DE3041086C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer entwässerten Schlammschicht in dem Bergeteich eines Bergeteich-Systems aus einem Feinmaterial enthaltenden wäßrigen Abstrom eines industriellen Prozesses.

Teersande (die auch unter der Bezeichnung Ölsande und Bitumensande bekannt sind) stellen Sandlagerstätten dar, die mit dichtem, viskosem Erdöl getränkt sind. Teersande kommen auf der ganzen Welt vor, häufig in den gleichen geographischen Gebieten wie übliches Erdöl. Die größte Lagerstätte und die einzige, die zur Zeit von wirtschaftlicher Bedeutung ist, liegt im Gebiet von Athabasca im Nordosten der Provinz Alberta in Kanada. Man nimmt an, daß diese Lagerstätte möglicherweise 0,11 × 10¹² bis 0,16 × 10¹²m³ (700 × 10⁹ bis 1 × 10¹² barrels) Bitumen (Asphalt) enthält. Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, daß 0,11 × 10¹²m³ (700 × 10⁹ barrels) gerade etwa den Weltreserven an üblichem Erdöl entsprechen, von denen 60% im Mittleren Osten gefunden werden. Obgleich ein Großteil der Athabasca-Lagerstätte mit der derzeitigen Technologie in einem kommerziellen Maßstabe nicht wirtschaftlich abgebaut werden kann, liegt dennoch ein beträchtlicher Anteil an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche, wo er ziemlich leicht abgebaut und zu synthetischem Rohöl verarbeitet werden kann, und dieses Verfahren wird derzeit kommerziell in einem sehr großen Maßstabe in der Nähe von Fort McMurray in Alberta, Kanada, durchgeführt.

Bei den Athabasca-Teersanden handelt es sich um ein Drei-Komponenten-Gemisch aus Bitumen (Asphalt), Mineralien und Wasser. Bitumen ist die für die Extraktion wertvolle Komponente, deretwegen die Teersande abgebaut und aufgearbeitet werden. Der Bitumengehalt ist variabel und beträgt durchschnittlich 12 Gew.-% der Lagerstätte, die Werte schwanken jedoch innerhalb des Bereiches von 0 bis 18 Gew.-%. Der Wassergehalt beträgt in der Regel 3 bis 6 Gew.-% des Gemisches und nimmt im allgemeinen mit abnehmendem Bitumengehalt zu. Der Mineralgehalt ist verhältnismäßig konstant und liegt innerhalb des Bereiches von 84 bis 86 Gew.-%.

Seit vielen Jahren sind verschiedene Extraktionsverfahren zur Abtrennung des Bitumens (Asphalts) von dem Sand bekannt, von denen das sogenannte "Heißwasserverfahren" das einzige von derzeit kommerzieller Bedeutung ist. Das Heißwasserverfahren zur Durchführung einer primären Extraktion von Bitumen (Asphalt) aus Teersanden besteht aus drei Haupt-Verfahrensstufen (eine vierte Stufe, die abschließende Extraktion, wird angewendet, um das bei der weiter stromabwärts durchgeführten Aufarbeitung gewonnene Bitumen zu reinigen). In der ersten Stufe, der sogenannten Konditionier-Stufe, wird Teersand mit Wasser gemischt und an der Atmosphäre mit Wasserdampf erhitzt unter Bildung einer Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 70 bis 85 Gew.-%. Natriumhydroxid oder andere Reagentien werden nach Bedarf zugegeben, um den pH-Wert innerhalb des Bereiches von 8,0 bis 8,5 zu halten. In der zweiten Stufe, der sogenannten Abtrennungs- bzw. Abscheidungsstufe, wird die konditionierte Aufschlämmung weiter verdünnt, so daß ein Absetzen stattfinden kann. Die Hauptmasse des sandartigen Minerals setzt sich schnell ab und wird als Sand-Rückstand abgezogen. Der größte Teil des Bitumens (Asphalts) schwimmt schnell nach oben (scheidet sich oben ab) unter Bildung einer als Schaum bekannten zusammenhängenden Masse, die durch Abschöpfen des Absetzbehälters gewonnen wird. Ein dritter Strom, der als Mittelmaterial-Austragsstrom (middlings drag stream) bezeichnet wird, kann aus dem Absetzbehälter abgezogen und einer dritten Verarbeitungsstufe, der sogenannten Reinigungs- oder Spülstufe, unterworfen werden zur Erzielung einer zusätzlichen Gewinnung vom suspendiertem Bitumen (Asphalt).

Die Teilchengröße des Minerals und die Teilchengrößenverteilung sind besonders wichtig für die Durchführung des Heißwasserverfahrens und für die Anreicherung des Schlammes. Die hier verwendeten Ausdrücke "Sand", "Silt (Schlick bzw. Feinsand)", "Ton" und "Feinmaterial" dienen der vereinfachten Kennzeichnung der Mineral-Teilchengröße, wobei es sich bei dem Sand um ein Kieselsäure-Material handelt, das ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm (325 mesh) nicht passiert, während der Silt (Schlick oder Feinsand) ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm (325 mesh) passiert, dessen Teilchen jedoch größer als 2 µm sind, und Ton ein Material darstellt, dessen Teilchengröße weniger als 2 µm beträgt und das etwas Kieselsäure-Material dieser Teilchengröße enthält. Der Ausdruck "Feinmaterial" umfaßt sowohl Silt als auch Ton, schließt jedoch Sand aus. Es sei erneut darauf hingewiesen, daß diese Bezeichnungen vereinfachte Näherungen darstellen. Bezüglich einer besseren und vertiefteren Diskussion der Teilchengröße und der Typen der Teersandschlämme darf auf den Artikel "Mineral Particle Interaction Control of Tar Sand Sludge Stability" von Young und Sethi im "The Journal of Canadian Petroleum Technology", Band 17, Nr. 4 (Okt.-Dez. 1978), verwiesen werden.

Bei der Aufarbeitung von Teersanden bestehen die Rückstände bzw. Abfälle aus dem gesamten Teersanderz-Körper plus Gesamtzugaben an Prozeßwasser abzüglich nur des gewonnen Bitumenprodukts. Teersandrückstände bzw. -abfälle können in drei Kategorien eingeteilt werden, nämlich in (1) Siebrückstände, (2) Sandrückstände (die Fraktion, die sich schnell absetzt) und (3) Rückstandsschlamm (die Fraktion, die sich langsam absetzt). Die Siebrückstände werden in der Regel gesammelt und als getrennter Strom behandelt.

Die Rückstände bzw. Abfälle aus dem Heißwasserverfahren, die eine verdünnte Suspension von Feinmaterialien in Wasser zusammen mit Sand enthalten, werden in den Bergeteich ausgetragen. Die Bildung eines Schlammes durch Absetzen dieser Rückstände bzw. Abfälle ist in erster Linie zurückzuführen auf die Anwesenheit von dispergierten Tonmineralien. Viele der Faktoren, welche die Geschwindigkeit bestimmen, mit der sich die Tonmineralien absetzen, und die Eigenschaften des gebildeten Schlammes werden innerhalb des Abfall- bzw. Rückstandsaustrags eingestellt. Dazu gehören die anfängliche Tonkonzentration (Ton/Wasser-Verhältnis), die relativen Mengenanteile der verschiedenen Tonmineralarten, die Teilchengröße, der Zustand der Tonoberflächen und die Porenwasserchemie. Die Erfahrung und die Laboranalysen haben gezeigt, daß alle diese Faktoren von Zeitpunkt zu Zeitpunkt beträchtlich variieren in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Teersandbeschickung und den Verfahrensbedingungen.

In der Regel werden die Abfälle bzw. Rückstände über den Strand (entweder direkt oder über einen Deichaufbau) ausgetragen, wo sich der größte Teil des Sandes absetzt. Der Ablauf fließt kontinuierlich in einen Flüssigkeitsspeicher oder Teich, aus dem das Wasser gleichzeitig für die Rückführung in das Teersandextraktionsverfahren abgezogen wird. Hier treten zusätzliche wichtige Determinanten des Absetzverhaltens auf. Dazu gehören die Rate bzw. Geschwindigkeit des Zustroms und des Abstroms, bezogen auf die Oberflächengröße und das Volumen des geklärten Wassers, die Teichtiefe und der Grad der Umrührung des Inhalts des Teiches entweder durch Zuströme und Abströme oder durch thermische oder Windeffekte. Während die Anfangstemperatur diejenige der Abfall- bzw. Rückstandsströme ist, werden die Temperaturen in dem Teich offensichtlich auch von zahlreichen anderen Faktoren bestimmt.

Die Erfahrung und Laboranalysen haben gezeigt, daß dann, wenn ein teilweise abgesetzter Schlamm mehrere Monate bis etwa 2 Jahre lang in einem tiefen Teich ungestört bleibt, dieser sich in zwei getrennte Schichten aufteilt, eine praktisch klare Wasserschicht oben und eine Schlammschicht darunter. Die Dichte der Schlammschicht nimmt allmählich mit der Tiefe zu, was hauptsächlich auf die Anwesenheit von mehr Sand- und Siltteilchen zurückzuführen ist. Diese setzen sich entweder überhaupt nicht oder nur sehr langsam wegen der beträchtlichen Streckfestigkeit der ruhenden Schlammes ab. Das Ton/Wasser-Verhälntis nimmt im oberen Teil des Teiches mit der Tiefe nur schwach und im unteren Teil fast überhaupt nicht zu. Nach 1 oder 2 Jahren tritt eine geringe weitere Veränderung des Schlammvolumens auf. Die Verdichtung bzw. Konsolidierung am Boden des Teiches ist so langsam, daß der Nachweis des verdichteten bzw. konsolidierten Materials schwierig ist. Der auf diese Weise gebildete Schlamm bleibt über Zeiträume von Jahren oder Jahrzenten hinweg praktisch unverändert und kann für praktische Zwecks als endgültiger Schlamm angesehen werden.

Ein aktiver Teich mit einem kontinuierlichen Zufluß und Abfluß ist komplizierter.

Er weist jedoch normalerweise auf der Oberseite eine gut definierte klare Wasserschicht auf, die jedoch verschwinden kann, wenn eine Überladung (Überlastung) auftritt. Darunter befindet sich der Schlamm, dessen Dichte mit der Tiefe zunimmt. Innerhalb dieses Schlammes gibt es im allgemeinen keine klar definierten Grenzen mit Ausnahme einer Schicht aus abgetrenntem Bitumen (Asphalt) in der Näher der Grenzfläche zwischen Wasser und Schlamm. Man kann jedoch annehmen, daß der Schlamm aus drei Zonen besteht, zu deren meßbarer Entwässerung zunehmend größere Größenordnungen von Zeiträumen erforderlich sind und die jeweils durch die Vorherrschaft von unterschiedlichen Entwässerungsparametern charakterisiert sind. Diese drei Zonen können jeweils als Sedimentationszone, Übergangszone und Fertigschlammzone (endgültige Schlammzone) bezeichnet werden.

So läßt sich feststellen, daß (1) Teersande Tonmineralien enthalten, (2) bei dem Heißwasser-Extraktionsverfahren der größte Teil der Tone in den Verfahrensströmen dispergiert ist und den Kreisprozeß durchläuft und schließlich in den Rückständen (Abfällen) erscheint, (3) die Menge der Prozeßwasserzufuhr durch den Tongehalt der Beschichtung und das Erfordernis, die Viskosität des Mittelmaterial-Stromes zu kontrollieren, festgelegt wird, (4) die Menge des für die Viskositätskontrolle des Mittelmaterials erforderlichen Wassers ein großes Volumen, verglichen mit dem Volumen des Erzes selbst, darstellt, und (5) bei der Beseitigung Tone sich nur sehr sehr langsam absetzen; somit steht die Wasserkomponente der Rückstände bzw. Abfälle nur teilweise für die Wiederverwendung bei der Rückführung zur Verfügung. Das was nicht zurückgeführt werden kann, stellt den sich anreichernden Teil des Rückstandsschlammes dar.

Das Teichwasserproblem (Rückstandswasserproblem) besteht deshalb darin, eine ökonomisch und ökologisch akzeptable Langzeit-Möglichkeit zu schaffen, die Anreicherung von Schlamm zu eliminieren, minimal zu halten oder auf Dauer zu beseitigen. Das heißt, es sollte eine gründlichere Entwässerung der Schlammschicht stattfinden, die zur Folge hat, daß eine größere Menge an geklärtem Wasser für die Rückführung in das Verfahren erhalten wird, wenn dies in dem jeweiligen System erforderlich ist. Die Ausflockung des Rückstands- bzw. Abfallstromes zur Verbesserung der Absetzeigenschaften eines Bergeteiches eines industriellen Prozesses wurde bereits früher vorgeschlagen und praktisch durchgeführt. Bei der Ausflockung werden einzelne Teilchen zu eher lose miteinander verbundenen Agglomeraten oder Flocken vereinigt. Der Grad der Ausflockung wird gesteuert durch die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen zwischen dem Teilchen und ihrer Adhäsionsneigung nach der Kollision. Durch Rühren wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kollisionen erhöht und die Adhäsionsneigung wird durch Zugabe eines Flockungsmittels erhöht. Flockungsmittel sind Reagentien, die nach einem oder einer Kombination der drei nachstehend angegebenen allgemeinen Mechanismen wirken: (1) Neutralisation der elektrischen Abstoßungskräfte in der Umgebung der kleinen Teilchen, wodurch es möglich wird, daß die Van der Waals'schen-Anziehungskräfte die Teilchen zusammenhalten, wenn sie miteinander kollidiert sind; (2) Ausfällung von voluminösen Flocken, wie z. B. Metallhydroxiden, die feine Teilchen einschließen; und (3) Brückenbildung zwischen den Teilchen durch natürliche oder synthetische langkettige Polymere mit einem hohen Molekulargewicht. Es wird angenommen, daß diese Polyelektrolyte durch Absorption von Hydroxyl- oder Amidgruppen an Feststoffoberflächen (durch Esterbildung oder Wasserstoffbrückenbindung) fungieren, wobei jede Polymerkette eine Brücke zwischen mehr als einem Feststoffteilchen in der Suspension ausbildet.

Zur Ausfällung bzw. Abscheidung von Teilchen in Bergeteichen verschiedener industrieller Prozesse sowie in Abwasserbehandlungsanlagen sind bereits eine große Anzahl von Flockungsmitteln verwendet worden. Einen deutlichen Schritt vorwärts auf diesem Gebiet bedeutete jedoch die Verwendung von hydrolysierter Mais- und Kartoffelstärke als Flockungsmittel, wie sie in CA-PS 11 10 950 beschrieben sind, und die Verwendung von Weizenstärke als Flockungsmittel, wie sie in DE-OS 29 31 278 beschrieben sind. Hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel hat, insbesondere bei Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit der Durchführung der Ausflockung in einem großen Maßstabe, die ausgezeichnete Fähigkeit, eine schnelle Ausscheidung bzw. Ausfällung bis zu einem praktisch endgültigen ausgeschiedenen Zustand berheizuführen. Diese Eigenschaft ist insbesondere wertvoll für die Anwendung in solchen Verfahren, wie z. B. dem Heißwasserverfahren zur Gewinnung von Bitumen aus Teersanden, in denen die kritische Notwendigkeit besteht, geklärtes Wasser aus dem Bergeteich in das Verfahren im Kresilauf zurückzuführen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die einfache Verwendung von hydrolysierter Stärke oder irgendeines anderen bekannten Flockungsmittels, wenn überhaupt, nur zu einer sehr geringen Verbesserung des Endgrades der Entwässerung der Schlammschicht führt. Das heißt, der Endzustand der Schlammschicht ist etwa der gleiche wie der, der bei den natürlichen Absetzprozessen über einen viel längeren Zeitraum hinweg erzielt werden würde, und dieser Endzustand ist insofern unbefriedigend, als er zu viel Wasser enthält, zu voluminös und zu instabil ist.

Jedoch werden bestimmte sehr vorteilhafte Eigenschaften der Schlammschicht durch Verwendung der hydrolysierten Stärke als Flockungsmittel erzielt, die bei den natürlichen Absetzprozessen oder durch Verwendung eines anderen derzeit bekannten Flockungsmittels nicht erreicht werden; die Durchlässigkeits- und Scherfestigkeitseigenschaften der Schlammschicht werden beide sehr stark verbessert; die Folge davon ist, daß bisher unmögliche Entwässerungsmethoden zum Verdichten und Stabilisieren der Schlammschicht und zur Extraktion von zusätzlichen Mengen an geklärten Wasser daraus angewendet werden können.

Im Rahmen eines anderen Versuchs, die Teichwasserprobleme (Rückstandswasserprobleme) zu lösen, wurde vorgeschlagen, das Feinmaterial in den Zwischenräumen zwischen den Sandkörnchen in dem für die Deichbildung verwendeten Material zu lagern (speichern). Ein solches Verfahren ist in CA-PS 10 63 956 und in der entsprechenden US-PS 40 08 146 beschrieben. Dabei wird eine Schlammschicht mit mindestens 12 Gew.-% Feststoffgehalt mit dem Abwasser eines Heißwasserverfahrens, das mindestens 20 Gew.-% Sand enthält, vermischt und in einer Absetzzone absetzen gelassen. Die untere Schlamm/Sand-Schicht wird dann über einen Sandhaufen dispergiert, es entstehen weitere Sandschichten, in denen zumindest teilweise der Schlamm in den Zwischenräumen zwischen den Sandkörnern eingelagert ist. Die Erfahrungen mit diesem Verfahren haben jedoch gezeigt, daß die Höhe, bis zu der der Deich aufgebaut werden kann, begrenzt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Volumen des in einem Industrieprozeß-Bergeteich gespeicherten Schlammes minimal zu halten, d. h. die Schlammschicht in dem Bergeteich eines Bergeteich-Systems aus einem Feinmaterial enthaltenden wässerigen Abstrom eines industriellen Prozesses so zu entwässern, daß ihre Festigkeit bedeutend erhöht wird, so daß der Deich höher gebaut werden kann, wodurch nicht nur ein tieferer Bergeteich möglich ist, sondern auch mehr Schlamm in den Zwischenräumen zwischen den den Deich aufbauenden Sandkörnchen gelagert (gespeichert) werden kann.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ausbildung einer entwässerten Schlammschicht in dem Bergeteich eines Bergeteich-Systems aus einem Feinmaterial enthaltenden wässerigen Abstrom eines industriellen Prozesses bei dem B) der Abstrom mit Sand gemischt und C) die Mischung aus dem behandelten Abstrom und Sand in den Bergeteich ausgetragen wird, wobei sich die Mischung aus dem behandelten Abstrom und Sand unter Bildung einer Schlammschicht, aus der Wasser nach oben wandert, absetzt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man A) den Abstrom vor Durchführung oder während der Durchführung der Stufe B) mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Bergeteich-Schlammschicht mit einer hohen Dichte und Festigkeit erhalten, der Schlamm hat verbesserte Durchlässigkeits- und Scherfestigkeitseigenschaften. Der mit Sand vermischte Schlamm ist, im Gegensatz zu unbehandeltem Schlamm oder Schlamm, der mit anderen Flockungsmitteln behandelt worden ist, in der Lage, den Sand zu tragen. Durch das Eigengewicht des Sandes wird eine weitere Entwässerung der Schlamm/Sand-Mischung erzielt.

Ein besseres Verständnis der Erfindung sowohl im Hinblick auf die Organisation als auch im Hinblick auf die Arbeitsweise ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein etwas vereinfachtes Blockdiagramm eines Heißwasserprozesses für die Aufarbeitung von Bitumenteersanden zu einem Bitumenschaum für die nachfolgende Gewinnung von synthetischem Rohöl daraus;

Fig. 2 eine partielle Querschnittsansicht, welche im Konzept und vereinfacht die Verteilung von Wasser und Schlamm in einem Bergeteich erläutert, der mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verbunden ist;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, welche die Ergebnisse der bekannten Verfahren zur Belastung der Schlammschicht eines Bergeteiches mit Sand darstellt;

Fig. 4 den Effekt der Belastung der Schlammschicht des Bergeteiches mit Sand, nachdem die Schlammschicht mit hydrolysierten Stärken als Flockungsmitteln behandelt worden ist;

Fig. 5 den Effekt, der erzielt wird durch aufeinanderfolgende Schichten zur Belastung von Sand mit Schlamm, der vorher mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt worden ist;

Fig. 6 den Effekt der inneren Belastung, die erzielt wird durch Mischen des Sandes mit dem Schlamm, der vorher mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt worden ist oder gleichzeitig damit behandelt wird;

Fig. 7 den Effekt der Verwendung einer Kombination von inneren und äußeren Belastungsmethoden unter Verwendung von Schlamm, der mit hydrolsierter Stärke als Flockungsmittel behandelt worden ist;

Fig. 8 eine generelle Methode zur Erhöhung der Menge in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Sandkörnchen in einem Deich gelagertem Feinmaterial;

Fig. 9 ein beispielhaftes spezifisches Verfahren zur Zugabe von hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel zu den Rückständen (Abfällen) eines Teersand-Heißwasserverfahrens;

Fig. 10 die Darstellung eines Verfahrens zur Zugabe von hydrolyiserter Stärke als Flockungsmittel zu dem Schlamm, begleitet von einem Sandeinschluß, wie er in dem Rückstandsystem eines Teersand-Heißwasseraufbereitungsverfahrens zu finden ist;

Fig. 11 eine Darstellung einer Kombination der in den Fig. 9 und 10 erläuterten Verfahren, durch welche eine schnellere Gewinnung von geklärtem Wasser erzielt werden kann;

Fig. 12a, 12b, 12c und 12d eine Folge von Arbeitsgängen, durch welche eine äußere Sandbelastung der Schlammschicht eines Bergeteiches in einer kalten Umgebung erzielt werden kann.

Nach Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen werden Bitumenteersande durch eine Leitung 1 in das System eingeführt und in eine Konditioniertrommel oder Erzmühle 18 übergeführt. Wasser und Wasserdampf werden durch eine weitere Leitung 2 in die Erzmühle eingeführt. Das auf diese Weise in flüssiger Form und in Dampfform eingeführte Gesamtwasser ist eine geringe Menge, bezogen auf das Gewicht der verarbeiteten Teersande. Die mit Wasserdampf und Wasser erhitzten und konditionierten Teersande werden durch eine Leitung 3 in ein Sieb 29 übergeführt. Das Sieb 29 hat die Aufgabe, aus der Aufschlämmung irgendwelchen Schutt, wie z. B. Steine oder übergroße Tonklumpen, wie bei 30 allgemein angegeben, zu entfernen. Das übergroße Material wird an einer geeigneten Stelle abgezogen. Die konditionierte Aufschlämmung fließt durch eine Leitung 31 in einen Beschickungssumpf 19, der als Zone zum Verdünnen der Aufschlämmung mit zusätzlichem Wasser dient, bevor sie in eine Trenn- bzw. Abscheidungszone 20 gelangt.

Die verdünnte Aufschlämmung wird durch eine Leitung 4 kontinuierlich aus dem Beschickungssumpf 19 in die Abscheidungszone 20 gespült. Die Absetzzone innerhalb des Abscheiders 20 ist verhältnismäßig ruhig, so daß Bitumenschaum an die Oberfläche aufsteigt und durch eine Leitung 5 abgezogen wird, während die Masse der Sandkomponente sich am Boden als Rückstandsschicht bzw. Abfallsschicht absetzt, die durch die Leitung 6 abgezogen wird. Es ist natürlich klar, daß die Rückstands- bzw. Abfallströme einzeln mit oder ohne eine Behandlung stromabwärts, wie durch die gestrichelten Linien 23, 24 und die gegebenenfalls durchgeführte Behandlungsverfahren 70, 80 angezeigt, transportiert werden können.

Ein Strom von verhältnismäßig bitumenreichem Mittelmaterial wird durch die Leitung 8 abgezogen, um die Mittelmaterialschicht zwischen dem Schaum und der Sandschicht bei einer funktionellen Viskosität zu halten. Dieses Mittelmaterial wird in eine Flotationsspülzone 21 übergeführt, in der eine Luftflotation durchgeführt wird, um weiteren Bitumenschaum zu bilden, der zusammen mit dem primären Schaum aus der Abscheidungszone 20, der durch die Leitung 5 fließt, durch die Leitung 9 aus der Spülzone 21 in eine Schaumabsetzzone 22 eingeführt wird. Aus dem Boden der Spülzone 21 wird durch die Leitung 10 ein an Bitumen armer Wasserstrom abgezogen. In der Schaumabesetzzone 22 wird etwas weiteres bitumarmes Wasser aus dem Schaum abgezogen und durch die Leitung 11 entfernt, um mit dem bitumenarmen Wasserstrom aus der Flotationsspülzone und dem Sandrückstandsstrom aus der Abscheidungszone 20 gemischt zu werden. Das Bitumen aus der Absetzzone 22 wird durch die Leitung 12 für eine weitere Behandlung in der Regel eine abschließende Extraktion, entfernt.

Das bitumenarme Wasser aus der Schaumabsetzeinrichtung 22, der Spülzone 21 un der Abscheidungszone 20, die alle einen Abstrom-Austragsstrom in der Leitung 7 bilden, werden in einen Bergeteich 15 ausgetragen, der eine Schicht aus geklärtem Wasser 26 und eine Schlammschicht 27 aufweist. Der in dem Rückstandsstrom eingeschlossene Sand setzt sich schnell in dem Bereich 14 ab und das Feinmaterial enthaltende Wasser fließt ins Innere des Teiches 15, wo ein Absetzen erfolgt. Durch eine Pumpe 28 kann Wasser aus der geklärten Wasserschicht 26 abgezogen werden für die Rückführung durch eine Leitung 17, um mit dem frischen Ergänzungswasser gemischt und in das Heißwasserverfahren eingeführt zu werden.

In der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen befindet sich über der Schlammschicht 27 des Bergeteiches 15 eine Schicht 26 aus geklärtem Wasser (wie bereits weiter oben angegeben, stellt dies eine beträchtliche Vereinfachung dar, die jedoch für das Verständnis der vorliegenden Erfindung angemessen und zweckmäßig ist). Der Sandboden 23 des Teiches bildet die untere Grenze der Schlammschicht 27, in der, wie weiter oben erörtert, das Verhältnis von Mineral zu Wasser von oben nach unten zunimmt. Die Eigenschaften der auf diese Weise gebildeten Schlammschicht 27 sind unbefriedigend und sie ist unzureichend entwässert und verdichtet, um das Teilvolumen minimal zu halten, wie es erforderlich wäre, um den Schlamm aufzunehmen und eine stabile Schlammstruktur zu erzielen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Schlammschicht mit einer Sandschicht "zu belasten", wobei der Sand als durchlässiger Kolben wirkt, um den Schlamm zu verdichten und das Wasser daraus herauszupressen. Alle Versuche, dieses Belastungskonzept durchzuführen, sind vollständig fehlgeschlagen oder wurden unter Bedingungen durchgeführt, die, wenn überhaupt, nur geringfügige Vorteile unter sehr begrenzten Bedingungen ergaben (vgl. z. B. die US-PS 40 36 752).

Was in der Praxis beobachtet wurde, wenn solche Verfahren in großen, verhältnismäßig tiefen Bergeteichen angewendet wurden, ist in der Fig. 3 erläutert. Wenn eine Sandschicht 24 über der Schlammschicht 27 ausgebreitet wird, ist zu beobachten, daß die Sandschicht sich schrägstellt und durch die Schlammschicht hindurchfällt, wie in dem Bereich 32 allgemein dargestellt. Die Schlammschicht ist einfach nicht in der Lage, eine brauchbare Sandbelastung zu tragen. Daher war die Belastung mit Sand bisher theroretisch interessant, als Verfahren zum Entwässern und Verdichten von Schlamm jedoch völlig unpraktikabel und dies galt unabhängig davon, ob der Schlamm in natürlicher Weise absetzen gelassen wurde oder ob das Absetzverfahren durch Verwendung von Flockungsmitteln beschleunigt wurde.

Es wurde jedoch festgestellt, daß die Verwendung der in den obengenannten kanadischen Patentanmeldungen beschriebenen hydrolysierten Stärke als Flockungsmittel eine Schlammschicht mit deutlich verbesserten Scherfestigkeits- und Durchlässigkeitseigenschaften ergibt, und aufgrund dieser Tatsache wurde das bisher praktisch unpraktikable und verworfene Sandbelastungskonzept wieder in Erwärmung gezogen. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "hydrolysierte Stärke" ist eines der spezifischen Stärke-Flockungsmittel zu verstehen, wie sie in den obengenannten kanadischen Patentanmeldungen beschrieben sind, oder ein chemisches oder vollständig funktionelles Äquivalent davon, wie beispielsweise hydrolysierte Stärke mit Polyelektrolyten und eine Flüssigkeit mit niedriger dielektrischer Konstanten, die in wäßriger Form vorliegen.

Wie in der Fig. 4 dargestellt, ist eine Schlammschicht 33, die mit hydrolysierter Stärke behandelt worden ist, in der Lage, eine beträchtliche Sandbelastung, die als poröser Kolben wirkt, der die Schlammschicht verdichtet und entwässert, zu tragen. Außerdem führt die beobachtete verbesserte Durchlässigkeit der Schlammschicht 33, die aus der Behandlung mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel resultiert, zu einer Verbesserung des Grades der Verdichtung und Entwässerung, die erzielt werden kann.

Außerdem ist, wie in der Fig. 5 dargestellt, die mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelte Schlammschicht 33 fest genug, so daß eine zweite Schlammschicht 35 auf die Sandschicht 34 aufgebracht werden kann und diese selbst dann durch eine weitere Sandschicht 36 belastet werden kann. Bei verhältnismäßig tiefen Bergeteichen kann eine Reihe von solchen abwechselnden Schichten aus behandelten Schlamm und Sand zur Erzielung eines sehr hohen Verdichtungs- und Entwässerungsgrades verwendet werden.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Schlamm, der mit einem Flockungsmittel behandelt worden ist, mit Sand zu mischen zur Herstellung eines Materials, das "innen belastet" ist. Diesbezüglich darf beispielsweise auf die US-Patentanschrift 36 80 693 verwiesen werden. Obgleich dieses Verfahren vielversprechend war, hat sich gezeigt, daß die Sandmenge, die dem Schlamm zugesetzt werden kann, durch die Festigkeit des Schlammes begrenzt ist, und daß kein bekanntes Flockungsmittel der Schlammschicht die Verbesserung der Festigkeit und Durchlässigkeit verleiht, die bei Verwendung der erfindungsgemäß verwendeten hydrolysierten Stärke beobachtet wurde.

Es wurde nun gefunden, daß Sand, gemischt mit einem Schlamm, der mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt worden ist, ein Material ergibt, das in der Tat bedeutende innere Belastungs-Eigenschaften aufweist, die zu einer verdichteten Sand/Schlamm-Schicht 37 führen, wie in der Fig. 6 erläutert.

Außerdem kann, wie in der Fig. 7 dargestellt, eine Kombination aus inneren und äußeren Sandbelastungsverfahren angewendet werden, bei denen auf die gemischte Sand/behandelte Schlamm-Schicht 37 selbst eine Sandschicht 38 aufgebracht wird. Außerdem ist natürlich auch das in der Fig. 5 erläuterte Mehrschichten-Verfahren anwendbar.

Es wurde beobachtet, daß etwa 35% des Feinmaterials (und ein größerer Anteil der Tonkomponente) in den Bergeteich ausgetragen werden; der Rest wird in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Sandkörnchen gespeichert oder in Form von Klumpen die einen Teil des Überkornmaterials bilden, verworfen. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Siltmenge, und insbesondere die Tonmenge zu erhöhen, die in dem Zwischenräumen zwischen beachbarten Sandkörnchen in dem Material, das zum Aufbau eines einen Teich umgebenden Deiches verwendet wird, gespeichert wird. Diesbezüglich darf beispielsweise auf die bereits weiter oben erwähnte US-PS 40 08 146 und die entsprechende CA-PS 10 63 956 verwiesen werden. Wie darin beschrieben, werden Sand und Schlamm auf eine vorgeschriebene Weise miteinander gemischt und das daraus resultierende Material wird an der Deichseite ausgetragen, um den Deichaufbau zu bewirken. Dies ist ein wichtiges Konzept, seine Anwendung in der Praxis unterliegt jedoch gewissen Beschränkungen, weil die Stabilität der resultierenden Deichstruktur unzureichend ist, um einen Aufbau des Deiches bis zu einer Höhe zu erlauben, so daß bedeutende zusätzliche Mengen an Feinmaterial gespeichert (gelagert) werden können.

Es wurde nun festgestellt, daß dann, wenn Sand mit Schlamm gemischt wird, der mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt worden ist, eine beträchtliche Zunahme der Festigkeit des resultierenden Materials, das zum Deichaufbau verwendet wird, zu beobachten ist, so daß die resultierende Struktur viel stabiler ist. Daher können wesentlich höhere Deiche gebaut werden und es können sehr große Menge Silt und insbesondere Ton in den Zwischenräumen zwischen benachbarter Sandkörnchen in dem Material gespeichert (gelagert) werden.

Ein beispielhaftes Verfahren zur Speicherung von Silt- und Tonteilchen in dem Zwischenräumen zwischen benachbarten Sandkörnchen in einem Sanddeich ist in der Fig. 8 erläutert. Ein Bergeteich 41 ist von Deichwänden 42 umgeben und er enthält eine Schicht 43 aus geklärtem Wasser und eine Schlammschicht 44. Der Schlamm wird durch die Schlammbezugseinrichtung 51 aus dem Teich 41 abgezogen und durch eine Pumpe 46, die von einer Flotationseinrichtung 45 auf der Oberfläche des Teiches 41 unterstützt wird, in eine Leitung 47 eingeführt. Das Schlammaterial wird aus der Leitung 47 in eine Leitung 50 überführt, in der es beispielsweise mit dem Rückstandsmaterial (Abfallmaterial) aus dem Heißwasserextraktionsverfahren zur Gewinnung von Bitumen aus Teersanden vereinigt wird. Dieser Abwasserstrom aus dem Extraktionsverfahren besteht in erster Linie aus Wasser und Sand und enthält kleinere Mengen Silt (Schlick), Ton und Bitumen. Daher enthalten die kombinierten Ströme, die aus der Leitung 50 in eine Absetzzone 52 überführt werden, eine beträchtliche Menge Sand.

In der Absetzzone 52 bilden sich eine obere Schicht 53 und eine untere Schicht 54. Die obere Schicht wird durch die Leitung 55 abgezogen und in eine Leitung 56 übergeführt, in der sie mit dem durch die Leitung 57 aus der Zone 61 überführten Strandablaufwasser vereinigt und dem Bergeteich 41 zugeführt wird.

Die untere Schicht 54 in der Absetzzone 52 sind durch eine Leitung 58 abgezogen und in einen schrägen Sandhaufen 59 übergeführt, der benachbart zu einem Deich 60 angeordnet ist. Die untere Schicht 54 der Absetzzone 52 enthält in der Regel etwa 2% Bitumen, 39% Sand, 9% Silt (Schlick), 4% Ton und 46% Wasser. Diese Mischung wird über den Sandhaufen zur Bildung von zusätzlichen Sandschichten verteilt, wodurch ein Teil des Tons, des Silts und des Wassers in dem Strom in den Zwischenräumen der Sandschichten zurückgehalten werden. Der Rest des wäßrigen Stroms perkoliert in der schrägen Sandhaufenzone nach unten und setzt sich in der Rückhaltezone 61 ab. Eine Pumpe 62 in der Rückhaltezone 61 zieht den wäßrigen Anteil dieses Teiches ab und überführt ihn in die Leitung 57, in der er, wie bereits weiter oben angegeben, mit dem Strom aus der oberen Schicht der Zone 52 in der Leitung 56 vereinigt wird.

Somit wird ein Teil des Schlammes aus dem Bergeteich 41 entfernt und zusammen mit dem Sand des Abwasserstromes über die Teich-Deichwand verteilt, um den Deichaufbau durchzuführen. In den Zwischenräumen der Sandhaufenzone 59 werden wesentlich höhere Mengen des aus dem Teich abgezogenen Schlammes gespeichert (gelagert), wodurch eine Möglichkeit geschaffen wird, den Feststoffgehalt und, was noch wichtiges ist, den Tongehalt des Bergeteiches 41 zu verringern. Es sei darauf hingewiesen, daß der Bergeteich 41 und die Rückhaltezone 61 eine Einheit bilden können, wenn der Sandhaufen 59 auf den Deichwänden 42 des Bergeteiches 41 angeordnet ist. Auf diese Weise ist nur ein Teich erforderlich zur Durchführung des gesamten Verfahrens und es besteht keine Notwendigkeit, geklärtes Wasser aus der Zone 61 in die Zone 41 zu überführen.

Wenn, wie bereits weiter oben erörtert, die Schlammschicht 44 in dem Bergeteich 41 mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt worden ist, ist die Festigkeit der resultierenden Sand/Schlamm-Mischung, die auf den Sandhaufen 59 ausgetragen wird, um den Deich zu erhöhen, sehr viel größer, so daß der Deich bis zu einer wesentlich größeren Höhe aufgebaut werden kann, ohne seine Integrität zu gefährden.

Ein beispielhaftes System für die Zugabe von hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel zu den Rückständen (Abfällen) aus der Abscheidungszone 20, die durch die Leitung 6 und die alternative Leitung 23 (Fig. 1) ausgetragen werden, ist in der Fig. 9 erläutert. Die Rückstände (Abfälle) aus der Abscheidungszelle werden durch die Leitung 23 in eine Sandabscheidungszone 71 übergeführt, in welcher die Sandkomponente sich schnell am Boden absetzt für den Austrag als feuchter Sand durch eine Leitung 72 in einen Rückstandssumpf 73. Des Rückstandswasser wird aus der Sandabscheidungszone 71 an einem höheren Punkt durch die Leitung 74 abgezogen, in welche die hydrolysierte Stärke durch eine Leitung 75 eingeführt wird. Das ausgeflockte Rückstandswasser wird dann in einen Eindickungsteich 76 ausgetragen, der während der mehrtägigen Verweildauer, die für das Flockungsmittel erforderlich ist, um das Feinmaterial (im Prinzip Ton) weit unterhalb der Oberfläche absetzen zu lassen, als Rückhaltezone fungiert. Gegebenenfalls kann die hydrolysierte Stärke auf der Oberfläche des Eindickungsteiches verteilt werden, wie in dem Bereich 77 angezeigt, aber es kann eine Kombination von Flockungsmittel-Dosierverfahren auf das Rückstandswasser angewendet werden. Aus der oberen Schicht des Eindickungsteiches 76 kann durch die Leitung 78 praktisch klares Wasser für die Rückführung in das Heißwasserverfahren abgezogen werden.

Eingedicktes Rückstandswasser wird aus den unteren Bereichen des Eindickungsteiches 76 abgezogen und durch die Leitung 79 in den Rückstandssumpf 73 übergeführt. Der Inhalt des Rückstandssumpfes 73, bei dem es sich um ein Gemisch aus Sand und mit einem Flockungsmittel eingedicktem Rückstandswasser handelt, wird durch die Leitung 81 abgezogen und in einen Sandteich 82 übergeführt. In dem Sandteich 82 erfolgt ein weiteres Absetzen und als Folge des Verwendung der hydrolysierten Stärke als Flockungsmittels tritt ein Effekt auf, der demjenigen entspricht, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, d. h. man erhält einen höheren Grad der Entwässerung und Verdichtung als bei Verwendung eine anderen Flockungsmittels. Die Folge davon ist, daß auch eine geklärte Wasserschicht 160 auf der Oberfläche des Sandteiches 82 vorhanden ist und diese geklärte Wasserschicht kann durch die Pumpe 83 abgezogen werden für die Übertragung durch die Leitung 84 in einen primären Bergeteich (Rückstandsteich) 85.

Die Rückstände (Abfälle) aus den Abstrom-Inkrement-Bitumengewinnungsverfahren, die im wesentlichen aus mit Feinmaterial beladenem Wasser bestehen, können auch durch die Leitung 24 zum Austragen in den primären Bergeteich 85 eingeführt werden. Hydrolysierte Stärke kann auch diesem Rückstandsstrom zugesetzt werden, wie bei 87 angezeigt, um die Flockungsmitteldosierung in dem primäeren Bergeteich 85 bei einem optimalen Wert zu halten. Geklärtes Wasser wird durch die Pumpe 88 aus dem oberen Niveau des primären Bergeteiches 85 für die Rückführung durch die Leitung 89 in das Heißwasserverfahren abgezogen.

Die Fig. 10 erläutert ein beispielhaftes System für die Zugabe der hydrolysierten Stärke zu einem Schlamm, begleitet von einem Sandeinschluß, um den in Fig. 6 erläuterten und vorstehend erörterten Effekt zu erzielen. Die Rückstände (Abfälle) aus der Abscheidungszelle werden durch eine Leitung 23 in eine Sandabscheidungszone 90 übergeführt, in welcher die Sandkomponente sich schnell am Boden absetzt für den Austrag durch die Leitung 91 in einem Rückstandssumpf 92. Das Feinmaterial enthaltende Rückstandswasser wird aus einem oberen Abschnitt der Sandabscheidungszone 90 durch die Leitung 93 abgezogen für den Austrag in einen primären Bergeteich 94. Der primäre Bergeteich 94 nimmt auch durch die Leitung 24 die Rückstände (Abfälle) aus den Abstrom-Verfahren zum Extrahieren von zusätzlichen Mengen an Bitumen auf. Wie bei 95 angezeigt, kann hydrolysierte Stärke diesem Strom zugesetzt werden, um die Flockungsmitteldosierung in dem primären Bergeteich auf dem gewünschten Wert zu halten. Mittels der Pumpe 96 wird geklärtes Wasser abgezogen für die Rückführung durch die Leitung 97 zurück in das Heißwasserverfahren.

Aus der Schlammschicht des primären Bergeteiches 94 wird mittels einer Pumpe 98 Schlamm abgezogen und durch die Leitung 99 in einen Hilfsteich 100 übergeführt, der im wesentlichen als Schlammrückhaltebereich dient. Aus dem Hilfsteich 100 wird mittels einer Pumpe 101 Schlamm abgezogen und durch eine Leitung 102 in den Rückstandssumpf 92 übergeführt. Es ist klar, daß dann, wenn die Schlammabzugsraten bzw. -geschwindigkeiten aus dem primären Bergeteich 94 an die Kapazität des Rückstandssumpfes 92 angepaßt sind, die Überführung des Schlammes in den Hilfsteich 100 nicht notwendigerweise durchgeführt werden muß. In der Praxis können diese Einstellungen nicht immer erzielt werden und es ist deshalb häufig erwünscht, den Hilfsteich 100 vorzusehen.

Der nassen Sand/Schlamm-Mischung wird hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel zugesetzt und zwar durch Einspritzen des Flockungsmittels in den Schlammstrom aus dem Hilfsteich 100 (wie bei 103 angezeigt), durch Zugabe des Flockungsmittels zu dem Rückstandssumpf 92 (wie bei 104 angezeigt) und/oder durch Zugabe des Flockungsmittels zu der Mischung, die durch die Leitung 105 aus dem Rückstandssumpf 92 ausgetragen wird für den Austrag in einen dritten Teich 106. In dem dritten Teich 106 tritt eine starke Entwässerung und Verdichtung der Mischung aus Sand und mit hydrolysierter Stärke versetztem Schlamm, wie allgemein in der Fig. 6 dargestellt, auf. Infolgedessen kann mittels der Pumpe 107 aus der oberen Schicht des Teiches 106 geklärtes Wasser aus einer Schicht 161 abgezogen und durch die Leitung 108 in den primären Bergeteich 94 überführt werde, in dem es als Rückführwasser für das Heißwasserverfahren zur Verfügung steht.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Systemschlamm einen Bitumengehalt aufweist, der für die wirtschaftliche Gewinnung ausreicht, wenn der Preis für Rohöl weiterhin ansteigt. Aus diesem Grunde kann der Abschnitt 102a der Leitung 102 durch einen Kreislauf umgangen werden, der die Leitung 109, ein gegebenenfalls durchgeführtes tertiäres Bitumengewinnungsverfahren 100 und die Leitung 111 umfaßt.

Die Fig. 11 erläutert ein System, das die in den Fig. 9 und 10 erläuterten Verfahren in sich vereinigt zur Erzielung einer höheren Gewinnungsrate an Rückführwasser und insbesondere zur Minimalisierung des Rückhaltevolumens, das zum Rückhalten des Schlammes erforderlich ist. Eine solche höhere Wasserrückgewinnungsrate kann von den Frischwasser-Anforderungen des gesamten Heißwasserverfahrenssystems diktiert werden oder es kann bei einer gegebenen Installation während der Zeiträume erforderlich sein, bei denen nur eine verhältnismäßig arme Teersandbeschickung (d. h. eine solche mit einem hohen Tongehalt) verarbeitet wird. Das Rückhaltevolumenproblem ist an den Stellen mit räumlicher Begrenzung kritisch und wichtiger als der Frischwasseraspekt.

Rückstände (Abfälle) aus der Abscheidungszelle werden durch die Leitung 23 in eine Sandabscheidungszone 140 übergeführt, in welcher die Sandkomponente sich schnell auf dem Boden absetzt für den Austrag als nasser Sand durch eine Leitung 141 in einen Rückstandssumpf 142. Das Rückstandswasser wird aus der Sandabscheidungszone an einem höheren Punkt durch die Leitung 143 abgezogen, in welche durch eine Leitung 151 hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel eingeführt wird. Das mit Flockungsmittel versetzte Rückstandswasser wird dann in einen Eindickungsteich 152 ausgetragen, der während der Verweildauer (in der Größenordnung von bis zu 1 Tag), die für das Flockungsmittel erforderlich ist, um das Feinmaterial (im Prinzip Ton) weit unterhalb der Oberfläche absetzen zu lassen, als Rückhaltezone dient. Gegebenenfalls kann die hydrolysierte Stärke auf der Oberfläche des Eindickungsteiches verteilt werden, wie in dem Bereich 157 angezeigt, oder es kann eine Kombination von Flockungsmittel-Dosierverfahren auf das Rückstandswasser angewendet werden. Aus dem oberen Niveau des Eindickungsteiches 152 kann durch die Leitung 157 praktisch klares Rückführwasser abgezogen werden für die Rückführung in das Heißwasserverfahren. Eingedicktes Rückstandswasser wird aus dem unteren Abschnitt des Eindickungsteiches 152 abgezogen und durch die Leitung 153 in den Rückstandssumpf 142 übergeführt.

Da die Tonteilchen einem Alterungsprozeß unterliegen, dessen Länge von einigen Tagen bis zu vielen Wochen variiert, bevor sie sich abzusetzen beginnen, kann eine individuelle praktische Installation die Verwendung eines Rückhalteteiches 170 erfordern, der das Rückstandswasser durch eine Leitung 171 aufnimmt. Das gealterte Rückstandswasser wird durch die Leitung 172 abgezogen und in den Eindickungsteich 152 übergeführt.

Ein erster Bergeteich 144 nimmt durch die Leitung 24 die Rückstände (Abfälle) aus den Abstromverfahren zum Extrahieren von zusätzlichen Mengen Bitumen auf. Wie bei 145 angezeigt, kann hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel diesem Strom zugesetzt werden, um die Flockungsmitteldosis in dem ersten Bergeteich auf dem gewünschten Wert zu halten. Mittels der Pumpe 146 wird geklärtes Wasser abgezogen für die Rückführung durch die Leitung 147 zurück in das Heißwasserverfahren zusammen mit dem aus dem Eindickungsteich 152 erhaltenen Rückführwasser.

Aus der Schlammschicht des ersten Bergeteiches 144 wird mittels der Pumpe 148 Schlamm abgezogen und durch die Leitung 149 in einen zweiten Bergeteich 150 übergeführt, der im wesentlichen als Schlammrückhalte-Bereich dient. Aus dem unteren Abschnitt des zweiten Bergeteiches 150 wird mittels einer Pumpe 131 Schlamm abgezogen und durch eine Leitung 132 in den Rückstandssumpf 142 übergeführt. Es ist klar, daß dann, wenn die Schlammabzugsrate aus dem ersten Bergeteich 144 an die Kapazität des Rückstandssumpfes 142 angepaßt ist, die Überführung des Schlammes in den zweiten Bergeteich 150 nicht notwendigerweise durchgeführt werden muß.

Der feuchten Sand/Schlamm-Mischung wird hydrolysierte Stärke zugesetzt und zwar durch Einspritzen des Flockungsmittels in den Schlammstrom aus dem zweiten Bergeteich 150, wie bei 133 angegeben, durch Zugabe des Flockungsmittels zu dem Rückstandssumpf 142, wie bei 134 angezeigt, und/oder durch Zugabe des Flockungsmittels zu der Sand/Schlamm-Mischung, die durch die Leitung 135 aus dem Rückstandssumpf 142 in einen dritten Bergeteich 136 ausgetragen wird, wie allgemein bei 139 angezeigt. In dem dritten Bergeteich 136 wird eine starke Entwässerung und Verdichtung der Mischung aus dem Sand und dem mit hydrolysierte Stärke versetzten Schlamm auf die in Fig. 6 dargestellte Weise erzielt. Infolgedessen kann geklärtes Wasser mittels der Pumpe 137 aus der oberen Schicht 162 des dritten Bergeteiches 136 abgezogen werden für die Überführung durch die Leitung 138 in den ersten Bergeteich 144, in dem es als Rückführwasser für das Heißwasserverfahren zur Verfügung steht.

Wie weiter oben angegeben, weist der Schlamm einen beachtlichen Bitumengehalt auf. Daher kann gegebenenfalls eine tertiäre Bitumengewinnung erwünscht sein in der Umgehungsschleife, bestehend aus der Leitung 154, dem Verfahren 155 und der Leitung 156, die um den Leitungsabschnitt 132a zwischen der Pumpe 131 und dem Rückstandssumpf 142 herum angeordnet ist.

Die Vielzahl der Teiche, die zur Vereinfachung der Erläuterung der Verfahren in Fig. 8, 9, 10 und 11 dargestellt ist, kann häufig in der Praxis ein einziger Teich sein. In diesem Falle laufen bestimmte Verfahrensstufen, wie z. B. das Umpumpen des geklärten Wassers und/oder des Schlammes zwischen den Teichen, natürlich so ab, daß zur Durchführung dieser Stufen keine speziellen Vorkehrungen getroffen werden müssen.

Die in den Fig. 9, 10 und 11 erläuterten Systeme stellen nur Beispiele für Versuche zur praktischen Anwendung dar, die in Abhängigkeit von dem Verfahrensmaterial, dem Verfahrenstyp, dem Klima und vielen anderen Faktoren variieren. Die Verfahren umfassen im Prinzip die Eindickung des Teiches, die Rückführung des Schlammes von dem Feld oder eine Kombination beider. Die Arten, in denen diese Verfahren gemeinsam oder getrennt angewendet werden können, sind sehr zahlreich. Nur beispielhaft seien folgende erwähnt: (1) ein oder beide Schlämme können vor der Sandabscheidung den Rückständen (Abfällen) zugesetzt werden; (2) ein oder beide Schlämme können nach der Sandabscheidung den Rückständen (Abfällen) zugesetzt werden (beispielsweise in einem Rückstandssumpf); (3) es können zusätzliche Stufen, welche die wiederholte Sandabscheidung und erneute Mischung mit frischem Schlamm umfassen, angewendet werden unter Rückführung des überschüssigen Schlammes in den Eindickungsteich oder hinaus auf das Feld; oder (4) ein Absetzbehälter oder Zyklon kann für die Sandabscheidung verwendet werden oder es kann das Verdrängungsverfahren angewendet werden, wie es in der weiter oben erwähnten US-PS 40 08 146 beschrieben ist.

Die Fig. 12a, 12b, 12c und 12d erläutern aufeinanderfolgende Stufen in einem Verfahren, bei dem eine äußere Sandbelastung, die zu dem in den Fig. 4, 5 und 7 dargestellten Ergebnis führt, in den Gebieten (beispielsweise im Nordwesten von Alberta) mit harten Wintern erzielt werden kann. Wie in Fig. 12a dargestellt, geht man von einer ersten Sommerperiode aus, in der ein erster Hilfsteich 110 Schlamm enthält, der beispielsweise aus einem primären Bergeteich stammt, der in den Fig. 12a, 12b, 12c oder 12d nicht dargestellt ist. Der Schlamm wird mittels der Pumpe 111 abgezogen und druch die Leitung 112 in einen zweiten Hilfsteich 113 übergeführt. Wie bei 114 angezeigt, kann hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel zugesetzt werden, wenn der Schlamm vorher nicht mit dem Flockungsmittel behandelt worden ist oder wenn die Dosierung erneuert oder erhöht werden muß. Der Schlammtransport aus dem Teich 110 in den Teich 113 wird während des Sommers durchgeführt.

Danach wird, wie in Fig. 12b dargestellt, währnd des ersten Winters Schlamm aus dem primären Bergeteich durch die Leitung 115 in den ersten Hilfsteich 110 übergeführt. Wegen der harten Winterbedingungen im Gebiet der Athabasca-Teersande bildet sich oben auf dem Schlamm 117 eine dicke Eisschicht 116. Wenn das Eis genügend dick geworden ist, um das Gewicht von schweren Maschinen zu tragen, wird auf die Eisschicht 116 eine Sandschicht 118 aufgebracht.

Beim Auftauen im Frühling schmilzt die Eisschicht 116, so daß sich die Sandschicht 118 auf der mit hydrolysierter Stärke behandelten Schlammschicht 117 absetzen kann und von dieser getragen wird und als poröser Kolben fungiert, der eine weitere Entwässerung und Verdichtung der Schlammschicht 117 bewirkt. Während des zweiten Sommers, wie in Fig. 12c dargestellt, wird mittels der Pumpe 111 erneut Schlamm aus dem ersten Hilfsteich 110 abgezogen und durch die Leitung 112 in den zweiten Hilfsteich 113 übergeführt für die Ablagerung einer weiteren Schlammschicht 119 auf der Sandschicht 118. Wie bei 114 angegeben, wird hydrolysierte Stärke zugegeben, wenn der überführte Schlamm vorher nicht mit der gewünschten Dosis behandelt worden ist.

Während eines zweiten Winters wird, wie in der Fig. 12d dargestellt, erneut Schlamm aus einem primäeren Bergeteich durch die Leitung 115 in den ersten Hilfsteich 110 übergeführt. In dem zweiten Hilfsteich bildet sich auf der zweiten Schlammschicht 119 eine neue Eisschicht 120 und wenn die Eisschicht 120 eine ausreichende Dicke erreicht hat, wird eine zweite Sandschicht 121 so aufgebracht, daß beim Auftauen im Frühling sich die Sandschicht 121 auf der Schlammschicht 119 absetzt, wodurch eine zusätzliche äußere Belastung des gesamten Systems darunter erzielt wird.

Der vorgenannte jährliche Cyclus kann so lange wiederholt werden, bis die Kapazität des zweiten Hilfsteiches erreicht ist, wonach in einem weiteren Hilfsteich mit der Einführung von Schlamm aus dem ersten Hilfsteich 110 begonnen werden kann.

Viele verschiedene Methoden können angewendet werden, um in einem Bergeteich (tailings pond) eine Sandbelastung auf eine Schlammschicht aufzubringen. So kann beispielsweise der Sand einfach auf der Teichoberfläche verteilt werden, wie in der obengenannten US-PS 40 36 752 angegeben, oder es kann eine andere Methode angewendet werden, um den in Fig. 4 erläuterten Effekt zu erzielen, so lange die Schlammschicht zuerst mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt wird, um ihre Scherfestigkeits- und Durchlässigkeitseigenschaften zu verbessern.

Claims (4)

1. Verfahren zur Ausbildung einer entwässerten Schlammschicht in dem Bergeteich eines Bergeteich-Systems aus einem Feinmaterial enthaltenden wässerigen Abstrom eines industriellen Prozesses, bei dem

• B) der Abstrom mit Sand gemischt und
• C) die Mischung aus dem behandelten Abstrom und Sand in den Bergeteich ausgetragen wird, wobei sich die Mischung aus dem behandelten Abstrom und Sand unter Bildung einer Schlammschicht, aus der Wasser nach oben wandert, absetzt,

dadurch gekennzeichnet, daß man

• A) den Abstrom vor Durchführung oder während der Durchführung der Stufe
• B) mit hydrolysierter Stärke als Flockungsmittel behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abstrom mindestens während eines Teils der Stufe (A) für eine solche Verweildauer in einem Eindickungsteich zurückhält, die zur Gewinnung von eingedicktem Rückstandswasser zum Mischen desselben mit dem Sand während der Durchführung der Stufe (B) ausreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (A) mindestens teilweise während der Speicherung des Abstroms in einem Alterungsteich vor der Einführung in den Eindickgungsteich durchführt.