尾礦物流的處理的制作方法
【專利說明】尾礦物流的處理 【背景技術(shù)】 技術(shù)領(lǐng)域 [0001]
[0002] 本公開涉及一種處理采礦作業(yè)中產(chǎn)生的尾礦物流以利用延遲膠凝作用提供沉積 物的方法。
[0003] 相關(guān)領(lǐng)域說明
[0004] 作為一般術(shù)語，尾礦是指來自采礦作業(yè)和采出材料的加工的副產(chǎn)物，在采出材料 的加工中，從采出材料，即，已從土移出的材料中分離例如提取有價(jià)值的材料，諸如金屬、礦 物、煤等。尾礦通常包含粘土和任選的砂和/或巖石。尾礦還包含水。水與機(jī)械和/或化 學(xué)工藝結(jié)合使用，來從采出材料中移除有價(jià)值的材料。采礦作業(yè)包括用于貴金屬、賤金屬、 礦石、粘土和煤的那些。此外，采礦作業(yè)包括從油砂中回收瀝青。
[0005] 尾礦處理和處置是采礦作業(yè)的主要問題。通常期望從尾礦中回收水，用于在提取 工藝和運(yùn)輸中再利用。通常將諸如粘土和砂的尾礦固體以及諸如巖石的其它固體材料送至 采礦作業(yè)當(dāng)?shù)氐膬?chǔ)存設(shè)施或處置區(qū)域。此類儲(chǔ)存設(shè)施或處置區(qū)域的管理是一項(xiàng)巨大的任 務(wù)。
[0006] 尾礦的儲(chǔ)存或處置涉及構(gòu)造這樣一種設(shè)施，該設(shè)施對(duì)于儲(chǔ)存（包括永久性儲(chǔ)存） 是安全、足夠大并且穩(wěn)定的，以將尾礦包含在該設(shè)施內(nèi)并且保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。可期望從尾礦儲(chǔ) 存設(shè)施中接取水用于在諸如提取和其它處理的采礦作業(yè)中使用。
[0007] 在提取工藝中產(chǎn)生各種尾礦物流。尾礦物流是包含需要進(jìn)一步處理的組分的含水 流（漿液、懸浮液），所述進(jìn)一步處理可包括提取有價(jià)值的材料或固體去除和/或純化以使 得尾礦物流的含水量能夠再循環(huán)。一些尾礦物流將長期（包括永久性地）沉積在尾礦池中。 粗固體可快速沉降。池的頂層可隨著時(shí)間的推移而變得澄清，以得到適用于在提取工藝中 再利用的水。一個(gè)層可包含水和細(xì)小的固體，這些固體沉降得非常緩慢。該層最終可變成 成熟細(xì)尾礦（MFT)。
[0008] MFT是包含粘土、砂、粉土、水和任選的巖石中的一種或多種的穩(wěn)定的復(fù)合漿液。 MFT幾乎無強(qiáng)度，不能生長植物，并且可能對(duì)動(dòng)物生命具有毒性，因此必須將其封閉并防止 其污染水源。通常，需要若干年的沉降時(shí)間來得到MFT，其持續(xù)數(shù)十年發(fā)生極小的另外沉降 或固結(jié)。
[0009] MFT池造成了環(huán)境問題。例如，亞伯達(dá)（Alberta)的能源保護(hù)局（Energy Resources Conservation BoarcO(ERCB)已公布了指令074,該指令要求減少M(fèi)FT池和形成 用于采礦中產(chǎn)生的MFT的適于通行的沉積物并且由所有油砂作業(yè)者從油砂中提取瀝青。
[0010] Moffett在US 2010/0104744 Al中公開了一種用硅酸鹽源和活化劑處理尾礦物 流的方法。硅酸鹽源是堿金屬硅酸鹽、聚硅酸鹽微凝膠、或它們的組合?；罨瘎┛蔀樗?、堿 土金屬鹽、鋁鹽、有機(jī)酯、二醛、有機(jī)碳酸酯、有機(jī)磷酸酯、酰胺、或它們的組合。
[0011] 堿金屬硅酸鹽溶液因其二氧化硅與金屬氧化物的比率（SiO2 : M2O)而不同于膠 態(tài)二氧化硅溶膠。例如，硅酸鈉的溶液具有小于4 : 1的SiO2: Na2O,如Iler的"The Chemistry of Silica"（二氧化娃化學(xué)），Wiley Interscience (1979)，第 116 頁所公開。 Iler還表述了"不可獲得具有更高比率的硅酸鹽溶液"。
[0012] Moffett在2011年12月19日提交的美國專利申請序列號(hào)13/329,375中公開了 一種用膠凝劑和活化劑處理尾礦物流的方法。所述膠凝劑是選自由膠態(tài)二氧化硅、鋁-改 性的膠態(tài)二氧化硅、去離子膠態(tài)二氧化硅、聚硅氧烷、硅酮酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯、氨基甲 酸酯、酚醛塑料、氨基塑料、乙烯基酯-苯乙烯、聚酯-苯乙烯、基于糠醇的糠醛聚合物、環(huán)氧 化物、硫化油、木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽、木質(zhì)素亞硫酸鹽、蒙旦蠟、聚乙烯基吡咯烷酮、以及它 們中兩種或更多種的組合?；罨瘎┛梢詾閷⒁l(fā)膠凝作用的任何化合物或化合物的混合 物。
[0013] 尾礦管理的一個(gè)重要方面是尾礦固體的固結(jié)，即，以減少沉積尾礦的含水量，例 如，以使處置時(shí)需要的儲(chǔ)存空間最小化。
[0014] 將處理過的尾礦置于傾斜表面上是一種優(yōu)選的沉積技術(shù)。理論上，處理過的尾礦 被沉積在最高點(diǎn)或傾斜沉積場，并容許穿過傾斜場和與所述場相同的斜坡上的凝膠。期望 隨著沉積物流下坡，凝膠形成緩慢發(fā)生，以避免處理過的固體大量堆積在斜坡頂部或第一 部分。先前改變凝膠形成延遲時(shí)間的嘗試包括降低硅酸鹽源的濃度、降低活化劑的濃度或 使用酯作為活化劑。雖然這些方法有點(diǎn)效果，但也可能影響尾礦的脫水和強(qiáng)度。雖然在尾 礦處理方面已有許多進(jìn)展，但是仍然需要利用延遲凝膠化工藝改進(jìn)尾礦的脫水（使尾礦中 的水更少）、固結(jié)（減小尾礦的體積）和強(qiáng)化中的一個(gè)或多個(gè)。本發(fā)明滿足這些需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本公開提供一種處理包含水、固體和任選的聚丙烯酰胺的尾礦物流的方法。所述 尾礦處理方法包括：（a)使所述尾礦物流與硅酸鹽源接觸預(yù)定時(shí)間段，以形成混合物；b)在 所述預(yù)定時(shí)間段后，使所述混合物與活化劑接觸，以引發(fā)凝膠形成，其中凝膠將固體包埋在 所述凝膠內(nèi)；和c)使所述凝膠強(qiáng)化并固化；其中所述凝膠形成與非延遲工藝相比有所延 遲。 【具體實(shí)施方式】
[0016] 以上綜述和下列發(fā)明詳述僅是示例性和說明性的而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，本發(fā) 明如所附權(quán)利要求中所限定。根據(jù)以下發(fā)明詳述和權(quán)利要求，任何一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案 的其它特征和有益效果將顯而易見。
[0017] 如本文所用，術(shù)語"包含"、"包括"、"具有"或它們的任何其它變型均旨在涵蓋非排 他性的內(nèi)含物。例如，包括要素列表的工藝、方法、制品、或設(shè)備不必只限于這些要素，還可 包括其它沒有明確列出的或此類工藝、方法、制品、或設(shè)備固有的要素。此外，除非明確有相 反的表述，否則"或"是指包含性的或而非排他性的或。例如，以下任何一種情況均滿足條件 A或B :A為真（或存在的）且B為假（或不存在的），A為假（或不存在的）且B為真（或 存在的），以及A和B均為真（或存在的）。
[0018] 同樣，使用"一個(gè)"或"一種"來描述本文所述要素和組分。這樣做僅是為了方便 并且對(duì)本發(fā)明的范圍提供一般性意義。此描述應(yīng)被理解為包括一個(gè)或至少一個(gè)、一種或至 少一種，并且單數(shù)也包括復(fù)數(shù)，除非明顯地另指他意。
[0019] 除非另外定義，否則本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語的含義均與本發(fā)明所屬領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員通常理解的一樣。如發(fā)生矛盾，以本說明書（包括定義）為準(zhǔn)。盡管與本 文所描述的方法和材料類似或等同的方法和材料可用于本發(fā)明實(shí)施方案的實(shí)施或測試中， 但下文描述了適宜的方法和材料。此外，材料、方法和實(shí)例只是例證性的，而不旨在是限制 性的。
[0020] 當(dāng)數(shù)量、濃度或其它數(shù)值或參數(shù)以范圍、優(yōu)選范圍或優(yōu)選上限數(shù)值和/或優(yōu)選下 限數(shù)值的列表形式給出時(shí)，它應(yīng)理解為具體地公開由任何范圍上限或優(yōu)選數(shù)值和任何范圍 下限或優(yōu)選數(shù)值的任何一對(duì)所構(gòu)成的所有范圍，而不管所述范圍是否被單獨(dú)地公開。凡在 本文中給出某一數(shù)值范圍之處，該范圍均旨在包含其端點(diǎn)以及位于該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和 分?jǐn)?shù)，除非另外指出。
[0021] 在描述下述實(shí)施方案詳情前，先定義或闡明一些術(shù)語。
[0022]
[0023] 如本文所用的某些術(shù)語具有如下文提供的定義。
[0024] 趙土是主要由水合硅酸鋁構(gòu)成的任何天然存在的材料。粘土可為粘土礦物和少量 非粘土材料的混合物或其可主要為一種粘土礦物。類型通過主要粘土礦物來確定。
[0025] 術(shù)語粗顆粒是指單個(gè)顆?；蝾w粒的集合體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，粗顆粒的 尺寸可根據(jù)尾礦物流的來源而變化。例如，在油砂尾礦中，粗顆粒被定義為大于44 μ m的顆 粒。另選地，在煤礦尾礦中，粗顆粒被定義為大于2. 5 μπι的顆粒。
[0026] 包埋固體意指將固體顆粒諸如粘土、砂、粉土和巖石（如果存在）捕獲在凝膠結(jié)構(gòu) 內(nèi)，而水不永久性地保持在該結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0027] 術(shù)語細(xì)企顆粒是指單個(gè)顆粒或顆粒的集合體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到細(xì)小顆粒 的尺寸可根據(jù)尾礦物流的來源而變化。例如，在油砂尾礦中，細(xì)小顆粒被定義為小于44 μ m 的顆粒。另選地，在煤礦尾礦中，細(xì)小顆粒被定義為小于2. 5 μπι的顆粒。
[0028] m是具有有序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特征性化學(xué)組成、晶體形式和物理性質(zhì)的天然存在 的無機(jī)元素或化合物。
[0029] 巖五是任何固結(jié)或粘附的且相對(duì)堅(jiān)硬的天然形成的礦物質(zhì)團(tuán)塊；石頭，大多數(shù)是 由兩種或更多種礦物組成。
[0030] 砂是未固結(jié)或中等固結(jié)的沉積礦床（sedimentary deposit)，最通常由石英（二 氧化硅）構(gòu)成，但是可包括巖石或礦物的任何礦物組合物或混合物的顆粒，諸如珊瑚砂，其 由石灰石（碳酸鈣）組成。（來源：AGI美國地質(zhì)協(xié)會(huì)）
[0031 ] 粉土是細(xì)小的粒狀巖石和/或礦物的混合物。
[0032] 如本文所用，術(shù)語"延遲凝膠形成"意指不會(huì)在步驟（a)中添加硅酸鹽源時(shí)立即形 成凝膠。這也意味著當(dāng)工藝的其它處理?xiàng)l件實(shí)質(zhì)上相同時(shí)，與非延遲工藝相比，從在步驟 (b)中將活化劑添加至混合物中或與其接觸之時(shí)開始，處理過的尾礦物流的屈服應(yīng)力的增 加速率大幅下降。
[0033] 如本文所用，術(shù)語"處理過的尾礦"或"處理過的尾礦物流"意指步驟（a)和（b)后 的所得尾礦物流混合物。其包含尾礦物流、硅酸鹽源、活化劑、形成的凝膠、任選的增強(qiáng)劑和 任選的聚丙烯酰胺。
[0034] 如本文所用，術(shù)語"非延遲工藝"意指其中同時(shí)或接近同時(shí)地將硅酸鹽源和活化劑 添加至尾礦物流中或與其接觸的工藝。
[0035] 延遲凝膠形成使處理過的尾礦物流在鋪展到表面上方時(shí)流得更遠(yuǎn)。當(dāng)處理過的尾 礦需要在膠凝前流動(dòng)較長距離時(shí)，這是很重要的。在正常非延遲工藝下，膠凝受到硅酸鹽源 強(qiáng)度、活化劑、PH調(diào)節(jié)等的控制。出乎意料地，本公開提供一種在添加活化劑后延遲凝膠形 成的方法。
[0036] 本公開提供一種處理包含水、固體和任選的聚丙烯酰胺，基本上由它們組成或由 它們組成的尾礦物流的方法。所述尾礦處理方法包括：(a)使所述尾礦物流與硅酸鹽源接 觸預(yù)定時(shí)間段，以形成混合物；b)在所述預(yù)定時(shí)間段后，使所述混合物與活化劑接觸，以引 發(fā)凝膠形成，其中凝膠將固體包埋在所述凝膠內(nèi)；和c)使所述凝