EA005875B1 - Способ разделения битуминозных песков - Google Patents

Abstract

В изобретении описан способ извлечения ценных компонентов из битуминозных песков, включающий основную стадию разделения. На этой основной стадии разделения битуминозный песок суспендируют в воде и разделяют на обогащенную фракцию и разбавленные водой глинистые отходы. Разбавленные водой глинистые отходы на стадии их седиментации осаждают в одном или нескольких отстойных прудах с получением практически твердого глинистого осадка и надосадочной жидкости. При этом разбавленные водой глинистые отходы подают в отстойник и подвергают флокуляции добавлением к ним полимерного флокулянта. Флокулированные разбавленные водой глинистые отходы затем подвергают седиментации с получением на дне отстойника слоя, пригодного к перекачиванию загущенного глинистого осадка.

Description

Настоящее изобретение относится к способу извлечения ценных компонентов из битуминозного песка, включающему основную стадию разделения и стадию седиментации отходов. Цель изобретения состоит в поиске нового и эффективного подхода к обработке отходов, образующихся в виде осадка в установке для переработки битуминозного песчаника.

Битуминозные песчаники (называемые также нефтеносными песками или битуминозными песками) представляют собой песчаные отложения, насыщенные плотной, вязкой нефтью. Битуминозные песчаники обнаружены по всему миру, часто в тех же географических зонах, в которых находятся и залежи обычной нефти. Наиболее крупное и единственное представляющее в настоящий момент коммерческий интерес месторождение битуминозных песков находится в Канаде в районе Атабаски в северо-западной части провинции Альберта. Запасы битума в этом месторождении по оценке составляют от 700 миллиардов до 1 триллиона баррелей. Преобладающая часть залежей этих битуминозных песков расположена на поверхности земли или очень близко к поверхности земли, где их добыча и переработка в синтетическое нефтяное сырье не представляет особых проблем. Коммерческая крупномасштабная добыча и переработка битуминозных песков ведется вблизи г. Форт-Мак-Мюррей, провинция Альберта.

Битуминозные пески Атабаски представляют собой трехкомпонентную смесь из битума, минеральных компонентов и воды. Ценным компонентом этой смеси является битум, для извлечения которого собственно и ведется разработка битуминозных песков и их переработка. Содержание битума в битуминозном песке, встречающемся в указанном районе, колеблется около среднего значения, составляющего примерно 12 мас.%, однако может варьироваться от 0 до 18 мас.%. Содержание воды в вышеназванной смеси обычно колеблется от 3 до 6 мас.% и в целом увеличивается с уменьшением содержания в этой смеси битума. Содержание минеральных компонентов в смеси находится на относительно постоянном уровне и составляет от 84 до 86 мас.%.

В настоящее время известно несколько использующихся на протяжении многих лет основных методов извлечения битума из содержащих его песков, наиболее значимым из которых является метод обработки горячей водой. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным методом отделения битума от содержащих его песков, и поэтому последующее описание одного из таких процессов носит исключительно иллюстративный характер. Метод обработки горячей водой для первичного извлечения битума из битуминозного песка состоит из трех основных технологических стадий (четвертая стадия, стадия окончательной экстракции, используется для очистки извлеченного битума при последовательной переработке сырья). На первой стадии, называемой кондиционированием, битуминозный песок смешивают с водой и нагревают острым паром с образованием суспензии с содержанием твердого вещества от 70 до 85 мас.%. Затем к полученной суспензии в необходимых количествах добавляют гидроксид натрия или иные реагенты для установления и поддержания значения ее рН на уровне 8,0-8,5. На второй стадии, называемой разделением, кондиционированную суспензию дополнительно разбавляют, благодаря чему может происходить ее расслоение. При этом в осадок быстро выпадает преобладающая часть минеральных компонентов, частицы которых имеют характерную для частиц песка крупность и которые удаляют в виде песчаных хвостов. Большая же часть битума быстро всплывает на поверхность воды (в результате расслоения суспензии), образуя сплошную массу, известную как пенный продукт, который снимают с остальной жидкости, находящейся в емкости для отстаивания (иногда называемой также резервуаром для первичного разделения или разделительной камерой). После этого из емкости для отстаивания можно отводить третий поток, называемый потоком загрязненной средней или разделительной фазы, и подвергать ее обработке на третьей стадии, стадии очистки, для извлечения дополнительных количеств суспендированного битума.

Как указано выше, кондиционирование битуминозных песков для извлечения из них битума заключается в нагревании исходной смеси битуминозного песка с водой до рабочей температуры (180-200°Е), в физическом перемешивании суспензии до получения массы однородного состава и однородной консистенции и в расходовании (в результате химической реакции) каустической соды или других добавляемых к суспензии реагентов. При обработке в таких условиях битум десорбируется из отдельных песчинок и примешивается к суспензии в виде дискретных капель, размер которых имеет тот же порядок величин, что и размер песчинок. Было установлено, что такие же рабочие или технологические условия оптимальны также для дефлокуляции мелкодисперсных частиц, в частности частиц глины, которая является естественной примесью, присутствующей в исходном битуминозном песке. При этом под дефлокуляцией, или диспергированием, подразумевается разрушение естественных агрегатов, образованных глинистыми частицами, с образованием суспензии отдельных частиц. В соответствии с этим на стадии кондиционирования происходит равномерное диспергирование значительной части глинистых частиц и их смешение с суспензией во всем ее объеме.

Для специалистов в данной области техники, таким образом, очевидно, что в процессе кондиционирования битуминозного песка, которое является основополагающей стадией в подготовке содержащего битум сырья для эффективного извлечения из него битума на последующих технологических стадиях, в суспензию переходят также глинистые частицы, которые создают значительные проблемы при последующем удалении содержащих их хвостов.

- 1 005875

Вторая технологическая стадия, называемая разделением, по существу является стадией извлечения битума, поскольку его отделение от битуминозного песка происходит на стадии кондиционирования. На этой второй стадии суспензию кондиционированного битуминозного песка сначала пропускают через сито для отделения от нее крупных кусков горной породы и некондиционируемых комков битуминозного песка и глины и отбракованный материал (надситный материал) направляют в отходы. Затем прошедшую через сито суспензию дополнительно разбавляют водой с целью ускорить процесс расслоения суспензии на две основные фазы, одну из которых образуют капли (глобулы) практически не содержащего минеральных компонентов битума, всплывающие в разделительных камерах на поверхность воды и образующие на ней сплошную массу пенного продукта, а вторую образуют частицы минеральных компонентов, в частности частицы минеральных компонентов, размер которых соответствует типичному размеру частиц песка и которые после их оседания на дно разделительной камеры удаляют из нее в виде хвостов. Среду, которая остается между двумя указанными фазами, образующимися в результате расслоения суспензии, и через которую при расслоении суспензии движутся две эти фазы (одна вверх, а другая вниз), называют средней или разделительной фазой. Эта средняя фаза состоит в основном из воды с суспендированными в ней мелкодисперсными твердыми частицами и частицами битума.

Песок и битум имеют сравнительно постоянные размеры частиц и плотность. Параметром, который оказывает основное влияние на процесс расслоения суспензии, является вязкость средней или разделительной фазы, а ее вязкость в свою очередь напрямую зависит от содержания в ней мелкодисперсных частиц. Обычно с увеличением содержания таких мелкодисперсных частиц сверх некоторого порогового значения, которое варьируется в зависимости от состава этих мелкодисперсных частиц, вязкость средней или разделительной фазы быстро достигает высоких значений, в результате чего процесс расслоения суспензии практически прекращается. Подобное рабочее состояние разделительной камеры образно называют ее расстройством. В этом рабочем состоянии разделительной камеры количество извлекаемого в ней из битуминозного песка битума незначительно или вообще равно нулю, а все выходящие из разделительной камеры потоки имеют приблизительно тот же состав, что и загруженное в нее исходное сырье. По этой причине для поддержания вязкости средней или разделительной фазы в допустимых для эффективного расслаивания суспензии пределах по мере возрастания содержания мелкодисперсных частиц в исходном сырье необходимо увеличивать количество используемой в технологическом процессе воды.

Третьей стадией метода обработки горячей водой является очистка. Содержанием мелкодисперсных частиц в исходном сырье определяется потребность в используемой в процессе расслоения суспензии воде, необходимой для поддержания вязкости средней или разделительной фазы в требуемых пределах, которая (вязкость) зависит от соотношения между глиной и водой. Для поддержания материального баланса в разделительной камере из нее необходимо выводить поток загрязненной средней или разделительной фазы, которую в дальнейшем можно подвергать очистке для извлечения из нее дополнительных количеств битума. Эффективным методом очистки такого потока средней или разделительной фазы является флотация в пневматической флотомашине.

Конечную экстракцию или очистку пенного продукта обычно проводят центрифугированием. При этом пенный продукт, полученный при первичном извлечении битума из битуминозного песка, разбавляют лигроином и затем разбавленный пенный продукт подвергают двухстадийному центрифугированию. В результате этого процесса получают практически чистый продукт, представляющий собой разбавленный битум. Отделяемые от пенного продукта на этой стадии вода и минеральные компоненты образуют поток дополнительных хвостов, которые необходимо удалять.

Такие хвосты представляют собой, если использовать принятую в технологии экстракционной обработки терминологию, непригодный для дальнейшего применения материал, который образуется в процессе извлечения ценных материалов из руды. Образующиеся при переработке битуминозных песков хвосты состоят из цельного рудного тела битуминозного песка и всего количества добавлявшейся в ходе технологического процесса воды за исключением лишь извлеченного из песка продукта, которым является битум. Образующиеся при переработке битуминозного песка хвосты можно подразделить на три категории, а именно: (1) на надситный материал, (2) на крупнозернистые или песчаные хвосты (быстро оседающая фракция) и (3) на состоящий из мелкодисперсных частиц или хвостов шлам (медленно оседающая фракция). Надситный материал обычно собирают и выводят из технологического процесса в виде отдельного потока.

В настоящее время с учетом высокого уровня экологического сознания в Канаде, Соединенных Штатах и иных государствах все большее внимание уделяется поиску промышленного решения проблемы удаления хвостов, образующихся в процессе разработки и переработки битуминозных песков, а также в различных других процессах, связанных с добычей и переработкой руд. Удаление хвостов, образующихся при переработке битуминозных песков, не вызывает особых сложностей. При извлечении одного кубического фута битуминозного песка в породе остается полость, объем которой также равен одному кубическому футу. В результате последующей переработки руды для извлечения из нее содержащей битум фракции образуется остаток, который состоит из технологических материалов и пустой породы и который представляет собой хвосты, которые не представляют какой-либо ценности и которые необходимо ликвидировать. При переработке битуминозного песка основным технологическим материа

- 2 005875 лом является вода, а пустая порода преимущественно представляет собой песок с некоторым количеством ила и глины. С физической точки зрения хвосты (за исключением надситного материала) частично состоят из твердого материала (песчаные хвосты) и частично из более или менее жидкого материала (шлама). Оптимальным местом размещения подобных отходов является, как очевидно, та же самая полость объемом в один кубический фут, которая остается в породе в результате извлечения из нее битуминозного песка. Однако одни только песчаные хвосты, остающиеся после переработки одного кубического фута руды, занимают объем, который также равен примерно одному кубическому футу. Количество же шлама в отходах варьируется в зависимости от качества руды и технологических условий, но обычно составляет порядка 0,3 кубических фута. Таким образом, хвосты просто не поместятся в полном объеме в той же полости, которая осталась в породе после извлечения из нее битуминозного песка.

Данные, полученные в ходе коммерческой разработки битуминозных песков, свидетельствуют о том, что в месте хранения хвостов постепенно накапливается слой шлама, процесс оседания и уплотнения которого протекает, если вообще протекает, исключительно медленно и длится несколько лет. По целому ряду причин такой слой шлама, который имеет много общего с аналогичными слоями шлама, скапливающегося в прудах-хвостохранилищах, куда сбрасывают хвосты, образующиеся в самых разнообразных процессах добычи и извлечения полезных ископаемых, приобретает особое значение и сложен в обращении с ним. Одним из методов удаления хвостов является сооружение из них дамб, для чего их гидравлически транспортируют к месту их хранения и сбрасывают на вершину песчаной дамбы, возводимой в качестве своего рода запруды для скапливающейся в ограниченном ею пространстве жидкости. На дамбе песок быстро оседает, а суспензия из мелкодисперсных частиц, воды и небольших количеств битума стекает в пруд-хвостохранилище. Оседающий песок механически уплотняют для укрепления дамбы по мере увеличения ее высоты. Суспензия, которая стекает в пруд-хвостохранилище, начинает расслаиваться, на что может уходить от нескольких месяцев до нескольких лет.

Другой метод удаления хвостов заключается в их сбросе непосредственно в жидкость, находящуюся в пруду-хвостохранилище, путем их перебрасывания через верх песчаной дамбы. В этом случае могут протекать быстрые и медленные процессы осаждения, однако различия между ними выражены не столь же четко, как при удалении хвостов путем сооружения из них дамб, при этом хвосты не подвергают механическому уплотнению. Присутствующий в хвостах песок быстро оседает с образованием слоя пологого намывного материала, который простирается от места сброса хвостов к внутренней части пруда-хвостохранилища. После оседания песка в пруду-хвостохранилище начинается длительный процесс расслоения суспензии на мелкодисперсные частицы и воду.

Хвосты, образующиеся при обработке битуминозного песка горячей водой, представляют собой разбавленную суспензию мелкодисперсных частиц в воде, которую вместе с песком сбрасывают в прудхвостохранилище. Образование шлама в результате расслоения такой суспензии хвостов объясняется в первую очередь присутствием диспергированных в них глинистых минералов. Скорость оседания этих глинистых минералов, а также свойства образующегося шлама зависят от множеством факторов, определяемых условиями сброса хвостов в пруд-хвостохранилище. К подобным факторам относятся начальная концентрация глины (соотношение между глиной и водой), относительное соотношение между различными типами глинистых минералов, крупность глинистых частиц, состояние поверхности глинистых частиц и химия поровой воды. Опыты и лабораторные исследования показывают, что все эти факторы подвержены значительным периодическим колебаниям в зависимости от состава битуминозных песков и от технологических условий процесса их переработки.

Обычно хвосты при их сбросе попадают на поверхность намывного материала (либо непосредственно, либо в результате сползания с дамбы), где оседает большая часть песка. При этом отходы непрерывно стекают в заполненный жидкостью пруд-хвостохранилище или грязевик, из которого одновременно отбирают воду в качестве рециклового материала, возвращаемого обратно в процесс экстракции битуминозных песков для извлечения из них битума. При этом на характер протекания процесса осаждения шлама влияет и целый ряд дополнительных важных факторов. К таким факторам относятся расход подаваемого в пруд-хвостохранилище и отводимого из него потоков в пересчете на площадь прудахвостохранилища, объем осветленной воды, глубина пруда-хвостохранилища и степень перемешивания его содержимого, которое происходит под воздействием входного и выходного потоков либо под влиянием перепада температур или под воздействием ветра. В этом отношении следует отметить, что в отличие от начальной температуры, которая характерна для подаваемых в отстойник потоков хвостов и которая имеет более или менее постоянное значение, температура содержимого пруда-хвостохранилища зависит, как очевидно, от множества иных различных факторов.

В том случае, когда частично осевший шлам остается в сравнительно глубоком прудухвостохранилище в спокойном состоянии в течение периода времени, составляющего от нескольких месяцев до примерно двух лет, он разделяется на два различающихся между собой слоя, а именно, на слой практически чистой воды сверху и расположенный под ним слой шлама. Плотность слоя шлама постепенно возрастает по глубине пруда-хвостохранилища, что обусловлено в основном увеличением количества частиц песка и ила по глубине пруда-хвостохранилища. Из-за высокого предела текучести застоявшегося шлама подобные частицы не оседают на дно пруда-хвостохранилища вовсе или оседают лишь

- 3 005875 очень медленно. Соотношение же между глиной и водой увеличивается по глубине прудахвостохранилища лишь незначительно в верхней его части и практически не изменяется в нижней его части. По истечении одного или двух лет объем слоя шлама в последующем изменяется лишь незначительно. Процесс уплотнения осадка на дне пруда-хвостохранилища протекает столь медленно, что проанализировать количество уплотнившегося материала достаточно сложно. Образовавшийся в подобных условиях шлам остается практически неизменным на протяжении нескольких лет или даже десятилетий и с точки зрения его возможного практического применения может рассматриваться как окончательно сформировавшийся шлам.

Более сложную систему представляет собой активный пруд-хвостохранилище с непрерывной подачей в него и отбором из него потоков. После сброса хвостов в такой пруд-хвостохранилище начинается процесс старения присутствующих в них глинистых частиц, который может длиться от нескольких дней до нескольких недель. Глинистые частицы до завершения такого процесса их старения не оседают на дно пруда-хвостохранилища. Однако, начавшись, процесс оседания глинистых частиц протекает достаточно быстро в соответствии с законом Стокса до тех пор, пока соотношение между глиной и водой не достигнет примерно 0,13:1, после чего над законом Стокса начинают явно преобладать иные факторы. В результате подобных эффектов в самой верхней части пруда-хвостохранилища, эксплуатируемого с соблюдением всех установленных правил и требований, образуются верхний слой более или менее чистой воды и расположенный непосредственно под ним слой сравнительно разбавленного шлама с более или менее четко выраженной границей между ними. Такой слой разбавленного шлама можно назвать зоной седиментации, объем которой определяется расходом поступающей в пруд-хвостохранилище глины и необходимым средним временем ее старения. При уменьшении соотношения между объемом слоя воды и расходом поступающей в пруд-хвостохранилище глины, количеством отбираемой из него воды и временем старения глины до слишком малой величины в верхней части пруда-хвостохранилища происходит перегрузка, слой чистой воды практически исчезает, а зона седиментации значительно увеличивается в объеме, поскольку в этом случае глина начинает рециркулировать через весь процесс.

Шлам, находящийся в нижней части глубокого активного пруда-хвостохранилища, эксплуатировавшегося в течение нескольких лет, аналогичен шламу, образующемуся в неактивном прудухвостохранилище, т. е. его можно рассматривать как окончательно сформировавшийся шлам. Пространство, расположенное ниже зоны седиментации и выше слоя окончательно сформировавшегося шлама, можно обозначить как переходная зона, которая не имеет четких верхней и нижней границ. Наличие такой переходной зоны, для которой характерно постепенное уменьшение соотношения между глиной и водой по глубине пруда-хвостохранилища, обусловлено длительным периодом времени, необходимым для достижения шламом состояния окончательно сформировавшегося шлама. Толщина этой переходной зоны главным образом пропорциональна среднему расходу поступающей в пруд-хвостохранилище глины, отнесенному к объему.

В целом же в активном пруду-хвостохранилище при правильной его эксплуатации обычно присутствует верхний четко ограниченный слой чистой воды, который, однако, исчезает при описанной выше перегрузке. Под этим слоем воды располагается слой шлама, плотность которого увеличивается по глубине пруда-хвостохранилища. Обычно по толщине этого слоя шлама отсутствуют четко выраженные границы, за исключением случая, когда вблизи границы раздела между слоем шлама и слоем воды присутствует слой выделившегося битума. Вместе с тем слой шлама условно можно рассматривать как состоящий из трех зон, длительность измеримого обезвоживания шлама в каждой из которых последовательно возрастает на порядок величин по мере удаления от поверхности пруда-хвостохранилища и для каждой из которых характерно преобладание различных параметров обезвоживания шлама. Три эти зоны можно обозначить соответственно как зона седиментации, переходная зона и зона окончательно сформировавшегося шлама.

С учетом всего сказанного выше в данной области продолжает сохраняться необходимость в поиске долгосрочных экономически и экологически приемлемых мер, обеспечивающих удаление отложений шлама, минимизацию их количества или постоянное их хранение. Решение данной проблемы требует разностороннего подхода, в соответствии с чем в настоящем изобретении предлагается один из возможных путей решения этой проблемы, состоящий в более тщательном и эффективном обезвоживании слоя шлама, что в свою очередь исключает необходимость в использовании активного прудахвостохранилища одновременно в качестве места размещения твердых отходов и в качестве места очистки воды и тем самым позволяет хранить полутвердые или пастообразные отходы в месте их первичного размещения.

Одним из известных из уровня техники и нашедших широкое применение на практике методов улучшения характеристик процесса отстаивания хвостов в промышленных прудах-хвостохранилищах является флокуляция потока хвостов. В процессе флокуляции отдельные частицы объединяются в сравнительно слабо связанные агломераты или хлопья. Степень флокуляции определяется вероятностью столкновения частиц и их склонностью к слипанию при столкновении между собой. При этом вероятность столкновения частиц увеличивается при перемешивании, а добавление к содержащей их среде флокулянта повышает их склонность к слипанию.

- 4 005875

Действие реагентов, обладающих свойствами флокулянтов, базируется на одном из трех основных механизмов или на их сочетании, которые состоят: (1) в нейтрализации электрических сил отталкивания в окружающем мелкие частицы пространстве, благодаря чему частицы после их столкновения удерживаются в сцепленном между собой состоянии ван-дер-ваальсовыми силами, (2) в осаждении объемистых хлопьев, таких как гидроксиды металлов, которыми улавливаются мелкодисперсные частицы, и (3) в связывании частиц за счет образования мостиковых связей с помощью природных или синтетических длинноцепных высокомолекулярных полимеров. Действие подобных полиэлектролитов предположительно основано на абсорбции (в результате образования сложного эфира или образования водородной связи) гидроксильных или амидных групп на поверхности твердых частиц, в результате чего каждая полимерная цепь мостиком связывает между собой несколько твердых частиц в суспензии.

В соответствии с уровнем техники флокулянты использовали в различных промышленных процессах для осаждения твердых частиц в прудах-хвостохранилищах, а также в установках для очистки сточных вод. Однако значительный прогресс в данной области был достигнут с началом использования в качестве флокулянтов гидролизованного кукурузного и картофельного крахмала. Такие особые флокулянты на основе гидролизованного крахмала (получаемые гидролизом крахмала под действием воды в присутствии одной или нескольких солей металлов) с учетом, в частности, экономических аспектов, связанных с проведением флокуляции в больших масштабах, являются высокоэффективными средствами, способными обеспечить быстрое осаждение твердых частиц с доведением их состояния до состояния, по существу соответствующего состоянию окончательно сформировавшегося шлама. Подобное свойство этих флокулянтов является особо ценным для их применения в тех процессах, в которых необходимость возврата очищенной воды обратно в технологический цикл имеет важное значение и в качестве примера которых можно назвать процесс извлечения битума из битуминозного песка его обработкой горячей водой. Однако, как показывает опыт, простое использование таких флокулянтов на основе гидролизованного крахмала или любого иного известного по его применению в этих же целях флокулянта приводит лишь к весьма незначительному улучшению окончательной степени обезвоживания слоя шлама или даже вообще не приводит к подобному улучшению. Иными словами, слой шлама в его окончательно сформировавшемся при использовании флокулянта состоянии по существу не отличается от шлама, который сформировался бы в течение более длительного периода времени в результате естественного процесса отстаивания, и обладает в этом его окончательно сформировавшемся состоянии неудовлетворительными свойствами, состоящими в слишком высоком содержании в нем воды, слишком большом его объеме и слишком высокой его нестабильности.

Вместе с тем было бы некорректно утверждать, что все свойства слоя шлама, образующегося в результате флокуляции с использованием описанных выше флокулянтов на основе гидролизованного крахмала, полностью совпадают со свойствами слоя шлама, образующегося в результате естественного процесса отстаивания или при использовании других флокулянтов. Фактически использование флокулянтов на основе гидролизованного крахмала позволяет придать образующемуся слою шлама несколько весьма полезных свойств, которые невозможно получить при образовании слоя шлама в результате естественного процесса отстаивания или при применении иных известных в настоящее время флокулянтов, в связи с чем настоящее изобретение основано на признании и использовании именно этих фактов. При создании изобретения было, в частности, установлено, что при применении особых флокулянтов показатели проницаемости слоя шлама и его сопротивление сдвигу существенно возрастают, в результате чего появляется возможность использовать для уплотнения и стабилизации слоя шлама, а также для извлечения из него дополнительных количеств очищенной воды те технологии его обезвоживания, применение которых ранее было невозможно.

Другой предложенный ранее подход к решению проблемы, связанной с очисткой воды в прудаххвостохранилищах, основан на хранении мелкодисперсных фракций в пустотах между песчинками в материале, используемом для сооружения дамб. Подобный способ описан в патенте СА 1063956, озаглавленном Мс11юб οί 81ибдс Б18ро8а1 Вс1а1сб Ю 11с Но! \Уа1сг Ех!гас!юи οί Таг 8аибз и выданном 9 октября 1979 г., и в соответствующем ему патенте И8 4008146, выданном 15 февраля 1977 г. Проблема, на решение которой направлен описанный в указанных публикациях способ, заключается в том, что высота, до которой можно насыпать дамбу, в определенной степени ограничена, однако при использовании для приготовления материала, идущего на сооружение дамбы, смешанного с песком шлама, подвергнутого обработке упомянутыми выше флокулянтами на основе гидролизованного крахмала, прочность полученного материала значительно возрастает, что позволяет увеличить высоту насыпаемой из такого материала дамбы и в результате не только увеличить глубину окруженного такой дамбой прудахвостохранилища, но и хранить большее количество шлама в пустотах между песчинками, из которых состоит эта дамба.

В литературе описано множество предложений, направленных на ускорение процесса седиментации путем флокуляции глинистых отходов, а также предложений, направленных на улучшение структуры твердого глинистого осадка за счет добавления к глинистым отходам песка или иных материалов. В качестве примера публикаций, в которых описаны подобные процессы извлечения полезных ископаемых, в которых используются флокулянты, можно назвать патенты И8 3418237, И8 3622087, И8

- 5 005875

3707523, ИЗ 4194969, ИЗ 4224149, ИЗ 4251363, ИЗ 4265770, ИЗ 4342653, ИЗ 4555346, ИЗ 4690752, ИЗ 5688404, ИЗ 6077441 и ИЗ 6039189, каждый из которых включен в настоящее описание в качестве ссылки.

Несмотря на многочисленные предложения по использованию флокулянтов на практике было установлено, что их применение часто оказывается не эффективным с точки зрения связанных с этим затрат. Даже при использовании флокулянта для интенсификации процесса седиментации и получения пригодной для повторного использования надосадочной жидкости ее качество остается неудовлетворительным из-за ее склонности к загрязнению не флокулированными глинистыми частицами.

Так, в частности, основная стадия разделения материалов на отдельные фазы или компоненты часто предполагает применение обрабатывающих химикатов, таких как флокулянты или прежде всего флотореагенты, эффективность использования которых возрастает (и соответственно необходимый для достижения требуемого результата расход которых снижается) при использовании в проводимом на стадии разделения процессе флотации или иных аналогичных процессах воды с суспендированными в ней глинистыми частицами.

С целью минимизировать загрязнение надосадочной жидкости и повысить ее прозрачность седиментацию целесообразно проводить в условиях, которые обеспечивают образование осадка отходов на значительной глубине и тем самым формирование над ним слоя надосадочной жидкости достаточно большой толщины для того, чтобы ее можно было отбирать в точке, удаленной по высоте на максимально возможное расстояние от уровня находящегося под ней осадка. Однако обеспечить соблюдение таких условий в отстойных прудах достаточно сложно, поскольку обычно они имеют сравнительно небольшую глубину. Эта проблема дополнительно усугубляется, в частности, по мере многолетнего заполнения отстойного пруда практически твердым глинистым осадком и соответственно по мере непрерывного увеличения его толщины.

Другая проблема связана с необходимостью оптимального использования занимаемых уже существующими отстойными прудами площадей во избежание нежелательного создания новых отстойных прудов. По этой причине следует стремиться к тому, чтобы продолжать использование отстойных прудов до полного их заполнения твердым глинистым осадком, а также к тому, чтобы по возможности использовать практически полностью заполненные твердым глинистым осадком отстойные пруды, которые стали слишком мелкими для эффективной седиментации. Иными словами, в данной области существует постоянно возрастающая необходимость в более эффективном использовании занимаемых уже существующими отстойными прудами площадей.

Из уровня техники известно применение отстойных колонн, например цилиндрических металлических резервуаров, располагаемых выше уровня земли. В принципе такая колонна при достаточно большой ее высоте способна обеспечить образование в ней слоя надосадочной жидкости необходимой толщины. Однако в процессах извлечения битума из битуминозных песков водные глинистые отходы могут образовываться в столь больших объемах, при которых применение отстойных резервуаров даже такого колонного типа становится практически нецелесообразным.

Хорошо известно также, что продлить срок службы отстойного пруда можно вычерпыванием из него твердого глинистого осадка, однако такой метод является трудоемким и не позволяет непосредственно решить проблему, связанную с необходимостью повышения эффективности проведения процесса извлечения битума из битуминозных песков и получения надосадочной жидкости хорошего качества.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать такой способ извлечения ценных компонентов и прежде всего битума из битуминозных песков, который позволял бы получать направляемую на флотацию или на иные стадии разделения надосадочную жидкость более высокого качества, а также позволял бы более эффективно использовать отстойные пруды и позволял бы извлекать дополнительные количества ценных углеводородов, обычно теряемых в процессе седиментации.

Предлагаемый в изобретении способ извлечения ценных компонентов из битуминозного песка включает основную стадию разделения, на которой битуминозный песок суспендируют в воде и разделяют на обогащенную фракцию и разбавленные водой глинистые отходы, и стадию седиментации отходов, на которой разбавленные водой глинистые отходы осаждают в одном или нескольких отстойных прудах с получением практически твердого глинистого осадка и надосадочной жидкости, которую возвращают на основную стадию разделения, при этом на стадии седиментации отходов разбавленные водой глинистые отходы подают в образованный в земле отстойник, разбавленные водой глинистые отходы подвергают в отстойнике флокуляции примешиванием к ним полимерного флокулянта и флокулированные разбавленные водой глинистые отходы подвергают в отстойнике седиментации с получением пригодного к перекачиванию загущенного глинистого осадка и надосадочной жидкости, которую из отстойника возвращают обратно на основную стадию разделения, а загущенный глинистый осадок из расположенной в отстойнике ниже надосадочной жидкости зоны перекачивают в один или несколько окончательных отстойных прудов, в которых происходит дальнейшее отстаивание этого загущенного глинистого осадка с образованием практически твердого глинистого осадка.

Предлагаемое в изобретении решение в целом может использоваться в любых процессах, в которых для отделения содержащихся в битуминозных песках ценных компонентов от добытой сырьевой породы

- 6 005875 или иного материала ее, соответственно его суспендируют в воде с образованием в результате больших объемов разбавленных водой глинистых отходов, которые затем подвергают отстаиванию (седиментации) в отстойных прудах. Обычно глинистые отходы по своим свойствам сходны с исключительно медленно затвердевающими глинистыми минералами, такими как каолинит, иллит, хлорит, смектит, монтмориллонит, аттапульгит или иные типичные глинистые минералы, встречающиеся в природе. Разбавленные водой глинистые отходы могут также содержать мелкодисперсные частицы других минералов, таких как песок, кварц или иные минералы, изначально присутствующие в залежах битуминозных песков.

В предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении способ извлечения ценных компонентов из битуминозных песков используется для извлечения нефти или битума из битуминозных песков аналогично, например, процессам, используемым для разработки и переработки битуминозных песков в Западной Канаде. Вместе с тем предлагаемое в изобретении решение может использоваться и при добыче и извлечении других полезных ископаемых любыми иными методами, образующиеся при проведении которых отходы из-за достаточно низкой скорости естественного оседания находящихся в них во взвешенном состоянии частиц целесообразно направлять на отстаивание в отстойные пруды, а процесс оседания таких находящихся во взвешенном состоянии частиц можно ускорить добавлением флокулянта. В качестве особо предпочтительного примера при этом можно назвать процессы разработки бокситов и системы очистки.

Если предлагаемый в изобретении способ используется в процессе извлечения ценных компонентов из битуминозных песков, то на основной стадии разделения могут использоваться любые традиционно применяемые в таких процессах методы разделения. В качестве примера при этом можно назвать разделение суспензии на отдельные фазы в циклонном сепараторе, а также путем флотации. Часто один и тот же материал можно повторно или многократно возвращать на одну или несколько стадий разделения. Преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в получении рециклового потока материала с пониженным содержанием суспендированных в нем твердых частиц. Рецикловый поток материала с относительно высокой степенью его загрязнения может отрицательно влиять на вязкость среды, находящейся в резервуаре для первичного разделения, и привести к избыточным потерям в нижнем сходе и избыточному содержанию твердых частиц в извлеченном битуме или извлеченной нефти.

Разбавленные водой глинистые отходы представляют собой суспензию, которая в основном состоит из взвешенных в воде глинистых частиц. Однако в такой суспензии глинистых частиц или отходах может также присутствовать некоторое количество полезных крупнозернистых минеральных компонентов или остаточного битума. Отходы могут представлять собой отходы, образующиеся в результате первичного отделения глины, и в этом случае обычно содержат от 6 до 20% твердого вещества и некоторое количество ценных минеральных компонентов или битума или же могут представлять собой отходы, образующиеся в результате вторичного отделения глины, и в этом случае обычно содержат меньшее количество твердого вещества и меньшее количество ценных крупнозернистых минеральных компонентов или битума. Суспензия глинистых частиц или отходы часто представляют собой или содержат, в частности, образующиеся при вторичном отделении глины отходы, т.е. отходы, образующиеся при флотации или при разделении иным методом. В некоторых случаях отходы, образующиеся в результате первичного и вторичного отделения глины, перерабатывают отдельно, тогда как в других случаях их перерабатывают в смешанном между собой виде.

В целом общее содержание твердого глинистого вещества в разбавленных водой глинистых отходах составляет не более 20%, обычно не более 10 мас.%, однако, как правило, общее содержание твердого глинистого вещества в таких отходах составляет по меньшей мере 0,1 мас.%, обычно по меньшей мере 0,5 мас.%. Твердое вещество обычно полностью или преимущественно состоит из глинистых мелкодисперсных частиц, однако в его состав может также входить некоторое количество отходов или более крупных ценных минеральных компонентов, которые можно седиментацией отделить от глины, оставив мелкодисперсные частицы в суспензии. На долю мелкодисперсных глинистых частиц обычно приходится по меньшей мере 20 мас.%, обычно по меньшей мере 10 мас.%, в пересчете на массу сухого вещества отходов. Мелкодисперсные глинистые частицы, которые могут составлять основную массу сухого вещества отходов, обладают типичными для глинистых отходов физическими и химическими свойствами, которые, в частности, таковы, что на практике единственный путь, позволяющий перевести мелкодисперсные частицы в практически твердый осадок, обычно состоит в направлении подобных отходов на отстаивание в отстойные пруды и в их упаривании.

Если разбавленные водой глинистые отходы содержат крупнозернистые ценные минеральные компоненты или иные крупнозернистые способные к естественному оседанию материалы, то такие материалы можно седиментацией отделять от остальной массы отходов при движении их потока по желобу, идущему к отстойнику (как это описано, например, в И8 5688404), или же эти ценные компоненты можно отделять седиментацией в отстойном пруду до обработки отходов в отстойнике в соответствии с предлагаемым в изобретении способом. Так, в частности, отходы, содержащие ценные минеральные компоненты, можно направлять во входную зону отстойного пруда, где скорость потока отходов на входе в отстойный пруд резко падает, в результате чего ценные минеральные компоненты оседают преиму

- 7 005875 щественно в этой входной зоне. После этого осевшие ценные минеральные компоненты можно удалять со дна входной зоны или при необходимости со дна всего отстойного пруда путем выемки грунта.

Затем поток разбавленных водой глинистых отходов, необязательно после предварительного отделения от них седиментацией крупнозернистых материалов, попадает в образованный в земле отстойник. Такой отстойник может располагаться в пределах или вблизи первичного отстойного пруда, существующих шахт, канала, аварийного водосброса или в зоне вторичной защитной оболочки либо на пустующей (целинной) территории. В предпочтительном варианте отстойник предлагается располагать в любом удобном месте, например в пределах первичного отстойного пруда, более предпочтительно на его дне или на входе в него отходов. Отстойник можно создавать выемкой грунта, вырывая в земле достаточно глубокую яму, например, квадратной, прямоугольной, круглой или овальной по периметру формы. При необходимости стенки отстойника можно укрепить во избежание их размывания и осыпания (эрозии), однако, обычно необходимость в этом отсутствует.

Использование подобного отстойника вместо отстойной колонны позволяет при исключительно малых затратах получить отстойную зону достаточно большого объема и достаточно большой глубины. Поступающие в такой отстойник разбавленные водой глинистые отходы разделяются в нем в результате отстаивания на слой надосадочной жидкости и слой загущенного осадка. Надосадочную жидкость можно сливать, откачивать или каким-либо иным путем отбирать из верхней части отстойника при условии, что ее удаление не приведет к нарушению целостности слоя загущенного осадка, образовавшегося на дне отстойника. Обычно надосадочная жидкость автоматически переливается через край отстойника за счет его переполнения при практически непрерывном поступлении в него, отходов. Отводить переливающуюся через край отстойника надосадочную жидкость можно любым приемлемым способом, например отводить по каналу и подавать по трубопроводу обратно на стадию разделения, в каковом случае отстойник можно выкопать в любом удобном месте.

Как указано выше, отстойник предпочтительно выкапывать в том месте, где к нему имеется легкий доступ, упрощающий подачу в него глинистых отходов и отбор из него возвращаемой в технологический цикл очищенной воды, и его можно расположить на дне первичного отстойного пруда, чтобы переливающаяся через край отстойника надосадочная жидкость могла растекаться по открытому дну первичного отстойного пруда. Обычно первичный отстойный пруд уже используется для сбора твердого глинистого осадка в процессе извлечения полезных ископаемых, и поэтому надосадочная жидкость в этом случае будет растекаться по практически твердому глинистому осадку в первичном отстойном пруду.

Протекание надосадочной жидкости, выливающейся из отстойника, по поверхности образовавшегося в отстойном пруду осадка до ее возврата на основную стадию разделения создает эффект ее доочистки и в результате позволяет увеличить ее прозрачность, а также уменьшить содержание суспендированных в ней твердых частиц и лишь после этого возвращать ее на флотацию или иную основную стадию разделения.

Обычно отстойник предпочтительно создавать в отстойном пруду, который уже по существу полностью заполнен практически твердым глинистым осадком. Тем самым при осуществлении настоящего изобретения появляется возможность использовать отстойный пруд, который уже по существу полностью заполнен осадком, по новому и исключительно важному назначению, состоящему в выкапывании в нем отстойника для обработки отходов и в последующем использовании находящегося в нем осадка для доочистки вытекающей из отстойника надосадочной жидкости. Скорость увеличения объема осадка в отстойном пруду в результате подобной доочистки надосадочной жидкости исключительно мала, что позволяет практически на неограниченное время продлить срок эксплуатации отстойного пруда.

Выражение по существу заполненный означает, что отстойный пруд имеет слишком малую глубину для того, чтобы его можно было эффективно использовать для отделения чистой надосадочной жидкости от осадка, когда, например, горизонтальная составляющая скорости потока надосадочной жидкости значительно превышает вертикальную составляющую скорости оседания твердых частиц.

В предлагаемом в изобретении способе целесообразно использовать отстойник глубиной от примерно 6 до примерно 60 или более футов, предпочтительно от примерно 25 до примерно 60 футов, и с такой площадью верхней поверхности (приблизительно квадратной или круглой формы), при которой расход проходящего через отстойник потока составляет от 0,01 до 1, предпочтительно от 0,1 до 0,5 американских галлонов в минуту на квадратный фут. Необходимая площадь верхней поверхности отстойника зависит от расхода поступающих в него глинистых отходов.

Площадь традиционного первичного отстойного пруда составляет от примерно 50 до примерно 2000 акров, обычно от 250 до 1000 акров. Расстояние, проходимое надосадочной жидкости при ее перетекании по поверхности практически твердого глинистого осадка в первичном отстойном пруду, в целом составляет по меньше мере 300 футов, обычно по меньше мере 700 футов, например от 1000 до 5000 футов. Параметры потока надосадочной жидкости на всем пути ее движения с момента перелива через край отстойника до выхода из первичного отстойного пруда предпочтительно задавать с таким расчетом, чтобы оказывать минимальное возмущающее воздействие на глину, оседающую в надосадочной жидкости на практически твердый глинистый осадок, находящийся на дне отстойного пруда. Предпочтительно, чтобы поток надосадочной жидкости двигался над осевшей глиной и над твердым глинистым осадком

- 8 005875 слоем, толщина которого составляет по меньшей мере примерно 6 дюймов, более предпочтительно по меньшей мере примерно 1 фут, наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 3 фута, и который при такой его толщине воспринимается невооруженным глазом как прозрачный. Поток надосадочной жидкости должен двигаться с такой скоростью, при которой создаются благоприятные условия для седиментации, а риск возмущения осевшей глины сводится к минимальному и которая в соответствии с этим должна составлять примерно от 0,000001 до 0,1 галлона в минуту на квадратный фут.

В отстойнике разбавленные водой глинистые отходы подвергают флокуляции примешиванием к ним полимерного флокулянта в количестве, которое должно обеспечивать оптимальное протекание процесса флокуляции при минимальном расходе этого полимерного флокулянта. Полимерный флокулянт можно добавлять в твердом виде, однако более часто его добавляют в виде предварительно приготовленного по обычной технологии раствора, концентрация полимера в котором обычно составляет примерно от 0,1 до 2 мас.%. Полимерный флокулянт можно добавлять к отходам либо после, либо до их поступления в отстойник или же его можно добавлять в рецикловую надосадочную жидкость до ее смешения с содержимым отстойника. Точка добавления полимерного флокулянта может располагаться непосредственно перед входом в отстойник или же значительно дальше от входа в отстойник, как это описано, например, в патенте И8 5688404.

Обычно полимерный флокулянт добавляют к отходам при прохождении их потока через смесительное устройство, из которого отходы сливаются в отстойник. Такое смесительное устройство может представлять собой трубопровод или иное пригодное для этой цели устройство, например цистерну, либо вырытый в земле небольшой колодец, при протекании через который в потоке отходов создается достаточная для тщательного их перемешивания с флокулянтом турбулентность. Турбулентность в потоке отходов можно также создавать исключительно за счет пропускания потока по трубопроводу с достаточно высокой скоростью или же с помощью турбулизаторов или иных придающих потоку турбулентный характер истечения приспособлений либо путем нагнетания воды в трубопровод. Для эффективного перемешивания отходов с полимерным флокулянтом, что необходимо для практически равномерной флокуляции, при необходимости можно использовать механические роторы или иные смесительные аппараты с механической мешалкой.

В качестве полимерного флокулянта можно использовать любой водорастворимый полимерный флокулянт, который способен активизировать флокуляцию и тем самым разделение разбавленных водой отходов на надосадочную жидкость и загущенный глинистый осадок. Обычно в качестве полимерного флокулянта используют водорастворимый полимер, образованный из одного или нескольких этиленовоненасыщенных мономеров. Такие мономеры могут быть неионогенными, анионными или катионными. Аналогичным образом и полимер может быть неионогенным, анионным либо катионным или же амфотерным.

К числу приемлемых анионных мономеров относятся этиленовоненасыщенные карбоксил- или сульфонсодержащие мономеры, такие как акриловая кислота, метакриловая кислота или 2-акриламидо-2метилпропансульфоновая кислота (АМПС) (зарегистрированный в США товарный знак, принадлежащий компании ЕиЬпхо1 Со трота! ίο η). Примером приемлемого неионогенного мономера служит акриламид. Пригодными для применения в предусмотренных изобретением целях катионными мономерами являются диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и -акриламиды, обычно в виде их четвертичных аммониевых солей или кислотно-аддитивных солей, или диаллилдиметиламмонийхлорид.

Предпочтительными анионными полимерами являются сополимеры 5-70 мас.%, обычно 10-50 мас.%, анионных мономеров, например акриловой кислоты (обычно в виде акрилата натрия) и/или АМПС, с другими мономерами, обычно акриламидом. Особо предпочтительными анионными сополимерами являются продукты Регсо1 336, Регсо1 727 и Регсо1 358, выпускаемые компанией С1Ьа 8рес1а1йу Сйетюак, Аа1сг ТгеаОпепЕ 1пс. Приемлемые катионные полимеры представляют собой сополимеры 1-50 мас.%, обычно 2-15 мас.%, катионного мономера, например диметиламиноэтилакрилата или -метакрилата в виде его кислотноаддитивных или четвертичных аммониевых солей, с другими мономерами, обычно акриламидом. Особо предпочтительными катионными полимерами являются продукты Регсо1 455 и Регсо1 352, также выпускаемые компанией С1Ьа 8рес1а1йу Сйетюак, Аа1ег ТгеаИпепЕ 1пс.

Обычно полимер имеет такую молекулярную массу, при которой его характеристическая вязкость (ИВ) (измеренная с помощью вискозиметра с подвешенным уровнем с использованием 1н. хлорида натрия, забуференного до рН 7 при 20°С) составляет по меньшей мере 4 дл/г, обычно по меньшей мере 8 дл/г. В случае анионного полимера его ХВ обычно составляет от 10 до 30 дл/г, а в случае катионного полимера его ХВ обычно составляет от 8 до 15 дл/г.

Полимерный флокулянт можно получать по известной технологии гелевой полимеризацией, суспензионной полимеризацией с обращенной фазой или эмульсионной полимеризации с обращенной фазой или любым иным приемлемым методом.

Оптимальную дозировку полимерного флокулянта подбирают традиционным для процессов седиментации путем, и обычно она составляет от 0,01 до 1, предпочтительно от примерно 0,0125 до примерно 0,75 фунтов полимера на тонну твердых веществ, содержащихся в подвергаемых флокуляции отходах.

- 9 005875

Конкретный полимерный флокулянт и используемое его количество можно выбирать по известным методам с таким расчетом, чтобы достичь оптимального соотношения между чистотой надосадочной жидкости и толщиной ее слоя и оптимальной скорости отстаивания, с одной стороны, и обеспечить образование пригодного к перекачиванию загущенного глинистого осадка, с другой стороны.

Теоретическое время пребывания разбавленных водой глинистых отходов в отстойнике обычно составляет от 5 мин до 5 ч, предпочтительно от 10 мин до 3 ч, например от 45 до 120 мин.

Для ускорения процесса флокуляции к разбавленным водой глинистым отходам можно вместе с раствором флокулянта примешивать также разбавляющую воду, поскольку содержание твердых веществ в поступающих в отстойник отходах часто превышает значение, при котором процесс отстаивания протекает с оптимальной скоростью. Оптимальное количество разбавляющей воды можно определить экспериментальным путем. Дополнительное преимущество этого варианта, предполагающего обработку отходов при оптимальной степени их разбавления, состоит в возможности оптимизировать использование полимерного флокулянта, что проявляется в образовании плавающей на поверхности надосадочной жидкости видимой масляной пленки. С течением времени в такой масляной пленке постепенно скапливается значительное количество битума, который в конечном итоге можно удалить с поверхности надосадочной жидкости любым приемлемым методом, повысив тем самым суммарный выход битума, извлекаемого при осуществлении предлагаемого в изобретении способа.

Загущенный глинистый осадок отбирают из отстойника в точке, расположенной значительно ниже слоя надосадочной жидкости, и/или в момент, в который такое удаление осадка из отстойника не оказывает отрицательного влияния на качество надосадочной жидкости. Отбирать загущенный глинистый осадок из отстойника можно в непрерывном или периодическом режиме. Обычно содержание твердых веществ в осадке увеличивается в направлении ко дну отстойника, и поэтому с целью минимизировать риск постепенного заполнения отстойника загущенным глинистым осадком его целесообразно отбирать из отстойника в точке, которую следует располагать максимально близко ко дну отстойника.

Содержание твердых веществ в осадке, удаленном из отстойника, обычно по меньшей мере в 2 или 3 раза, а часто даже до 10 раз превышает содержание твердых веществ в исходном потоке разбавленных водой глинистых отходов, подвергнутых флокуляции. Как правило, содержание твердых веществ в загущенном осадке составляет от примерно 10 до примерно 30 мас.% в пересчете на массу сухого твердого вещества. Для измерения этих параметров берут образец загущенного осадка известной массы и сушкой в стандартных лабораторных условиях из него при известной температуре (обычно 105°С) выпаривают жидкий компонент или влагу. Содержание твердых веществ в осадке предпочтительно должно быть настолько высоким, насколько это представляется целесообразным с практической точки зрения, но в то же время не должно быть слишком высоким, при котором осадок становится непригодным к перекачиванию.

Загущенный глинистый осадок предпочтительно отбирать из отстойника откачиванием, например с помощью стационарного насоса, который установлен на земле вблизи стенки отстойника и от которого отходит оканчивающаяся у дна отстойника труба, через которую из отстойника отсасывается загущенный глинистый осадок, или с помощью плавучего насоса, который плавает по поверхности надосадочной жидкости и от которого вниз отходит труба, оканчивающаяся у дна отстойника.

Отбираемый из отстойника загущенный осадок направляют в один или несколько окончательных отстойных прудов, где его распределяют по площади отстойного пруда и оставляют для седиментации и испарения из него летучих компонентов с образованием в результате окончательно сформировавшегося практически твердого глинистого осадка. Поскольку содержание твердых веществ в загущенном осадке, отбираемом из отстойника, значительно выше, чем в обычных глинистых отходах, его отстаивание и испарение из него летучих компонентов, что необходимо для образования окончательно сформировавшегося твердого осадка, происходят значительно медленнее по сравнению с традиционными методами и сопровождаются образованием столь малого количества надосадочной жидкости, что ее просто экономически нецелесообразно возвращать обратно в технологический цикл (учитывая, что значительную часть возвращаемой обратно в технологический цикл надосадочной жидкости отбирают из отстойника). В соответствии с этим один или несколько окончательных отстойных прудов не должны иметь столь же большую глубину, которая обычно считается необходимой для отстаивания больших объемов отходов. В результате появляется возможность перекачивать загущенный осадок в отстойные пруды, которые уже частично или почти полностью заполнены осадком.

Одно из основных преимуществ предлагаемого в изобретении решения состоит, таким образом, в возможности достичь высокого выхода надосадочной жидкости (часто очень высокой чистоты) и одновременно с этим в возможности продолжать эксплуатацию отстойных прудов, которые ранее рассматривались бы как не пригодные для их дальнейшего многоцелевого использования из-за слишком высокой степени их заполнения осадком и слишком малой их глубины.

Ниже изобретение проиллюстрировано на примере.

Пример. Для извлечения ценных компонентов из битуминозных песков в соответствии с предлагаемым в изобретении способом битуминозный песок суспендировали в воде и от полученной суспензии отделяли битум в резервуаре для первичного разделения, с выхода которого отбирали в основном битум,

- 10 005875 крупнозернистые песчаные хвосты и мелкодисперсные глинистые хвосты. Эти фракции подвергали дополнительному разделению на последующих стадиях (включая флотацию) с получением содержащих битум фракций и разбавленных водой глинистых отходов, содержание твердых веществ в которых варьировалось от 0,2 до 20% и которые содержали остаточное количество ценного битума.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ извлечения ценных компонентов из битуминозного песка, включающий основную стадию разделения, на которой битуминозный песок суспендируют в воде и разделяют на обогащенную фракцию и разбавленные водой глинистые отходы, и стадию седиментации отходов, на которой разбавленные водой глинистые отходы осаждают в одном или нескольких отстойных прудах с получением практически твердого глинистого осадка и надосадочной жидкости, при этом на стадии седиментации отходов разбавленные водой глинистые отходы подают в отстойник, разбавленные водой глинистые отходы подвергают флокуляции примешиванием к ним полимерного флокулянта и флокулированные разбавленные водой глинистые отходы подвергают седиментации с получением в отстойнике слоя пригодного к перекачиванию загущенного глинистого осадка.
2. 2. Способ по п.1, в котором также по меньшей мере часть загущенного глинистого осадка удаляют из отстойника и удаленный из отстойника загущенный глинистый осадок направляют в один или несколько окончательных отстойных прудов, где в результате его дальнейшей седиментации и испарения из него летучих компонентов образуется практически твердый глинистый осадок.
3. 3. Способ по п.1, в котором используют отстойник, выкопанный в первичном отстойном пруду, в котором находится практически твердый глинистый осадок, образовавшийся в процессе разработки и извлечения полезных ископаемых.
4. 4. Способ по п.3, в котором поток надосадочной жидкости перед ее возвратом на основную стадию разделения пропускают по поверхности практически твердого глинистого осадка, находящегося в первичном отстойном пруду.
5. 5. Способ по п.1, в котором на основной стадии разделения проводят, по меньшей мере, одностадийный процесс флотации, в который возвращают надосадочную жидкость.
6. 6. Способ по п.1, в котором содержание твердых веществ в загущенном глинистом осадке в 5-100 раз превышает содержание твердых веществ в разбавленных водой глинистых отходах.
7. 7. Способ по п.1, в котором содержание твердых глинистых частиц в разбавленных водой глинистых отходах составляет от 0,1 до 15%, а содержание твердых веществ в загущенном глинистом осадке составляет от 10 до 60%.
8. 8. Способ по п.4, в котором в качестве первичного используют отстойный пруд, который по существу полностью заполнен практически твердым глинистым осадком, образовавшимся в процессе разработки и извлечения полезных ископаемых.
9. 9. Способ по п.2, в котором используют один или несколько первичных отстойных прудов и один или несколько окончательных отстойных прудов, которые по существу полностью заполнены практически твердым глинистым осадком, образовавшимся в процессе разработки и извлечения полезных ископаемых.
10. 10. Способ по п.1, в котором разбавленные водой глинистые отходы содержат частицы ценных минеральных компонентов, которые седиментацией отделяют от остальной массы разбавленных водой глинистых отходов до их поступления в отстойник.
11. 11. Способ по п.1, в котором из битуминозных песков извлекают битум.
12. 12. Способ по п.11, в котором в качестве флокулянта используют водорастворимый катионный полимер с характеристической вязкостью по меньшей мере 4 дл/г.
13. 13. Способ по п.11, в котором на основной стадии разделения проводят флотацию с использованием аминового флотоагента, разбавленные водой глинистые отходы обрабатывают минеральной кислотой, а в качестве флокулянта используют водорастворимый анионный полимер.