforcement)研究发现，许多泥浆围塘墙体不牢固，并且已知发生了泄露。历史上，发生过数次煤灰污泥池(ashandsludgepond)的灾难性事故，导致严重伤亡和环境恶化。随着煤炭产业的衰退以及采矿公司申请破产，仍在使用中的储存池以及已废弃的储存池成为严重的且越来越大的问题。

由铝土矿开采氧化铝也会产生大的尾矿流。每年会产生约77,000,000吨强碱性废弃物，其主要由氧化铁构成并且被称为赤污泥或赤泥。如上所述，这会产生严重的处理问题以及会导致灾难性后果的尾矿坝失事。

一直存在这样的需求：管理并治理水性细粒(例如，尾矿)以减小尾矿体积以及/或者通过有利于土地复垦和整治的方式使尾矿中的固形物脱水并固结。

技术实现要素：

本公开的优点包括将包含细粒的水性组合物(例如，尾矿)脱水以产生高固形物含量材料的方法。

通过固结水性组合物中的固形物的方法从而至少部分地满足了这些优点和其他优点。所述方法包括用高水溶性盐处理包含细粒和工艺用水的组合物。有利的是，所述方法可包括用至少一种高水溶性盐或其溶液处理组合物，并且该方法可任选地包括以下中的一者或者两者：(i)至少一种聚合物絮凝剂或其溶液和/或(ii)任选的粗粒，例如砂，从而形成经处理的组合物。经处理的组合物可包含工艺用水中的固结材料，随后可有利地将工艺用水与固结材料分离。

实施本公开的方法包括(例如)(i)用至少一种高水溶性盐处理组合物，以形成包含工艺用水中的固结材料的经处理的组合物；(ii)用至少一种高水溶性盐和至少一种聚合物絮凝剂处理组合物，以形成包含工艺用水中的固结材料的经处理的组合物；(iii)用至少一种高水溶性盐和粗粒处理组合物，以形成包含工艺用水中的固结材料的经处理的组合物；和(iv)用至少一种高水溶性盐、至少一种聚合物絮凝剂和粗粒处理组合物，以形成包含工艺用水中的固结材料的经处理的组合物。这些实施方式均可包括盐和/或聚合物絮凝剂的水溶液以处理组合物。这些实施方式均可包括将工艺用水与固结材料分离。有利的是，固结材料的密度大于工艺用水的密度。

这些方法的实施方案包括单独的或组合在一起的一个或多个如下特征。例如，包含细粒的水性组合物可为尾矿。在一些实施方案中，在20℃下，至少一种高水溶性盐在水中的溶解度(盐/水溶解度)为至少约5g/100g，例如，20℃的溶解度为至少约10g/100g。在其他实施方案中，至少一种高水溶性盐为非水解盐。在其他实施方案中，至少一种高水溶性盐可具有一价阳离子，并且可包括铵类盐、磷酸类盐或硫酸类盐或者它们的组合。

在某些实施方案中，经处理的组合物中至少一种高水溶性盐的盐组分浓度为至少0.5重量％，优选为约1重量％以上，例如至少一种高水溶性盐为至少约2重量％，甚至大于约3重量％、4重量％、5重量％等。在一些实施方案中，至少一种聚合物絮凝剂为聚丙烯酰胺或其共聚物。经处理的组合物中至少一种聚合物絮凝剂的聚合物组分浓度为约0.001重量％以上，例如，约0.003重量％以上、0.005重量％以上、0.01重量％以上或0.04重量％以上。在其他实施方案中，用粗粒(例如，砂)处理组合物，砂与细粒之比小于4:1，例如，在约2.5:1.0至约0.5:1之间或者在约2.25:1至约0.75:1之间。有利的是，聚合物絮凝剂形成高密度絮凝体，例如，絮凝体的密度大于工艺用水的密度，这有助于固结固形物的分离和脱水。

在不同实施方案中，处理组合物可包括将组合物与含有至少一种高水溶性盐和至少一种聚合物絮凝剂的溶液合并。在一些实施方案中，处理组合物可包括将组合物流(例如，尾矿)与包含至少一种高水溶性盐的溶液流与包含至少一种聚合物絮凝剂的另一溶液流合并。作为可替代的方式，或者以组合的方式，处理组合物可包括将组合物流(例如，尾矿)与同时包含至少一种高水溶性盐和至少一种聚合物絮凝剂的溶液流合并。也可将粗粒(例如，砂)加入组合物或其料流和/或任意或所有的溶液流中。有利的是，可以直列式混合料流和/或借助于直列式混合器进行混合。在某些实施方案中，可在50℃以下的温度进行组合物的处理，例如，温度为约40℃以下或约30℃以下。在其他实施方案中，处理组合物包括使用一种或多种高水溶性盐的溶液处理组合物，所述溶液源自天然的或现有的来源，例如海水或高盐度水域。

在其他实施方案中，可通过倾析、过滤、抽真空、重力排水、电过滤等或其组合中的任一种或多种，将工艺用水与固结材料分离。在不同实施方案中，将工艺用水与固结材料分离可包括将固结材料机械脱水，例如，通过螺杆式脱水机将固结材料机械脱水。在分离后，可转移固结材料以进一步脱水或处理。

在本公开方法及其各种实施方案的实践方面，分离的工艺用水可包含至少一种高水溶性盐，并且所述方法可进一步包括回收分离的工艺用水的至少一部分。在一些实施方案中，所述方法可进一步包括使回收的分离工艺用水的至少一部分再循环，以处理其他的尾矿。在其他实施方案中，所述方法进一步包括净化至少一部分回收的工艺用水。

本公开的另一方面包括从细粒的水性组合物(例如，尾矿)中回收有用材料。有用材料可包括与来自各种类型的水性细粒(例如，尾矿流)的固形物(例如，尾矿中的粘土)有关的稀土元素(ree)。因此，在实践本公开方法及其各种实施方案的某些方面中，水性组合物可进一步包含稀土元素材料，可通过用至少一种高水溶性盐(例如铵类盐，如硫酸铵)处理组合物以形成包含工艺用水和/或固结材料中的ree的经处理的组合物，从而回收稀土元素材料。在一些实施方案中，所述方法还包括使工艺用水与固结材料分离，并从分离的工艺用水和/或固结材料中回收ree。

有利的是，本公开的方法可固结组合物中的固形物，以产生固形物含量超过约45重量％的固结材料，例如，固形物含量大于约50重量％，大于约60重量％、65重量％、70重量％和75重量％。

在实践本公开方法及其各种实施方案的某些方面中，在根据某些实施方案的经处理的组合物的混合和/或脱水之后，形成于经处理的组合物中的固结材料可在短时间内获得高固形物含量。在一些实施方案中，在混合和/或脱水之后，固结材料的固形物含量可大于约50重量％，并且可为至少约60重量％、65重量％、70重量％、75重量％

和80重量％。

本公开的另一方面包括用于处理水性细粒的水溶液。该水溶液包含高水溶性铵类盐和聚合物絮凝剂，例如，水溶性聚合物。实施方案分别包括或共同包括一种或多种高水溶性盐的水溶液，其浓度为约1重量％以上，例如，浓度为至少约2重量％、5重量％、10重量％、20重量％、30重量％甚至高达40重量％，或者为水性盐浆。该水溶液还可包含一种或多种聚合物絮凝剂，并且浓度为约0.005重量％以上，例如，浓度为约0.01重量％以上、0.04重量％以上、0.05重量％以上、

0.1重量％以上、0.2重量％以上、0.4重量％以上。

通过以下详细说明，本发明的其他优点对于本领域技术人员是显而易见的，其中通过示出实施本发明时所设想的最佳实施方式，仅示出并描述了本发明的优选实施方案。将理解到，在不脱离本发明的前提下，本发明能够具有其他不同实施方案，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改。因此，附图和说明书视为是示意性的而非限制性的。

附图说明

参见附图，其中在所有附图中，具有相同附图标记的要素表示相似的要素，其中：

图1示意性地示出了固结包含细粒和工艺用水的水性组合物的方法的示例性实施方案。

图2示出了包含根据本公开实施方案进行处理的废料煤浆的小瓶的照片。该照片显示在添加离子溶液后(左图)、在随后进行离心分离(中图)以及除去上清液后(右图)的煤浆。

图3示出了在从小瓶中移出后来自图2的脱水煤浆的照片(左图)，以及随后在纸巾之间用手挤压的照片。

图4示出了包含来自油砂加工的成熟细粒尾矿的小瓶的照片，所述成熟细粒尾矿经过包含聚丙烯酰胺絮凝剂的铵盐溶液处理，其中聚丙烯酰胺絮凝剂的浓度示于图中。

图5示出了包含成熟细粒尾矿的小瓶的照片，该成熟细粒尾矿经过了铵盐和聚丙烯酰胺絮凝剂处理，图中示出了在试验条件下提高盐浓度并降低聚合物浓度的效果。

图6示出了包含来自油砂加工的成熟细粒尾矿的小瓶的照片，所述成熟细粒尾矿经过包含不同量的聚丙烯酰胺絮凝剂的海水的处理。

具体实施方式

本公开涉及处理包含细粒的水性组合物以将组合物固结并脱水。细粒的水性组合物可为尾矿形式，其通常是在开采和加工诸如金属矿石(例如，铝、铜、锌、铅、金、银等)、磷酸盐矿石、油砂等矿石时产生的。在煤加工时也会产生细粒的水性组合物。例如，一些方法在煤燃烧之前将煤微细研磨，从而更容易得到硫铁矿(硫类化合物)，从而降低研磨煤在燃烧时的硫释放。这种方法可产生水性组合物中的微细煤颗粒以及其他微细矿物或矿物质，这些微细煤颗粒以及其他微细矿物或矿物质难以回收再利用。

本公开的水性组合物中的粒状固形物可为矿物和类矿物材料，即，矿物质、粘土、粉砂(slit)，其尺寸范围在细粒至粗粒固形物之间。本文中使用的术语细粒与加拿大油砂分类体系一致，其是指尺寸等于或小于44微米(μm)的固形物颗粒。砂是指尺寸大于44μm的固形物颗粒。细粒的组成取决于材料的来源，但是通常细粒主要包含粉砂和粘土物质，有时候根据矿石而包含矿物或矿物质。尾矿可具有不同的固形物含量，并具有不同的细粒含量作为其固形物含量。根据本公开实施方案进行处理的尾矿可包含有效量(以重量计)的细粒(＞5重量％)作为其固形物含量。这种尾矿可包含至少约10重量％、20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、60重量％、70重量％或更高的细粒作为其固形物含量。

有利的是，本公开的方法能够固结包含细粒的水性组合物(例如，尾矿)的固形物，以产生固结材料，该固结材料的固形物含量超过约45重量％，例如，固形物含量大于约70重量％。

术语凝聚和絮凝在文献中通常互换使用。然而，本文中使用的凝聚是指通过添加水解盐而发生的颗粒聚集，而絮凝是指通过絮凝聚合物引发的颗粒聚集。水解盐在加入水中时发生水解并形成金属氢氧化物，金属氢氧化物从溶液中析出，从而将细粒和其他矿物捕获在凝聚体中。水解盐在水中的溶解度通常较低，并且被用作凝聚剂。相反，认为由絮凝引发的聚集源自于聚合物连结至颗粒，从而将颗粒结合在一起形成所谓的絮凝体，由此造成颗粒的聚集。

在本公开的实践方面，通过用一种或多种高水溶性盐或其水溶液处理细粒和工艺用水的水性组合物，以使组合物中的固形物去稳定化并固结，例如，使组合物中的细粒去稳定化并固结，从而将水性组合物固结。认为因添加盐而引发的聚集是由于如下原因：通过改变或遮蔽颗粒的表面电荷从而减小了颗粒间的排斥力(这种排斥力防止聚集的发生)，从而使悬浮于液体中的颗粒不稳定。在某些实施方案中，所述组合物为尾矿，例如，包含细粒和工艺用水的水性液体中的粒状固形物的悬浮液，如来自金属提取的尾矿流或包含煤炭细粒和其他物质的煤浆。所述方法包括用一种或多种高水溶性盐或其水溶液处理组合物，以形成经处理的组合物，该经处理的组合物包含工艺用水中的固结材料，如固结细粒。然后可将工艺用水与固结材料分离。有利的是，固结材料的固形物含量为至少45重量％，例如固形物含量大于约50重量％，大于约60重量％、65重量％、70重量％和75重量％。

可用于实践本公开的盐包括在水中具有高溶解性的盐。本文中使用的高水溶性盐为20℃下在每100g水中的溶解度大于2g(即，盐/水溶解度为2g/100g)的盐。优选的是，高水溶性盐在20℃下的水溶解度为至少约5g/100g，例如，在20℃下的水溶解度为至少约10g/100g(盐/水)。

此外，本公开的方法中使用的高水溶性盐优选为非水解盐。水解盐在加入水中时发生水解并形成金属氢氧化物，金属氢氧化物从溶液中析出。认为这种水解盐会形成开放絮凝体(openflocs)，其固形物含量低，并且不易于回收以与其他尾矿一起用于连续或半连续方法中。此外，水解盐在水中的溶解度较低，并且在高温下使用以确保实现聚集的足够溶解度，这是需要大量能量的过程。专利文献us4,225,433中披露了在75℃下使用石灰作为凝聚剂。

此外，高水溶性盐优选不是羧酸盐，这是因为此类有机酸盐往往比无机盐更贵，并且对植物和/或动物生命可能有害。

不具有水解性且可用于实践本公开的方法的高水溶性盐包括具有一价阳离子的盐，例如，碱卤化物盐，如氯化钠、氯化钾；此外，具有一价阳离子的盐如硝酸钠、硝酸钾、磷酸钠和磷酸钾、硫酸钠和硫酸钾等也可用于实践本公开的方法。其他用于实践本公开的方法的一价阳离子盐包括铵类盐，如乙酸铵(nh4c2h3o2)、氯化铵(nh4cl)、溴化铵(nh4br)、碳酸铵((nh4)2co3)、碳酸氢铵(nh4hco3)、硝酸铵(nh4no3)、硫酸铵((nh4)2so4)、硫酸氢铵(nh4hso4)、磷酸二氢铵(nh4h2po4)、磷酸氢二铵((nh4)2hpo4)、磷酸铵((nh4)3po4)等。也可使用这些盐的混合物。

铵盐可用于实践本公开，这是因为在铵类盐与水性细粒(例如尾矿)结合后，位于固结材料上的残余铵类盐对植物生命有益。事实上，许多铵类盐可用作肥料，例如氯化铵、硝酸铵、硫酸铵等。许多一价硫酸盐和磷酸盐也可用作肥料。在本公开的某些实施方案中，高水溶性盐或本公开方法中使用的盐优选不具有毒性，并且对植物生命有益，从而有助于环境整治以及矿区的恢复。

在本公开的一个方面中，通过用高水溶性盐处理本公开的组合物，使得组合物中的固形物去稳定化并固结。这种方法可包括：将包含细粒和工艺用水的组合物与高水溶性盐混合，以使细粒固结；以及将工艺用水与固结细粒分离，从而得到高固形物含量，例如至少45重量％。在一些实施方案中，高水溶性盐为铵类盐。

可用于实践本发明方法的高水溶性盐还可包括具有多价阳离子的盐。这种盐包括(例如)二价阳离子盐，如钙和镁的阳离子盐，如氯化钙(cacl2)、溴化钙(cabr2)、硝酸钙(ca(no3)2)、氯化镁(mgcl2)、溴化镁(mgbr2)、硝酸镁(mg(no3)2)、硫酸镁(mgso4)；和三价阳离子盐，如铝和铁(iii)的阳离子盐，如氯化铝(alcl3)、硝酸铝(al(no3)3)、硫酸铝(al2(so4)3)、氯化铁(iii)(fecl3)、硝酸铁(iii)(fe(no3)3)、硫酸铁(iii)(fe2(so4)3)等。如上面所阐述的，本公开的方法中使用的高水溶性盐优选为非水解盐。许多多价阳离子盐具有水解性，因此基于上述原因是不优选的。此外，与具有一价阳离子的高水溶性盐相比，利用多价盐进行的实验显示出容器结垢增加，并且形成了凝聚性较低的固结材料。此外，一些多价盐如fecl3和fe2(so4)3具有很高的腐蚀性，并且会氧化硫铁矿而形成fe2(so4)3，从而导致酸矿径流(acidminerun-off)，这使得这些盐不优选用于本公开的方法中。

当被处理的组合物中包含足够高浓度的高水溶性盐时，盐可使组合物中的固形物去稳定化并固结。对于相对较短的工艺时间和相对较低的能量投入，至少一种高水溶性盐的盐组分浓度应当优选为至少0.5重量％，并且优选为约1重量％以上，例如为至少约2重量％，甚至为至少约3重量％、4重量％、5重量％等。本文中使用的术语“盐组分浓度”是指经处理的水性细粒(例如，尾矿)中高水溶性盐的浓度，其通过用高水溶性盐的质量除以盐和水性细粒以及用以稀释盐的全部水的总质量而得到的百分比来确定。例如，通过将1重量份的未稀释(例如，纯的)盐与99重量份的尾矿混合，得到1重量％的盐组分浓度。或者，通过用等重量的2重量％的盐溶液处理尾矿，所得到的经处理尾矿的盐组分浓度也为1重量％。

可使用作为固形物的高水溶性盐来处理本公开的组合物，例如，使作为粉末的盐与组合物混合。或者，可使用作为溶液的盐进行处理，例如，使盐的水溶液与组合物混合。在本公开的一些方面中，可制备浓度为约1重量％以上的高水溶性盐的水溶液，例如，浓度大于约2重量％、5重量％、10重量％、20重量％、30重量％甚至高达40重量％，或制备为水性盐浆。组合物和盐溶液或盐浆应当以这样的比例混合，该比例足以使组合物去稳定化，从而引发其中的固形物的固结。在本公开的一个方面中，组合物和盐溶液的混合比在5.0:1.0至1.0:5.0之间，例如，组合物与盐溶液的混合比在1.5:1.0至1.0:1.5之间。

在本发明方法的一些实施方案中，更有利的是使用高溶解性盐的天然来源，如包含足够高浓度(例如，至少约2重量％，甚至至少约3重量％或更高)的这些盐的天然水域中的高溶解性盐。例如，可使用海洋或海水作为高溶解性盐的来源，在某些条件下这可极大提高所述方法的经济性。绝大部分海水的盐度在31g/kg和38g/kg之间，即，3.1％-3.8％。平均来说，全世界海洋中的海水的盐度为约3.5％(35g/l，599mm)。海水包含盐的混合物，不仅包含钠阳离子和氯阴离子(总计占所存在的溶解盐的约85％)，而且还包含硫酸根阴离子以及钙、钾和镁阳离子。还存在其他离子(如碳酸氢根)，但是这些离子是主要成分。可用作高溶解性盐的来源的高溶解性盐的其他天然来源包括高盐度水域，例如，高盐度湖、池塘或水库。高盐度水域为具有高浓度氯化钠和其他高溶解性盐的水域，其盐度超过海水，例如大于3.8重量％，通常大于约10重量％。这种高盐度水域位于地表以及地下，可通过矿石开采作业将其带到地表。

在用至少一种高水溶性盐处理水性细粒之后，组合物中的固形物可固结，例如，通过进行搅拌，随后在沉降槽中进行重力沉降或通过进行离心分离，以提高经处理的组合物中固结材料的形成速度。可通过倾析、过滤、电过滤、错流过滤、抽真空和/或机械脱水(即，向固结材料施加外力)，从而将固结材料与工艺用水分离。在分离后，可转移固结材料以进一步脱水或处置。

尽管高水溶性盐能够使水性细粒中的固形物去稳定化并固结，但是发现，通过添加一种或多种聚合物聚凝剂，能够显著改善所述方法。向高水溶性盐中加入聚合物絮凝剂显著缩短了细粒固结时间。此外，本公开的方法还可包括用诸如砂等粗粒(例如，尺寸大于44μm的颗粒)处理水性细粒，从而显著提高固形物含量。与砂混合对于所具有的固形物大部分为细粒的水性细粒而言是适合的，这是因为细粒可位于粗粒之间的空隙中，从而增强堆积并提高固形物含量。然而据发现，对于某些组合物如煤浆，不需要添加砂以实现高固形物含量，这是因为水性细粒流中已存在足够多的粗粒以获得高固形物含量材料。

因此，本公开方法的实施方式包括(例如)(i)用至少一种高水溶性盐处理组合物，以形成经处理的组合物，该经处理的组合物包含在工艺用水中的固结材料；(ii)用至少一种高水溶性盐和至少一种聚合物絮凝剂处理组合物，以形成经处理的组合物，该经处理的组合物包含在工艺用水中的固结材料；(iii)用至少一种高水溶性盐和粗粒处理组合物，以形成经处理的组合物，该经处理的组合物包含在工艺用水中的固结材料；和(iv)用至少一种高水溶性盐、至少一种聚合物絮凝剂和粗粒处理组合物，以形成经处理的组合物，该经处理的组合物包含在工艺用水中的固结材料。这些实施方式均可包括用盐和/或聚合物絮凝剂的水溶液处理组合物。这些实施方式均可包括使工艺用水与固结材料分离。有利的是，固结材料的密度大于工艺用水的密度。然后可通过倾析、过滤、重力排放、电过滤、错流过滤、抽真空和其他蒸发技术等中的一种或多种、以及/或者通过用于固结材料脱水的设备如离心分离机、倾析离心分离机、螺杆式脱水机、旋流器、带式真空过滤器、压滤机或压制设备等中的一种或多种设备，从而容易地将工艺用水与固结材料分离。此外，可在安全壳结构(containmentstructure)中处理经分离的固结材料或使其沉积，该安全壳结构能够去除由固结材料释放的水。

可用于实践本公开的聚合物包括水溶性絮凝聚合物，如聚丙烯酰胺类或其共聚物，例如：非离子聚丙烯酰胺；阴离子聚丙烯酰胺(apam)，如聚丙烯酰胺-共-丙烯酸；和阳离子聚丙烯酰胺(cpam)，其可包含如丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)等共聚单体。可用于实践本公开的其他水溶性絮凝聚合物包括聚胺，如聚胺或其季铵化形式，例如季铵化形式的聚丙烯酰胺-共-二甲基氨基乙基丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚二氰基二酰胺或其共聚物，聚酰胺-共-胺，也可使用聚电解质，如磺化聚苯乙烯。还可使用其他水溶性聚合物，如聚氧乙烯或其共聚物。聚合物絮凝剂可合成为具有不同分子量(mw)、电荷类型和电荷密度的形式，以符合特定要求。有利的是，本公开方法的实践中所使用的絮凝聚合物不包括使用足够量的活化多糖或活化淀粉(即，经过热处理的多糖和淀粉)以将絮凝体的密度降至低于工艺用水的密度，其中絮凝体从工艺用水中分离出来。当将这种活化多糖和活化淀粉以足够高的用量使用时，倾向于形成会升至水性组合物表面的低密度絮凝体，这妨碍了在涉及高固形物含量的大规模作业中除去固形物，并且还会妨碍固结材料的脱水。

优选的是，用于处理水性细粒的聚合物的量应当足以使组合物中的固形物以及任何添加的粗粒(例如，砂)絮凝。用于处理包含细粒和工艺用水的水性组合物(如尾矿)的聚合物的量可描述为基于组合物总重量的浓度、或者基于组合物中固形物的重量百分比的用量。

在本公开的一些实施方案中，经处理的组合物中一种或多种聚合物絮凝剂的浓度具有约0.001重量％以上的聚合物组分浓度，例如，约0.003重量％以上、0.005重量％以上或约0.01重量％以上。对于相对较短的处理时间，当聚合物组分浓度为约0.04重量％以上时可获得细粒/砂混合物的固结。本文使用的术语“聚合物组分浓度”是指经处理的组合物中絮凝聚合物的浓度，其通过用聚合物的质量除以聚合物和组合物以及用于溶解聚合物的所有水的总质量得到的百分比而确定。例如，通过将1重量份的未稀释(例如，纯的)聚合物与9999重量份的尾矿混合，得到0.01重量％的聚合物组分浓度。或者，通过用等重量的0.02重量％的聚合物溶液处理尾矿，所得到的聚合物组分浓度也为0.01重量％。在一些实施方案中，用至少一种聚合物絮凝剂处理水性细粒，以得到约0.02重量％以上的聚合物组分浓度，例如约0.03重量％以上、0.04重量％以上、0.05重量％以上，甚至为至少约0.07重量％、0.09重量％、0.1重量％、0.2重量％等。能够以更大的浓度使用聚合物絮凝剂。然而，在超过一定的高浓度时，难以溶解絮凝剂，溶液变得过于粘稠，并且该方法的经济性降低。

在本公开的一些实施方案中，经处理的组合物(例如，尾矿)中一种或多种聚合物絮凝剂具有如下浓度：其用量(絮凝剂的重量/组合物(如尾矿)中固形物的重量)为约0.005重量％以上，例如约0.01重量％以上，优选为约0.015重量％以上、0.020重量％以上、0.025重量％以上、0.03重量％以上或0.04重量％以上。

如果提高盐组分浓度，则可降低聚合物絮凝剂的量。尽管该效果的原因尚不清楚，但是如果提高盐组分浓度，则为约0.001重量％以上(例如，约0.003重量％以上、0.005重量％以上、0.01重量％以上、0.02重量％以上、0.03重量％以上、0.04重量％以上、0.05重量％以上)的极低的聚合物组分浓度便能够使组合物中的固形物实现非常迅速的固结。

可用于实践本公开的某些方法的粗粒优选为砂，并且当用于处理组合物时，这种颗粒的量优选为：砂/细粒之比(sfr比)小于4:1，例如为约2.5:1.0至约0.5:1，或者约2.25:1至约0.75:1。以重量计，通过确定添加至水性细粒中估计重量的固形物细粒中的砂的量，从而计算sfr比。认为粗粒的使用有助于固结细粒的堆积，从而有利地提高固形物含量，甚至能够形成固结固形物的压紧结构(jammedstructure)，即，各固结固形物颗粒不再相互间自由移动的结构。

可通过多种方式用至少一种高水溶性盐并任选地用至少一种聚合物絮凝剂和/或任选的砂来处理包含细粒和工艺用水的水性组合物，如尾矿。在某些实施方案中，处理组合物包括组合和/或混合各种成分。此外，可将至少一种盐作为未稀释的粉末形式固形物或作为溶液直接添加到组合物中；可将至少一种聚合物絮凝剂作为未稀释材料或作为溶液直接添加到组合物中，并且可将砂直接添加到组合物中，或者将砂与盐和/或聚合物或其溶液一同添加到组合物中。可将盐和聚合物在包含或不包含砂的单一溶液中组合，然后与组合物组合在一起。盐、聚合物和砂与组合物的组合顺序能够得到相当的结果，并且方法的优化取决于组合物的类型和方法中所使用的规模以及设备。

然而，更方便的做法是：首先制备包含一种或多种高水溶性盐和一种或多种聚合物絮凝剂的一种或多种溶液，然后将所述一种或多种溶液与组合物以及砂混合。在某些实施方案中，可制备浓度为约0.5重量％以上或1重量％以上的一种或多种高水溶性盐的水溶液，例如，浓度为至少约2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、10重量％、20重量％、30重量％、并且甚至高达40重量％，或者制备为水性盐浆以用于处理组合物。盐的水溶液中也可包含一种或多种聚合物絮凝剂，并且一种或多种聚合物絮凝剂的浓度可为约0.005重量％以上，例如，约0.01重量％以上、0.04重量％以上、0.05重量％以上、0.1重量％以上、0.2重量％以上、0.4重量％以上。可使用高水溶性盐和聚合物絮凝剂的水溶液处理组合物，并且水溶液与组合物的混合比以组合物:水溶液计在5.0:1.0至1.0:5.0之间，例如组合物与水溶液之比为1.5:1.0至1.0:1.5。可在组合物与高水溶性盐和聚合物絮凝剂的水溶液混合之前、之中或之后，将砂与组合物混合在一起。

由于在本公开的方法中使用了优选具有水溶性的高水溶性盐和聚合物絮凝剂，因此无需将经处理的水性细粒的温度升至高于环境温度以实践所述方法。在某些实施方案中，根据各种实施方案的组合物的处理可在50℃以下的温度进行，例如，约40℃以下或约30℃以下。在其他实施方案中，例如油砂泡沫尾矿的固结，通过此前的加工，尾矿流已经是温热或热的。本公开的方法可直接应用于这些尾矿流。

在本公开的实践方面，例如，可用至少一种高水溶性盐或其水溶液处理包含细粒和工艺用水的组合物(例如，粒状固形物在水性液体中的悬浮液)，从而使这种组合物固结，并且这种组合物可任选地包含以下中的一者或两者：至少一种聚合物絮凝剂(例如，水溶性聚合物絮凝剂)或其水溶液，和/或任选的粗粒(例如，砂)，以形成经处理的组合物。通过这种方式处理组合物(例如，尾矿)可使经处理的组合物中的固形物(例如，细粒和砂)去稳定化并固结以形成固结材料，该固结材料能够在重力作用下相对快速地在工艺用水中沉降。

可进一步将经处理的组合物和/或固结材料脱水，以进一步将工艺用水与固结材料分离，并且在一些情况中，进一步将固形物固结。在一些实施方案中，可通过倾析、过滤如电过滤、错流过滤、重力排水、抽真空和其他蒸发技术等中的一种或多种，以及/或者通过一种或多种机械脱水，即，使用固结材料脱水装置向固结材料施加外力(例如通过应用离心分离机、倾析离心分离机、螺杆式脱水机、旋流器、压滤机或压制设备等，或它们的组合)，从而将形成于经处理的组合物中的固结材料与工艺用水分离。在本公开的方法的一个方面中，通过如下方式将工艺用水与固结材料分离：使经处理的组合物流通过错流过滤器(例如，多孔管或开槽管)，该错流过滤器将经处理的组合物流过滤并脱水，从而将工艺用水与固结材料分离。然后易于将工艺用水与固结材料分离。在本公开方法的另一方面中，可通过重力排水将工艺用水与固结材料分离，从而在处理尾矿后的约一个月内获得至少约70％的固形物含量，例如，在处理尾矿后的约两周或约一周的重力排水时间内获得至少约70％的固形物含量。在本公开方法的另一方面中，可从经处理的组合物中分离出固结材料，并将所分离的固结材料在薄层上升沉积(thinliftdeposition)中沉积，从而进一步将固结材料脱水。

有利的是，形成于经处理的组合物中的固结材料具有高固形物含量，例如，固形物含量大于约50重量％，并且为至少约60重量％、65重量％、70重量％和75重量％。此外，在将根据某些实施方案的经处理的组合物在短时间内混合和/或脱水之后，在经处理的组合物中形成的固结材料可具有高固形物含量。在本公开的实施方案中，在混合和/或脱水后，固结材料的固形物含量可大于约50重量％，并且为至少约60重量％、65重量％、70重量％、75重量％和80重量％。在某些实施方案中，在处理组合物后的约一个月的重力排水时间内获得至少约70％的固形物含量，例如，在处理组合物后的约两周或约一周的重力排水时间内获得至少约70％的固形物含量。

在本公开的实施方案中，所述方法包括将组合物与高水溶性盐(例如，铵类盐)、水溶性聚合物(例如，聚丙烯酰胺)和任选的砂混合，例如砂与细粒之比为约2.25:1至约0.75:1，从而在少于10分钟内形成包含具有高固形物含量的固结材料的经处理的组合物，其中根据所使用的脱水方法，所述固形物含量大于约50重量％，例如，为至少约60重量％、65重量％、70重量％以上。

本公开方法的另一优点为从包含稀土元素的尾矿中回收材料。例如，某些尾矿可包含含有稀土元素的有用矿物。由iupac定义的稀土元素(ree)为元素周期表中的17种化学元素(具体为十五种镧系元素以及钪和钇)之一。钪和钇被视为稀土元素，这是因为其与镧系元素一样倾向于出现在相同的矿床中，并且表现出类似的化学性质。许多ree被用于电子设备、磁体、高性能覆层中。这种ree包括铈(ce)、镝(dy)、铒(er)、铕(eu)、钆(gd)、钬(ho)、镧(la)、镥(lu)、钕(nd)、镨(pr)、钷(pm)、钐(sm)、钪(sc)、铽(tb)、铥(tm)、镱(yb)和钇(y)。

水性细粒中的ree通常为离子或氧化物形式。例如，锆可以锆石、zrsio4的形式存在，钛可以矿物质钛铁矿、白钛石和金红石的形式存在。煤灰和煤清洁废料包含稀土元素。耐火粘土煤灰(fireclaycoalash)具有非常高浓度的钇和锆。油砂尾矿也包含ree。

本公开的方法还可用于回收ree。认为在一些尾矿中，ree吸附在尾矿中的粘土表面上。在其他尾矿中，ree主要包含在尾矿的固形物中，但是也可位于工艺用水中。由于铵离子与ree离子间的交换，吸附的ree可与本公开的高水溶性盐(例如，铵类盐)交换。可通过用酸浸取固形物并随后进行提取和沉淀，或者通过苛性碱分解并随后进行酸浸取，从而由尾矿中的固形物获得ree。

本公开方法的另一方面包括通过用至少一种高水溶性盐(例如铵类盐，如硫酸铵)处理包含细粒和工艺用水的水性组合物(例如尾矿，其包含ree材料)，从而使该水性组合物固结，由此形成包含工艺用水中的固结材料的经处理的组合物，该经处理的组合物包含工艺用水和/或固结材料中的ree材料。在本公开的一个方面，经处理的组合物将细粒固结，并且还从固形物中分离出ree材料并使其进入工艺用水中。然后可将工艺用水与固结材料分离，并且可从分离的工艺用水中回收ree材料。可通过使用草酸进行沉淀或通过提取，从而从工艺用水中回收ree材料。从工艺用水中回收ree的其他方法包括矿物质加工和物理选矿、低共熔溶剂提取/离子液体提取、酸溶解、高温相分离、使用ree选择性吸附剂、光泳、现场盐水注入和提取(in-situbrineinjectionandextraction)、反应性研磨(reactivegrinding)等。在本公开的其他方面中，经处理的组合物将细粒固结，并且ree位于固结材料中。然后可将工艺用水与固结材料分离。然后可用酸(例如，硝酸、硫酸等)浸取固结材料，随后用溶剂和/或离子交换树脂进行提取，然后使其沉淀。或者，可用苛性碱试剂(如氢氧化钠)处理固结材料，以使某些材料分解并形成ree的氢氧化物，然后用酸(例如hcl)进行浸取。

此外，可用至少一种聚合物絮凝剂和任选的砂处理包含ree材料的组合物，以形成经处理的组合物。经处理的组合物中至少一种高水溶性盐的盐组分浓度为至少0.5重量％，优选至少一种高水溶性盐的盐组分浓度为约1重量％以上，如至少约2重量％，甚至大于约3重量％、4重量％、5重量％等。

本公开的方法能够通过连续或半连续方法大规模地处理水性细粒，并进一步回收、循环和净化水性细粒中的至少一部分工艺用水，并任选地回收ree材料。当将非水解性的高水溶性盐用于本公开的方法中时，与最初的经处理的组合物分离的工艺用水可有利地包含大量的一种或多种高水溶性盐(其最初用于处理组合物)。在某些实施方案中，分离的工艺用水包含至少一种高水溶性盐，并且所述方法包括：回收至少一部分分离的工艺用水；使至少一部分回收的分离工艺用水再循环以处理其他的水性细粒；和/或净化至少一部分回收的工艺用水。在其他实施方案中，分离的工艺用水包含ree材料盐，并且所述方法还包括：回收至少一部分分离的工艺用水；使至少一部分回收的分离工艺用水再循环以处理其他的水性细粒；回收ree材料和/或净化至少一部分回收的工艺用水。

图1示意性地示出了这种示例性的连续或半连续方法。如图所示，通过将盐流(101a)(其可为水溶液)与组合物流(103a)合并，从而用一种或多种高水溶性盐和任选的一种或多种聚合物絮凝剂和任选的粗粒(砂)处理包含细粒和工艺用水的水性组合物。对于该实施方案，组合物为尾矿组合物，但是可通过相同方式对其他水性细粒组合物进行加工。任选地，通过将絮凝剂流(102a)(其可为水溶液)与组合物流(103a)合并，从而用一种或多种聚合物絮凝剂处理组合物。或者，可将盐和絮凝剂合并在一起成为溶液，以处理作为尾矿流的尾矿。也可将粗粒(砂)加入组合物或组合物流中，并且/或者可将粗粒(砂)加入任意的或全部的液流中。

盐和聚合物的溶液流可来自储存罐101和102，水性细粒流和砂流可分别来自储存罐103和105。或者，尾矿可来自油砂提取作业。

对于该实施方案，盐流(101a)和聚合物流(102a)以及尾矿流(103a)被带到混合装置107，在混合装置107中添加砂流(105a)并将该组合混合。混合装置107可为直列式混合器、混合罐、螺旋带式混合机、或其他能够混合料流101a、102a、103a和105a的混合装置。对于该实施方案，水性细粒与作为溶液的盐和聚合物组合，随后加入砂以处理水性细粒。然而，可改变此顺序，例如，可将砂与水性细粒(105b)组合，随后与盐和聚合物溶液混合。所加入的砂可为湿料流或干料流。在一些实施方案中，以直列式(inaline)组合料流可实现充分混合，从而无需单独的混合装置(例如，直列式混合)，并且可将组合在一起的料流直接带到机械脱水装置，以将固结材料与工艺用水分离，并且在一些实施方案中，进一步将固结材料中的固形物固结。

如图1的实施方案所示，在经过混合器107之后，经处理的水性细粒(其包含固结材料和工艺用水)被转移至脱水装置109，以将工艺用水与固结材料分离。这种脱水装置包括(例如)倾析、过滤、电过滤、错流过滤、重力排水或抽真空装置或其组合中的一种或多种，和/或利用一种或多种固结材料脱水装置，如离心分离机、倾析离心分离机、螺杆式脱水机、旋流器、带式真空过滤器、压滤机或压制装置等或其组合。

分离的工艺用水可回收并收集在罐111内，并且分离的固结材料可回收并收集在容器113内。对于该实施方案，罐111中的回收的工艺用水包含这样的工艺用水，其来自被料流101a稀释的水性细粒(例如，尾矿)，因此罐111中的回收的工艺用水包含来自一种或多种高水溶性盐的残余的盐，并且可能包含来自一种或多种聚合物絮凝剂的残余聚合物以及来自水性细粒的污染物。如果水性细粒包含ree材料，则罐111中的回收的工艺用水和/或113中的固结材料也可包含ree材料。还存在作为初始水性细粒的构成成分的高水溶性盐，这些高水溶性盐成为回收的工艺用水的一部分。然后可将罐111中的回收的工艺用水转移至水净化系统115，以净化转移至罐117中的至少一部分的回收的工艺用水。可用于本公开方法的实施方案中的水净化系统包括反渗透系统、真空蒸馏系统、电渗析、过滤系统等。将剩余的未经净化的回收工艺用水转移至罐119，以回收包含所述一种或多种高水溶性盐和作为初始水性细粒的构成成分的高水溶性盐的工艺用水。可将剩余的未经净化的回收工艺用水返回至处理工序。对于该实施方案，可将至少一部分未经净化的回收工艺用水返回至储存罐101，并且可通过添加来自一个或多个补充罐(例如补充容器121和122)的其他高水溶性盐或聚合物絮凝剂，从而矫正盐或聚合物的浓度不足。

本公开的方法还可包括从回收的分离工艺用水或从固结固形物中回收ree材料。可通过沉淀(例如，使用草酸)或提取由工艺用水回收ree材料。其他从工艺用水中回收ree的方法包括矿物质加工和物理选矿、低共熔溶剂提取/离子液体提取、酸溶解、高温相分离、使用ree选择性吸附剂、光泳、现场盐水注入和提取、反应性研磨等。本公开的方法还可包括通过酸浸取或苛性碱分解由固结固形物回收ree材料。

本公开的方法可包括添加有机溶剂(例如，石脑油、煤油或c5-8烃，如戊烷、己烷、庚烷、苯、甲苯等，或者它们的混合物)，以稀释水性细粒(例如尾矿)中包含的有机材料，如残余的烃、有机溶剂、油、沥青。添加的有机溶剂与有机材料形成了有机混合物，可将该有机混合物除去。

此外，可回收固结固形物。回收的固结固形物可包含来自尾矿处理的残余的高水溶性盐。当用于尾矿处理的盐有益于植物生命时(例如，铵类盐或硫酸类盐或磷酸类盐)，残余的盐与固结固形物可起到肥料的作用。回收的固结固形物可包含ree材料，如本文中其他部分所阐述的，可将ree材料与固结固形物分离。

例子

以下实施例旨在进一步示出本发明的某些优选实施方案，而不具有限制的性质。本领域技术人员仅通过常规实验便能认识到或者能意识到本文所述特定物质和步骤的许多等价形式。

煤灰浆液固结

通过红外光谱法分析煤灰浆液的初始样本，以确定固形物含量。此外，经估算，样品包含30％以上的煤细粒，即，微细煤颗粒和微细矿物颗粒的混合物。将约5g的煤浆置于小瓶内，并加入等重量的水性离子溶液，振荡稀释的浆液以使成分混合。离子溶液由水、10重量％的硫酸铵和0.1重量％的聚丙烯酰胺(pam)构成。由图2中左侧的图可看出，立即发生了沉降。然后将小瓶以3000rpm离心分离30秒，如图2中中间的图所示，颗粒固结为密实体(compactmass)。上清液表现为澄清的，不包含可见的悬浮颗粒。从图2中右侧的图可看到，当除去上清液时，发现密实的固形物具有足够的内聚强度以在小瓶倒置时保持其形状。

将材料从小瓶中移除(图3，左图)，并将一部分干燥。固结材料的初始固形物含量为54％。将一些剩余固结材料挤压(用手)在纸巾之间(图3，右图)。经过挤压的材料的固形物含量为74％。

处理油砂尾矿中不同的盐和盐浓度

利用含砂或不含砂的不同浓度的各种高水溶性盐来处理油砂尾矿，从而进行其他实验。制备了一系列的盐/聚合物溶液。所有的盐/聚合物溶液均包含0.1重量％的聚丙烯酰胺(pam)，但是盐的种类和浓度不同。例如，制备了一系列的10重量％、5重量％和2重量％的氯化钙溶液，其均包含0.1重量％的pam，该溶液用来处理mft。制备了其他的10重量％、5重量％和2重量％的硫酸铵溶液、氯化钾的盐溶液等，其均包含0.1重量％的pam。然后在小瓶中将等重量的特定盐/聚合物溶液与包含砂或不含砂的mft组合，随后剧烈混合。然后在lwscientificlaboratory离心机上以3000rpm将小瓶进行离心分离，以形成浆液形式的固结材料。在离心分离之后，通过吸液管使上清液与固结材料分离。然后将固结材料称重、干燥并再次称重，以确定固结材料的固形物含量。下表1和2中归纳了用于处理mft的各种盐及其浓度、以及所得的固形物含量数值。

表1：经等重量的盐/pam溶液(未添加砂)处理的mft在离心分离后的固形物含量

表2：经等重量的盐/pam溶液(添加砂，sfr比率为1:1)处理的mft在离心分离后的固形物含量

1.盐-尾矿浓度为约5重量％。

2.盐-尾矿浓度为约2.5重量％。

3.盐-尾矿浓度为约1重量％。

表1记录了利用各种盐/聚合物溶液(未添加砂)处理mft之后，干燥的固结材料的固形物含量。在离心分离约30秒后，高水溶性盐使固结材料的固形物含量范围为约31％至37％。然而，在试验条件下，与具有单价阳离子的高水溶性盐相比，使用具有多价阳离子(如铝和三价铁阳离子)的高水溶性盐造成了小瓶瓶壁上产生污垢，并得到了内聚性较小的固结材料。在使用10％的盐浓度的一些试验中，使用吸液管移除位于固结材料上方的澄清的水，并将湿固形物在纸巾之间挤压。发现与通过使用具有一价阳离子的盐(如nh4cl和(nh4)2so4等铵盐)获得的经挤压的固形物相比，具有多价阳离子的盐(氯化铝(alcl3)、氯化铁(fecl3)和氯化钙(cacl2)，其在小瓶瓶壁上大量沉积粘稠材料)所得到的经挤压的固形物的内聚性较低。

表2记录了在用各种盐/聚合物溶液和砂处理mft之后，干燥的固结材料的固形物含量。以砂与细粒之比为1:1添加砂(即，向5g具有30％固形物的mft中加入1.5g的砂，从而得到砂重量/mft中固形物重量之比为1:1)。在离心分离30秒后，高水溶性盐使固结材料的固形物含量范围为约46％至58％，这显著高于未使用砂时的固形物含量范围。尽管包含添加了砂的小瓶的固形物含量为不含砂的小瓶的固形物含量的两倍，但是经离心分离的浆液的体积大致相等。

表1和表2的数据显示，添加2重量％的盐溶液以处理mft与添加10重量％的盐溶液具有相同的效果。即，1重量％的盐-尾矿浓度与5重量％的盐-尾矿浓度具有相同的效果。由于使用了等重量的盐/聚合物溶液来处理mft，因此经处理的尾矿中所添加的盐的盐浓度为盐/聚合物溶液中盐浓度的一半，即，添加2重量％的盐溶液得到1重量％的盐-尾矿浓度，添加10重量％的盐溶液得到5重量％的盐-尾矿浓度。可通过多种方式实现经处理的mft中的盐-尾矿浓度。为了在前述小瓶试验中便于处理，方便的做法是将等重量的盐/聚合物溶液与mft组合。然而，当使用较小量的高浓度盐/聚合物溶液以得到相同的盐-尾矿浓度时，固结材料会获得相当的结果。

在产生高固形物材料方面，在平底小瓶中进行离心分离不如使用离心管有效。应记住在所有的实验室小瓶和管的试验组中，颗粒间的间隙中一直存在有溶液。下文中将示出，通过简单的排水或者通过使用本领域已知的机械排水方法(例如，压滤机、带式过滤器、错流过滤、螺杆式脱水砂机(dewateringsandscrews)、倾析离心分离机、旋流器等)，可容易地将固结材料的固形物含量提高至超过46％至58％的固形物含量范围。

处理油砂尾矿中的不同盐浓度和聚合物浓度

当一同使用盐、聚合物和砂时，应使用浓度超过0.5重量％且优选为约1重量％以上的盐-尾矿浓度，以实现尾矿中固形物的适当快速的固结。此外，尽管在聚合物-尾矿浓度低至0.01重量％时，在相对较短的处理时间内获得了一定程度的细粒/砂混合物的固结，但是在聚合物-尾矿浓度为0.05％以上时获得了优异的结果。通过一系列的小瓶实验确定了这些优选浓度。图4中上面一排小瓶示出了通过将5g的2重量％硫酸铵((nh4)2so4)溶液(其包含pam)加入到5g的mft中而获得的结果。还添加了砂，以使砂/细粒之比为1:1(即，添加了1.5g的砂)。溶液中pam的量在0.1％(以重量计)和0.02％(以重量计)之间改变。下面一组小瓶示出了当使用1重量％的硫酸铵时所观察到的现象。这些小瓶在3000rpm下离心分离30秒以加速沉降。

可看到在所有经过1重量％的(nh4)2so4溶液处理的小瓶中，存在一定程度的细粒和砂的沉降，但是上清液中包含大量的悬浮颗粒。此外，目视存在一定程度的砂和细粒的分离。相反，经2重量％的(nh4)2so4溶液(其包含0.1重量％的pam)处理的mft显示出沉降的密实固形物，其与澄清的上清液接触。随着由小瓶a4至e4溶液中聚合物的量不断降低，上清液的澄清度降低，这是因为有更多的悬浮颗粒保留在液相中。更长的离心分离时间会得到更为澄清的上清液，但是对于较短的处理时间，优选的是处理mft以使盐-尾矿浓度为约0.5重量％以上，并且聚合物-尾矿浓度为约0.04重量％以上。

通过将离心分离后的固结材料与上清液分离，将湿块体称重、干燥并再次称重以确定固形物含量，从而通过干燥确定图4中示出的各小瓶内固结材料的固形物含量。表3中归纳了这些小瓶组的固结材料的固形物含量。

表3：经硫酸铵/pam处理的mft在离心分离后的固形物含量(固形物含量通过分离并干燥固结材料测得)

可看到，对于包含0.1重量％pam的2重量％的(nh4)2so4溶液，获得了略微高于60％的固形物含量。当用pam浓度为0.08重量％和0.06重量％的溶液处理mft时，固形物含量仅略微降低，但是当pam浓度更低时，固形物含量显著降低。对于各小瓶a4-e4，当用等重量的(nh4)2so4/聚合物溶液处理mft时，得到为约1重量％的盐-尾矿浓度，并且小瓶a4中聚合物-尾矿浓度为约0.05重量％pam，小瓶b4中聚合物-尾矿浓度为约0.04重量％pam，小瓶c4中聚合物-尾矿浓度为约0.03重量％pam，小瓶d4中聚合物-尾矿浓度为约0.02重量％pam，小瓶e4中聚合物-尾矿浓度为约0.01重量％pam。对于1重量％的(nh4)2so4溶液，固形物含量变化不定，表明在这些实验中固结材料中粗粒和微细颗粒的分离存在问题。

更高的盐浓度使得可降低聚合物浓度

当一同使用盐、聚合物和砂以处理尾矿时，观察到在确定的情况中，如果提高盐-尾矿浓度，则可降低聚合物-尾矿浓度。因此，如果提高盐-尾矿浓度，则极低的聚合物-尾矿浓度便可实现尾矿中固形物的非常快速的固结。图5示出了随着盐浓度的升高，需要更少的聚合物絮凝剂以获得澄清的上清液。对于这些试验，从右至左聚合物-尾矿浓度以0.01％的增幅由0.01％升高至0.05％，而由上至下盐-尾矿浓度由1％增加至2％。

在用海水处理油砂尾矿时不同的聚合物浓度

对于这些实验，制备非离子聚丙烯酰胺(得自snf，fa920)浓度在0.1％(以重量计)和0.02％(以重量计)之间的海水(取自美国东海岸的大西洋)溶液。认为海水中高水溶性盐的浓度大于3重量％。使用海水-聚合物溶液处理来自油砂加工的mft。在小瓶中，使用等量的海水-聚合物溶液处理mft(将约5g的海水-聚合物溶液添加到约5g的mft中)。首先将经处理的混合物搅拌，然后将小瓶在3000rpm下离心分离30秒以加速沉降。这些结果示于图6的照片中。从左至右，用于处理mft的海水分别包含约0.1重量％、0.08重量％、0.06重量％、0.04重量％和0.02重量％的聚合物絮凝剂。这些实验表明，可在本公开的方法中使用源自海水的高水溶性盐的混合物。

本公开中仅示出并描述了本发明的优选实施方案及其用途广泛的实施例。应理解的是，本发明能够用于各种其他的组合和环境中，并且能够在本文所表述的发明理念范围内进行改变和修改。因此，例如，本领域技术人员仅通过使用常规实验便能认识到或者能意识到本文所述特定物质、步骤和布置的许多等价形式。认为这些等价形式在本发明范围内，并且被随附权利要求涵盖。