ОБРАБОТКА МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК C02F11/14 C01F7/06 B09B3/00 

Настоящее изобретение относится к обработке минерального материала, в частности отходов процесса извлечения оксида алюминия по методу фирмы Bayer, включая обработку красных шламовых отходов, с целью сделать их более легко размещаемыми.

Результатом проведения процессов обработки руд для извлечения из них ценных минералов обычно являются отходы. Часто отходы представляют собой густую водную суспензию или шлам, включающий частицы минерального материала, например глины, песок, мелкие твердые частицы, оксиды металлов и т.д. Перед размещением на соответствующем участке из сбрасываемых в отход густых суспензий или шламов необходимо удалить воду.

В некоторых случаях материал отходов, таких, как отходы обогащения минералов, можно успешно размещать в шахте в виде обратной засыпки. Обычно направляемые на обратную засыпку отходы в качестве значительной доли включают грубые частицы, частицы большого размера, совместно с другими частицами, меньших размеров; густую суспензию закачивают в шахту, где предоставляют ей возможность для обезвоживания, оставляя твердые частицы отстоя на месте. Для содействия такому процессу в обычной практике прибегают к использованию флокулянтов.

В других случаях размещение отходов в шахтном стволе или шахте оказывается невозможным. В этих случаях направляемый в отход материал можно транспортировать к отстойным бассейнам, отвалам или штабелям. Существует серьезная обеспокоенность по поводу нагрузки на окружающую среду, необходимость свести к минимуму потребность в новых участках земли, предназначенных для размещения отходов, и более эффективно использовать существующие зоны размещения отходов. Один путь состоит в размещении отходов на участке в виде множества слоев с образованием таким образом более высоких штабелей отходов. Однако при этом возникают затруднения с гарантией того, что материал отходов, который способен растекаться по поверхности ранее затвердевших отходов, останется в пределах приемлемых границ и затвердеет с образованием штабеля, и отходы станут достаточно плотными для поддержания множества слоев затвердевшего материала без риска разрушения или обрушения. Таким образом, требования при размещении материала отходов, обладающего характеристиками нужного типа для штабелирования, в целом отличны от требований, предъявляемых к материалам для других вариантов размещения, таких, как обратная засыпка.

В процессе извлечения оксида алюминия из боксита по методу фирмы Bayer боксит обрабатывают в водном щелочном растворе с получением алюмината натрия, который отделяют от нерастворимого остатка. Этот остаток состоит главным образом из частиц оксида трехвалентного железа и известен как красный шламовый отход.

Красный шламовый отход промывают на нескольких последовательных стадиях промывки, на которых этот красный шламовый отход вводят в контакт с промывочной жидкостью, а затем флокулируют добавлением флокулянта. Далее отстоявшуюся жидкость обрабатывают для выделения алюмината. После заключительной стадии промывки суспензию красного шламового отхода насколько возможно загущают, а затем размещают как отход. Загущение в контексте настоящего описания означает, что в красном шламовом отходе повышают содержание твердых частиц. Конечная обработка сгущенного материала может включать только отстаивание флокулированной густой суспензии или иногда включает стадию фильтрования. По другому варианту или дополнительно шламовый отход можно подвергать длительному отстаиванию в отстойном бассейне.

Шламовый отход можно размещать и/или подвергать дальнейшей сушке для последующего размещения в зоне штабелирования шламового отхода. Для того чтобы шламовый отход был пригоден для штабелирования, он должен обладать высоким содержанием твердых частиц и, когда его штабелируют, не должен растекаться, а должен быть относительно твердым в такой степени, чтобы угол наклона штабелируемого слоя был настолько большим, насколько это возможно, благодаря чему штабель при данном объеме занимал минимально возможную площадь. Требование высокого содержания твердых частиц противоречит потребности в том, чтобы материал оставался способным к перекачиванию как текучая среда, вследствие чего даже несмотря на возможность приготовления шламового отхода, обладающего высоким содержанием твердых частиц, необходимым для штабелирования, благодаря этому шламовый отход может стать непригодным для перекачивания.

В ЕР-А 388108 описаны добавление абсорбирующего воду нерастворимого в воде полимера в материал, включающий водную жидкость с диспергированными твердыми частицами, такой, как красный шламовый отход, перед перекачиванием, а затем перекачивание этого материала, после чего материал оставляют стоять с последующим предоставлением ему возможности затвердевать и становиться пригодным для штабелирования твердым материалом. Полимер поглощает водную жидкость шлама, что содействует связыванию твердых частиц и, следовательно, затвердеванию материала. Однако этому способу свойственен недостаток, состоящий в том, что для достижения соответствующего затвердевания необходим высокий расход абсорбентного полимера. Для получения достаточно затвердевшего материала часто необходимо применение полимера с высоким расходом, составляющим от 10 до 20 кг/т шламового отхода. Хотя применение способного набухать в воде абсорбентного полимера для затвердевания материала может, по-видимому, привести к очевидному повышению содержания твердых частиц, водная жидкость фактически удерживается в этом абсорбентном полимере. Это составляет недостаток, заключающийся в том, что поскольку водная жидкость из затвердевшего материала фактически не удаляется, в дальнейшем в определенных условиях водная жидкость могла бы десорбироваться, что могло бы создать опасность повторной флюидизации материала отхода с неизбежным риском дестабилизации штабеля.

Таким образом, существует потребность в разработке способа, осуществление которого позволило бы с большими эффективностью и удобством так же легко, как текучую среду, перекачивать материал, который при стоянии затвердевает в виде пригодного для штабелирования твердого отхода. Существует также потребность в достижении этого эффекта за счет существенного уменьшения количества водной жидкости, содержащейся в материале.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ, в котором материал, включающий водную жидкость с диспергированными твердыми частицами, перекачивают как текучую среду, а затем оставляют стоять и затвердевать, причем затвердевание улучшают при одновременном сохранении способности материала к перекачиванию путем совмещения полимерных частиц с материалом во время или перед перекачиванием этого материала, где полимерные частицы включают водорастворимый полимер, который обладает характеристической вязкостью по меньшей мере 3 дл/г.

Добавление полимерных частиц, представляющих собой водорастворимый полимер, в материал позволяет материалу сохранить свою текучесть и способность легко перекачиваться, но образовывать при стоянии твердую массу, которая обладает достаточной прочностью для поддержания последующих слоев затвердевшего материала. Было установлено, что присутствие водорастворимых полимеров, применяемых в форме частиц, действительно позволяет материалу оставаться текучим и способным перекачиваться во время стадии перекачивания, но при стоянии приводит к быстрой потере текучести и затвердеванию. Более того, целевым результатом этой обработки является выделение из материала при стоянии водной жидкости. Очевидно, что следствием обработки таким порошкообразным водорастворимым полимером материала является постепенное повышение вязкости, но не настолько значительное, чтобы предотвратить возможность перекачивания материала. Установлено также, что добавление водорастворимого полимера не приводит к немедленному обезвоживанию материала до его доставки к месту размещения, которое могло бы вызвать закупорку трубопровода.

Приемлемый расход полимера находится в интервале от 10 до 10000 г/т твердых частиц материала. В общем соответствующий расход можно варьировать в зависимости от конкретных материала и содержания в нем твердых частиц. Предпочтительный расход находится в интервале от 100 до 3000 г/т.

Способ по изобретению приемлем для обработки материала, в котором диспергированные твердые частицы характеризуются очень малым размером, в частности когда размер практически всех частиц составляет меньше 100 мкм, и даже материалов, размер практически всех частиц которого составляет меньше 50 мкм. Особенно важно, когда размер по меньшей мере 90% частиц равен меньше 20 мкм, преимущественно когда невозможно легко или экономически эффективно уменьшить долю жидкости в потоке отходов.

Обычно частицы материала являются неорганическими и/или, как правило, минеральными. Хотя предлагаемый способ может быть эффективным в отношении других материалов, которые необходимо перекачивать, а затем штабелировать, преимущественно материалов, из которых состоят фильтровальные пироги, отходы обогащения, сгущенные продукты концентраторов или потоки несгущенных заводских отходов, например другие минеральные отходы обогащения или хвосты флотации, включая хвосты флотации фосфатных, алмазных, золотоносных руд, хвосты флотации при переработке медных, серебряных, урановых руд, при обогащении угля или железной руды, основное применение он находит при заключительной обработке материала концентратора или со стадии промывки в процессе по методу фирмы Bayer. Таким образом, красным шламовым отходом могут быть твердые частицы, осаждаемые в конечном концентраторе или на стадии промывки добавлением только флокулянта, или, что необязательно, материалом может служить фильтровальный пирог со стадии фильтрации (например, фильтрации под давлением, фильтрации под вакуумом и т.д.) густой суспензии, получаемой на конечной стадии промывки.

Содержание твердых частиц в красном шламовом отходе или другом материале, который перекачивают, может находиться в интервале от 15 до 80 мас.%. Часто их содержание в красных шламовых отходах находится в интервале от 20 или 30 до 70 мас.%, например от 45 до 65 мас.%. Размеры практически всех частиц в типичном образце красного шламового отхода составляют меньше 25 мкм. Так, например, размеры примерно 95 мас.% частиц шламового отхода равны меньше 20 мкм и примерно 75% составляют меньше 10 мкм и одновременно размеры примерно 95 мас.% частиц превышают 3 мкм.

При создании настоящего изобретения было установлено, что еще лучших результатов достигают, когда материал является относительно концентрированным и гомогенным. Может также оказаться необходимым введение полимерных частиц в сочетании с другими добавками. Так, например, свойства истечения материала по трубопроводу могут быть улучшены включением диспергатора. В тех случаях, когда предусмотрено включение диспергатора, его, как правило, вводят в обычных количествах. Однако при создании настоящего изобретения было установлено, что присутствие диспергаторов или других добавок не ухудшает затвердевания материала при стоянии.

Таким образом, по настоящему изобретению полимерные частицы добавляют непосредственно в вышеупомянутый материал. Полимерные частицы могут полностью или частично состоять из водорастворимого полимера. Следовательно, порошкообразный полимер может представлять собой смесь сшитого способного набухать в воде водонерастворимого полимера с водорастворимым полимером. Ими может служить физическая смесь способного набухать в воде полимера с водорастворимым полимером или по другому варианту слегка сшитый полимер, в частности такой, как описанный в ЕР 202780. Хотя полимерные частицы могут включать некоторое количество сшитого полимера, для выполнения настоящего изобретения существенное значение имеет наличие значительного количества водорастворимого полимера. Когда полимерные частицы включают некоторое количество способного набухать полимера, необходимо, чтобы по меньшей мере 80% полимера приходились на водорастворимый полимер. Предпочтительные полимерные частицы являются полностью или по крайней мере по существу водорастворимыми. Водорастворимый полимер можно сделать разветвленным в присутствии агента образования боковых цепей, например так, как изложено в WO-A 9829604, в частности в п.12 формулы изобретения, или в другом варианте водорастворимый полимер является практически линейным.

Предпочтительная молекулярная масса водорастворимого полимера находится в промежутке от умеренной до высокой. Его характеристическая вязкость должна составлять по меньшей мере 3 дл/г, а обычно по меньшей мере 5 или 6 дл/г, хотя полимер может быть по существу высокомолекулярным и проявлять характеристическую вязкость 25 или 30 дл/г или даже выше. Предпочтительная характеристическая вязкость этого полимера находится в интервале от 8 до 20 дл/г, более предпочтительно от 11 или 12 до 16 или 17 дл/г.

Водорастворимым полимером может служить природный полимер, например полисахариды, такие, как крахмал и декстран, или полуприродный полимер, такой, как карбоксиметилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза. Предпочтителен синтетический полимер, а более предпочтителен полимер, полученный из этиленово-ненасыщенного водорастворимого мономера или смеси мономеров.

Водорастворимый полимер может быть катионоактивным, неионогенным, амфотерным, но предпочтительно анионоактивным. Особенно предпочтительные анионоактивные полимеры получают из мономеров, выбранных из этиленово-ненасыщенных карбоновокислотных и сульфокислотных мономеров, предпочтительно выбранных из (мет)акриловой кислоты, аллилсульфоновых кислот и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, необязательно в сочетании с неионогенными сомономерами, предпочтительно выбранными из (мет)акриламида, гидроксиалкильных эфиров (мет)акриловой кислоты и N-винилпирролидона.

По изобретению водорастворимый полимер может быть получен по любому приемлемому методу полимеризации. Полимеры могут быть получены, например, в виде гель-полимеров полимеризацией в растворе, полимеризацией в суспензии воды в масле или полимеризацией в эмульсии воды в масле. Когда гель-полимеры получают полимеризацией в растворе, инициаторы обычно вводят в мономерный раствор. Можно, но необязательно, использовать термоинициаторную систему. Термоинициатор, как правило, включает любое подходящее инициаторное соединение, которое при повышенной температуре выделяет радикалы, например азосоединения, такие, как азобисизобутиронитрил. Во время полимеризации температуру необходимо повышать до по меньшей мере 70°С, но предпочтительно до уровня ниже 95°С. По другому варианту полимеризацию можно проводить с облучением (ультрафиолетовыми лучами), с воздействием микроволновой энергией, теплом и т.д., с необязательным применением также подходящих инициирующих источников излучения. После завершения полимеризации и достаточного остывания полимерного геля этот гель можно обрабатывать обычным путем, вначале измельчением геля на кусочки меньшего размера и сушкой до практического обезвоживания полимера с последующим измельчением в порошок. По другому варианту полимерные гели можно применять в форме собственно полимерных гелей, например в форме стержней гелевого полимера для нейтронного рассеивания. Такие полимерные гели можно готовить с применением приемлемой технологии полимеризации, как сказано выше, например с облучением. Гели можно нарезать на кусочки соответствующего размера, которые необходимы, а затем при применении смешивать с материалом в виде частиц частично гидратированного водорастворимого полимера.

Полимеры можно получать в виде бисера суспензионной полимеризацией или в виде эмульсии или дисперсии воды в масле путем полимеризации в эмульсии воды в масле, например в соответствии со способом, описанным в ЕР-А 150933, ЕР-А 102760 или ЕР-А 126528.

По другому варианту частицы водорастворимого полимера могут быть получены в виде дисперсии в водной среде. Она может представлять собой, например, дисперсию полимерных частиц размером по меньшей мере 20 мкм в водной среде, содержащей уравновешивающий агент, как описано в ЕР-А 170394. Она может также включать, например, водную дисперсию полимерных частиц, приготовленных полимеризацией водных мономеров в присутствии водной среды, содержащей растворенные полимеры с низкой ХВ (характеристическая вязкость), такие, как полидиаллилдиметиламмонийхлорид и необязательно другие растворенные материалы, например электролит и/или полигидроксисоединения, в частности полиалкиленгликоли, как это изложено в WO-A 9831749 или WO-A 9831748.

В одном варианте выполнения изобретения полимерные частицы можно добавлять в материал (например, в красный шламовый отход) в форме частиц водорастворимого полимера в водной дисперсии.

В особенно предпочтительном варианте выполнения изобретения полимерные частицы находятся в форме водной дисперсии, например как изложено в заявке на патент авторов настоящего изобретения (номер дела MP/W-22308/P1/AC 557). В данном варианте водная дисперсия включает (а) жидкую дисперсионную среду, состоящую в основном из солевого раствора, который содержит по меньшей мере 25 мас.% неорганической соли в пересчете на общую массу дисперсионной среды; и (б) водорастворимый неионогенный или анионоактивный полимер винилового полиприсоединения, который практически нерастворим в солевом растворе, где этот полимер получают из этиленово-ненасыщенных мономеров, включающих акриловую кислоту (или соли), необязательно (мет)акриламид и необязательно по меньшей мере один сшивающий мономер, содержащий по меньшей мере две полимеризующиеся этиленово-ненасыщенные группы, и где неорганическая соль представляет собой галогенид металла группы II.

В этом варианте выполнения изобретения жидкая дисперсионная среда должна состоять главным образом из растворенной неорганической соли, и хотя может быть допустимым наличие небольших количеств других материалов, для выполнения изобретения они необязательны. Более того, материалы, которые служат для повышения вязкости дисперсионной среды, могут оказаться нежелательными, если вязкость возрастает до такой степени, что она препятствует текучести или возможности перекачивания дисперсии.

Солевой раствор может включать и другие растворенные соли, но должен содержать галогенид металла группы II в количестве, которого достаточно для того, чтобы предотвратить растворение полимера. Солевые растворы, приготовленные целиком с использованием солей металлов группы I, например хлорида натрия или иодида калия, не препятствуют гидратации полимера. Даже насыщенные растворы таких солей не обеспечивают приготовления приемлемой дисперсии полимера. Таким образом, в случае присутствия в солевом растворе других неорганических солей металлов существенное значение имеет то, что основным солевым компонентом должен быть галогенид металла группы II. Предпочтительная дисперсионная среда включает только неорганическую соль, которая целиком состоит из галогенида металла группы II, поскольку это обусловливает образование приемлемой дисперсии, в которой полимер остается практически негидратированным неограниченно долго или по крайней мере длительные периоды времени, в течение которых возможно хранение. Полимер может становиться частично гидратированным и частично набухать, лишь бы полимерные частицы оставались дискретными и диспергируемыми.

Предпочтительные полимерные частицы остаются негидратированными и ненабухшими в сколько-нибудь заметной степени. Когда дисперсию не перемешивают или не размешивают, полимерные частицы проявляют тенденцию к оседанию. Однако, что неожиданно, эти частицы практически не гидратируются и не образуют агломератов, благодаря чему их можно легко повторно диспергировать с получением дисперсии.

Предпочтительной галогенидной солью металла группы II является галогенид бериллия, магния, кальция и стронция, поскольку они, по-видимому, обеспечивают наилучшие результаты в уменьшении или предотвращении гидратации полимеров в дисперсии.

Приемлемые результаты достигаются, когда галогенидом у галогенида металла группы II является фторид, хлорид или бромид.

Возможно использование смеси разных галогенидов металлов группы II, хотя обычно достаточно наличие одной из таких солей.

Когда водная дисперсия включает дисперсионную среду, которая представляет собой водный солевой раствор по меньшей мере одного из следующих галогенидов металлов группы II: хлорид магния, бромид магния, хлорид кальция и бромид кальция, добиваются улучшенных результатов. Наилучших результатов достигают, когда неорганической солью является хлорид кальция.

Обычно дисперсионная среда водной дисперсии включает галогенид металла группы II в высоких концентрациях. Концентрация соли в дисперсионной среде должна составлять по меньшей мере 25 мас.%, вследствие чего выбор соли обычно зависит от растворимости соли. Предпочтительных результатов добиваются, когда концентрация соли равна по крайней мере 30 мас.%, а обычно по меньшей мере 35%. Улучшенные результаты отмечают, когда концентрация соли составляет не меньше 36 мас.%. Тем не менее в более предпочтительном варианте намного улучшенных результатов достигают, как это было установлено, когда неорганическая соль содержится в количестве от 39 до 45 мас.%.

При создании настоящего изобретения было установлено, что дисперсия может включать относительно большие количества полимера, например по меньшей мере 30 мас.% такого полимера на единицу объема дисперсионной среды. Тем не менее обычно количества полимера, содержащегося в дисперсиях, оказываются намного большими. Так, например, водная дисперсия может включать полимер в пределах от 40 до 60 мас.% на единицу объема дисперсионной среды.

По одному предпочтительному варианту выполнения изобретения предлагается водная дисперсия, объемная вязкость которой, когда ее определяют при рН 7,0 и 25°С, составляет меньше примерно 10 сП, включающая (а) дисперсионную среду, которая состоит из солевого раствора, содержащего в пересчете на общую массу дисперсионной среды от примерно 35 до примерно 45 мас.% неорганической соли, выбранной из группы, включающей хлорид кальция, бромид кальция, хлорид магния и бромид магния; и (б) по меньшей мере 30 мас.% неионогенного или анионоактивного водорастворимого или набухающего в воде полимера винилового полиприсоединения на единицу объема дисперсионной среды, где этот полимер получают из этиленово-ненасыщенных мономеров, включающих акриловую кислоту (или соли) и/или (мет)акриламид и необязательно по меньшей мере один сшивающий мономер, содержащий по меньшей мере две полимеризующиеся этиленово-ненасыщенные группы.

Полимерные частицы, используемые по данному варианту выполнения изобретения, могут быть получены любым обычным путем. Полимерные частицы могут быть приготовлены в виде сухих легкосыпучих частиц. Так, например, их можно готовить в форме водного геля, который сушат и измельчают до частиц подходящего размера, или в форме бисера с применением метода суспензионной полимеризации с обратимой фазой. По другому варианту полимерные частицы можно готовить эмульсионной полимеризацией с обратимой фазой и необязательной последующей перегонкой под вакуумом для частичной дегидратации дисперсной фазы полимерных частиц. Далее эти частицы можно выделить из непрерывной масляной фазы по обычной технологии, а затем повторно диспергировать в водной дисперсионной среде.

Обычно вязкость дисперсии меньше 10 сП, например всего 5 сП или меньше. В некоторых случаях вязкость может составлять всего 1 или 2 сП или меньше.

Таким образом, водная дисперсия полимера может быть приготовлена осуществлением стадий

(а) приготовления жидкой дисперсии материала, которая включает водный солевой раствор, содержащий по меньшей мере 25 мас.% неорганической соли, которая представляет собой галогенид металла группы II;

(б) объединения этой дисперсионной среды с водорастворимым неионогенным или набухающим в воде неионогенным или анионоактивным полимером винилового полиприсоединения, который является нерастворимым,

где этот полимер получают из этиленово-ненасыщенных мономеров, включающих акриловую кислоту (или соли), необязательно (мет)акриламид и необязательно по меньшей мере один сшивающий мономер, содержащий по крайней мере две полимеризующиеся группы, с получением смеси полимера и дисперсионной среды,

где эту дисперсионную среду перемешивают во время и/или после образования смеси с целью приготовления дисперсии.

Обычно дисперсионную среду перемешивают и полимерные частицы направляют в эту среду с помощью, например, шнекового питателя. Частицы можно также засыпать или вдувать в среду. Часто среда содержится в баке с мешалкой и в эту перемешиваемую среду направляют полимер. Перемешиваемая среда может также представлять собой жидкость, стекающую по патрубку, в который подают полимер.

По другому варианту полимер можно направлять в дисперсионную среду, которую практически не перемешивают. Так, например, полимеру можно позволить осаждаться в дисперсионной среде, а затем дисперсию можно готовить последующим перемешиванием, например перемешиванием мешалкой или пропусканием по трубопроводу.

Водную дисперсию полимерных частиц в солевом растворе в качестве дисперсионной среды, включающей галогенид металла группы II, можно вводить в материал любым обычным путем. Так, например, эту дисперсию можно закачивать непосредственно в трубопровод, по которому истекает материал. По другому варианту водную дисперсию можно вводить в состоянии конечной седиментации перед транспортировкой сгущенного материала по трубопроводу. Когда материалом является красный шламовый отход из процесса по методу фирмы Bayer, приемлема, например, любая из таких технологий.

В другом варианте выполнения изобретения средний размер добавляемых в материал полимерных частиц составляет меньше 10 мкм. Эти полимерные частицы можно добавлять в форме эмульсии с обращенной фазой, включающей дисперсную фазу водорастворимого полимера, диспергированного в не смешивающейся с водой жидкости. По другому варианту частицы можно добавлять в форме дисперсии с обращенной фазой, которую предварительно готовят обезвоживанием эмульсии с обращенной фазой под пониженным давлением для удаления из дисперсной фазы большей части воды. Дисперсии или эмульсии с обращенной фазой часто содержат полимерные частицы, размеры по меньшей мере 90% которых меньше 2 мкм, обычно меньше 1 мкм, причем средний размер частиц может находиться, например, в интервале от 500 до 750 нм. Полимерные частицы можно также добавлять в форме микроэмульсии, в которой средний размер частиц равен меньше 200 нм, например от 50 до 100 нм.

Таким образом, в данном варианте эмульсию или дисперсию с обращенной фазой можно закачивать непосредственно в напорный трубопровод, по которому транспортируют материал, например, таким же образом, как в первом варианте выполнения изобретения. Одновременно с введением эмульсии или дисперсии с обращенной фазой может оказаться необходимым добавление активатора. Активатором может служить любой обыкновенный активатор, который обычно используют для активации эмульсий или дисперсий с обращенной фазой. Активатор можно добавлять в любом приемлемом количестве, как правило, в пределах от 1 до 5 мас.% в пересчете на эмульсию, например в пределах от 2 до 4%.

В другом варианте такими полимерными частицами могут служить агломераты или агрегаты первичных частиц, средний размер которых составляет меньше 10 мкм, тогда как размер агрегированных частиц превышает 20 мкм. Таким образом, частицы могут существовать в форме связанных хрупких агрегатов, размеры по меньшей мере 90 мас.% которых превышают 50 мкм. При добавлении в водный материал агрегаты разрушаются до первичных частиц.

В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению полимерные частицы добавляют в материал в форме по существу индивидуальных частиц, размер которых превышает 20 мкм, предпочтительно превышает 50 мкм. Наилучших результатов добиваются, когда полимерные частицы намного превышают, например, по меньшей мере 100 мкм, в частности когда размеры по меньшей мере 90% частиц превышают 200 мкм. Размер предпочтительных полимерных частиц может достигать 2,5 мм, например достигать 2 мм. В общем размеры полимерных частиц находятся в интервале от 500 мкм до 1 или 1,5 мм. В этом предпочтительном варианте выполнения изобретения полимерные частицы можно добавлять в виде порошка, который образуется при полимеризации в растворе, или бисера, который образуется при суспензионной полимеризации.

Полимерные частицы совмещают непосредственно с материалом по любому подходящему методу с применением обычного дозирующего оборудования. Так, например, когда частицы существуют в виде дисперсии в приемлемой жидкости (водная или обращенная фаза), эту дисперсию можно дозировать непосредственно в материал, который прокачивают по трубопроводу. Когда полимерные частицы находятся в форме легкосыпучих частиц, их можно подавать из бункера с помощью шнекового питателя и непосредственно смешивать с материалом, перемещающимся по трубопроводу. Полимерные частицы можно также направлять в материал с помощью воздушного потока. В некоторых ситуациях, когда материал транспортируют по трубопроводу под высоким давлением, может оказаться необходимым принудительное прямое введение сухих полимерных частиц в материал с помощью какого-либо приемлемого средства. Им может служить, например, насос высокого давления, в частности шнековый питатель или насос с возрастающей кавитацией (progressive cavity pump). В некоторых случаях полимерные частицы подают в материал с помощью насоса высокого давления в сочетании с продувкой воздухом.

При создании настоящего изобретения было установлено, что особенно хороших результатов достигают, когда частицы водорастворимого полимера быстро распределяют в массе материала. Этого можно добиться объединением полимерных частиц с порошкообразным разбавителем. Как правило, полимерные частицы смешивают, по-видимому, с разбавителем таким образом, чтобы эти полимерные частицы распределялись в массе разбавителя. Целевым разбавителем может служить хлорид натрия или, по другому варианту, сахароза. Приемлемое соотношение между полимером и разбавителем может находиться в интервале от 10:90 до 90:10.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения с целью уменьшить вероятность неравномерного распределения полимерных частиц во всей массе материала, например расслоения с выделением слоя полимерных частиц, эти частицы быстро смешивают с материалом. Подмешивание полимерных частиц может быть достигнуто с применением установленного на линии смесителя или, что предпочтительно, путем отвода части материала в смесительное устройство, в котором полимерные частицы (например, в форме порошка, эмульсии или дисперсии) тщательно смешивают с материалом, после чего обработанный материал возвращают в основной напорный трубопровод.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения полимерные частицы в виде твердого вещества совмещают с материалом с помощью нового оборудования для введения полимера. В этом варианте материал (который подвергают обработке), перемещающийся по трубопроводу, направляют в смесительную камеру. В эту смесительную камеру подают также полимерные частицы и их смешивают с материалом. Полимерные частицы целесообразно подавать из подходящего контейнера для хранения, такого, как бункер, с помощью шнекового питателя. Предпочтительная смесительная камера снабжена стенкой круглого сечения, радиус верхней части которой больше радиуса в основании. Более предпочтительная камера характеризуется конической формой. Материал и полимерные частицы подают в камеру с таким расходом, который позволяет полимерным частицам распределяться в массе материала. Тем не менее в более предпочтительном варианте материал направляют в коническую смесительную камеру с такой скоростью, при которой создается вихревая воронка, в которую засыпают легкосыпучие полимерные частицы, что позволяет, таким образом, материалу и полимерным частицам тщательно смешиваться между собой. Обработанный материал следует отводить из смесительной камеры с помощью подходящего средства, например одновинтового насоса. Целесообразно отводить только часть материала (подвергаемого обработке) в смесительную камеру, в которой его совмещают с полимерными частицами, а затем возвращают в основной напорный трубопровод, по которому транспортируют материал. В предпочтительном варианте доля материала, отводимого в смесительную камеру, составляет меньше 50%, более предпочтительно от примерно 5 до 20%, преимущественно 10%.

При осуществлении способа в соответствии с изобретением образуется продукт, который неожиданно затвердевает намного лучше, чем продукты других обработок, например с использованием набухающих в воде водонерастворимых полимеров или предварительно приготовленных растворов водорастворимых полимеров. Так же неожиданно то, что особенно хорошие результаты достигаются с применением полимеров в форме твердых порошкообразных продуктов, включая полимер в форме твердого вещества, содержащий индивидуальные полимерные частицы крупных размеров, как это представлено в настоящем описании. Осуществление способа по изобретению позволяет более эффективно сводить к минимальной площадь, занимаемую штабелем материала данного объема. Этого достигают при одновременном сохранении способности материала к перекачиванию.

Существенным отличительным признаком настоящего изобретения являются характеристики реструктурированного шламового отхода. После добавления водорастворимого полимера энергия, обусловленная перекачиванием, смешением или трением в транспортировочном трубопроводе, заставляет смесь в максимальной степени затвердевать и постепенно становиться менее жесткой. Для возможности удовлетворительного перекачивания в предпочтительном варианте суспензионная смесь обладает напряжением пластического течения меньше 200 Па, предпочтительно меньше 150 Па, а более предпочтительно от 20 до 120 Па. Одно преимущество добавок в порошкообразной форме заключается в том, что вязкость не возрастает или не понижается так же быстро, как при добавлении продуктов на растворной основе.

Другая неожиданная отличительная особенность настоящего изобретения состоит в том, что после того как материал транспортируют на предпочтительное место и оставляют в спокойном состоянии, из затвердевающего материала высвобождается водная жидкость. Достоинство высвобождения водного раствора из материала заключается в том, что шламовый штабель обладает более высоким фактическим содержанием твердых частиц и не содержит больших количеств захваченного раствора, как в случае применения набухающего в воде водонерастворимого полимера. Это создает преимущества, состоящие в том, что дестабилизация штабелированного материала становится невероятной, а также в том, что высвободившийся раствор можно использовать вновь, например для экстракции всех оставшихся ценных веществ. В случае красного шламового отхода, образующихся в процессе по методу фирмы Bayer, высвободившийся раствор можно возвратить в процесс по методу фирмы Bayer (например, на стадии промывки, загущения или извлечения) для возможности использования щелочного компонента, а также всех остаточных следов алюмината.

При выполнении изобретения материал перекачивают к выпускному отверстию, где ему позволяют растекаться по поверхности ранее затвердевшего материала, после чего материал оставляют стоять и затвердевать с образованием штабеля. Поскольку этот процесс повторяют, образуется множество слоев затвердевшего материала с формированием штабеля. Таким образом, по настоящему изобретению предлагается также продукт, который в предпочтительном варианте имеет форму штабеля, формируемого осуществлением способа по изобретению, в частности, по любому из конкретно перечисленных вариантов.

По другому объекту настоящего изобретения предлагается устройство для обработки суспензии материала в форме частиц твердым порошкообразным обрабатывающим химическим веществом, включающее средство отвода суспензии из напорного трубопровода и смесительную камеру, у которой имеются стенка круглого сечения, отверстия в верхней части и в основании, причем радиус верхней части превышает радиус основания, средство подачи порошкообразного обрабатывающего химического вещества в смесительную камеру и средство транспортировки обработанной суспензии из смесительной камеры.

Средством подачи порошкообразного обрабатывающего химического вещества в смесительную камеру может служить подходящий питающий механизм или средство вдувания частиц, работающее с применением потока газа, например воздуха. Предпочтительные средства подачи порошкообразного обрабатывающего химического вещества в смесительную камеру включают шнековый питатель. Предпочтительное устройство включает механическое средство транспортировки обработанной суспензии из смесительной камеры. Им может служить любой подходящий насос, но в предпочтительном варианте оно включает одновинтовой насос.

Схематическое изображение предварительного варианта исполнения этого нового устройства представлено на фиг.2, для которой применяют следующие ключевые обозначения:

1 - трубопровод для транспортировки материала;

2 - патрубок для отвода материала;

3 - регулирующий расход клапан;

4 - смесительная камера;

5 - контейнер для полимера;

6 - полимерные частицы;

7 - шнековый питатель;

8 - одновинтовой насос;

9 - возвратный патрубок.

На схеме материал, такой, как красный шламовый отход, транспортируют по трубопроводу 1. Часть этого материала отводят по патрубку 2 для отвода материала в смесительную камеру 4. Регулирующий расход клапан 3 регулирует поток материала, направляемого в смесительную камеру. Полимерные частицы 6, содержащиеся в контейнере 5 для полимера, с помощью шнекового питателя 7 подают в смесительную камеру. Полимерные частицы и материал тщательно смешивают между собой, а затем откачивают из основания смесительной камеры с помощью одновинтового насоса 9, после чего по возвратному патрубку 10 возвращают в трубопровод 1.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения суспензию обрабатывают порошкообразным обрабатывающим химическим веществом. Суспензия может представлять собой любую приемлемую суспензию, включающую дисперсные частицы и жидкость, например любой материал в соответствии с первым объектом изобретения. Предпочтительной суспензией является водная суспензия минеральных частиц, содержащая по меньшей мере 15% твердых частиц, например от 20 до 80% твердых частиц. Более предпочтительная суспензия представляет собой красный шламовый отход, образующийся в процессе извлечения оксида алюминия по методу фирмы Bayer. Таким образом, предлагается способ, в котором суспензию обрабатывают смешением с порошкообразным обрабатывающим химическим веществом, включающий транспортировку суспензии по напорному трубопроводу, отвод части суспензии и ее подачу в смесительную камеру, в которой ее объединяют с порошкообразным обрабатывающим химическим веществом, а затем возвращают в напорный трубопровод, характеризующийся тем, что суспензия поступает в смесительную камеру и образует вихревую воронку, в которую направляют порошкообразное обрабатывающее химическое вещество.

Осуществление способа в соответствии с данным объектом изобретения позволяет преодолеть затруднения технологического порядка при подмешивании порошкообразных обрабатывающих химических веществ непосредственно в обрабатываемую суспензию. Этот способ особенно эффективен применительно к высокому содержанию твердых частиц и/или к высоковязким суспензиям, когда по-другому было бы трудно обеспечить равномерное распределение порошкообразного обрабатывающего химического вещества в массе суспензии.

Этот способ применим при подмешивании любого подходящего порошкообразного обрабатывающего химического вещества в высоковязкую основу. Предпочтительное обрабатывающее химическое вещество включает водорастворимый полимер, например такой, как представленный в описании первого объекта изобретения. Размер частиц предпочтительных обрабатывающих химических веществ составляет по меньшей мере 20 мкм, предпочтительнее по меньшей мере 50 мкм.

Для иллюстрации изобретения служат следующие примеры.

Пример 1

Перед стадией центрифугирования с последней стадии промывки в процессе извлечения оксида алюминия по методу фирмы Bayer отбирают 1000-миллилитровые образцы сгущенного красного шламового отхода. Содержание твердых частиц в этом шламовом отходе составляет 28,66%. В эти образцы красного шламового отхода с различными нормами расхода вносят твердый порошкообразный водорастворимый сополимер акриламида и акрилата натрия с высокой характеристической вязкостью (примерно 10 дл/г). С целью имитации процесса с обычной продолжительностью пребывания, обусловленной необходимостью транспортировки красного шламового отхода по трубопроводу к месту размещения, обработанный шламовый отход осторожно перемешивают в течение одного часа в лабораторном галтовочном барабане. Далее образцы обработанного шламового отхода выливают на горизонтальную поверхность для получения слоя осадка. Это позволяет имитировать способность шламового отхода формировать штабеля. Измеряют диаметр слоя осадка, высоту слоя осадка в его центре, высоту слоя осадка по его кромке, угол наклона кромки шламового отхода и вязкость шламового отхода; полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1Расход полимера в граммах полимера/тонну шламового отходаДиаметр слоя осадка (мм)Высота слоя осадка в центре (мм)Высота слоя осадка по его кромке (мм)Угол наклона кромки шламового отхода (%)Вязкость шламового отхода (сП)0205742,92142,65019084,53,68142,6100182954,39147,12001651064,85160,53001601166,25169,44001551166,45173,4

Данные этой экспериментальной работы эффективно подтверждают общие результаты даже при относительно низких расходах. Так, например, при расходе 100 г/т достигается угол наклона кромки слоя осадка больше 3°. Необходимо также отметить, что столь высокого угла наклона кромки слоя осадка добиваются без сколько-нибудь заметного повышения вязкости данного шламового отхода.

Пример 2

Метод испытания примера 1 осуществляют повторно с использованием 1000-миллилитровых образцов суспензии австралийского шламового отхода концентрацией 35 мас.% при 10 г/л NaOH, кондиционированием в течение разных периодов времени с помощью мешалки Gate при скорости вращения 200 об/мин и с применением с постоянным расходом 18 част./млн каждого из водорастворимого сополимера акриламида и акрилата натрия с высокой характеристической вязкостью (примерно 10 дл/г) в форме твердого вещества (с размером частиц примерно 1 мм) и полимера как продукта процесса с обращенной фазой в виде масляной дисперсии водорастворимого сополимера акриламида и акрилата натрия с высокой характеристической вязкостью (примерно 10 дл/г), средний размер частиц которого составляет 750 нм (при различных периодах кондиционирования). Угол наклона кромки слоя осадка измеряют для каждого периода кондиционирования в случаях как жидкой дисперсии, так и полимера в форме твердого вещества.

Результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2Время кондиционирования (мин)Угол наклона кромки слоя осадка при использовании дисперсии полимера в масле (%)Угол наклона кромки слоя осадка при использовании полимера в форме твердого вещества (%)0331942151731519515131078156720553044

Результаты в виде графика представлены на фиг.1.

Можно ясно видеть, что как частицы водорастворимого полимера в масляной дисперсии, так и частицы водорастворимого полимера в форме твердого вещества обеспечивают получение эффективных результатов. Можно также видеть, что применение продукта в форме твердого вещества позволяет получать намного улучшенные результаты.

Пример 3

Эксперимент примера 1 повторяют с использованием разных количеств водорастворимого сополимера акриламида и акрилата натрия в форме порошкообразного твердого вещества с высокой характеристической вязкостью (продукт А), вводимых в 1000-миллилитровые образцы красного шламового отхода (30,09% твердых частиц) при разных расходах, и с использованием в качестве сравнительного испытания порошкообразного не растворимого в воде, набухающего в воде абсорбента (продукт Б). Определяют напряжение пластического течения осадка, угол наклона кромки слоя осадка, диаметр слоя осадка, высоту слоя осадка по его кромке и высоту слоя осадка в его центре; полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3ПродуктРасход, г/тНапряжение пластического теченияУгол наклона кромки слоя осадка (%)Диаметр слоя осадка (мм)Высота слоя осадка по кромке (мм)Высота слоя осадка в центре (мм)Контрольный012,92,52004,57А4013,53,52004,58А8013,43,71904,58А12014,23,61954,58А20014,52,91705,58А30014,43,417558Б380016,83,31805,58,5Б190014,83,719058,5

Эти результаты показывают, что эффективные углы наклона кромки слоя осадка, равные по меньшей мере 3%, могут быть достигнуты с использованием всего лишь умеренного расхода (40 г/л) водорастворимого порошкообразного полимера в отличие от абсорбента, который для этой цели требуется в больших количествах (1900 г/т).

Пример 4

Полимер А примера 3 диспергируют в растворе хлорида кальция концентрацией 39 мас.% в качестве водной дисперсионной среды. Находясь в дисперсии, полимерные частицы не гидратируются. Было установлено, что водная дисперсия полимера А оказывается такой же эффективной, как продукт в форме частиц.

Изобретение относится к обработке минерального материала, в частности отходов процесса извлечения оксида алюминия по методу фирмы Bayer, включая обработку красных шламовых отходов, с целью сделать их легко перемещаемыми. Материал, включающий водную жидкость с диспергированными твердыми частицами, перекачивают как текучую среду, а затем оставляют стоять и затвердевать. Затвердевание улучшают при одновременном сохранении способности материала к перекачиванию путем совмещения с этим материалом полимерных частиц во время или перед перекачиванием материала. Полимерные частицы включают водорастворимый полимер, который обладает характеристической вязкостью, по меньшей мере, 3 дл/г и в котором полимерные частицы находятся в форме водной дисперсии, включающей (а) жидкую дисперсионную среду, состоящую в основном из солевого раствора, который включает, по меньшей мере, 25 мас.% неорганической соли в пересчете на общую массу дисперсионной среды, и (б) водорастворимый неионогенный или анионактивный полимер винилового полиприсоединения, который нерастворим в солевом растворе, где этот полимер получают из этиленово-ненасыщенных мономеров, включающих акриловую кислоту или соли, необязательно (мет)акриламид и необязательно, по меньшей мере, один сшивающий мономер, содержащий, по меньшей мере, две полимеризующиеся этиленово-ненасыщенные группы, и где неорганическая соль представляет собой галогенид металла группы II, или в котором частицы полимера находятся в форме твердого порошка, который и добавляется непосредственно к материалу. Технический результат: эффективное перекачивание материала и его затвердевание в виде пригодного для штабелирования отхода, существенное уменьшение количества жидкости, содержащейся в материале. 10 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

1. Способ, в котором материал, включающий водную жидкость с диспергированными твердыми частицами, перекачивают как текучую среду, а затем оставляют стоять и затвердевать, причем затвердевание улучшают при одновременном сохранении способности материала к перекачиванию путем совмещения с этим материалом полимерных частиц во время или перед перекачиванием материала, где полимерные частицы включают водорастворимый полимер, который обладает характеристической вязкостью, по меньшей мере, 3 дл/г и в котором полимерные частицы находятся в форме водной дисперсии, включающей (а) жидкую дисперсионную среду, состоящую в основном из солевого раствора, который включает, по меньшей мере, 25% неорганической соли в пересчете на общую массу дисперсионной среды, и (б) водорастворимый неионогенный или анионактивный полимер винилового полиприсоединения, который нерастворим в солевом растворе, где этот полимер получают из этиленово-ненасыщенных мономеров, включающих акриловую кислоту или соли, необязательно (мет)акриламид и необязательно, по меньшей мере, один сшивающий мономер, содержащий, по меньшей мере, две полимеризующиеся этиленово-ненасыщенные группы, и где неорганическая соль представляет собой галогенид металла группы II, или в котором частицы полимера находятся в форме твердого порошка, который и добавляется непосредственно к материалу.2. Способ по п.1, в котором водорастворимый полимер является анионактивным и предпочтительно полученным из этиленово-ненасыщенного водорастворимого мономера или смеси мономеров, включающей (а) анионактивные мономеры, выбранные из этиленово-ненасыщенных карбоновокислотных и/или сульфокислотных мономеров, и необязательные (б) неионогенные сомономеры, предпочтительно выбранные из группы, включающей (мет)акриламид, гидроксиалкильные эфиры (мет)акриловой кислоты и N-винилпирролидон.3. Способ по пп.1 и 2, в котором средний размер полимерных частиц составляет меньше 10 мкм.4. Способ по п.3, в котором полимерные частицы добавляют в материал связанных хрупких агрегатов первичных частиц, размеры которых составляют меньше 10 мкм, причем размеры, по меньшей мере, 90 мас.% этих агрегатов превышают 50 мкм.5. Способ по п.1 или 2, в котором полимерные частицы добавляют в материал в форме, по существу, индивидуальных частиц, размеры которых превышают 20 мкм, предпочтительно превышают 50 мкм.6. Способ по любому из пп.1-5, в котором диспергированные твердые частицы материала являются минеральными.7. Способ по любому из пп.1-6, в котором размеры диспергированных твердых частиц материала составляют меньше 100 мкм, в котором предпочтительные размеры, по меньшей мере, 80% частиц меньше 20 мкм.8. Способ по п.1, в котором галогенид металла группы II представляет собой хлорид кальция и концентрация хлорида кальция в диспергированной среде составляет, по меньшей мере, 35%, предпочтительно примерно 39%.9. Способ по любому из пп.1-8, в котором содержание твердых частиц в материале находится в интервале от 15 до 80 мас.%, предпочтительно в интервале от 40 или 50 до 70 мас.%, более предпочтительно от 55 до 65 мас.%.10. Способ по любому из пп.1-9, в котором материал представляет собой красный шламовый отход из процесса извлечения оксида алюминия по методу фирмы Bayer.11. Способ по любому из пп.1-10, в котором материал перекачивают к выпускному отверстию, где ему позволяют растекаться по поверхности ранее затвердевшего материала, после чего материал оставляют стоять и затвердевать с образованием штабеля.