BR112015024237B1

BR112015024237B1 - Processo para tratar uma corrente de resíduos

Info

Publication number: BR112015024237B1
Application number: BR112015024237-5A
Authority: BR
Inventors: Robert Harvey Moffett
Original assignee: The Chemours Company Fc, Llc
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2021-07-13
Also published as: WO2014153431A1; CA2847146C; AU2014235929B2; EP2976310B1; ZA201507162B; US20160272525A1; US9789457B2; CL2015002827A1; CA2847146A1; BR112015024237A2; AU2014235929A1; CN105377791A; EP2976310A1

Abstract

processo para tratar uma corrente de resíduos e depósito transitável a presente invenção refere-se a um processo para tratamento de uma corrente de resíduos compreendendo água, sólidos e, opcionalmente, poliacrilamida. o processo envolve (a) colocar a corrente de resíduo em contato com uma fonte de silicato por um período de tempo predeterminado para formar uma mistura; b) após o período de tempo predeterminado, colocar a mistura em contato com um ativador para iniciar a formação de gel, em que o gel aprisiona os sólidos dentro do gel; e c) permitir que o gel intensifique e solidifique; sendo que a formação de gel está demorada comparada com um processo não demorado.

Description

ANTECEDENTES CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente revelação refere-se a um processo para tratar correntes de resíduos produzidas em operações de mineração para fornecer um depósito utilizando gelificação atrasada.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Resíduos, como um termo geral, refere-se a subprodutos das operações de mineração e processamento de materiais minerais nos quais um material valioso, como um metal, mineral, carvão e semelhantes, é separado, por exemplo, extraído de um material mineral, isso é, material que foi removido da terra. Resíduos, tipicamente compreendem argila e, opcionalmente, areia e/ou pedra. Resíduos adicionalmente compreendem água. A água é usada em combinação com processos mecânicos e/ou químicos para remover o material valioso do material mineral. As operações de mineração incluem aquelas para metais preciosos, metais base, minérios argilas e carvão. Além disso, as operações de mineração incluem recuperação de betume de areias oleosas.

[0003] O tratamento de resíduos e a eliminação são grandes problemas para operações de mineração. A recuperação de água dos resíduos para reutilização em processos de extração e transporte é, geralmente, desejada. Os sólidos dos resíduos, como, argila e areia, bem como, outros materiais sólidos como pedra são, de modo geral, enviados a uma instalação de armazenamento ou área de eliminação local para a operação de mineração. A gestão destes aparatos de armazenamento ou áreas de eliminação é uma grande tarefa.

[0004] Os resíduos de armazenamento e de eliminação envolvem a construção de uma instalação que seja segura para armazenamento (incluindo armazenamento permanente), suficientemente grande e estável para conter os resíduos dentro do aparato, e proteger o ambiente local. Pode ser desejável acessar a água do aparato de armazenamento de resíduos para uso em operações de mineração como extração e outros tratamentos.

[0005] Várias correntes de resíduos são produzidas em processo de extração. Uma corrente de resíduo é uma corrente aquosa (pasta aquosa, suspensão) contendo componentes que exijam tratamento adicional, o que pode incluir a extração de material valioso ou remoção de sólidos e/ou purificação para permitir a reciclagem do conteúdo de água da corrente de resíduo. Alguns resíduos serão depositados em açudes de resíduos por longos períodos de tempo, incluindo permanentemente. Sólidos mais grossos podem se estabelecer rapidamente. A camada superior do açude pode clarear com o tempo para tornar a água que é adequada para reutilização no processo de extração. Uma camada pode compreender água e sólidos finos, cujos sólidos se estabelecem muito lentamente. Esta camada pode, por fim, se tornar resíduos finos maduros (RFM).

[0006] RFM é uma pasta aquosa de compósito estável compreendendo um ou mais dentre argila, areia, lodo, água e, opcionalmente, pedra. RFM tem pouca intensidade, nenhum potencial vegetativo e pode ser tóxico à vida animal, assim deve ser confinado e impedido de contaminar abastecimentos de água. Tipicamente, vários anos de tempo de decantação são necessários para fazer RFM, o que pode ter pouca decantação adicional ou consolidação ocorrendo por décadas.

[0007] Açudes de RFM representam uma preocupação ambiental. Por exemplo, o Conselho de Conservação dos Recursos Energéticos de Alberta (ERCB) concedeu a Diretiva 074, que obedece uma redução de açudes de RFM e a formação de depósitos transitáveis para RFM produzido na mineração e extração de betume de areias petrolíferas por todos os operadores de areias petrolíferas.

[0008] Moffett revelou em US 2010/0104744 A1, um processo para tratar correntes de resíduos com uma fonte de silicato e um ativador. A fonte de silicato é um silicato de metal alcalino, microgel de polissilicato ou suas combinações. O ativador pode ser um ácido, sais de metais alcalino- terrosos, sal de alumínio, éster orgânico, dialdeído, carbonato orgânico, fosfatos orgânicos, amida ou uma combinação dos mesmos.

[0009] Soluções de silicato de metal alcalino são distintas dos sóis de silicato coloidal por sua razão de sílica para óxido metálico (SiO2:M2O). Por exemplo, as soluções de silicato de sódio têm SiO2:Na2O menor que 4:1, conforme revelado por Iler, "The Chemistry of Silica", Wiley Interscience (1979), página 116. Iler adicionalmente recitou que "soluções de silicato de razões mais altas não estavam disponíveis".

[0010] Moffett revelou no pedido de patente US n° de série 13/329.375, depositado em 19 de dezembro de 2011, um processo para tratar correntes de resíduos com um agente gelificante e um ativador. O agente gelificante é selecionado do grupo consistindo em sílica coloidal, sílica coloidal modificada por alumínio, sílica coloidal deionizada, polissiloxano, siliconato, acrilamida, acrilato, uretano, fenoplástico, aminoplástico, estireno éster vinílico, poliéster-estireno, polímero furol a base de álcool furfurílico, epóxi, óleo vulcanizado, lignina, lignossulfonato, lignossilfeto, cera de montana, pirrolidona polivinílica e combinações dos mesmos. O ativador pode ser qualquer composto ou mistura de compostos que iniciará a gelificação.

[0011] Um aspecto importante de gerenciamento de resíduos é a consolidação dos sólidos de resíduos - isso é, reduzir o conteúdo de água dos resíduos depositados, por exemplo, para minimizar o espaço de armazenamento necessário sob disposição.

[0012] A colocação dos resíduos tratados em uma superfície inclinada é uma técnica de deposição preferida. De forma ideal, os resíduos de tratamento são depositados no ponto mais alto ou um campo de deposição inclinado e permitido percorrer o campo inclinado na mesma inclinação como o campo. É desejado que a formação de gel ocorra lentamente conforme o depósito flui para baixo para evitar uma grande criação de sólidos tratados como o superior da primeira seleção da inclinação. Tentativas anteriores para alterar os períodos de atraso de formação de gel incluem reduzir a concentração da fonte de silicato, reduzir a concentração do ativador, ou o uso de um éster como um ativador. Enquanto estes métodos são de alguma forma eficazes, a remoção de água e as intensidades dos resíduos podem também ser afetadas. Enquanto existirem muitos avanços no tratamento de resíduos, permanece uma necessidade para aprimorar um ou mais de remoção de água (menos água nos resíduos), consolidação (redução de volume dos resíduos) e reforço dos resíduos usando um processo de gelificação atrasado. A presente invenção atende as necessidades.

BREVE SUMÁRIO DA REVELAÇÃO

[0013] A presente revelação refere-se a um processo para tratamento de uma corrente de resíduos compreendendo água, sólidos e, opcionalmente, poliacrilamida. O processo de tratamento de resíduos compreende: (a) colocar a corrente de resíduo em contato com uma fonte de silicato ou sílica (a seguir “fonte de silicato”) por um período de tempo predeterminado para formar uma mistura; b) após o período de tempo predeterminado, colocar a mistura em contato com um ativador para iniciar a formação de gel, e sendo que o gel aprisiona os sólidos dentro do gel; e c) permitir que o gel endureça e solidifique; sendo que a formação de gel está atrasada comparada com um processo não atrasado.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0014] A descrição geral supracitada e a seguinte descrição detalhada são exemplares e explanatórias apenas e não são restritivas da invenção, conforme definido nas reivindicações em anexo. Outros recursos e benefícios de qualquer uma ou mais das modalidades serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada e das reivindicações.

[0015] Como usado aqui, os termos "compreende", "compreendendo", "incluir", "incluindo", "tem", "tendo", ou qualquer variação dos mesmos, se destinam a inclusão não exclusiva. Por exemplo, um processo, método, artigo ou aparelho que compreende uma lista de elementos não é necessariamente limitado para apenas estes elementos, mas pode incluir outros elementos não expressamente listados ou inerentes a tais processos, métodos, artigo ou aparelho. Adicionalmente, a não ser que seja indicado expressamente ao contrário, "ou" se refere a um ou inclusivo e não a um ou inclusivo. Por exemplo, uma condição A ou B é satisfatória por qualquer um dos seguintes: A é verdadeira (ou presente) e B é falsa (ou não presente), A é falsa (ou não presente) e B é verdadeira (ou presente), e ambas A e B são verdadeiras (ou presentes).

[0016] Ainda, o uso de "um" ou "uma"é empregado para descrever os elementos e componentes descritos na presente invenção. Isso é feito meramente por conveniência e rende um sentido geral do escopo da invenção. Esta descrição deve ser lida para incluir um ou pelo menos um singular, também inclui o plural, a menos que seja óbvio o contrário.

[0017] Exceto onde definido em contrário, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado que o geralmente entendido por um versado na técnica a quem esta invenção pertence. Em caso de conflito, o presente relatório descritivo, incluindo as definições, controlará. Embora métodos e materiais similares ou equivalentes aos descritos na presente invenção possam ser usados na prática ou teste de modalidades da presente invenção, métodos e materiais adequados são descritos abaixo. Além disso, os materiais, métodos e exemplos são ilustrativos apenas e não direcionados como limitativos.

[0018] Quando uma quantidade, concentração, ou outro valor ou parâmetro for dado tanto como uma faixa, faixa preferida ou uma lista de valores superiores preferidos e/ou valores inferiores preferidos, isso deve ser entendido como especificamente revelando todas as faixas formadas de qualquer limite de faixa superior ou valor preferido e qualquer limite de faixa inferior ou valor preferido, independentemente se as faixas são separadamente reveladas. Onde é mencionado, aqui, uma faixa de valores numéricos, exceto onde especificado em contrário, a faixa destina-se a incluir os valores extremos e todos os números inteiros e frações dentro da faixa.

[0019] Antes de direcionar os detalhes das modalidades descritas abaixo, alguns termos são definidos ou esclarecidos.

DEFINIÇÕES

[0020] Certos termos, conforme usado na presente invenção, têm as definições conforme fornecido abaixo.

[0021] Argila é qualquer material de ocorrência natural composto principalmente por silicatos de alumínio hidratado. A argila pode ser uma mistura de minerais argilosos e pequenas quantidades de materiais sem argila ou pode ser predominantemente um mineral argiloso. O tipo é determinado pelo mineral argiloso predominante.

[0022] O termo partícula grossa refere-se a uma partícula única ou uma coleta de partículas. Será observado pelos versados na técnica que este tamanho de partícula grossa pode variar dependendo da fonte da corrente de resíduos. Por exemplo, em resíduos de areias, as partículas grossas são definidas como partículas maiores que 44 μm. Alternativamente, em resíduos de mina de carvão, as partículas grossas são definidas como partículas maiores que 2,5 μm.

[0023] Sólidos aprisionados significa que as partículas sólidas, como argila, areia, lodo e pedra (se presente), são capturadas dentro da estrutura de gel enquanto a água não é permanentemente retida dentro da estrutura.

[0024] O termo partícula fina refere-se a uma partícula única ou uma coleta de partículas. Será observado pelos versados na técnica que este tamanho de partícula fina pode variar dependendo da fonte da corrente de resíduos. Por exemplo, nas areias petrolíferas resíduos, as finas partículas são definidas como partículas menores que 44 μm. Alternativamente, em resíduos de mina de carvão, as finas partículas são definidas como partículas menores que 2,5 μm.

[0025] Mineral é um elemento ou composto inorgânico de ocorrência natural tendo uma estrutura interna regular e composição química característica, forma de cristal e propriedades físicas.

[0026] Pedra é qualquer massa formada naturalmente consolidada ou coerente e relativamente rígida de matéria mineral; pedra, com a maioria consistindo em dois ou mais minerais.

[0027] Areia é um depósito sedimentar não consolidado ou moderadamente consolidado, a maioria geralmente composto por quartzo (sílica), mas pode incluir partículas de qualquer composição mineral ou mistura de pedras ou minerais, como areia coralífera, que consiste em calcário (carbonato de cálcio). (Fonte: AGI American Geosciences Institute (Instituto de Geociências Americano)

[0028] Lodo é uma mistura de pedra particulada e/ou mineral.

[0029] O termo "a formação de gel está atrasada", como usado aqui, significa que a formação de gel não ocorre de forma instantânea no momento da adição da fonte de silicato na etapa (a). Também significa que o início do momento, o ativador é adicionado a ou entra em contato com a mistura na etapa (b), a taxa de aumento na tensão limite de escoamento da corrente de resíduos tratados é substancialmente reduzida com um processo sem atraso quando outras condições dos processos são substancialmente os mesmos.

[0030] O termo "resíduos tratados" ou "corrente de resíduos tratados", como usado aqui, significa que a mistura dos resíduos resultantes após as etapas (a) e (b). Ele compreende corrente de resíduos, fonte de silicato, ativador, gel formado, opcionalmente o agente de reforço e opcionalmente poliacrilamida.

[0031] O termo "processo sem atraso", como usado aqui, significa um processo em que a fonte de silicato e o ativador são adicionados ou entram em contato com uma corrente de resíduos simultaneamente ou não simultaneamente.

[0032] O atraso da formação de gel permite que a corrente de resíduos tratados flua mais longo quando disperso sobre uma superfície. Isso é importante para quando os resíduos tratados precisam fluir sobre uma distância mais longa antes da gelificação. Sob o processo sem atraso normal, a gelificação é controlada pela intensidade da fonte de silicato, ativadores, ajustes de pH, etc. Surpreendentemente, a presente revelação fornece um processo em que a formação de gel é atrasada após a adição do ativador.

[0033] A presente revelação fornece um processo para tratamento de uma corrente de resíduos compreendendo, consistindo essencialmente em ou consistindo em água, sólidos e, opcionalmente, poliacrilamida. O processo de tratamento de resíduos compreende: (a) colocar a corrente de resíduo em contato com uma fonte de silicato por um período de tempo predeterminado para formar uma mistura; b) após o período de tempo predeterminado, colocar a mistura em contato com um ativador para iniciar a formação de gel, e sendo que o gel aprisiona os sólidos dentro do gel; e c) permitir que o gel endureça e solidifique; sendo que a formação de gel está atrasada comparada com um processo não atrasado.

[0034] Em algumas modalidades desta invenção, o processo de tratamento de resíduos adicionando compreende adicionar uma poliacrilamida (PAM) na corrente de resíduos ou na mistura antes da etapa (c). A poliacrilamida pode ser adicionada à corrente de resíduos antes, após ou quase ao mesmo tempo que uma fonte de silicato é adicionada. Tipicamente, a poliacrilamida é adicionada à mistura antes ou quase ao mesmo tempo que um ativador é adicionado, mas também pode ser adicionada após a adição de um ativador e antes da mistura ser substancialmente gelificada.

[0035] Quando usada, a poliacrilamida é adicionada à corrente de resíduos ou à mistura em uma quantidade de 50 a 10000 gramas PAM/1000 kg de partículas finas (partículas menores que 44 μm).

[0036] Em algumas modalidades desta invenção, o processo de tratamento de resíduos adicionando compreende adicionar um agente de reforço na corrente de resíduos ou na mistura antes da etapa (c). Em algumas modalidades desta invenção, o processo de tratamento de resíduos adicionalmente compreende adicionar um agente de reforço na etapa (a).

[0037] O agente de reforço pode ser adicionado à corrente de resíduos, à fonte de silicato, à mistura, ao ativador, à mistura e ativador, ou ao gel formado na etapa (b). O agente de reforço pode ser adicionado a qualquer um dos componentes acima e até o gel endurecer e solidificar.

[0038] Quando usado, um agente de reforço é adicionado em uma quantidade igual a 0,1 a 700 g/kg (0,1 a 700 kg/tons) com base no peso total da corrente de resíduos. De preferência, o agente de reforço é adicionado em uma quantidade igual a 0,1 a 100 g/kg (0,1 a 100 kg/tons) com base no peso total da corrente de resíduos. Com mais preferência, o agente de reforço é adicionado em uma quantidade igual a 0,1 a 10 g/kg (0,1 a 10 kg/tons) com base no peso total da corrente de resíduos.

[0039] A presente invenção é útil para tratar as correntes de resíduos e, particularmente útil, para o tratamento de corrente de resíduos produzido nos processos para extrair o betume dos minérios das areias petrolíferas. Minérios de areias petrolíferas são grandes depósitos de misturas de ocorrência natural compreendendo betume, areia, argilas e outros materiais inorgânicos, como minérios de titânio ou zircônio. Na presente invenção, o betume refere-se a hidrocarbonetos e outros óleos encontrados nas areias petrolíferas, areais asfálticas, óleo bruto e outras fontes de petróleo. Os minérios de areias petrolíferas tipicamente compreendem cerca de 2 a 18%, em peso, de betume, com base no peso total do minério de areias petrolíferas. Minérios de areia petrolífera contendo mais que 6 a 7%, em peso, de betume, com base no peso total do minério, são explorados comercialmente hoje. Os minérios de areias petrolíferas adicionalmente compreendem água, areia e argila. De modo geral, os minérios de areias petrolíferas compreendem cerca de 2 a 5%, em peso, de água.

CORRENTE DE RESÍDUOS

[0040] A corrente de resíduos é um fluido aquoso (pasta aquosa, suspensão) compreendendo, consistindo essencialmente em, ou consistindo em água e sólidos. Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em água, sólidos e poliacrilamida. Em algumas modalidades desta invenção, a poliacrilamida é de um processo de tratamento de resíduos. Por exemplo, resíduos novos podem ser espessados com uma poliacrilamida. Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em água, sólidos e microgel de polissilicato. Em algumas modalidades desta invenção, o microgel de polissilicato é do processo de recuperação do betume das areias petrolíferas. Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em água, sólidos e microgel de polissilicato.

[0041] Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos sólidos compreende argila, areia, pedra, lodo, ou quaisquer combinações dos mesmos. Sólidos podem compreender adicionalmente partículas não extraídas de mineral no material explorado. Uma porção ou todos os sólidos na corrente de resíduos podem ser suspensos na água. Os sólidos suspensos não são tipicamente fáceis de serem separados da água.

[0042] Os sólidos têm um tamanho de partícula tipicamente menor que 0,5 mm e em algumas modalidades menor que 0,05 mm. A corrente de resíduos tipicamente compreende, pelo menos, 5%, em peso, de sólidos, em algumas modalidades maior que 10% e em algumas outras modalidades maior que 20%, em peso, de sólidos, com base no peso total da corrente de resíduos. As partes restantes da corrente de resíduos são tipicamente água e/ou materiais dissolvidos como sais e auxiliares de processamento (por exemplo, solvente orgânico, auxiliares de extração como microgel de polissilicato e poliacrilamida). A corrente de resíduos pode compreender menos que 70% de sólidos, ou menos que 50% de sólidos, ou menos que 40% de sólidos, com base no peso total dos resíduos.

[0043] Para uma aplicação particular, as correntes de resíduos de areias petrolíferas podem compreendem sólidos em que 10% a 100% por volume dos sólidos têm um tamanho da partícula menor que 0,5 mm, em algumas modalidades, 20% por volume em 100% por volume dos sólidos têm um tamanho da partícula menor que 0,5 mm, com base no volume total dos sólidos. Em algumas modalidades desta invenção, as correntes de resíduos de areias petrolíferas podem compreendem sólidos em que 5% a 100% por volume dos sólidos têm um tamanho da partícula menor que 0,05 mm, em algumas modalidades, 20% por volume em 100% por volume dos sólidos têm um tamanho da partícula menor que 0,05 mm, com base no volume total dos sólidos.

[0044] A corrente de resíduos sólidos das operações de mineração e processamento mineral variou as distribuições de tamanho. A maioria das correntes de resíduos sólidos compreende alta porcentagem de finas partículas. Por exemplo, a maioria dos sólidos da corrente de resíduos produzidos a partir da mineração e processamento de cobre, ouro, ferro, chumbo, zinco, molibdênio e aconita têm 50%, em peso, ou mais das partículas que passam uma peneira de 0,075 mm (No. 200). Os sólidos da corrente de resíduos da mineração de minério de ferro e processamento mineral podem ter um amanho da partícula levemente maior. Para propriedades de vários resíduos, veja, por exemplo, http://www.rmrc.unh.edu/tools/uguidelines/mwst1.asp, acessado em 21 de junho de 2012.

[0045] A corrente de resíduos é tipicamente produzida de uma operação de mineração ou planta de processamento mineral. Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos é produzida em um processo para extrair betume dos minérios das areais petrolíferas. Em uma operação de mineração, um material é removido da terra. Em uma planta de processamento mineral, tal material é tratado para extrair um mineral valioso como carvão, óleo (como das areias petrolíferas), minério de metal precioso, minério de metal base, argila, pedra. Os materiais extraídos incluem, por exemplo, carvão, urânio, potassa, argila, fosfato, gesso, metais preciosos e mateais base. A corrente de resíduos gerada por compreender o conteúdo mineral valioso (por exemplo, betume, carvão, metal precioso ou metal base, pedra) como parte dos sólidos. Assim, podem existir etapas antecipadamente de aprisionar os sólidos (na presente invenção, etapa (a)) para remover o conteúdo de mineral valioso. Essencialmente, qualquer operação de processamento de mineração ou mineral que usa água para conduzir ou lavar materiais gerará uma corrente de resíduos.

[0046] Em uma operação de mineração, pode existir interesse de recuperar e reciclar o conteúdo de água da corrente de resíduos. Alternativamente, em uma operação de processamento mineral industrial, a água pode ser reciclada na operação de processamento como moagem, refinamento, fundição e outros processos de fabricação. As operações de refinamento, por exemplo, incluem extração de óleo, níquel ou cobre do material explorado.

[0047] Metais preciosos incluem ouro, prata, platina, paládio, rutênio, ródio, ósmio, irídio, Ouro, prata, platina e paládio são os metais preciosos extraídos mais comumente. Metais base incluem níquel, cobre, alumínio, chumbo, zinco, estanho, tungstênio, molibdênio, tântalo, cobalto, cádmio, titânio, zircônia, antimônio, manganês, berílio, crômio, germânio, vanádio, gálio, háfnio, índio, nióbio, rênio e tálio. Níquel, cobre, alumínio, chumbo e zinco são os metais base extraídos mais comumente. Pedras incluem diamante, esmeralda (berilo), rubis, granada, jade, opala, peridoto, safira, topázio, turquesa e outros.

[0048] Outras operações de mineração e processamento mineral incluem mineração de areias petrolíferas e extração de betume e processos de recuperação.

[0049] A corrente de resíduos pode ser um tanque de resíduos, minério ou águas do processo de mineração, resíduos quimicamente espessados, resíduos novos, RFM, resíduos de compósito consolidado (RCC) ou uma combinação dos mesmos. RCC pode ser chamado como resíduos de compósito (CT) e resíduos sem segregação (RSS). As correntes de resíduos úteis na presente invenção também são descritas no Pedido de Patente US No. Serial 13/329.375.

POLIACRILAMIDA

[0050] O processo desta revelação usa opcionalmente uma poliacrilamida.

[0051] As poliacrilamidas (PAMs) úteis na presente invenção incluem poliacrilamidas aniônicas, catiônicas, não iônicas e anfotéricas. As poliacrilamidas são polímeros formados por polimerização de acrilamida, CH2=CHC(O)NH2. As poliacrilamidas da presente invenção tipicamente têm um peso molecular maior que um milhão. As poliacrilamidas podem ser lineares ou moléculas ramificadas.

[0052] Preferivelmente, a PAM é uma poliacrilamida aniônica (APAM) ou poliacrilamida catiônica (CPAM). APAM ou CPAM são nomes genéricos para um grupo de macromoléculas de alto peso molecular produzidas pela polimerização de radical livre de acrilamida e um co- monômero carregado de forma aniônica ou catiônica. APAM e CPAM podem ser preparadas por técnicas conhecidas pelos versados na técnica, incluindo, mas não se limitando à reação de Mannich. Tanto a densidade da carga (ionicidade) quanto o peso molecular podem ser variados na APAM e CPAM. Mediante a variação da razão de monômeros de acrilamida/iônicos, uma densidade de carga de 0 (não iônico) a 100% ao longo da cadeia do polímero pode ser obtida. O peso molecular é determinado pelo tipo e concentração do iniciador de reação e parâmetros de reação.

[0053] Tipicamente, uma poliacrilamida é dissolvida em um solvente antes de entrar em contato com a corrente de resíduos ou a mistura. De preferência, o solvente compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em água nesta revelação.

[0054] Em algumas modalidades desta invenção, a poliacrilamida é adicionada à corrente de resíduos ou a mistura para facilitar a liberação precoce de água. A poliacrilamida pode ser adicionada antes ou após a adição da fonte de silicato. Por exemplo, a adição da fonte de silicato pode ocorrer durante ou antes de um espessante de poliacrilamida ou após a descarga do espessante de poliacrilamida. A fonte de silicato pode também ser adicionada antes, durante ou após uma operação de centrífuga que também utiliza a poliacrilamida. A injeção em linha da poliacrilamida e a fonte de silicato também são possíveis.

DEPÓSITO TRANSPORTÁVEL

[0055] O depósito transportável é um material sólido ou semissólido que é depositado na ou sobre uma superfície. O depósito transportável nesta revelação tem uma resistência a cisalhamento não drenado mínima (tensão limite de escoamento) de 5 kPa um ano após a deposição, e/ou uma resistência a cisalhamento não drenado mínima de 10 kPa cinco anos após a deposição.

FONTE DE SILICATO

[0056] A fonte de silicato desta revelação compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em um silicato de metal, um microgel de polissilicato, uma solução de silicato parcialmente ou completamente deionizada tendo uma razão molar de Si:M de, pelo menos, 2:6, em que M é um metal alcalino; sílica coloidal, ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades desta invenção, a fonte de silicato compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em silicato de metal alcalino.

[0057] Um silicato de metal alcalino pode ser dissolvido em um solvente para fazer uma solução de silicato de metal alcalino antes de entrar em contato com a corrente de resíduos. De preferência, o solvente compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em água nesta revelação.

MICROGEL DE POLISSILICATO

[0058] Microgéis de polissilicato são soluções aquosas que são formadas pela gelificação parcial de um silicato de metal alcalino ou um polissilicato, como polissilicato de sódio. Os microgéis, que podem ser chamados como sílica "ativa", ao contrário da sílica coloidal comercial, compreendem soluções de partículas de sílica ligadas com 1 a 2 nm de diâmetro que tipicamente têm uma área de superfície de, pelo menos, cerca de 750 m2/g. Microgéis de polissilicato são comercialmente disponíveis junto à E. I. du Pont de Nemours e Company, Wilmington, DE, EUA.

[0059] Microgéis de polissilicato têm índices de mol de SiO2:Na2O de 4:1 para cerca de 25:1, e são discutidos nas páginas 174-176 e 225-234 de "The Chemistry of Silica" por Ralph K. Iler, publicado por John Wiley e Sons, N. Y., EUA, 1979. Métodos gerais para preparar microgéis de polissilicato são descritos na Patente US 4.954.220, cujos ensinamentos estão aqui incorporados, a título de referência.

[0060] Os microgéis de polissilicato incluem microgéis que foram modificados pela incorporação de alumina em sua estrutura. Tais microgéis de polissilicato modificados por alumina são chamados como microgéis de polialuminossilicato e são prontamente disponíveis por uma modificação do método básico para microgéis de polissilicato. Métodos gerais para preparar microgéis de polialuminossilicato são descritos na Patente US 4.927.498, cujos ensinamentos estão aqui incorporados, a título de referência.

[0061] Ácido polissilícico é uma forma de um microgel de polissilicato e, de modo geral, refere-se aos ácidos silicílicos que foram formados e parcialmente polimerizados na faixa de pH 1 a 4 e compreendem partículas de sílica menores que 4 nm de diâmetro, que, depois disso, polimerizam em cadeias e redes tridimensionais. Ácido polissilícico pode ser preparado, por exemplo, de acordo com os métodos revelados na patente US n° 5.127.994, aqui incorporadas, a título de referência.

[0062] Além dos microgéis de polissilicato descritos acima, o termo microgéis de polissilicato, como usado aqui, inclui sol de sílica tendo um valor S baixo, como um valor menor que 50%. "Sóis de sílica com valor S baixo"são descritos nas patentes européias EP 491879 e EP 502089. EP 491879 descreve um sol de sílica tendo um valor S na faixa de 8 a 45% em que as partículas de sílica têm uma área de superfície específica de 750 a 1000 m2/g, que foi a superfície modificada com 2 a 25% de alumina. EP 502089 descreve um sol de sílica tendo uma razão molar entre SiO2 a M2O, em que M é um íon de metal alcalino e/ou um íon de amônio de 6:1 a 12:1 e contendo partículas de sílica tendo uma área de superfície específica de 700 a 1200 m2/g.

SOLUÇÃO DE SILICATO DEIONIZADA

[0063] Uma solução de silicato deionizada pode ser preparada por meios conhecidos na técnica, por exemplo, por um processo eletrolítico e/ou por uso de uma resina de troca iônica. Métodos de troca iônica são revelados, por exemplo, por Bird, na patente US no 2.244.325. A solução de silicato deionizada pode ser preparada colocando uma solução de silicato de metal alcalino em contato com uma resina de troca de cátion forte. A solução de silicato deionizada pode alternativamente ser preparada colocando uma solução de silicato de metal alcalino em contato com uma resina de troca iônica fraca.

[0064] Iler, na patente US 3.668.088, revela um processo para remover ânions de sódio do silicato de sódio em um processo de eletrodiálise, em que a solução aquosa de silicato de sódio é eletrolisada enquanto separada de um anólito ácido por um cátion permeável, membrana impermeável por ânion.

[0065] Uma solução de silicato deionizada pode ser preparada pela remoção de uma solução de silicatos de metal alcalino usando eletrólise bipolar.

[0066] Outros processos para preparar soluções de silicato deionizadas que dependem de uma combinação de eletrólise e membranas de troca iônica ou membranas permeáveis de íon foram revelados, por exemplo, em JP2003236345A, JP2004323326A, JP07000803A, JP2002220220A, JP2003311130A e JP2002079527A.

[0067] Mais especificamente, uma solução de silicato de sódio (ou vidro de água) pode entrar em contato com uma forte resina de troca de cátions. As fortes resinas de troca de cátions têm funcionalidade de ácido sulfônico, R-SO3H, em que R é a cadeia principal da resina da matriz. A resina ou a matriz pode ser, por exemplo, copolímeros de estireno divinil benzeno funcionalizado. As fortes resinas de troca de cátions são comercialmente disponíveis, por exemplo, junto à Dow Chemical Company.

[0068] As soluções de silicato deionizadas podem ser modificadas pela alumina antes ou durante ou após o processo de deionização. Os processos como os revelados nas Patentes US 5.482.693; 5.470.435; 5.543.014; e 5.626.721 podem ser usados. Deve-se tomar cuidado quando o processo usa aluminato de sódio de modo que o sódio adicionado não forneça uma razão molar Si:Na menor que 2,6 após este tratamento.

[0069] A solução de silicato deionizada pode ser estabilizada pelos métodos conhecidos na técnica, como pelo controle de pH ou temperatura.

[0070] Uma solução de silicato deionizada é uma solução aquosa (à base de água). A solução tem uma razão molar de Si:M de pelo menos 2,6. M é um metal alcalino, como lítio, sódio, potássio ou combinações dos mesmos. De preferência, a razão molar é 4 ou maior, com mais preferência 5 ou maior. O limite superior da razão molar de Si:M pode ser definido pelas considerações práticas, por exemplo, capacidade de uma resina de troca iônica para uma dada quantidade de solução de silicato, ou alternativamente, um limite mínimo para sódio em um sistema de tratamento particular de resíduos, em particular, quando a água recuperada é reciclada para reutilização.

[0071] A concentração de sílica na solução após a deionização é 115%, em peso, como "SiO2", de preferência 2-10%, com mais preferência 4-7%.

[0072] A solução de silicato deionizada pode compreender partículas, ânions e oligômeros de sílica. A área de superfície específica de sílica é maior que 500 500 m2/g, tipicamente maior que 750 m2/g.

SÍLICA COLOIDAL

[0073] Em algumas modalidades desta invenção, a fonte de silicato é selecionado do grupo consistindo em sílica coloidal, sílica coloidal modificada por alumínio, sílica coloidal deionizada e combinações dos mesmos.

PERÍODO DE TEMPO PREDETERMINADO

[0074] A presente revelação fornece um processo, em que a fonte de silicato e o ativador são adicionados ou entram em contato com a corrente de resíduos, não ao mesmo tempo. Em vez disso, a adição do ativador é atrasada por um período de tempo predeterminado. Como resultado, a formação de gel é atrasada. A taxa de aumento de viscosidade e a taxa de aumento na tensão limite de escoamento da corrente de resíduos tratados também são substancialmente reduzidas comparadas com um processo sem atraso quando outras condições dos processos são substancialmente as mesmas.

[0075] Nesta revelação, o período de tempo predeterminado é maior que zero. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 1 minuto. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 2 minutos. Em algumas modalidades, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 5minutos. Em algumas modalidades, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 10 minutos. Em algumas modalidades, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 15 minutos. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 20 minutos. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 25 minutos. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é, pelo menos, 30 minutos.

[0076] A quantidade máxima do período de tempo predeterminado que foi encontrada ser útil na presente revelação é aproximadamente 1440 minutos (24 horas). Tipicamente, o período de tempo predeterminado mais longo que 1140 minutos é impraticável para uso comercial. Isso não quer dizer que períodos mais longos não podem ser usados na presente revelação. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é não mais que 1440 minutos. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é de 1 minuto a 1440 minutos. Em algumas modalidades desta invenção, o período de tempo predeterminado é de 2 minutos a 1440 minutos. O versado na técnica entenderia a variável recentemente adicionada de gelificação atrasada de resíduos tratados e pode padronizar os períodos de gelificação desejados com base na concentração de corrente de sólidos a ser tratada, as fontes de silicato e a concentração, e os ativadores e as concentrações selecionadas.

ATIVADORES

[0077] Os ativadores úteis na presente revelação compreendem qualquer composto ou mistura de compostos que podem iniciar a gelificação de um silicatos de metal alcalino. Em algumas modalidades desta invenção, o ativador é selecionado do grupo que consiste em ácidos, sais de metais alcalino-terrosos, sais de alumínio, ésteres orgânicos, dialdeídos, carbonatos orgânicos, fosfatos orgânicos, amidas, dióxido de carbono, aluminato de sódio e combinações dos mesmos.

[0078] Exemplos de ácidos úteis como ativadores incluem, mas não se limitam a, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, fosfato de sódio, bicarbonato de sódio, ácido clorídrico, sulfato de hidrogênio de sódio e ácido acético. Exemplos de sais de metais alcalino-terrosos e sais de alumínio incluem, mas não se limitando a, cloreto de cálcio, óxido de cálcio, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio, cloreto de magnésio e sulfato de alumínio. Exemplos de ésteres orgânicos, dialdeídos, carbonatos orgânicos, fosfatos orgânicos e amidas incluem, mas não se limitando a, ésteres acéticos de glicerol, glioxal, carbonato de etileno, carbonato de propileno e formamida. De preferência, o ativador é um ácido, um sal de metal alcalino-terroso, dióxido de carbono ou combinações dos mesmos. Ácidos preferidos são ácido sulfúrico. Sais de metais alcalino-terrosos são sulfato de cálcio e cloreto de cálcio. Um ou mais ativadores podem ser usados.

AGENTE DE REFORÇO

[0079] O processo desta revelação usa opcionalmente um agente de reforço. Os agentes de reforço são compostos que agem como cargas e intensificam mecanicamente a corrente de resíduos tratados. Agentes de reforço podem ser usados em uma quantidade até cerca de 70% de peso do peso total do depósito transportável.

[0080] Os agentes de reforço são selecionados do grupo que consiste em areia fina de cascalho das operações de mineração, pedra residual das operações de mineração, coque de petróleo, partículas de carvão, enxofre cristalino elementar, fibras inorgânicas, fibras orgânicas e combinações de dois ou mais destes. As definições do tamanho de partícula para cascalho são determinadas por ASTM D2488 (2009) "Standard Practice for Description and Identification of Soils (Visual-Manual Procedure)", DOI: 10.1520/D2488-09A, disponível junto à ASTM International, West Conshohocken, PA, EUA. Fibras inorgânicas podem ser, por exemplo, fibras de aço ou fibras de vidro. As fibras orgânicas podem ser, por exemplo, resíduo da polpa, resíduo de papel, resíduo de madeira e papel residual.

[0081] Além disso, a superfície do agente de reforço pode ser não tratada ou a superfície pode ter sido tratada com um agente ativo da superfície. Um típico agente ativo de superfície é um silano orgânico. Os agentes ativos de superfície intensificam as ligações interfaciais entre o agente de reforço e os resíduos tratados.

TRATAMENTO DE CORRENTE DE RESÍDUOS

[0082] Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos é resíduos finos maduros. Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos é resíduos frescos. Em algumas modalidades desta invenção, a corrente de resíduos é quimicamente espessada, mecanicamente espessada, ou ambos, formando uma corrente de resíduos parcialmente com a água removida, antes da etapa (a). Em algumas modalidades desta invenção, o espessamento químico é por floculação. Em algumas modalidades desta invenção, o espessamento químico é por centrífuga. Em algumas modalidades desta invenção, uma corrente de resíduos é tratada com um floculante antes da centrífuga.

[0083] As etapas de contato (a) e (b) podem ser realizadas em várias formas. A corrente de resíduos, fonte de silicato e ativador com o agente de reforço opcional e poliacrilamida opcional podem entrar em contato em um vaso e depositados em uma superfície e deixadas secar. A corrente de resíduos pode ser primeiro tratada por um floculante e, então, centrifugada antes de entrar em contato com uma fonte de silicato, ativador, agente de reforço opcional e poliacrilamida opcional para melhorar a separação.

[0084] Em algumas modalidades, a fonte de silicato, ativador e poliacrilamida opcional e/ou agente de reforço entram em contato com a corrente de resíduos em uma tubulação de transferência para iniciar a gelificação, pela qual a formação da matriz de gel substancial ocorre fora da tubulação para evitar a conexão da tubulação.

[0085] Inesperadamente, a viscosidade da corrente de resíduos pode ser reduzida após a corrente de resíduos entrar em contato com a fonte de silicato na etapa (a), ou após a corrente de resíduos entrar em contato com a fonte de silicato e o ativador e antes do gel ser substancialmente formado. A viscosidade reduzida resultará na queda de pressão reduzida em uma tubulação de transferência e, assim, facilitará o transporte da corrente de resíduos em uma tubulação.

[0086] Nesta revelação, "gel" e "matriz de gel"são usados de forma intercambiável.

[0087] É mostrado na presente invenção que ao contrário da floculação, na qual as partículas suspensas se unem para formar um precipitado, no processo desta revelação, em contato com a fonte de silicato e o ativador, a corrente de resíduos se torna viscosa e, então, desenvolve a rigidez conforme ela endurece e solidifica na forma de um gel.

[0088] Foi observado por experimentos que pelo atraso a adição do ativador à mistura de corrente de resíduos/fonte de silicato, o tempo para o gel ser formado é aumentado. Este aumento no tempo antes da gelificação permite o transporte dos resíduos tratados, bem como para finalidades de deposição. O atraso da formação de gel permite a deposição dos resíduos tratados em uma superfície inclinada, onde os resíduos tratados fluem por distâncias mais longas antes da gelificação, comparado aos resíduos tratados usando um processo sem atraso.

[0089] Em algumas modalidades desta invenção, o processo de tratamento de resíduos adicionalmente compreende espalhar o gel na e/ou sobre a superfície antes da etapa (c). Em algumas modalidades, tal superfície é uma superfície inclinada. A diferença entre "em" ou "sobre" uma superfície pode ser uma matéria de grau, mas é direcionado aqui para indicar que o gel é depositado em uma superfície em uma localização particular, pela qual a deposição sobre uma superfície envolve espalhar ou fluir o gel. Podem existir muitas instâncias de espalhamento parcial ou fluxo que é mais bem descrito como uma combinação de deposição em uma superfície e deposição sobre uma superfície.

[0090] Em algumas modalidades desta invenção, o processo de tratamento de resíduos adicionalmente compreende espalhar o gel sobre uma superfície antes da etapa (c). Em algumas modalidades desta invenção, tal superfície é inclinada ou em um poço de remoção de água.

[0091] Em algumas modalidades desta invenção, a matriz de gel é espalhada sobre uma superfície antes da etapa (c) e permitida remover a água e secar.

[0092] Em algumas modalidades desta invenção, a mistura combinada da corrente de resíduos, fonte de silicato, ativador e poliacrilamida opcional e/ou agente de reforço é depositado pelo bombeamento ou aspersão em uma superfície. Como será entendido pelos versados na técnica, é importante bombear, pulverizar ou transferir a mistura combinada em um período antes do gel endurecer e solidificar para evitar a formação de um sólido que pode conectar uma bomba, um cabeçote de aspersão ou linha de transferência.

[0093] Em algumas modalidades desta invenção, a fonte de silicato, ativador e poliacrilamida opcional e/ou agente de reforço são adicionados diretamente a um tanque de resíduos. Quando adicionados a um tanque de resíduos, a água é permitida evaporar ou é separada por outros meios para remoção de água dos resíduos.

[0094] Na etapa (c) para permitir que o gel endureça e solidifique, o gel pode ser submetida a um processo de remoção de água e/ou seco.

[0095] Em algumas modalidades desta invenção, o gel aprisionado em sólido formado a partir do processo de tratamento de resíduos pode ser depositado em uma superfície, de preferência uma superfície inclinada e permitida solidificar. Esta etapa de aplicação do produto da etapa de contato em uma superfície pode ser repetida várias vezes, produzindo uma elevação das várias camadas da superfície sólida que abrange os sólidos incluindo os sólidos finos da corrente de resíduos. O processo da presente revelação permite a formação de deposição da superfície inclinada maior permitindo que os resíduos fluam sobre os comprimentos mais longos antes de endurecer e/ou solidificar para formar um depósito transitável. Superfícies inclinadas mais longas podem ser desejadas para a colocação em poços de secagem e perda de água subsequente.

[0096] Em algumas modalidades desta invenção, o gel aprisionado em sólido formado a partir do processo de tratamento de resíduos pode ser depositado em um poço de remoção de água em uma ou mais camadas. Quando depositado em mais do que uma camada, o peso de múltiplas camadas produz um efeito de compressão que, então, pressiona a água para fora das múltiplas camadas de depósitos. Areia ou meios porosos podem ser inseridos abaixo ou no topo de uma camada para melhorar a remoção de água e secagem.

[0097] Por "endurecer e solidificar", significa, na presente invenção, que o gel formou uma massa sólida, que separa da água presente na corrente de resíduos. Em algumas modalidades desta invenção, a massa sólida desenvolverá uma resistência a cisalhamento não drenado mínima de 5 kPa um ano após a deposição e uma resistência a cisalhamento não drenado mínima de 10 kPa cinco anos após a deposição. Na etapa para permitir que o gel endureça e solidifique, o gel pode ser submetido a um processo de remoção de água e/ou seco. Em algumas modalidades desta invenção, o gel é permitido endurecer e solidificar para produzir um depósito transitável.

[0098] Como usado aqui, a separação da água inclui a separação parcial de água do gel. A separação pode ocorrer ou ser realizada por meios como evaporação, drenagem, remoção de água mecânica, escoamento, compressão, exsudação, percolação de água para superfície subjacente, congelamento/descongelamento, sublimação, sinérese. Deve-se compreender que o gel pode reter uma porção da quantidade de água total da corrente de resíduos e soluções de tratamento (por exemplo, soluções de silicatos de metal alcalino ou ativadores), pois todos os traços seriam quase impossíveis de remover e a água da precipitação natural ou escoamento da elevação mais alta do material pode se tornar parte do gel.

[0099] Em algumas modalidades desta invenção, o processo de tratamento de resíduos adicionalmente compreende a remoção de água na etapa (c). Em algumas modalidades desta invenção, a remoção de água ocorre por secagem a ar (evaporação), canalização de água, compressão, sinérese, exsudação, congelamento/descongelamento, sublimação ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, a remoção de água ocorre por evaporação. Em algumas modalidades, a remoção de água ocorre por escoamento da água. Em algumas modalidades, o escoamento da água é recuperado e reciclado.

[0100] Por "escoamento" significa que a água é espalhada dos sólidos aprisionados em gel, ou alternativamente a água da precipitação natural (chuva, neve) que passa sobre os sólidos aprisionados no gel e escoam os resíduos. O escoamento é, de modo geral, capturado em uma área de coleta de água (por exemplo, um poço). Se o escoamento de água ocorrer, um pode recuperar a água deste processo e reciclar a água escoada. Para compressão, os sólidos podem ser depositados em um tanque, onde um ou mais lados permite que o escoamento de água seja recuperado. Por exemplo, o escoamento de água ou água recuperada pode ser reutilizado na extração do betume.

[0101] O gel compreendendo sólidos aprisionados pode ser submetido a "secagem forçada"usando prensa do filtro de placa e armação, ou outro meio de remoção de água mecânico. Seguir uma etapa de secagem no produto seco, pode, então, ser espalhado sobre uma superfície, de preferência, uma superfície inclinada ou depositado em um poço de remoção de água.

[0102] Em algumas modalidades desta invenção, a matriz de gel é permitida endurecer e solidificar, por exemplo, com a remoção de água e/ou secagem, para produzir um depósito transitável.

DEPÓSITO TRANSPORTÁVEL

[0103] Em algumas modalidades desta invenção, um depósito transportável produzido por um processo compreendendo: (a) colocar uma corrente de resíduo em contato com uma fonte de silicato por um período de tempo predeterminado para formar uma mistura; b) após o período de tempo predeterminado, colocar a mistura em contato com um ativador para iniciar a formação de gel, sendo que o gel aprisiona os sólidos dentro do gel; e c) permitir que o gel endureça e solidifique; por remoção de água do gel para formar um depósito transitável, sendo que, a corrente de resíduos compreende água, sólidos e, opcionalmente, poliacrilamida, e a formação de gel está atrasada comparada com um processo não atrasado.

[0104] Em algumas modalidades desta invenção, o depósito transportável produzido acima tem um resistência a cisalhamento não drenado mínima de 5 kPa. Em algumas modalidades desta invenção, o depósito transportável produzido acima tem uma resistência a cisalhamento não drenado mínima de 10 kPa.

[0105] O depósito transportável compreende o produto do processo de tratamento de resíduos. Opcionalmente, o depósito transportável compreende um agente de reforço adicionado antes do endurecimento e solidificação.

[0106] Tipicamente, o depósito transportável compreende menor que 60% de água, ou menos que 50% de água, ou menos que 40% de água, em uma base de peso, com base no peso total do depósito transportável. De preferência ao menos uma certa quantidade de água dos resíduos é recuperada e reciclada na mineração e/ou operações de processamento mineral.

[0107] Muitos aspectos e modalidades foram descritos acima e são meramente exemplares e não limitadores. Após ler este relatório descritivo, versados na técnica observam que outros aspectos e modalidades são possíveis sem sair do escopo da invenção.

EXEMPLOS

[0108] Os conceitos descritos na presente invenção serão adicionalmente descritos nos seguintes exemplos, que não limitam o escopo da invenção descrita nas reivindicações.

MATERIAIS E MÉTODOS DE TESTE

[0109] Resíduos finos maduros usados nos seguintes exemplos foram obtidos a partir do processador de areias asfálticas em Alberta, Canadá. Os resíduos finos maduros foram determinados ter > 90% em volume do tamanho da partícula menor que 0,05 mm e uma tensão limite de escoamento máximo < 10 Pa.

[0110] As medições de tensão limite de escoamento das amostras foram obtidas utilizando um reômetro Brookfield equipado com um fuso da pá de hélice usando o software Brookfield Rheocalc e os resultados são informados em Pa (pascals). A tensão limite de escoamento é uma medição definida como a tensão mínima necessária para fazer com que o plástico Bingham flua. Uma tensão limite de escoamento mais alto indica maior resistência ao fluxo.

EXEMPLOS 1E 2

[0111] Exemplos 1 e 2 demonstram como o desenvolvimento da tensão limite de escoamento pode ser atrasado nos resíduos espessados pré- misturando os resíduos espessados com solução de silicato de sódio antes da adição do ativador ácido.

[0112] A solução de silicato de sódio (4,56 g, razão 3,2) foi colocada em contato com os resíduos espessados (500 g, 48% sólidos). Ativador (2,5 N de ácido sulfúrico) foi adicionado aos resíduos espessados /mistura de silicato após um período de tempo predeterminado (5 min e 15 min para os Exemplos 1 e 2, respectivamente). A quantidade do ativador adicionado foi suficiente para reduzir o pH para 7,0. A tensão limite de escoamento máxima foi medido usando um reômetro Brookfield DV III equipado com um fuso da pá de hélice após 15 min, 30 min, 60 min, 120 min, 1140 min e 2280 min. A tensão limite de escoamento (Pa) é listado na Tabela 1.

EXEMPLO COMPARATIVO A

[0113] A solução de silicato de sódio (4,56 g, razão 3,2) foi colocada em contato com os resíduos espessados (500 g, 48% sólidos). O ativador (2,5 N de ácido sulfúrico) foi adicionado imediatamente aos resíduos espessados / mistura de silicato. A quantidade do ativador adicionado foi suficiente para reduzir o pH para 7,0. A tensão limite de escoamento máxima foi medido usando um reômetro Brookfield DV III equipado com um fuso da pá de hélice após 15 min, 30 min, 60 min, 120 min, 1140 min e 2280 min após a adição do ativador. A tensão limite de escoamento (Pa) é listada na Tabela 1. TABELA 1. TENSÃO LIMITE DE ESCOAMENTO ATRASADA PARA RESÍDUOS ESPESSADOS.

[0114] Os resultados mostram que pelo atraso da adição do ativador, como nos Exemplos 1 e 2, a taxa de desenvolvimento da tensão limite de escoamento está atrasada comparada ao Exemplo Comparativo A.

EXEMPLOS 3 E 4

[0115] Exemplos 3 e 4 demonstram como o desenvolvimento da tensão limite de escoamento pode ser atrasado em resíduos finos maduros pré- misturando os resíduos finos maduros com solução de silicato de sódio antes da adição do ativador ácido.

[0116] A solução de silicato de sódio (6,14 g, razão 3,2) foi colocada em contato com os resíduos finos maduros (500 g, 28,5% sólidos). O ativador (2,5 N de ácido sulfúrico) foi adicionado aos resíduos espessados /mistura de silicato após um período de tempo predeterminado (15 min e 60 min). A quantidade do ativador adicionado foi suficiente para reduzir o pH para 7,0. A tensão limite de escoamento máxima foi medido usando um reômetro Brookfield DV III equipado com um fuso da pá de hélice após, 30 min, 100 min, 120 min, 1140 min e 2280 min. A tensão limite de escoamento (Pa) é listada na Tabela 1. A tensão limite de escoamento (Pa) é listada na Tabela 2.

EXEMPLO COMPARATIVO B

[0117] A solução de silicato de sódio (6,14 g, razão 3,2) foi colocada em contato com os resíduos finos maduros (500 g, 28,5% sólidos). O ativador (2,5 N de ácido sulfúrico) foi adicionado imediatamente aos resíduos espessados / mistura de silicato. A quantidade do ativador adicionado foi suficiente para reduzir o pH para 7,0. A tensão limite de escoamento máxima foi medido usando um reômetro Brookfield DV III equipado com um fuso da pá de hélice após, 30 min, 100 min, 120 min, 1140 min e 2280 min. A tensão limite de escoamento (Pa) é listada na Tabela 1. A tensão limite de escoamento (Pa) é listada na Tabela 2. TABELA 2. TENSÃO LIMITE DE ESCOAMENTO ATRASADA PARA RESÍDUOS FINOS

[0118] Os resultados mostram que pelo atraso da adição do ativador, como nos Exemplos 3 e 4, a taxa de desenvolvimento da tensão limite de escoamento está atrasada comparada ao Exemplo Comparativo B.

EXEMPLO 5

[0119] Exemplo 5 demonstra como os benefícios de usar o processo da presente invenção podem estender o percurso dos resíduos tratados comparado aos processos de tratamento conhecidos onde o ativador é adicionado imediatamente após entrar em contato com a corrente de resíduos com uma fonte de silicato.

[0120] A solução de silicato de sódio (taxa de alimentação de 1,83 cc/min, razão 3,2) entrou em contato com os resíduos finos maduros (taxa de alimentação de 180 cc/min, 33% de sólidos) em um reator de tubulação de 0,64 cm (%") ID. Após 5 minutos, um ativador (gás de dióxido de carbono) foi adicionado à mistura para trazer o pH a 7,0. A mistura e o dióxido de carbono permaneceram na tubulação por um total de 3 minutos do tempo de residência antes da descarga em uma panela de aço inoxidável com 56 cm (22") de largura x 4,3 metros (14') de comprimento inclinada em uma inclinação de 1,5%. A distância dos resíduos tratados finos maduros que abaixou na inclinação foi recuperada a cada 15 minutos por um total de 75 minutos. Os resultados estão listados na Tabela 3. EXEMPLO COMPARATIVO C A solução de silicato de sódio (taxa de alimentação de 1,83 cc/min, razão 3,2) entrou em contato com os resíduos finos maduros (taxa de alimentação de 180 cc/min, 33% de sólidos) em um reator de tubulação de 0,64 cm (%") ID. Um ativador (gás de dióxido de carbono) foi imediatamente adicionado à mistura para trazer o pH à 7,0 (dez segundos entre o contato da fonte de silicato aos resíduos finos maduros e adição de dióxido de carbono). A mistura e o dióxido de carbono permaneceram na tubulação por um total de 3 minutos do tempo de residência antes da descarga em uma panela de aço inoxidável com 56 cm (22") de largura x 4,3 metros (14') de comprimento inclinada em uma inclinação de 1,5%. A distância dos resíduos tratados finos maduros que abaixou na inclinação foi recuperada a cada 15 minutos por um total de 75 minutos. Os resultados estão listados na TABELA 3.

[0121] Os resultados mostram que pelo atraso da adição do ativador, como no Exemplo 5, pode estender a distância do percurso por quase o dobro da distância conforme oposto ao Exemplo Comparativo C onde o ativador é adicionado imediatamente após a fonte de silicato.

[0122] O seguinte exemplo e os Exemplos Comparativos ilustram um benefício adicionado da redução de viscosidade dos resíduos não tratados pela adição de apenas uma solução de silicato. Esta redução de viscosidade resulta na queda de pressão reduzida nas tubulações. Isso é particularmente útil na corrente de resíduos tendo alto conteúdo de sólidos como os resíduos centrifugados, resíduos espessados, etc.

EXEMPLO 6

[0123] O Exemplo 6 demonstra como a adição do silicato de sódio sozinho reduz a viscosidade da corrente de resíduo.

[0124] A solução de silicato de sódio (11,11 gramas da razão 3,2, 41°Be) foi adicionada aos resíduos finos maduros (1000 gramas, 36,7%, em peso, de sólidos). Esta mistura foi agitada a 800 rpm por 1 minuto. A viscosidade foi medida para ser 124 cps em um reômetro Brookfield HB equipado com um fuso da pá de hélice #72 girando a 250 rpm usando o software Brookfield Rheocalc.

EXEMPLO COMPARATIVO D

[0125] A viscosidade dos resíduos finos maduros não tratados (1000 gramas, 36,7%, em peso, de sólidos). A viscosidade foi medida para ser 142 cps em um reômetro Brookfield HB equipado com um fuso da pá de hélice #72 girando a 250 rpm usando o software Brookfield Rheocalc.

EXEMPLO COMPARATIVO E

[0126] Para demonstrar que a redução na viscosidade não é simplesmente da diluição dos resíduos finos maduros, a água (11,1 1 g) foi adicionada aos resíduos finos maduros (1000 gramas, 36,7%, em peso, de sólidos) e misturada. Esta mistura foi agitada a 800 rpm por 1 minuto. A viscosidade desta mistura foi encontrada ser 138 cps, ou essencialmente equivalente aos resíduos não tratados finos maduros.

EXEMPLO 7

[0127] O Exemplo 7 demonstra depósitos que podem ser transportados que têm uma tensão limite de escoamento maior que 5 kPa que foram preparados pelo processo da invenção reivindicada.

[0128] A solução de silicato de sódio (22,2 g da razão 3,2, 41°Be) foi adicionada aos resíduos finos maduros (2000 g, 36,7%, em peso, de sólidos) e misturada por cinco minutos. Após os cinco minutos, o ácido sulfúrico (2,5 N) foi adicionado para reduzir o pH para 7 e iniciar a gelificação. A amostra foi coberta para impedir a evaporação e mantida por 72 horas. A tensão limite de escoamento inicial, após 72 horas foi determinada ser 920 Pa. Uma amostra representativa dos resíduos tratados (500 g) foi, então, removida e colocada em um béquer aberto e exposta à atmosfera para permitir a secagem evaporativa. Após oito dias adicionais, a concentração de sólido foi determinada ser 88,2%, em peso, e a tensão limite de escoamento foi encontrada ser maior que 40 kPa.

EXEMPLO 8

[0129] O Exemplo 8 demonstra depósitos que podem ser transportados que têm uma tensão limite de escoamento maior que 5 kPa que foram preparados pelo processo da invenção reivindicada. No Exemplo 8, os resíduos tratados tiveram sua água fisicamente removida por uma prensa de pistão para aumentar a % de sólidos.

[0130] A solução de silicato de sódio (22,2 g da razão 3,2, 41°Be) foi adicionada aos resíduos finos maduros (2000 g, 36,7%, em peso, de sólidos) e misturada por cinco minutos. Após os cinco minutos, o ácido sulfúrico (2,5 N) foi adicionado para reduzir o pH para 7 e iniciar a gelificação. A amostra foi coberta para impedir a evaporação e mantida por 72 horas. A tensão limite de escoamento inicial, após 72 horas foi determinada ser 920 Pa. Após 72 horas, uma amostra representativa dos resíduos tratados (1104,5 g) foi colocada em um tubo de aço inoxidável com 10 cm (4") de diâmetro equipado com um uma extremidade em tela que suporta um papel filtro. Um pistão foi inserido na outra extremidade do tubo e uma carga de 10 kPa foi aplicada nos resíduos tratados por 24 horas, seguido por uma carga de 50 kPa por 112 horas adicionais. A tensão limite de escoamento foi determinada ser 15,3 kPA para os resíduos tratados sem água (perda de 355,4 g de água).

[0131] Os Exemplos 7 e 8 demonstram que o depósito transportável preparado pela presente invenção demonstrará a tensão limite de escoamento sobre 5 kPa uma vez que o depósito é permitido endurecer, solidificar e remover a água.

EXEMPLO 9

[0132] Este exemplo demonstra como a invenção pode ser usada para atrasar o início da gelificação em resíduos espessados de poliacrilamida aniônica.

[0133] Os resíduos espessados foram obtidos de uma mina de areais minerais. A análise de difração do raio-X dos resíduos indicou que os principais constituintes minerais foram 35%, em peso, de SiO2 e 55%, em peso, de argila caulinita. A distribuição do tamanho da partícula, conforme determinado pela dispersão da luz indicou um tamanho da partícula D50 de 6,98 micros. Os resíduos foram previamente tratados no local da mina em um espessante pela adição de 250 gramas de poliacrilamida aniônica de alto peso molecular por 1000 kg de sólidos minerais de resíduos para atingir uma concentração de resíduos espessados sólidos de 22,6%, em peso.

[0134] 1000 gramas de resíduos espessados (Amostra A) foram tratados pela adição de 13,6 gramas da razão 3,2 da solução de silicato de sódio contendo aproximadamente 28,5%, em peso, de SiO2. Esta dose de silicato resultou em uma razão de 1/200 SiO2/água de resíduos. Cinco minutos após a adição da solução de silicato de sódio, ácido sulfúrico suficiente foi adicionado para reduzir o pH dos resíduos para 6,0. A taxa de desenvolvimento da tensão limite de escoamento máxima da amostra de resíduos tratados foi determinada usando um reômetro Brookfield equipado com um fuso da pá de hélice. O reômetro foi conectado a um PC executando o software Brookfield rheocalc.

[0135] Como uma comparação, uma segunda amostra de resíduos (B) foi tratada seguindo o procedimento acima, mas o ácido foi adicionado imediatamente após a adição do silicato.

EXEMPLO 10

[0136] Este exemplo demonstra como a invenção pode ser usada para atrasar o início da gelificação em resíduos finos maduros (RFM) que foi tratada com poliacrilamida aniônica.

[0137] RFM foi obtido de uma mina de areias petrolíferas. A análise de difração de raios X de RFM indicou que os principais constituintes foram 50%, em peso, de SiO2, 30%, em peso, de argila caulinita e 15%, em peso, de argilas de aluminossilicato de potássio (indicador e muscovita). A distribuição do tamanho da partícula, conforme determinado pela dispersão da luz indicou um tamanho da partícula D50 de 10,8 micros. O RFM foi tratado com 1 grama de poliacrilamida aniônica de alto peso molecular ramificada por 1000 gramas de sólidos secos de RFM. Os resíduos resultantes tiveram uma concentração de sólidos de 28,6%, em peso.

[0138] 500 gramas de RFM (Amostra A) foram tratados pela adição de 2,98 gramas da razão 3,2 da solução de silicato de sódio contendo aproximadamente 28,5%, em peso, de SiO2. Esta dose de silicato resultou em uma razão de 1/420 SiO2/água de resíduos. Vinte minutos após a adição da solução de silicato de sódio, ácido sulfúrico suficiente foi adicionado para reduzir o pH dos resíduos para 6,8. A taxa de desenvolvimento da tensão limite de escoamento máxima da amostra tratada foi determinada usando um reômetro Brookfield equipado com um fuso da pá de hélice. O reômetro foi conectado a um PC executando o software Brookfield rheocalc.

[0139] Como uma comparação, uma segunda amostra (B) foi tratada seguindo o procedimento acima, mas o ácido foi adicionado imediatamente após a adição do silicato.

[0140] Observe que todas as atividades descritas acima na descrição geral ou os exemplos são necessários, que uma porção de uma atividade específica pode não ser necessária e que uma ou mais atividades adicionais podem ser realizadas além das descritas. Ainda adicionalmente, a ordem na qual as atividades são listadas não são necessariamente a ordem na qual elas são realizadas.

[0141] No relatório descritivo supracitado, os conceitos foram descritos com referência às modalidades específicas. Entretanto, um versado na técnica observa que várias modificações e mudanças podem ser feitas sem sair do escopo da invenção conforme definido nas reivindicações abaixo. Corretamente, o relatório descritivo é considerado em um sentido ilustrativo ao invés de um sentido restritivo e todas estas modificações são pretendidas estarem incluídas dentro do escopo da invenção.

[0142] Benefícios, outras vantagens e soluções aos problemas foram descritos acima com relação às modalidades específicas. Entretanto, os benefícios, as vantagens, as soluções aos problemas e qualquer(quaisquer) recurso(s) que possa(m) fazer com que qualquer benefício, vantagem ou solução ocorra ou fique mais evidente não são construídos como um recurso crítico, necessário ou essencial de qualquer ou todas as reivindicações.

[0143] Deve-se considerar que certos recursos são, para esclarecimento, descritos na presente invenção no contexto das modalidades separadas, podem também ser fornecidos em combinação em uma única modalidade. Por outro lado, vários recursos que são, para brevidade, descritos no contexto de uma única modalidade, podem também ser fornecidos separadamente ou em qualquer subcombinação.

Claims

1. PROCESSO PARA TRATAR UMA CORRENTE DE RESÍDUOS, compreendendo água, sólidos e opcionalmente poliacrilamida, caracterizado por compreender: (a) colocar a corrente de resíduo em contato com uma fonte de silicato ou sílica para formar uma mistura; b) após um período de tempo predeterminado de pelo menos 5 minutos, colocar a mistura em contato com um ativador para iniciar a formação de gel, em que o gel aprisiona os sólidos dentro do gel; e c) permitir que o gel endureça e solidifique; em que a fonte de silicato ou sílica compreende um silicato de metal alcalino, um microgel de polissilicato, uma solução de silicato deionizada possuindo uma razão molar de Si:M de pelo menos 2,6, em que M é um metal alcalino, sílica coloidal ou combinações dos mesmos.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo período de tempo predeterminado ser, pelo menos, 10 minutos.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo período de tempo predeterminado ser, pelo menos, 15 minutos.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ativador ser selecionado do grupo que consiste em ácidos, sais de metais alcalino-terrosos, sais de alumínio, ésteres orgânicos, dialdeídos, carbonatos orgânicos, fosfatos orgânicos, amidas, dióxido de carbono, aluminato de sódio e combinações dos mesmos.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente o espalhamento do gel sobre uma superfície antes da etapa (c).

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela superfície ser uma superfície inclinada.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a adição de uma poliacrilamida à corrente de resíduos ou à mistura antes da etapa (c).

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a adição de um agente de reforço à corrente de resíduos ou à mistura antes da etapa (c).

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela corrente de resíduos ser produzida em um processo para extrair betume dos minérios de areias petrolíferas.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a remoção de água do gel na etapa (c).

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela remoção de água ocorrer por evaporação.

12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela corrente de resíduos ser quimicamente espessada, mecanicamente espessada, ou ambos, formando uma corrente de resíduos com água parcialmente removida, antes da etapa (a).

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo espessamento químico ser por floculação.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo espessamento mecânico ser por centrifugação.