EA017785B1 - Способ подавления пыли измельченного минерального вещества - Google Patents

Abstract

В изобретении описан способ подавления образования пыли измельченного минерального вещества, в котором измельченное минеральное вещество получают путем обезвоживания суспензии указанного вещества, где транспортируют суспензию измельченного минерального вещества в виде жидкости на участок для удаления, на котором суспензию выдерживают с образованием обезвоженного измельченного минерального вещества, подавление образования пыли вещества обеспечивают путем прибавления полимера к суспензии измельченного минерального вещества, когда ее транспортируют в виде жидкости на участок для удаления, где полимер является гомополимером акриламида или сополимером акриламида с акрилатом натрия с характеристической вязкостью не менее 4 дл/г.

Description

Настоящее изобретение относится к подавлению пыли измельченного минерального вещества, которое получено обезвоживанием суспензии, в особенности взвесей отходов минералов. Настоящее изобретение является особенно подходящим для удаления хвостов и других отходов, образовавшихся при переработке и обогащении минералов, включая совместное удаление крупнозернистых и мелкозернистых твердых веществ в виде однородной смеси. Под измельченными веществами подразумеваются различные основы, в которых содержится минеральное вещество. К ним относятся, например, красный шлам, хвосты различных технологий переработки минералов и переработки нефтеносных песков.

Переработка обработанных минеральных руд для извлечения ценных минералов обычно приводит к образованию отходов. Часто отходы включают водную взвесь или осадки, содержащие измельченное минеральное вещество, например глину, глинистую породу, песок, гравий, оксиды металлов и т.п., смешанные с водой.

В некоторых случаях отходы, такие как шахтные отходы, можно без затруднений удалить в подземную выработку в виде обратной засыпки. Обычно отходы, образующие обратную засыпку, содержат большую долю крупнозернистых частиц вместе с другими частицами меньшего размера, и их закачивают в выработку в виде взвеси и там ей дают обезводиться с образованием осадка твердых веществ. Стандартной методикой является использование флокулянтов для повышения скорости осаждения. Однако в этом случае крупнозернистое вещество обычно осаждается быстрее, чем флокулированные мелкие фракции, что приводит к неравномерному осаждению крупнозернистых и мелкозернистых твердых частиц.

В других случаях удаление отходов в подземную выработку может быть невозможным. В таких случаях это вещество обычно удаляют путем перекачки водной взвеси в отстойные бассейны, отвалы или штабели и представления им возможности постепенно обезводиться за счет оседания, стока и испарения.

Необходимость охраны окружающей среды требует свести к минимуму отвод новых земельных участков для удаления отходов и более эффективное использование существующих участков для удаления отходов. Одна методика заключается в размещении на участке нескольких слоев отходов и тем самым образование более высоких штабелей отходов. Однако в этом случае затруднительно обеспечить перемещение отходов только по поверхности затвердевших ранее отходов в пределах приемлемых границ, затвердевание с образованием штабеля и уплотнение отходов, достаточное для того, чтобы удержать несколько слоев без опасности резкого оседания и скольжения. Таким образом, требования к получению отходов с характеристиками, необходимыми для штабелирования, в целом отличаются и требований, предъявляемых при других типах удаления, таких как обратная засыпка на относительно ограниченном участке.

При типичной операции обработки минералов с использованием водной технологии твердые отходы отделяются от твердых веществ, содержащих ценные минеральные вещества. Водная суспензия твердых отходов часто содержит глины и другие минералы и ее обычно называют хвостами. Это относится к различным твердым минералам, включая хвосты нефтеносных песков. Эти твердые вещества часто концентрируют путем флокуляции в концентраторе для получения обладающего большей плотностью нижнего слива и извлечения части технологической воды. Нижний слив обычно перекачивают на поверхностный участок хранения, часто называющийся хвостохранилищем или дамбой хвостохранилища. После осаждения на поверхностном участке хранения вода будет продолжать отделяться от водной суспензии, что с течением времени приведет к дополнительному концентрированию твердых веществ. После накопления достаточного объема воды ее обычно перекачивают обратно в установку обработки минералов.

Дамбы хвостохранилища часто ограничены по размерам для сведения к минимуму воздействия на окружающую среду. Кроме того, использование больших дамб может быть дорогостоящим вследствие больших затрат на перемещение грунта и сооружение ограждающих валов. У этих хранилищ обычно немного наклонное дно, что позволяет воде, отделившейся от твердых веществ, собраться на одном участке, и затем ее можно перекачать обратно на установку. Часто возникающим затруднением является вынос мелких частиц твердых веществ со сточной водой, т.е. загрязнение воды, что неблагоприятно для последующего использования этой воды.

Во многих технологиях переработки минералов, например, при обогащении минеральных песков обычно образуется второй поток отходов, содержащий преимущественно крупнозернистые (> 0,1 мм) частицы минералов. Особенно желательно удалять крупнозернистые и мелкозернистые отходы в виде однородной смеси, поскольку это улучшает механические характеристики обезвоженных твердых веществ, значительно сокращает время и затраты, в конечном счете необходимые для рекультивации земельного участка. Однако это не всегда возможно, поскольку даже если крупнозернистые отходы тщательно перемешивают с мелкозернистыми в водной дисперсии до удаления на отведенный для этого участок, крупнозернистое вещество будет оседать намного быстрее, чем мелкозернистое, что приведет к слоистости обезвоженных твердых веществ. Кроме того, когда отношение содержания крупнозернистого вещества к содержанию мелкозернистого вещества относительно велико, быстрое осаждение крупнозернистого вещества может привести к большому углу естественного откоса, что приводит к стеканию водных отходов, обладающих большим содержанием мелкозернистых частиц, и дополнительному загрязнению возвращаемой воды. Поэтому часто необходимо обрабатывать крупнозернистый и мелкозернистый

- 1 017785 потоки по отдельности и объединять эти вещества механическим путем после завершения обезвоживания.

Были предприняты попытки преодоления указанных затруднений путем обработки вещества, подаваемого в хвостохранилище, коагулянтом или флокулянтом для повышения скорости осаждения и/или увеличения прозрачности отделяемой воды. Однако они оказались безуспешными, поскольку такую обработку проводили обычными дозами и это приводило к незначительному или вообще не приводило ни к повышению степени уплотнения тонкоизмельченных отходов, ни к получению прозрачной отделяемой воды.

Большие количества измельченного вещества, такого как хвосты от переработки минералов, в виде водных взвесей сбрасывают в отстойные бассейны, пруды или хвостохранилища. Вследствие сочетания испарения, осаждения и слива вещество высыхает с образованием твердого вещества. Измельченное вещество обычно содержит большую долю частиц небольшого размера и после высыхания поверхности действие ветра может привести к образованию взвешенной в воздухе пыли. Это также может происходить, когда осадившееся вещество хорошо обезвожено и/или сформовано в затвердевшие штабели.

Такая пыль, образовавшаяся из отходов, может быть опасной и для окружающей среды, и для здоровья людей, в особенности пыль, образовавшаяся из сильнощелочных материалов, таких как красный шлам или хвосты, содержащие тяжелые металлы и т.п. Тем не менее, опасность представляет образование пыли любых минеральных веществ. Поэтому необходимо решить задачу устранения образование пыли из обезвоженных суспензий измельченного минерального вещества.

В технологии фирмы Байер для извлечения оксида алюминия из боксита боксит обрабатывают водным щелочным раствором с получением алюмината натрия, который отделяют от нерастворимого остатка. Этот остаток содержит песок и мелкие частицы преимущественно оксида железа(Ш). Водная суспензия последнего известна под названием красный шлам.

После первичного отделения раствора алюмината натрия от нерастворимого остатка от красного шлама отделяют песок (крупнозернистые отходы). Затем надосадочную жидкость обрабатывают для извлечения алюмината. После этого красный шлам промывают с помощью множества последовательных стадий промывки, на которых красный шлам обрабатывают промывочной жидкостью и затем флокулируют путем прибавления флокулирующего агента. После заключительной стадии промывки взвесь красного шлама в как можно большей степени загущают и затем удаляют. Загущение в контексте настоящего изобретения означает увеличение содержания твердых веществ в красном шламе. Заключительная стадия загущения может включать только осаждение флокулированной взвеси или иногда включает стадию фильтрования. Альтернативно или в дополнение к этому шлам можно подвергнуть продолжительному осаждению в отстойном бассейне. В любом случае характеристики заключительной стадии осаждения ограничиваются требованием возможности перекачки загущенной водной суспензии на участок для удаления.

Шлам можно удалить и/или дополнительно высушить для последующего удаления на участок для удаления шлама. Чтобы быть пригодным для штабелирования, шлам должен обладать большим содержанием твердых веществ и после штабелирования не должен стекать, а должен быть относительно твердым, чтобы угол естественного откоса был возможно более значительным, так чтобы при данном объеме штабель занимал как можно меньше места. Требование большого содержания твердых веществ противоречит требованию сохранения возможности перекачки вещества, как жидкости, так что, даже если можно получить шлам, обладающий желательным для штабелирования высоким содержанием твердых веществ, он может стать непригодным для перекачки.

Песчаную фракцию, удаляемую из остатка, также промывают и направляют на участок для удаления для независимого обезвоживания и удаления.

В ЕР-А-388108 описано прибавление впитывающего воду и нерастворимого в воде полимера к веществу, представляющему собой водную жидкость с диспергированными измельченными твердыми веществами, такому как красный шлам, до перекачки с последующей перекачкой вещества, его выдерживанием и последующим предоставлением веществу возможность затвердеть и образовать пригодное для штабелирования твердое вещество. Полимер впитывает водную жидкость из взвеси, что способствует связыванию измельченных твердых частиц и тем самым затвердеванию вещества. Однако эта технология обладает тем недостатком, что для обеспечения достаточного уплотнения в ней необходимы большие дозы впитывающего полимера. Для получения достаточно твердого вещества часто необходимо использовать дозы, достигающие от 10 до 20 кг/т шлама. Хотя использование набухающего в воде впитывающего полимера для отверждения вещества может привести к кажущемуся увеличению содержания твердых веществ, в действительности водная жидкость удерживается во впитывающем полимере. Это является недостатком, поскольку водная жидкость в действительности не удаляется из затвердевшего вещества и при некоторых условиях водная жидкость может затем десорбироваться, и это может привести к повторному ожижению отходов с неизбежной опасностью дестабилизации штабеля. Эта технология не приводит к обезвоживанию суспензии и, кроме того, отсутствуют данные о возможности уплотнения.

В АО-А-96/05146 описан способ штабелирования водной взвеси измельченных твердых веществ, который включает смешивание со взвесью эмульсии растворимого в воде полимера, диспергированного

- 2 017785 в сплошной масляной фазе. Предпочтение отдается разбавлению эмульгированного полимера разбавителем, которым предпочтительно является жидкий или газообразный углеводород и который не обращает эмульсию. Поэтому для способа необходимо, чтобы полимер не прибавляли к взвеси в виде водного раствора. В описании не указано, что можно обеспечить обезвоживание и затвердевание, достаточное для образования штабелей минерального вещества, путем прибавления водного раствора полимера. Кроме того, в этом документе не указано, что для штабелированного вещества возможно подавление пыли.

В νθ-Α-0192167 описан способ, в котором вещество, представляющее собой суспензию измельченных твердых веществ, перекачивают в виде жидкости и затем его выдерживают и дают затвердеть. Затвердевание проводят путем введения в суспензию частиц растворимого в воде полимера, который обладает характеристической вязкостью, равной не менее 3 дл/г. Эта обработка позволяет веществу сохранить текучесть во время перекачки, но выдерживание приводит к затвердеванию вещества. Этот способ обладает тем преимуществом, что концентрированные твердые вещества можно без труда штабелировать, что сводит к минимуму площадь участка, необходимого для удаления. По сравнению с использованием сшитого растворимого в воде полимера этот способ обладает тем преимуществом, что вода выделяется из суспензии, а не поглощается и удерживается в полимере. Подчеркнута важность использования частиц растворимого в воде полимера и отмечено, что использование водных растворов полимера неэффективно. Этот способ обеспечивает весьма эффективное отделение воды и удобное хранение твердых отходов, в особенности в случае применения к стоку красного шлама технологии фирмы Байер получения оксида алюминия. Хотя эта технология обеспечивает хорошее обезвоживание и затвердевание суспензий измельченного минерального вещества, нет указаний на возможность подавления пыли.

В \νϋ 2004/060819 описан способ, в котором водную жидкость с диспергированными измельченными твердыми веществами в виде жидкости направляют на участок для удаления, затем выдерживают и дают возможность затвердеть и в котором затвердевание при сохранении текучести вещества во время транспортировки улучшено путем объединения вещества с эффективно отверждающим количеством водного раствора растворимого в воде полимера. Также описан способ, в котором обеспечивается обезвоживание измельченных твердых веществ. Хотя этот способ обеспечивает значительное улучшение затвердевания и обезвоживания суспензий измельченного минерального вещества, в описании не указано, что можно обеспечить улучшение подавления пыли.

В случае обработки нефтеносных песков их обрабатывают для извлечения битумной фракции, а остальное, включая материалы для обработки и пустую породу, образует хвосты, которые бесполезны и удаляются. При обработке нефтеносных песков основным материалом для обработки является вода, а пустая порода в основном представляет собой песок с небольшим количеством шлама и глины. С механической точки зрения хвосты состоят из твердой части (песчаные хвосты) и более или менее жидкой части (шлам). Наиболее приемлемым участком для удаления этих хвостов является имеющаяся выкопанная яма в грунте. Тем не менее, песчаный и шламовый компоненты занимают более значительный объем, чем руда, из которой они образованы.

В технологии извлечения тяжелой нефти и битума из отложений нефтеносных песков при разработке открытым способом нефть или битум извлекают или по технологии с использованием горячей воды, в которой нефтеносные пески смешивают с водой, нагретой до 65°С (150°Р), и щелочью, или извлечение при низких затратах энергии проводят при более низких температурах без использования щелочи. Однако обе технологии приводят к большим количествам хвостов, которые состоят из цельного нефтеносного песчаного рудного тела с прибавлением технологической воды за вычетом только извлеченного битума.

Эти хвосты нефтеносных песков можно разделить на три категории, а именно: (1) надрешетный продукт, (2) крупнозернистые или песчаные хвосты (быстро осаждающаяся фракция) и (3) мелкозернистые или шламовые хвосты (медленнее осаждающаяся фракция). Эти хвосты нефтеносных песков состоят из частиц разного размера.

Обычно эти хвосты нефтеносных песков перекачивают в хвостохранилище для удаления. Крупнозернистые пески осаждаются быстро, а мелкие частицы - лишь очень медленно. Эти мелкие частицы образуют очень стабильные мелкозернистые суспензии в воде и содержат примерно до 30 мас.% твердых веществ. Со временем эти мелкие частицы осаждаются с образованием в основном твердого глинистого осадка и заполняют хвостохранилище и затем необходимо сооружение новых хвостохранилищ.

Хорошо известна технология концентрирования этих хвостов нефтеносных песков в концентраторе с получением обладающего большей плотностью стока и отделения части технологической воды, как указано выше.

Например, в публикации Хи.У с1 а1, Μίηίη§ Епщпссппд. ЫоуетЬет 2003, р.33-39 описано прибавление анионогенных флокулянтов к хвостам нефтеносных песков в концентраторе, проводимое до удаления.

Сток можно удалить и/или подвергнуть дополнительной сушке для последующего удаления на участок для штабелирования хвостов нефтеносных песков. Тем не менее, вследствие наличия компонента, представляющего собой мелкозернистые частицы, высушенные хвосты нефтеносных песков также могут приводить к затруднениям, связанным с образованием взвешенной в воздухе пыли.

- 3 017785

В предшествующем уровне техники описаны различные технологии подавления пыли измельченного вещества. В И8 5256169, И8 5863456 и И8 5958287 описано подавление пыли путем нанесения суспензии различных неполимерных материалов, включая эмульгирующееся технологическое масло или материалы типа поверхностно-активных веществ.

СВ 2079772 относится к подавлению пыли, образующейся из такого материала, как уголь, с использованием растворов полиэтиленоксида, и к использованию различных методик, таких как опрыскивание, диспергирование и ополаскивание. Указано, что полиэтиленоксиды обладают молекулярными массами, равными не менее примерно 6500. Однако обработка, видимо, предназначена только для гидрофобных материалов, таких как угольная мелочь, и не обеспечивает подавление пыли при проведении обезвоживания.

И8 4469612 относится к агломерированию нефтяных сланцев с использованием водных растворов сополимеров акриловой кислоты или метакриловой кислоты. Сообщают, что мелкие фракции удаляются путем обработки экстрагированных нефтяных сланцев растворами акрилового полимера. Сообщают, что образовавшиеся из минерала мелкие фракции вводят во взаимодействие с жидкостью, содержащей полимер, путем опрыскивания оптимизированной жидкостью или погружения мелких фракций в жидкость. Не описаны методики сведения к минимуму образования пыли измельченного вещества, которая включала бы обработку суспензии измельченного вещества с последующим обезвоживанием.

В патенте СССР 1371965 описано опрыскивание поверхности вещества различными жидкостями, включая растворы полимеров, для подавления пыли. Не описано объединение полимера с суспензией измельченного минерального вещества, которую обезвоживают, так что суспензия обезвоживается с образованием вещества, характеризующегося улучшенным подавлением пыли.

В публикации 1С8 мап 1ааг8уе1й с1 а1 под названием ТЬе ЧаЬПшабоп οί шше 1аПш§5 Ьу геасйуе деоро1утсп5а6оп РиЬЬсайопз οί 1Ье Ли81га1а81ап 1п81йи1е οί Мшшд апд Ме1а11игду (2000), 5/2000 (ΜΙΝΡΚΕΧ 2000), 363-371 описаны геополимеры, которые являются неорганическими и названы щелочными силикатами. Точная методика полимеризации не описана, хотя указано на использование раствора ацетата кремния, который, вероятно полимеризуется в трехмерный нерастворимый сплошной гель аналогично хорошо известной реакции силиката натрия. Кроме того, дозы геополимера являются очень большими и составляют от 8 до 40% и, кроме того, для обработки необходимо длительное время затвердевания, чтобы обеспечить структурообразование, уменьшающее количество пыли. Кроме того, не описано обеспечение подавления пыли измельченного вещества путем обработки суспензии измельченного вещества с последующим обезвоживанием.

Необходимо обеспечение улучшенного подавления пыли измельченных минеральных веществ, полученных обезвоживанием суспензии. Кроме того, необходимо улучшенное подавление пыли измельченных минеральных веществ, в котором исключены недостатки предшествующего уровня техники.

Одним объектом настоящего изобретения является новое применение полимера для подавления образования пыли. Таким образом, в этой форме настоящее изобретение относится к применению полимера при обезвоживании суспензии измельченного минерального вещества для подавления образования пыли обезвоженного вещества, в котором указанный полимер прибавляют к суспензии измельченного минерального вещества, когда ее транспортируют в виде жидкости на участок для удаления, и в котором суспензию выдерживают и ей дают обезводится на участке для осаждения с образованием обезвоженного измельченного минерального вещества, где полимер представлен в виде водного раствора и является гомополимером акриламида или сополимером акриламида с акрилатом натрия с характеристической вязкостью не менее 4 дл/г.

Другим объектом настоящего изобретения является способ подавления образования пыли измельченного минерального вещества, в котором измельченное минеральное вещество образуется путем обезвоживания суспензии указанного вещества, включающий стадии транспортировки суспензии измельченного минерального вещества в виде жидкости на участок для удаления, и в котором суспензию выдерживают на участке для удаления с образованием обезвоженного измельченного минерального вещества, в котором подавление образования пыли вещества обеспечивается путем прибавления обеспечивающего подавление пыли полимера к суспензии измельченного минерального вещества, когда ее транспортируют в виде жидкости на участок для осаждения, где полимер является гомополимером акриламида или сополимером акриламида с акрилатом натрия с характеристической вязкостью не менее 4 дл/г.

Согласно изобретению мы установили, что прибавление полимера к суспензии измельченного минерального вещества при ее транспортировке в виде жидкости значительно уменьшается образование пыли из обезвоженного твердого вещества.

Обычно суспендированные твердые вещества можно концентрировать в концентраторе и затем это вещество, например, выходи из концентратора в виде стока, который перекачивают по каналу на участок для удаления. Каналом может быть любое обычное устройство для транспортировки вещества на участок для удаления и им может быть, например, труба или траншея. Вещество остается жидким и пригодным для перекачивания на стадии транспортировки до участка, на котором его выдерживают.

Предпочтительно, если способ, предлагаемый в настоящем изобретении, является частью операции переработки минерала, в котором водную суспензию твердых отходов необязательно флокулируют в

- 4 017785 емкости с образованием слоя надосадочной жидкости, включающей водную жидкость и слой стока, содержащий загущенные твердые вещества, которые образует вещество. Надосадочный слой отделяют от стока в емкости и обычно рециркулируют или подвергают дополнительной обработке. Водную суспензию твердых отходов или, необязательно, загущенный сток транспортируют, обычно путем перекачки, на участок для удаления, которым может быть, например, хвостохранилище или отстойный пруд. Это вещество может преимущественно содержать только мелкие частицы или смеси мелких и крупных частиц. До направления на участок для удаления в водную суспензию на любом участке необязательно могут быть дополнительно прибавлены крупные частицы. После того как вещество поступило на участок для удаления, его выдерживают и ему дают обезводиться и предпочтительно, если дополнительно происходит затвердевание. Полимер можно прибавить к веществу в эффективном количестве на любом удобном участке, обычно во время транспортировки. В некоторых случаях водную суспензию можно сначала направить в емкость для выдерживания, а затем транспортировать на участок для удаления. После осаждения суспензии измельченного минерального вещества она будет обезвоживаться с образованием обезвоженного твердого вещества, обладающего пониженной способностью образовывать пыль. Предпочтительно, если обезвоженная суспензия измельченного минерального вещества за счет объединенного воздействия осаждения, стока жидкости и испарительной сушки образует плотную и сухую твердую массу. Поверхность осажденного измельченного минерального вещества станет в основном сухой, но будет обладать значительно пониженной способностью образовывать пыль по сравнению с таким же веществом, которое не обработано полимером, предлагаемым в настоящем изобретении.

Подходящие дозы полимера находятся в диапазоне от 10 до 10000 г/т твердых веществ. Обычно подходящая доза может меняться в зависимости о типа измельченного вещества и содержания твердых веществ. Предпочтительные дозы находятся в диапазоне от 30 до 3000 г/т, более предпочтительно - от 30 до 1000 г/т, а еще более предпочтительные дозы находятся в диапазоне от 60 до 200 или 400 г/т. Полимер можно прибавлять к суспензии измельченного минерального вещества, например, взвеси хвостов, в твердой измельченной форме, альтернативно - в виде водного раствора, который готовят путем растворения полимера в воде или водной среде.

Частицы минерального вещества обычно являются неорганическими. Обычно вещество можно выделить из осадка на фильтре, хвостов, стока из концентратора или потоков незагущенных отходов предприятия или он содержит эти вещества, например другие минеральные хвосты или шлам, включая фосфатные, алмазные, образованные из золотоносной руды шламы, минеральные пески, хвосты от обработки цинковых, свинцовых, медных, серебряных, никелевых, железных руд, уголь, нефтеносные пески или красный шлам. Вещество может представлять собой твердые вещества, осадившиеся на заключительной стадии загущения или промывки технологии переработки минерала. Таким образом, предпочтительно, если это вещество образовалось при операции переработки минерала. Предпочтительно, если это вещество представляет собой хвосты. Предпочтительно, если минеральное вещество является гидрофильным и более предпочтительно, если оно представляет собой красный шлам или хвосты, содержащие гидрофильную глину, такие как хвосты нефтеносных песков и т.п.

Мелкозернистые хвосты или другое перекачиваемое вещество может обладать содержанием твердых частиц в диапазоне от 10 до 80 мас.%. Взвеси часто обладют содержанием в диапазоне от 20 до 70 мас.%, например, от 45 до 65 мас.%. Размер всех частиц мелкозернистых хвостов составляет существенно менее 25 мкм, например, примерно 95 мас.% вещества составляют частицы размером менее 20 мкм и примерно 75% - менее 10 мкм. Размер частиц крупнозернистых хвостов хвосты составляет существенно более 100 мкм, например, примерно 85% - более 100 мкм, но обычно - менее 10000 мкм. Мелкозернистые хвосты и крупнозернистые хвосты могут содержаться или комбинироваться в любом удобном соотношении при условии, что вещество остается пригодным к перекачке.

Диспергированные измельченные твердые вещества могут обладать бимодальным распределением частиц по размерам. Обычно это бимодальное распределение может включать мелкозернистую фракцию и крупнозернистую фракцию, где пик мелкозернистой фракции составляет существенно менее 25 мкм и пик крупнозернистой фракции составляет существенно более 75 мкм.

Согласно изобретению мы установили, что лучшие результаты обезвоживания и затвердевания наблюдаются, когда вещество является относительно концентрированным и однородным. Тем не менее, настоящее изобретение также относится к улучшенному подавлению пыли. Также может быть желательным сочетание прибавления полимера с прибавлением других добавок, например, течение вещества через канал может быть облегчено путем прибавления диспергирующего средства. Обычно при включении диспергирующего средства его прибавляют в обычных количествах. Однако согласно изобретению мы неожиданно установили, что наличие диспергирующих средств или других добавок не ухудшает обезвоживание, затвердевание и подавление пыли вещества. Также может быть желательной предварительная обработка вещества неорганическим или органическим коагулянтом для предварительной коагуляции мелкозернистого вещества, чтобы способствовать его удерживанию в обезвоженном измельченном веществе.

В контексте настоящего изобретения полимер прибавляют непосредственно к указанной выше транспортируемой суспензии измельченного минерального вещества. Полимер может полностью или

- 5 017785 частично состоять из растворимого в воде полимера. Таким образом, полимер может представлять собой смесь сшитого полимера и растворимого в воде полимера при условии, что достаточное количество полимера растворимо в воде или он ведет себя, как если бы он был растворим в воде, так чтобы при выдерживании происходило обезвоживание. Полимер может представлять собой в основном сухое измельченное вещество, но его предпочтительно прибавлять в виде водного раствора.

Полимер может представлять собой механическую смесь набухающего полимера и растворимого полимера или, альтернативно, он представляет собой немного сшитый полимер, например, как это описано в ЕР 202780. Хотя частицы полимера могут содержать некоторое количество сшитого полимера, для настоящего изобретения существенно, чтобы содержалось значительное количество растворимого в воде полимера. Если частицы полимера содержат некоторое количество набухающего полимера, то предпочтительно, чтобы не менее 80% полимера было растворимо в воде.

Полимер должен представлять собой полимер, который полностью или по меньшей мере в основном растворим в воде. Растворимый в воде полимер может быть разветвленным вследствие использования разветвляющего реагента, например, как это описано в ^Θ-Ά-9829604, например, в п.12 формулы изобретения, или, альтернативно, растворимый в воде полимер является в основном линейным.

Предпочтительно, если растворимый в воде полимер обладает молекулярной массой от средней до высокой. Предпочтительно, если он обладает характеристической вязкостью, равной не менее 3 дл/г (при измерении в 1М ЫаС1 при 25°С) и обычно - не менее 5 или 6 дл/г, хотя полимер может обладать значительно более высокой молекулярной массой и обладать характеристической вязкостью, равной 25 или 30 дл/г или даже более высокой. Предпочтительно, если полимер обладает характеристической вязкостью, находящейся в диапазоне от 8 до 25 дл/г, более предпочтительно - 11 дл/г или от 12 до 18 дл/г или 20 дл/г.

Характеристическую вязкость полимеров можно определить путем приготовления водного раствора полимера (0,5-1 мас./мас.% в пересчете на активный компонент полимера). 2 г этого 0,5-1% раствора полимера разбавляют до 100 мл в мерной колбе с помощью 50 мл 2М раствора хлорида натрия, значение рН которого с помощью буферного раствора доведено до 7,0 (с использованием 1,56 г дигидрофосфата натрия и 32,26 г гидрофосфата натрия на 1 л деионизованной воды) и эту порцию разбавляют до 100 мл деионизованной водой. Характеристическую вязкость полимеров измеряют с использованием вискозиметра № 1 с подвешенным уровнем при 25°С в 1 М забуференном солевом растворе.

Растворимый в воде полимер может представлять собой натуральный полимер, например полисахарид, такой как крахмал, гуаровая камедь или декстран, или полусинтетический полимер, такой как карбоксиметилцеллюлоза или гидроксиэтилцеллюлоза. Предпочтительно, если полимер является синтетическим и предпочтительно, если он получен из этиленненасыщенного растворимого в воде мономера или смеси мономеров.

Растворимый в воде полимер может быть катионогенным, неионогенным, амфотерным или анионогенным. Полимеры предпочтительно являются синтетическими и могут быть получены из любых подходящих растворимых в воде мономеров. Обычно растворимые в воде мономеры обладают растворимостью в воде, равной не менее 5 г/100 см при 25°С. Предпочтительными полимерами являются неионогенные или анионогенные и полученные из одного или большего количества этиленненасыщенных мономеров. Если полимер является неионогенным, его получают из одного или большего количества неионогенных мономеров, например, выбранных из группы, включающей (мет)акриламид, гидроксиалкиловые эфиры (мет)акриловой кислоты и Ν-винилпирролидон. Обычно анионогенные полимеры получают из одного или большего количества и ионогенных мономеров необязательно в комбинации с одним или большим количеством и ионогенных мономеров. Особенно предпочтительные анионогенные полимеры получают из мономеров, выбранных из числа мономерных этиленненасыщенных карбоновых кислот и сульфоновых кислот, предпочтительно выбранных из группы, включающей (мет)акриловую кислоту, аллилсульфоновую кислоту и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и их соли, необязательно в комбинации с неионогенными сомономерами, предпочтительно выбранными из группы, включающей (мет)акриламид, гидроксиалкиловые эфиры (мет)акриловой кислоты и Ν-винилпирролидон. Особенно предпочтительные анионогенные полимеры включают гомополимер акриламида и сополимер акриламида с акрилатом натрия.

В контексте настоящего изобретения может быть желательным применение катионогенных полимеров. Подходящие катионогенные полимеры можно получить из этиленненасыщенных мономеров выбранных из группы, включающей диметиламиноэтил(мет)акрилат - метилхлорид, кватернизованный (ОМЛЕЛ.МсС1). диаллилдиметиламмонийхлорид (ОАОМАС), триметиламинопропил(мет)акриламидхлорид (АТРАС) необязательно в комбинации с неионогенными сомономерами, предпочтительно выбранных из группы, включающей (мет)акриламид, гидроксиалкиловые эфиры (мет)акриловой кислоты и Ν-винилпирролидон.

Обнаружено, что в некоторых случаях предпочтительно прибавлять комбинации разных типов полимеров по отдельности. Так, водный раствор анионогенного, катионогенного или неионогенного полимера можно прибавить к указанному выше веществу сначала, а затем прибавить вторую порцию анало

- 6 017785 гичного или другого растворимого в воде полимера любого типа.

В контексте настоящего изобретения растворимый в воде полимер можно получить по любой подходящей методике полимеризации. Полимеры можно получить, например, в виде гелей полимеров с помощью полимеризации в растворе, суспензионной полимеризации типа вода-в-масле или эмульсионной полимеризации типа вода-в-масле. При получении гелей полимеров с помощью полимеризации в растворе инициаторы обычно вводят в раствор мономера.

Необязательно можно включать систему термического инициирования. Обычно термический инициатор включает любое подходящее инициирующее соединение, которое при повышенной температуре высвобождает радикалы, например азосоединения, такие как азобисизобутиронитрил. Во время полимеризации температура должна повышаться до значения, равного не ниже 70°С, но предпочтительно ниже 95°С. Альтернативно, полимеризацию можно провести путем облучения (ультрафиолетовым излучением, микроволновым излучением, воздействием тепла и т.п.), также необязательно с использованием подходящих инициаторов воздействия излучения. После завершения полимеризации и предоставления гелю полимера возможности в достаточной степени охладиться гель можно обработать стандартным образом путем проводимого сначала измельчения геля на мелкие кусочки, сушки до состояния в основном дегидратированного полимера и последующего измельчения в порошок. Альтернативно гели полимера могут поставляться в виде гелей полимера, например в виде кусков геля полимера.

Такие гели полимера можно получить с помощью подходящих методик полимеризации, описанных выше, например полимеризации с помощью облучения. Гели можно нарезать на куски необходимого размера и после внесения перемешать с веществом в виде частиц частично гидратированного растворимого в воде полимера.

Полимеры можно получить с помощью суспензионной полимеризации в виде шариков или в виде эмульсии или дисперсии типа вода-в-масле с помощью эмульсионной полимеризации, например, по технологии, описанной в ЕР-А-150933, ЕР-А-102760 или ЕР-А-126528.

Альтернативно, растворимый в воде полимер можно получить в виде дисперсии в водной среде. Она может представлять собой, например, дисперсию частиц полимера размером не менее 20 мкм в водной среде, содержащей обеспечивающий поддержание равновесия агент, как это описано в ЕР-А-170394. Они могут, например, также представлять собой водные дисперсии частиц полимера, полученные с помощью полимеризации растворимых в воде мономеров в присутствии водной среды, содержащей растворенные и обладающие низкой ХВ (характеристическая вязкость) полимеры, такие как полидиаллилдиметиламмонийхлорид и необязательно другие растворенные вещества, например электролит и/или полигидроксисоединения, например полиалкиленгликоли, как это описано в ΥΘ-Λ-9831749 или ^О-А9831748.

Водный раствор растворимого в воде полимера обычно получают путем растворения полимера в воде или путем разбавления более концентрированного раствора полимера. Обычно твердый измельченный полимер, например, в виде порошка или гранул, диспергируют в воде и дают ему раствориться при перемешивании. Это можно провести с помощью обычного оборудования. Раствор полимера можно приготовить с помощью аппарата Аи1о Лс1 \¥с1 (торговая марка), выпускающегося фирмой С1Ьа 8рес1аИу СйепйсаК Альтернативно, полимер может поставляться в виде эмульсии или дисперсии с обращенной фазой, которую затем можно обратить в воде.

Если полимер прибавляют в виде водного раствора, его можно прибавить в любой необходимой концентрации. Для сведения к минимуму количества воды, вводимой в вещество, может быть желательным использование относительно концентрированного раствора, например до 10% или более в пересчете на массу полимера. Обычно считают, что предпочтительно прибавлять раствор полимера в более низкой концентрации, чтобы избежать затруднений, связанных с высокой вязкостью раствора полимера и облегчить распределение полимера в веществе. Раствор полимера можно прибавить в относительно низкой концентрации, например, составляющей лишь 0,01 мас.% полимера. Обычно используют раствор полимера при концентрации от 0,05 до 5 мас.% полимера. Предпочтительная концентрация полимера находится в диапазоне от 0,1 до 2 или 3%. Более предпочтительная концентрация полимера находится в диапазоне от 0,25 или 0,5 примерно до 1 или 1,5%.

В контексте настоящего изобретения суспензия измельченного минерального вещества обычно может представлять собой отход операции переработки минерала.

Если водные суспензии мелкозернистых и крупнозернистых измельченных веществ объединяют для совместного удаления, то эффективно обезвоживающее и подавляющее образование пыли количество раствора растворимого в воде полимера обычно прибавляют во время или после смешивания разных потоков отходов в однородную взвесь.

Обычно суспензию измельченного минерального вещества можно транспортировать по каналу и через выпускное отверстие на участок для удаления. Затем суспензии измельченного минерального вещества дают обезводиться на участке для удаления. Предпочтительно, чтобы суспензия измельченного вещества, направленная на участок для удаления, также затвердевала при выдерживании. Во многих случаях на участке для удаления уже находится затвердевшее минеральное вещество. Предпочтительно,

- 7 017785 чтобы суспензия измельченного минерального вещества при попадании на участок для удаления растекалась по поверхности ранее затвердевшего минерального вещества и вещество выдерживалось и затвердевало с образованием штабеля.

Предпочтительно перекачивать вещество в виде жидкости к выходному отверстию на участке для удаления и давать веществу растекаться по поверхности затвердевшего вещества. Вещество выдерживают, и оно затвердевает и тем самым образует штабель затвердевшего вещества. Эту операцию можно повторять несколько раз и получить штабель, который содержит несколько слоев затвердевшего вещества. Образование штабеля затвердевшего вещества обладает тем преимуществом, что для удаления необходим участок меньшей площади.

При операции обработки минерала, когда суспензию, содержащую твердые вещества, флокулируют в концентраторе для разделения суспензии на слой надосадочной жидкости и сток вещества, вещество обычно можно обработать на любом участке после флокуляции в концентраторе, но до выдерживания вещества. Обычно суспензию транспортирую по каналу на участок для удаления. Это обычно проводят путем перекачки суспензии измельченного минерального вещества. Подходящее и эффективно обезвоживающее и подавляющее образование пыли количество растворимого в воде полимера можно смешать с веществом до или во время стадии перекачки. Таким путем полимер можно распределить по веществу. Альтернативно, полимер можно ввести и смешать с веществом после стадии перекачки. Положение, в котором прибавление является наиболее эффективным, зависит от вещества и расстояния от концентратора и участка для удаления. Если канал является относительно коротким, то предпочтительно вводить раствор полимера вблизи от положения, в котором вещество вытекает из концентратора. С другой стороны, если участок для удаления находится относительно далеко от концентратора, может быть предпочтительным введение раствора полимера ближе к выходному отверстию. В некоторых случаях может быть удобным прибавление полимера к суспензии при ее выпуске из выходного отверстия. Часто может быть предпочтительным прибавление полимера к суспензии до ее выпуска из выходного отверстия, предпочтительно - не далее 10 м от выходного отверстия.

Реологические характеристики вещества при его течении по каналу на участок для осаждения являются важными, поскольку любое значительное ухудшение течения может значительно ухудшить эффективность технологии. Важно, чтобы не происходило значительного осаждения твердых веществ, поскольку это может привести к забиванию, а это может означать, что установку необходимо остановить для очистки заблокированного участка. Кроме того, важно, чтобы не происходило значительного ухудшения течения, поскольку это может резко ухудшить способность вещества к перекачке. Такой неблагоприятный эффект может привести к значительному увеличению затрат на энергию, поскольку перекачивание затрудняется и вероятнее становится износ оборудования.

Реологические характеристики суспензии измельченного минерального вещества при ее обезвоживании являются важными, поскольку после начала выдерживания вещества важно, чтобы течение было сведено к минимуму и в идеальном случае загущение и предпочтительно затвердевание вещества происходило быстрее. Если вещество является слишком жидким, то оно не будет эффективно образовывать штабель и существует опасность того, что он загрязнит воду, выделяющуюся из вещества. Также желательно, чтобы затвердевшее вещество был достаточно твердым, чтобы не разрушаться и выдерживать нагрузку последующих слоев наносимого на него затвердевшего вещества.

Предпочтительно, чтобы способ, предлагаемый в настоящем изобретении, обеспечивал штабелеобразную конфигурацию удаляемого вещества и совместное связывание мелкозернистой и крупнозернистой фракций твердых веществ, содержащихся в веществе, а также обеспечивал лучшее удаление отделяющейся воды из вещества вследствие гидравлического гравитационного стока. Штабелеобразная конфигурация, видимо, обеспечивает большее вертикальное сжимающее давление, действующее на расположенные ниже твердые вещества, что, видимо, обеспечивает повышенную степень обезвоживания. Согласно изобретению мы установили, что эта конфигурация приводит к большему объему отходов в пересчете на площадь поверхности, что предпочтительно и с экологической, и с экономической точек зрения.

Задачи настоящего изобретения невозможно решить путем модификации стадии флокуляции в концентраторе. Например, флокуляция суспензии в концентраторе для получения стока, достаточно концентрированного для того, чтобы он образовывал штабель, малоэффективна, поскольку такой концентрированный сток будет невозможно перекачивать. Кроме того, прибавление полимера в концентратор не приведет к необходимому эффекту улучшения уплотнения обезвоженного минерального вещества. В действительности, согласно изобретению мы установили, что важно обработать вещество, которое образовал сток из концентратора. Представляется, что обработка загущенных твердых веществ в стоке позволяет веществу эффективно затвердеть без ухудшения текучести при транспортировке.

Предпочтительной особенностью настоящего изобретения является затвердевание во время отделения водной жидкости, которое предпочтительно происходит на стадии обезвоживания. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения вещество обезвоживается во время затвердевания с отделением жидкости, которая содержит значительно меньше твердых веществ. Затем жидкость можно возвратить на установку и тем самым уменьшить объем расходуемой воды и поэтому важно, чтобы эта жидкость была прозрачной и в основном не содержала загрязнений, в особенности уно

- 8 017785 симых мелкозернистых твердых частиц. Предпочтительно, если жидкость можно, например, рециркулировать в концентратор, из которого вещество поступает в виде стока. Альтернативно, жидкость можно рециркулировать в змеевики или другие технологические операции, проводимые на той же установке.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Пример 1.

При конфиденциальных полевых испытаниях в западной Австралии красный шлам (минеральные хвосты глиноземного комбината), как сток из концентратора направляли на участок для удаления. Выгружаемый красный шлам представлял собой отходы минеральных твердых веществ, суспендированные в воде, при концентрации, равной 30% мас./мас.

До транспортировки на участок для удаления суспензию красного шлама обрабатывали с помощью нескольких стадий промывки и уплотнения для удаления технологических химикатов и растворимого глинозема. На каждой из этих стадий уплотнения суспензию в промывном аппарате обрабатывали флокулянтами ί) смесью полимера акриламида с акрилатом натрия в массовом соотношении, составляющем 25/75, обладающей характеристической вязкостью, равной 20 дл/г, и ίί) смесью полимера акриламида с акрилатом натрия в массовом соотношении, составляющем 11/89, обладающей характеристической вязкостью, равной 24 дл/г, в дозах, составляющих от 10 до 150 г/т.

Красный шлам обрабатывают смесью полимера акриламида с акрилатом натрия в массовом соотношении, составляющем 29/71, обладающей характеристической вязкостью, равной 26 дл/г. Полимер прибавляют на участке выгрузки из трубопровода на участке для удаления. Полимер прибавляют в виде 0,5% водного раствора в прудовой воде. Прудовая вода представляет собой жидкость, выходящую из стока красного шлама в прудах. В красный шлам прибавляют от 130 до 170 г/т сухого полимера в пересчете на содержание твердых веществ в красном шламе. Результаты представлены на фиг. 1.

Операции повторяли без прибавления полимера к красному шламу, поступающему из концентратора на участок для удаления. Результаты представлены на фиг. 3.

Из полученных результатов можно видеть, что обработанный красный шлам, представленный на фиг. 1 и 2, содержит коркообразный слой, который не приводит к образованию пыли, тогда как необработанный красный шлам, представленный на фиг. 3, не содержит коркообразного слоя и образование пыли будет существенно усилено.

Пример 2.

Для приготовления исследуемой взвеси 1 л 20 мас./об.% 8Р8 взвеси каолиновой глины в воде смешивали с 800 г песка для дорожных покрытий (с размером частиц до 500 мкм).

120 г/т 30: 70 мас./мас.% сополимера акрилат натрия : ариламид, обладающего ХВ, равной 9 дл/г (для 0,5 мас./мас.% раствора) прибавляли к аликвоте указанной выше взвеси частиц с бимодальным распределением по размерам.

Взвесь и полимер перемешивали путем переливания из стакана в стакан всего 10 раз (оптимальный режим перемешивания для получения структурированной системы).

Полученную взвесь выливали в сито диаметром 20 см с отверстиями размером 250 мкм и ей давали обезводиться. Осадку давали высохнуть на воздухе в течение нескольких дней и затем в течение ночи сушили при 106°С до постоянной влажности.

Готовили образец взвеси эквивалентной величины, помеченный, как необработанный, и после гомогенизации выливали в сито диаметром 20 см с отверстиями размером 250 мкм. Все твердые вещества, прошедшие через сито, собирали и прибавляли к веществу, удержанному на сите. Осадку давали высохнуть на воздухе в течение нескольких дней. После загущения в мягкое твердое вещество его сушили в сушильном шкафу при 106°С до постоянной влажности.

Для проводимых вручную исследований из полученных осадков брали вертикально вырезанные образцы.

Каждый образец осадков взвешивали и до исследования путем истирания определяли его высоту, ширину и толщину.

Осадок помещали на сито диаметром 20 см с отверстиями размером 4 мм. К сечению площадью 28 мм для имитации естественного истирания прилагали нагрузку и действовали до разрушения осадка. Регистрировали массу вещества, прошедшего через сито диаметром 20 см с отверстиями размером 4 мм. Процедуру повторяли еще 10 раз с использованием полученных кусков осадка.

После завершения описанной выше процедуры каждый объединенный образец, содержащий частицы размером менее 4 мм, разделяли на классы крупности для определения массы вещества, содержащего частицы размером менее 180 мкм.

В приведенной ниже табл. 1 приведены полные массы частиц размером менее 180 мкм, полученных из необработанного образца. Значения для обработанного образца приведены в процентах от значений для необработанного образца.

- 9 017785

Номер операции по разрушению	Частицы размером менее 180 мкм
	Масса для необработанного образца (г)	Масса для обработанного образца (в % от массы необработанного образца)
1	0,27	33,3
2	0,56	30,4
3	0,90	23,3
4	1,16	23,3
5	1,38	23,9
6	1,70	23,5
Ί	1,96	23,5
8	2,30	23,0
9	2,69	22,7
10	2,94	22,4
И	3,27	22,0

Эти результаты показывают, что после обработки из обработанного образца может образоваться значительно меньшая масса мелкозернистого вещества, чем из необработанного образца.

Claims (11)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Применение полимера при направлении суспензии измельченного минерального вещества в виде жидкости на участок для удаления, на котором суспензию выдерживают и дают ей обезводиться, для подавления образования пыли обезвоженного вещества после высыхания поверхности, в котором измельченное минеральное вещество представляет собой красный шлам, где полимер представлен в виде водного раствора с концентрацией от 0,25 до 5 мас.% и является гомополимером акриламида или сополимером акриламида с акрилатом натрия с характеристической вязкостью не менее 4 дл/г.
2. 2. Применение по п.1, в котором суспензия представляет собой отход операции переработки минерала.
3. 3. Применение по любому из предыдущих пунктов, в котором суспензию транспортируют по каналу и через выходное отверстие на участок для удаления.
4. 4. Применение по любому из предыдущих пунктов, в котором суспензия, транспортированная на участок для удаления, при выдерживании затвердевает.
5. 5. Применение по п.4, в котором суспензия после помещения на участок для удаления растекается по поверхности ранее затвердевшего минерального вещества, затем вещество выдерживают и ему дают затвердеть с образованием штабеля.
6. 6. Применение по любому из предыдущих пунктов, в котором суспензию транспортируют путем перекачивания по каналу и полимер прибавляют после стадии перекачивания.
7. 7. Применение по любому из пп.1-5, в котором суспензию транспортируют путем перекачивания по каналу и полимер прибавляют во время или после стадии перекачивания.
8. 8. Применение по любому из пп.1-6, в котором суспензию транспортируют по каналу, содержащему выходное отверстие, в котором полимер прибавляют к суспензии при ее выпуске из выходного отверстия.
9. 9. Применение по любому из пп.1-7, в котором суспензию транспортируют по каналу, содержащему выходное отверстие, в котором полимер прибавляют к суспензии до ее выпуска из выходного отверстия, предпочтительно не далее 10 м от выходного отверстия.
10. 10. Применение по любому из предыдущих пунктов, в котором минеральное вещество получают после операций переработки минерала, и оно представляет собой красный шлам технологии получения боксита фирмы Байер.
11. 11. Способ подавления образования пыли измельченного минерального вещества, в котором измельченное минеральное вещество получают путем обезвоживания суспензии указанного вещества, где транспортируют суспензию измельченного минерального вещества в виде жидкости на участок для удаления, на котором суспензию выдерживают с образованием обезвоженного измельченного минерального вещества, подавление образования пыли вещества обеспечивают путем прибавления полимера к суспензии измельченного минерального вещества, когда ее транспортируют в виде жидкости на участок для удаления, где полимер является гомополимером акриламида или сополимером акриламида с акрилатом натрия с характеристической вязкостью не менее 4 дл/г.