CN110420482B

CN110420482B - 一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂和熟化细尾矿的处理方法

Info

Publication number: CN110420482B
Application number: CN201910748708.8A
Authority: CN
Inventors: 彭韵燕; 金栋; 蒋丽娜; 杨建华
Original assignee: China Special Equipment Inspection and Research Institute
Current assignee: China Special Equipment Inspection and Research Institute
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2039-08-14
Also published as: CN110420482A

Abstract

本发明提供了一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂和熟化细尾矿的处理方法，该絮凝剂包括：30～70％的聚丙烯酰胺；5～30％的聚二甲基二烯丙基氯化铵；2～20％的含钙物质，所述含钙物质为碳酸钙和氧化钙中的一种或多种；1～20％的吸附剂，所述吸附剂为硅藻土和活性炭中的一种或多种。该复合絮凝剂沉降速度快；固液分离后，上清液清澈，悬浮物含量低，浊度小；絮凝后形成的絮体密实，底泥固含量高；温度适应性强。该复合絮凝剂溶解性较好，配合适当的加药装置可直接干粉投加，省去絮凝剂溶解装置，减少投入。本发明可用于处理熟化细尾矿；还可同时用于底泥的二次脱水，加入到底泥后，毛细抽吸时间小，屈服应力适中，脱水率高。

Description

一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂和熟化细尾矿的处理方法

技术领域

本发明属于尾矿处理技术领域，具体涉及一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂和熟化细尾矿的处理方法。

背景技术

油砂是指富含天然沥青的沉积砂，也称为“沥青砂”。实质上，油砂是一种由沥青、砂、富矿黏土和水组成的天然混合物。各地的油砂成分及其含量不同；按质量分数计，典型的油砂组成是：沥青含量为3～20％，无机质占80～85％，余下为3～6％的水。油砂矿通过开采及进一步的提取分离，便可得到合成原油。从油砂中能提取出具有高密度、高粘度、高碳氢比和高金属含量的油砂沥青油。在进行大规模工业化生产时，通常采用热碱水抽提法对油砂进行开采炼制，而每开采1m³的沥青，就会产生1.5m³的尾矿。

油砂矿尾矿的主要成分是水、黏土、砂和残留的沥青。尾矿通常排放到尾矿坝中，实现固液分离，从而使水再次循环利用。粗砂粒从泥浆中快速沉淀分离，而细小的颗粒在悬浮液中形成稳定的分散体，大概一两年以后，这些分散体会形成固含量约30％的泥浆，被称为熟化细砂矿。在此之后，沉降就会越来越慢，尾矿保持这种流通状态通常会长达几十年甚至几个世纪。熟化细砂矿是油砂矿开采的副产物，是沥青、砂土、细砂、细黏土颗粒和工业废水的混合物。废水中含有大量有机和无机组分，由于其体积大、固结能力差、释水能力差等特点，对环境造成了严重的破坏，涉及到水的消耗、大气和土地的污染、土壤的失调等，已经引起了人们对其经济和环境的极大关注。

国内外学者对熟化细尾矿处理进行了大量的研究，以寻找到最大限度对其进行脱水的方法，从而达到缩短尾矿复垦时间的目的。其中，絮凝是一种快速有效地实现固液分离的方法；使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固液分离的目的，这一现象或操作称为絮凝。絮凝剂主要是带有正(负)电性的基团，其与水中带有负(正)电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。

在处理熟化细尾矿时加入絮凝剂，主要起到以下作用：1)使胶体颗粒的电荷得到中和，使稳定的颗粒脱稳，从而聚集在一起，使颗粒增大，从而沉降下来；2)能在单个颗粒之间起到架桥作用，使原本的小颗粒形成较大的胶团，沉降下来；3)降低悬浮物的同时，还能去除水中的重金属及有机物等。目前常见的方法是以聚丙烯酰胺为絮凝剂，对熟化细砂尾矿进行处理。但是，采用现有的絮凝剂处理时，沉降速率慢，且絮凝后上清液悬浮物多，浊度大，底泥含水率高，处理效果有待改善。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂和熟化细尾矿的处理方法，采用本发明提供的复合絮凝剂，沉降速度快，固液分离后上清液清澈，浊度小，底泥固含量高，具有较好的处理效果。

本发明提供一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂，包括以下质量百分含量的组分：

30～70％的聚丙烯酰胺；

5～30％的聚二甲基二烯丙基氯化铵；

2～20％的含钙物质，所述含钙物质为碳酸钙和氧化钙中的一种或多种；

1～20％的吸附剂，所述吸附剂为硅藻土和活性炭中的一种或多种。

优选地，所述聚丙烯酰胺的粘均分子量为800万到1200万。

优选地，所述复合絮凝剂包括5～15％的含钙物质，所述含钙物质为碳酸钙或氧化钙。

优选地，所述复合絮凝剂包括以下质量百分比的组分：

30～70％的聚丙烯酰胺；

5～30％的聚二甲基二烯丙基氯化铵；

2～20％的含钙物质；

0.5～19％的硅藻土；

0.5～1％的活性炭。

优选地，所述硅藻土为采用有机物改性的改性硅藻土，其表面带有电荷。

优选地，所述复合絮凝剂的外观为固体颗粒，20℃密度为0.7～0.8g/cm³，0.5％水溶液的pH值为7～8。

本发明提供一种熟化细尾矿的处理方法，包括以下步骤：

向熟化细尾矿中投加絮凝剂，之后经固液分离，得到上清液和底泥；

所述絮凝剂为前文所述的复合絮凝剂。

优选地，所述絮凝剂以干粉形式直接投加，投加量为100～400g/ton干量比。

优选地，所述絮凝剂以浓度为200～500ppm的溶液形式投加。

优选地，所述处理方法还包括：向得到的底泥中投加所述絮凝剂，得到二次脱水的物质。

与现有技术相比，本发明提供用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂，其主要包括聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵两种有机高分子絮凝物质，并且以无机的含钙物质和吸附剂作为助凝物质进行复配。在本发明中，所述聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量相对聚丙烯酰胺较小，对于尾矿中的细颗粒物质有很好的凝聚作用；聚丙烯酰胺通常分子量大，可起到架桥作用，将形成的胶团进一步凝聚成更大的絮体，两者结合起来可以适应更宽粒径分布的尾矿体系。本发明所述复合絮凝剂反应迅速，沉降速度快；固液分离后，上清液清澈，悬浮物含量低，浊度小；絮凝后形成的絮体密实，底泥固含量高；温度适应性强，尤其是低温。

此外，该复合絮凝剂溶解性较好，配合适当的加药装置可直接干粉投加，省去絮凝剂溶解装置，减少投入。本发明所述复合絮凝剂可用于处理熟化细尾矿等；还可同时用于底泥的二次脱水，加入到底泥后，毛细抽吸时间小，屈服应力适中，脱水率高。

附图说明

图1为本发明一些实施例中熟化细尾矿的粒径分布图；

图2为本发明实施例2中应用复合絮凝剂的沉降曲线；

图3为本发明实施例2中应用聚丙烯酰胺的沉降曲线。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂，包括以下质量百分含量的组分：

30～70％的聚丙烯酰胺；

5～30％的聚二甲基二烯丙基氯化铵；

本发明提供的复合絮凝剂主要用于处理熟化油砂细尾矿，能使熟化油砂细尾矿快速实现固液分离，有效地去除的上清液中的悬浮物、COD和沥青，减小浊度，提高底泥固含量。

按质量百分含量计，本发明提供的复合絮凝剂包括30～70％的聚丙烯酰胺(PAM)，其含量优选为40～65％。并且，所述复合絮凝剂包括5～30％的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)。在本发明的实施例中，所述聚丙烯酰胺的粘均分子量为800万到1200万(一般本领域称粘均分子量为相对分子量，室温)。所述聚丙烯酰胺的离子度是根据不同的尾矿样品筛选确定，对于油砂矿一般常用阴离子和/或非离子类型。所述聚二甲基二烯丙基氯化铵的相对分子量是30-60万，溶解时间5-10min。

在本发明中，所述聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量相对聚丙烯酰胺较小，对于尾矿中的细颗粒物质有很好的凝聚作用；聚丙烯酰胺通常分子量大，可起到架桥作用，将形成的胶团进一步凝聚成更大的絮体，两者结合起来可以适应更宽粒径分布的尾矿体系。

此外，所述聚二甲基二烯丙基氯化铵的溶解性非常好，其与聚丙烯酰胺复配使用，可以克服聚丙烯酰胺溶解时间长的缺点；并且配合适当的加药装置可直接干粉投加，省去絮凝剂溶解装置，减少投入。

本发明是由上述两种有机高分子絮凝物质与无机助凝物质复配而成的复合絮凝剂；并且其包括2～20％的含钙物质和1～20％的吸附剂。其中，所述含钙物质为碳酸钙和氧化钙中的一种或多种，优选为碳酸钙。所述吸附剂为硅藻土和活性炭中的一种或多种，主要起到吸附作用。

在本发明的实施例中，所述复合絮凝剂优选包括5～15％的含钙物质；所述含钙物质可为碳酸钙，也可以用氧化钙代替。本发明优选采用碳酸钙，其作用：一是表面吸附，二是助凝，辅助PAM和PDADMAC产生絮凝效果。本发明实施例一般情况下采用碳酸钙或者氧化钙，虽然镁盐会有一些别的特殊用途，但不适用于本发明该体系。

作为优选，所述复合絮凝剂主要成分及各组分百分含量：聚丙烯酰胺30～70％；聚二甲基二烯丙基氯化铵5～30％；碳酸钙2～20％；硅藻土0.5～19％；活性炭0.5～1％。

其中，所述硅藻土优选为采用有机物改性的改性硅藻土，其含量优选为5～19％；有机改性后的硅藻土的吸附性能比之前增强，并且使其表面带电荷，对于尾矿中的悬浮物有更好地去除作用。具体地，所述的改性硅藻土的粒度为70～90微米，例如是75μm左右；SiO₂的含量65-75％，松密度是0.40g/cm³左右。所述活性炭优选为椰壳活性炭，粒度可为0.5-2mm。

本发明实施例可采用市售各组分原料，采用混合机通过混合、干燥等常规操作制备所述复合絮凝剂；其外观为灰色固体颗粒，有效含量≥88％。此处，有效含量即为固体质量含量(简称固含量，其中聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵的干粉原料均含水)。所述复合絮凝剂的密度(20℃)一般为0.7～0.8g/cm³；0.5wt％水溶液的pH值为7～8。

本发明主要为了处理油砂熟化细尾矿而提供所述复合絮凝剂，其能使熟化油砂细尾矿快速实现固液分离，有效地去除的上清液中的悬浮物、COD和沥青，减小浊度，提高底泥固含量，并且使用方便，成本较低。

相应地，本发明实施例提供了一种熟化细尾矿的处理方法，包括以下步骤：向熟化细尾矿中投加絮凝剂，之后经固液分离，得到上清液和底泥；所述絮凝剂为前文所述的复合絮凝剂。

油砂矿尾矿的主要成分是水、黏土、砂和残留的沥青。当尾矿排放到尾矿坝中，粗砂粒迅速从泥浆中沉淀分离，而细小的颗粒在悬浮液中形成稳定的分散体，经过一段时间后，这些分散体形成了固含量约30wt％的凝胶状泥浆，被称为熟化油砂细砂矿，简称熟化细尾矿。在本发明的实施例中，所述熟化细尾矿的性质可参见表1和图1，图1为本发明实施例熟化细尾矿的粒径分布图。

表1.本发明一些实施例中熟化细尾矿的性质

本发明实施例采用前文所述的复合絮凝剂处理熟化细尾矿，向其中加入一定量的该絮凝剂，经过一定时间的絮凝后，进行固液分离，分别得到上清液和底泥。在本发明的一些实施例中，所述复合絮凝剂以干粉形式直接投加，无需溶解装置溶解絮凝剂，可减少投入；所述投加量可为100～400g/ton干量比，例如250g/ton干量比、300g/ton干量比。此处，投加量是絮凝剂的干量(克)与尾矿样品的干量(吨)的比值。在本发明的另一些实施例中，所述复合絮凝剂以浓度为200～500ppm的溶液形式投加。

此外，本发明实施例所述絮凝剂的停留时间可在2小时以上，处理温度一般为常温；所述固液分离采用本领域常用的分离方式即可。

现有技术不能用同一种药剂对沉降的底泥进行二次脱水，增加一种药剂就要增加相应的溶解设备，从而增加投入成本。而本发明实施例所述处理方法优选还包括：向得到的底泥中投加所述絮凝剂，得到二次脱水的物质。

本发明该复合絮凝剂还可同时用于底泥的二次脱水，加入到底泥后，毛细抽吸时间小，屈服应力适中，脱水率高，进一步降低了投入成本。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂和熟化细尾矿的处理方法进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

同时，在没有另外说明的情况下，本申请说明书中所涉及的各种原料试剂及设备均可购自市场并直接使用。

以下实施例中，所述尾矿样品为市售的熟化细尾矿，其性质参见表1和图1；所述的改性硅藻土的粒度是75μm左右；SiO₂的含量65-75％，松密度是0.40g/cm³左右。所述活性炭为椰壳活性炭，粒度为0.5-2mm。

实施例1

将50％的聚丙烯酰胺(粘均分子量1000万，离子度30％)、30％的聚二甲基二烯丙基氯化铵(相对分子量50万)、10％的碳酸钙、9.5％的改性硅藻土和0.5％的活性炭混合，制备得到复合絮凝剂。

该絮凝药剂的外观为灰色固体颗粒，有效含量≥88％，密度(20℃)为0.7～0.8g/cm³，0.5％水溶液的pH值为7～8。

实施例2

将尾矿样品充分摇匀后称取1000g，置于一个1L的烧杯中。将该样品用搅拌器在350rpm的速度下搅拌3分钟，随后将速度降至160rpm，加入0.05％实施例1制备的絮凝剂水溶液。

一旦加入该絮凝剂溶液就开始计时，絮凝剂加入的时间为1min，加完后继续搅拌1min。关掉搅拌器，将絮凝的尾矿样品转入带刻度纸的1L量筒中。迅速开始计时，记录沉降高度对时间的沉降曲线。

同时，做加入不同加药量的该复合絮凝剂和单独聚丙烯酰胺的沉降实验。各沉降曲线参见图2和图3，图2为本发明该复合絮凝剂的沉降曲线，其加药量分别为100g/ton，200g/ton，300g/ton，400g/ton。图3为聚丙烯酰胺的沉降曲线，其加药量分别为200g/ton，300g/ton，400g/ton。对比图1和图2，沉降曲线上可以看出，单独只加聚丙烯酰胺，100g/ton时几乎不沉降，因此没有得到其沉降曲线，而采用100g/ton的该复合絮凝剂，样品固体沉降明显；同为200g/ton、300g/ton和400g/ton加药量时，该复合絮凝剂处理的尾矿样品沉降速度明显比单独加PAM的要快得多。使用300g/ton该复合絮凝剂，在2s内几乎就能沉降完全。

处理后结果见表2，从表2可知，相比聚丙烯酰胺，采用本发明提供的复合絮凝剂，沉降速度快，固液分离后上清液清澈，浊度小，底泥固含量高，具有较好的处理效果。

表2絮凝后样品的结果

实施例3

将65％的聚丙烯酰胺(粘均分子量1000万，离子度30％)、5％的聚二甲基二烯丙基氯化铵(相对分子量50万)、10％的碳酸钙、19％的改性硅藻土和1％的活性炭混合，制备得到复合絮凝剂。

实施例4

采用实施例3制备的絮凝剂，对实施例2一段絮凝后产生的底泥进行二次脱水。具体为：

在一段絮凝沉降2h后，将上清液倒出，把下面的底泥作为二段脱水的样品放入烧杯中。将该底泥样品用200rpm的速度搅拌1min，随后加入0.2％的所述絮凝剂溶液，开始计时。絮凝剂的加入时间为1min，加完后继续搅拌1min。关闭搅拌器，将絮凝的样品迅速转移到一个1L的量筒中。

同时，对比不同加药量的该复合絮凝剂和单独聚丙烯酰胺的脱水效果。

脱水效果用脱水率、屈服应力、毛细抽吸时间来衡量：

脱水率：(脱水前底泥的含水率-加入絮凝剂脱水后底泥的含水率)/脱水前底泥的含水率×100％；

屈服应力：用Brookfield RV DV-3T粘度计进行测量，用桨式转子在0.5rpm的转速下测试得到样品的屈服应力，温度为25℃；

毛细抽吸时间(CST)：用TRITON ELECTRONICS LIMITED Type 304M毛细抽吸时间仪对样品进行测试，得到毛细抽吸时间，用于反映样品的脱水能力。

具体结果见表3，从表3可见，加入100g/ton干量比的该絮凝剂即能达到很好的脱水效果，而聚丙烯酰胺需要250g/ton的用量才能有效果，其效果仍差于本申请。

表3底泥加絮凝剂脱水后结果

由以上实施例可知，本发明所述复合絮凝剂反应迅速，沉降速度快；固液分离后，上清液清澈，悬浮物含量低，浊度小；絮凝后形成的絮体密实，底泥固含量高；温度适应性强，尤其是低温。此外，该复合絮凝剂溶解性较好，配合适当的加药装置可直接干粉投加，省去絮凝剂溶解装置，减少投入。本发明所述复合絮凝剂可用于处理熟化细尾矿等；还可同时用于底泥的二次脱水，加入到底泥后，毛细抽吸时间小，屈服应力适中，脱水率高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims

1.一种用于处理油砂矿尾矿的复合絮凝剂，其特征在于，所述复合絮凝剂的外观为固体颗粒，包括以下质量百分含量的组分：

30~70%的聚丙烯酰胺；

5~30%的聚二甲基二烯丙基氯化铵；

2~20%的含钙物质，所述含钙物质为碳酸钙和氧化钙中的一种或多种；

1~20%的吸附剂，所述吸附剂为硅藻土和活性炭中的一种或多种；

所述聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量相对聚丙烯酰胺小，所述聚丙烯酰胺的粘均分子量为800万到1200万；所述聚二甲基二烯丙基氯化铵的相对分子量是30-60万。

2.根据权利要求1所述的复合絮凝剂，其特征在于，所述复合絮凝剂包括5~15%的含钙物质，所述含钙物质为碳酸钙或氧化钙。

3.根据权利要求1所述的复合絮凝剂，其特征在于，所述复合絮凝剂包括以下质量百分比的组分：

30~70%的聚丙烯酰胺；

5~30%的聚二甲基二烯丙基氯化铵；

2~20%的含钙物质；

0.5~19%的硅藻土；

0.5~1%的活性炭。

4.根据权利要求3所述的复合絮凝剂，其特征在于，所述硅藻土为采用有机物改性的改性硅藻土，其表面带有电荷。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的复合絮凝剂，其特征在于，所述复合絮凝剂20℃密度为0.7~0.8g/cm³，0.5%水溶液的pH值为7~8。

6.一种熟化细尾矿的处理方法，包括以下步骤：

所述絮凝剂为权利要求1~5中任一项所述的复合絮凝剂。

7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述絮凝剂以干粉形式直接投加，投加量为100~400g/ton干量比。

8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述絮凝剂以浓度为200~500ppm的溶液形式投加。

9.根据权利要求6~8中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括：向得到的底泥中投加所述絮凝剂，得到二次脱水的物质。