本發(fā)明涉及用于提高礦物漿料脫水的組合物、方法和裝置。采礦作業(yè)通常涉及用水或浸出溶液(水中的化學(xué)品)對礦石進(jìn)行研磨和制漿，然后經(jīng)歷一系列過程以獲得更純形式的礦物。礦物加工中一個重要的常常是最終的步驟是從過程漿料中除去水，產(chǎn)生固體“干”形式的最終塊狀物(礦物或尾礦)。添加脫水助劑的脫水過程如過濾常常用于從礦物漿料中除去水。脫水助劑通常是在臨過濾之前添加到礦物漿料中(或者在一些情況下添加到在經(jīng)過濾的礦物漿料餅之上添加的洗滌水中)的目的在于幫助降低經(jīng)過濾固體的最終含水量的化學(xué)添加劑。礦物固體的含水量降低可導(dǎo)致更高的礦物產(chǎn)品品質(zhì)、更高的過濾和礦物運(yùn)輸通量以及浸出溶液或水的更多回收。因此，對改善可以用于礦物加工應(yīng)用的脫水助劑的范圍和性能的方法具有明確的需求和應(yīng)用。

除非本身具體地指定，否則該部分中描述的技術(shù)并不旨在承認(rèn)本文所提及的任何專利、公開或其他信息是關(guān)于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。此外，該部分不應(yīng)理解為意指已進(jìn)行了檢索或者不存在37 C.F.R.§1.56(a)中所限定的其他有關(guān)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足上述長期存在但未解決的需求，本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案涉及增強(qiáng)礦物脫水的方法。所述方法包括向漿料中或者向添加到所述漿料的洗滌水中添加至少一種R-琥珀酸化合物的步驟。

R-琥珀酸化合物可為選自以下的一項(xiàng)：十八碳烯基琥珀酸、十六碳烯基琥珀酸、十二碳烯基琥珀酸及其任意組合。組合物還可包含堿。組合物作為脫水劑可比類似組合物更有效，所述類似組合物包含與組合物中R-琥珀酸化合物的摩爾量相比類似或更大的摩爾量的磺基琥珀酸二辛酯、脂肪酸或其任意組合?？上虻V物加工操作的過濾階段上游的礦物漿料中添加組合物?？上蛱砑拥綕{料中或在過濾過程中使用的洗滌流體中添加組合物。R-琥珀酸化合物可在漿料或洗滌流體中原位形成。R-琥珀酸化合物可由添加到漿料或洗滌流體中的酸酐形成。

本文中描述了另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，所述另外的特征和優(yōu)點(diǎn)通過以下的詳細(xì)說明將變得明顯。

附圖說明

下文中具體參照附圖對本發(fā)明的詳細(xì)說明進(jìn)行了描述，其中：

圖1是本發(fā)明在礦物加工過程的過濾階段中的應(yīng)用的圖示，其示出了添加脫水助劑(DWA)的選擇。

圖2是合成具體“R-琥珀酸化合物”(其中R＝C12鏈烯基)的圖示。

圖3是合成多種形式的具體“R-琥珀酸化合物”(其中R＝C12鏈烯基)的圖示。

出于本公開內(nèi)容的目的，除非另有說明，否則附圖中相同的附圖標(biāo)記應(yīng)當(dāng)指相同的特征。附圖僅是本發(fā)明原理的例示，并且不旨在將本發(fā)明限制于所示的特定實(shí)施方案。

具體實(shí)施方式

定義

提供以下定義以確定應(yīng)如何解釋本申請中所使用的，并且特別是權(quán)利要求中所使用的術(shù)語。定義的結(jié)構(gòu)僅是為了方便起見，而不旨在將任何定義限制于任何特定類別。

“R-琥珀酸化合物”意指其結(jié)構(gòu)符合式1、式2的一般結(jié)構(gòu)的任何一種或更多種分子(包括但不限于十八碳烯基琥珀酸、十六碳烯基琥珀酸和/或十二碳烯基琥珀酸)，其共軛酸堿，及其任意組合，其中式1和式2為：

其中R和R’是獨(dú)立的、不同的，并且代表包含1至30個碳原子的烷基、烯基或芳族烴基。

“十八碳烯基琥珀酸”意指具有如下一般結(jié)構(gòu)的分子及其酸-堿綴合物：

“十六碳烯基琥珀酸”意指具有如下一般結(jié)構(gòu)的分子及其酸-堿綴合物：

“十二碳烯基琥珀酸”意指具有如下一般結(jié)構(gòu)的分子及其酸-堿綴合物：

“基本上由...組成”意指方法和組合物可包括另外的步驟、組分、成分等，但前提是另外的步驟、組分和/或成分不實(shí)質(zhì)上改變所要求保護(hù)的方法和組合物的基本特征和新特征。

“脫水”意指除去經(jīng)歷礦物加工應(yīng)用的含水礦漿、礦泥或礦物漿料所吸收或含有的水，脫水可出于許多原因進(jìn)行，包括但不限于使得能夠進(jìn)行礦石處理、易于運(yùn)輸、便于進(jìn)一步加工、和/或處理脈石，脫水至少部分地通過包括但不限于以下的一種或更多種的項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)：脫水篩、真空處理、抽吸、沉降、過濾和熱干燥，以及一般在Daniel Flynn，McGraw Hill(2009)的The Nalco Water Handbook(第3版)中，并且特別地在第26.1至26.20頁中描述的任何方法/裝置。

“過濾器”意指構(gòu)造并布置成從通過其的液體中除去懸浮物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，過濾器和過濾的更詳細(xì)描述一般在Daniel Flynn，McGraw Hill(2009)的The Nalco Water Handbook(第3版)中，并且特別地在第6.1至8.30頁中進(jìn)行了描述。

“濾餅”意指保留在過濾器上的積累的固體物質(zhì)，其在過濾過程中增多并隨著更多的顆粒物質(zhì)被保留而變得更厚，隨著層厚度的增加，濾餅的流動阻力增大，并且如果不很快除去，最終厚的濾餅可以使過濾中斷，原因是濾餅的流動阻力變得太高，使得正在過濾的漿料中過少的液體可以通過濾餅并且使過濾器堵塞。

“礦物加工應(yīng)用”意指這樣的過程，其步驟包括從巖石、礦石或礦石衍生物中分離一種或更多種商業(yè)上有價值的礦物，所述礦物加工應(yīng)用包括但不限于用于加工具有以下物質(zhì)作為成分的材料的操作：金屬礦物、非金屬礦物、鋅、錫、鋁、長石、煤、鐵、銅、金、銀、稀土金屬、金剛石、硫、貴金屬、含鐵礦物、鈷、鎳、金屬硫化物、金屬氧化物、鋰、鉛、鉬、鎘、鈷、硫化物、氧化物、黃鐵礦、水合物、鉻、錳、石灰、鈣、碳酸鹽、固體、硅酸鹽、網(wǎng)硅酸鹽、頁硅酸鹽、鏈硅酸鹽、環(huán)硅酸鹽、儔硅酸鹽、正硅酸鹽、島硅酸鹽、非硅酸鹽、硝酸鹽、自然元素礦物、硫化物、氧化物、鹵化物、硫酸鹽、石膏、方解石、磷酸鹽、有機(jī)礦物，及其任意組合和/或B.A.Wills的Wills’Mineral ProcessingTechnology：An Introductionto the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery，(第7版)，Elsevier Ltd，(2006)的“引申意義”中描述的另外的代表性礦物和/或過程。

“膜”意指通過其可發(fā)生傳質(zhì)的橫向尺寸遠(yuǎn)大于其厚度的結(jié)構(gòu)，膜可用于過濾液體。

“分離”和“分離方法”意指這樣的傳質(zhì)過程：將物質(zhì)的混合物轉(zhuǎn)變成兩種或更多種不同的產(chǎn)物混合物，所述兩種或更多種不同的產(chǎn)物混合物中的至少一種富含混合物成分中的一種或更多種，其包括但不限于這樣的過程：吸附、離心、旋風(fēng)分離、基于密度的分離、色譜法、結(jié)晶、傾析、蒸餾、干燥、電泳、淘析、蒸發(fā)、萃取、浸出萃取、液-液萃取、固相萃取、浮選、溶氣浮選、泡沫浮選、絮凝、過濾、篩網(wǎng)過濾、膜過濾、微濾、超濾、納濾、反滲透、分餾、分級冷凍、磁性分離、沉淀、重結(jié)晶、沉降、重力分離、篩分、汽提、升華、氣-液分離、風(fēng)選、區(qū)域精制及其任意組合。

“漿料”意指包含其中分散有或懸浮有細(xì)微固體的液體介質(zhì)的混合物，所述液體介質(zhì)可以完全是水，部分是水，或者可根本不包含任何水。

“表面活性劑”為包括陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑的廣義術(shù)語。Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，第三版，卷8，第900至912頁和McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents中陳述了表面活性劑的詳細(xì)說明，兩者均通過引用并入本文。

“增稠器”或“沉淀器”意指用于實(shí)現(xiàn)漿料的固-液分離的容器，常常需要添加絮凝劑，所述容器被構(gòu)造并布置成接收漿料，保留漿料持續(xù)足以允許漿料的固體部分離開漿料的更多液體的部分(溢流)向下沉降(底流)的一段時間，傾析出溢流并移除底流。通常使增稠器底流和增稠器溢流經(jīng)過過濾器以進(jìn)一步分離固體與液體。

“水溶性”意指在25℃下可溶于水至按重量計(jì)至少3％的材料。

如果上述定義或本申請其他地方所提及的說明與通常使用的含義、詞典中的含義或在通過引用并入本申請的資料中所述的含義(明示或暗示)不一致，那么本申請并且特別是權(quán)利要求中的術(shù)語應(yīng)被理解為根據(jù)本申請的定義或說明來解釋，而不是根據(jù)常用的定義、詞典的定義或通過引用并入的定義來解釋。鑒于上述內(nèi)容，如果術(shù)語僅可以按照詞典的解釋來理解，如果術(shù)語在Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第5版，(2005)，(Wiley，John&Sons，Inc.出版)中有定義，則該定義在權(quán)利要求中的定義以上述定義為準(zhǔn)。所有示例的化學(xué)結(jié)構(gòu)還包括所有可能的立體異構(gòu)體替代物。

實(shí)施方案

本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案涉及向礦物加工應(yīng)用的脫水階段中添加脫水組合物。所述組合物包含至少一種R-琥珀酸化合物。R-琥珀酸化合物可為選自以下的一種物質(zhì)：十八碳烯基琥珀酸、十六碳烯基琥珀酸、十二碳烯基琥珀酸及其任意組合。以下參考文獻(xiàn)中描述了礦物加工應(yīng)用的一些代表性實(shí)例及其細(xì)節(jié)：Dictionary of Mining，Mineral，and RelatedTerms，American Geological Institute，第2版(1997年6月)；Raymond L.Lowrie的SME Mining Reference Handbook，Society for Mining Metallurgy and Exploration，(2002)；HowardL.Hartman的IntroductoryMining Engineering，John Wiley&Sons，(2002)；以及Thomas F.Torries的Evaluating Mineral Projects：Applications and Misconceptions，Society for Mining Metallurgy and Exploration，(1998)。脫水階段可以在其中描述的多個加工階段的任一個、一些或所有階段之前、期間和/或之后發(fā)生。

如圖1所示，在至少一個實(shí)施方案中，在分離之前、期間和/或之后，將洗滌流體添加到漿料中。洗滌流體可包含水和/或可基本上由水組成。組合物可添加到洗滌流體中，可與洗滌流體一起添加到漿料中，可在洗滌流體之前添加到漿料中，可在洗滌流體之后添加到漿料中，及其任意組合。

該組合物的效力是相當(dāng)出乎意料的。如參考文獻(xiàn)如美國專利5,011,612、5,454,329和5,167,831，美國公開專利申請2012/0288438 A1和歐洲專利文獻(xiàn)EP0417360B1、EP0672620B1、EP1406711B1、EP0460811A1、EP0286034A1中所述，已知脂肪酸(例如油酸)和磺基琥珀酸烷基酯化合物(例如，磺基琥珀酸二辛酯)是有效的脫水劑。然而，該組合物的效力與先前的預(yù)期形成對照。在現(xiàn)有技術(shù)的組合物中，推定需要強(qiáng)羧酸以抓獲水分子并且脂肪區(qū)域用于處理酸所面臨的空間和親脂性障礙。相比之下，開環(huán)結(jié)構(gòu)并且特別是兩個映像羧基的存在產(chǎn)生了總pKa低于現(xiàn)有技術(shù)的那些但是比現(xiàn)有技術(shù)更有效的酸。此外，由于其較低的pKa，與現(xiàn)有技術(shù)的脂肪酸脫水劑相比，R-琥珀酸化合物具有更少的不期望的下游反應(yīng)。在至少一個實(shí)施方案中，組合物包含pKa低于磺基琥珀酸二辛酯和/或油酸但是作為脫水劑更有效的R-琥珀酸化合物。

不受本發(fā)明的特定理論或設(shè)計(jì)或者在解釋權(quán)利要求書時提供的范圍的特定理論或設(shè)計(jì)的限制，認(rèn)為R-琥珀酸化合物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)是引起出乎意料有效的脫水效果的原因。R-琥珀酸化合物包含含有羰基和氫氧化物基團(tuán)的開環(huán)，其獨(dú)特的電荷分布可能夠更有效地“抓”和“附著”到礦物表面，從而用來替代原本仍通過氫結(jié)合至表面的水分子。因此，環(huán)結(jié)構(gòu)和酸位點(diǎn)的“雙頭”性質(zhì)比更低pKa所預(yù)期的更好地起作用。

在至少一個實(shí)施方案中，組合物還包含開環(huán)劑。在某些化學(xué)條件下，在R-琥珀酸化合物的開環(huán)可因氫氧化物基團(tuán)之間形成酸酐鍵而閉合。開環(huán)劑用于防止這樣的環(huán)閉合。在至少一個實(shí)施方案中，開環(huán)劑是堿。所述堿可選自：氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氨、氫氧化銨、有機(jī)堿(包括但不限于三乙胺)及其任意組合。開環(huán)劑可為催化劑和/或可為反應(yīng)性組合物。在至少一個實(shí)施方案中，組合物包含處于開環(huán)和閉環(huán)平衡狀態(tài)的R-琥珀酸化合物，并且開環(huán)劑有利地使平衡移動以有利于開環(huán)構(gòu)型。在至少一個實(shí)施方案中，如果過量的話，開環(huán)劑將水解環(huán)的至少一部分，并且開環(huán)劑的用量足以有利地使平衡移動以有利于開環(huán)構(gòu)型但基本上不水解環(huán)的任何部分。

在至少一個實(shí)施方案中，R-琥珀酸化合物通過打開R-琥珀酸酐化合物的環(huán)形成。例如，如圖2所示，十二碳烯基琥珀酸酐(其是任何C1-C100琥珀酸酐的代表)可以用于制備R-琥珀酸化合物。R-琥珀酸化合物可由于堿驅(qū)動反應(yīng)而形成。

在至少一個實(shí)施方案中，R-琥珀酸化合物以酸酐形式儲存并且在臨將其引入到漿料或洗滌流體中之前或者與此同時使其環(huán)打開。

在至少一個實(shí)施方案中，組合物減少了從漿料中除去相同量的水所需的洗滌流體的量。

在至少一個實(shí)施方案中，組合物減少了進(jìn)一步干燥固體所需的能量的量。

在至少一個實(shí)施方案中，相對于使用現(xiàn)有技術(shù)的脫水劑，需要較低用量的組合物(和/或R-琥珀酸化合物)以從漿料中除去相同量的水。

在至少一個實(shí)施方案中，組合物減少了由漿料經(jīng)受的分離方法產(chǎn)生的濾餅中殘留的水的量。

在至少一個實(shí)施方案中，R-琥珀酸化合物的酸式鹽也可通過將堿添加到酸或酸酐中來制備。所形成的酸式鹽的抗衡離子將取決于所使用的堿。如圖3所示，使用氫氧化鈉得到Na+鹽，但是也可形成鉀、鋰、銨或任何其他各自離子的鹽。

在至少一個實(shí)施方案中，R-琥珀酸化合物是以下形式：酸酐形式、酸形式、酸式鹽形式及其任意組合。

在至少一個實(shí)施方案中，礦物加工應(yīng)用不包括包括加工鋁的方法。在至少一個實(shí)施方案中，礦物加工應(yīng)用不包括拜耳法(Bayer Process)的一些或所有步驟。

實(shí)施例

參照以下實(shí)施例可更好地理解上述內(nèi)容，示出所述實(shí)施例的目的在于舉例說明，而非限制本發(fā)明的范圍。特別地，所述實(shí)施例示出了本發(fā)明固有原理的代表性實(shí)施例并且這些原理不嚴(yán)格限于這些實(shí)施例中記載的具體條件。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明涵蓋本文所述實(shí)施例的各種改變和修改，并且這樣的改變和修改可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍且不減少其預(yù)期優(yōu)點(diǎn)的情況下做出。因此，這樣的改變和修改旨在包括在所附的權(quán)利要求中。

制備了多種制劑以模擬本發(fā)明組合物的脫水效力。表1總結(jié)了所述制劑。

表1

樣品經(jīng)歷的測試工序如下：

鋰礦物漿料

獲得來自運(yùn)行的鋰礦物加工設(shè)備的過濾器進(jìn)料漿料并將其用于測試。在準(zhǔn)備測試時，首先過濾該漿料。收集濾液并將濾餅在室溫下風(fēng)干。將濾液(25g)和過程濾餅(25g)添加到100mL聚碳酸酯瓶中以制備已知濃度的漿料。制備去離子水中濃度為1％和2％的脫水助劑測試溶液。制劑C以未稀釋的純的形式應(yīng)用。

將已知體積的脫水助劑測試溶液添加到鋰漿料樣品中并充分混合。然后將漿料倒入布氏漏斗(70mm直徑，Whatman粗濾紙)中并使其靜置20秒，然后施加真空20秒。然后對濾餅取樣，并且通過于110℃下在烘箱中干燥用重量分析法測定含水量。

磁鐵礦產(chǎn)物漿料

獲得來自運(yùn)行的磁鐵礦礦物加工設(shè)備的過濾器進(jìn)料漿料并將其用于測試。在準(zhǔn)備測試時，首先過濾該漿料。收集濾液并將濾餅在室溫下風(fēng)干。將濾液(17g)和磁鐵礦濾餅(33g)添加到100mL聚碳酸酯瓶中以制備已知濃度的漿料。制備去離子水中濃度為1％和2％的脫水助劑測試溶液。

將已知體積的脫水助劑測試溶液添加到磁鐵礦漿料樣品中并充分混合。然后將漿料倒入布氏漏斗(70mm直徑，Whatman粗濾紙)中并使其靜置20秒，然后施加真空20秒。然后對濾餅取樣，并且通過于110℃下在烘箱中干燥用重量分析法測定含水量。

銅產(chǎn)物漿料

獲得來自運(yùn)行的銅礦物加工設(shè)備的過濾器進(jìn)料漿料并將其用于測試。在準(zhǔn)備測試時，首先過濾該漿料。收集濾液并將濾餅在室溫下風(fēng)干。將濾液(15g)和銅濾餅(35g)添加到100mL聚碳酸酯瓶中以制備已知濃度的漿料。

將已知體積的純的形式的脫水助劑添加到銅漿料樣品中并充分混合。然后將漿料倒入布氏漏斗(70mm直徑，Whatman粗濾紙)中并使其靜置20秒，然后施加真空70秒。然后對濾餅取樣，并且通過于110℃下在烘箱中干燥用重量分析法測定含水量。

測試結(jié)果如下：

脫水助劑測試

表2：制劑對鋰產(chǎn)物漿料脫水的影響

表3：HDSA制劑對磁鐵礦產(chǎn)物漿料脫水的影響

表4：烯基琥珀酸酐對銅產(chǎn)物漿料脫水的影響

在所有測試中，用烯基琥珀酸或酸酐處理的濾餅中的水分減少相當(dāng)大。

雖然本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，但是本文中詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施方案。本公開內(nèi)容是本發(fā)明原理的示例，并且不旨在將本發(fā)明限制于所舉例說明的特定實(shí)施方案。本文所提及的所有專利、專利申請、科學(xué)論文和任何其他參考資料均通過引用整體并入。此外，本發(fā)明涵蓋本文所提及的、本文所述的和/或并入本文的多個實(shí)施方案中的一些或全部的任何可能組合。此外，本發(fā)明還涵蓋明確地排除本文所提及的、本文所述的和/或并入本文的多個實(shí)施方案中的任何一個或一些的任何可能組合。

上述公開內(nèi)容旨在說明而非窮舉。本說明書向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員建議了多種變型和替代方案。所有的這些替代方案和變型旨在包括于權(quán)利要求的范圍內(nèi)，其中術(shù)語“包含”意指“包括但不限于”。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到本文所述的具體實(shí)施方案的其他等同方案，這些等同方案也旨在涵蓋在權(quán)利要求中。

本文公開的所有范圍和參數(shù)應(yīng)理解為涵蓋其中所包括的任何和所有子范圍以及在端點(diǎn)之間的每個數(shù)字。例如，指定范圍“1至10”應(yīng)被認(rèn)為包括最小值1和最大值10之間的任何和所有子范圍(并且包括最小值1和最大值10)；即，以最小值1或更大開始(例如，1至6.1)并且以最大值10或更小結(jié)束(例如，2.3至9.4、3至8、4至7)的所有子范圍，并且最終每個數(shù)字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10包括在該范圍中。除非另外指出，否則本文中所有百分比、比率和比例是按重量計(jì)的。

這完成了對本發(fā)明的優(yōu)選和替代實(shí)施方案的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到本文所述的具體實(shí)施方案的其他等同方案，這些等同方案也旨在涵蓋在本文所附的權(quán)利要求中。