CN101443133A - 以改进的植物生长修复处理矿物浆料 - Google Patents

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Abstract

修复沉积区域以使其适用于植物生长的方法，所述沉积区域包括颗粒状矿物材料，该颗粒状矿物材料已经从所述材料的悬浮液中脱水，该方法包括以流体的形式将颗粒状矿物材料的悬浮液输送到沉积区域的步骤，并且其中允许悬浮液在沉积区域静置并脱水而形成脱水的颗粒状矿物材料，其中，当颗粒状矿物材料的悬浮液以流体的形式被输送到沉积区域时，通过将脱水数量的聚合物添加到所述悬浮液中来实现处置区域的修复，其中所述聚合物是由一种或多种烯属不饱和单体形成的具有至少4dl/g的特性粘数的合成的水溶性聚合物或者为天然聚合物或半天然聚合物的水溶性聚合物。

Description

以改进的植物生长修复处理矿物浆料
本发明涉及提供用于颗粒状矿物材料的修复的沉积区域，特别地具有改进的植物生长修复特性，其中所述矿物材料已经从悬浮液(特别是废弃的矿物浆料)中脱水。本发明特别适用于处置源于矿物加工和选矿过程的尾矿和其它废弃材料，包括以均质混合物的形式共同处置粗和细固体。颗粒状矿物材料包括各种其中存在矿物材料的基材。这将包括例如红泥，来自各种矿物加工操作的尾矿，和油砂尾矿的加工。
处理矿物矿石以便提取矿物有用成分的方法将通常产生废弃材料。通常，废弃材料由以下组成：包括颗粒状矿物材料的含水浆料或污泥，例如与水混合的粘土、页岩、砂、砂砾、金属氧化物等。
在有些情况，废弃材料如矿山尾矿可以便利地在地下开采的矿山中进行处置来形成回填料。通常，回填料废弃物包括高比例的粗的大尺寸的颗粒以及其它较小尺寸的颗粒并且以浆料的形式被泵送到矿山，在那里允许进行脱水而在适当的位置留下沉降的固体。通常的做法是使用絮凝剂通过使细材料絮凝来促进这一过程，从而增加了沉降速率或者将水泥(cement)保留在混合物中。然而，在这一情况下，相比于絮凝的细材料，粗材料将通常以更快的速率沉降，产生粗和细固体的非均质的沉积。
对于其它应用，未必能够在矿山中处置废弃物。在这些情况下，通常的做法是通过将含水浆料泵送到池沼(lagoons)、堆场(heaps)或堆叠物(stacks)并且通过沉降、排泄和蒸发的作用使其逐渐脱水来处置这种材料。
存在着许多环境压力来最小化用于处置目的的新的土地的分配并且更有效地利用现有的采空区。一个方法是将多层的废弃物堆放在一片区域上而由此形成较高的废弃物的堆叠物。然而，这表现出确保以下方面的困难：废弃材料仅仅在可接受的边界内在先前硬化的废弃物的表面上流动，使其硬化而形成堆叠物，以及将废弃物充分压实而支撑多层硬化材料却没有坍陷或滑动的危险。因此，对于为堆叠而提供具有恰当特性等级的废弃材料的要求完全不同于其他形式的处置所要求的那些，如在相对封闭区域中进行回填。通常认为这种处置区域不适合于任何形式的修复，因为其中所处置的废弃材料通常不适于任何形式的建筑工程或者支撑植物，并且常常是地下的。
在典型矿物加工操作中，在含水工艺中将废弃固体与包含矿物有用成分的固体分离。废弃固体的水悬浮液常常包含粘土和其它矿物，并且通常称为尾矿。在各种包括来自油砂的尾矿的矿物固体中的确如此。在稠化器中，这些固体常常通过絮凝工艺来浓缩而得到较高密度底流稠泥并且回收一些工艺用水。通常将底流稠泥泵送到表面容纳区域，常常称为尾矿池或尾矿坝。一旦在这种表面容纳区域沉积，水将继续从水悬浮液中释放，导致在一段时间内固体的进一步浓缩。一旦已经收集足够体积的水，这通常被泵送回到矿物加工装置。
尾矿坝常常具有有限的尺寸以便最小化对环境的影响。另外，提供较大的尾矿坝可能是昂贵的，因为运土和建筑拦集壁的成本高。这些尾矿坝往往具有逐渐倾斜的底部，其允许任何从固体中释放的水收集在一个区域中并且因此能够泵送回到所述装置。往往发生的问题是当固体的微细颗粒随着流出水带走时，因此污染了水并且对水的后续使用具有有害影响。
在许多矿物加工操作中，例如矿砂选矿过程，通常还产生了第二种废弃物物流，其主要包括粗(>0.1mm)矿物颗粒。特别令人期望的是以均匀混合物的形式处置粗和细的废弃的颗粒，因为这改进了脱水固体的机械性能，大大降低了修复土地最终所要求的时间和成本。然而，这通常不是可行的，因为即使粗的废弃材料充分混入细的废弃材料的水悬浮液，然后在处置区域中沉积，相比于细的材料，粗的材料将快得多地沉淀，导致在脱水固体中的分带。此外，当粗材料相比于细材料的数量较高时，粗材料的快速沉降可能产生过度的坡面角，这促进了含高比例的细颗粒的含水废弃物的流掉，进一步污染了所回收的水。结果，一旦脱水过程完成的话，常常需要单独地处理粗和细的废弃物物流，并通过机械再作用将这些材料重组。
已经尝试通过使用混凝剂或絮凝剂来处理尾矿坝的进料来解决全部上述问题，从而提高沉降的速率和/或改进所释放的水的透明度。然而，这没有成功，因为这些处理以常规的剂量施加并且在细废弃材料的压实速率或者所回收的水的透明度方面这产生了极小益处或者限制了粒度分离(segregation)。
大量颗粒材料如来自矿物加工操作的尾矿以含水浆料的形式排放到池沼、池塘(ponds)或尾矿坝中。由于蒸发、沉降和排泄的组合，材料干燥成机械固体形式。
在从铝土矿回收氧化铝的拜耳法中，在含水碱液中消化铝土矿而形成铝酸钠，其与不溶残渣分离。这种残渣由以下组成：砂和主要为氧化铁的细颗粒。后者的水悬浮液称为红泥。
在铝酸钠溶液与不溶残渣的基本分离后，砂(粗的废弃物)与红泥分离。上层清液被进一步加工来回收铝酸盐。红泥然后在多个顺序的洗涤阶段中洗涤，其中红泥与洗液接触并且然后通过添加絮凝剂来絮凝。在最终的洗涤阶段后，红泥浆料尽可能地变稠并随后被处置。在本说明书范围内的变稠是指红泥的固体含量增加。最终的变稠阶段可以包括仅仅絮凝浆料的沉降，或者有时候，包括过滤步骤。可选地或者另外地，泥可经受在池沼中的延长的沉降。在任何情况下，这种最终的变稠阶段受到将变稠的水悬浮液泵送到处置区域的要求的限制。
所述泥可以被处置和/或经受进一步的干燥以便随后在泥堆叠区域上进行处置。为适于泥堆叠，泥应当具有高固体含量，并且当堆叠时，不应当流动但应当是比较刚性的，以便堆叠角度应当尽可能的高，使得所述堆叠物对于给定的体积占据尽可能小的面积。对高固体含量的要求与对使材料以流体形式保持可泵送的要求是冲突的，使得尽管也许可能产生具有用于堆叠的期望的高固体含量的泥，但这可能使得泥是不可泵送的。
从残渣中除去的砂级分还被洗涤并且转移到用于独立的脱水和处置的处置区域。
EP-A-388108描述了在进行泵送前，向包括具有分散的颗粒状固体的含水液体的材料中添加吸水性、不溶于水的聚合物，然后对所述材料进行泵送，使所述材料静置并然后使其硬化并且变为可堆叠的固体。聚合物吸收了浆料的含水液体，这有助于颗粒状固体的粘结以及因此的材料固化。然而，这种方法具有缺点，即它需要高剂量的吸收性聚合物以便获得恰当的固化。为了获得足够硬化的材料，常常需要使用高达10-20千克/公吨的泥的剂量。虽然用于硬化材料的水溶胀性吸收性聚合物的使用可能看起来提供了固体的显然增加，但是实际上含水液体被保持在吸收性聚合物中。这表现出的缺点在于，因为含水液体实际上没有从硬化材料中除去并且在一定条件下含水液体可能随后被释放出来，并且这可能危及废弃材料的再流体化，因而具有不可避免的所述堆叠物失稳的危险。这种技术没有产生悬浮液的脱水并且此外没有指出修复形式将是可行的。
WO-A-96/05146描述了堆叠颗粒状固体的含水浆料的方法，其包括混合分散在连续油相中的水溶性聚合物的乳液与浆料。优选地，用稀释剂稀释乳液聚合物，并且其优选地在烃的液体或气体中并且其不会转化乳液。因此，该方法要求的是不将聚合物添加到水溶液形式的浆料中。没有公开通过添加聚合物的水溶液可以获得足以形成矿物材料堆叠物的脱水和硬化。此外，在该文件中没有指出可以获得含堆叠材料的处置区域的修复。
WO-A-0192167描述了一种方法，其中将包括颗粒状固体的悬浮液的材料以流体的形式泵送并随后使其静置并且硬化。通过引入到水溶性聚合物的悬浮液颗粒中而获得硬化，所述聚合物具有至少3dl/g的特性粘数。这种处理能够使得材料保持其流动性同时被泵送，但是当静置时，引起材料硬化。这种方法的益处在于可以容易地堆叠浓缩的固体，这最小化了处置所需的土地的面积。该方法还优于使用交联的吸水性聚合物，在于释放了来自悬浮液的水，而不是将其吸收并由聚合物保留。使用水溶性聚合物的颗粒的重要性被着重强调并且据述使用溶解的聚合物的水溶液将是无效的。特别地，当作用于来自拜耳氧化铝工艺的红泥底流稠泥时，通过这种方法获得了水的极有效的释放和废弃固体的方便的存储。尽管这种技术提供颗粒状矿物材料的悬浮液的适宜的脱水和硬化，但是没有表明可以获得处置区域的修复。
WO2004/060819描述一种方法，其中包括具有分散的颗粒状固体的含水液体的材料以流体的形式输送到沉积区域，然后使其静置并且硬化，并且其中通过将所述材料与有效硬化数量的水溶性聚合物的水溶液结合，在输送期间保持材料的流动性的同时改进了硬化。还描述了一种方法，其中实现了颗粒状固体的脱水。虽然这种方法在颗粒状矿物材料的悬浮液的硬化和脱水方面得到了显著的改进，但是在该公开内容中没有表明处置区域的任何修复将是可能的。
在油砂加工的情况下，将矿石进行加工而回收沥青级分，而其余材料，包括工艺材料和矿渣，构成没有价值的并且待被处置的尾矿。在油砂加工中，主要的工艺材料是水，而矿渣主要是砂以及一些淤泥和粘土。实际上，尾矿由以下组成：固体部分(砂尾矿)和或多或少的流体部分(污泥)。最令人满意地处置这些尾矿的地方将是在地中的现有的挖掘孔中。不过，相比于从其中加工的矿石来说，砂和污泥组分将占较大体积。
在从油砂沉积物中回收重油和沥青的方法中，当使用露天采矿时，通过热水工艺(其中油砂与65℃(150℉)水和苛性碱混合)或者通过在较低温度下在没有苛性碱的情况下进行的低能提取工艺来提取油或沥青。然而，两种工艺形成了大量的由全部油砂矿体组成的尾矿以及工艺用水的净增加减去仅仅回收的沥青产物。
这些油砂尾矿可以被分为三类，即：(1)筛上料，(2)粗或砂尾矿(快速沉降的级分)，和(3)细或尾矿污泥(缓慢沉降的级分)。因此油砂尾矿由不同尺寸的颗粒构成。
众所周知的是在稠化器中浓缩这些油砂尾矿而得到较高密度底流稠泥并且回收一些工艺用水，如上所述。
例如，Xu.Y等，Mining Engineering，2003年11月，p.33-39描述了在处置前在稠化器中向油砂尾矿中添加阴离子絮凝剂。
US 3707523描述了通过用水解的聚丙烯酰胺处理砂并随后混合这种经处理的砂与来自磷酸盐矿石的废弃矿泥来制备复原的填埋物。
US 4611951描述了使用含絮凝剂的废弃矿石矿泥和来自沉降矿泥床的排泄水进行的采掘矿场的再生。这然后喷洒以与含水矿泥混合的砂尾矿，所述含水矿泥包含絮凝剂和超细的粘土固体。在栽种秧苗后，允许植物生长。
US 3718003描述了将细固体组合到通常粗的矿物尾矿的沉积物中以便改进压实材料的肥力。
将令人期望的是找到修复沉积区域或处置场所的方法，其不一定需要单独施加到砂的絮凝剂。还将令人期望的是找到避免矿泥预先稠化的方法。此外，将令人期望的是提供具有改进的再植被特性的修复区域。
现有技术还具有这样的缺点，即需要特定模式的物理分布以便获得被搅拌且覆盖的砂细物。此外，现有技术需要固体的大规模的再加工，例如通过推土机，以及相当长的时间，以便未经处理的材料被压实至合适的固体含量。
另外，将令人期望的是提供避免多处理阶段的方法。
在本发明的一个方面中，提供了修复沉积区域以使其适用于植物生长的方法，所述沉积区域包括颗粒状矿物材料，
所述颗粒状矿物材料已经从所述材料的悬浮液中脱水，
该方法包括以流体的形式将颗粒状矿物材料的悬浮液输送到沉积区域的步骤，并且其中允许悬浮液在沉积区域静置并脱水而形成脱水的颗粒状矿物材料，
其中当颗粒状矿物材料的悬浮液以流体的形式被输送到沉积区域时，通过将脱水数量的聚合物添加到所述悬浮液中来实现处置区域的修复，
其中所述聚合物是由一种或多种烯属不饱和单体形成的具有至少4dl/g的特性粘数的合成的水溶性聚合物或者为天然聚合物或半天然聚合物的水溶性聚合物。
本发明的另一方面涉及聚合物用于修复沉积区域目的的新用途。因此，以这种形式提供了聚合物在颗粒状矿物材料的悬浮液的脱水中用于提供具有改进的植物生长修复特性的沉积区域目的的用途，
其中当颗粒状矿物材料的悬浮液以流体形式被输送到沉积区域时，所述聚合物被添加到所述悬浮液中，并且其中允许悬浮液在沉积区域静置并脱水而形成脱水的颗粒状矿物材料，
其中聚合物是由一种或多种烯属不饱和单体形成的具有至少4dl/g的特性粘数的合成的水溶性聚合物或者为天然聚合物或半天然聚合物的水溶性聚合物。
当颗粒状矿物材料的悬浮液以流体的形式输送时将聚合物施加到所述悬浮液中，发现脱水的固体物料适当地允许沉积区域修复。此外，现有技术的上述缺点易于被本发明克服。沉积区域是指任何其中可以沉积上述的颗粒状材料的区域。这可以例如是任何其中从矿物加工操作中沉积废弃物的区域。可选地，其可以是任何已经被采掘的区域，例如用于提取有用的材料例如包括沥青在内的矿物有用成分并且其中采掘的区域填充以根据本发明处理的颗粒状材料。通常，所述区域的修复将包括例如使处置区域适用于建筑物或其它结构，或者优选地修复通过将植物、秧苗或适用于发芽的种子引入沉积区域而进一步实现。一般地，将允许这些生长以形成植被覆盖。
通常，悬浮固体可以在稠化器中浓缩并且这种材料例如将以底流稠泥的形式离开稠化器，所述底流稠泥将沿着管道(conduit)被泵送到沉积区域。管道可以是任何用于将材料输送到沉积区域的方便装置并且例如可以是管子(pipe)或沟渠(trench)。在输送阶段期间材料保持流体性和可泵送性，直到允许该材料静置。
理想地本发明的方法是矿物加工操作的一部分，其中废弃固体的水悬浮液任选地在容器中絮凝而形成包括含水液体的上层清液层和包括形成所述材料的稠化固体的底流稠泥层。上层清液层在容器中将与底流稠泥分离并且通常被再循环或者经受进一步的加工。废弃固体的水悬浮液或者任选地稠化的底流稠泥通常通过泵送而输送到沉积区域，其可以例如是尾矿坝或池沼。
所述材料可以仅主要由细颗粒，或者细和粗颗粒的混合物组成。任选地，在沉积区域进行排放前，在任何方便的点，另外的粗颗粒可以与水悬浮液结合。一旦所述材料到达沉积区域，则允许其静置并且脱水，并且另外优选地进行硬化。可以在任何方便的点，通常在输送期间，将聚合物以有效量添加到材料中。在一些情况下，水悬浮液可以首先被输送到容纳容器中，然后输送到沉积区域。在颗粒状矿物材料的悬浮液沉积后，它将脱水而形成具有降低的粉尘特性的脱水固体。优选地，通过沉降、排泄和蒸发干燥的联合作用，颗粒状矿物材料的脱水悬浮液将形成压实和干燥的固体物质。
沉积的颗粒状矿物材料的表面将达到基本上干燥状态。另外，颗粒状矿物材料将一般地被适当地压实并且是稳固的，例如，由于同时的硬化和脱水作用，以便能够使土地带有通常为修复所需的显著的重量。
聚合物的适宜剂量为10克-10,000克/公吨的材料固体。通常，合适的剂量可以根据特定的材料和材料的固体含量来变化。优选的剂量是30-3,000克/公吨，更优选30-1000克/公吨，而更加优选的剂量为60-200或400克/公吨。可以将聚合物添加到颗粒状矿物材料的悬浮液，例如尾矿浆料中，以固体颗粒形式，或可选地以水溶液的形式，后者是通过将聚合物溶解到水或水介质中而制备的。
矿物材料颗粒通常是无机物。一般地，材料可以衍生自或包含滤饼、尾矿、稠化器底流稠泥、或未稠化的装置废弃物物流，例如其它矿物尾矿或矿泥，包括磷酸盐、金刚石、金矿泥、矿物砂、来自锌、铅、铜、银、铀、镍、铁矿石加工的尾矿、煤、油砂或红泥。材料可以是从最后的稠化器或者矿物加工操作的洗涤阶段沉降的固体。因此，材料理想地源于矿物加工操作。优选地，材料包括尾矿。优选地，所述矿物材料在性质上将是亲水性的并且更优选地选自红泥和含亲水粘土的尾矿，例如油砂尾矿等等。
被泵送的细尾矿或其它材料可以具有10wt％-80wt％的固体含量。浆料常常是20wt％-70wt％，例如45wt％-65wt％。在细尾矿的典型样品中颗粒的尺寸基本上全部小于25微米，例如约95wt％的材料是小于20微米的颗粒并且约75％小于10微米。粗尾矿基本上大于100微米，例如约85％大于100微米，但通常小于10,000微米。细尾矿和粗尾矿可以存在或者以任何方便的比例结合在一起，条件是该材料保持可泵送性。
分散的颗粒状固体可以具有粒度的双峰分布。一般地，这种双峰分布可以包括细部分和粗部分，其中细部分的峰基本上小于25微米，而粗部分的峰基本上大于75微米。
已经发现，当材料是相对浓缩的并且是均匀的时候，在脱水和硬化方面获得了较好的结果。尽管如此，本发明还提供了改进的修复。还可能令人期望的是将聚合物的添加与其它添加剂结合。例如，材料通过管道的流动性能可以通过包括分散剂而便利。一般地，在包括分散剂的情况下，其将以常规的数量包括在内。然而，已经令人惊讶地发现分散剂或其它添加剂的存在不损害材料的脱水、硬化，或者实际上其沉积进入的区域的修复。还可能令人期望的是用无机或有机混凝剂对材料进行预处理来预凝固细材料，从而有助于其保留在脱水的颗粒状材料中。
在本发明中，直接将聚合物添加到上述被输送的颗粒状矿物材料的悬浮液中。聚合物可以全部地或部分地由水溶性聚合物组成。因此，聚合物可以包括交联聚合物和水溶性聚合物的共混物，前提是足够的聚合物是水溶性的或者性能如同其是水溶性的以便静置时发生脱水。聚合物可以是基本上干燥的颗粒状形式的，但优选地以水溶液的形式添加。
聚合物可以是可溶胀性聚合物和可溶性聚合物的物理共混物，或者可选地是轻度交联的聚合物，例如如EP202780中所描述的。虽然聚合物颗粒可以包括一些交联聚合物，但是对本发明必要的是存在显著数量的水溶性聚合物。当聚合物颗粒包括一些可溶胀性聚合物时，理想的是至少80％的聚合物是水溶性的。
聚合物应当包括全部或至少基本上是水溶性的聚合物。由于支化剂的存在水溶性的聚合物可以是支化的，例如如WO-A-9829604(例如在权利要求12)中描述的，或者水溶性聚合物基本上是线性的。
优选地，水溶性聚合物是中等至高分子量的。理想地，它将具有至少3dl/g(在25℃在1M NaCl中测量的)和通常至少5或6dl/g的特性粘数，尽管该聚合物可以具有显著高的分子量并且显示出25dl/g或30dl/g或甚至更高的特性粘数。优选地，聚合物将具有8dl/g-25dl/g，更优选11dl/g或12dl/g-18dl/g或20dl/g的特性粘数。
聚合物的特性粘数可以通过基于聚合物的活性含量制备聚合物的水溶液(0.5-1％w/w)来确定。2g的这种0.5-1％聚合物溶液用50mL的2M氯化钠溶液稀释到100mL的容量瓶，其被缓冲到pH值为7.0(使用1.56g磷酸二氢钠和32.26g磷酸氢二钠/升去离子水)并且使用去离子水将全部物质稀释到100mL标记处。在1M缓冲盐溶液中在25℃使用No.1悬浮水平粘度计测量聚合物的特性粘数。
水溶性聚合物可以是天然聚合物，例如多糖如淀粉、瓜尔胶或葡聚糖，或半天然聚合物如羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。优选地，聚合物是合成的并且优选地它由烯属不饱和的水溶性单体或单体的混合物形成。
水溶性聚合物可以是阳离子的、非离子的、两性的或阴离子的。聚合物优选地是合成的并且可以由任何适宜的水溶性单体形成。一般地，水溶性单体在25℃在水中的溶解度是至少5g/100cc。优选的聚合物是非离子的或者阴离子的并且是由一种或多种烯属不饱和单体形成的。当聚合物是非离子的，它将由一种或多种非离子单体形成，例如选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。一般地，阴离子聚合物由一种或多种且是离子的单体形成，任选地结合有一种或多种且是离子的单体。
特别优选的阴离子聚合物由选自以下的单体形成：烯属不饱和羧酸和磺酸单体，优选地选自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸，和它们的盐，任选地结合有非离子共聚单体，优选地选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。特别优选的阴离子聚合物包括丙烯酰胺的均聚物或丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物。
可能期望的是使用根据本发明的阳离子聚合物。适宜的阳离子型聚合物可以由烯属不饱和单体形成，其选自二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯-氯代甲烷、(DMAEA.MeCl)quat、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)，任选地结合有非离子共聚单体，其优选地选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
在有些情况下，已经发现有利的是单独地添加聚合物型的组合。因此，首先可以将阴离子、阳离子或非离子聚合物的水溶液添加到上述材料中，随后是任何类型的第二剂量的相似的或者不同的水溶性聚合物。
在本发明中，水溶性聚合物可以由任何适宜的聚合方法形成。通过溶液聚合、油包水悬浮聚合或油包水乳液聚合，例如可以将聚合物制备成凝胶聚合物。当通过溶液聚合制备凝胶聚合物时，通常将引发剂引入到单体溶液中。
任选地，可以包括热引发剂体系。一般地，热引发剂将包括任何适宜的引发剂化合物，其在高温释放自由基，例如偶氮化合物，如偶氮二异丁腈。在聚合期间温度应当升高到至少70℃，但优选地低于95℃。可选地，聚合可以受到辐照(紫外光、微波能、热量等)的影响，任选地还使用适宜的辐射引发剂。一旦完成聚合并且已经允许聚合物凝胶充分冷却，所述凝胶能够以标准方式进行加工，包括首先将凝胶粉碎成较小的片，干燥成基本上脱水的聚合物，随后研磨成粉末。可选地，聚合物凝胶可以以聚合物凝胶的形式提供，例如以凝胶聚合物原木(logs)的形式。
这种聚合物凝胶可以通过如上所述的合适的聚合技术，例如通过辐照来制备。凝胶可以根据需要被切断成合适的尺寸，并随后在应用时以部分水合的水溶性聚合物颗粒的形式与材料混合。
聚合物可以被制造成珠粒(通过悬浮聚合)或油包水乳液或分散体(通过油包水乳液聚合)，例如根据EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A-126528所定义的方法。
可选地，水溶性聚合物可以在水介质中以分散体的形式提供。这可以例如是至少20微米的聚合物颗粒在含平衡剂的水介质中的分散体，如EP-A-170394中给出的。这还可以例如包括在含溶解的低IV聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化铵和任选的其它溶解的材料例如电解质和/或多羟基化合物例如聚亚烷基二醇的水介质存在下通过含水单体的聚合制备的聚合物颗粒的水分散体，如WO-A-9831749或WO-A-9831748中给出的。
水溶性聚合物的水溶液一般地通过将聚合物溶解在水中或者通过稀释聚合物的更浓缩的溶液而获得。通常，固体颗粒聚合物，例如以粉末或珠粒的形式，分散在水中并且允许其借助搅动来溶解。这可以使用常规的配制设备来获得。理想地，聚合物溶液可以使用由Ciba SpecialtyChemicals提供的Auto Jet Wet(商标)来制备。可选地，聚合物可以以反相乳液或分散体的形式提供，后者然后能够被转化为水。
在以水溶液的形式添加聚合物的情况下，其可以以任何适宜的浓度来添加。可能令人期望的是使用相对浓缩的溶液，例如至多10％或更大，基于聚合物的重量，以便最小化被引入材料的水的数量。通常，虽然将令人期望的是在较低的浓度添加聚合物溶液以便最小化源于聚合物溶液的高粘度的问题并且便于聚合物分布于材料中。聚合物溶液能够以相对稀释的浓度添加，例如低达0.01wt％的聚合物。一般地，聚合物溶液将通常以0.05-5wt％的聚合物的浓度使用。优选地，聚合物浓度将是0.1％-2或3％。更优选浓度将是0.25％或0.5％-约1或1.5％。
在本发明中，颗粒状矿物材料的悬浮液可以一般地是来自矿物加工操作的废弃材料。
当细和粗的颗粒状材料的水悬浮液被结合用于共同处置目的时，有效数量的水溶性聚合物溶液将通常在将不同的废弃物物流混合成均匀浆料期间或之后添加。
一般地，可以沿管道并且通过沉积区域的出口输送颗粒状矿物材料的悬浮液。然后将允许颗粒状矿物材料的悬浮液在沉积区域脱水。优选地，当静置时，已经输送到沉积区域的颗粒材料的悬浮液还将硬化。在很多情况下，沉积区域将已经包含硬化的矿物材料。适当地，当到达沉积区域时颗粒状矿物材料的悬浮液将在先前硬化的矿物材料的表面上流动并且将允许所述材料静置并硬化而形成堆叠物。
优选地，材料将以流体的形式被泵送到沉积区域的出口，并且允许材料在硬化材料的表面上流动。允许材料静置并且硬化，由此形成硬化材料的堆叠物。这种方法可以重复若干次以形成堆叠物，其包括若干层的硬化材料。硬化材料的堆叠物的形成具有需要较少的用于处置的区域的好处。
在矿物加工操作中，其中含固体的悬浮液在稠化器中絮凝以便将悬浮液分离成上层清液层和底流稠泥材料，该材料一般地可以在稠化器中在絮凝后的任何合适的点进行处理，但在允许材料静置之前。一般地，沿管道将悬浮液输送到沉积区域。这通常是通过泵送颗粒状矿物材料的悬浮液而实现的。合适的并且有效数量的水溶性聚合物可以在泵送阶段之前或期间与该材料混合。通常这应当足以提供适用于修复区域的固体材料，特别是在同时硬化颗粒状材料的悬浮液的情况下。以这种方式，聚合物可以贯穿所述材料分布。
可选地，聚合物可以在泵送阶段后被引入并且与材料混合。最有效的添加点将取决于基材和稠化器距沉积区域的距离。如果管道较短的话，可能有利的是在接近于所述材料流自稠化器的位置剂量加入聚合物溶液。另一方面，在沉积区域距稠化器较远的情况下，可能令人期望的是在较靠近出口处引入聚合物溶液。在有些情况下，可能方便的是将聚合物溶液引入所述材料，当其离开出口时。通常，可能令人期望的是在其离开出口前，优选地在出口的10米之内，将聚合物添加到悬浮液中。
当材料通过管道流到沉积区域时其流变特性是重要的，因为流动特性的任何显著降低可能严重地损害本方法的效率。重要的是，没有明显的固体沉降，因为这可能导致堵塞，其可能意味着装置不得不关闭以便清除堵塞。另外，重要的是在流动特性方面没有显著的降低，因为这可能严重地损害材料的可泵性。这种有害效应可能导致显著增加的能源成本，因为泵送变得更困难，并且可能增加泵送设备的磨损。
当颗粒状矿物材料的悬浮液脱水时，其流变特性是重要的，因为一旦允许材料静置，重要的是流动被最小化并且材料的理想固化和优选硬化快速地进行。如果材料太流动，那么它将不会形成有效的堆叠物并且还存在它将污染从材料中释放的水的危险。同样希望的是硬化材料是足够坚固的以便保持完整性并且承受施加到其上的硬化材料的随后层的重量。这种特征对于修复其中已经沉积材料的区域是特别令人期望的。
本发明往往使得能够在单个步骤中形成非分离的混合物。当脱水时，形成了超空气层，这使得其适用于植物生长的进行。此外，粗尺寸材料与细尺寸材料的比值是可预测的，与传统方法不同，其中总体上中间层化的程度将是变化的。与其它修复方法相比另外的优点包括用于一般地通过单一且连续的处理将修复的区域提供给待沉积材料的流动悬浮液的简单方法。
经处理的堆叠物的未分离的开放结构对于有益于植物生长的随后的降雨来说是更可渗透的。这使得结构更加接近于自然土壤。植物需要空气、水和营养物以便生存和生长。在没有水和营养物的自由运动的情况下，产生了缺氧状态并且植物生长不能持续。可能的是通过处理而形成的结构将有益于通过天然再植或通过水力播种而形成的植物生长。还可能的是将种子和营养物引入到所处理材料的最后一层以便提供简单的单阶段过程从而促进表面发芽。
通常颗粒状矿物材料例如尾矿可以包含可溶性污染物，例如高含量的盐，其对于植物生长来说可能是有害的并且因此将阻碍修复。高含量的盐如NaCl可以存在，因为闭路循环的矿物加工活动，其中盐全部从矿石中洗涤出，例如在煤尾矿的情况下。另外，矿物材料还可包含可溶性重金属，其已经在矿物加工操作中从矿石中浸出。在本发明中，硬化聚合物处理形成了更渗透性结构，往往允许雨水通过渗滤更有效地浸出盐或其它可溶性化合物。因此，由于开口多孔结构，雨水对硬化固体的作用往往降低了靠近表面所存在的盐，由此能使植物生长并且因此允许改进的修复。
优选地，本发明的方法将获得堆积的处置几何结构并且将共同固定材料中固体的细和粗的部分，并且允许任何所释放的水具有较高的驱动力从而借助于水力重力排泄使其与材料分离。堆积的几何结构看起来在下面的固体上提供了较高的向下的压实压力，其似乎担负着提高脱水速率的作用。已发现这种几何结构产生了每表面面积较大量的废弃物，其对于环境和经济性两者都是有益的。
不可能通过在稠化器中采用絮凝步骤而实现本发明的目的。例如，在稠化器中悬浮液的絮凝从而提供充分浓缩的底流稠泥使得其将堆叠将是价值很低的，因为将不可能泵送这样的浓缩的底流稠泥。此外，将聚合物添加到稠化器中将不会获得改进脱水矿物材料的抑制的期望效果。相反，已经发现有必要处理已经在稠化器中以底流稠泥形式形成的材料。看来单独地处理在底流稠泥中的稠化的固体允许材料有效地硬化却没有损害输送期间的流动性。
本发明的优选特征是在含水液体释放期间的硬化，所述释放优选地在脱水步骤期间发生。因此，在本发明的优选形式中，材料在硬化期间脱水而释放包含显著较少固体的液体。然后该液体能够被送回到所述工序，因此降低了所需的被引入水的体积并且因此重要的是液体是澄清的并且基本上没有污染物，特别是迁移的颗粒状细物。适当地，液体可以例如被再循环到稠化器，从中材料以底流稠泥的形式分离。可选地，液体可以被再循环到同一装置中的盘管或其它工序。
以下实施例举例说明了本发明。
实施例1：聚合物A和B流变改性剂的特性
用于实施例2和3的粉末聚合物的特性。
聚合物A是分子量大约15,000,000的50:50丙烯酸钠/丙烯酰胺共聚物
聚合物B是分子量大约10,000,000的50:50丙烯酸钠/丙烯酰胺共聚物
实施例2：修复
样品制备
选择草籽(矮麦草)作为典型的局部植物群落
基材1-对于这一实验选择陶土和砂浆料以代表典型的非均质的颗粒状粘土尾矿。
833.0g20％SPS陶土浆料
383.6g银砂(低于1000μm筛分的)
全部1205.6g
SG＝1.205
基材2-来自New Milton Sand and Gravel Mine，UK的36.6％w/v的粘土尾矿。
对于每一种基材，流变改性剂剂量被优化以便在堆叠角和水释放(使用以下方法)方面得到显著的改进。
流变改性剂的溶液被制备为0.5％w/w储备溶液并且进一步稀释至0.25％w/w溶液，然后使用。
流变改性剂以其所选择的剂量率添加到每一浆料中，对于基材1为300g/t，对于基材2为956g/t，并且经过设定次数的从烧杯至烧杯的倾倒来分布和混合。所得的堆叠角是通过以下方法确定的。
将等直径和高度(63mm)的硬质套管放置在漆辊盘(内衬有粗砂纸的薄片)上。
用泥浆填充套管至边缘并且弄平。
迅速地纵向从盘中提出套管，使得泥浆向外坍塌。
然后记录在边缘和中心处所得的泥浆饼的直径和高度。
所得的坍塌角计算如下。
坍塌角，％＝(c-e)×100/r
其中c是在中心处的坍塌高度，e是在边缘处的坍塌高度，r是坍塌半径。这示于图3中。
结果
表1
 
基层 聚合物 速率(g/公吨) 坍塌角(％)
陶土和砂 聚合物A 300 134.5
New Milton尾矿 聚合物B 956 120
评估
建立两种有效的测试方法来显示就修复采矿场所来说使用本发明处理的益处。决定通过小规模地再造尾矿处置区域来模拟现实的环境，并且还观察在单一放置的静态环境中的处理效果。
程序
1)所模拟的处置区域方法：
为了产生经处理的和对照的可比的堆叠尺寸，需要建立相等的堆叠区域。这是通过在混凝土板上放置两个直径为30cm的环而实现的。长120cm、直径4cm的管子然后被装配在所述环之上(高于混凝土基层14厘米)，悬垂于环边缘达5厘米。
使用具有附着于端部的活塞的杆，强迫浆料通过所述管，以便模拟浆料被泵送通过管道并且沉积到处置区域中。若干天添加以后，所处理的浆料形成了堆积的堆叠物；而未经处理的浆料没有。最后添加浆料使得草籽以标准速率引入其中以便处理通过最终施加而被覆盖的表面。
图1显示了模拟处置区域的示意图。
长120cm、直径4cm的管子在一端被塞住，而2L的基材1(对于基材2来说是2kg)经由宽颈漏斗倒入其中。然后将紧紧装配的橡胶活塞插入管子的开口端，然后将所述管子放置在高于直径为30cm的环的适当位置处。将150cm长的金属杆连接到活塞，塞子一从管子取出后，就使用杆来迫使浆料离开开口端，进入所述环，其中允许其到达其自身水平。由于所述环位于混凝土板上，没有将所述环密封到混凝土，所以自由水可以慢慢地排出。所述环还处在受控光照下并且经历每天10小时的光。
这种方法对经处理的和未经处理的样品进行5天，其中每次新添加的浆料放置在先前天的之上。第五次添加还包含66g(33g/L)的黑麦草种子。
从此刻起，每隔一天所述环用500g的水灌溉，均匀沿表面散布。除对于基材1的第9天(此时观察到发芽)和对于基层2的第8天(不考虑发芽)外，对于两种处理替代使用500ml的标准NPK肥料。
在对于基材1的30天生长和对于基材2的28天生长后，收获并且称重生物质。
2)单个放置静态测试方法
将2L的每一种浆料(引入66g黑麦草种子)用流变改性剂按照上述方法处理，并且倒入直径20cm的100μm网眼筛。然后将其放置在混凝土板上并且进行每天光照10小时。对于经处理的和未经处理的浆料都进行这种处理。每隔一天样品用100ml的水灌溉，均匀沿表面散布。
在30天生长后，收获并且称重生物质。
两种工业基材获自矿山场所。在各自情况下优化流变改性剂处理以在堆叠角和水释放方面得到显著的改进。煤尾矿浆料来自KellingleyCoal Mine，UK(19.1％固体，SG＝1.11，聚合物A@700g/t，15次烧杯倾倒)和砂与砂砾浆(34.8％固体，SG＝1.21，聚合物B@956g/t，15次烧杯倾倒)。还测试了上述典型的陶土与砂浆料。
处理细节：
表2
 
基材 聚合物 剂量率(g/公吨) 坍塌角(％)
陶土和砂 聚合物A 300 134.5
砂与砂砾 聚合物B 956 120
Kellingly煤尾矿 聚合物A 700 83.3
结果
所收获的生物质
表3
Figure A200780017745D00201
实施例3：水分保持
开发了一种测试来评定雨水对用于粘土、砂和水的浆料(代表典型的采矿尾矿基材)的本发明的流变改性处理的渗滤效果。这涉及覆盖耐受性以及因此的在处置区域在支持植物再生长方面的降雨后的保水性。
程序
聚合物A的溶液被制备为0.5％ w/w储备溶液并且进一步稀释至0.25％ w/w溶液，然后使用。
通过将干砂混入20％w/v陶土的浆料中而制备3:7 w/w干燥固体比的陶土与砂，并且将其用于每一次测试。使用前，将砂在110℃预干燥并且在-500+90um粒度下进行筛选。
以300g/吨的干燥固体的剂量率，将流变改性剂添加到浆料中，并且经过设定次数的从烧杯至烧杯的倾倒来分布和混合。仅仅在没有流变改性剂的情况下，类似地处理对照物。
一式两份地将这些倒入预称重的Porosity 1烧结玻璃坩埚，并且允许其自由排入预称重的烧杯。图2显示了初始渗滤测试。
初始渗滤测试
一式两份地进行对照的和经处理的测试。
在1小时测量液体滤液重量。在110℃烘干液体滤液以便确定悬浮固体含量。
烘干坩埚以便确定干重。
结果示于表4中。
浆料干燥曲线
一式两份地进行对照的和经处理的测试。
将坩埚放置在计时器控制的灯下数天。在每24小时期间，计时器控制的灯开10小时。
室温控制在19和22℃之间。
间歇地对坩埚和烧杯进行称重，从而获得浆料干燥曲线，示于图4中。
再次润湿所排出的浆料和液体渗滤物。
重复初始渗滤测试并且进行浆料干燥。然而，在21小时，用50克的水再次润湿浆料。
在45小时，任何保留的表面水从浆料中除去并且记录重量。
在69小时，用50克的水再次润湿浆料第二次。
在93小时，任何保留的表面水从浆料中除去并且记录重量。
间歇地对坩埚和烧杯进行称重，从而获得渗滤曲线。
一式两份地进行测试，平均值结果在下文报道。
结果
初始渗滤测试
表4：初始渗滤测试
 
对照1 对照2 经处理的1 经处理的2
初始质量(g) 63.6 63.6 63.6 63.6
滤液(g) 19.05 19.88 10.13 9.65
滤液中的固体(g) 1.80 1.83 0.01 0.01
滤液中的固体％ 9.44 9.21 0.13 0.11
最终干重(％) 37.00 37.10 40.51 40.96
再次润湿所排出的浆料。
表5：再次增湿-累积滤液
 
时间(小时) 平均对照累积滤液(g)  平均经处理的累积滤液(g)  平均被除去的对照表面水(g)
0.0 0.0 0.0
2.0 14.3 7.5
6.0 17.8 7.5
21.0 17.8 7.5
第1次再润湿 21.2 0.0 0.0
21.3 0.0 49.2
26.3 11.5 49.2
29.9 18.5 49.2
45.1 38.1 49.2
45.2 38.1 49.2 6.0
50.6 38.3 49.2
53.6 38.1 49.2
69.1 38.3 49.2
第2次再润湿 69.3 0.0 0.0
69.4 0.0 46.1
70.3 0.6 46.1
77.9 6.1 46.1
93.4 15.0 46.1 28.5
93.6 15.0 46.1
99.4 15.0 46.1
165.2 15.0 46.1
结果被绘制成图并且示于图5中。
对于初始渗滤测试，表1中的结果表明未经处理的浆料损失了其液体滤液中的9.3％固体，相比而言，在经处理的浆料中为0.1％，这表明在未经处理的浆料中发生细颗粒与粗颗粒的分离。从目测观察来看，经处理的浆料保持了其均一性；然而在坩埚底部，未经处理的浆料分离成更重的砂颗粒，而在顶部，形成了粘土的覆盖层。
图4中的浆料干燥曲线显示了对于经处理的试验的较慢速率的水分损失以及较高的最终保水性。
从浆料的再增湿测试来看，由于表面覆盖，未经处理的浆料是显著较慢的，以便允许水渗滤通过干燥的浆料，相比于经处理的浆料(表5，图5)来说。过量的水位于未经处理的浆料的被覆盖表面的顶端达数天。该接触时间使得一些水透过干燥的浆料，然而实际上水将已经流出表面而非透过。相比之下，在经处理的浆料表面不存在过量的水。
经处理的浆料的均匀结构允许水在数分钟内透过。未经处理的浆料花费数天来达到相似的渗滤，在此期间，实际上，一定数量的水也将已经损失成表面蒸发。经处理的浆料因此将使得水对于所播种的植物或局部植物群落来说是更易获得的，并且促进生长和修复。

Claims (19)

1.修复沉积区域以使其适用于植物生长的方法，所述沉积区域包括颗粒状矿物材料，
所述颗粒状矿物材料已经从所述材料的悬浮液中脱水，
该方法包括以流体的形式将颗粒状矿物材料的悬浮液输送到沉积区域的步骤，并且其中允许悬浮液在沉积区域静置并脱水而形成脱水的颗粒状矿物材料，
其中当颗粒状矿物材料的悬浮液以流体的形式被输送到沉积区域时，通过将脱水数量的聚合物添加到所述悬浮液中来实现处置区域的修复，
其中所述聚合物是由一种或多种烯属不饱和单体形成的具有至少4dl/g的特性粘数的合成的水溶性聚合物或者为天然聚合物或半天然聚合物的水溶性聚合物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述聚合物是一种或多种烯属不饱和单体的非离子或阴离子聚合物。
3.根据权利要求2的方法，其中所述聚合物是丙烯酰胺的均聚物或者丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中颗粒状矿物材料的悬浮液是来自矿物加工操作的废弃材料。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中沿管道并且通过沉积区域的出口输送颗粒状矿物材料的悬浮液。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中当静置时，已经输送到沉积区域的颗粒状矿物材料的悬浮液硬化。
7.根据权利要求6的方法，其中当到达沉积区域时颗粒状矿物材料的悬浮液在先前硬化的矿物材料的表面上流动，其中允许所述材料静置并硬化而形成堆叠物。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中颗粒状矿物材料的悬浮液通过将其泵送通过管道来输送，并且随后将聚合物添加到泵送阶段。
9.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中颗粒状矿物材料的悬浮液通过将其泵送通过管道来输送，并且在泵送阶段期间或之前添加聚合物。
10.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中将颗粒状矿物材料的悬浮液输送通过具有出口的管道，其中当其离开出口时将聚合物添加到悬浮液中。
11.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中将颗粒状矿物材料的悬浮液输送通过具有出口的管道，其中在其离开出口前，优选地在出口的10米内将聚合物添加到悬浮液中。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中以水溶液的形式添加聚合物。
13.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中以颗粒的形式添加聚合物。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中矿物材料源自于矿物加工操作，并且选自来自拜耳氧化铝工艺的红泥、来自碱金属提取的尾矿、来自贵金属提取的尾矿、来自铁提取的尾矿、来自镍提取的尾矿、煤尾矿、矿物及油砂和细煤粉。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述矿物材料在性质上是亲水性的，优选地选自红泥和含亲水性粘土的尾矿。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过将植物、秧苗或适用于发芽的种子引进沉积区域而进一步实现所述修复。
17.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过在硬化前将植物、秧苗或适用于发芽的种子的任意者引进颗粒状矿物材料，优选地还将植物营养物引入颗粒状矿物材料中而进一步实现所述修复。
18.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过水力播种来再植脱水的颗粒状矿物材料。
19.聚合物在颗粒状矿物材料的悬浮液的脱水中用于提供具有改进的植物生长修复特性的沉积区域的用途，
其中，当颗粒状矿物材料的悬浮液以流体形式被输送到沉积区域时，所述聚合物被添加到所述悬浮液中，并且其中允许悬浮液在沉积区域静置并脱水而形成脱水的颗粒状矿物材料，
其中所述聚合物是由一种或多种烯属不饱和单体形成的具有至少4dl/g的特性粘数的合成的水溶性聚合物或者为天然聚合物或半天然聚合物的水溶性聚合物。
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