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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Mineralmaterial,
im Besonderen Abfall aus dem Bayer-Verfahren (Bayer-Aluminiumoxid-Verfahren),
einschließlich
der Behandlung von Rotschlammabfällen, um
dieses einfacher entsorgbar zu machen.
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Verfahren
zur Behandlung von Mineralerzen zur Extraktion von wertvollen Mineralien
führen
normalerweise zu Abfallmaterial. Häufig besteht das Abfallmaterial
aus einem wässrigen
Brei (Aufschlämmung)
oder Schlamm, enthaltend teilchenförmiges Mineralmaterial, zum
Beispiel Tone, Sand, Kies, Metalloxide usw. Es ist normalerweise
notwendig, die Abfallbreie oder -schlämme vor der Entsorgung an einer
geeigneten Stelle zu entwässern.
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In
einigen Fällen
kann das Abfallmaterial, wie beispielsweise Minenabräume, günstig in
einer Mine entsorgt werden, um eine Auffüllung zu bilden. Im allgemeinen
umfasst Auffüllungsabfall
einen hohen Anteil an groben, großen Teilchen zusammen mit anderen
kleineren Teilchen und wird als Schlamm in die Mine gepumpt, wo
er sich entwässern
gelassen wird, wobei die sedimentierten Feststoffe an der Stelle
zurückbleiben. Es
ist allgemeine Praxis, Flockungsmittel zu verwenden, um diesen Flockulierungsprozess
zu unterstützen.
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Für andere
Anwendungsgebiete mag es nicht möglich
sein, den Abfall in einem Schacht oder einer Mine zu entsorgen.
In diesen Fällen
kann das Abfallmaterial zu Schlammteichen, Halden oder Stapeln geführt werden.
Aus Umweltschutzgründen
ist ein großer
Druck zu spüren,
die Zuweisung von neuem Land für
Entsorgungszwecke zu minimieren und die bestehenden Abfallgebiete
effektiver auszunutzen. Eine Methode ist es, mehrere Schichten Abfall
auf einem Gebiet zu laden, um höhere
Abfallstapel zu bilden. Dies wirft indes die Schwierigkeit auf,
sicherzustellen, dass das Abfallmaterial über die Oberfläche des
vorher sich verfestigten Abfalls innerhalb annehmbarer Grenzen fließen kann
und sich verfestigen gelassen wird, um einen Stapel zu bilden, und
dass der Abfall ausreichend verfestigt wird, um mehrere Schichten
von sich verfestigtem Material zu tragen, ohne Risiko eines Zusammenbruchs
oder Abrutschens. Folglich sind die Anforderungen, ein Abfallmaterial
mit den richtigen Merkmalen zum Stapeln bereits verschieden von
denjenigen, welche für
andere Formen der Abfallentsorgung benötigt werden, wie beispielsweise
das Auffüllen.
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In
dem Bayer-Verfahren zur Gewinnung von Aluminiumoxid aus Bauxit wird
das Bauxit in einer wässrigen,
basischen Flüssigkeit
aufgeschlossen, um Natrium aluminat zu bilden, welches von dem unlöslichen Rest
abgetrennt wird. Dieser Rest besteht hauptsächlich aus Eisenoxidteilchen
und ist als Rotschlamm bekannt.
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Der
Rotschlamm wird in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Waschschritten
gewaschen, in welchen der Rotschlamm mit einer Waschflüssigkeit
in Kontakt gebracht wird und dann durch Zugabe eines Flockungsmittels
ausgeflockt wird. Die überstehende
Flüssigkeit
wird dann weiterverarbeitet, um Aluminat zurückzugewinnen. Nach dem letzten
Waschschritt wird der Rotschlammbrei soweit wie möglich eingedickt
und dann entsorgt. Eindickung im Kontext dieser Beschreibung bedeutet,
dass der Feststoffgehalt des Rotschlamms erhöht wird. Die letzte Eindickung
kann ausschließlich
Absetzenlassen von ausgeflocktem Brei umfassen oder schließt manchmal
einen Filtrationsschritt ein. Alternativ oder zusätzlich kann
der Schlamm einem verlängerten
Absetzenlassen in einem Schlammteich unterworfen werden.
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Der
Schlamm kann entsorgt werden und/oder weiterem Trocknen für eine anschließende Entsorgung auf
einem Schlammstapelgebiet unterworfen werden. Um zur Schlammstapelung
geeignet zu sein, sollte der Schlamm einen hohen Feststoffgehalt
aufweisen und sollte bei Stapelung nicht fließen, sondern sollte vergleichsweise
fest sein, damit der Stapelwinkel so groß wie möglich ist, sodass der Stapel
so wenig Fläche
wie möglich
für ein
gegebenes Volumen aufbraucht. Das Erfordernis eines hohen Feststoffgehaltes
steht im Widerspruch zu dem Erfordernis des Materials, als Flüssigkeit
pumpfähig
zu bleiben, sodass dadurch, selbst wenn es möglich sein sollte, einen Schlamm
mit dem gewünschten
hohen Feststoffgehalt zum Stapeln herzustellen, der Schlamm unpumpfähig wird.
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Die
WO 96/05146 offenbart ein Verfahren, in welchem Abfall aus dem Bayer-Verfahren als eine
Flüssigkeit
gepumpt wird. Ein wasserlösliches
Polymer in Emulsionsform wird während
oder vor dem Pumpen des Abfalls hinzugegeben, um das Sich-Verfestigen
unter gleichzeitigem Erhalt der Pumpfähigkeit zu verbessern.
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Die
EP-A-388 108 beschreibt die Zugabe eines wasserabsorbierenden, wasserunlöslichen
Polymers als wässrige
Flüssigkeit
zu einem Material, welches eine wässrige Flüssigkeit mit verteilten, teilchenförmigen Feststoffen
umfasst, wie beispielsweise Rotschlamm, vor dem Pumpen und danach
Pumpen des Materials, Stehenlassen, danach sich verfestigen lassen
und einen stapelbaren Feststoff werden lassen. Das Polymer absorbiert
die wässrige
Flüssigkeit
des Schlamms, was das Binden der teilchenförmigen Feststoffe und so die Verfestigung
des Materials unterstützt.
Indes weist dieses Verfahren den Nachteil auf, dass hohe Dosen von absorbierendem
Polymer benötigt
werden, um ausreichende Verfestigung zu erzielen. Um ein ausreichend verfestigtes
Material zu erhalten, ist es häufig
notwendig, Dosen in der Höhe
von 10 bis 20 kg pro Tonne Schlamm zu verwenden. Obwohl die Verwendung
von in Wasser quellbarem, absorbierendem Polymer zur Verfestigung
des Materials zu einer offensichtlichen Erhöhung an Feststoffen zu führen scheint,
wird die wässrige
Flüssigkeit
tatsächlich
innerhalb des absorbierenden Polymers gehalten. Dieses wirft den
Nachteil auf, dass, da die wässrige
Flüssigkeit
nicht wirklich aus dem sich verfestigten Material entfernt wurde
und unter bestimmten Bedingungen die wässrige Flüssigkeit anschließend desorbiert
werden kann, das Risiko einer Refluidisierung des Abfallmaterials
eingegangen wird, mit dem unvermeidbaren Risiko der Destabilisierung
des Stapels.
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Aus
dem Grund besteht ein Bedarf, ein Verfahren bereitzustellen, welches
es ermöglicht,
effizienter und günstiger
ein Material als eine Flüssigkeit
zu pumpen, welches bei Stehenlassen sich verfestigt, um einen stapelbaren
Feststoffabfall zu liefern. Ebenfalls besteht Bedarf daran, dieses
durch eine wesentliche Verminderung der Menge an wässriger
Flüssigkeit
zu erreichen, welche in dem Material enthalten ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt ein Verfahren bereit, in welchem Material, umfassend eine wässrige Flüssigkeit
mit verteilten teilchenförmigen
Feststoffen, als eine Flüssigkeit
gepumpt wird, dann stehen gelassen und sich verfestigen lassen wird
und durch Kombinieren von polymeren Teilchen mit dem Material während oder
vor dem Pumpen des Materials die Verfestigung verbessert wird, während die
Pumpfähigkeit des
Materials erhalten wird, wobei die polymeren Teilchen ein wasserlösliches
Polymer umfassen, welches eine Grenzviskosität (innere Viskosität) von mindestens
3 dl/g aufweist, und wobei die polymeren Teilchen in der Form von
festen Teilchen vorliegen und direkt zu dem Material hinzugegeben
werden.
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Die
Zugabe von polymeren Teilchen, umfassend ein wasserlösliches
Polymer, zu dem Material ermöglicht
es, dass das Material seine Fluidität behält und leichter gepumpt werden
kann, jedoch beim Stehenlassen eine feste Masse bildet, die stark
genug ist, Schichten von nachfolgendem, sich verfestigtem Material
zu tragen. Wir haben überraschenderweise
gefunden, dass die Anwesenheit von wasserlöslichen Polymeren, angewendet
in Form von Teilchen, es dem Material tatsächlich ermöglicht, flüssig zu bleiben und pumpfähig während des
Pumpschrittes zu sein, jedoch beim Stehenlassen einen schnellen
Verlust an Fluidität
und Verfestigung ergibt. Überdies
führt diese
Behandlung wünschenswerterweise
dazu, dass die wässrige
Flüssigkeit
aus dem Material beim Stehenlassen abgegeben wird. Es scheint, dass
die Anwendung von teilchenförmigem, wasserlöslichem
Polymer auf das Material zu einem graduellen Anstieg an Viskosität führt, jedoch
nicht so signifikant, dass das Material am Gepumptwerden gehindert
würde.
Es ist ebenfalls überraschend,
dass die Zugabe von wasserlöslichem
Polymer nicht zu einer unmittelbareren Entwässerung des Materials vor der
Stelle der Entsorgung führt,
welches eine Verstopfung der Pipeline zur Folge haben könnte.
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Geeignete
Dosen an Polymer liegen im Bereich von 10 g bis 10.000 g pro Tonne
Materialfeststoffen. Im Allgemeinen kann die geeignete Dosis entsprechend
dem teilchenförmigen
Material und dem Materialfeststoffgehalt variieren. Bevorzugte Dosen
liegen in dem Bereich von 100 bis 3.000 g pro Tonne.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zur Behandlung von Material geeignet, in welchem die verteilten teilchenförmigen Feststoffe
sehr kleine Teilchengrößen aufweisen,
zum Beispiel im Wesentlichen alle Größen von weniger als 100 Mikrometer
aufweisen, und selbst von Materialien, in welchen im Wesentlichen
alle Teilchen Größen von
weniger als 50 Mikrometer haben. Es ist von besonderem Wert, wenn
mindestens 90% der Teilchen Größen von
weniger als 20 Mikrometer aufweisen, im Besonderen, wenn der Flüssigkeitsanteil
im Abfallstrom nicht einfach oder nicht wirtschaftlich reduziert
werden kann.
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Die
Materialteilchen sind gewöhnlich
anorganisch und/oder gewöhnlich
ein Mineral. Obwohl es für
andere Materialien, welche gepumpt und dann gestapelt werden müssen, im
Besonderen für
Materialien, welche Filterkuchen, Abräume, Verdickungsunterflüsse oder
unverdickte Fabrikabfallflüsse,
zum Beispiel andere mineralische Abräume oder Schlämme, einschließlich Phosphat-,
Diamant-, Goldschlämme,
Abräume
aus Kupfer/Silber/Uranerzverarbeitung, Kohle oder Eisenerz, verwendet
werden kann, liegt die Hauptanwendung des vorliegenden Verfahrens
in der Behandlung von Endverdickern oder Waschstufen eines Bayer-Verfahrens. Der
Rotschlamm kann aus diesem Grund die Feststoffe, welche aus dem
Endverdicker oder der Waschstufe durch Zugabe von Flockungsmittel
alleine ausflocken, sein, oder wahlweise kann das Material der Filterkuchen aus
der Filtration (z. B. Druckfiltration oder Vakuumfiltration etc.)
des Schlamms, welcher in der Endwaschstufe produziert wird, sein.
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Der
Rotschlamm oder anderes Material, welcher/s gepumpt wird, kann einen
Feststoffgehalt im Bereich von 15 bis 80 Gew.-% aufweisen. Die Rotschlammbreie
liegen häufig
im Bereich von 20 oder 30 bis 70 Gew.-%, zum Beispiel 45 bis 65
Gew.-%. Die Teilchengrößen in einer
typischen Rotschlammprobe liegen im Wesentlichen alle unterhalb
von 25 Mikrometer, zum Beispiel ungefähr 95 Gew.-% des Schlamms besteht
aus Teilchen mit weniger als 20 Mikrometer, und ungefähr 75% hat
weniger als 10 Mikrometer, und ungefähr 95 Gew.-% des Schlamms besteht
aus Teilchen mit weniger als 20 Mikrometer, und ungefähr 75% hat
weniger als 10 Mikrometer, und ungefähr 95% hat mehr als 3 Mikrometer.
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Wir
haben herausgefunden, das bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn
das Material relativ konzentriert und homogen ist. Es kann ebenfalls
wünschenswert
sein, die Zugabe von polymeren Teilchen mit anderen Additiven zu
kombinieren. Zum Beispiel können
die Fließeigenschaften
des Materials durch eine Röhre durch Einbeziehen
eines Dispergiermittels erleichtert werden. Wenn ein Dispergiermittel
einbezogen wird, dann wird es typischerweise in üblichen Mengen einbezogen.
Wir haben jedoch herausgefunden, dass überraschenderweise die Anwesenheit
von Dispergiermitteln oder anderen Additiven die Verfestigung des
Materials beim Stehenlassen nicht beeinträchtigt.
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Deshalb
werden erfindungsgemäß die polymeren
Teilchen direkt zu dem vorher erwähnten Material hinzugegeben.
Die polymeren Teilchen können
vollständig
oder teilweise aus wasserlöslichem
Polymer bestehen. Aus diesem Grund kann das teilchenförmige Polymer
eine Mischung von vernetztem, im Wasser quellbarem, wasserunlöslichem
Polymer und wasserlöslichem
Polymer umfassen. Diese kann eine physikalische Mischung von quellbarem
Polymer oder löslichem
Polymer sein oder alternativ ein leicht vernetztes Polymer sein, wie
beispielsweise in der EP-202 780 beschrieben. Obwohl die polymeren
Teilchen etwas vernetzes Polymer umfassen können, ist es erfindungsgemäß wesentlich,
dass eine signifikante Menge an wasserlöslichem Polymer anwesend ist.
Wenn die polymeren Teilchen etwas quellbares Polymer umfassen, ist
es wünschenswert, dass
mindestens 80% des Polymers wasserlöslich ist. Vorzugsweise sind
die polymeren Teilchen vollständig oder
mindestens im Wesentlichen wasserlöslich. Das wasserlösliche Polymer
kann durch die Anwesenheit von Verzweigungsmittel verzweigt sein,
wie beispielsweise in der WO-A-9829604
beschrieben, beispielsweise in Anspruch 12, oder alternativ ist
das wasserlösliche
Polymer im Wesentlichen linear.
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Vorzugsweise
ist das wasserlösliche
Polymer von mittlerem bis hohem Molekulargewicht. Wünschenswerterweise
hat es eine innere Viskosität
von mindestens 3 dl/g und im Allgemeinen mindestens 5 oder 6 dl/g,
obwohl das Polymer ein wesentlich höheres Molekulargewicht haben
kann, und eine innere Viskosität von
25 dl/g oder 30 dl/g oder sogar höher aufweisen kann. Vorzugsweise
hat das Polymer eine innere Viskosität im Bereich von 8 dl/g bis
20 dl/g, bevorzugter von 11 dl/g oder 12 dl/g bis 16 dl/g oder 17
dl/g.
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Das
wasserlösliche
Polymer kann ein natürliches
Polymer, zum Beispiel Polysaccharide, wie beispielsweise Stärke oder
Dextran, oder ein halbnatürliches
Polymer sein, wie beispielsweise Carboxymethylcellulose oder Hydroxyethylcellulose.
Vorzugsweise ist das Polymer synthetisch, und vorzugsweise wird
es aus einem ethylenisch ungesättigten,
wasserlöslichen
Monomer oder einer Mischung von Monomeren gebildet.
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Das
wasserlösliche
Polymer kann kationisch, nicht-ionisch, amphoter sein, jedoch ist
es bevorzugt anionisch. Besonders bevorzugte anionische Polymere
werden aus Monomeren gebildet, welche aus ethylenisch ungesättigten
Carbonsäuremonomeren
und Sulfonsäuremonomeren
ausgewählt
sind, vorzugsweise ausgewählt
aus (Meth)acrylsäure,
Allylsulfonsäure
und 2-Acrylamid-2-methylpropansulfonsäure, wahlweise in Kombination
mit nicht-ionischen Comonomeren, vorzugsweise ausgewählt aus
(Meth)acrylamid, Hydroxyalkylestern von (Meth)acrylsäure und
N-Vinylpyrrolidon.
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Erfindungsgemäß kann das
wasserlösliche
Polymer durch ein beliebiges geeignetes Polymerisationsverfahren
hergestellt werden. Die Polymere können zum Beispiel als Gelpolymere
durch Lösungspolymerisation,
Wasser-in-Öl-Suspensionspolymerisation
oder durch Wasser-in-Öl-Emulsionspolymerisation
hergestellt werden. Wenn Gelpolymere durch Lösungspolymerisation hergestellt
werden, dann werden die Initiatoren im Allgemeinen in die Monomerlösung eingeführt. Wahlweise
kann ein thermisches Initiatorsystem einbezogen werden. Typischerweise
würde ein
thermischer Initiator eine beliebige Initiatorverbindung einschließen, welche Radikale
bei einer erhöhten
Temperatur freisetzt, zum Beispiel Azoverbindungen, wie beispielsweise
Azobisisobutyronitril. Die Temperatur sollte während der Polymerisation auf
mindestens 70°C
ansteigen, jedoch bevorzugt unterhalb 95°C liegen. Alternativ kann die
Polymerisation durch Bestrahlung ausgelöst werden (UV-Licht, Mikro-wellenenergie,
Wärme etc.),
wahlweise auch unter Verwendung von geeigneten Bestrahlungsinitiatoren.
Sobald die Polymerisation vollständig
ist und das Polymergel sich ausreichend abgekühlt hat, kann das Gel durch
eine Standardmethode durch zuerst Zerkleinern des Gels in kleinere
Stücke,
Trocknen bis zu einem im Wesentlichen entwässerten Polymer, gefolgt von
Mahlen zu einem Pulver weiterverarbeitet werden. Alternativ können die
Polymergele in der Form von Polymergelen geliefert werden, zum Beispiel
als neutronartige Gelpolymerblöcke
(neutron type gel polymer logs). Solche Polymergele können durch
geeignete Polymerisationstechniken wie oben beschrieben hergestellt
werden, zum Beispiel durch Bestrahlung. Die Gele können je
nach Erfordernis zu einer geeigneten Größe verkürzt werden und dann bei Gebrauch
als teilweise hydrierte, wasserlösliche
Polymerteilchen mit dem Material gemischt werden.
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Die
Polymere können
als Beads (Kügelchen)
durch Suspensionspolymerisation oder als eine Wasser-in-Öl-Emulsion
oder -Dispersion durch Wasser-in-Öl-Emulsionspolymerisation hergestellt
werden, zum Beispiel gemäß einem
Verfahren, wie bezeichnet in den EP-A-150 933, EP-A-102 760 oder
EP-A-126 528.
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Alternativ
können
die Polymerteilchen Agglomerate oder Aggregate von Primärpartikeln
darstellen, welche eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger
als 10 Mikrometer aufweisen und in welchen die Aggregate eine Teilchengröße von mehr
als 20 Mikrometer aufweisen. Auf diese Weise können die Teilchen aus gebundenen,
bröckeligen
Aggregaten bestehen, von denen mindestens 90 Gew.-% eine Größe von mehr
als 50 Mikrometer aufweisen. Bei der Zugabe zu dem wässrigen
Material zerfallen die Aggregate in die Primärteilchen.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden die polymeren Teilchen vorzugsweise als im Wesentlichen individuelle
Teilchen einer Teilchengröße von mehr
als 20 Mikrometer, vorzugsweise mehr als 50 Mikrometer zu dem Material
gegeben. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn die Polymerteilchen
viel größer, zum Beispiel
mindestens 100 Mikrometer, sind, zum Beispiel mindestens 90% haben
mehr als 200 Mikrometer. Vorzugsweise können die Polymerteilchen Teilchengrößen von
bis zu 2,5 mm aufweisen, zum Beispiel bis zu 2 mm. Im Allgemeinen
weisen die Polymerteilchen Teilchengrößen im Bereich von 500 Mikrometer
bis 1 mm oder 1,5 mm auf. In diesem bevorzugten Aspekt der Erfindung
können
die Polymerteilchen als ein Pulver hinzugegeben werden, welches
durch Lösungspolymerisation
gebildet wurde, oder als Beads, welche durch Suspensionspolymerisation
gebildet wurden.
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Die
Polymerteilchen werden direkt mit dem Material auf eine beliebige
geeignete Weise unter Verwendung von herkömmlichem Dosierungsgerät kombiniert.
Wenn die Polymerteilchen in der Form von frei-fließenden (rieselfähigen) Teilchen
vorliegen, können
sie aus einem Trichter mittels einer Dosierschnecke eingespeist und
direkt mit dem Material gemischt werden, welches durch eine Röhre fließt. Die
polymeren Teilchen können ebenfalls
mittels eines Luftstroms in das Material eingespeist werden. In
einigen Situationen, in welchen das Material durch eine Röhre unter
hohem Druck geströmt
wird, kann es notwendig sein, die trockenen polymeren Teilchen direkt
in das Material durch ein geeignetes Mittel zu zwingen. Dieses kann
zum Beispiel eine Hochdruckpumpe sein, zum Beispiel eine Dosierschnecke
oder eine Exzenterschneckenpumpe. In einigen Fällen werden die polymeren Teilchen
mittels einer Hochdruckpumpe in Kombination mit Luftdruck in das
Material eingespeist.
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Wir
haben gefunden, dass besonders gute Ergebnisse erhalten werden,
wenn die wasserlöslichen
Polymerteilchen schnell in dem Material verteilt werden. Dies kann
durch Kombinieren der polymeren Teilchen mit einem Teilchenverdünnungsmittel
erreicht werden. Typischerweise würden die polymeren Teilchen
mit dem Verdünnungsmittel
gemischt, sodass die polymeren Teilchen in dem Verdünnungsmittel
verteilt werden. Vorzugsweise kann das Verdünnungsmittel Natriumchlorid
oder alternativ Zucker sein. Geeigneterweise kann das Verhältnis von
Polymer zu Verdünnungsmittel
im Bereich von 10:90 bis 90:10 liegen.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden die Teilchen schnell mit dem Material gemischt, um die Wahrscheinlichkeit
zu reduzieren, dass die Polymerteilchen ungleich in dem Material verteilt
werden, zum Beispiel bei/durch Stratifizierung der Polymerteilchen.
Das Mischen der Polymerteilchen kann unter Verwendung eines Linearmischers
oder vorzugsweise durch Abzweigen eines Teils des Materials in eine
Mischvorrichtung, in welchem Polymerteilchen (z. B. pulverförmig) gründlich mit
dem Material gemischt werden, und dann Rückführen des behandelten Materials
zu der Hauptflusslinie erreicht werden.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden die festen Polymerteilchen mit dem Material unter Verwendung
einer neuartigen Polymeranwendungsvorrichtung kombiniert. In diesem
Aspekt wird Material (zur Behandlung), welches durch eine Röhre fließt, in eine
Mischkammer eingespeist. Polymerteilchen werden ebenfalls in die
Mischkammer eingespeist und mit dem Material gemischt. Vorzugsweise werden
die Polymerteilchen aus einem geeigneten Vorratsbehälter, zum
Beispiel einem Trichter, mittels einer Dosierschnecke eingespeist.
Vorzugsweise hat die Mischkammer eine runde Wand mit einem größeren Radius
am oberen Ende als am unteren Ende. Bevorzugter ist die Kammer konisch
geformt. Das Material und die Polymerteilchen werden in die Kammer
mit einer solchen Rate eingespeist, dass sich die Polymerteilchen
in dem Material verteilen können.
In einer bevorzugteren Ausführungsform
wird das Material in die konische Mischkammer bei einer solchen
Rate eingespeist, dass ein Strudel entsteht, in welchen die frei-fließenden Polymerteilchen
gegossen werden, sodass das Material und die Polymerteilchen gründlich zusammen
vermischt werden können.
Das behandelte Material sollte aus der Mischkammer durch geeignete
Mittel entfernt werden, zum Beispiel durch eine helikalen Rotorpumpe.
Vorzugsweise wird nur ein Teil des Materials (zur Behandlung) in
die Mischkammer abgezweigt, wo es mit den Polymerteilchen kombiniert
wird, und dann in die Hauptröhre, welches
das Material befördert,
zurückgeführt. Vorzugsweise
beträgt
der Anteil an Material, welcher in die Mischkammer abgezweigt wird,
weniger als 50%, bevorzugter zwischen 5 bis 20%, besonders bevorzugt
10%.
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Es
ist überraschend,
dass das erfindungsgemäße Verfahren
ein Produkt bildet, welches sich viel besser als bei alternativen
Behandlungen verfestigt, zum Beispiel bei Verwendung von in Wasser
quellbaren Polymeren oder vorgebildeten Lösungen von wasserlöslichen
Polymeren. Es ist ebenfalls überraschend,
dass besonders gute Ergebnisse durch Verwendung von festen, teilchenförmigen Polymeren,
welche festes Polymer umfassen, umfassend individuelle, große Polymerteilchen,
wie hierin beschrieben, erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
minimiert effektiver die benötigte
Fläche
zur Stapelung von Material mit einem gegebenen Volumen. Dies wird
unter gleichzeitigem Erhalt der Pumpfähigkeit des Materials erreicht.
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Die
Eigenschaften des neu strukturierten Schlamms sind ein bedeutender
Aspekt der vorliegenden Erfindung. Nach Zugabe des wasserlöslichen
Polymers verursacht durch Pumpen, Mischen oder Reibung in der Transportröhre verursachte
Energie ein Sichverfestigen der Mischung bis zu einem Maximum, welche
dann graduell weniger fest wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt die Schlamm mischung eine Fließspannung von weniger als 200
Pa, vorzugsweise weniger als 150 Pa und im Besonderen bevorzugt
von 20 bis 120 Pa, um ein ausreichendes Pumpen zu ermöglichen.
Ein Vorteil der Zugaben in Pulverform ist es, dass die Viskosität nicht
so schnell wie bei einer lösungsmittelbasierten
Zugabe ansteigt oder vermindert wird.
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Ein
weiteres überraschendes
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass sobald das Material
zu der bevorzugten Stelle geführt
und stehen gelassen wurde, die wässrige
Flüssigkeit
aus dem verfestigenden Material freigesetzt wird. Die Freisetzung
der wässrigen
Flüssigkeit
aus dem Material ist vorteilhaft, da der Schlammstapel einen höheren wirklichen
Feststoffanteil hat und keine hohen Gehalte an eingeschlossener Flüssigkeit
enthält,
wie im Falle von in Wasser quellbarem, wasserunlöslichem Polymer. Dies ergibt
die Vorteile, dass das gestapelte Material sich nicht leicht destabilisiert,
und auch, dass die Flüssigkeit,
die freigesetzt wurde, recycelt werden kann, zum Beispiel, um irgendwelche
Restwerte zu extrahieren. Im Falle von Rotschlamm, welcher durch
das Bayer-Verfahren hergestellt wurde, kann die freigesetzte Flüssigkeit
zu dem Bayer-Verfahren (z. B. Wasch-, Verdickungs- oder Zersetzungsstufen)
rückgeführt werden,
um den Basengehalt und ebenfalls jegliche Restspuren von Aluminat
ausnutzen.
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Erfindungsgemäß wird das
Material zu einem Auslass gepumpt, wo es über die Oberfläche von
vorher sich verfestigtem Material fließen gelassen wird, wobei das
Material stehen gelassen wird und sich verfestigt, um einen Stapel
zu bilden. Da dieses Verfahren wiederholt wird, werden mehrere Schichten
von verfestigtem Material als ein Stapel gebildet. Aus diesem Grund
haben wir erfindungsgemäß ebenfalls
ein Produkt zur Verfügung
gestellt, welches vorzugsweise in Stapelform ist, hergestellt durch
das erfindungsgemäße Verfahren, im
Besonderen in einer beliebigen der speziell rezitierten Ausführungsform.
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Eine
Vorrichtung zur Behandlung einer Suspension von teilchenförmigem Material
mit einer festen teilchenförmigen
Behandlungschemikalie umfasst
ein Mittel zur Extraktion der
Suspension aus einer Fließleitung
und
eine Mischungskammer,
umfassend
eine runde Wand,
eine Öffnung am
oberen Ende und an der Basis, wobei der Radius des oberen Endes
größer als
der Radius der Basis ist,
ein Mittel zur Lieferung der teilchenförmigen Behandlungschemikalie
in die Mischkammer und
ein Mittel zur Beförderung der behandelten Suspension
aus der Mischkammer.
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Das
Mittel zur Lieferung der teilchenförmigen Behandlungschemikalie
in die Mischkammer kann ein geeigneter Einspeisungsmechanismus sein
oder kann durch Einblasen der Teilchen unter Verwendung eines Gasstroms,
zum Beispiel Luft, erfolgen. Vorzugsweise schließt das Mittel zur Lieferung
der teilchenförmigen Behandlungschemikalie
in die Mischkammer eine Dosierschnecke ein. Vorzugsweise schließt die Vorrichtung ein
mechanisches Mittel zur Einspeisung der behandelten Suspension aus
der Mischkammer ein. Dieses kann eine beliebige geeignete Pumpe
sein, jedoch schließt
sie vorzugsweise eine helikale Rotorpumpe ein.
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Ein
Schema einer bevorzugten Ausführungsform
der neuen Vorrichtung ist in 2 dargestellt,
für welche
die folgende Legende gilt.
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- [1]
- Röhre zum
Befördern
von Material
- [2]
- Materialabzweigröhre
- [3]
- Flusssteuerpumpe
- [4]
- Mischkammer
- [5]
- Polymercontainer
- [6]
- Polymerteilchen
- [7]
- Dosierschnecke
- [8]
- helikale
Rotorpumpe
- [9]
- Rückführröhre
-
In
dem Schema wird Material, wie beispielsweise Rotschlamm, entlang
der Röhre [1] befördert. Ein Teil
des Materials wird über
die Materialabzweigröhre [2] in
eine Mischkammer [4] abgezweigt. Ein Flusssteuerventil [3] regelt
den Materialfluss in die Mischkammer. Polymerteilchen [6],
welche in dem Polymercontainer [5] aufbewahrt werden, werden
mittels einer Dosierschneckenpumpe [7] in die Mischkammer
gespeist. Die Polymerteilchen und das Material werden gründlich miteinander
vermischt und dann von der Basis der Mischkammer mittels einer helikalen
Rotorpumpe [8] gepumpt und dann durch die Rückführröhre [9] in
die Röhre [1] zurückgeführt.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird eine Suspension mit einer teilchenförmigen Behandlungschemikalie
behandelt. Die Suspension kann eine beliebige geeignete Suspension
sein, welche verteilte Teilchen in einer Flüssigkeit umfasst, zum Beispiel
ein beliebiges erfindungsgemäßes Material. Vorzugsweise
ist die Suspension eine wässrige
Suspension mineralischer Teilchen mit mindestens 15% Feststoffen,
zum Beispiel 20 bis 80% Feststoffen. Bevorzugter ist die Suspension
ein Rotschlamm, welcher bei dem Bayer-Verfahren entsteht. Somit
stellen wir ein Verfahren zur Verfügung, in welchem eine Suspension
mit einer teilchenförmigen
Behandlungschemikalie durch Mischen behandelt wird, umfassend Fließenlassen
der Suspension entlang einer Fließleitung Entnahme eines Teils
der Suspension und Fließenlassen
in eine Mischkammer, wo dieser mit der teilchenförmigen Behandlungschemikalie
kombiniert wird, und dann Zurückführen in
die Fließleitung,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Suspension in die Mischkammer
eintritt und einen Strudel bildet, in welchen die teilchenförmige Behandlungschemikalie
eingespeist wird.
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Das
Verfahren gemäß diesem
erfindungsgemäßen Aspekt überwindet
die Schwierigkeiten beim Mischen der teilchenförmigen Behandlungschemikalien
direkt in eine zu behandelnde Suspension. Dieses Verfahren ist besonders
vorteilhaft für
Suspensionen mit hohen Feststoffanteilen und/oder hoher Viskosität, in welchen
das Bereitstellen einer gleichmäßigen Verteilung
der teilchenförmigen
Behandlungschemikalie in der Suspension auf eine andere Weise schwierig
zu erreichen wäre.
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Das
Verfahren findet Anwendung beim Vermischen einer beliebigen, geeigneten,
teilchenförmigen
Behandlungschemikalie in ein hochviskoses Substrat. Vorzugsweise
umfasst die Behandlungschemikalie ein wasserlösliches Polymer, beispielsweise
wie erfindungsgemäß definiert.
Die Behandlungschemikalie hat vorzugsweise eine Teilchengröße von mindestens
20 Mikrometer, vorzugsweise mindestens 50 Mikrometer.
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Die
folgenden Beispiele dienen zur Verdeutlichung der Erfindung.
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Beispiel 1
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1.000
ml-Proben von Rotschlammunterfluss aus der letzten Waschstufe in
einem Bayer-Aluminiumoxidverfahren werden vor der Zentrifugationsstufe
genommen. Die Schlammfeststoffe machen 28,66% aus. Ein festes, pulverförmiges,
wasserlösliches
Copolymer von Acrylamid mit Natriumacrylat einer hohen inneren Viskosität (ungefähr 10 dl/g)
wird zu den Proben von Rotschlamm bei verschiedenen Dosisanteilen
gegeben. Der behandelte Schlamm wird leicht in einem Laborwasserglas
für eine
Stunde gerührt,
um die normale Verweilzeit zu simulieren, die der Rotschlamm benötigt, durch
die Pipeline zu der Entsorgungsstelle zu fließen. Die Proben des behandelten
Schlamms werden dann auf einen ebenen Untergrund gegossen, um eine
Rutschung/einen Sturz (slump) zu bilden. Dieser soll die Fähigkeit
des Schlamms simulieren, Stapel zu bilden.
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Der
Sturzdurchmesser, die Sturzhöhe
in der Mitte des Sturzes, die Sturzhöhe am Rand, die Schlammsteigung
(Gefälle)
und die Schlammviskosität
wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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-
Diese
Untersuchung zeigt/bestätigt
wirkungsvolle Gesamtergebnisse selbst bei relative niedrigen Dosen.
Zum Beispiel bewirkt eine Dosis von 100 g pro Tonne einen Sturzwinkel
von über
3°. Es sollte
auch erwähnt
werden, dass der hohe Sturzwinkel ohne einen signifikanten Anstieg
in der Viskosität
des Schlamms erreicht wird.
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Beispiel 2
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Das
Testverfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung von 1.000 ml-Proben
von 35% w/w australischem Rotschlammbrei bei 10 g/l NaOH wiederholt
und konditioniert für
verschiedene Zeitlängen
unter Verwendung eines Gate-Rührers
bei 200 U/min und unter Verwendung einer konstanten Dosis von 18
ppm für sowohl
ein festes (Teilchengröße ungefähr 1 mm),
wasserlösliches
Copolymer von Acrylamid mit Natriumacrylat einer hohen inneren Viskosität (ungefähr 10 dl/g)
als auch eine Umkehrphasen-Polymer-in-Öl-Dispersion eines wasserlöslichen
Copolymers von Acrylamid mit Natriumacrylat einer hohen inneren
Viskosität
(ungefähr
10 dl/g) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 750 Nanometern unter
Verwendung von verschiedenen Konditionierungszeiten. Der Sturzwinkel
wird für
jede Konditionierungszeit für
sowohl flüssige
Dispersion als auch festes Polymer gemessen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
Ergebnisse sind in 1 aufgetragen.
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Es
ist klar zu erkennen, dass sowohl die wasserlösliche Polymerteilchen-in-Öl-Dispersion als auch
die festen, wasserlöslichen
Polymerteilchen wirkungsvolle Ergebnisse liefern. Es ist ebenfalls
zu erkennen, dass die Ergebnisse mit Feststoff weitaus bessere Ergebnisse
liefern.
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Beispiel 3
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Das
Verfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung von verschiedenen
Dosen des festen, pulverförmigen,
wasserlöslichen
Copolymers von Acrylamid mit Natriumacrylat einer hohen inneren
Viskosität
(Produkt A) wiederholt und auf 1.000 ml-Proben Rotschlamm (30,09% Feststoffe)
bei verschiedenen Dosisanteilen und als ein Vergleichstest unter
Verwendung eines teilchenförmigen,
wasserunlöslichen,
quellbaren Absorptionsmittels (Produkt B) angewendet. F1ießspannung
des Sturzes, Sturzwinkel, Sturzdurchmesser, Sturzhöhe am Rand
und Sturzhöhe
in der Mitte wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle
3 gezeigt.
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Die
Ergebnisse belegen, dass effektive Sturzwinkel von mindestens 3%
unter Verwendung von nur mäßigen Dosen
(40 g/l) von wasserlöslichem,
gepulvertem Polymer erreicht werden können, im Vergleich zu den benötigten hohen
Dosen (1.900 g/t) von Absorptionsmittel.
