含水悬浮液的处理的制作方法

专利名称：含水悬浮液的处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿物材料尤其是废矿物浆料的处理。本发明尤其适于来自矿物处理和选矿处理的尾渣和其它废料的处置，包括将粗和细固体当作均匀混合物进行共处置。
处理矿石从而提取矿物值(mineral values)的方法正常都会产生废料。废料一般由包含和水混合的例如矿泥、页岩、砂子、砂砾、金属氧化物等颗粒矿物材料的含水浆料或污泥组成。
在有些情况下，废料比如矿尾渣可以在地下矿中方便地处置形成回填料。通常，回填废料包含高比例的粗大尺寸的颗粒以及其它小尺寸颗粒，其以浆料的形式泵入矿中，在矿中脱水，使固体就地沉降。通常可行的是采用絮凝剂辅助这个过程，使细材料形成絮凝从而增加沉降速率。但是，在这种情况下，粗材料一般比絮凝的细材料的沉降速率更快，导致粗细固体沉积得不均匀。
在其它应用中，可能不能在矿中处置废料。在这些情况下，通常可行的是将含水浆料泵入泻湖、成堆或堆叠，并通过沉降、排水和蒸发作用逐渐脱水来处置该材料。
有巨大的环保压力要求用于处置目的的新土地最小化以及更有效地使用现有废料空地。一种方法是在某空地上加载多层废料，使废料堆叠得更高。但是，这样难以确保废料只在以前固化的废料表面上在可接受边界内流动并在固化后形成堆叠，也难以确保该废料固化后足以支撑多层固化后的材料，不出现倒塌或滑坡。所以，对提供具有正确特性从而便于堆叠的废料的要求，也和其它形式的处置(比如在相对封闭的区域内回填)的要求不同。
在通常的矿物处理操作中，在含水处理中将废固体和含有矿物值的固体分离开。废固体的含水悬浮液通常含有矿泥和其它矿物，通常称作尾渣。这些固体通常通过絮凝处理浓缩在增稠器里，形成高密度的底流并回收部分处理水。通常将底流泵到表面保持区域，通常称作尾渣坑或坝。一旦沉降在在该表面保持区域后，水持续从该含水悬浮液中释放出来，导致该固体在一段时间里进一步浓缩。一旦收集了足够量的水，通常将其泵回矿物加工厂。
为了使对环境的冲击最小化，尾渣坝的规模通常有限。另外，由于搬移泥土和构建围墙的成本很高，所以制造大型的坝很昂贵。这些坝的底面往往略有坡度，使得固体释放的所有水集中在一个区域，然后被泵回加工厂。常出现的问题是当流出的水中携带了细颗粒的固体时，会对该水造成污染并对该该水的后续使用有坏的影响。
在许多矿物加工操作中，例如矿砂选矿处理中，也很常见的是形成含有主要是粗矿物颗粒(＞0.1mm)的第二废料流。特别希望将粗的和细的废料颗粒当作均匀混合物处置，因为这样不仅仅改善了脱水后固体的力学性能，而且显著减少了土地再生(rehabilitate)所需的时间和成本。但是，这通常不可行，因为即使在沉积到沉积区域之前粗废料全部混到了细废料的含水浆料中，粗料沉降的速度比细料快得多，导致脱水固体中出现分带。而且，当粗料和细料数量比例相对较高时，粗料的快速沉降会产生过多的海滨倾角(beach angle)，从而促进了含有高比例细颗粒的含水废料的流失，进一步对回收的水造成污染。所以，通常需要分开处理粗废料流和细废料流，并且在脱水处理完成后通过机械重加工将这些材料重新结合在一起。
人们已经尝试解决上述所有问题，方法是采用凝结剂或絮凝剂处理加入尾渣坝的进料，以提高沉降速率和/或改善释放水的透明度。但是，这种方法没有成功，因为这些处理是以常规剂量施加的，对细废料的致密化速率或回收水的透明度都只有极少的或没有影响。
所以，需要提供能使水从固体浆料中更快释放的处理。另外，需要能以简便的方式保持浓缩的固体，从而防止任何粗部分和细部分发生分离，以及防止污染释放出的水，并同时使对环境的影响最小化。
在从矾土中回收氧化铝的Bayer方法中，矾土消化在含水碱液中形成铝酸钠，它和不溶的残渣分离开。该残渣由砂子和主要是铁氧化物的细颗粒组成。后者的含水浆料称作红泥。
在铝酸钠溶液和不溶性残渣初步分离后，砂子(粗废料)和红泥分开。进一步处理上清液，从而回收铝酸盐。随后，在多个顺序清洗阶段清洗红泥，即将红泥和洗涤液接触然后加入絮凝剂使其絮凝。在最后一个清洗阶段后，红泥浆料尽可能地增稠，然后被处置掉。本说明书中的增稠是指红泥的固含量增加。最后的增稠阶段可以仅仅包括使絮凝的浆料沉降，或者有时包括过滤步骤。可替换地或者另外地，红泥可以在泻湖中长时间沉降。在任何情况下，该最后的增稠阶段都受到需要将增稠的含水浆料泵到处置区域的限制。
该泥可以被处置和/或进一步干燥以在泥堆跺区域后续处置。为了适于堆跺，该泥应该具有高固含量，在堆跺时不应流动，而且应该相对较硬，以使堆跺角尽可能高，从而使一定量的堆跺占用尽可能少的区域。要求高固含量和要求材料保持为流体的可泵性相冲突，使得即使能够制备具有便于堆跺的所需高固含量的泥，也可能导致该泥缺乏可泵性。
从残渣中去除的砂子部分也进行了清洗，并送到了处置区域，进行独立地脱水和处置。
EP-A-388108描述了在含有含水流体以及分散的颗粒固体比如红泥的材料中，在泵吸之前加入水吸收性水不溶性聚合物，然后泵吸该材料，使其静置然后硬化，变成可以堆跺的固体。该聚合物吸收浆料中的含水液体，有助于颗粒固体的粘结，从而使该材料固化。但是，这种方法的缺点在于为了实现充分的固化需要高剂量的吸收性聚合物。为了得到充分硬化的材料，通常需要使用高达每吨泥10-20kg的剂量。虽然采用水膨胀性吸收性聚合物固化该材料可能看起来固体有了显著的增加，但实际上含水液体留在吸收性聚合物里。这样产生的不足在于由于含水液体实际并没有从固化材料中去除，所以在某些条件下含水液体会被后续解吸，这会导致该废料重新流体化的危险，从而不可避免地出现堆跺失稳的危险。
WO-A-96/05146描述了堆跺颗粒固体含水浆料的方法，包括在浆料中混入水溶性聚合物分散在连续油相中的乳液。优选的做法是用稀释剂稀释该乳液聚合物，稀释剂优选是烃液体或气体并且不会使乳化反转。所以，该方法的条件是聚合物不以水溶液的形式加入到浆料中。
WO-A-0192167描述了一种方法，包含颗粒固体悬浮液的材料被以流体形式泵吸，随后使其静置和硬化。硬化是通过在悬浮液中引入特性粘度至少是3dl/g的水溶性聚合物颗粒来实现的。这种处理使该材料保持被泵吸的流动性，但是在静置时使该材料硬化。这种方法的优点在于浓缩的固体很容易堆跺，使处置所需土地的面积最小化。该方法和使用交联性水吸收性聚合物相比，还有的优点在于水从悬浮液中释放出来而不是被聚合物吸收和留住。该发明强调了使用水溶性聚合物颗粒的重要性，并声明了使用溶解的聚合物的水溶液会没有效果。通过这种方法实现了水从废料固体的极其高效的释放和方便的存储，尤其在用于Bayer氧化铝工艺中的红泥底流时。
但是，尽管WO-A-0192167有了改进，尤其在处理红泥时，但仍需要进一步提高材料悬浮液的硬化以及进一步改善释放的液体的透明度。具体而言，本发明的目标是找到更合适的方法去处理来自矿砂、氧化铝或其它矿物加工操作的粗和/细颗粒废料，从而提供更好的液体释放和处置浓缩固体的更有效方法。而且，需要对已经以流体形式送到沉降区域进行处置的废料固体悬浮液的脱水进行改善，并改进流出的水的透明度。具体而言，需要提供更有效的方法，以处理送到沉降区域例如尾渣坝的废料悬浮液，确保快速有效的浓缩以及更环保的存储固体，并改善释放的液体的透明度。
在本发明的一个方面，提供了一种方法，其中将含有含水液体和分散的颗粒固体的材料作为流体送到沉降区域，然后使其静置和硬化，通过在材料中结合有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液，使硬化得到了改善，同时保持了材料在传送中的流动性。
在本发明的第二方面，提供了一种方法，其中含水液体含有具有双峰分布的颗粒尺寸的分散的颗粒固体，在用有效量的水溶性聚合物的水溶液处理后，静置，固化，没有出现颗粒固体的粗颗粒部分和细颗粒部分的明显分离。
在材料中加入水溶性聚合物的水溶液，使其在传送中保持了足够的流动性，并且一旦使该材料静置，它就会形成强度足够支持硬化材料后续层的固体块。出乎意料的发现，在该材料中加入聚合物的水溶液没有导致即刻硬化，在静置前也基本没有出现固体的沉降。
通常，悬浮的固体浓缩在增稠器里，该材料以底流的形式离开增稠器，该底流沿着导管泵入沉积区域。导管是任何便于将该材料送到沉积区域的装置，可以例如是管子或沟渠。材料在传送阶段保持为流体和可泵性，直到静置。
希望的是，本发明的方法是矿物处理操作的一部分，矿物处理操作中废料固体的含水悬浮液任选在容器中絮凝，形成含有含水液体的上清液层和包含形成该材料的增稠固体的底流层。在容器中将上清液层和底流分离，通常将上清液层进行循环或进一步处理。废料固体的含水悬浮液或任选的增稠底流，通常通过泵吸传送到可以是例如尾渣坝或泻湖的沉积区域。该材料可以仅仅由主要细颗粒或细颗粒和粗颗粒的混合物组成。任选地，在排放到沉积区域之前，附加的粗颗粒可以在任何方便的点上和含水悬浮液结合。一旦材料到达了沉积区域，使其静置，开始硬化。可以在任何方便的点上，通常在传送过程中，在材料中加入有效量的含水聚合物溶液。在有些情况下，含水悬浮液可以在送到沉积区域之前，首先送到储存容器中。
聚合物的合适剂量是每吨材料固体10-10000克。通常，合适剂量可以根据具体材料和材料固体含量变化。优选剂量是每吨30-3000克，但更优选的剂量是每吨60-200或400克。
材料颗粒通常是无机和/或通常是矿物。通常，该材料可以来自或者包含滤饼、尾渣、粘稠底流或没有增稠的工厂废流，例如其它矿物尾渣或矿泥，包括磷酸盐、钻石、金矿泥、矿砂、来自锌、铅、铜、银、铀、镍、铁矿石处理的尾渣、煤或红泥。该材料可以是从矿物处理操作的最后增稠或清洗阶段沉降的固体。因此，希望该材料来自矿物处理操作。该材料优选包含尾渣。
细尾渣或泵吸的其它材料可以具有10wt％-80wt％的固含量。浆料通常是20wt％-70wt％，例如45wt％-65wt％。细尾渣典型试样的颗粒尺寸基本上都小于25微米，例如约95wt％的材料颗粒小于20微米并且约75％小于10微米。粗尾渣基本上大于100微米，例如约85％大于100微米但通常小于10000微米。细尾渣和粗尾渣可以以任何方便的比例存在或者组合在一起，只要该材料仍然具有可泵吸性。
分散的颗粒固体具有双峰分布的颗粒尺寸。通常，该双峰分布可以包括细颗粒部分和粗颗粒部分，其中细颗粒部分的峰值基本上小于25微米，而粗颗粒部分的峰值基本上大于75微米。
申请人发现，当材料浓度相对较高并且相对均匀时结果更好。还可以将添加的聚合物溶液和其它添加剂结合在一起。例如，包括进分散剂可能便于材料在导管内的流动。通常，如果要包括分散剂，就以包括进常规量的分散剂。但是，申请人惊奇地发现，分散剂或其它添加剂没有损害材料在静置时的硬化。也可以用无机或有机凝结剂对材料进行预处理，预先凝结细的材料，帮助它保留在硬化的固体里。
因此，本发明中将聚合物溶液直接加到上述材料中。该聚合物溶液可以完全或部分由水溶性聚合物组成。因此，该聚合物溶液可以包含交联聚合物和水溶性聚合物的掺合物，只要有足量的聚合物处于溶液中或者表现得就像在溶液中一样以使静置时会发生固化。
可以是膨胀性聚合物和溶解性聚合物或可替换的例如在EP202780描述的略微交联的聚合物的物理掺合物。虽然聚合物颗粒可以包含某些交联聚合物，但对本发明很重要的是要具有相当量的水溶性聚合物。当聚合物颗粒包含某些膨胀性聚合物时，要求聚合物至少80％是水溶性的。
聚合物水溶液优选包含全部或至少基本上是水溶性的聚合物。水溶性聚合物可以在存在支化剂的条件下被支化，例如如同WO-A-9829604所述，例如在权利要求12中，或者可替换地是，水溶性聚合物基本上是线性的。
水溶性聚合物优选具有中等到高的分子量。尽管聚合物可以具有相当高的分子量而且特性粘度是25dl/g或30dl/g或更高，但希望其特性粘度至少是3dl/g(在25℃的1M NaCl中测量)，通常至少是5或6dl/g。优选该聚合物的特性粘度为8dl/g-25dl/g，更优选是11dl/g或12dl/g到18dl/g或20dl/g。
水溶性聚合物可以是天然聚合物，例如多糖比如淀粉、瓜尔胶或右旋糖苷，或者半天然聚合物比如羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。优选该聚合物是合成聚合物，优选是由烯键式不饱和水溶性单体或单体的掺合物形成的。
水溶性聚合物可以是阳离子型、非离子型、两性的或阴离子型。它可以由任何合适的水溶性单体形成。通常，水溶性单体在水中的溶解度在25℃时是至少5g/100cc。尤其优选的阴离子聚合物是由选自烯键式不饱和羧酸和磺酸单体的单体形成，优选选自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)，和它们的盐，任选结合非离子型共聚单体，优选选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
优选的非离子聚合物是由选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的烯键式不饱和单体形成。
优选的阳离子聚合物是由烯键式不饱和单体形成的，所述单体选自(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯化物、(DMAEA.MeCl)quat、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)，任选结合非离子共聚单体，优选选自(甲基)丙烯酰胺、丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
在有些情况下，已经发现分开添加聚合物类型的组合是有利的。因此，首先可以在上述材料中加入阴离子型、阳离子型或非离子型聚合物的水溶液，然后加入第二剂量相似的或者不同的任何类型的水溶性聚合物。
在本发明中，水溶性聚合物可以通过任何合适的聚合方法形成。该聚合物可以例如通过溶液聚合、油包水悬浮液聚合或油包水乳液聚合制备成凝胶聚合物。当通过溶液聚合制备凝胶聚合物时，通常在该单体溶液中引入引发剂。
任选地可以包括进热引发剂系统。通常，热引发剂会包括任何在高温时释放自由基的引发剂化合物，例如偶氮化合物，比如偶氮二异丁腈。聚合过程的温度应该升到至少70℃，优选低于95℃。或者，聚合可以通过辐射(紫外光、微波能、热量等)实现，任选地也可以采用合适的辐射引发剂。一旦聚合完成并且聚合凝胶已经充分冷却，那么凝胶可以采用标准方式处理，即首先将该凝胶切割成小块，干燥成基本无水的聚合物，最后研磨成粉。或者，聚合物凝胶可以以聚合物凝胶的形式提供，例如中子型凝胶聚合物棒。
这种聚合物凝胶可以通过如上所述的合适聚合技术，例如辐射，来制备。可以将该凝胶切成所需的合适尺寸，然后在施用时以部分水合的水溶性聚合物颗粒的形式和材料混合。
该聚合物可以通过悬浮液聚合制成珠子，或者通过油包水乳液聚合制成油包水乳液或分散体，例如根据EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A126528定义的方法。
可替换地，水溶性聚合物可以以在含水介质中的分散体形式提供。这可以是例如至少20微米的聚合物颗粒在含水介质中的分散体，其中含水介质含有如EP-A-170394中所述的平衡剂。这也可以例如包括聚合物颗粒的含水分散体，聚合物颗粒是通过在存在含水介质的条件下由含水单体聚合制备的，其中含水介质包括溶解的低IV聚合物比如二烯丙基二甲基铵氯化物和任选的其它溶解的材料例如电解质和/或多羟基化合物，例如聚亚烷基二醇，如在WO-A-9831749或WO-A-9831748所述。
水溶性聚合物的水溶液通常的制备方法是，将该聚合物溶于水中或者对该聚合物的较高浓度溶液进行稀释。通常，固体颗粒聚合物，例如以粉或珠子的形式，分散在水中，通过搅拌溶解。这也可以通过常规成型设备制备。希望聚合物溶液可以采用Ciba SpecialtyChemicals的Auto Jet Wet(商标名)制备。可替换地，该聚合物可以以反相乳液或分散体的形式提供，该乳液或分散体随后可以转变成水。
含水聚合物溶液可以以任何合适浓度加入。可能理想的是采用相对浓的溶液，例如基于聚合物重量最高达10％或更高，以使引入材料中的水量最小化。通常，虽然希望加入低浓度的聚合物溶液，以便由于聚合物溶液的高粘度导致的问题最少化并便于该聚合物在整个材料中的分布。聚合物溶液可以以相对稀的浓度加入，例如低至以0.01重量％的聚合物。通常该聚合物溶液的使用浓度是0.05-5重量％的聚合物。优选该聚合物浓度是0.1％-2％或3％。更优选浓度是0.25％-约1或1.5％。
在这样的矿物处理操作中，其中为了将含有固体的悬浮液分成上清液层和底流材料，该悬浮液絮凝在增稠器里，这种情况下该材料通常可以在增稠器里絮凝后但在静置前的任何合适点进行处理。在泵吸阶段前，可以在该材料中混入适当的、有效硬化量的水溶性聚合物溶液。通过这种方式，聚合物溶液可以在整个材料中分布。可替换地，可以在泵吸阶段或随后在材料中引入并混合该聚合物溶液。最有效的添加点取决于基质和增稠器到沉积区域的距离。如果导管相对较短，则将聚合物溶液加到靠近材料流出增稠器的位置的任何点都可能是有利的。相反，如果沉积区域和增稠器距离相当远，那么希望将聚合物溶液在靠近出口处引入。在有些情况下，在该材料从出口流出的时候加入该聚合物溶液可能是有利的。
当为了共处置而将细颗粒材料和粗颗粒材料的含水悬浮液结合起来时，通常在将不同废料流混合成均匀浆料的期间或以后，加入有效硬化量的水溶性聚合物溶液。
优选该材料以流体形式泵吸到位于沉积区域的出口处，使该材料在硬化材料的表面上流过。该材料静置并硬化，从而形成硬化材料的堆跺。这个方法可以重复数次，形成包含多层硬化材料的堆跺。形成硬化材料的堆跺的优点在于处置所需的区域减小。
材料流过导管到达沉积区域过程中的流变学性质很重要，因为流动性质的任何恶化都会严重损害本方法的效率。重要的是没有显著的固体沉降，因为这会导致阻塞，这可能意味着装置必须因为清除阻塞而关闭。另外，重要的是流动性质没有明显恶化，因为这会严重损害材料的可泵吸性。这种恶化效果可能导致能量成本显著增加，因为泵吸变得比较困难，而且对泵吸设备的磨损可能性增加。
材料硬化时的流变学性质很重要，因为一旦材料开始静置，需要使流动最小化而且材料的固化快速进行。如果材料流动性太好，就不能形成有效的堆跺，还有可能污染从材料中释放的水。还需要硬化的材料具有足够的强度，从而保持不动并能承受在其上施加的硬化材料后续层的重量。
优选本发明的方法获得堆叠的沉积形状，将固体的细颗粒部分和粗颗粒部分共同固定在材料中，并具有较高的驱动力使所有释放出来的水通过水压重力排泄从材料中分离开。堆叠的形状似乎对下面的固体施加较大的向下压缩压，这样似乎有助于提高脱水速率。申请人发现这种形状能在单位表面积内堆跺更大体积的废料，既环保又经济。
通过在增稠器中采用絮凝步骤，不可能实现本发明的目标。例如，将悬浮液在增稠器中絮凝导致底流充分浓缩从而使其堆叠，这种做法具有很小的价值，因为无法泵吸这么浓的底流。相反，申请人发现重要的是将已经成为增稠器底流的材料进行处理。看起来单独处理底流中的增稠固体使材料有效硬化，同时不会影响传送时的流动性。
本发明的优选特征是通常发生在硬化步骤中的含水液体的释放。因此，在本发明的优选形式中，材料在硬化步骤中脱水，释放出含有固体量显著减少的液体。该液体随后返回处理工艺，从而减少了所需输入的水量，所以重要的是该液体要清澈并且基本上不含污染物，尤其是移动的细颗粒。合适的做法是该液体可以例如循环到增稠器里，从中将材料作成底流分离。可替换地，该液体可以循环到螺旋管或同一装置的其它工艺。
在本发明的另一方面，申请人提供的方法是，含有含水液体和分散的颗粒固体的材料以流体形式送到沉降区域，然后脱水释放出含有溶解的矿物值的液体，其中通过在材料中结合有效脱水量的水溶性聚合物的水溶液，脱水得到了改善同时保留了材料在输送中的流动性。
在本发明的这个形式中，以与上述相似方式将含水聚合物溶液施用到材料中。在这种情况下，聚合物溶液以有效脱水量施加，施加方式如同本发明的第一方面，重要的是在输送过程中保留了材料的流动性。材料输送到沉降区域，沉降区域可以是例如尾渣坝或泻湖。脱水步骤必须尽可能快，以便固体开始浓缩以及释放含水液体。重要的是该液体高度清澈，不被固体尤其细颗粒污染，否则会对进一步处理有害。
通常在矿物处理操作中，固体的悬浮液在容器中絮凝，形成含有含水液体的上清液层和包含增稠固体的底流层，后者形成了所述材料。底流(从容器中流出的悬浮物)任选结合上其它粗颗粒材料，其中随后将该材料泵吸到沉降区域，在此进行脱水。在悬浮液絮凝后和该材料开始硬化和脱水前，在材料中混入含水聚合物溶液。
含水聚合物溶液可以包含任何所述的聚合物，使用方式和上述类似。
下面的实施例用于验证本发明。
实施例1聚合物制备通过凝胶聚合方法制备了表1所示的聚合物试样。将聚合物搅拌入水中，得到浓度为0.25％的水溶液。
表1
试验细节根据下列程序采用来自矿砂加工的尾渣浆料进行测试。
表2
A)采用下面的方法进行坍落度试验(Slump Test)1.外径50mm、高50mm的圆筒置于大约为200×200mm的金属表面上，圆筒具有排泄孔便于收集游离水。
2.向圆筒中填充含水矿物浆料直到边缘，并使其平整。
3.垂直上举圆筒使其离开托盘，上举速度使得浆料可以向外坍塌。
4.然后，记录下所得固体边缘和中心的直径和高度，计算高度占半径的百分比，记作坍落度。
其中c＝坍塌堆中心处的高度e＝坍塌堆边缘的高度r＝半径 5.在可行的情况下，收集在1分钟内从固体释放的水，测量其体积和清澈度或混浊度。
B)通过下述方法，采用上述试样A-M进行处理测试1、取250ml尾渣浆料作为试样加到300ml塑料烧杯中。
2、随后将试样从一个300ml的烧杯倒到另一个里，低剪切混合浆料，确保试样均匀。
3、在该尾渣浆料中加入所需剂量的含水聚合物溶液，并持续混合直到形成稠的材料。
4、采用上述“A”部分所述的坍落度试验评估所处理的浆料。
表3
和未处理材料相比，坍塌堆半径减小而堆跺高度增加，所以加入水溶性聚合物后矿物尾渣的硬化程度增加是显而易见的。在几乎所有的测试中，都还观察到释放液体的数量的增加和清澈度的明显增加。
实施例2聚合物制备通过各种不同聚合方法制备了表1所示的聚合物试样。将该聚合物搅拌到水中，得到浓度为0.25％活性聚合物的水溶液。
表4
试验细节根据实施例1中的程序并采用实施例1中详细给出的尾渣浆料进行测试。
表5
实施例3根据实施例1中的程序并采用实施例1中详细给出的尾渣浆料，以及出于其它目的可以加到浆料中的一些添加剂，测试实施例1的试样C。
表6
表7
实施例4根据实施例1详细给出的程序，采用来自红土型镍矿酸洗处理的尾渣浆料，评价实施例1的所选试样。
表8
结果表9
实施例5根据实施例1详细给出的程序，采用来自氧化铝精炼处理的红泥尾渣浆料，评价实施例1的所选试样。
表10
结果表11
实施例6根据实施例1详细给出的程序，采用来自金CIL/CIP处理操作的尾渣浆料，评价实施例1的所选试样。
表12
结果表13
实施例7根据实施例1详细给出的程序，采用来自铅/锌矿物处理操作的尾渣浆料，评价实施例1的所选试样。
表14
结果表15
实施例8根据实施例1详细给出的程序，采用来自煤加工厂的尾渣浆料，评价实施例1的所选试样。由于本试样的固含量低，将坍落度试验圆筒的尺寸变为直径为50mm，高度为100mm，并采用500ml的基质的等分试样。还采用了清澈度楔子来评价释放的水的清澈度。
表16
结果表17
实施例9试验室评估产物1是含有80/20丙烯酸钠/丙烯酰胺共聚物的反相乳液。
产物1被转化成水，得到含有0.35％活性聚合物的水溶液。根据上述实施例1的方法，结合来自矿砂操作的细尾渣和粗尾渣，对该产物进行评价。
细固体部分增稠器底流@27.7％wt/wt粗固体部分旋风分离器拒绝率@96.4％wt/wt在可能的情况下，用水稀释粗固体和细固体的掺合物，目标固含量为43-47％wt/wt。
结果表18
照片表明和未处理的尾渣相比，处理过的堆跺显著改善。这对具有较大比例粗部分的粗颗粒和细颗粒材料的共处置而言，尤其正确。
实施例10产物2A是凝胶产物，由30/70丙烯酸钠/丙烯酰胺共聚物组成。
产物2A溶于水中，得到含有0.25％产物的水溶液作为供料。采用来自制煤操作的细颗粒和粗颗粒组合尾渣，对该聚合物进行评价，剂量为740gpt。组合尾渣的总固含量是大约19％wt/wt，细/粗比为大约1.4∶1。
采用产物2B的溶液进行处理测试，方法如下1、取500ml尾渣浆料试样加到600ml塑料烧杯中。
2、随后将试样从一个600ml的烧杯倒到另一个里，低剪切混合浆料，确保试样均匀。
3、在该尾渣浆料中加入所需剂量的含水聚合物溶液，并持续混合直到形成稠的材料。
4、将该材料转移到500ml量筒中，静置数天让其密实化，随后滗出游离水并丢弃。
5、从密实固体的顶部和底部取出部分固体，进行分析得到每部分的固体的颗粒尺寸分布。
结果每部分的颗粒尺寸分布见

图1和2所示。
图1未处理的煤尾渣。
图2处理的煤尾渣--740gpt的聚合物2A。
图1表明，对未处理的材料而言，在密实的固体里出现了高度分离，大多数粗颗粒只出现在试样的底部部分。图2表明，对用740gpt的聚合物2A处理过的材料而言，在顶部部分和底部部分的颗粒尺寸分布非常类似，在密实过程中仅仅有很少的分离。
实施例11根据实施例10详细给出的程序，在来自金CIL/CIP处理操作的细颗粒和颗粒组合尾渣上评价了产物2A，剂量为240gpt。组合尾渣的总固含量大约是53％wt/wt，细/粗比为大约2∶1。
结果每部分的颗粒尺寸分布如图3和4所示。
图3未处理的金尾渣
图4处理过的金尾渣-240gpt聚合物2A图3表明，对未处理的材料而言，出现了高度的分离，粗固体偏析到底部部分；对用聚合物2A处理过的材料而言，图4表明顶部部分和底部部分含有相似量的粗颗粒和细颗粒。
实施例12产物2B是反相乳液，含有30/70丙烯酸钠/丙烯酰胺共聚物组成。
产物2B转化成水，得到含有0.1％产物的水溶液作为供料。采用来自矿砂操作的细颗粒和粗颗粒组合尾渣，对该聚合物进行评价。组合尾渣的总固含量是53％wt/wt，细/粗比为大约1∶5。
试验室评价采用产物2B的溶液进行处理测试，方法如下1、取尾渣浆料作试样加到1L塑料瓶中，直到刻度线。
2、随后采用顶置搅拌器和适当形状的叶轮于～1500rpm高剪切混合浆料，从而形成涡流。
3、在高速剪切形成的浆料涡流中加入所需剂量的含水聚合物溶液。
4、将塑料瓶中的物质混合1分钟。
5、混合完成后，取250ml浆料作试样加到塑料瓶中，装至瓶颈的位置，随后以25rpm翻转X分钟。
6、在合适的时间，如实施例1进行坍落度测试。
结果表19
工厂评价将来自矿砂处理的尾渣从泻湖覆盖的矿区泵吸到高处的尾渣处置区。废料流的低粘度以及高流动速率表明固体进行的是远距离沉积，是在离排放点很远处沉积。尾渣流的冲刷也在处置区形成了深沟。物流的流体性危及了矿区的操作，因为在最大流量时，尾渣会流回到矿区，淹没泻湖，干扰采矿效率。
本发明通过将30％阴离子反相乳液聚合物(产物2B)的0.5％(供应时的标准)水溶液，以每吨干固体100g的剂量引入运送细颗粒和粗颗粒混合物(增稠器底流)的管道中，分别以20和50lps的速率将浆料部分排泄到处置区。根据上述试验室评价，选择了靠近(20米或者11秒)排放点的给料点，使处理过的材料的剪切最小化。从而形成了堆跺角为8-10度(用测量倾角计测量)的处理材料堆，释放的水清澈，并且从堆跺中取出的试样中小于75微米的颗粒含量高，确认了在堆跺处理中保留了细材料。
图5未处理的图6处理过的@100gpt(产物2B)图5和图6给出了处理过和未处理的矿砂尾渣的排放图。在图5中，尾渣可活动性高，在排放点没有固体沉降。图6表明处理过的尾渣在排放点下面堆跺，前面是释放的清澈水。
实施例13产物2B是反相乳液，包含如上述实施例12所用的30/70丙烯酸钠/丙烯酰胺共聚物。产物3是溶液级聚丙烯酸钠均聚物。
产物2B转化成水，得到包含1.0％产物的水溶液作为供料。产物3就按照供应状态使用，不需要进一步稀释。用来自矿砂操作的细颗粒和粗颗粒组合尾渣评价该聚合物。组合尾渣的固含量是67％wt/wt，细/粗比为大约1∶7。
试验室评价采用产物2B的溶液和产物3进行了处理测试，方法如下1、取250ml均匀组合尾渣浆料的等分试样加到500ml烧杯中。
2、然后，用顶置搅拌器和具有适当形状的桨式叶片于～500rpm混合该浆料。
3、在浆料中加入所需剂量的聚合物，持续混合10、20或30秒。
4、将大约150ml处理过的浆料送到200ml烧杯中，采用叶片式粘度计测量屈服应力。
对产物2B和3还进行了进一步的测试，评价不同细/粗尾渣比的影响，测试程序如上，混合时间固定为20秒。
结果表20
结果表明两种产物都提高了组合矿砂尾渣的屈服应力。在高剂量时，出现了游离水排放。
下面用图描述了不同细/粗比的影响。对测量的所有比例而言，产物2B和产物3都显著提高了矿砂尾渣的屈服应力。
图7图8工厂评价将其中矿泥经过密实化的增稠器底流和来自矿砂操作的废砂部分结合在一起。砂和矿泥的比例随着矿石类型而变，因此沉积的组合物的流变学和排水速率也发生变化。
采矿操作是流动性的，追寻着矿体的脉络。组合的废料被泵吸到一系列坑里，这些坑随后被填满和再生。对于采矿公司有利的做法是任何一次都在尽可能小的覆盖面积里操作。脱水速率越快，再生步骤就开始得越早。另外的排水可以返回到加工厂，提供效率并较低引入水的成本。
本发明在上述工位的应用情况如下在螺旋输送机的后面和小离心泵前面加入产物3，剂量是三天1050gpt。结果是堆跺角变大了，水从浆料中更容易释放了。图9、10和11给出了未处理尾渣、分别用513gpt和1050gpt处理的尾渣在排放到坝处的堆跺角。
图9未处理的 图10产物3@513gpt
图11产物3@1050gpt改变了加料点，产物3直接在离心泵后面加入。在该替换的位置上，剂量减到726g/T。采用这个加料点得到了相同的砂粘度。24小时后，在坝表面上明显出现了自由排水和孔隙率。图12和13分别示出了排放性质和坝表面。
图12排放管 图13表面区域
权利要求
1.一种方法，其中将含有含水液体和分散的颗粒固体的材料以流体形式送到沉积区域，然后使其静置和硬化，其中硬化得到了改善同时保持了该材料在传送中的流动性，这通过将该材料和有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液结合在一起实现的。
2.权利要求1的方法，其中所述水溶性聚合物的特性粘度至少是3dl/g，由烯键式未饱和水溶性单体或单体掺合物形成。
3.权利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物是阴离子型。
4.权利要求3的方法，其中所述聚合物由选自作为游离酸的(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其盐的单体，任选结合选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非离子型共聚单体形成。
5.权利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物是非离子型。
6.权利要求5的方法，其中所述聚合物由选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的单体形成。
7.权利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物是阳离子型。
8.权利要求7的方法，其中所述聚合物由选自(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯-甲基氯化物、(DMAEA.MeCl)quat、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、三甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)的单体，任选结合选自(甲基)丙烯酰胺、丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非离子共聚单体形成。
9.权利要求1-8任一项的方法，其中分散的颗粒固体是矿物。
10.权利要求1-9任一项的方法，其中所述方法包括处置来自矿物处理操作的矿物浆料残渣。
11.权利要求1-10任一项的方法，其中所述材料来自矿砂处理的尾渣。
12.权利要求1-11任一项的方法，其中所述分散的颗粒固体的颗粒尺寸小于100微米，其中优选至少80％的颗粒尺寸小于25微米。
13.权利要求1-11任一项的方法，其中分散的颗粒固体具有双峰分布的颗粒尺寸，包含细部分和粗部分，其中所述细部分的峰值基本上小于25微米，而粗部分峰值基本上大于75微米。
14.权利要求1-13任一项的方法，其中所述材料的固含量为15wt％-80wt％，优选是40wt％或50wt％-70wt％。
15.权利要求1-14的方法，包括在容器中絮凝固体的含水悬浮液，形成含有含水液体的上清液层和含有增稠固体的底流层，增稠固体形成所述材料，将上清液层和底流分离，其中所述底流含有来自容器的颗粒材料流，并且其中随后将所述材料泵吸到沉积区域，在此静置和硬化，其中在悬浮液絮凝后并且材料静置前，将有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
16.权利要求15的方法，其中在加入有效硬化量的水溶性聚合物之前或过程中在来自容器的底流中加入湿的或干的粗颗粒。
17.权利要求15或16的方法，其中所述材料在泵吸到处置区域之前送到储存容器中。
18.权利要求1-17任一项的方法，其中所述材料被泵吸到出口，在此在以前硬化的材料表面上流过，在此所述材料被静置和硬化，形成堆跺。
19.权利要求1-18任一项的方法，其中在泵吸阶段之前，将有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
20.权利要求1-18任一项的方法，其中在泵吸阶段之中或以后，将有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
21.权利要求1-18任一项的方法，其中当所述材料从出口流出之前，将有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
22.权利要求1-21任一项的方法，其中所述材料在硬化过程中脱水，释放出液体。
23.权利要求22的方法，其中所述液体循环到矿物处理操作中。
24.权利要求22或23的方法，其中通过加入水溶性聚合物的水溶液改善液体的清澈度。
25.权利要求22-24任一项的方法，其中所述液体含有溶解的有价材料，并且其中所述液体进行进一步处理以重新回收或重新使用该有价材料。
26.一种方法，其中将含有含水液体和分散的颗粒固体的材料以流体形式送到沉积区域，然后使其脱水释放液体，其中脱水得到了改善同时保持了该材料在传送中的流动性，这通过将该材料和有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液结合在一起实现的。
27.权利要求26的方法，包括在容器中絮凝固体的含水悬浮液，形成含有含水液体的上清液层和含有增稠固体的底流层，增稠固体形成所述材料，将上清液层和底流分离，其中所述底流含有来自容器的材料流，并且其中随后将所述材料泵吸到沉降区域，在此脱水，其中在悬浮液絮凝后并材料脱水前，将有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液和所述材料混合。
28.权利要求26或27的方法，其中在加入有效硬化量的水溶性聚合物之前或过程中在来自容器的底流中加入湿的或干的粗颗粒。
29.权利要求26-28任一项的方法，其中所述液体循环到矿物处理操作中。
30.权利要求26-29任一项的方法，其中通过加入水溶性聚合物的水溶液改善液体的清澈度。
31.权利要求26-30任一项的方法，其中所述液体含有溶解的有价材料并且其中所述液体进行进一步处理以回收或重新使用该有价材料。
全文摘要
一种方法，其中将含有含水液体和分散的颗粒固体的材料以流体形式送到沉积区域，然后使其静置和硬化，其中硬化得到了改善同时保持了该材料在传送中的流动性，这通过将该材料和有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液结合在一起实现的。本方法尤其施用于处理来自矿物处理操作的尾渣底流的处理和细颗粒和粗颗粒尾渣部分的共处置。另外，在硬化步骤中释放的液体具有高的清澈度。
文档编号C02F103/10GK1768009SQ200480008816
公开日2006年5月3日 申请日期2004年1月7日 优先权日2003年5月7日
发明者P·麦科尔, S·斯卡梅尔 申请人:西巴特殊化学水处理有限公司