DE60032217T2

DE60032217T2 - Mineralgewinnungsverfahren

Info

Publication number: DE60032217T2
Application number: DE60032217T
Authority: DE
Inventors: Donald Allen Valrico Luke
Original assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: EP1157727A1; DE60032217D1; EP1157727B1; ES2276648T3; PT1157727E; ATE347424T1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Mineralgewinnungsverfahren, welche eine Hauptabtrennungsstufe und eine Abfallsedimentationsstufe umfassen.
In der Hauptabtrennungsstufe wird das Mineral bzw. Erz, beispielsweise ein Phosphatton, mit Wasser aufgeschlämmt und in eine angereicherte Fraktion und einen verdünnten wässrigen Tonabfall getrennt. Diese Trennungsstufe kann ein oder mehrere Trennungsverfahren einschließen und kann das Zurückführen bzw. Rezyklieren von angereichertem Material für eine weitere Abtrennung umfassen.
Die Abfallsedimentationsstufe umfasst das Sedimentieren und Eindampfen des verdünnten wässrigen Tonabfalls in ein oder mehreren Absetzbecken, um ein im Wesentlichen festes Tonsediment und einen Überstand bereitzustellen. Der Überstand wird rezykliert bzw. zurückgeführt, um soviel wie vernünftigerweise möglich Wasser bereitzustellen, welches in der Hauptabtrennungsstufe verwendet werden soll. Wenn der wässrige Tonabfall wertvolle Mineralien enthält, kann der Abfall Behandlungen unterzogen werden, die die Gewinnung dieses Minerals vor der endgültigen Sedimentation des Tons erlauben.
Die bei der Phosphatgewinnung und anderen solcher Verfahren gebildeten wässrigen Tonabfälle werden manchmal als Feingut bzw. Laugenrückstand (slimes) bezeichnet und werden einer Beckensedimentation unterzogen, weil sie herkömmlichen Entwässerungsverfahren nicht zugänglich sind, sondern sich anstelle dessen nur äußerst langsam absetzen.
Es existieren in der Literatur eine Vielzahl von Vorschlägen für Versuche zur Beschleunigung der Absetzung durch Ausflocken des Tonabfalls, und es wurden Vorschläge unterbreitet zur Verbesserung der Struktur des im Wesentlichen festen Tonsediments durch Zugabe von Sand oder anderen Materialien zu dem Tonabfall. Beispiele für Offenbarungen solcher Mineralgewinnungsverfahren unter Verwendung von Flockungsmitteln sind die US-Patente der Nummern 3,418,237, 3,622,087, 3,707,523, 4,194,969, 4,224,149, 4,251,363, 4,265,770, 4,342,653, 4,550,346, 4,690,752, 1,446,185 und 5,688,404.
Trotz der Vielzahl von Vorschlägen zur Verwendung von Flockungsmitteln wurde in der Praxis gefunden, dass deren Verwendung häufig nicht kostenwirksam ist. Auch wenn ein Flockungsmittel zur Förderung der Sedimentation unter Bereitstellung eines Überstands, welcher rezykliert werden kann, verwendet wird, kann die Qualität des Überstands gelegentlich ziemlich schlecht sein, weil der Überstand zu Kontaminationen mit unausgeflockten Tonteilchen neigt.
Insbesondere umfasst die Hauptabtrennungsstufe oftmals die Verwendung von Behandlungschemikalien, wie Flockungsmitteln oder insbesondere Flotationsmitteln, und die Effizienz in deren Verwendung ist vermindert (und folglich sind die erforderlichen Dosierungen erhöht), wenn das für die Flotation oder die anderen Verfahren während der Abtrennungsstufe verwendete Wasser suspendierte Tonteilchen enthält.
Um die Kontamination und die fehlende Klarheit des Überstands zu minimieren wäre es wünschenswert, die Sedimentation unter Bedingungen durchzuführen, welche eine deutliche Tiefe des Sedimentationsabfalls bereitstellen, so dass eine dicke Schicht an Überstand oberhalb des Sediments entstehen kann, wodurch der Überstand bei einer Höhe entnommen werden kann, die soweit wie möglich oberhalb des unteren sedimentierten Materials liegt. Leider ist es schwierig, dieses in Becken bereitzustellen, weil sie gewöhnlich zu einer relativ niedrigen Tiefe neigen. Das Problem wird besonders akut, wenn die Becken seit Jahren gefüllt werden mit einer ansteigenden Tiefe bzw. Tiefenlage von im Wesentlichen festem Tonsediment.
Ein weiteres Problem stammt aus der Tatsache, dass die optimale Verwendung von Beckenbereichen notwendig ist aufgrund der Unerwünschtheit der Bildung neuer Becken. Dementsprechend existiert eine steigende Tendenz des Bedarfs zur fortgesetzten Verwendung von Becken so lange wie möglich, um noch mehr festes Tonsediment darin abzusetzen. Folglich existiert ein steigender Wunsch zur Verwendung von Becken, welche annähernd voll und zu flach für eine nützliche Sedimentation sind. Es besteht ein steigender Bedarf an der effizienteren Verwendung von Beckenbereichen.
Es ist natürlich in anderen Verfahren bekannt, Sedimentationskolonnen, beispielsweise Rohrmetalltanks, welche oberhalb des Grundniveaus errichtet sind, zu verwenden. Unter der Voraussetzung, dass solch eine Kolonne eine ausreichende Höhe aufweist, wird sie letztendlich die Bildung einer sinnvollen Tiefe bzw. Dicke des Überstands erlauben. Leider kann das Volumen an wässrigem Tonabfall, welcher in Phosphat- und anderen Mineralgewinnungsverfahren gebildet wird, derartig groß sein, dass es unpraktikabel ist, sogar die Bereitstellung von Kolonnentrennungstanks bzw. -behältern diesen Typs überhaupt in Erwägung zu ziehen.
Es ist natürlich bekannt, die Lebensdauer eines Beckens durch Austragen des festen Tonsediments zu verlängern, allerdings ist dieses arbeitsintensiv und bietet keine direkte Lösung für den Bedarf, das Gewinnungsverfahren effizient durchzuführen und eine ausgezeichnete Qualität des Überstands zu gewährleisten.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Phosphat- oder anderen Mineral- bzw. Erzgewinnungsverfahrens, durch welches es möglich ist, einen Überstand für die Flotation oder andere Trennungsschritte von verbesserter Qualität zu erhalten, und durch das die effizientere Verwendung von Sedimentationsbecken möglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Mineralgewinnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hauptabtrennungsstufe, in welcher das Mineral mit Wasser aufgeschlämmt und in eine angereicherte Fraktion und einen verdünnten wässrigen Tonabfall getrennt wird, sowie eine Abfallsedimentationsstufe, in der der verdünnte wässrige Tonabfall in ein oder mehreren Absetzbecken unter Bereitstellung eines im Wesentlichen festen Tonsediments und eines Überstands sedimentiert wird, wobei der Überstand zu der Hauptabtrennungsstufe zurückgeführt wird. Ferner umfasst die Abfallsedimentationsstufe die Zugabe des verdünnten wässrigen Tonabfalls in eine Vertiefung, welche auf dem Boden ausgebildet wurde, das Ausflocken des verdünnten wässrigen Abfalls in der Vertiefung durch Zumischen eines polymeren Flockungsmittels zu dem Abfall, das Sedimentieren des ausgeflockten Abfalls in der Vertiefung unter Bereitstellung eines pumpbaren verdickten Tonsediments und eines Überstands, das Zurückführen bzw. Rezyklieren des Überstands aus der Vertiefung zurück in die Hauptabtrennungsstufe, das Pumpen des verdickten Tonsediments von unterhalb des Überstands in der Vertiefung in ein oder mehrere Endbecken und das weitere Sedimentierenlassen des verdickten Tonsediments unter Bereitstellung eines im Wesentlichen festen Tonsediments in ein oder mehreren Endbecken.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Allgemeinen ist die Erfindung anwendbar auf jegliche Verfahren, in denen die Abtrennung von wertvollen Mineralien aus dem geförderten Rohgestein oder anderem Material das Aufschlämmen mit Wasser und dadurch die Bildung von großem Volumina an verdünntem wässrigem Tonabfall, welcher anschließend der Sedimentation in Becken unterzogen wird, umfasst. im Allgemeinen besitzt der Abfall die Eigenschaft eines Feinguts.
Das bevorzugte Mineralgewinnungsverfahren, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist die Gewinnung von nutzbarem Phosphat aus Phosphatton, wie es beispielsweise bei den Phosphatgewinnungsverfahren in Florida durchgeführt wird. Andere Mineralgewinnungsverfahren, auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, umfassen all jene, in denen die natürliche Absetzrate des Sediments ausreichend gering ist, dass die Beckenabsetzung geeignet ist und wo das Absetzen durch ein Flockungsmittel unterstützt werden kann.
Wenn das Verfahren ein Phosphatgewinnungsverfahren darstellt, kann die Hauptabtrennungsstufe eine jegliche herkömmliche Abtrennungsprozedur in solchen Verfahren einschließen. Beispielsweise kann das Zyklonieren der Aufschlämmung sowie das Unterziehen der Aufschlämmung einer Flotation umfasst sein. Häufig kann das Material ein oder mehrere Male durch ein oder mehrere Trennungsverfahren geführt bzw. rezykliert werden.
Die vorliegende Erfindung besitzt einen besonderen Wert dann, wenn die Abtrennungsstufe ein Flotationsverfahren einschließt. Das Flotationsverfahren wird durch die Zugabe von Flotations-Chemikalien, wie Flotationskollektoren oder Flotationsunterdrückern, gefördert, und solche Chemikalien können zu der Flotationsstufe zusammen mit dem zurückgeführten Überstand zugeführt werden. Eine Lösung der Flotationschemikalie in dem zurückgeführten Überstand kann zur Bildung der Mineralaufschlämmung verwendet werden. Der zurückgeführte Überstand kann alternativ oder zusätzlich zum Spülen, Transport, Flotieren der Suspension oder jeglichen anderen nützlichen Verfahren eingesetzt werden.
Unabhängig von der Art der Verwendung des Überstands neigt die Dosierung der Flotationschemikalie, welche erforderlich ist, zu einer deutlichen Erhöhung, wenn die Klarheit des Überstands abnimmt. Beispielsweise ist die Menge an Flotationshilfsmittel, welche in irgendeinem speziellen Verfahren erforderlich ist, viel größer, wenn der zurückgeführte Überstand eine geringe Klarheit aufweist, als wenn der Überstand eine außerordentliche gute Klarheit besitzt. Durch die Erfindung ist es möglich, eine außerordentlich gute Klarheit zu erzielen. Folglich ist es möglich, die Menge an Amin- oder anderen Flotationshilfsmitteln, welche verwendet werden, deutlich zu verringern.
Der verdünnte wässrige Tonabfall stellt eine Aufschlämmung dar, welche hauptsächlich aus Abfalltonfeingutteilchen in Wasser besteht. Jedoch kann die Tonaufschlämmung oder der Ton einige nützliche grobe wertvolle Mineralteilchen enthalten. Der Abfall kann ein primärer Tonabtrennungsabfall, typischerweise mit einem Feststoffgehalt von 5% und einem Gehalt an nützlichen wertvollen Mineralien, oder ein sekundärer Tonabtrennungsabfall, typischerweise mit einem niedrigeren Feststoffanteil und weniger grobem Material sein. Insbesondere besteht die Tonaufschlämmung oder der -abfall oftmals aus einem oder enthält einen sekundären Tonabfall, nämlich einen durch Flotation oder andere Abtrennungsverfahren erhaltenen Abfall. In einigen Verfahren werden die primären und sekundären Tonabfälle getrennt behandelt, während in anderen Verfahren die primären und sekundären Tonabfälle zusammen vermischt werden.
Im Allgemeinen enthält der verdünnte wässrige Tonabfall allgemein nicht mehr als 7 Gew.-% und gewöhnlich nicht mehr als 5 Gew.-% Gesamtfeststoffe, allerdings enthält er gewöhnlich mindestens 0,1 Gew.-% und gewöhnlich mindestens 0,5 Gew.-% Gesamtfeststoffe. Diese Feststoffe bestehen im Allgemeinen zur Gänze oder hauptsächlich aus feinen Tonteilchen, können allerdings einige gröbere Tonabfälle oder einige gröbere wertvolle Mineralien enthalten, so dass das gröbere Material aus dem Ton sedimentiert werden kann, während die feineren Teilchen in der Suspension verbleiben. Die feinen Tonteilchen machen gewöhnlich mindestens 50 Gew.-% und gewöhnlich mindestens 90 Gew.-% oder mindestens 99 Gew.-% der Trockenmasse des Abfalls aus. Die feinen Tonteilchen, welche den Hauptanteil der Trockenmasse bilden, besitzen physikalische und chemische Eigenschaften, welche typisch für Tonfeingut sind. Insbesondere sind diese Eigenschaften derart, dass die Absetzung in den Becken und die Eindampfung gewöhnlich der einzig praktikable Weg zur Umwandlung der feinen Teilchen in ein im Wesentlichen festes Sediment darstellen.
Wenn der verdünnte wässrige Tonabfall grobe wertvolle Mineralteilchen oder andere grobe absetzbare Materialien enthält, können diese Materialien aus dem Abfall sedimentiert werden, wenn er durch einen Graben in Richtung der Vertiefung fließt (wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5,688,404 beschrieben ist), oder diese wertvollen Teilchen können in einem Becken vor der Vertiefungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung sedimentiert werden. Folglich kann der die wertvollen Mineralien enthaltende Abfall in einen Eintrittsbereich eines Absetzbeckens geführt werden, und die resultierende Verminderung in der Fließgeschwindigkeit, welche beim Eintritt des Abfalls in das Becken auftritt, führt zu einer Sedimentation der wertvollen Mineralien hauptsächlich in dem Eintrittsbereich. Die wertvollen Mineralien können anschließend von dem Grund des Eintrittsbereichs oder, sofern dies geeignet ist, von dem Grund des gesamten Beckens durch Ausheben gewonnen werden.
Der verdünnte wässrige Tonabfall, wahlweise nach der zwischenzeitlichen Sedimentation der groben Materialien, fließt anschließend in eine Vertiefung, welche auf dem Boden ausgebildet wurde. Die Vertiefung kann innerhalb oder in der Umgebung eines primären Beckens, existierender Minenschläge, einem Kanal, einem Notabflußkanal oder einer sekundären Eingrenzungsfläche oder in natürlicher Umgebung angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vertiefung in einem primären Becken, insbesondere auf dem Grund oder dem Abfalleingang eines primären Beckens, angeordnet. Die Vertiefung kann durch Ausheben von beispielsweise einer quadratischen, rechteckigen, kreisförmigen oder ovalförmigen Fläche auf dem Boden in einer ausreichenden Tiefe vorgesehen werden. Sofern erwünscht kann die Vertiefung begrenzt sein, um Erosion der Wende zu verhindern bzw. diesem vorzubeugen, allerdings ist dieses gewöhnlich nicht notwendig.
Als ein Ergebnis der Verwendung einer Vertiefung anstelle einer Absetzungskolonne ist es möglich, eine Absetzzone mit äußerst großem Volumen und Tiefe sehr kosteneffizient zu bilden. Eine Überstandschicht und eine verdickte Sedimentschicht werden innerhalb der Vertiefung aus der in die Vertiefung eingeführten verdünnten wässrigen Abfallschicht gebildet. Der Überstand kann entfernt, abgepumpt oder auf andere Weise von dem oberen Teil der Vertiefung entnommen werden, vorausgesetzt, dass diese Entfernung die verdickte Sedimentschicht an den Boden der Vertiefung nicht stört. Im Allgemeinen wird der Überstand aus der Vertiefung durch ein Überlaufen der Vertiefung während der im Wesentlichen kontinuierlichen Zugabe in die Vertiefung entnommen. Die Entfernung des Überstands kann auf jede angenehme Weise erfolgen, beispielsweise durch einen Kanal, und in die Abtrennungsstufe zurückgeführt werden, in welchem Fall die Vertiefung an jedem geeigneten Ort ausgegraben sein kann.
Wie oben beschrieben gewährleistet eine bevorzugte Ausführungsform, dass die Vertiefung auf dem Grund eines primären Beckens ausgegraben ist und der Überstand oben an der Vertiefung überläuft und entlang der exponierten Basis des primären Beckens fließt. Im Allgemeinen würde das primäre Becken bereits zum Sammeln des festen Tonsediments aus dem Mineralgewinnungsverfahren verwendet worden sein, und daher fließt der Überstand über das im Wesentlichen feste Tonsediment in dem primären Becken.
Der Fluss des Überstands aus der Vertiefung über das Sediment vor der Zurückführung des Überstands in die Hauptabtrennungsstufe besitzt den Effekt der Säuberung des Überstands und dadurch der Erhöhung der Klarheit und Verminderung der suspendierten Feststoffe des Überstands, welcher zur Flotations- oder zu einer anderen Hauptabtrennungsstufe zurückgeführt wird.
Im Allgemeinen wird in der bevorzugten Ausführungsform die Vertiefung in einem Becken gebildet, welches bereits annähernd mit im Wesentlichen festem Tonsediment gefüllt ist. Folglich kann durch Praktizieren der vorliegenden Erfindung einem Becken, welches bereits annähernd mit Sediment gefüllt ist, ein neuer und äußerst wichtiger Zweck durch Ausgraben einer Behandlungsvertiefung und anschließendes Belassen des existierenden Sediments in dem Becken unter Bereitstellung einer Reinigung des Überstands verliehen werden. Die Anstiegsrate des Sediments in dem Becken als ein Ergebnis des Reinigungsverfahrens ist extrem langsam, und auf diese Weise kann dem Becken eine annähernd unbefristete Verlängerung in seiner Nutzungsdauer verliehen werden.
Die Frage "im Wesentlichen voll" bedeutet, dass das Becken zu flach ist, um für die Trennung eines klaren Überstands von einem Sediment nützlich zu sein, beispielsweise als ein Ergebnis des Überschreitens der horizontalen Komponente der Fließgeschwindigkeit gegenüber der vertikalen Komponente der Absatzrate.
Geeignete Dimensionen für die Vertiefung in dem erfindungsgemäßen Verfahren umfassen eine Tiefe von ungefähr 1,82 m bis ungefähr 9,14 m (ungefähr 6 bis ungefähr 30 Fuß), vorzugsweise von ungefähr 2,43 m bis ungefähr 6,09 m (ungefähr 8 bis ungefähr 20 Fuß) sowie eine obere Oberfläche (im Allgemeinen ungefähr eine quadratische oder runde Fläche), was eine Fließrate von 0,038 l bis 3,8 l (0,01 bis 1 U.S. Gallone), vorzugsweise 0,38 l bis 1,89 l (0,1 bis 0,5 U.S. Gallonen) pro Minute pro 0,0929 Quadratmeter (pro Quadratfuß), entsprechend einer Fließrate von 4 l pro Minute pro Quadratmeter, ergibt. Typischerweise beträgt die Oberfläche 929 bis 929 × 10³ Quadratmeter (10⁴ bis 10⁷ Quadratfuß).
Die Größe eines konventionellen primären Beckens reicht von ungefähr 0,2 Quadratkilometer bis ungefähr 8,1 Quadratkilometer (ungefähr 50 bis ungefähr 2.000 Acres); im Allgemeinen von 1,0 Quadratkilometer bis 4,04 Quadratkilometer (250 bis 1.000 Acres). Der Abstand des Transports von Überstand über das im Wesentlichen feste Tonsediment in dem primären Becken beträgt im Allgemeinen mindestens 91,4 m (300 Fuß) und gewöhnlich mindestens 213,36 m (700 Fuß), z.B. 304,8 m bis 1.524 m (1.000 bis 5.000 Fuß). Die Fließbedingungen des Überstands beim Fließen aus dem Vertiefungsüberfluss zu dem Ausgang des primären Beckens sind vorzugsweise derartig, dass eine minimale Turbulenz des Tons hervorgerufen wird, der auf dem im Wesentlichen festen Tonsediment auf dem Grund des Beckens sedimentiert. Vorzugsweise ist die Tiefe des Überstands oberhalb des absetzenden Tons und des festen Tonsediments derartig, dass eine Schicht von mindestens ungefähr 0,15 m (6 Inch), im Allgemeinen von mindestens ungefähr 0,3048 m (ungefähr 1 Fuß) und vorzugsweise von mindestens ungefähr 0,914 m (ungefähr 3 Fuß) Tiefe existiert, welche für das bloße Auge klar erscheint. Die Fließgeschwindigkeit des Überstands liegt im Allgemeinen in dem Bereich von ungefähr 3,8 × 10^–6 l bis 0,38 l (ungefähr 0,000001 bis 0,1 Gallonen) pro Minute pro 0,0929 Quadratmeter (pro Quadratfuß); was 4 × 10^–5 bis 4 l pro Minute pro Quadratmeter entspricht, so dass die Möglichkeit der Sedimentation gefördert und das Risiko des Störens des sedimentierenden Tons minimiert wird.
Der verdünnte wässrige Tonabfall wird in der Vertiefung durch Zumischen eines polymeren Flockungsmittels zu dem Abfall ausgeflockt. Das polymere Flockungsmittel kann in fester Form zugesetzt werden, allerdings wird es gewöhnlich als eine vorgebildete Lösung in herkömmlicher Weise, typischerweise mit einer Polymerkonzentration von ungefähr 0,1–2 Gew.-%, zugesetzt. Das polymere Flockungsmittel kann zu dem Abfall zugesetzt werden, nachdem der Abfall in die Vertiefung eingetreten ist, allerdings wird es gewöhnlich zu dem Abfall vor dem Eintritt des Abfalls in die Vertiefung zugegeben. Der Zugabepunkt kann kurz vor dem Eintritt in die Vertiefung liegen, oder er kann sich an einer wesentlich früheren Position befinden, wie es beispielsweise in dem US-Patent der Nr. 5,688,434 beschrieben ist.
Im Allgemeinen wird das polymere Flockungsmittel zu dem Abfall während dessen Fließen durch eine Mischvorrichtung, welche in die Vertiefung einleitet, zugesetzt. Die Mischvorrichtung kann eine Leitung darstellen, durch die der Abfall mit einer zum Fördern einer guten Vermischung des Flockungsmittels in dem Abfall ausreichenden Turbulenz fließt. Die Turbulenz kann allein durch die Rate des Flusses durch die Leitung oder durch Blenden bzw. Ablenkplatten bzw. andere Turbulenzinduktoren durch Einspritzen von Wasser in die Leitung gebildet werden. Sofern erwünscht können mechanische Rotoren oder ein anderer mechanischer Mischapparat vorgesehen werden, um ein ausreichendes Mischen des polymeren Flockungsmittels in dem Abfall zu erzielen, welches zum Vermitteln einer im Wesentlichen einheitlichen Ausflockung ausreichend ist.
Das polymere Flockungsmittel kann ein jedes wasserlösliches polymeres Flockungsmittel darstellen, welches zur Förderung der Ausflockung geeignet ist und folglich zur Trennung des wässrigen Abfalls in einen Überstand und ein verdicktes Tonsediment. Das Polymer ist im Allgemeinen ein wasserlösliches Polymer, welches aus ein oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren gebildet ist. Die Monomere können nichtionisch, anionisch oder kationisch sein. In ähnlicher Weise kann das Polymer nichtionisch, anionisch oder kationisch sein, oder es kann amphoter sein.
Geeignete anionische Monomere umfassen ethylenisch ungesättigte Carbonsäure- oder Sulfonsäure-Monomere, wie Acrylsäure, Methacrylsäure und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure (AMPS) (eine US-Marke der Lubrizol Corporation). Acrylamid ist ein geeignetes nichtionisches Monomer. Geeignete kationische Monomere sind Dialkylaminoalkyl(meth)acrylate und -acrylamide, gewöhnlich als deren quaternäre Ammonium- oder Säureadditionssalze, oder Diallyldimethylammoniumchlorid.
Bevorzugte anionische Polymere sind Copolymere aus 5–70 Gew.-%, im Allgemeinen 10–50 Gew.-% anionischen Monomeren, wie Acrylsäure (gewöhnlich Natriumacrylat) und/oder AMPS mit anderen Monomeren, im Allgemeinen Acrylamid. Besonders bevorzugte anionische Copolymere sind Percol 336, Percol 727, Percol 358, welche sämtlich von der Ciba Specialty Chemicals, Water Treatments Inc. stammen. Geeignete kationische Polymere werden aus 1–50 Gew.-%, im Allgemeinen 2–15 Gew.-% kationischem Monomer, wie Dimethylaminoethylacrylat- oder methacrylat-Säureadditions- oder quaternären Salzen, zusammen mit anderen Monomeren, im Allgemeinen Acrylamid, gebildet. Besonders bevorzugte kationische Copolymere sind Percol 455, Percol 352, ebenso von der Ciba Speciality Chemicals, Water Treatments Inc.
Das Molekulargewicht der Polymere ist im Allgemeinen derart, dass das Polymer eine Grenzviskosität bzw. innere Viskosität ("IV") (gemessen unter Verwendung eines Niveaugefäß-Viskometer (suspended level viscometer), IN Natriumchlorid, gepuffert auf pH 7 bei 20°C) von mindestens 4 dl/g und gewöhnlich von mindestens 8 dl/g aufweist. Wenn das Polymer anionisch ist, beträgt die IV typischerweise 10–30 dl/g, und wenn es kationisch ist, beträgt die IV typischerweise 8–15 dl/g.
Das Polymer kann durch Gelpolymerisation, Reversphasenperlpolymerisation oder Reversphasenemulsionspolymerisation oder durch irgendeine andere geeignete Technik in bekannter Weise hergestellt werden.
Obwohl ein Großteil des Standes der Technik die Verwendung von anionischen Polymeren auf Phosphatfeingut hervorhebt, wird das Trennungsverfahren der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen am Besten unter Verwendung eines kationischen Polymers, beispielsweise des oben beschriebenen Typs, durchgeführt. Diese Polymerauswahl ergibt die beste Kombination an Klarheit des Überstands und Verdickung des Sediments. Jedoch ist ein anionisches Polymer, im Allgemeinen des oben beschriebenen Typs, gewöhnlich bevorzugt, wenn der Abfall Material aus einer Flotationsstufe einschließt, welches durch Verwendung von Amin-Flotationsmitteln mit vorausgegangener Behandlung des Minerals mit Schwefelsäure zum Entfernen von kationischem Material aus dem Gestein gefördert wurde.
Die wirksame Dosierung des Polymers ist ausgewählt in herkömmlicher Weise für Sedimentationsanwendungen und reicht gewöhnlich von 0,1 bis 1, vorzugsweise von 0,25 bis ungefähr 0,75 Pfund Polymer pro Tonne Feststoffe in dem Abfall, welcher ausgeflockt werden soll.
Die Auswahl des Polymers und die Dosierungsmenge kann durch konventionelle Auswahlverfahren erfolgen, um die optimale Kombination an Klarheit und Überstandstiefe und die Absetzrate auf der einen Seite und ein pumpbares verdicktes Tonsediment auf der anderen Seite zu erhalten.
Die theoretische Verweilzeit des verdünnten wässrigen Tonabfalls in der Vertiefung beträgt gewöhnlich 5 Minuten bis 2 Stunden, vorzugsweise 10 Minuten bis 1 Stunde, z.B. 15 bis 40 Minuten.
Die Förderung des Ausflockungsverfahrens kann durch Mischen von Verdünnungswasser mit der Flockungslösung in den verdünnten wässrigen Tonabfall er reicht werden, weil der in die Vertiefung eintretende Abfall oftmals einen Feststoffgehalt oberhalb des Wertes, welcher eine optimale Absetzrate ergibt, aufweist. Die optimale Menge an Verdünnungswasser kann durch Routinetestverfahren bestimmt werden.
Das verdickte Tonsediment wird aus der Vertiefung an einer Position entfernt, welche deutlich unterhalb des Überstands liegt, und/oder zu einer Zeit, so dass die Entfernung die Qualität des Überstands nicht unerwünschterweise beeinträchtigt. Die Entfernung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Der Feststoffgehalt des Sediments nimmt im allgemeinen in Richtung des Bodens der Vertiefung zu, und es ist daher wünschenswert, das verdickte Tonsediment von so dicht wie möglich am Boden der Vertiefung zu entfernen, um das Risiko des graduellen Auffüllens der Vertiefung mit Sediment zu minimieren.
Das aus der Vertiefung entfernte Sediment weist im allgemeinen einen Feststoffgehalt von mindestens dem Zwei- oder Dreifachen und oftmals bis zu dem Zehnfachen des Feststoffgehalts des ursprünglichen verdünnten wässrigen Tonabfallstroms, welcher ausgeflockt wurde, auf. Oftmals reicht der Feststoffgehalt des verdickten Sediments von ungefähr 10 bis ungefähr 30% Feststofftrockengewicht. Die Messung erfolgt durch Probennahme des verdickten Sediments mit bekanntem Gewicht und Eindampfen der flüssigen Komponente oder der Feuchtigkeit bei einer bekannten Temperatur (typischerweise 105°C) unter Standardlabortrocknung. Der Feststoffgehalt sollte vorzugsweise so hoch wie eben praktikabel sein, darf allerdings nicht so hoch sein, dass das Sediment nicht bequem pumpbar ist.
Die Entfernung kann vorzugsweise durch Pumpen, wie unter Verwendung einer befestigten Pumpe, die auf dem Grund in der Nähe der Stelle der Vertiefung angeordnet und mittels eines Rohrs nahe des Grunds der Vertiefung zum Abziehen von verdicktem Sediment aus der Vertiefung angeschlossen ist, oder einer schwimmenden Pumpe, welche auf dem Überstand schwimmt und ein sich nach unten in die Nähe des Grunds der Vertiefung erstreckendes Rohr aufweist, erfolgen.
Das verdickte Sediment wird aus der Vertiefung zu ein oder mehreren Endbecken überführt, wo es über das Becken verteilt wird und sedimentieren gelassen sowie eingedampft wird unter Bildung des erwünschten fertigen im wesentlichen festen Tonsediments. Weil das aus der Vertiefung entfernte verdickte Sediment einen viel höheren Feststoffgehalt als herkömmlicher Tonabfall aufweist, ist der Anteil an Sedimentation und Eindampfung, welcher zur Bereitstellung des fertigen Feststoff sediments erforderlich ist, viel geringer als bei herkömmlichen Verfahren. Ferner kann keine Motivation für den Versuch vorliegen, jeglichen Überstand zurückzuführen (aufgrund der großen Menge an Überstand, welcher aus der Vertiefung zurückgeführt wurde). Dementsprechend müssen die ein oder mehreren Endbecken kein so tiefes Absetzvolumen aufweisen, wie es normalerweise als notwendig erachtet wird. Als ein Ergebnis kann das verdickte Sediment in Becken gepumpt werden, welche teilweise oder annähernd ganz voll mit Sediment sind.
Folglich besitzt die Erfindung den Vorteil, dass sie gleichzeitig eine gute Gewinnung an Überstand (oftmals mit äußerst hoher Klarheit) bei gleichzeitiger Verwendung von Becken, welche normalerweise als zu voll und zu flach für viele Zwecke erachtet werden würden, ergeben kann.
Im folgenden sind Beispiele der Erfindung angegeben.
Beispiel 1
Ein Phosphat-Gewinnungsverfahren wird durchgeführt durch Aufschlämmen von Phosphatgestein mit Wasser und Trennen des Gesteins durch physikalische Klassierungs- und Zyklonierungs-Operationen unter Erhalt einer gröberen Fraktion und feineren Fraktionen. Diese feineren Fraktionen werden weiteren Trennungen (einschließlich der Flotation) unter Erhalt von Phosphat-Fraktionen und von wässrigem Tonabfall mit einem Feststoffgehalt, welcher zwischen ungefähr 0,2% Feststoffen und 1% Feststoffen variiert und welcher eine geringe Menge (typischerweise 0,05 bis 0,1%) Feststoffe von wertvollen Phosphatmineralien enthält.
Dieser Abfall wird durch eine Leitung in ein erstes Becken mit einer Fläche von ungefähr 1,0 Quadratkilometer (ungefähr 250 Acres) gepumpt. Der Abfall bewegt sich in das Becken mit einer Geschwindigkeit von 3,048 m (ungefähr 10 Fuß) pro Sekunde, welcher auf ungefähr 0,3048 m (ungefähr 1 Fuß) pro Sekunde beim Eintritt in das Becken abfällt, mit anschließender Sedimentation von Phosphatpartikeln, sobald die Aufschlämmung das Becken erreicht. Die sedimentierten Phosphatteilchen werden von dem Grund des Beckens von Zeit zu Zeit entfernt.
Der resultierende Abfallstrom fließt durch das erste Becken, welches durch einen Damm von einem zweiten Becken mit 1,0 Quadratkilometer (ungefähr 250 Acres) getrennt ist, das eine deutliche Tiefe an Feststofftonsediment enthält und in welches eine im wesentlichen quadratische Vertiefung mit einer Länge von ungefähr 30,48 m (ungefähr 100 Fuß) auf jeder Seite und einer Tiefe von ungefähr 4,57 m (ungefähr 15 Fuß) eingegraben worden ist.
Zwei Rohre mit jeweils einem Durchmesser von ungefähr 0,91 m (ungefähr 3 Fuß) erstrecken sich durch den Damm. Die aus dem ersten Becken austretende wässrige Aufschlämmung fließt turbulent durch die Rohre und erreicht die Vertiefung. Während der überwiegenden oder der gesamten Fließzeit innerhalb der Rohre wird eine 0,5%-ige Lösung an polymerem Flockungsmittel in den Abfall eingespritzt, sobald er in die Rohre eintritt, und ein Mischen in den Rohren wird durch Einspritzen von Verdünnungswasser unter gemäßigtem Druck, welcher typischerweise ungefähr 3447,4 Hektopascal (typischerweise ungefähr 50 psi) beträgt, verstärkt, wodurch eine deutliche Turbulenz innerhalb der Rohre entsteht. Dementsprechend wird ein Ausflocken des Tons von der Zeit des Eintritts des Tons in die Vertiefung an äußerst begünstigt.
Innerhalb einer Stunde der Zugabe der wässrigen Aufschlämmung in die Vertiefung bildet die Sedimentation einen klaren Überstand und ein verdicktes Sediment mit einem Feststoffgehalt, welcher oftmals das 5 bis 15-fache des Feststoffgehalts des Feststoffabfalls beträgt, und innerhalb von 24 Stunden Sedimentation wird ein Sediment gebildet, welches typischerweise das 20 bis 50-fache des Feststoffgehalts der anfänglichen wässrigen Aufschlämmung aufweist.
Beispielsweise in einem Verfahren unter Verwendung von Percol 455, einem kationischen Copolymer mit 95% Acrylamid, 5% Dimethylaminoethylacrylat, quaternisiert mit Methylchlorid mit einer inneren Viskosität oberhalb von 6 dl/g als Flockungsmittel, hatte die in die Vertiefung eintretende wässrige Aufschlämmung einen Feststoffgehalt von 0,25%. Nach 1 Stunde hatte das Sediment einen Feststoffgehalt von 7,9%, und nach 24 Stunden besaß das Sediment einen Feststoffgehalt von 13,2%.
Ein klarer Überstand fließt kontinuierlich aus der Vertiefung und durch das zweite Becken zu einer Auslassleitung, welche ungefähr 914,4 m (ungefähr 3000 Fuß) von der Vertiefung entfernt angebracht ist.
Der resultierende Überstand erschien visuell klar, und es wurde gefunden, dass die Kosten der Hauptabtrennungsstufe, und insbesondere die Kosten der Flotationsmaterialien, im Vergleich zu den Kosten, welche erforderlich sind, wenn der Über stand lediglich durch herkömmliches Absetzen des Abfalls in einem Becken mit Rückführung des Abfalls gebildet wird, stark vermindert waren.
Beispiel 2
Ein aufgeschlämmtes Phosphatgestein wird von dem Abfallton und anderen Abfallmaterialien durch physikalische Klassierungs- und Zyklonierungsoperationen zur Entfernung der gröbsten Produktfraktion getrennt. Die feineren Fraktionen werden anschließend zusätzlichen Präparationsoperationen zur Freisetzung sämtlicher gewinnbarer wertvoller Phosphatteilchen aus den Abfallfraktionen unterzogen. Die verbleibenden wertvollen Phosphatteilchen werden weiter angereichert durch eine selektive Flotationsoperation. Die Verarbeitungsoperation bei einer anderen Operation war derartig, dass deutliche oder überschüssige Aminreagentien in ein Absetzbecken geleitet wurden.
Das Absetzbecken führte durch ein Rohr in eine Vertiefung in einem zweiten Absetzbecken, und Polymer wurde zugesetzt, wie im weitesten Sinne in Beispiel 1 beschrieben wurde.
Das Polymer, welches in diesem Beispiel verwendet wurde, war Percol 336, welches ein anionisches Copolymer mit 69% Acrylamid und 31 % Natriumacrylat darstellt und eine innere Viskosität oberhalb von 10 dl/g aufweist. Dieses ausgewählte Copolymerflockungsmittel ergab gute Ergebnisse trotz der Anwesenheit von überschüssigem Amin in dem wässrigen Tonabfallstrom, welcher in die Vertiefung geleitet wurde.

Claims

Mineralgewinnungsverfahren, welches eine Hauptabtrennungsstufe, in welcher das Mineral mit Wasser aufgeschlämmt und in eine angereicherte Fraktion und einen verdünnten wässrigen Tonabfall getrennt wird, sowie eine Abfallsedimentationsstufe, in der der verdünnte wässrige Tonabfall in ein oder mehreren Absetzbecken unter Bereitstellung eines im Wesentlichen festen Tonsediments und eines Überstands sedimentiert wird, umfasst, wobei die Abfallsedimentationsstufe die Zugabe des verdünnten wässrigen Tonabfalls in eine Vertiefung, welche auf dem Boden ausgebildet wurde, das Ausflocken des verdünnten wässrigen Abfalls durch Zumischen eines polymeren Flockungsmittels zu dem verdünnten wässrigen Tonabfall, das Sedimentieren des ausgeflockten verdünnten wässrigen Tonabfalls unter Bereitstellung einer pumpbaren verdickten Tonsedimentschicht in der Vertiefung sowie eines Überstands und das Zurückführen des Überstands aus der Vertiefung zurück in die Hauptabtrennungsstufe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt der Entfernung mindestens eines Teils der verdickten Tonsedimentschicht aus der Vertiefung sowie das Unterziehen des entfernten verdickten Tonsediments einer weiteren Sedimentation und Verdampfung unter Bereitstellung eines im Wesentlichen festen Tonsediments in ein oder mehreren Endbecken umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Vertiefung in einem primären Becken ausgegraben wurde, welches im Wesentlichen das feste Tonsediment aus dem Mineralgewinnungsverfahren enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Überstand über das im Wesentlichen feste Tonsediment in dem primären Becken fließt, bevor er in die Hauptabtrennungsstufe zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Hauptabtrennungsstufe mindestens eine Flotationsstufe enthält und das Zurückführen des Überstands das Zurückführen zu mindestens einer Flotationsstufe einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die verdickte Tonsedimentschicht einen Feststoffgehalt von 5 bis 100 mal dem Feststoffgehalt des verdünnten wässrigen Tonabfalls aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der verdünnte wässrige Tonabfall einen Feststoffgehalt von 0,1 bis 7% und die verdickte Tonsedimentschicht einen Feststoffgehalt von 10 bis 30% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das primäre Becken im Wesentlichen mit einem im Wesentlichen festen Tonsediment aus dem Mineralgewinnungsverfahren gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die ein oder mehreren Absetzbecken und die ein oder mehreren Endbecken im Wesentlichen mit einem im Wesentlichen festen Tonsediment aus dem Mineralgewinnungsverfahren gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der verdünnte wässrige Tonabfall wertvolle Mineralteilchen enthält, welche aus dem verdünnten wässrigen Tonabfall sedimentiert werden, bevor der verdünnte wässrige Tonabfall in die Vertiefung geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Mineralgewinnungsverfahren ein Phosphatgewinnungsverfahren darstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, worin das Flockungsmittel ein wasserlösliches kationisches Polymer mit einer inneren Viskosität von mindestens 4 dl/g ist.
Verfahren nach Anspruch 11, worin die Hauptabtrennungsstufe eine Flotationsstufe umfasst, welche ein Amin-Flotationsmittel einsetzt, und der verdünnte wässrige Tonabfall mit mineralischer Säure behandelt wird und das Flockungsmittel ein wasserlösliches anionisches Polymer darstellt.