尾矿物流的处理的制作方法
【专利说明】尾矿物流的处理 【背景技术】 技术领域 [0001]
[0002] 本公开涉及一种处理采矿作业中产生的尾矿物流以利用延迟胶凝作用提供沉积 物的方法。
[0003] 相关领域说明
[0004] 作为一般术语，尾矿是指来自采矿作业和采出材料的加工的副产物，在采出材料 的加工中，从采出材料，即，已从土移出的材料中分离例如提取有价值的材料，诸如金属、矿 物、煤等。尾矿通常包含粘土和任选的砂和/或岩石。尾矿还包含水。水与机械和/或化 学工艺结合使用，来从采出材料中移除有价值的材料。采矿作业包括用于贵金属、贱金属、 矿石、粘土和煤的那些。此外，采矿作业包括从油砂中回收沥青。
[0005] 尾矿处理和处置是采矿作业的主要问题。通常期望从尾矿中回收水，用于在提取 工艺和运输中再利用。通常将诸如粘土和砂的尾矿固体以及诸如岩石的其它固体材料送至 采矿作业当地的储存设施或处置区域。此类储存设施或处置区域的管理是一项巨大的任 务。
[0006] 尾矿的储存或处置涉及构造这样一种设施，该设施对于储存（包括永久性储存） 是安全、足够大并且稳定的，以将尾矿包含在该设施内并且保护当地环境。可期望从尾矿储 存设施中接取水用于在诸如提取和其它处理的采矿作业中使用。
[0007] 在提取工艺中产生各种尾矿物流。尾矿物流是包含需要进一步处理的组分的含水 流（浆液、悬浮液），所述进一步处理可包括提取有价值的材料或固体去除和/或纯化以使 得尾矿物流的含水量能够再循环。一些尾矿物流将长期（包括永久性地）沉积在尾矿池中。 粗固体可快速沉降。池的顶层可随着时间的推移而变得澄清，以得到适用于在提取工艺中 再利用的水。一个层可包含水和细小的固体，这些固体沉降得非常缓慢。该层最终可变成 成熟细尾矿（MFT)。
[0008] MFT是包含粘土、砂、粉土、水和任选的岩石中的一种或多种的稳定的复合浆液。 MFT几乎无强度，不能生长植物，并且可能对动物生命具有毒性，因此必须将其封闭并防止 其污染水源。通常，需要若干年的沉降时间来得到MFT，其持续数十年发生极小的另外沉降 或固结。
[0009] MFT池造成了环境问题。例如，亚伯达（Alberta)的能源保护局（Energy Resources Conservation BoarcO(ERCB)已公布了指令074,该指令要求减少MFT池和形成 用于采矿中产生的MFT的适于通行的沉积物并且由所有油砂作业者从油砂中提取沥青。
[0010] Moffett在US 2010/0104744 Al中公开了一种用硅酸盐源和活化剂处理尾矿物 流的方法。硅酸盐源是碱金属硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、或它们的组合。活化剂可为酸、碱 土金属盐、铝盐、有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯、酰胺、或它们的组合。
[0011] 碱金属硅酸盐溶液因其二氧化硅与金属氧化物的比率（SiO2 : M2O)而不同于胶 态二氧化硅溶胶。例如，硅酸钠的溶液具有小于4 : 1的SiO2: Na2O,如Iler的"The Chemistry of Silica"（二氧化娃化学），Wiley Interscience (1979)，第 116 页所公开。 Iler还表述了"不可获得具有更高比率的硅酸盐溶液"。
[0012] Moffett在2011年12月19日提交的美国专利申请序列号13/329,375中公开了 一种用胶凝剂和活化剂处理尾矿物流的方法。所述胶凝剂是选自由胶态二氧化硅、铝-改 性的胶态二氧化硅、去离子胶态二氧化硅、聚硅氧烷、硅酮酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯、氨基甲 酸酯、酚醛塑料、氨基塑料、乙烯基酯-苯乙烯、聚酯-苯乙烯、基于糠醇的糠醛聚合物、环氧 化物、硫化油、木质素、木质素磺酸盐、木质素亚硫酸盐、蒙旦蜡、聚乙烯基吡咯烷酮、以及它 们中两种或更多种的组合。活化剂可以为将引发胶凝作用的任何化合物或化合物的混合 物。
[0013] 尾矿管理的一个重要方面是尾矿固体的固结，即，以减少沉积尾矿的含水量，例 如，以使处置时需要的储存空间最小化。
[0014] 将处理过的尾矿置于倾斜表面上是一种优选的沉积技术。理论上，处理过的尾矿 被沉积在最高点或倾斜沉积场，并容许穿过倾斜场和与所述场相同的斜坡上的凝胶。期望 随着沉积物流下坡，凝胶形成缓慢发生，以避免处理过的固体大量堆积在斜坡顶部或第一 部分。先前改变凝胶形成延迟时间的尝试包括降低硅酸盐源的浓度、降低活化剂的浓度或 使用酯作为活化剂。虽然这些方法有点效果，但也可能影响尾矿的脱水和强度。虽然在尾 矿处理方面已有许多进展，但是仍然需要利用延迟凝胶化工艺改进尾矿的脱水（使尾矿中 的水更少）、固结（减小尾矿的体积）和强化中的一个或多个。本发明满足这些需求。
【发明内容】
[0015] 本公开提供一种处理包含水、固体和任选的聚丙烯酰胺的尾矿物流的方法。所述 尾矿处理方法包括：（a)使所述尾矿物流与硅酸盐源接触预定时间段，以形成混合物；b)在 所述预定时间段后，使所述混合物与活化剂接触，以引发凝胶形成，其中凝胶将固体包埋在 所述凝胶内；和c)使所述凝胶强化并固化；其中所述凝胶形成与非延迟工艺相比有所延 迟。 【具体实施方式】
[0016] 以上综述和下列发明详述仅是示例性和说明性的而不是对本发明进行限制，本发 明如所附权利要求中所限定。根据以下发明详述和权利要求，任何一个或更多个实施方案 的其它特征和有益效果将显而易见。
[0017] 如本文所用，术语"包含"、"包括"、"具有"或它们的任何其它变型均旨在涵盖非排 他性的内含物。例如，包括要素列表的工艺、方法、制品、或设备不必只限于这些要素，还可 包括其它没有明确列出的或此类工艺、方法、制品、或设备固有的要素。此外，除非明确有相 反的表述，否则"或"是指包含性的或而非排他性的或。例如，以下任何一种情况均满足条件 A或B :A为真（或存在的）且B为假（或不存在的），A为假（或不存在的）且B为真（或 存在的），以及A和B均为真（或存在的）。
[0018] 同样，使用"一个"或"一种"来描述本文所述要素和组分。这样做仅是为了方便 并且对本发明的范围提供一般性意义。此描述应被理解为包括一个或至少一个、一种或至 少一种，并且单数也包括复数，除非明显地另指他意。
[0019] 除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语的含义均与本发明所属领域 的普通技术人员通常理解的一样。如发生矛盾，以本说明书（包括定义）为准。尽管与本 文所描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可用于本发明实施方案的实施或测试中， 但下文描述了适宜的方法和材料。此外，材料、方法和实例只是例证性的，而不旨在是限制 性的。
[0020] 当数量、浓度或其它数值或参数以范围、优选范围或优选上限数值和/或优选下 限数值的列表形式给出时，它应理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围 下限或优选数值的任何一对所构成的所有范围，而不管所述范围是否被单独地公开。凡在 本文中给出某一数值范围之处，该范围均旨在包含其端点以及位于该范围内的所有整数和 分数，除非另外指出。
[0021] 在描述下述实施方案详情前，先定义或阐明一些术语。
[0022]
[0023] 如本文所用的某些术语具有如下文提供的定义。
[0024] 趙土是主要由水合硅酸铝构成的任何天然存在的材料。粘土可为粘土矿物和少量 非粘土材料的混合物或其可主要为一种粘土矿物。类型通过主要粘土矿物来确定。
[0025] 术语粗颗粒是指单个颗粒或颗粒的集合体。本领域技术人员将认识到，粗颗粒的 尺寸可根据尾矿物流的来源而变化。例如，在油砂尾矿中，粗颗粒被定义为大于44 μ m的颗 粒。另选地，在煤矿尾矿中，粗颗粒被定义为大于2. 5 μπι的颗粒。
[0026] 包埋固体意指将固体颗粒诸如粘土、砂、粉土和岩石（如果存在）捕获在凝胶结构 内，而水不永久性地保持在该结构内。
[0027] 术语细企颗粒是指单个颗粒或颗粒的集合体。本领域技术人员将认识到细小颗粒 的尺寸可根据尾矿物流的来源而变化。例如，在油砂尾矿中，细小颗粒被定义为小于44 μ m 的颗粒。另选地，在煤矿尾矿中，细小颗粒被定义为小于2. 5 μπι的颗粒。
[0028] m是具有有序的内部结构和特征性化学组成、晶体形式和物理性质的天然存在 的无机元素或化合物。
[0029] 岩五是任何固结或粘附的且相对坚硬的天然形成的矿物质团块；石头，大多数是 由两种或更多种矿物组成。
[0030] 砂是未固结或中等固结的沉积矿床（sedimentary deposit)，最通常由石英（二 氧化硅）构成，但是可包括岩石或矿物的任何矿物组合物或混合物的颗粒，诸如珊瑚砂，其 由石灰石（碳酸钙）组成。（来源：AGI美国地质协会）
[0031 ] 粉土是细小的粒状岩石和/或矿物的混合物。
[0032] 如本文所用，术语"延迟凝胶形成"意指不会在步骤（a)中添加硅酸盐源时立即形 成凝胶。这也意味着当工艺的其它处理条件实质上相同时，与非延迟工艺相比，从在步骤 (b)中将活化剂添加至混合物中或与其接触之时开始，处理过的尾矿物流的屈服应力的增 加速率大幅下降。
[0033] 如本文所用，术语"处理过的尾矿"或"处理过的尾矿物流"意指步骤（a)和（b)后 的所得尾矿物流混合物。其包含尾矿物流、硅酸盐源、活化剂、形成的凝胶、任选的增强剂和 任选的聚丙烯酰胺。
[0034] 如本文所用，术语"非延迟工艺"意指其中同时或接近同时地将硅酸盐源和活化剂 添加至尾矿物流中或与其接触的工艺。
[0035] 延迟凝胶形成使处理过的尾矿物流在铺展到表面上方时流得更远。当处理过的尾 矿需要在胶凝前流动较长距离时，这是很重要的。在正常非延迟工艺下，胶凝受到硅酸盐源 强度、活化剂、PH调节等的控制。出乎意料地，本公开提供一种在添加活化剂后延迟凝胶形 成的方法。
[0036] 本公开提供一种处理包含水、固体和任选的聚丙烯酰胺，基本上由它们组成或由 它们组成的尾矿物流的方法。所述尾矿处理方法包括：(a)使所述尾矿物流与硅酸盐源接 触预定时间段，以形成混合物；b)在所述预定时间段后，使所述混合物与活化剂接触，以引 发凝胶形成，其中凝胶将固体包埋在所述凝胶内；和c)使所述凝