用去离子的硅酸盐溶液处理尾矿 |
|||||||
| 申请号 | CN201380046111.X | 申请日 | 2013-04-04 | 公开(公告)号 | CN104603071A | 公开(公告)日 | 2015-05-06 |
| 申请人 | 纳幕尔杜邦公司; | 发明人 | R.H.莫菲特; S.S.克里斯特简斯多蒂尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于处理 尾矿 流的方法，所述方法包括(a)使去离子的 硅 酸盐溶液与尾矿流 接触 ，由此固体被包埋在由 硅酸 盐溶液产生的凝胶内；以及(b)使凝胶强化和 固化 。所述方法还可包括将在步骤(a)中产生的凝胶铺展在表面上方。本发明尤其可用于处理在从油砂 矿石 提取 沥青 的过程中产生的尾矿流。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于处理尾矿流的方法，包括：(a)使去离子的硅酸盐溶液与尾矿流接触，由此固体被包埋在由所述硅酸盐溶液产生的凝胶内，所述硅酸盐溶液具有至少2.6的Si∶M的摩尔比，其中M为碱金属；以及(b)使所述凝胶强化和固化。 |
||||||
| 说明书全文 | 用去离子的硅酸盐溶液处理尾矿技术领域[0001] 本发明涉及一种处理采矿作业中产生的尾矿流以提供适于通行的表面的方法。 背景技术[0002] 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，已从地球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。尾矿通常包含岩石、粘土和砂中的一种或多种。尾矿还包含水。水与机械和/或化学工艺结合使用，来从采出材料中移出有价值的材料。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。 [0003] 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。通常将诸如岩石、粘土、砂和其它固体材料的尾矿固体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。 [0004] 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。 [0005] 在提取工艺中产生各种尾矿流。尾矿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 尾矿流的水分能够再循环。一些尾矿流将长期(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)。 [0006] MFT是包含粘土、砂、岩石和水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，防止其污染水源。通常，需要若干年的沉降时间来得到MFT，其可为稳定的，并且持续数十年存在极小的另外沉降或固结。 [0007] MFT池造成了环境问题。例如，亚伯达(Alberta)的能源保护局(EnergyResources Conservation Board)(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。 [0008] Moffett在US 2010/0104744A1中公开了一种用硅酸盐源和活化剂处理尾矿流的方法。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。 [0009] 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”，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”。 [0010] 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流的方法。胶凝剂选自胶态二氧化硅、铝-改性的胶态二 氧化硅、去离子胶态二氧化硅、聚硅氧烷、硅醇盐、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、基于呋喃甲醇的糠醛聚合物、环氧树脂、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。 [0011] 尾矿管理的一个重要方面是尾矿固体的固结——即，以在尾矿中产生包含固体的致密材料，例如，以使处置时需要的储存空间最小化。根据Kotylar等人在Clay and Clay Minerals，第44卷，第1期，第121-131页(1996)中关于油砂细尾矿、氯化钠是“尾矿中存 在的纳米级粘土颗粒聚集的主要促进因素。”类似地，EP 1353876B1要求具有减小量的盐的二氧化硅溶胶具有减小的附聚或聚集。 [0012] 虽然在尾矿处理方面已有许多进展，但是仍然需要改进尾矿的脱水(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。还需要减小加入到尾矿流中的 钠的量，以限制可被引入环境中的钠。还需要使采矿区恢复至接近其原状。本发明满足这 些需要。 发明内容[0013] 本发明提供一种用于处理尾矿流的方法，其中尾矿流包含水和固体，所述方法包括(a)使去离子的硅酸盐溶液与尾矿流接触，由此固体被包埋在由硅酸盐溶液产生的凝胶 内；以及(b)使凝胶强化和固化。硬化固体将通常具有在沉积一年后5kPa的最小不排水剪 切强度(屈服应力)和在沉积五年后10kPa的最小不排水剪切强度，并且可用作适于通行 的沉积物。 [0014] 去离子的硅酸盐溶液可通过任何已知的方法制备：例如，通过电解法和/或通过使用离子交换树脂。如本文所用的去离子的硅酸盐溶液具有至少2.6、优选地至少4的 Si∶M的摩尔比，其中M为碱金属，诸如锂、钠、钾、或它们的组合。更优选地摩尔比为5或更大。 [0015] 在使凝胶强化和固化的步骤中，可将凝胶脱水和/或干燥。 [0016] 任选地，所述方法还包括在接触步骤(a)中加入促进剂、活化剂、或它们的组合。任选地，所述方法还包括在接触步骤(a)中加入增强剂。任选地，所述方法还包括在接触步骤(a)中加入促进剂、活化剂、增强剂、或它们的组合。任选地，所述方法还包括将步骤(a)中产生的凝胶沉积在表面上和/或表面上方。在表面“上”或“上方”之间的区别可为程度问题，但是在本文中意在指示在特定位置处将凝胶沉积在表面上，而沉积在表面上方涉及 凝胶的铺展或流动。可存在许多具有部分铺展或流动的情况，其最好描述为沉积在表面上 和沉积在表面上方的组合。 [0017] 尾矿流优选地为在从采矿作业加工流中提取或移出有价值的矿物之后产生的含水流。本发明尤其可用于处理在从油砂矿石提取沥青的过程中产生的尾矿流。 具体实施方式[0019] 本发明可用于处理尾矿流。尾矿流为包含水以及粘土、砂和岩石中的一种或多种的含水流。尾矿流作为用于从采出材料中提取或移出有价值的矿物的采矿或矿物加工作业 的一部分而产生。尾矿流可包含作为固体的一部分的有价值的矿物成分(例如，沥青、煤、贵金属或贱金属、宝石)。因此，在包埋固体(本文为步骤(a))之前可存在多个用以移出有 价值的矿物成分的步骤。基本上使用水来输送或洗涤材料的任何采矿或矿物加工作业将产 生尾矿流。 [0020] 在采矿作业中，回收并再循环尾矿流中的水分可为有意义的。另选地，在工业矿物加工作业中，水可再循环至加工作业，诸如铣削、精炼、熔炼、以及其它制造工艺。精炼作业例如包括从采出材料中提取油、镍或铜。 [0021] 本发明尤其可用于处理由开采油砂矿石产生的尾矿流。油砂矿石为储量巨大的天然存在的混合物，其包含沥青、砂、粘土、和其它无机物质诸如钛矿或锆矿。在本文中，沥青是指存在于油砂、焦油砂、原油和其它石油源中的烃和其它油类。油砂矿石通常包含基于所述油砂矿石的总重量计，约2至18重量％沥青。目前商业上开采包含基于所述矿石的总重 量计，大于6至7重量％沥青的油砂矿石。油砂矿石还包含水、砂和粘土。一般来讲，油砂 矿石包含约2至5重量％的水。 [0022] 定义 [0023] 如本文所用的某些术语具有如下文提供的定义。 [0024] 粘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流的来源而变化。例如，在油砂尾矿中，粗颗粒被定义为大于44μm的颗粒。 另选地，在煤矿尾矿中，粗颗粒被定义为大于2.5μm的颗粒。 [0026] 包埋固体意指将固体颗粒诸如粘土、砂和岩石捕获在凝胶结构内，而水不永久性地保持在该结构内。 [0027] 术语细小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44μm的颗粒。另选地，在煤矿尾矿中，细小颗粒被定义为小于2.5μm的颗粒。 [0028] 矿物是具有有序的内部结构和特征性化学组成、晶体形式和物理特性的天然存在的无机元素或化合物。 [0029] 岩石是任何固结或粘结的并且相对坚硬的天然形成的矿物质块；石材，主要由两种或更多种矿物组成。 [0030] 砂是未固结或中度固结的成层沉积物(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] 尾矿流是包含水和悬浮固体的含水流体(浆液、悬浮液)。悬浮固体不易于与水分离。尾矿流由采矿作业或矿物加工厂产生。在采矿作业中，从地球中移出材料。在矿物加 工厂中，对此类材料进行处理，以提取有价值的矿物，诸如煤、油(诸如从油砂中)、贵金属矿石、贱金属矿石、粘土、宝石。采出材料包括例如煤、铀、钾碱、粘土、磷酸盐、石膏、贵金属和贱金属。 [0033] 贵金属包括金、银、铂、钯、钌、铑、锇、铱。金、银、铂和钯是最常开采的贵金属。贱金属包括镍、铜、铝、铅、锌、锡、钨、钼、钽、钴、镉、钛、锆、锑、锰、铍、铬、锗、钒、镓、铪、铟、铌、铼和铊。镍、铜、铝、铅和锌是最常开采的贱金属。宝石包括钻石、绿宝石(绿柱石)、红宝石、石榴石、玉石、蛋白石、橄榄石、蓝宝石、黄玉、绿松石和其它宝石。 [0034] 其它采矿和矿物加工作业包括油砂开采和沥青提取以及回收工艺。 [0035] 尾矿流可为尾矿池、矿石或矿石开采工艺水、化学增稠的尾矿、MFT、或它们的组合。可用于本发明的尾矿流描述于美国专利申请序列号13/329,375。 [0036] 尾矿流固体包含粘土、砂和岩石中的一种或多种。固体还可包含粉土。固体还可包含在采出材料中的矿物的未提取的颗粒。固体具有通常小于0.5mm，优选地小于0.05mm 的粒度。尾矿通常包含至少5重量％固体，优选地大于10％或大于20％固体，剩余为水和 /或溶解材料，诸如盐和加工助剂(有机溶剂、提取助剂等等)。 [0037] 对于特定应用，油砂尾矿流可包含固体，其中基于所述固体的总体积计，5体积％至100体积％的固体具有小于0.5mm的粒度，更优选地，20体积％至100体积％的固体具有小于0.5mm的粒度。油砂尾矿流可包含固体，其中基于所述固体的总体积计，5体积％至100体积％的固体具有小于0.5mm的粒度，通常，10体积％至100体积％的固体具有小于0.5mm 的粒度。 [0038] 来自采矿和矿物加工作业的尾矿具有不同的尺寸分布。大部分尾矿包含高百分比的细小颗粒。例如，由铜、金、铁、铅、锌、钼和铁燧岩的开采和加工产生的大部分尾矿具有50重量％或更多的通过0.075mm(第200号)筛的颗粒。来自铁矿石开采和矿物加工的尾矿 可具有略微更大的粒度。对于许多尾矿的特性，参见，例如2012年6月21日访问的http： //www.rmrc.unh.edu/tools/uguidelines/mwstl.asp。 [0039] 适于通行的沉积物是已沉积在表面上或表面上方的固体或半固体材料。适于通行的沉积物优选地具有在沉积一年后5kPa的最小不排水剪切强度，以及在沉积五年后10kPa 的最小不排水剪切强度。适于通行的固体可根据本发明由下文所述的方法产生。 [0040] 去离子的硅酸盐溶液 [0041] 使尾矿流与去离子的硅酸盐溶液接触。去离子的硅酸盐溶液可通过将硅酸盐溶液去离子化来制备。 [0042] 去离子的硅酸盐溶液可通过本领域中已知的任何方法来制备。离子交换方法由例如Bird公开于美国专利2,244,325中。去离子的硅酸盐溶液可通过使碱金属硅酸盐的溶 液与强阳离子交换树脂接触来制备。去离子的硅酸盐溶液可另选地通过使碱金属硅酸盐的 溶液与弱离子交换树脂接触来制备。 [0043] Iler在美国专利3,668,088中公开了一种用于以电透析工艺从硅酸钠中除去钠阴离子的方法，其中在通过阳离子可渗透的、阴离子不可渗透的膜从酸性阳极电解液中分 离出来的同时，对硅酸钠含水溶液进行电解。 [0044] 去离子的硅酸盐溶液可通过使用双极性电解从碱金属硅酸盐的溶液中除去碱金属来制备。 [0045] 用以制备去离子的硅酸盐溶液的其它方法包括依赖于电解和离子交换膜或离子可渗透膜的组合的方法，这些方法已公开于例如JP20043236345A、JP2004323326A、 JP07000803A、JP2002220220A、JP2003311130A和JP2002079527A中。 [0046] 更具体地，可使硅酸钠(或水玻璃)溶液与强阳离子交换树脂接触。强阳离子交换树脂具有磺酸官能团R-SO3H，其中R为树脂或基质的主链。树脂或基质可为例如官能化 的苯乙烯二乙烯基苯共聚物。强阳离子交换树脂可从例如Dow Chemical Company商购获 得。 [0047] 去离子的硅酸盐溶液可在去离子化处理之前或期间或之后通过氧化铝改性。可使用诸如美国专利5,482,693；5,470,435；5,543，014；和5,626,721中所公开的那些方 法。当所述方法使用铝酸钠时必须小心，使得加入的钠在此类处理之后不提供小于2.6的 Si∶Na摩尔比。 [0049] 去离子的硅酸盐溶液为含水(基于水的)溶液。该溶液具有至少2.6的Si∶M的摩尔比。M为碱金属，诸如锂、钠、钾、或它们的组合。优选地，摩尔比为4或更大，优选地 5或更大。更高比率也可用于本发明，诸如至少50或更大、以及至少100或更大的比率。 Si∶M的摩尔比的上限可通过实践考虑来设定，例如用于给定量的硅酸盐溶液的离子交换 树脂的容量，或者，在特定的尾矿处理系统中钠的最小阈值，尤其是在将回收的水再循环以再利用时。 [0050] 去离子化之后，溶液中的二氧化硅(SiO2)的浓度为1-15重量％，优选地2-10％，更优选地4-7％。 [0051] 去离子的硅酸盐溶液可包含二氧化硅的颗粒、阴离子和低聚物。二氧化硅比表面2 2 积大于500m/g，通常大于750m/g。 [0052] 促进剂 [0053] 本发明的方法任选地使用促进剂。促进剂可用于提高使固体变得不可移动所需的速度并减少所需时间。促进剂尤其可用于温度低于40°F(4.4℃)的环境。促进剂的示例 包括多价金属化合物、酸、酯、和二氧化碳。多价金属可以为钙、镁、铝、铁、钛、锆、钴或它们中两种或更多种的组合。优选地，多价金属化合物可溶于水，并用作水溶液。优选的多价金属化合物可选自氯化钙、硫酸钙、氢氧化钙、硫酸铝、硫酸镁、以及氯化铝、聚氯化铝、聚硫酸铝、和水合氯化铝。更优选地，多价金属化合物为硫酸钙、硫酸铝、聚硫酸铝、聚氯化铝、水合氯化铝、或它们的组合。酸包括矿物酸、有机酸、硫酸、盐酸、乙酸和乙醇酸。可包括酸的盐。 酯包括例如甘油的乙酸酯。 [0054] 必须限制使用盐来控制pH，以便不导致小于2.6的Si∶M的摩尔比。酸、碱或二氧化碳的使用可取决于当与去离子的硅酸盐溶液混合时尾矿的pH。优选地，pH在4和8之 间，其中在pH 6左右发生最快速的胶凝。 [0055] 活化剂 [0056] 本发明的方法任选地包括活化剂。活化剂包含将引发碱金属硅酸盐的胶凝作用的任何化合物或化合物的混合物。活化剂可包括酸、碱土金属和铝盐、以及有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯、酰胺、二氧化碳以及它们的组合。可用作活化剂的酸的示例包括但不限于硫酸、磷酸、磷酸钠、碳酸氢钠、盐酸、硫酸氢钠、和乙酸。碱土金属和铝盐的示例包括但不限于氯化钙、氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、硫酸镁、氯化镁、硫酸铝、铝酸钠。有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯、和酰胺的示例包括但不限于甘油的乙酸酯、乙二醛、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、和甲酰胺。优选地，活化剂为酸、碱土金属盐、二氧化碳或它们的组合。优选的酸为硫酸。优选的碱土金属盐为硫酸钙和氯化钙。可以采用一种或多种活化剂。 [0057] 增强剂 [0058] 本发明的方法任选地包含增强剂。增强剂是用作填料并且机械强化经处理的尾矿流的化合物。增强剂的用量可以为适于通行的沉积物的总重量的至多约70重量％。 [0059] 增强剂可选自细小砾石、来自采矿作业的砂、来自采矿作业的废岩石；石油焦、煤颗粒；结晶元素硫；无机纤维；有机纤维；以及它们中两种或更多种的组合。砾石的粒度定义由购自ASTM International，West Conshohocken，PA的ASTM D2488(2009)“StandardPractice for Description and Identification of Soils(Visual-Manual Procedure)”，DOI 10.1520/D2488-09A来确定。无机纤维可以为例如钢纤维或玻璃纤维。 有机纤维可以为例如纸浆废料、纸废料、木材废料、以及废纸。 [0060] 此外，增强剂的表面可未经处理或者所述表面可经表面活性剂处理。典型的表面活性剂为有机硅烷。表面活性剂强化了增强剂和经处理的尾矿之间的界面结合。 [0061] 适于通行的沉积物 [0062] 在第二实施例中，适于通行的沉积物由根据本发明的方法产生。适于通行的沉积物包含在完全或部分脱水和/或干燥之后的处理方法的产物，任选地其中所述方法包括在 接触步骤(a)中加入增强剂。适于通行的沉积物优选地具有在沉积一年后5kPa的最小不 排水剪切强度(屈服应力)，以及在沉积五年后10kPa的最小不排水剪切强度。 [0063] 尾矿流的处理 [0064] 本发明提供一种用于处理尾矿流的方法，所述方法包括(a)使去离子的硅酸盐溶液与尾矿流接触，由此固体被包埋在由硅酸盐溶液产生的凝胶内；以及(b)使凝胶强化和 固化。本文应注意，与悬浮的颗粒聚结在一起形成沉淀的絮凝相反，在本发明的方法中，在与去离子的硅酸盐溶液接触时，尾矿流变粘，然后在其强化和固化时展现出刚性。 [0065] 所谓“强化和固化”在本文指的是凝胶已形成与尾矿流中存在的水分离的固体团块。固体团块将通常展示出在沉积一年后5kPa的最小不排水剪切强度，以及在沉积五年后 10kPa的最小不排水剪切强度。强化和固化可包括脱水步骤和/或干燥步骤。来自步骤(b) 的产物可具有足够的强度作为适于通行的沉积物。 [0066] 如本文所用，水的分离包括将水与凝胶进行部分分离。可借助于诸如蒸发、排水、机械脱水、径流、压缩、渗出、水浸透至下方表面、冻/融、升华、脱水收缩来发生或执行分离。应当理解，凝胶可保持来自尾矿流的总水量的一部分，因为几乎不可能除去所有残余，并且来自天然降水的水或来自更高高度的材料的径流的水可成为凝胶的一部分。 [0067] 所谓“径流”是指水从经凝胶包埋的固体中渗出，或者，来自天然降水(雨、雪)的水穿过经凝胶包埋的固体并从尾矿中流出。一般在集水区域(例如池)中捕集径流。如果发生水径流，可回收来自该过程的水并将径流水再循环。为了压缩，可将固体沉积到脱水坑中，其中一个或多个侧允许回收水径流。例如，水径流或所回收的水可在沥青提取或其它工艺中再利用。有利地，去离子的硅酸盐溶液的使用提供所回收的水中较低的碱金属离子浓 度。 [0069] 任选地，所述方法还包括在接触步骤(a)中加入促进剂。任选地，所述方法还包括在接触步骤(a)中加入增强剂。任选地，所述方法还包括将在步骤(a)中产生的凝胶铺展在表面上方。优选地，所述表面是倾斜的，或者位于脱水坑中。 [0070] 在第二实施例中，适于通行的沉积物由用以处理尾矿流的方法产生。适于通行的沉积物包含在脱水和/或干燥之后的处理方法的产物，任选地包括在接触步骤(a)中加入 增强剂。适于通行的沉积物优选地具有在沉积一年后5kPa的最小不排水剪切强度，以及在 沉积五年后10kPa的最小不排水剪切强度。 [0071] 去离子的硅酸盐溶液、任选的促进剂和任选的增强剂中的每一种在上文有所描述。这些中的每一种均以有效量使用以产生包埋所述流中的固体诸如砂、粘土、和其它固体的凝胶，并在强化、脱水和干燥后提供适于通行的沉积物。因此，来自尾矿流的固体被包埋在凝胶内。 [0072] 尾矿流可以为任何尾矿流，诸如例如上文所述的那些。优选的尾矿流在沥青提取过程中产生。所述尾矿流可以为或包含成熟细尾矿。 [0073] 基于尾矿流的总重量计，以SiO2/公吨(“吨”)计(kg/吨)，以等于0.01至20千克(“kg”)的量向尾矿流中加入去离子的硅酸盐溶液。优选地，基于尾矿流的总重量计，以SiO2/公吨计，以等于0.1至10kg的量加入去离子的硅酸盐溶液。 [0074] 在使用时，基于尾矿流的总重量计，以等于0.01至5重量％的量加入促进剂。 [0075] 在使用时，基于尾矿流的总重量计，以等于0.1至70030kg/吨的量加入增强剂。优选地，基于尾矿流的总重量计，以等于0.1至100kg/吨的量加入增强剂。更优选地，基于尾矿流的总重量计，以等于0.1至10kg/吨的量加入增强剂。 [0076] 可以各种方式执行接触步骤(a)。可使尾矿流和去离子的硅酸盐溶液与任选的促进剂和/或增强剂在容器中接触，沉积在表面上并使其干燥。可使尾矿流、去离子的硅酸盐溶液和任选的促进剂和/或增强剂接触并离心，以在需要减小量的去离子的硅酸盐溶液的 情况下提高分离。优选地，使去离子的硅酸盐溶液和任选的促进剂和/或增强剂与尾矿流 在传送管线中接触以引发胶凝作用，而凝胶基质的形成发生在管线外部以避免管线堵塞。 使凝胶基质铺展在表面上并使其脱水和干燥。可将去离子的硅酸盐溶液直接加入到尾矿池 中。在加入尾矿池中时，使水蒸发或通过其它方法将水分离以将尾矿脱水。可通过上述方 法，包括机械脱水、径流、冻-融等发生或执行水的分离。 [0077] 包括使去离子的硅酸盐溶液与尾矿流接触的用于处理尾矿流的方法可调整以改变胶凝作用时间。如本文所用，胶凝作用意指粘度和屈服强度快速增加。调整包括但不限于改变去离子的硅酸盐溶液、促进剂、和/或增强剂的添加顺序和/或浓度。可通过对pH(加 入酸降低pH，加入碱升高pH)进行调整来改变胶凝作用时间。 [0078] 去离子的硅酸盐溶液的浓度将允许在形成为不可移动的固体之前的足够处理。这对于以下应用而言是重要的，例如其中尾矿流将与去离子的硅酸盐溶液和任选的促进剂和 /或增强剂在管道中接触然后泵送至期望的区域，在所述区域中组合将被排放到表面上用 于胶凝。 [0079] 包含尾矿流和去离子的硅酸盐溶液的凝胶基质可通过诸如泵送或喷涂沉积在表面上。凝胶时间可借助于诸如加入或不含促进剂、浓度、停留时间、pH、温度来控制。如本领域技术人员将认识到的，重要的是在凝胶固化前的时间泵送、喷涂或传送凝胶，以避免形成可能堵塞泵、喷雾嘴或传送管线的固体。另外，在引发胶凝作用过程之前将尾矿流和去离子的硅酸盐溶液的组合喷涂到斜坡上也是个问题，因为“未结冻的”混合物可从斜坡上流走而不固定在期望位置。 [0080] 所述尾矿流包含水和固体。使尾矿流与去离子的硅酸盐溶液和任选的促进剂和/或增强剂接触产生包埋固体的凝胶基质。促进剂、增强剂、或它们的组合可a)在与尾矿流 接触之前与去离子的硅酸盐溶液预混合，b)在使去离子的硅酸盐溶液接触尾矿流的同时与 去离子的硅酸盐溶液同时加入，或c)在使去离子的硅酸盐溶液与尾矿流接触之后顺序加 入，前提条件是在产生凝胶基质之前。 [0081] 然后例如用脱水和/或干燥使凝胶基质强化并固化，以产生适于通行的沉积物，所述沉积物为硬固体。在强化、脱水和/或干燥时，包埋在凝胶基质内的砂、粘土和其它固体成为硬固体，所述硬固体为适于通行的沉积物。 [0082] 可将由该方法形成的经凝胶包埋的固体沉积在表面上，优选地倾斜表面上，并使其硬化。这种将接触步骤的产物施用表面的步骤可重复多次，制备涵盖包含尾矿流的细粒 的固体的多层固体表面的高地。 [0083] 可将由该方法形成的经凝胶包埋的固体以一个或多个层的方式沉积到脱水坑中。当以多于一个层沉积时，多层的重量产生压缩效应，其然后将多层沉积物中的水压出。砂或多孔介质可插入层下方以增强脱水和干燥。 [0084] 实例 [0085] 材料和测试方法 [0086] 以下实例中使用的成熟细尾矿得自加拿大Alberta的油砂处理厂。除非另有说明，否则固体浓度为以重量计25.0％至30％，并且成熟细尾矿经过测定＞90体积％为粒度 小于0.05mm，并且屈服应力峰值为＜10Pa。 [0087] 通过使用配备有桨式心轴(vane spindle)的Brookfield流变仪，使用Brookfield Rheocalc软件来获得样品的屈服应力测量结果，并且结果以Pa(帕斯卡)为单 位记录。屈服应力是定义成使Bingham塑性体流动所需的最小应力的量度。屈服应力越高 表明流动阻力越大。 [0088] 实例1 [0089] 该实例说明去离子的硅酸盐溶液的制备。 [0090] 去离子的硅酸盐溶液的制备 [0091] 通过将酸性离子交换树脂(DOWEX HCR-W2H+树脂，可从Dow Chemical Company，Midland，MI商购获得)加入通过将14.08克的具有3.22的SiO2∶Na2O重量比的41°Be 硅酸钠溶液(1.7的Si∶Na摩尔比，购自VWR)与85.92克的去离子水混合而制备的4重 量％SiO2溶液中来制备去离子的硅酸盐溶液。对于每一克硅酸钠溶液，向溶液中加入总共 2克的Dowex树脂。当pH达到3.0时，通过过滤从稀释的去离子硅酸盐溶液中除去Dowex 树脂。 [0092] 通过ICP对所得的硅酸盐溶液进行分析并且发现其具有700∶1的Si∶Na摩尔比。 [0093] 实例2 [0094] 该实例说明在无需加入活化剂的情况下使用去离子的硅酸钠进行的MFT的流变学改性。 [0095] 根据实例1所述的程序制备去离子的硅酸盐溶液。为了避免微凝胶形成，在制备后60分钟内使用该硅酸盐溶液。将去离子的硅酸盐溶液(68.4g)加入750g具有40重量％ 的固体含量和pH 7.6的MFT中。 [0096] 未处理过的MFT的屈服应力测定为约27Pa。24小时后，处理过的MFT的屈服应力测定为619Pa。 [0097] 实例3 [0098] 该实例说明加入去离子的硅酸盐溶液如何不造成来自处理过的尾矿的渗出水中钠含量的增加。 [0099] 根据实例1所述的程序制备去离子的硅酸盐溶液。为了避免微凝胶形成，在制备后30分钟内使用该硅酸盐溶液。将去离子的硅酸盐溶液(22.8g)加入250g具有27重量％ 的固体含量和未处理过的PH 8.2的MFT中。在加入去离子的二氧化硅溶液后，使用氢氧化 钠溶液将处理过的MFT的pH调整至7.6。 [0100] 在处理后3天测量屈服应力并且测定为211Pa。将来自处理过的MFT的渗出水通过0.45微米注射过滤器过滤并且通过ICP进行分析。发现来自处理过的样品的水包含 855ppm钠离子。发现来自未处理过的MFT的水包含860ppm钠。 [0101] 实例4至7 [0102] 实例4至7说明使用去离子的硅酸盐溶液来在变化的pH范围下处理尾矿流。 [0103] 根据实例1所述的程序制备去离子的硅酸盐溶液。在实例4至7中去离子溶液在使用之前未过期。将一部分去离子的硅酸盐溶液连同成熟细尾矿(500g，30重量％固体)一 起加入四个烧杯中的每个(向每个烧杯中加入43.5g)中。搅拌四个烧杯的内容物以提供 混合物。向每种混合物中加入硫酸(2.5N)调整pH，以提供pH 4、5、6和7的各种混合物。 [0104] 24小时后，测量每种混合物的屈服应力。结果提供于表1中。 [0105] 表1：在变化的pH下实例4至7的屈服应力结果 [0106]实例 pH 在24小时的屈服应力(Pa) 4 7 335 5 6 376 6 5 439 7 4 452 [0107] 如从表1中的结果可以看出，去离子的硅酸盐溶液的使用在一定范围的pH上起作用。 [0108] 比较例A至C |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈