СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2020 года по МПК C02F1/56 C02F11/14 B01D21/01 

Изобретение относится к обработке шахтных отходов в виде сточных вод, содержащих твердые частицы. При использовании способа изобретения возможным является отделение всей или части воды от сточных вод, содержащих твердые частицы. Данный способ включает (а) добавление, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки к стокам, после этого (b) добавление, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц.

Изобретение также относится к композиции, содержащей сточные воды, содержащие диспергированные флоккулированные твердые частицы. Предпочтительно оно относится к композиции, содержащей сточные воды, содержащие твердые частицы, по меньшей мере, одну сульфонированную диспергирующую добавку и, по меньшей мере, одну добавку для флоккулирования твердых частиц.

Многочисленные технологические процессы выемки породы при проведении горных работ приводят к получению хвостов в виде сточных вод, содержащих твердые частицы. Например, добыча углеводородов из битуминозных или нефтеносных песчаников приводит к получению таких шахтных отходов. Поэтому удаление и обезвреживание шахтных отходов представляет собой основную проблему в горнодобывающей отрасли, в частности, с начала добычи из нефтеносных песков. В связи с этим для работающих в этих отраслях является обязательным определение того, как удалить данные побочные продукты безопасным и эффективным образом. Проблема является значительной, учитывая крупный масштаб добычи полезных ископаемых из нефтеносных песчаников.

В общем случае добыча полезных ископаемых также приводит к получению таких хвостов или пустых пород при извлечении руд для производства угля, алмазов, фосфата или различных металлов, например, алюминия, платины, железа, золота, меди, серебра и тому подобного. Такие хвосты также могут быть результатом переработки руд или технологических процессов в промышленности или при промывании.

Шахтные отходы могут иметь различную форму, в частности, представлять собой шлам. В общем случае они представляют собой суспензии твердых частиц в воде.

В общем случае шахтные отходы из нефтеносных песчаников образованы из воды, глины, песка и остаточных углеводородов, произведенных в технологическом процессе выемки породы при проведении горных работ.

Вплоть до настоящего времени существующая практика в промышленности заключалась в перекачивании хвостов в обширные отстойные пруды. Наиболее тяжелый материал, в основном представляющий собой песок, образует отложения на дне, в то время как вода поднимается к поверхности и может быть отправлена на рецикл. Промежуточный слой, известный под наименованием лежалых мелких хвостов (ЛМХ), в общем случае образован из 70% воды и 30% мелких частиц глины. Очевидно, что для слоя лежалых мелких хвостов могут потребоваться столетия для затвердевания. Продолжающееся развитие добычи полезных ископаемых потребовало создания возрастающего количества все более крупных отстойных прудов.

Минеральный шлам, произведенный при использовании физических или химических способов обработки нефтеносных песчаников, хранят на открытом воздухе в бассейнах, прудах, между удерживающими дамбами или полужидкими насыпями. В связи с этим данные большие объемы хранящегося шлама представляют собой реальную опасность, в частности, в случае разрушения плотин.

Обращаясь к техническим, экологическим или нормативно-правовым требованиям в дальнейшем необходимо отыскать средства ускорения или улучшения эффективности преобразования лежалых мелких хвостов в прочное отложение, которое впоследствии может быть рекультивировано.

Рекультивация почвы после добычи полезных ископаемых стала обязательной в соответствии с экологическими правилами и предписаниями.

Также существует и потребность в ускоренной обработке шахтных отходов путем увеличения скорости их осаждения для эффективного направления воды на рецикл и уменьшения объема отходов.

Также необходимыми являются и непрерывные способы обработки.

Кроме того существует потребность в наличии доступных способов обработки, которые делают возможным преодоление или ослабление влияния проблем, относящихся к обращению со сточными водами и их транспортированию, в частности, при проведении обработки сточных вод на участке, удаленном от участка проведения добычи. Как это зачастую случается, руда или битуминозный песчаник, обуславливающие наличие сточных вод, разрабатывают на участке, удаленном от участка, где сточные воды подвергают обработке. Высокая вязкость сточных вод может привести к возрастанию влияния проблем, относящихся к обращению с данными стоками или их транспортированию. Данная высокая вязкость также приводит к увеличению потребления энергии во время обращения с данными стоками или их транспортирования.

Включение других элементов, в частности, элементов, содержащих флоккулирующие добавки, также приводит к появлению проблем, учитывая высокую вязкость жидкости на водной основе, подвергаемой обработке. Также могут быть увеличены и количества или время смешивания флоккулирующей добавки, включаемой в состав.

В дополнение к этому, разбавление жидкости на водной основе, делающее возможным уменьшение ее вязкости, приводит к получению более значительных количеств воды, отбираемых из окружающей природной среды. Упомянутое разбавление также приводит к увеличению совокупного объема жидкостей на водной основе, подвергаемых обработке.

В частности, отделение и направление на рецикл всей или части воды, содержащейся в сточных водах от проведения горных работ, представляют собой существенные цели при добыче полезных ископаемых. Например, способы обработки сточных вод, содержащих твердые частицы, по существу направлены на улучшение выхода по отделению воды, в частности, в целях направления отделенной воды на рецикл и обеспечения легкого обращения с конечным остатком. Увеличение данного выхода - результирующего высвобождения воды (РВВ) - представляет собой основную цель способов обработки сточных вод, содержащих твердые частицы.

Известны способы физической обработки данных шахтных отходов, например, центрифугирование, фильтрование, электрофорез и электрокоагулирование.

Существуют также и химические способы. Например, известны способы, включающие добавление химических продуктов, таких как силикат натрия, органические флоккулянты, неорганические коагулянты, окисляющие добавки, восстанавливающие добавки или диоксид углерода. В целях отделения твердых веществ от жидкости также известно использование в качестве коагулянтов или флоккулянтов синтетических или природных полимеров.

В дополнение к этому, диспергаторы, как известно, представляют собой продукты, способные ожижать наиболее концентрированные водные суспензии в целях облегчения их транспортирования. Однако, использование таких диспергирующих продуктов приводит к появлению проблем во время последующего использования флоккулирующих добавок. Это обуславливается неэффективностью добавления флоккулирующих добавок к суспензиям, содержащим диспергаторы; твердые частицы в суспензии не флоккулируются. Поэтому обычные флоккулянты, относящиеся к анионному полиакриламидному типу, утрачивают свою эффективность при смешивании с упомянутыми диспергированными суспензиями.

Поэтому необходимо иметь способ использования диспергирующей добавки, которая не оказывает воздействия на флоккулирование.

В результате, несмотря на существование методик обработки шахтных отходов данные методики не обеспечивают полностью эффективного решения встречающихся проблем, в частности, с точки зрения техники, экологии или общественного мнения.

Следовательно, необходимо иметь доступные способы, которые позволяют найти решения для всех или части проблем, встречающихся в способах предшествующего уровня техники.

В связи с этим в изобретении предлагается способ обработки сточных вод, содержащих твердые частицы, включающий:

(а) добавление к стокам, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки; затем

(b) добавление, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц.

Следовательно, способ обработки изобретения включает:

(а) диспергирование твердых частиц в водной среде при использовании сульфонированной диспергирующей добавки; затем

(b) флоккулирование твердых диспергированных частиц при использовании флоккулирующей добавки.

В соответствии с изобретением стоки в выгодном случае представляют собой стоки после выемки породы при проведении горных работ, предпочтительно стоки после выемки породы при проведении горных работ из битуминозных или нефтеносных песчаников. В дополнение к твердым частицам стоки содержат воду. Они могут содержать песок, глину и воду или же песок, глину, воду и остаточный битум.

В общем случае сточные воды изобретения содержат от 5 до 70 мас.%, предпочтительно от 20 до 50 мас.%, более предпочтительно от 30 до 40 мас.%, твердых частиц, в частности, минеральных частиц.

Стоки, подвергаемые обработке в соответствии со способом изобретения, могут содержать различные хвосты. Данные хвосты могут являться свежими хвостами или мелкими хвостами. Предпочтительно это стоки, содержащие лежалые мелкие хвосты (ЛМХ), в частности, стоки, содержащие лежалые мелкие хвосты (ЛМХ), содержащие глину в количестве в диапазоне от 5 до 70 мас.%.

В общем случае сточные воды, произведенные при добыче полезных ископаемых из битуминозного песчаника и подвергнутые обработке в соответствии с изобретением, также могут содержать и остаточный битум. Остаточный битум в таком случае присутствует в небольшом количестве, в общем случае в количестве, составляющем менее, чем 5 мас.% от сточных вод.

В соответствии с изобретением сточные воды, содержащие свежие хвосты, мелкие хвосты, лежалые мелкие хвосты или лежалые мелкие хвосты, содержащие глину в количестве в диапазоне от 5 до 70 мас.% и содержащие твердые частицы, предпочтительно являются сточными водами, покидающими основную камеру для отделения битума. Под основной камерой для отделения битума подразумевается обозначение разделительной камеры, делающей возможным отделение основного количества битума от сточных вод от проведения горных работ, содержащих твердые частицы.

Способ изобретения включает добавление к стокам, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки.

Предпочтительно сульфонированную диспергирующую добавку добавляют в массовом количестве в диапазоне от 10 до 10000 ч./млн., предпочтительно от 200 до 5000 ч./млн., более предпочтительно от 500 до 2000 ч./млн., по отношению к количеству стоков. Также предпочтительно сульфонированную диспергирующую добавку добавляют в массовом количестве в диапазоне от 10 до 10000 г, предпочтительно от 200 до 5000 г, более предпочтительно от 500 до 2000 г, при расчете на одну тонну стоков.

В выгодном случае сульфонированная диспергирующая добавка делает возможным ожижение стоков, в частности, уменьшение их вязкости, в особенности для облегчения их транспортирования. В соответствии с изобретением молекулярная масса сульфонированной диспергирующей добавки может варьироваться в довольно широких пределах, в частности, в зависимости от стоков, подвергаемых обработке, или в зависимости от сульфонированной диспергирующей добавки как таковой. В общем случае сульфонированная диспергирующая добавка имеет молекулярную массу в диапазоне от 1000 до 50000 г/моль, предпочтительно от 5000 до 30000 г/моль, более предпочтительно от 10000 до 25000 г/моль.

Предпочтительно сульфонированную диспергирующую добавку выбирают из числа гомо- или сополимеров 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (ATBS или акриламид-трет-бутилсульфоновой кислоты), винилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты или одной из их солей, растворимых в воде. Она также может быть выбрана из числа сополимеров:

2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты или их солей, растворимых в воде; и

по меньшей мере, одного неионного мономера, выбранного из числа акриламида; метакриламида; N-монопроизводных акриламида; N-монопроизводных метакриламида; N,N-производных акриламида; N,N-производных метакриламида; акриловых сложных эфиров; метакриловых сложных эфиров; N-винилформамида и N-винилпирролидона.

Растворимые в воде соли данных мономеров обычно являются солями щелочного металла, щелочноземельного металла или аммония.

Предпочтительно сульфонированная диспергирующая добавка может быть выбрана из числа поли(2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты), поливинилсульфоновой кислоты, полистиролсульфоновой кислоты, полинафталинсульфоновой кислоты, полиаллилсульфоновой кислоты или их смесей.

В особенности предпочтительно сульфонированная диспергирующая добавка может быть выбрана из числа сополимеров, полученных из неионных мономеров, предпочтительно использующихся в количестве в диапазоне от 0,01 до 90 мол.%.

В дополнение к сульфонированной диспергирующей добавке в способе изобретения используют флоккулирующую добавку. В соответствии с изобретением флоккулирование твердых частиц, содержащихся в сточных водах, представляет собой физико-химический технологический процесс, в ходе которого твердые частицы в суспензии в сточных водах агломерируются с образованием хлопьев. Данные хлопья представляют собой частицы более крупного размера, которые в общем случае оседают намного быстрее, чем первичные частицы, из которых они образуются.

Предпочтительно для способа изобретения флоккулирующую добавку добавляют в массовом количестве в диапазоне от 10 до 10000 ч./млн. по отношению к количеству твердых частиц, содержащихся в сточных водах. С практической точки зрения ее добавляют в количестве в диапазоне от 10 до 10000 г при расчете на одну тонну твердых частиц, содержащихся в сточных водах.

Также предпочтительно флоккулирующая добавка имеет молекулярную массу в диапазоне от 3 до 40 миллионов г/моль. Также молекулярная масса флоккулирующей добавки может находиться в диапазоне от 5 до 30 миллионов г/моль.

В качестве флоккулирующей добавки для способа изобретения могут быть использованы многочисленные соединения. В частности, они могут представлять собой полимер, полученный из, по меньшей мере, одного неионного мономера, или полимер, полученный из, по меньшей мере, одного анионного мономера, даже полимер, полученный из, по меньшей мере, одного катионного мономера. Предпочтительно она представляет собой сополимер, полученный из, по меньшей мере, одного неионного мономера и из, по меньшей мере, одного анионного мономера, например, при молярных долях 70%, по меньшей мере, одного неионного мономера и 30%, по меньшей мере, одного анионного мономера.

Предпочтительно в соответствии с изобретением флоккулирующая добавка представляет собой полимер, полученный из, по меньшей мере, одного неионного мономера, выбираемого из числа акриламида; метакриламида; N-монопроизводных акриламида; N-монопроизводных метакриламида; N,N-производных акриламида; N,N-производных метакриламида; акриловых сложных эфиров; метакриловых сложных эфиров; N-винилформамида и N-винилпирролидона. Она может быть выбрана из числа полимеров, полученных из неионных мономеров, предпочтительно использующихся в количестве в диапазоне от 50 до 90 мол.%.

В особенности предпочтительно в соответствии с изобретением флоккулирующая добавка представляет собой полимер, полученный из акриламида.

Также предпочтительно в соответствии с изобретением флоккулирующая добавка содержит, по меньшей мере, один полимер, полученный из, по меньшей мере, одного анионного мономера, выбранного из числа мономеров, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность карбоновой кислоты; мономерных солей, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность карбоновой кислоты; мономеров, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность сульфоновой кислоты; мономерных солей, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность сульфоновой кислоты; мономеров, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность фосфоновой кислоты; мономерных солей, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность фосфоновой кислоты. Она может быть выбрана из числа полимеров, полученных из анионных мономеров, предпочтительно использующихся в количестве в диапазоне от 10 до 50 мол.%, предпочтительно в диапазоне от 20 до 40 мол.%.

В качестве примеров анионных мономеров, выбираемых для получения флоккулирующей добавки изобретения, могут быть упомянуты акриловая кислота, метакриловая кислота, итаконовая кислота, кротоновая кислота, малеиновая кислота, фумаровая кислота, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, винилфосфоновая кислота, аллилсульфоновая кислота, аллилфосфоновая кислота, стиролсульфоновая кислота и соответствующие соли, растворимые в воде. Растворимые в воде соли данных анионных мономеров обычно являются солями щелочного металла, щелочноземельного металла и аммония. В особенности предпочтительные анионные мономеры представляют собой акриловую кислоту, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и их соответствующие соли.

Также предпочтительно в соответствии с изобретением флоккулирующая добавка содержит, по меньшей мере, один полимер, полученный из, по меньшей мере, одного катионного мономера, выбранного из числа полимеров, полученных из, по меньшей мере, одного катионного мономера, выбираемого из числа диаллилдиалкиламмониевых солей; подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилакрилатов; подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилметакрилатов; подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилакриламидов и подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилметакриламидов. Она может быть выбрана из числа полимеров, полученных из катионных мономеров, предпочтительно использующихся в количестве в диапазоне от 0,01 до 10 мол.%, предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 4 мол.%.

В качестве примеров катионных мономеров, выбираемых для получения флоккулирующей добавки изобретения, могут быть упомянуты хлорид диаллилдиметиламмония (DADMAC), диалкиламиноэтилакрилат (DAAEA), диалкиламиноэтилметакрилат (DAAEMA), хлорид акриламидопропилтриметиламмония (АРТАС), хлорид метакриламидопропилтриметиламмония (МАРТАС).

Подкисленные соли, в частности, могут быть получены в результате протонирования. Кватернизованные соли могут быть получены в результате проведения реакции с бензилхлоридом, метилхлоридом (MeCl), арил- и алкилхлоридами или диалкилсульфатами, такими как диметилсульфат.

В соответствии с изобретением флоккулирующая добавка также может содержать, по меньшей мере, один полимер, полученный из, по меньшей мере, одного мономера, обладающего гидрофобной природой, предпочтительно мономера, выбранного из сложных эфиров акриловой кислоты, содержащих алкильную, арилалкильную или этоксилированную цепочку; сложных эфиров метакриловой кислоты, содержащих алкильную, арилалкильную или этоксилированную цепочку; акриламидных производных, содержащих алкильную, арилалкильную или диалкильную цепочку; метакриламидных производных, содержащих алкильную, арилалкильную или диалкильную цепочку. В случае использования мономера, обладающего гидрофобной природой, для получения флоккулирующей добавки его количество может находиться в диапазоне от 0,001 до 3 мол.% по отношению к совокупному количеству мономеров.

Полимеры, использующиеся в способе изобретения в качестве сульфонированной диспергирующей добавки или же в качестве флоккулирующей добавки, могут быть полимерами, имеющими различные формы. В частности, они могут быть разветвленными полимерами, предпочтительно полимерами, разветвленными во время полимеризации мономеров, использующихся для их получения. Во время полимеризации возможным является использование разветвляющей или сшивающей добавки и необязательно полифункциональной добавки, передающей кинетическую цепь. В качестве разветвляющей или сшивающей добавки могут быть упомянуты соединения, выбираемые из числа метиленбисакриламида (МВА), этиленгликольдиакрилата, полиэтиленгликольдиметакрилата, винилоксиэтилакрилата, винилоксиэтилметакрилата, триаллиламина, глиоксаля, соединений, относящихся к типу глицидилового простого эфира, таких как этиленгликольдиглицидиловый простой эфир, соединений, содержащих, по меньшей мере, одну эпоксидную функциональность, тримеркаптотриазина, поливиниловых спиртов, поливиниламинов. Количество использующейся разветвляющей или сшивающей добавки в общем случае составляет менее, чем 4 мас.% по отношению к количеству мономеров.

Получение сульфонированной диспергирующей добавки и получение флоккулирующей добавки могут быть осуществлены независимо, например, в результате проведения растворной полимеризации, гелевой полимеризации, суспензионной полимеризации, мицеллярной полимеризации с необязательно следующей далее стадией осаждения, эмульсионной полимеризации - в водной или обращенной эмульсиях - необязательно со следующей далее стадией распылительного высушивания. Также возможными являются и последующий гидролиз или совместный гидролиз полученного полимера. Предпочтительно полимеризацией является свободно-радикальная полимеризация, предпочтительно эмульсионная полимеризация в обращенной эмульсии или гелевая полимеризация. Свободно-радикальная полимеризация может включать полимеризацию при использовании свободных радикалов, генерированных под воздействием УФ-излучения, азо-, окислительно-восстановительных или термических инициаторов, и методики контролируемой радикальной полимеризации (КРП) или методики матричной полимеризации.

Во время их добавления к сточным водам сульфонированная диспергирующая добавка и флоккулирующая добавка могут быть независимо использованы в жидкой форме, твердой форме, в форме эмульсии (например, эмульсии «вода в масле»), в форме суспензии, порошка или в форме дисперсии в масле. В случае использования твердой формы ее полное или частичное растворение в воде может быть получено при использовании установки для подготовки полимера, такой как установка для нарезания полимера (УНП), раскрытая в документе ЕР 2 203 245. Предпочтительно их добавляют в форме водного раствора.

В выгодном случае сульфонированная диспергирующая добавка и флоккулирующая добавка могут быть добавлены в сточные воды во время их транспортирования, в частности, в магистралях, переводящих стоки в направлении участков для хранения, использующихся для обезвоживания и затвердевания хвостов, подвергнутых обработке. Участки для хранения могут быть участками на открытом воздухе. Они могут быть неогражденными земельными площадями или закрытыми зонами, например, бассейном или отсеком. Стадии способа обработки изобретения со следующим далее почвенным захоронением стоков могут быть возобновлены на одном и том же участке, что приводит к наложению слоев из хвостов, подвергнутых обработке. Почвенное захоронение также может быть проведено и непрерывно для получения массы подвергнутых обработке хвостов, из которой была извлечена вода.

Со способом изобретения может быть связано и использование механической обработки. В частности, установки для упомянутой механической обработки представляют собой устройства для центрифугирования, прессования или фильтрования стоков, подвергнутых обработке. Могут быть упомянуты концентраторы, центрифуги или гидроциклоны.

Сульфонированная диспергирующая добавка и флоккулирующая добавка могут быть независимо добавлены за несколько раз, в частности, поочередно или последовательно. Предпочтительно диспергатор добавляют за один раз.

Сульфонированная диспергирующая добавка и флоккулирующая добавка могут быть добавлены в магистраль, переводящую стоки в направлении установки для механической обработки, или в стоки, покидающие упомянутую установку при их переводе в направлении участка для хранения или в направлении другой установки для механической обработки. Флоккулирующая добавка может быть добавлена в магистраль, переводящую стоки в направлении зоны для хранения.

Помимо добавления к стокам, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки со следующим далее добавлением, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц способ изобретения также может включать отделение всей или части воды от смеси, содержащей твердые частицы, сульфонированную диспергирующую добавку и флоккулирующую добавку для данных твердых частиц.

Предпочтительно при осуществлении способа изобретения от смеси, содержащей диспергированные, флоккулированные твердые частицы, отделяют воду.

Отделение воды, в частности, может быть получено в результате почвенного захоронения, центрифугирования, прессования или фильтрования. Отделение воды предпочтительно проводят в результате почвенного захоронения.

В особенности выгодным образом отделение воды делает возможным удаление, по меньшей мере, 20 мас.% воды, содержащейся в стоках. Предпочтительно оно делает возможным удаление, по меньшей мере, 30 мас.% воды, содержащейся в стоках. Более предпочтительно оно делает возможным удаление, по меньшей мере, 50 мас.%, даже 60 мас.%, воды, содержащейся в стоках. Количество удаленной воды измеряют по истечении 24 часов после осуществления способа изобретения. В соответствии с изобретением проводят измерение количества удаленной воды в результате оценки результирующего высвобождения воды (РВВ) из исходных стоков по истечении 24 часов после обработки в соответствии с данным способом.

В соответствии со способом изобретения также возможным является измерение уровня влагосодержания в конечной лепешке, полученной при использовании способа изобретения, сразу после удаления воды. Данное измерение в общем случае проводят по истечении 24 часов после осуществления способа изобретения.

В соответствии с изобретением результирующее высвобождение воды или уровень влагосодержания в конечной лепешке также могут быть измерены по истечении 7 дней.

Предпочтительно в соответствии с изобретением:

сульфонированная диспергирующая добавка имеет молекулярную массу в диапазоне от 5000 до 25000 г/моль,

сульфонированную диспергирующую добавку добавляют в массовом количестве в диапазоне от 500 до 2000 г при расчете на одну тонну стоков, и

стоки являются стоками после выемки породы при проведении горных работ, предпочтительно стоками после выемки породы при проведении горных работ из битуминозных песчаников или нефтеносных песчаников, содержащими от 20 до 50 мас.% твердых частиц.

Также предпочтительно в соответствии с изобретением:

сульфонированная диспергирующая добавка представляет собой сополимер 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и, по меньшей мере, одного неионного мономера, выбранного из числа акриламида; метакриламида; N-монопроизводных акриламида; N-монопроизводных метакриламида; N,N-производных акриламида; N,N-производных метакриламида; акриловых сложных эфиров; метакриловых сложных эфиров; N-винилформамида и N-винилпирролидона,

сульфонированная диспергирующая добавка имеет молекулярную массу в диапазоне от 5000 до 25000 г/моль,

сульфонированную диспергирующую добавку добавляют в массовом количестве в диапазоне от 500 до 2000 г при расчете на одну тонну стоков, и

стоки являются стоками после выемки породы при проведении горных работ, предпочтительно стоками после выемки породы при проведении горных работ из битуминозных песчаников или нефтеносных песчаников, содержащими от 20 до 50 мас.% твердых частиц.

В дополнение к способу изобретение также относится к применению, по меньшей мере, одной флоккулирующей добавки для обработки водных стоков, содержащих твердые частицы, для флоккулирования твердых частиц, предварительно диспергированных посредством, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки. Поэтому изобретение относится к применению флоккулирующей добавки для обработки сточных вод, содержащих твердые частицы, и сульфонированной диспергирующей добавки. Оно также относится к применению, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки и, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц для обработки сточных вод, содержащих твердые частицы.

Для вариантов применения по изобретению сточные воды, твердые частицы, сульфонированная диспергирующая добавка и добавка для флоккулирования твердых частиц являются такими, они определены для способа изобретения. Конкретные, выгодные или предпочтительные характеристики способа изобретения определяют конкретные, выгодные или предпочтительные варианты применения по изобретению.

Изобретение также относится к композиции, содержащей сточные воды, содержащие твердые частицы и, по меньшей мере, одну сульфонированную диспергирующую добавку, и к композиции, содержащей сточные воды, содержащие твердые частицы, диспергированные при использовании, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки.

Изобретение также относится к композиции, содержащей сточные воды, содержащие твердые частицы, по меньшей мере, одну сульфонированную диспергирующую добавку и, по меньшей мере, одну флоккулирующую добавку, и к композиции, содержащей сточные воды, содержащие твердые частицы, диспергированные посредством, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки и флоккулированные посредством, по меньшей мере, одной флоккулирующей добавки.

Предпочтительно композиция изобретения содержит сточные воды, содержащие твердые частицы, по меньшей мере, одну сульфонированную диспергирующую добавку и, по меньшей мере, одну флоккулирующую добавку. Также предпочтительно композиция изобретения содержит сточные воды, содержащие твердые частицы, диспергированные посредством, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки, при этом диспергированные твердые частицы флоккулируют посредством, по меньшей мере, одной флоккулирующей добавки.

В соответствии с изобретением конкретные, выгодные или предпочтительные характеристики способа изобретения определяют конкретные, выгодные или предпочтительные композиции.

Различные аспекты изобретения иллюстрируются с помощью следующих далее примеров.

Пример 1. Ожижение сточных вод, относящихся к типу лежалых мелких хвостов, (29,8 мас.% сухого остатка) в результате добавления диспергатора

Для каждого испытания к 200 г сточных вод добавляли надлежащий объем раствора диспергатора и всю смесь вручную смешивали в течение 30 секунд; вязкость измеряли при использовании вискозиметра BrookField (скорость вращения: 3 об./мин).

Диспергатор А = полинафталинсульфонат натрия.

Диспергатор В = поли-ATBS (гомополимер) при 1500 г/моль.

Диспергатор С = поли-ATBS при 5000 г/моль.

Диспергатор D = поли-ATBS при 10000 г/моль.

Диспергатор E = поли(акриловая кислота) при 2500 г/моль.

ATBS представляет собой акриламид-трет-бутилсульфоновую кислоту.

Дозировки выражают в г/тонна сточных вод.

Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Диспергатор Дозировка, г/тн Вязкость (3 об./мин) % утраты вязкости Отсутствует 0 3900 0 A 100 2600 33,3 A 250 2200 43,6 A 500 1650 57,7 A 750 1350 65,4 A 1000 1100 71,8 B 100 3500 10,3 B 250 3300 15,4 B 500 2950 24,4 B 750 2550 34,6 B 1000 2300 41,0 C 100 3300 15,4 C 250 2850 26,9 C 500 2400 38,5 C 750 2050 47,4 C 1000 1700 56,4 D 100 3400 12,8 D 250 3000 23,1 D 500 2350 39,7 D 750 1850 52,6 D 1000 1500 61,5 E 100 2550 34,6 E 250 790 79,7 E 500 70 98,2 E 750 10 99,7 E 1000 10 99,7

Как это демонстрируют данные результаты, все диспергаторы, использующиеся для испытаний, делают возможным значительное уменьшение вязкости стоков.

Пример 2. Флоккулирование стоков, относящихся к типу лежалых мелких хвостов, (29,8 мас.% сухого остатка) после добавления диспергатора

Для каждого испытания к 200 г предварительно диспергированных хвостов добавляли надлежащий объем раствора флоккулянта и всю смесь вручную смешивали вплоть до наблюдения флоккулирования и оптимального высвобождения воды. Использующийся флоккулянт представлял собой раствор анионного полиакриламида при 30 мол.%. Дозировки диспергатора выражают в г/тонна хвостов. Дозировка флоккулянта для каждого испытания составляла 1100 г/тонна сухого вещества стоков. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Диспергатор Дозировка диспергатора РРВ, 24 часа Отсутствует 0 35,9 A 100 36,6 A 250 40,8 A 500 39,8 A 750 42,9 A 1000 44,3 B 100 38,3 B 250 38,5 B 500 36,2 B 750 37,9 B 1000 38,5 C 100 41,9 C 250 40,8 C 500 42,8 C 750 43,5 C 1000 40,2 D 100 44,5 D 250 42,2 D 500 44,1 D 750 45,8 D 1000 43,6 E 100 Флоккулирование невозможно E 250 Флоккулирование невозможно E 500 Флоккулирование невозможно E 750 Флоккулирование невозможно E 1000 Флоккулирование невозможно

Результирующее высвобождение воды (РВВ) соответствует совокупному количеству воды, извлеченной во время испытания на флоккулирование, за вычетом количества воды, излишне добавленного во время включения водного полимерного раствора и раствора диспергатора в суспензию.

Как это демонстрируют данные результаты, сульфонированные диспергаторы A, B, C и D делают возможным флоккулирование хвостов, несмотря на предварительное добавление диспергатора. Как это также необходимо отметить, использование данных диспергаторов приводит к получению лучших значений РРВ в сопоставлении с тем, что имеет место для обработки при использовании одного только флоккулянта. Также удостоверились и в том, что несульфонированный диспергатор Е, несмотря на эффективное ожижение стоков, предотвращает какое-либо последующее флоккулирование, что делает невозможным его использование в данном изобретении.

Группа изобретений относится к способу обработки сточных вод, применению добавки для флоккулирования твердых частиц, применению сульфонированной диспергирующей добавки и добавки для флоккулирования твердых частиц для обработки сточных вод. Способ обработки сточных вод, содержащих свежие хвосты, мелкие хвосты, лежалые мелкие хвосты (ЛМХ) или лежалые мелкие хвосты (ЛМХ), содержащие глину в количестве в диапазоне от 5 до 70 мас.%, и содержащих твердые частицы включает добавление, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки к стокам; затем добавление, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц. Технический результат заключается в ускоренной обработке шахтных отходов путем увеличения скорости их осаждения для эффективного направления воды на рецикл и уменьшения объема отходов. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ обработки сточных вод, содержащих свежие хвосты, мелкие хвосты, лежалые мелкие хвосты (ЛМХ) или лежалые мелкие хвосты (ЛМХ), содержащие глину в количестве в диапазоне от 5 до 70 мас.%, и содержащих твердые частицы, включающий:

(а) добавление, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки к стокам; затем

(b) добавление, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц.

2. Способ по п. 1, где сульфонированную диспергирующую добавку добавляют в массовом количестве в диапазоне от 10 до 10000 г, предпочтительно от 200 до 5000 г, более предпочтительно от 500 до 2000 г, при расчете на одну тонну стоков.

3. Способ по п. 1 или 2, где сульфонированная диспергирующая добавка:

имеет молекулярную массу в диапазоне от 1000 до 50000 г/моль, предпочтительно от 5000 до 30000 г/моль, более предпочтительно от 10000 до 25000 г/моль; или

ее выбирают из гомо- или сополимеров 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты или их солей, растворимых в воде; или

ее выбирают из числа сополимеров:

2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты или их солей, растворимых в воде, и

по меньшей мере, одного неионного мономера, предпочтительно использующегося в количестве в диапазоне от 0,01 до 90 мол.% и выбираемого из числа акриламида; метакриламида; N-монопроизводных акриламида; N-монопроизводных метакриламида; N,N-производных акриламида; N,N-производных метакриламида; акриловых сложных эфиров; метакриловых сложных эфиров; N-винилформамида и N-винилпирролидона.

4. Способ по любому из пп. 1-3, где флоккулирующую добавку добавляют в количестве в диапазоне от 10 до 10000 г при расчете на одну тонну твердых частиц, содержащихся в сточных водах.

5. Способ по любому из пп. 1-4, где флоккулирующая добавка:

имеет молекулярную массу в диапазоне от 3 до 40 миллионов г/моль, предпочтительно от 5 до 30 миллионов г/моль; или

представляет собой полимер, полученный из, по меньшей мере, одного неионного мономера, предпочтительно использующегося в количестве в диапазоне от 50 до 90 мол.% и выбираемого из числа акриламида; метакриламида; N-монопроизводных акриламида; N-монопроизводных метакриламида; N,N-производных акриламида; N,N-производных метакриламида; акриловых сложных эфиров; метакриловых сложных эфиров; N-винилформамида и N-винилпирролидона; или

содержит, по меньшей мере, один полимер, полученный из, по меньшей мере, одного анионного мономера, предпочтительно использующегося в количестве в диапазоне от 10 до 50 мол.%, предпочтительно в диапазоне от 20 до 40 мол.%, и выбираемого из числа мономеров, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность карбоновой кислоты; мономерных солей, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность карбоновой кислоты; мономеров, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность сульфоновой кислоты; мономерных солей, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность сульфоновой кислоты; мономеров, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность фосфоновой кислоты; мономерных солей, содержащих, по меньшей мере, одну функциональность фосфоновой кислоты; или

ее выбирают из числа полимеров, полученных из, по меньшей мере, одного катионного мономера, предпочтительно использующегося в количестве в диапазоне от 0,01 до 10 мол.%, предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 4 мол.%, и выбираемого из числа солей диаллилдиалкиламмония; подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилакрилатов; подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилметакрилатов; подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилакриламидов и подкисленных или кватернизованных солей диалкиламиноалкилметакриламидов.

6. Способ по любому из пп. 1-5, который дополнительно включает отделение всей или части воды от смеси из твердых частиц, сульфонированной диспергирующей добавки и добавки для флоккулирования твердых частиц.

7. Способ по любому из пп. 1-6, который дополнительно включает отделение всей или части воды от смеси из диспергированных флоккулированных твердых частиц.

8. Способ по п. 6 или 7, в котором:

воду отделяют в результате почвенного захоронения, центрифугирования, прессования или фильтрования; или

отделяют, по меньшей мере, 20%, предпочтительно, по меньшей мере, 30%, более предпочтительно, по меньшей мере, 50%, наиболее, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, (мас.) воды; или

отделение воды измеряют по истечении 24 часов после обработки.

9. Применение, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц, предварительно диспергированных посредством, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки, для обработки сточных вод, содержащих свежие хвосты, мелкие хвосты, лежалые мелкие хвосты (ЛМХ) или лежалые мелкие хвосты (ЛМХ), содержащие глину в количестве в диапазоне от 5 до 70 мас.%, и содержащих твердые частицы.

10. Применение, по меньшей мере, одной сульфонированной диспергирующей добавки и, по меньшей мере, одной добавки для флоккулирования твердых частиц для обработки сточных вод, содержащих свежие хвосты, мелкие хвосты, лежалые мелкие хвосты (ЛМХ) или лежалые мелкие хвосты (ЛМХ), содержащие глину в количестве в диапазоне от 5 до 70 мас.%, и содержащих твердые частицы.

11. Применение по п. 9 или 10, в котором используют сточные воды, твердые частицы, сульфонированную диспергирующую добавку и добавку для флоккулирования твердых частиц, которые определены в любом из пп. 1-5.