懸浮液的濃縮的制作方法
【專利摘要】一種濃縮固體顆粒在含水介質(zhì)中的懸浮液的方法，包括向該懸浮液中引入至少一種有機(jī)聚合物絮凝劑并加入一種試劑體系，其中該懸浮液中的固體顆粒通過該至少一種有機(jī)聚合物絮凝劑的作用絮凝并且如此形成的絮凝固體顆粒沉降而形成懸浮于該含水介質(zhì)中的固體沉降層，其中該試劑體系包含i)至少一種氧化劑；ii)至少一種控制劑。
【專利說(shuō)明】懸浮液的濃縮
[0001]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的增稠方法，其中將固體的含水懸浮液絮凝并沉降而形成更濃縮的懸浮液。本發(fā)明的改進(jìn)涉及一種新的試劑體系，該試劑體系對(duì)該更濃縮懸浮液的流變和/或屈服應(yīng)力和/或固體含量提供改進(jìn)的控制。
[0002]已知通過使用導(dǎo)致固體絮凝的絮凝劑濃縮固體在含水液體中的懸浮液，該絮凝促進(jìn)固體與液體的分離。在許多方法中，絮凝的固體通過沉積發(fā)生沉降而形成床。在其他方法中，分離可以通過例如在加壓過濾、離心、帶式增稠器和壓帶機(jī)中機(jī)械脫水或機(jī)械增稠而促進(jìn)。
[0003]加入該懸浮液中的絮凝劑類型通常取決于基質(zhì)。懸浮液通常傾向于由高分子量聚合物絮凝。其實(shí)例描述于涉及礦物懸浮液如紅泥的絮凝的W0-A-931852和US3975496中。高分子量聚合物絮凝劑的其他公開包括涉及污泥絮凝的US6447687、W0-A-0216495和W0-A-02083258。還已知有時(shí)加入其他化學(xué)添加劑以調(diào)節(jié)該懸浮液。例如，可以首先通過高電荷密度的聚合物促凝劑如聚DADMAC或包括氯化鐵在內(nèi)的無(wú)機(jī)促凝劑使懸浮液凝結(jié)。[0004]其他添加劑也用于懸浮液的調(diào)節(jié)。例如有時(shí)將過氧化物加入懸浮液如污泥或含有有機(jī)材料的其他懸浮液中以除去還原劑以及也減輕臭味、氣體形成或防止腐爛。通?？梢约尤脒^氧化物或氧化劑以除去有害或不希望的物質(zhì)或該懸浮液中所含其他材料。過氧化物或其他氧化劑的加入量通常僅足以除去不希望的物質(zhì)和材料并且過氧化物或其他氧化劑通常以較小量引入，從而不殘留或者殘留非常少的過氧化物或其他氧化劑。
[0005]向污泥中加入過氧化物的實(shí)例描述于JP56150481中。由于類似原因也可以將過氧化物或氧化劑加入其他懸浮液中，這些原因包括如US2003121863和JP10109100所述處理清淤材料以除去污染物。JP11156397描述了一種使用非離子和陰離子聚合物絮凝泥漿的方法，其中該泥漿已經(jīng)氧化劑預(yù)處理。
[0006]U.S.6733674描述了一種通過如下方式使游泥脫水的方法:加入有效量的一種或多種纖維分解酶和一種或多種氧化劑以及一種或多種絮凝劑以形成在水中的混合物，將該混合物凝結(jié)并絮凝，然后將固體與該水分離。實(shí)施例似乎顯示氧化劑加料和絮凝之間需要明顯的時(shí)間。似乎存在酶以降解淤泥中所含材料。
[0007]懸浮液通常在重力增稠器容器中濃縮。通常將懸浮液的連續(xù)流供入該增稠器中并用絮凝劑處理。如此形成的絮凝固體沉降而形成固體底流床，而上層含水液向上流動(dòng)并通常通過在水表面處的圓周槽由該增稠器容器取出。該增稠器容器通常具有錐形基座，從而使該底流可以容易地由基座中心取出。此外，旋轉(zhuǎn)耙有助于底流固體的取出。在重力增稠器中濃縮懸浮液的典型方法描述于US4226714中。
[0008]可以在重力增稠器中濃縮各種懸浮液，包括有機(jī)固體的懸浮液如廢水、污水和污泥。通常也使用重力增稠器將礦物懸浮液增稠或脫水。
[0009]在典型的礦物加工操作中，在含水方法中將廢固體與含有有價(jià)值礦物的固體分離。廢固體的含水懸浮液通常含有粘土和其他礦物，并且通常稱為尾礦。這些固體通常通過絮凝方法在增稠器中濃縮并沉降而形成床。通常希望從該固體或床中除去盡可能多的水，以得到更高密度的底流并回收最多的工藝水。通常將該底流泵送至表面保持區(qū)，通常也稱為尾礦池或壩，或者可以通過例如真空過濾、加壓過濾或離心而將該底流進(jìn)一步機(jī)械脫水。
[0010]US5685900描述了一種用于對(duì)低亮度細(xì)粒度高嶺土選礦以降低更高亮度高嶺土的選擇性絮凝方法。該方法包括分級(jí)步驟以回收其中顆粒至少90重量％低于0.5 μ m的高嶺土級(jí)分。然后使回收的級(jí)分進(jìn)行漂白步驟以部分漂白有機(jī)退色劑。所得淤漿使用高分子量陰離子聚丙烯酰胺或丙烯酸酯/丙烯酰胺共聚物選擇性絮凝。該絮凝步驟形成高度富集污染物二氧化鈦的上清液相和含有退色劑的不含二氧化鈦的絮凝粘土相。然后用氣態(tài)臭氧處理絮凝物以氧化剩余的變色性有機(jī)物并且還破壞該絮凝劑聚合物以將該高嶺土恢復(fù)成分散狀態(tài)。據(jù)說(shuō)這通過使絮凝固體通過臭氧化步驟而實(shí)現(xiàn)，該臭氧化步驟優(yōu)選使用高剪切泵進(jìn)行。
[0011]在W02004071989 和 US20060131243 中存在類似公開。
[0012]W02005021129公開了控制固體顆粒在液體中的懸浮液的狀態(tài)，包括對(duì)該懸浮液施加一種或多種刺激。在該公開中調(diào)節(jié)優(yōu)選是可逆的且包括絮凝和/或凝結(jié)，其中顆粒間力在該液體內(nèi)的固體顆粒之間可能是吸引的或排斥的。該刺激可以是一種或多種化學(xué)添加劑并且例如可以為刺激敏感性聚電解質(zhì)，可以以足夠量將后者吸收在懸浮顆粒表面上以在顆粒之間產(chǎn)生空間或靜電排斥。在一種情況下，聚電解質(zhì)可以在它基本不帶電的pH值下基本不可溶，由此進(jìn)行該懸浮液的絮凝。也描述了對(duì)溫度刺激有響應(yīng)的聚電解質(zhì)。還參考一種通過對(duì)固體顆粒在液體內(nèi)的床施加一種或多種刺激而控制該床的固化的方法。各刺激在施加一種或多種刺激進(jìn)行所述調(diào)節(jié)之前盛行的初始狀態(tài)和由所述一種或多種刺激產(chǎn)生的調(diào)節(jié)狀態(tài)之間進(jìn)行可以可逆操作的調(diào)節(jié)。所述方法在一些固液分離活動(dòng)中產(chǎn)生改進(jìn)。
[0013]JP11-46541描述了一種作為常規(guī)絮凝劑在通過吸收和交聯(lián)顆粒而形成絮凝物的轉(zhuǎn)變溫度之下加入顆粒懸浮液中的溫度敏感性親水性聚合物。將該混合物加熱至該轉(zhuǎn)變溫度之上，吸收的聚合物變?yōu)槭杷彝ㄟ^疏水相互作用使懸浮顆粒呈疏水性并形成絮凝物。此時(shí)施加合適的外部壓力，使顆?？焖僦匦屡帕胁⒂深w粒的疏水性驅(qū)除顆粒之間的水。
[0014]JP2001232104描述了一種類似于JP11-46541但使用改進(jìn)的溫度敏感性絮凝劑的方法，與吸收在懸浮顆粒上的非離子聚合物相反，這些絮凝劑為離子性溫度敏感性聚合物并且在該聚合物在該轉(zhuǎn)變點(diǎn)之上的溫度下變?yōu)槭杷詴r(shí)在離子性基團(tuán)周圍存在強(qiáng)的水合物層，但由疏水相互作用防止聚合物之間的水合層粘附。
[0015]Bertini, V.等，Particulate Science and Technology (1991)，9 (3-4)，191-9 描述了多官能聚合物在鈦礦物的PH控制絮凝中的用途。聚合物為含有兒茶酚官能團(tuán)和丙烯酸單元的自由基乙烯基共聚物。聚合物可以通過改變pH而改變其從絮凝到分散或惰性的效果，反之亦然。
[0016]pH或溫度敏感性絮凝劑原則上對(duì)懸浮液的絮凝狀態(tài)提供控制。然而，絮凝劑的選擇需要適合待絮凝的特定懸浮液或床且同時(shí)響應(yīng)于特定刺激以引起可以可逆地操作的調(diào)節(jié)。在有些情況下可能難以找到絮凝劑的正確選擇。
[0017]通常在絮凝固體中截留了一些水且該水通常難以釋放并因此保留在該床中。盡管PH和溫度響應(yīng)性絮凝劑可能有 助于該問題，但通常難以在寬范圍的基質(zhì)上獲得令人滿意的絮凝。
[0018]在涉及重力增稠器的方法中，希望操作使得該床具有能夠作為底流從該增稠器中除去的最高可能固體。限制性因素通常為在該增稠器中耙移動(dòng)沉積固體的能力。因此，可能希望提供一種提高固體與該懸浮液分離并除去該底流的速率的方法。
[0019]W02007082797描述了一種通過向固體顆粒的含水懸浮液中加入有機(jī)聚合物絮凝劑以形成絮凝固體而濃縮該懸浮液的方法。絮凝固體沉降而變?yōu)楦鼭鈶腋∫?。在加入有機(jī)聚合物絮凝劑之前或者基本同時(shí)對(duì)該懸浮液施加選自自由基試劑、氧化劑、酶和放射物中的任一種的試劑和/或?qū)⒃撚袡C(jī)聚合物絮凝劑和試劑均在相同容器中加入該懸浮液中。該方法導(dǎo)致該濃縮懸浮液的屈服應(yīng)力顯著降低或者對(duì)于給定屈服應(yīng)力允許該濃縮懸浮液的固體含量顯著提高。
[0020]然而，盡管該方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了具體的益處，但發(fā)現(xiàn)在一些情況下在更濃懸浮液中的固體層可能并不總是對(duì)給定的固體含量獲得所需屈服應(yīng)力降低或?qū)o定的屈服應(yīng)力獲得所需固體含量提高。
[0021 ] 本發(fā)明的目的是要進(jìn)一步改進(jìn)該方法。
[0022]本發(fā)明涉及一種濃縮固體顆粒在含水介質(zhì)中的懸浮液的方法，包括向該懸浮液中引入至少一種有機(jī)聚合物絮凝劑并加入一種試劑體系，
[0023]其中該懸浮液中的固體顆粒通過該至少一種有機(jī)聚合物絮凝劑的作用絮凝并且如此形成的絮凝固體顆粒沉降而形成在該含水介質(zhì)中的固體沉降層，
[0024]其中該試劑體系包含:
[0025]i)至少一種氧化劑； [0026]ii)至少一種控制劑；
[0027]其中該至少一種控制劑由iia)至少一種活化劑組分和/或iib)至少一種抑制劑組分構(gòu)成，其中該至少一種活化劑組分提高該氧化劑的活性且該抑制劑組分降低該活化劑組分的濃度，
[0028]其中
[0029]I)在該絮凝固體顆粒沉降之前以低于有損沉降速率的劑量的劑量將該至少一種氧化劑加入該懸浮液中并將該至少一種活化劑組分加入固體沉降層中；或者
[0030]2)在該絮凝固體顆粒沉降之前將該至少一種活化劑組分加入該懸浮液中并將該至少一種氧化劑加入固體沉降層中；或者
[0031]3)在該絮凝固體顆粒沉降之前以低于有損沉降速率的劑量的劑量將該至少一種氧化劑加入該懸浮液中；該至少一種活化劑組分以不提高該氧化劑的活性的濃度(C2)存在于懸浮液中且該濃度(C2)高于提高該氧化劑的活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍；并且將該至少一種抑制劑組分以足以將該活化劑組分的濃度降低至該有效濃度或濃度(Cl)的范圍內(nèi)的劑量加入該固體沉降層中；或者
[0032]4)該至少一種活化劑組分以不提高該氧化劑的活性的濃度(C2)存在于懸浮液中且該濃度(C2)高于提高該氧化劑的活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍；并且在該絮凝固體顆粒沉降之前以足以將該活化劑組分的濃度降低至有效濃度或濃度(Cl)的范圍內(nèi)的劑量將該至少一種抑制劑組分加入該懸浮液中；以及加入該至少一種氧化劑。
[0033]在圖1中，該圖表示包括下列組件的標(biāo)準(zhǔn)重力增稠器:將懸浮液(14)輸送到容器
(13)的進(jìn)料井(3)中的淤漿進(jìn)料管(I);以及通過絮凝劑進(jìn)料管線(2)加入有機(jī)聚合物絮凝劑(12);該進(jìn)料井(3)顯示為用隔板分開的進(jìn)料井；高濃度的沉降的絮凝固體(11)顯示在該用隔板分開的進(jìn)料井中；示出了澄清區(qū)(4)，絮凝固體在其中沉降并變得與含水液分離；在顯示為澄清區(qū)的層之上的是顯示降低濃度的沉降的絮凝固體的層；在該降低濃度的絮凝固體層之上顯示的是基本低固體含量的含水液，其在溢流槽(6)上流動(dòng)；在該澄清區(qū)
(4)之下是顯示在該容器下端的固化的固體床(5)，其形成沉降的固體層(15)，該層形成固化床；該固化的固體床形成底流(21)，后者通過該容器基座處的導(dǎo)管(22)由該容器供料；存在底流泵(7)以幫助由該容器取出底流；存在橋⑶以允許接近該進(jìn)料井以及耙(10)和耙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)。氧化劑或控制劑可以通過一個(gè)或多個(gè)通過容器頂部進(jìn)入的導(dǎo)管(16)引入；或者通過一個(gè)或多個(gè)在容器側(cè)壁中的開口或?qū)Ч?17)引入；或者通過一個(gè)或多個(gè)在容器基座中的開口或?qū)Ч?18)引入；或者通過一個(gè)或多個(gè)在由容器基座輸送固化的固體床，例如在容器基座和泵之間的進(jìn)料管線中的開口或?qū)Ч?19)引入；或者通過一個(gè)或多個(gè)噴霧器(20)引入。
[0034]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提供了一種更有效的方法和/或該氧化劑的更有效應(yīng)用。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提供了在含水懸浮液的濃縮方法過程中對(duì)固化性材料的流變學(xué)更便利的控制。該改進(jìn)據(jù)信是由于所施加的試劑體系既實(shí)現(xiàn)了氧化劑的加入又實(shí)現(xiàn)了控制劑的施加。
[0035]不局限于理論，據(jù)信在含水懸浮液中化學(xué)環(huán)境的不均勻性質(zhì)可能干擾氧化劑的效果。在一些情況下，這可能導(dǎo)致氧化效果降低，從而降低絮凝網(wǎng)絡(luò)在更濃懸浮液層中的解集，或者在其他情況下，導(dǎo)致氧化能力的加速，這可能導(dǎo)致絮凝網(wǎng)絡(luò)的形成不足。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用本發(fā)明使用氧化劑和控制劑的試劑體系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些試劑的作用的更定量和定性控制。
[0036]似乎氧化劑對(duì)絮凝固體的作用得到該濃縮的含水懸浮液，其例如可以為固化的固體床，該床與尚未由該試劑體系如此處理的固化的固體床相比似乎具有改變的狀態(tài)。似乎該絮凝劑和固體之間的化學(xué)相互作用可以因該試劑體系的作用而永久改變。還似乎該絮凝結(jié)構(gòu)可能縮小或塌陷到固體占據(jù)更小體積的程度。我們還發(fā)現(xiàn)這是通過該試劑的作用形成的更濃縮含水懸浮液，其可能具有改進(jìn)的流動(dòng)特性。顯然可以對(duì)給定固體含量顯著降低該更濃縮含水懸浮液的屈服應(yīng)力。此外，對(duì)任何給定的屈服應(yīng)力值可以提高固體含量。
[0037]合適的是該氧化劑可以選自高氯酸鹽、次氯酸鹽、過溴酸鹽、次溴酸鹽、高碘酸鹽、次碘酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽、過硫酸鹽、過乙酸鹽、臭氧和過氧化物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用過氧化物、臭氧、次氯酸鹽、過乙酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽和過硫酸鹽對(duì)氧化目的是特別有效的。
[0038]優(yōu)選用于本發(fā)明的氧化劑是過氧化物和臭氧。特別優(yōu)選的過氧化物是過氧化氫。合適的是該過氧化氫呈含有至少I重量％，通常至少5重量％，常常為至少10重量％，常常為至少20重量％，優(yōu)選至少30重量％且高達(dá)50或60重量％或更多過氧化氫的水溶液。當(dāng)使用臭氧時(shí)，優(yōu)選這呈臭氧水形式。典型的是該臭氧水具有的濃度為至少0.lppm，常常為至少lppm。該濃度可以高達(dá)1000ppm,但通常在更低濃度,如至多500ppm或甚至至多1OOppm下獲得有效結(jié)果。該濃度通常為5-50ppm，例如10-40ppm，尤其是20_30ppm。
[0039]至少一種氧化劑的量根據(jù)具體的工藝條件、基質(zhì)類型和絮凝劑而變化。氧化劑優(yōu)選應(yīng)基于該含水懸浮液的體積以試劑的重量計(jì)以至少Ippm的劑量引入。氧化劑可以在例如1-1Oppm的低含量下有效。該試劑以至少1OOppm的量加入，在一些情況下可以基于第一懸浮液的體積為至少lOOOppm。在一些情況下可能希望加入顯著更高量的氧化劑，例如高至40，000 或 50，OOOppm 或更高。有效劑量通常為 150-20，OOOppm,尤其是 1000-15，OOOppm0
[0040]當(dāng)控制劑包含至少一種活化劑組分，該活化劑組分可以是提高該氧化劑的活性的任何實(shí)物。在本發(fā)明范圍內(nèi)的該活化劑組分還包括或者為提高該氧化劑活性的材料的前體的材料或者可以轉(zhuǎn)化成提高該氧化劑活性的材料。該活化劑組分通常可以與該氧化劑相互作用而形成氧化性自由基。合適的是這些氧化性自由基以更快速率形成和/或其形成比沒有加入該活化劑組分時(shí)形成的氧化劑相比提供了增加濃度的氧化性自由基。
[0041]活化劑組分的典型劑量可以基于固體的含水懸浮液的體積以活化劑重量計(jì)為0.1ppm0優(yōu)選該活化劑組分應(yīng)以至少Ippm或至少IOppm的劑量引入。該活化劑組分可以在例如1-1Oppm的低含量下有效。或者該活化劑組分適當(dāng)?shù)乜梢栽诶鏘O-1OOppm的含量下有效。在其他情況下該活化劑組分可以以至少IOOppm的量加入，而在一些情況下可以基于該含水懸浮液的體積為至少lOOOppm。在一些情況下可能希望加入顯著更高量的活化劑組分，例如高至40，000或50，OOOppm或更高。有效劑量通常為150-20，OOOppm,尤其是1000-15，OOOppm0
[0042]優(yōu)選該至少一種控制劑的活化劑組分選自鐵(II)離子(Fe2+)(亞鐵離子)、鐵
(III)離子(Fe3+)(鐵 離子)、鐵(IV)離子(Fe4+)(四價(jià)鐵離子)和銅(II)離子(Cu2+)(銅離子)。通?？梢砸韵鄳?yīng)離子的合適鹽形式使用鐵(II)、鐵(III)、鐵(IV)或銅(II)離子。該類鹽例如可以為硫酸鐵(II)、硝酸鐵(II)、磷酸鐵(II)、氯化鐵(II)、硫酸鐵(III)、硝酸鐵(III)、磷酸鐵(III)、氯化鐵(III)、硫酸鐵(IV)、硝酸鐵(IV)、磷酸鐵(IV)、氯化鐵
(IV)、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、磷酸銅(II)、氯化銅(II)。相應(yīng)離子傾向于與該氧化劑相互作用而更快速產(chǎn)生合適的反應(yīng)性自由基，由此加速該氧化劑的效果。例如鐵(II)離子和銅(II)離子傾向于與過氧化物相互作用而促進(jìn)氫過氧自由基(.00H)和羥基氫氧自由基(?0H)的快速形成，后一自由基為極強(qiáng)的氧化劑。
[0043]可能希望使用不同活化劑組分的組合或釋放合適活化劑組分的化合物的組合。例如，呈高氧化態(tài)的化合物可以與含銅(I)化合物組合以產(chǎn)生銅(II)化合物。例如，氯化鐵可以與氯化銅(I)組合使用，由此產(chǎn)生氯化亞鐵和氯化銅?？梢詾榛罨瘎┙M分的前體或者可以轉(zhuǎn)化成活化劑組分的該類化合物也被認(rèn)為是本發(fā)明含義內(nèi)的活化劑組分。
[0044]當(dāng)至少一種控制劑包含至少一種抑制劑組分，該抑制劑組分可以是任何材料或降低該至少一種活化劑組分的濃度的其他實(shí)物。適合的是該抑制劑組分可以包括選自如下中的至少一種的物質(zhì):
[0045]a)自由基粹滅劑，
[0046]b)多價(jià)螯合劑；和
[0047]c)促進(jìn)次要以及鈍化的(配合物)物質(zhì)形成的金屬鹽。
[0048]自由基猝滅劑傾向于為從它們所存在的環(huán)境中除去自由基的化學(xué)化合物。合適的是自由基猝滅劑包括諸如亞硫酸氫鈉的化合物。自由基猝滅劑傾向于降低例如活化劑組分的自由基量并因此降低活化劑組分的效果。
[0049]多價(jià)螯合劑可以包括能夠螯合或多價(jià)螯合活化的組分，例如金屬離子的任何化合物。合適的多價(jià)螯合劑包括EDTA(乙二胺四乙酸或其鹽，例如四鈉鹽)；乙二胺；DTPA(二亞乙基三胺五乙酸或其鹽，例如五鈉鹽)；HEDPA (羥基亞乙基二膦酸或其鹽，例如四鈉鹽)；NIL(次氮基三乙酸或其鹽，例如三鈉鹽)；ATMP (氨基三亞甲基膦酸或其鹽，例如六鈉鹽)；EDTMPA(乙二胺四亞甲基膦酸或其鹽，例如八鈉鹽)；DTPMPA( 二亞乙基三胺五亞甲基膦酸或其鹽，例如十鈉鹽)；PBTCA(2-膦酰基丁烷-1，2，4-三甲酸或其鹽，例如五鈉鹽)；多元醇磷酸酯；2_羥基膦?；人峄蚱潲}，例如二鈉鹽；以及BHMTPMPA (二(六亞甲基三胺五(亞甲基膦酸))或其鹽，例如十鈉鹽)。
[0050]促進(jìn)次要以及鈍化的(配合物)物質(zhì)形成的金屬鹽為鎂(II)和錳(II)的鹽。
[0051]金屬鹽如鎂(II)和錳(II)的鹽例如包括硫酸鎂(II)、硝酸鎂(II)、磷酸鎂(II)、氯化鎂(II)、硫酸錳(II)、硝酸錳(II)、磷酸錳(II)、氯化錳(II)。這些化合物用于降低該氧化劑的氧化能力。
[0052]W02011/125047公開了其中可以將試劑引入該懸浮液中的方法。本發(fā)明的試劑體系可以以類似于該申請(qǐng)中所公開的引入方式中任一種的方式引入。
[0053]按照根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，用于分別將至少一種氧化劑和至少一種控制劑引入固化的固體床或沉降的絮凝固體中的裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)在可以向其中引入該試劑的該容器側(cè)壁中的開口。代替該容器側(cè)壁中的開口或者除了這些開口外，可能希望引入導(dǎo)管，這些導(dǎo)管通過該容器的側(cè)壁且穿透進(jìn)入固化的固體床和/或沉降的絮凝固體?？赡苓€希望該裝置在該容器的基座中包括一個(gè)或多個(gè)開口或?qū)Ч?，通過它們分別引入該至少一種氧化劑和僅一種控制劑。該裝置可以延伸到固化的固體床和/或沉降的絮凝固體中。還可能希望該裝置包括一個(gè)或多個(gè)通過該容器頂部進(jìn)入的導(dǎo)管，這些導(dǎo)管可以延伸到固化的固體床和/或沉降的絮凝固體中。該一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管可以進(jìn)入該容器的內(nèi)壁和基座并沿其而行或者可以設(shè)置得使它們由該容器頂部在任何位點(diǎn)進(jìn)入。還可能希望這些導(dǎo)管與該容器中所用其他組件，例如耙并排而行。
[0054]特別適合引入該至少一種氧化劑或至少一種控制劑的裝置是一個(gè)或多個(gè)用于輸送該試劑的耙。合適的是該一個(gè)或多個(gè)耙是中空的或者包括允許相應(yīng)氧化劑或控制劑通過的導(dǎo)管。我們發(fā)現(xiàn)該裝置在將相應(yīng)氧化劑或控制劑引入固化的固體床中特別有效。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)耙在整個(gè)固化的固體床中移動(dòng)時(shí)它們?cè)卺尫旁撛噭┲械淖饔檬窃谡麄€(gè)固化的固體床中有效分布相應(yīng)氧化劑或控制劑的特別有效方式，而不會(huì)不利地干擾或再分散任何固體。
[0055]可以將相應(yīng)氧化劑或控制劑引入固化的固體床或沉降的絮凝固體中的另一裝置包括一個(gè)或多個(gè)噴霧器。該噴霧器似乎允許相應(yīng)氧化劑或控制劑在引入固化的固體床或沉降的絮凝固體中時(shí)的精細(xì)分布。還可能希望與引入相應(yīng)氧化劑或控制劑的其他裝置聯(lián)合使用一個(gè)或多個(gè)噴霧器，例如 將噴霧器與穿透到固化的固體床或沉降的絮凝固體中的導(dǎo)管組合使用。
[0056]按照本發(fā)明的第一和第三方面，在絮凝的固體顆粒沉降之前將該至少一種氧化劑加入該懸浮液中。因此，在這兩個(gè)方面可以將該氧化劑在絮凝固體沉降時(shí)加入絮凝固體的懸浮液中，例如加入含有絮凝固體的進(jìn)料井中。在這點(diǎn)上，可以在固體形成沉降層之前的任何階段將該至少一種氧化劑加入這些沉降的絮凝固體中。該氧化劑可以與絮凝劑同時(shí)、在形成絮凝固體的過程中或形成絮凝固體之后加入。該氧化劑可以在加入該絮凝劑之前加入。然而，此時(shí)通常希望不明顯地在加入絮凝劑之前加入該氧化劑，以將該氧化劑在其有效果之前消耗或降解的風(fēng)險(xiǎn)降至最小。例如，該氧化劑可以加入與絮凝劑相同的容器中的懸浮液中或者它可以加入輸送固體懸浮液的進(jìn)料管線中。通常而言，該氧化劑可以在加入該絮凝劑之前不超過10分鐘加入。該氧化劑通?？梢栽谠撔跄齽┘恿系?-0分鐘，例如5-0分鐘，通常小于2分鐘內(nèi)加入。
[0057]在本發(fā)明的這兩方面，可以使用上述裝置中的任一種將該至少一種氧化劑加入懸浮液中，條件是這些裝置在絮凝固體形成沉降層之前將該氧化劑輸送到該懸浮液中。該類裝置通?？梢园ㄍㄟ^該容器壁中的開口的加料，通過導(dǎo)管(通過該容器的側(cè)部進(jìn)入、通過該容器的頂部進(jìn)入和/或與該容器的任何其他組件并排地進(jìn)入)的加料和/或通過設(shè)置在該懸浮液中的噴霧器的加料。
[0058]在本發(fā)明的第一和第三方面中，以低于有損絮凝固體的沉降速率的劑量的劑量加入該至少一種氧化劑。該劑量可以容易地通過常規(guī)試驗(yàn)確定，在該試驗(yàn)中將固體懸浮液的樣品在不存在該至少一種氧化劑下用該絮凝劑處理并對(duì)將沉降固體和上清液分離的線(泥漿線)記錄在兩個(gè)固定點(diǎn)之間通過所花時(shí)間以提供例如以cm/min測(cè)量的沉降速率(對(duì)照試驗(yàn))；然后使用用相同絮凝劑在相同劑量下處理的固體懸浮液的相同樣品重復(fù)該試驗(yàn)，不同的是加入該至少一種氧化劑。若沉降速率與對(duì)照試驗(yàn)相比不變化，則可以使用該劑量的氧化劑。然而，若沉降速率與對(duì)照試驗(yàn)相比降低，則該試驗(yàn)應(yīng)用更低劑量的氧化劑重復(fù)，直到沉降速率不低于對(duì)照試驗(yàn)。氧化劑的準(zhǔn)確劑量取決于具體的氧化劑以及可能的話還有絮凝劑和該懸浮液的類型和劑量而變化。然而，至少一種有用氧化劑的合適劑量按照上面所規(guī)定的上述劑量。[0059]在本發(fā)明的第一方面中，該控制劑含有至少一種如本文所定義的活化劑組分，其應(yīng)加入固體沉降層中。該活化劑組分可以使用上述裝置的任一種加入，條件是該活化劑被輸送到固體沉降層中。例如，該活化劑可以通過容器的基座或側(cè)壁中的開口供入所述容器中所含絮凝固體的沉降層中?；蛘呖梢酝ㄟ^導(dǎo)管(通過所述容器的基座、側(cè)壁、頂部進(jìn)入或者與該容器的組件并排而行)將該活化劑供入該沉降層中。在一些情況下，可能希望通過進(jìn)入所述沉降層的噴霧器將該活化劑供入該沉降層中。在其他情況下，可能希望通過耙將該活化劑供入該沉降層中。
[0060]在本發(fā)明的第三方面中，至少一種活化劑組分存在于該懸浮液中，但以不提高該氧化劑的活性的濃度(C2)且該濃度(C2)高于提高該氧化劑的活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍。該懸浮液中所含活化劑組分的濃度可以通過常規(guī)分析測(cè)定。該常規(guī)分析通常包括常規(guī)分光光度技術(shù)。這包括例如原子吸收(AA)或感應(yīng)耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP)。
[0061]通?；罨瘎┛赡芤呀?jīng)以高濃度溶于存在于該懸浮液中的水中。該活化劑通?？赡芤呀?jīng)衍生于工藝水，例如用于形成該懸浮液的再循環(huán)工藝水。或者該活化劑可能已經(jīng)衍生于該懸浮液的固體組分。該活化劑例如可以為以高濃度，例如以高于20，OOOppm或1%，例如至少2%或至少3%，例如高達(dá)10%或更高存在于該懸浮液中的鐵(II)、鐵(III)、鐵(IV)和/或銅(II)離子。在該類情況下，該高濃度的活化劑不會(huì)活化該氧化劑，尤其是在臭氧、過氧化物或其他過氧化合物的情況下。
[0062]在本發(fā)明的該第三方面中，該抑制劑組分的加入應(yīng)降低該活化劑的濃度至對(duì)該氧化劑具有活化效果的濃度(Cl)。應(yīng)將該抑制劑組分加入固體沉降層中。該抑制劑組分可以使用上述裝置中的任一種加入，條件是將該抑制劑組分輸送到固體沉降層中。例如，該抑制劑組分可以通過容器的基座或側(cè)壁中的開口供入所述容器中所含絮凝固體的沉降層中。或者可以通過導(dǎo)管(通過所述容器的基座、側(cè)壁、頂部進(jìn)入或者與該容器的組件并排而行)將該抑制劑組分供入該沉降層中。在一些情況下，可能希望通過進(jìn)入所述沉降層的噴霧器將該抑制劑組分供入該沉降層中。在其他情況下，可能希望通過耙將該抑制劑組分供入該沉降層中。
[0063] 該抑制劑組分的合適劑量根據(jù)活化劑組分的濃度(C2)、待處理懸浮液的類型和/或體積、用于處理的抑制劑組分的類型而變化。抑制劑組分的合適劑量可以通過常規(guī)試驗(yàn)測(cè)定。該常規(guī)分析通常包括常規(guī)分光光度技術(shù)。這例如包括原子吸收(AA)或感應(yīng)耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP)。
[0064]抑制劑組分的合適劑量可以為至少0.1ppm或lppm。該劑量通常為至少5ppm,甚至至少1Oppm,例如至少20或30ppm。該劑量甚至可以大于50ppm或?yàn)橹辽?00ppm,例如至少500ppm在一些情況下，該劑量可以為至少1000ppm或2000ppm,例如高達(dá)10，OOOppm (1 % )
或更高。抑制劑的劑量通?？梢愿哌_(dá)3或4%或10%或更高。
[0065]在本發(fā)明的第四方面中，鈍化組分以不提高該氧化劑的活性的濃度(C2)存在于該懸浮液中且該濃度(C2)高于提高該氧化劑的活性的有效濃度或濃度范圍。在這點(diǎn)上，在絮凝的固體顆粒沉降之前以足以將該活化劑組分的濃度降至提高該氧化劑的活性的有效濃度的劑量將該抑制劑組分加入該懸浮液中。該抑制劑組分可以使用上述裝置中的任一種加入懸浮液中，這些裝置在絮凝固體形成沉降層之前將該抑制劑組分輸送到懸浮液中。該類裝置通常可以包括通過該容器壁中的開口的加料，通過導(dǎo)管(通過該容器的側(cè)部進(jìn)入、通過該容器的頂部進(jìn)入和/或與該容器的任何其他組件并排地進(jìn)入)的加料和/或通過設(shè)置在該懸浮液中的噴霧器的加料。
[0066]在本發(fā)明的該方面中，該活化劑組分的濃度和抑制劑的有效劑量可以如本發(fā)明的第三方面所準(zhǔn)確定義。
[0067]在本發(fā)明的第四方面中，將該至少一種氧化劑加入固體沉降層中。該至少一種氧化劑應(yīng)加入固體沉降層中。該至少一種氧化劑可以使用上述裝置中的任一種加入，條件是將該氧化劑輸送到固體沉降層中。例如，該氧化劑可以通過容器的基座或側(cè)壁中的開口供入所述容器中所含絮凝固體的沉降層中?；蛘呖梢酝ㄟ^導(dǎo)管(通過所述容器的基座、側(cè)壁、頂部進(jìn)入或者與該容器的組件并排而行)將該氧化劑供入該沉降層中。在一些情況下，可能希望通過進(jìn)入所述沉降層的噴霧器將該氧化劑供入該沉降層中。在其他情況下，可能希望通過耙將該氧化劑供入該沉降層中。
[0068]按照本發(fā)明的第二方面，在絮凝的固體顆粒沉降之前將該至少一種活化劑組分加入該懸浮液中。因此，在這這個(gè)方面可以將該活化劑組分在絮凝固體沉降時(shí)加入絮凝固體的懸浮液中，例如加入含有絮凝固體的進(jìn)料井中。在這點(diǎn)上，可以在固體形成沉降層之前的任何階段將該至少一種活化劑組分加入這些沉降的絮凝固體中。該活化劑組分可以與絮凝劑同時(shí)、在形成絮凝固體的過程中或形成絮凝固體之后加入。該活化劑組分可以在加入該絮凝劑之前加入。例如，該活化劑組分可以加入與絮凝劑相同的容器中的懸浮液中或者它可以加入輸送固體懸浮液的進(jìn)料管線中。通常而言，該活化劑組分可以在加入該絮凝劑之前不超過10分鐘加入。該活化劑組分通?？梢栽谠撔跄齽┘恿系?-0分鐘，例如5-0分鐘，通常小于2分鐘內(nèi)加入。
[0069]在本發(fā)明的該方面中，可以使用上述裝置中的任一種將該至少一種活化劑組分加入懸浮液中，條件是這些裝置在絮凝固體形成沉降層之前將該活化劑組分輸送到該懸浮液中。該類裝置通?？梢园ㄍㄟ^該容器壁中的開口的加料，通過導(dǎo)管(通過該容器的側(cè)部進(jìn)入、通過該容器的頂部進(jìn)入和/或與該容器的任何其他組件并排地進(jìn)入)的加料和/或通過設(shè)置在該懸浮液中的噴霧器的加料。
[0070]在本發(fā)明的第二方面中，該至少一種活化劑組分理想的是以足以提高該氧化劑的活性的劑量加入?；罨瘎┙M分的準(zhǔn)確劑量取決于特定活化劑組分以及還有特定的氧化劑以及可能的話還有絮凝劑和該懸浮液的類型和劑量而變化。然而，至少一種有用活化劑組分的合適劑量按照上面所規(guī)定的上述劑量。
[0071]在本發(fā)明的第二方面中，至少一種氧化劑應(yīng)加入固體沉降層中。該氧化劑可以使用上述裝置中的任一種加入，條件是將該氧化劑輸送到固體沉降層中。例如，該氧化劑可以通過容器的基座或側(cè)壁中的開口供入所述容器中所含絮凝固體的沉降層中?；蛘呖梢酝ㄟ^導(dǎo)管(通過所述容器的基座、側(cè)壁、頂部進(jìn)入或者與該容器的組件并排而行)將該氧化劑供入該沉降層中。在一些情況下，可能希望通過進(jìn)入所述沉降層的噴霧器將該氧化劑供入該沉降層中。在其他情況下，可能希望通過耙將該氧化劑供入該沉降層中。
[0072]通過使用一種或多種控制劑，我們出乎意料地發(fā)現(xiàn)可以更有效地控制該濃縮顆粒的含水懸浮液的方法。此外，通過使用至少一種氧化劑和一種或多種控制劑的合適組合，可以更一致地控制該濃縮懸浮液的方法。例如，對(duì)于給定的固體含量，可以更一致地實(shí)現(xiàn)屈服應(yīng)力降低。此外，對(duì)于給定的屈服應(yīng)力，該方法能夠更一致地獲得更高固體含量的濃縮懸浮液。本發(fā)明還具有在許多情況下可能傾向于要求更少氧化劑的優(yōu)點(diǎn)。 [0073]因此，在一種優(yōu)選形式中，該試劑體系導(dǎo)致由該有機(jī)絮凝劑的作用形成的固體層的屈服應(yīng)力降低。更優(yōu)選該固體層應(yīng)具有比在相同固體含量下不加入該試劑體系的固體層的屈服應(yīng)力低至少5 %，常常為至少10 %，合適的是至少20 %或至少30 %或甚至至少50 %，在一些情況下高達(dá)70%、80%或90%或更多的屈服應(yīng)力。因此，該試劑體系理想的是導(dǎo)致固化的固體層或床的屈服應(yīng)力降低，它能夠獲得更高固體含量并提高底流的取出。優(yōu)選屈服應(yīng)力的降低比在相同固體含量下不加入該試劑體系的固體層的屈服應(yīng)力低至少50%。更優(yōu)選該屈服應(yīng)力降低為至少60 %或70 %，常常為至少80 %或90 %。
[0074]我們還發(fā)現(xiàn)可以將屈服應(yīng)力降至在相同固體含量下且不加入該試劑體系的尚未絮凝的固體層的屈服應(yīng)力以下。以前通常認(rèn)可的觀點(diǎn)是固體在不存在絮凝下的沉積將實(shí)現(xiàn)最低屈服應(yīng)力。通常相信的是涉及絮凝的方法總是比不存在絮凝劑要導(dǎo)致更高的屈服應(yīng)力，因?yàn)樾跄齽﹥A向于將沉積的固體保持呈傾向于增加屈服應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明引入該試劑體系的方法在實(shí)現(xiàn)該益處上特別有效。
[0075]在該方法的優(yōu)選形式中，絮凝的固體沉降而形成床且水由該懸浮液釋放，其中我們發(fā)現(xiàn)通過本發(fā)明裝置將該試劑體系引入固化的固體床中導(dǎo)致由該懸浮液釋放的水增加。因此，我們發(fā)現(xiàn)釋放的水的該增加也伴隨著固體含量增加。
[0076]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法通過重力沉積而提高懸浮液的濃度。就此而言，所分離固體的固化速率增加。此外，可以顯著改進(jìn)濃縮相，即沉降或沉積固體的流動(dòng)性。
[0077]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將該試劑體系摻入該絮凝方法中在相應(yīng)固體含量下導(dǎo)致更快速的壓實(shí)相和/或降低粘度的固體如沉積物層或床，從而使得可以在不超過實(shí)施該除去方法的設(shè)備可以容忍的最大粘度下獲得更高固體含量。[0078]已知懸浮液中的固體通常在不加入絮凝劑下沉降。該絮凝劑引起固體的橋連絮凝并提高固體沉降而形成床的速率。因此，在常規(guī)重力增稠情形中，通過使用聚合物絮凝劑和任選的促凝劑實(shí)現(xiàn)改進(jìn)速率的自由沉降和初始?jí)簩?shí)。在該方法中，各固體顆粒傾向于聚集在一起而形成具有更有利密度/表面積比的聚集體。這些聚集體可能沉降而形成壓實(shí)床，可以通過向上滲濾進(jìn)一步由該壓實(shí)床中除去水。該床以此方式在延長(zhǎng)的時(shí)間期間內(nèi)逐步提高固體含量，直到達(dá)到該床中的所需固體濃度且可以除去該床中的材料。
[0079]遺憾的是，在常規(guī)方法中絮凝的沉降固體的屈服應(yīng)力通常傾向于顯著高于在沒有該絮凝劑存在下的沉降固體。這傾向于使耙動(dòng)和泵送的除去方法逐步變得更困難。另一方面，在沒有絮凝劑存在下濃縮懸浮液并不實(shí)際，因?yàn)檫@將耗費(fèi)極長(zhǎng)時(shí)間，尤其是在依賴于自由沉積的重力增稠器中。
[0080]在本發(fā)明方法中，我們發(fā)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)更快速的壓實(shí)相。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法由于通過該試劑處理而傾向于導(dǎo)致顯著降低粘度或屈服應(yīng)力的固體層或床。我們尤其發(fā)現(xiàn)屈服應(yīng)力不僅低于在沒有該試劑存在下的等價(jià)方法，而且屈服應(yīng)力可以與在沒有該絮凝劑存在下的沉降固體一樣低或比其低。在一些情況下，我們發(fā)現(xiàn)該方法導(dǎo)致固體層或床具有的屈服應(yīng)力顯著低于在沒有絮凝劑存在下的沉降固體。沉降固體的該出人意料性能有利于固體底流除去的容易性，同時(shí)確保固體的快速沉降。此外，優(yōu)選該方法通過使固化床的固體含量顯著增加到在沒有該試劑存在下設(shè)備所能容忍的固體含量之上而操作。就此而言，該固化床仍可在該設(shè)備的最大屈服應(yīng)力下操作，但其中固體含量顯著高于在沒有該試劑的方法中的床。
[0081]包括沉積床在內(nèi)的固體層的屈服應(yīng)力根據(jù)基質(zhì)而變化。常規(guī)設(shè)備所能容忍的沉積床的最大屈服應(yīng)力通常不超過250Pa。在現(xiàn)有設(shè)備的能力范圍內(nèi)不可能使用常規(guī)方法提高固體含量，因?yàn)榍?yīng)力太高。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用該試劑的本發(fā)明方法將屈服應(yīng)力降低至少5 %，常常為至少10 %，合適的是至少20 %或至少30 %或甚至至少50 %，在一些情況下高達(dá)70%、80%或90%或更高。另一方面，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的層或床的固體含量在不超過該設(shè)備所能容忍的最大屈服應(yīng)力下可以提高至少1%或甚至至少5%，有時(shí)大于10%。在一些情況下可能與通過相同方法但在沒有該試劑存在下獲得的具有相同屈服應(yīng)力的層或床相比將固體含量提高高達(dá)15%、20%、25%或甚至30%或更高。
[0082]可以在可接受的屈服應(yīng)力下實(shí)現(xiàn)的實(shí)際底流固體含量重量百分?jǐn)?shù)明顯取決于懸浮固體的組成和粒度以及還有沉降設(shè)備的壽命和復(fù)雜性而變化。它可以低至約12% (通常為Florida磷酸鹽礦泥)，但通常為約20-50%。
[0083]屈服應(yīng)力通過Brookfield R/S SST Rheometer在25°C的環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫度下使用RHEO V2.7軟件程序以受控剪切速率模型測(cè)量。葉輪錠(50_25葉輪，以3至I容器校準(zhǔn)(vessel sizing))以120個(gè)0.025rpm的等步增加旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生增加剪切速率的漸進(jìn)施加。
[0084]屈服應(yīng)力定義為剪切開始之前的最大剪切應(yīng)力。
[0085]屈服應(yīng)力通過對(duì)剪切速率>0.ll/s的4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的線性回歸并隨后對(duì)剪切速率=O計(jì)算Tau(Pa)軸的截距而計(jì)算。
[0086]本發(fā)明可用于任何固體/液體分離活動(dòng)，其中通過在容器中重力沉積而將固體與懸浮液分離。特別優(yōu)選的方法涉及將該懸浮液在重力增稠器中絮凝。在該方法中，固體形成濃縮固體的壓實(shí)層，后者通常比在沒有該試劑存在下顯著更高。[0087]來(lái)自該方法的第二含水懸浮液可以形成通常由該容器取出的底流。在許多情況下，該第二含水懸浮液形成隨后轉(zhuǎn)移到處置區(qū)的底流。或者可以將該底流轉(zhuǎn)移到另一加工段，如過濾。該另一加工段通常為另一礦物加工段，如有價(jià)值礦物的過濾或進(jìn)一步提取。
[0088]如前所述，本發(fā)明通?？梢詰?yīng)用于涉及在容器中的重力沉積的固體/液體分離方法。因此，該懸浮液可以包含有機(jī)材料，后者例如包括來(lái)自發(fā)酵方法的污泥或多孔材料。該懸浮液還可以是纖維素材料的懸浮液，例如來(lái)自造紙方法的淤泥。優(yōu)選該懸浮液為包含礦物顆粒的含水懸浮液。
[0089]在本發(fā)明的更優(yōu)選方案中，該方法涉及處理來(lái)自開采礦物加工和其他開采廢料的含水懸浮液，例如來(lái)自碳基工業(yè)如煤和焦油砂，包含礦物顆粒，尤其是粘土的懸浮液。因此，在該方法的該優(yōu)選方面中，該含水懸浮液衍生于礦物或能量加工操作和/或尾礦基質(zhì)。能量加工操作優(yōu)選是指其中基質(zhì)涉及可以用作燃料的材料的分離的方法。
[0090]該方法的特別優(yōu)選方面涉及來(lái)自開采和提煉操作的懸浮液，選自鋁土礦、賤金屬、貴金屬、鐵、鎳、煤、礦砂、油砂、陶土、金剛石和鈾。
[0091]優(yōu)選在該懸浮液中的懸浮固體應(yīng)至少90重量％大于0.5微米。懸浮液中的顆粒通常至少90重量％為至少0.75微米，優(yōu)選至少90重量％為至少I或2微米。懸浮顆粒通?？梢跃哂械牧６仁侵辽?0重量％為至多2mm，常常是至少90重量％在0.5微米以上至2mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選的懸浮顆粒至少90重量％為至多Imm或更優(yōu)選至少90重量％至多為750微米，尤其是至少90重量％在I或2微米至I或2毫米之間的范圍內(nèi)。
[0092]懸浮液通常含有至少5重量％懸浮的固體顆粒且可以含有多至30%或更高。優(yōu)選懸浮液含有至少0.25%，更優(yōu)選至少0.5%。懸浮液通常含有1-20重量％懸浮固體。
[0093]有機(jī)聚合物絮凝劑的合適劑量為5-10，000克/噸礦物固體。合適的劑量通常可以根據(jù)特定的材料和材料固體含量而變化。優(yōu)選的劑量為10-3，000克/噸，尤其是10-1000克/噸，而更優(yōu)選的劑量為60-200或400克/噸。
[0094]該聚合物水溶液可以以任何合適的濃度加入。可能希望使用較濃的溶液，例如基于聚合物重量高達(dá)10%或更大。然而，通常希望以更低濃度加入該聚合物溶液以將由該聚合物溶液的高粘度產(chǎn)生的問題最小化并促進(jìn)該聚合物在該懸浮液中的分布。該聚合物溶液可以以相對(duì)稀釋的濃度，例如低至0.01重量％聚合物加入。該聚合物溶液通常以0.05-5重量％聚合物的濃度使用。優(yōu)選該聚合物濃度為0.1 %至2或3%。更優(yōu)選該濃度為0.25%至約I或1.5%。或者可以將該有機(jī)聚合物絮凝劑以干顆粒形式或者作為反相乳液或分散體加入該懸浮液中。干聚合物顆粒溶于該含水懸浮液中，而反相乳液或分散體應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成含水懸浮液,此時(shí)該聚合物將溶解。
[0095]本發(fā)明方法顯示出改進(jìn)的沉積速率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)的沉積速率為2_30m/小時(shí)。此外，我們發(fā)現(xiàn)該方法使得可以從懸浮液中除去大于99重量％的懸浮固體。此外，該方法使得固體沉積濃度與在沒有該試劑存在下操作的常規(guī)方法相比增加超過10重量％。更優(yōu)選與最好的常規(guī)方法相比獲得降低的沉積物屈服應(yīng)力。
[0096]該有機(jī)聚合物絮凝劑可 以包括為陽(yáng)離子性、非離子性、陰離子性或兩性的高分子量聚合物。通常若該聚合物為合成聚合物，則它應(yīng)具有至少4dl/g的特性粘度。然而，優(yōu)選該聚合物具有顯著更高的特性粘度。例如，特性粘度可以高至25或30dl/g或更高。特性粘度通常為至少7dl/g,常常為至少10或12dl/g且可以高到18或20dl/g。[0097]聚合物的特性粘度可以通過基于該聚合物的活性含量制備該聚合物的水溶液(0.5-1重量％ )而測(cè)定。在容量瓶中用50ml緩沖至pH7.0 (每升去離子水使用1.56g磷酸二氫鈉和32.26g磷酸氫二鈉)的2M氯化鈉溶液將2g該0.5_1 %聚合物溶液稀釋到100mL并用去離子水將整個(gè)溶液稀釋至100mL刻度。聚合物的特性粘度使用I號(hào)懸浮等級(jí)粘度計(jì)在25°C下在IM緩沖的鹽溶液中測(cè)量。
[0098]或者，該有機(jī)聚合物絮凝劑可以為天然聚合物或半天然聚合物。典型的天然或半天然聚合物包括多糖。這包括陽(yáng)離子淀粉、陰離子淀粉、兩性淀粉、殼聚糖。
[0099]一類優(yōu)選的聚合物包括例如多糖如淀粉、瓜爾膠或葡聚糖，或半天然聚合物如羧甲基纖維素或羥乙基纖維素。
[0100]一類優(yōu)選的合成聚合物包括聚醚如聚氧化烯。這些通常為在聚合物骨架中具有亞烷氧基重復(fù)單元的聚合物。特別合適的聚氧化烯包括聚氧乙烯和聚氧丙烯。這些聚合物通常具有至少500，000，常常為至少1，000，000的分子量。聚醚的分子量可以高達(dá)15，000，000或20，000，000或更高。
[0101]另一類優(yōu)選的合成聚合物包括乙烯基加聚物。這些聚合物由烯屬不飽和水溶性單體或單體共混物形成。
[0102]該水溶性聚合物可以是呈陽(yáng)離子性、非離子性、兩性或陰離子性。這些聚合物可以由任何合適的水溶性單體形成。水溶性單體通常在25°C下在水中的溶解性為至少5g/100cc。特別優(yōu)選的陰離子聚合物由選自烯屬不飽和羧酸和磺酸單體，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸及其鹽的單體，任選與非離子共聚物單體，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非離子共聚單體組合形成。尤其優(yōu)選的聚合物包括丙烯酸鈉的均聚物、丙烯酰胺的均聚物和丙烯酸鈉與丙烯酰胺的共聚物。
[0103]優(yōu)選的非離子聚合物由選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的烯屬不飽和單體形成。
[0104]優(yōu)選的陽(yáng)離子聚合物由選自如下的烯屬不飽和單體形成:(甲基)丙烯酸二甲氨基乙基酯-甲基氯化物，(DMAEA.MeCl)季化物，氯化二烯丙基二甲基銨(DADMAC)，三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)，任選與非離子性共聚單體，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非離子性共聚單體組合。
[0105]在本發(fā)明中，該聚合物可以通過任何合適的聚合方法形成。聚合物例如可以通過溶液聚合、油包水懸浮聚合或油包水乳液聚合制備成凝膠聚合物。當(dāng)通過溶液聚合制備凝膠聚合物時(shí)，通常將引發(fā)劑引入單體溶液中。
[0106]任選地可以引入熱引發(fā)劑體系。熱引發(fā)劑通常包括在升高的溫度下釋放自由基的任何合適引發(fā)劑化合物，例如偶氮化合物，如偶氮二異丁腈。聚合過程中的溫度應(yīng)升至至少70°C，但優(yōu)選低于95°C?；蛘呔酆峡梢酝ㄟ^任選還使用合適輻射引發(fā)劑的輻照(紫外光、微波能、熱等)進(jìn)行。一旦聚合完全且已經(jīng)使聚合物凝膠充分冷卻，則可以通過首先將該凝膠粉碎成更小的片、干燥成基本脫水的聚合物以及隨后研磨成粉而以標(biāo)準(zhǔn)方式加工該凝膠。
[0107]該類聚合物凝膠可以通過如上所述的合適聚合技術(shù)，例如通過輻照制備?？梢愿鶕?jù)需要將凝膠切成合適尺寸，然后在應(yīng)用時(shí)與作為部分脫水的水溶性聚合物顆粒的材料混
口 ο[0108]聚合物可以通過懸浮聚合作為珠粒生產(chǎn)或者通過油包水乳液聚合作為油包水乳液或分散體生產(chǎn)，例如根據(jù)EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A-126528所定義的方法。
[0109]或者，該水溶性聚合物可以作為在含水介質(zhì)中的分散體提供。這例如可以為至少20微米的聚合物顆粒在含有EP-A-170394中所給平衡劑的含水介質(zhì)中的分散體。這例如還可以包括通過在含有溶解的低IV聚合物如聚氯化二烯丙基二甲基銨和任選例如W0-A-9831749或W0-A-9831748中所給其他溶解的材料如電解質(zhì)和/或多羥基化合物，例如聚烷基二醇的含水介質(zhì)存在下聚合含水單體而制備的聚合物顆粒的水分散體。
[0110]水溶性聚合物的水溶液通常通過將該聚合物溶于水中或者稀釋更濃的聚合物溶液而得到。通常將例如呈粉末或珠粒形式的固體顆粒狀聚合物分散于水中并在攪拌下溶解。這可以使用常規(guī)配制設(shè)備實(shí)現(xiàn)。理想的是該聚合物溶液可以使用BASF提供的Auto JetWet(商標(biāo))制備。或者，該聚合物可以以反相乳液或分散體形式供應(yīng)，后者隨后可以轉(zhuǎn)化到水中。
[0111]下列實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。
[0112]實(shí)施例1
[0113]I)鐵II (活化劑)或過氧化氫(氧化劑)對(duì)絮凝的陶土淤漿的影響
[0114]1.1)對(duì)照
[0115]將0.9L4%w/v pH5 (含去離子水的陶土的自然pH)的陶土置于IL高型燒杯中并使用機(jī)械框式攪拌器在200r pm下攪拌。
[0116]加入5mL由分子量約15，000，000的丙烯酸鈉/丙烯酰胺30/70共聚物構(gòu)成的聚合物的稀溶液(約0.05%，在去離子水中)并繼續(xù)攪拌30秒。停止攪拌并將絮凝的材料靜置I分鐘。
[0117]在I分鐘后通過繼續(xù)攪拌30秒而再懸浮該淤漿。停止攪拌并記錄泥漿線在700mL和500mL刻度之間沉降所需時(shí)間。由該數(shù)字計(jì)算以cm/min計(jì)的沉降速率。
[0118]1.2)僅加入H2O2 (氧化劑)
[0119]將0.9L4% w/v pH5 (含去離子水的陶土的自然pH)的陶土置于IL高型燒杯中并使用機(jī)械框式攪拌器在200rpm下攪拌。
[0120]加入5mL由分子量約15，000，000的丙烯酸鈉/丙烯酰胺30/70共聚物構(gòu)成的聚合物的稀溶液(約0.05%，在去離子水中)并繼續(xù)攪拌30秒。停止攪拌并將絮凝的材料靜置I分鐘。
[0121]在I分鐘后再懸浮該游衆(zhòng),迅速加入0.3mL3體積％過氧化氫(IOppm H2O2進(jìn)入
0.9L淤漿中)并繼續(xù)攪拌30秒。然后停止攪拌并記錄泥漿線在700mL和500mL刻度之間沉降所需時(shí)間。由該數(shù)字計(jì)算以cm/min計(jì)的沉降速率。
[0122]1.3)加入鐵(II)(活化劑)，然后加入H2O2C氧化劑)
[0123]將0.9L4% w/v pH5 (含去離子水的陶土的自然pH)的陶土置于IL高型燒杯中并使用機(jī)械框式攪拌器在200rpm下攪拌。
[0124]加入5mL由分子量約15，000，000的丙烯酸鈉/丙烯酰胺30/70共聚物構(gòu)成的聚合物的稀溶液(約0.05%，在去離子水中)并繼續(xù)攪拌30秒。停止攪拌將絮凝的材料靜置I分鐘。
[0125]在I分鐘后再懸浮該淤漿，加入0.22mL20% w/v硫酸銅溶液(以獲得IOppm溶于整個(gè)淤漿中的鐵(II)金屬離子)并攪拌30秒。此時(shí)迅速加入0.30mL3體積％過氧化氫(IOppm H2O2進(jìn)入0.9L淤漿中)并再繼續(xù)攪拌30秒。然后停止攪拌并記錄泥漿線在700mL和500mL刻度之間沉降所需時(shí)間。由該數(shù)字計(jì)算以cm/min計(jì)的沉降速率。
[0126]1.4)加入H2O2C氧化劑)，然后加入鐵(II)(活化劑)
[0127]將0.9L4% w/v pH5 (含去離子水的陶土的自然pH)的陶土置于IL高型燒杯中并使用機(jī)械框式攪拌器在200rpm下攪拌。
[0128]加入5mL由分子量約15，000, 000的丙烯酸鈉/丙烯酰胺30/70共聚物構(gòu)成的聚合物的稀溶液(約0.05%，在去離子水中)并繼續(xù)攪拌30秒。停止攪拌并將絮凝的材料靜置I分鐘。
[0129]在I分鐘后再懸浮該淤漿，加入0.30mL3體積％過氧化氫(IOppm H2O2進(jìn)入0.9L淤漿中)并攪拌30秒。此時(shí)迅速加入0.22mL20% w/v硫酸銅溶液(以獲得IOppm溶于整個(gè)淤漿中的鐵(II)金屬離子)并再繼續(xù)攪拌30秒。然后停止攪拌并記錄泥漿線在700mL和500mL刻度之間沉降所需時(shí)間。由該數(shù)字計(jì)算以cm/min計(jì)的沉降速率。
[0130]
【權(quán)利要求】
1.一種濃縮固體顆粒在含水介質(zhì)中的懸浮液的方法，包括向所述懸浮液中引入至少一種有機(jī)聚合物絮凝劑并加入一種試劑體系， 其中所述懸浮液中的固體顆粒通過所述至少一種有機(jī)聚合物絮凝劑的作用絮凝并且如此形成的絮凝固體顆粒沉降而形成在所述含水介質(zhì)中的固體沉降層， 其中所述試劑體系包含: i)至少一種氧化劑； ?)至少一種控制劑； 其中所述至少一種控制劑由iia)至少一種活化劑組分和/或iib)至少一種抑制劑組分構(gòu)成，其中所述至少一種活化劑組分提高所述氧化劑的活性且所述抑制劑組分降低所述活化劑組分的濃度， 其中 1)在所述絮凝固體顆粒沉降之前以低于有損沉降速率的劑量的劑量將所述至少一種氧化劑加入所述懸浮液中并將所述至少一種活化劑組分加入固體沉降層中；或者 2)在所述絮凝固體顆粒沉降之前將所述至少一種活化劑組分加入所述懸浮液中并將所述至少一種氧化劑加入固體沉降層中；或者 3)在所述絮凝固體顆粒沉降之前以低于有損沉降速率的劑量的劑量將所述至少一種氧化劑加入所述懸浮液中 ；所述至少一種活化劑組分以不提高所述氧化劑的活性的濃度(C2)存在于懸浮液中且所述濃度(C2)高于提高所述氧化劑的活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍；并且將所述至少一種抑制劑組分以足以將所述活化劑組分的濃度降低至有效濃度或濃度(Cl)的范圍內(nèi)的劑量加入所述固體沉降層中；或者 4)所述至少一種活化劑組分以不提高所述氧化劑的活性的濃度(C2)存在于懸浮液中且所述濃度(C2)高于提高所述氧化劑的活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍；并且在所述絮凝固體顆粒沉降之前以足以將所述活化劑組分的濃度降低至有效濃度或濃度(Cl)的范圍內(nèi)的劑量將所述至少一種抑制劑組分加入所述懸浮液中；以及將所述至少一種氧化劑加入所述固體沉降層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化劑選自高氯酸鹽、次氯酸鹽、過溴酸鹽、次溴酸鹽、高碘酸鹽、次碘酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽、過硫酸鹽、過乙酸鹽、臭氧和過氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述氧化劑為臭氧水或過氧化氫。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述至少一種控制劑的所述活化劑組分選自鐵(II)離子(Fe2+)、鐵(III)離子(Fe3+)、鐵(IV)離子(Fe4+)和銅(II)離子(Cu2+)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述至少一種控制劑的所述抑制劑組分選自如下中的至少一種: a)自由基粹滅劑， b)多價(jià)螯合劑；和 c)促進(jìn)次要以及鈍化的(配合物)物質(zhì)形成的金屬鹽。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中選擇所加入的所述至少一種氧化劑和所述至少一種控制劑的相應(yīng)劑量以對(duì)所需固體含量提供懸浮于所述含水介質(zhì)中的固體層的屈服應(yīng)力的所需降低。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中選擇所加入的所述至少一種氧化劑和所述至少一種控制劑的相應(yīng)劑量以對(duì)所需屈服應(yīng)力提供懸浮于所述含水介質(zhì)中的固體層的固體含量的所需提高。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其為在沉積容器，優(yōu)選重力增稠器中進(jìn)行的沉積方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述容器包括所述絮凝固體的懸浮液在其中形成且在其內(nèi)所述絮凝固體開始沉降的進(jìn)料井。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中將所述至少一種氧化劑或所述至少一種控制劑引入在所述進(jìn)料井中沉降的所述絮凝固體中。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中懸浮于所述含水介質(zhì)中的固所述體層形成底流，然后將所述底流轉(zhuǎn)移至處置區(qū)或礦物加工操作。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求 中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體顆粒懸浮液包含礦物顆粒。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體顆粒懸浮液衍生于礦物或能量加工操作和/或尾礦基質(zhì)且選自鋁土礦、賤金屬、貴金屬、含鐵固體、含鎳固體、煤尾礦、礦砂、油砂、陶土、金剛石和含鈾固體。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述有機(jī)聚合物絮凝劑為特性粘度至少4dl/g的合成非離子或陰離子聚合物或?yàn)樘烊痪酆衔铩?br> 15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述有機(jī)聚合物絮凝劑選自丙烯酸鈉的均聚物、丙烯酰胺的均聚物以及丙烯酰胺和丙烯酸鈉的共聚物。
【文檔編號(hào)】C02F1/56GK103906711SQ201280052664
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】A·博格, S·阿德金斯, S·赫斯 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司