包含细粒的水性组合物的处理制造技术

技术编号:22569655 阅读:15 留言:0更新日期:2019-11-17 10:05
披露了将包含细粒和工艺用水的水性组合物固结的方法。所述方法包括将组合物与高水溶性盐或其水溶液混合,以使组合物中的固形物去稳定化并固结,例如使细粒去稳定化并固结,并使固结固形物与工艺用水分离。还可将水溶性聚合物和粗粒如砂用于组合物的处理中。

Treatment of aqueous compositions containing fines

A method for consolidating a water-based composition comprising a fine particle and process water is disclosed. The method includes mixing the composition with a highly water-soluble salt or its aqueous solution to destabilise and consolidate the solids in the composition, such as destabilising and consolidating the fines, and separating the consolidated solids from the process water. Water soluble polymers and coarse particles such as sand can also be used in the treatment of the composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含细粒的水性组合物的处理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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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.本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种固结水性组合物的方法,该水性组合物包含细粒和工艺用水,所述方法包括:/n用至少一种高水溶性盐处理所述组合物,以形成包含所述工艺用水中的固结材料的经处理的组合物;以及/n使所述工艺用水与所述固结材料分离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170131 US 62/452,784;20170721 US 62/535,398;20171.一种固结水性组合物的方法,该水性组合物包含细粒和工艺用水,所述方法包括:
用至少一种高水溶性盐处理所述组合物,以形成包含所述工艺用水中的固结材料的经处理的组合物;以及
使所述工艺用水与所述固结材料分离。


2.一种固结水性组合物的方法,该水性组合物包含细粒和工艺用水,所述方法包括:
用至少一种高水溶性盐和至少一种聚合物絮凝剂处理所述组合物,以形成包含所述工艺用水中的固结材料的经处理的组合物;以及
使所述工艺用水与所述固结材料分离。


3.一种固结水性组合物的方法,该水性组合物包含细粒和工艺用水,所述方法包括:
用至少一种高水溶性盐和粗粒处理所述组合物,以形成包含所述工艺用水中的固结材料的经处理的组合物;以及
使所述工艺用水与所述固结材料分离。


4.一种固结水性组合物的方法,该水性组合物包含细粒和工艺用水,所述方法包括:
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所述组合物,以形成包含所述工艺用水中的固结材料的经处理的组合物;以及
使所述工艺用水与所述固结材料分离。


5.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述组合物为尾矿。


6.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述至少一种高水溶性盐为非水解盐。


7.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中在20℃下,所述至少一种高水溶性盐在水中的溶解度大于10g/100g。


8.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述至少一种高水溶性盐具有一价阳离子。


9.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述经处理的组合物中所述至少一种高水溶性盐的盐组分浓度为至少0.5重量%。


10.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述至少一种高水溶性盐为铵类盐。


11.权利要求10所述的方法,其中所述铵类盐选自氯化铵、溴化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵或者它们的组合。


12.权利要求2或4中任一项所述的方法,其中所述至少一种聚合物絮凝剂为聚丙烯酰胺或其共聚物。


13.权利要求2或4中任一项所述的方法,所述经处理的组合物中所述至少一种聚合物絮凝剂的聚合物组分浓度为约0.04重量%以上。


14.权利要求3或4中任一项所述的方法,其中用砂处理所述组合物,所述砂与细粒之比为2.5:1.0至0.5:1。


15.权利要求1至4中任一项所述的方法,其中处理所述组合物包括将所述组合物的料流与包含所述至少一种高水溶性盐的水溶液的料流合并,以生成经处理的组合物的料流。


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【专利技术属性】
技术研发人员:保罗·C·佩因特布鲁斯·G·米勒阿龙·卢普金斯基
申请(专利权)人:提取过程解决方案有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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