CN102203028A - 尾矿流的处理 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理成熟的细尾矿流的方法。所述处理包括：使成熟的细尾矿接触碱金属硅酸盐或聚硅酸盐微凝胶和活化剂；将所述沙土和细粘土包埋在聚硅酸盐微凝胶内；将所述二氧化硅微凝胶铺展在表面上；以及使所述二氧化硅微凝胶干燥，并制备适于通行的表面。

Description

尾矿流的处理
发明领域
本发明涉及从油砂中提取沥青、提取后对尾矿进行絮凝/脱水以及对尾矿流进行处理的方法。
背景技术
为了满足全球对石油的需求，油砂已变成吸引人的油回收源。油砂是沥青、水、沙土、粘土和地表存在的其他无机材料的储量巨大的天然存在的混合物。沥青是高度粘稠形式的原油。最大的油砂矿床在加拿大和委内瑞拉被发现。具体地讲，Athabasca油砂矿的储量相当于1.6至2.7万亿桶石油，该矿床位于加拿大Alberta和Saskatchewan省。Athabasca油砂矿约10％的储量可被开采。开采油砂之后，可通过提取沥青进行加工。
必须将沥青从油砂的水、沙土和细粘土中提取和分离出来。今天，油砂被开采、碾碎，然后与热水和任选的化学物质混合以利于从沙土和细粘土中提取沥青。将提取的沥青与沙土和细粘土分离，然后进行精炼。剩余的沙土、粘土和水通常被称为“尾矿”。尾矿被进一步处理以对沙土和粘土脱水。沙土和粘土通常被置于例如尾矿池内并沉淀为成熟的细尾矿。成熟的细尾矿为包含细粘土与沙土、粉土、水和沥青的稳定浆液。成熟的细尾矿无强度，不能生长植物，并且可能对动物具有毒性，因此必须将其封闭，防止其污染水源。从脱水步骤中回收的水可以在提取过程中再次使用。在提取过程中再利用这种水时，较快地将水回收可以降低能量需求。
从该过程回收的沥青以泡沫形式存在。泡沫包含浓缩的沥青(通常为50％或以上)、水、细粘土和沙土。泡沫在泡沫处理单元中进行处理，该单元可使用蒸汽(用于对泡沫除气)和环烷溶剂或石蜡族溶剂回收得到纯度大于95％的沥青。泡沫处理工艺的副产物为泡沫处理尾矿。泡沫处理尾矿包含水、残余溶剂和粒度基本小于44微米的细粒固体。通常在尾矿池内对泡沫处理尾矿进行处理。泡沫处理尾矿有助于形成成熟的细尾矿。
Tipman等人在美国专利5,876,592中公开了从油砂中回收沥青的方法，该方法包括：向油砂浆液中加入苛性碱液以产生乳液；使乳液分为三层，即包含沥青的第一泡沫的顶层；被称为尾矿的底层，该底层包含水、沉淀的沙土和细粘土；以及被称为中矿的中间层，该中间层包含残余的沥青、悬浮的细粘土和水。进一步处理中矿，采用与油砂浆液相同的处理方式回收额外的沥青，制得第二泡沫。可将第二泡沫与第一泡沫合并，通过用溶剂稀释并移除沙土与细粘土的方式回收沥青。
Yuan等人在Canadian Metallurgical Quarterly，2007，vol.46，no.3 pp.265-272(Canadian Metallurgical Quarterly，2007年，第46卷第3期，第265至272页)公开了使用多步骤工艺按特定顺序移除尾矿中的沙土和细粘土的方法。第一步被称为絮凝-凝结-絮凝(FCF)，该步骤中加入了絮凝剂。这样可以絮凝产生较大的颗粒，而将细粒留在溶液中。在第二步中，加入凝结剂。凝结剂使细粒不稳定，从而形成小的絮凝物。在第三步中，加入少量絮凝剂以用于将第一步中的较大絮凝物与第二步中的较小絮凝物合并，从而产生更大的絮凝物并增大沉淀速率以便更快地脱水。
根据Masliyah在Ind.Eng.Chem.Res.，2005，vol.44，pp.4753-4761(Ind.Eng.Chem.Res.，2005年，第44卷第4753至4761页)中提出的方法，已使用酸化的硅酸盐来促进沥青的提取。通过酸化硅酸盐可以螯合二价金属离子，从而在保持pH值不变的情况下促进沥青析出。该工艺与WO 2005/028592具有类似的缺点，即，固体被分散。
Li在Energy & Fuels，2005，vol.19，pp.936-943(Energy & Fuels，2005年，第19卷第936至943页)公开了水解聚丙烯酰胺(HPAM)对油砂矿中的沥青提取和尾矿处理的影响。为了同时实现沥青提取和固体细粒絮凝的效率，有必要小心控制HPAM的用量。
Chaiko等人在美国专利6,153,103中公开了使用硅酸钠和有机胶凝剂通过脱水收缩工艺从稀的工艺液流中分离和回收超细颗粒和可溶性盐的方法。该方法用于稀溶液和与硅酸盐的比率为0.4∶1或以下的固体。
对于所谓的“低品质矿”，从沙土和细粘土中分离沥青，以及对沙土和细粘土脱水以进行处置尤其困难。一般来讲，就油砂矿而言，低品质矿是指含有大量细粒的油砂矿，这些细粒不但妨碍沥青的提取，而且影响沙土和细粘土的脱水过程。低品质矿难以利用常规方法以可接受的收率提取沥青。此外，在从低品质矿中提取时，更多的沥青保留在尾矿流中，然后作为收率损失被送往尾矿池。
低品质矿的收率损失高达35％至50％，在可能的情况下避免使用低品质矿。作为另外一种选择，将有限数量的低品质矿与高品质矿混合以便更有效地对它们进行处理。随着对石油的需求逐年增加，有必要开采这类低品质矿并生产高收率的沥青。尾矿应基本上不含沥青并与水分离，从而能够再利用水，并能够将不含沥青的固体在环境限制范围内返回环境中。
希望具有更低的提取温度(例如，小于约50℃)以节约热能。例如，当附近没有改质厂可以处理提取的沥青时会增加提取水的供热成本。
成熟的细尾矿池也会带来环境问题。常常需要建造用来处置尾矿的池子，池子里的粘土和细粒会悬浮在水中并最终变成成熟的细尾矿。加拿大能源保护局(Energy Resources Conservation Board)已发布了074号指令，该指令要求所有油砂运营商减少细尾矿池和形成适于通行的矿床。目前，这些成熟的细尾矿采用石膏/石灰和离心法进行处理。由于在尾矿池内和附近增加了钙离子，并且剩余的固体太软，无法长时间在上面通行，因此石膏/石灰处理法是不可取的。由于投资巨大，并且必须将成熟的细尾矿运输到装有离心机的地方，因此离心法也是不可取的。
虽然在油砂提取和尾矿处理方面已经取得许多进步，但仍然需要提高油砂的沥青回收率(收率)、改善尾矿脱水(即，使尾矿中的水分更少)和降低对加淡水沥青回收工艺的需求。此外，还需要改进低品质矿中的沥青提取，并且希望在不显著增加资本设备和沥青收率损失的情况下达到这一目的。此外，还需要减少或取消剩余固体可能有用的成熟的细尾矿池。本发明满足这些需要。
发明概述
本发明为从油砂中提取/回收沥青和处理尾矿的方法。在本发明的一个实施方案中，该方法包括：(a)提供油砂矿的含水浆液；以及(b)使浆液接触聚硅酸盐微凝胶，以产生含有沥青的泡沫和含有沙土和细粘土的尾矿流。优选地，该方法还包括(c)对尾矿脱水。从泡沫中回收沥青。任选地，可以在步骤(b)之后和步骤(c)之前加入阴离子聚丙烯酰胺和/或苛性碱，例如氢氧化钠、硅酸钠、柠檬酸钠。作为另外一种选择，可以在步骤(b)之后和步骤(c)之前加入聚丙烯酰胺和下列中的一者或两者：(i)多价金属化合物；和(ii)低分子量阳离子有机聚合物。令人吃惊的是，相比使用硅酸钠代替聚硅酸盐微凝胶的方法，该方法提高了沥青的回收率并且不会对尾矿絮凝产生不利影响。聚硅酸盐微凝胶被保留到脱水步骤并且可能促进所述尾矿中的絮凝。
在本发明的可供选择的实施方案中，存在一种处理包含水、沙土和细粘土的尾矿流以絮凝沙土和细粘土的方法，其中该方法包括(a)使尾矿流接触聚硅酸盐微凝胶、阴离子聚丙烯酰胺和下列中的一者或两者：(i)多价金属化合物，(ii)低分子量阳离子有机聚合物，以产生絮凝固体；以及(b)从尾矿流中分离出絮凝固体。令人意外和有利的是，在该第二实施方案中，相比仅使用聚丙烯酰胺，絮凝得到促进。
在本发明的第三可供选择的实施方案中，存在一种处理尾矿流的方法，该方法包括：(a)使所述尾矿流接触硅酸盐源和活化剂；(b)将细粘土和沙土包埋在硅胶内；(c)将硅胶铺展在表面上；和(d)使硅胶干燥以产生适于通行的表面，其中硅酸盐源为碱金属硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、或它们的组合，并且其中尾矿流包含水、细粘土和沙土，其中按体积计20％至约100％的细粘土和沙土具有小于0.05mm的粒度。任选地，尾矿流还包含聚硅酸盐微凝胶。任选地，在将包埋的细粘土和沙土铺展在表面上之前，可将步骤(b)之后制备的已处理的尾矿离心或采用其他已知的脱水技术处理。
附图简述
图1为根据本发明的沥青提取方法和尾矿絮凝的工艺流程图。
发明详述
在本发明的第一实施方案中，提供了从油砂中回收沥青的方法，该方法包括提供油砂矿的含水浆液，以及用聚硅酸盐微凝胶接触该浆液以促进沥青分离，从而制备泡沫和尾矿。通过开采油砂矿、碾压矿石和加水，可以制备油砂矿的浆液。任选地，可以向油砂矿和微凝胶的混合物中加入阴离子聚丙烯酰胺和/或苛性碱，例如氢氧化钠、硅酸钠和柠檬酸钠。泡沫包含沥青、细粘土和水。尾矿包含沙土、细粘土、未反应的聚硅酸盐微凝胶和水。优选地，该方法还包括对尾矿进行脱水。尾矿中的聚硅酸盐微凝胶可以和水一起保留到脱水步骤中，其中微凝胶可促进尾矿中的絮凝。
在可供选择的实施方案中，提供了将尾矿流絮凝的方法，其中尾矿流由油砂矿制备，并包含水、沙土和细粘土。该方法包括用聚硅酸盐微凝胶、阴离子聚丙烯酰胺、以及多价金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物接触尾矿流，以絮凝固体。
在本发明的第三可供选择的实施方案中，存在一种处理尾矿流的方法，该方法包括：(a)使所述尾矿流接触硅酸盐源和活化剂；(b)将细粘土和沙土包埋在硅胶内；(c)将硅胶铺展在表面上；和(d)使硅胶干燥以产生适于通行的表面，其中硅酸盐源为碱金属硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、或它们的组合，并且其中尾矿流包含水、细粘土和沙土，其中按体积计20％至约100％的细粘土和沙土具有小于0.05mm的粒度。任选地，尾矿流还包含聚硅酸盐微凝胶。任选地，在将包埋的细粘土和沙土铺展在表面上之前，可将来自步骤(b)的已处理的尾矿离心或采用其他已知的脱水技术处理。
油砂矿
油砂矿为储量巨大的天然存在的混合物，其包含沥青、沙土、粘土和其他无机材料。在本文中，沥青是指存在于油砂、焦油砂、原油和其他石油源中的烃和其他油类。本发明所用的油砂矿为采掘材料并通常包含约5至15重量％的沥青。油砂矿还包含水、沙土和细粘土。一般来讲，油砂矿包含约2至5重量％的水。
无机材料可为天然存在的矿石，例如存在于油砂矿中的钛矿和锆矿。
本发明的方法可以有利地用于处理低品质矿。油砂矿的品质越“低”，细粘土的含量就越高。令人吃惊的是，本发明的方法可有效地从低品质油砂矿中提取沥青，同时对尾矿流进行有效脱水。
本文将低品质矿定义为具有以下一种或多种性质的油砂矿：(a)细粘土含量大于15％；(b)蒙脱石粘土含量大于油砂矿总重量的1重量％；(c)钙、镁含量大于10ppm；以及(d)矿石距地表小于25米，并且已经被氧化。
聚硅酸盐微凝胶
本发明的方法包括使聚硅酸盐微凝胶接触油砂矿。聚硅酸盐微凝胶是由碱金属硅酸盐或聚硅酸盐(例如聚硅酸钠)部分胶凝而形成的水溶液。相比市售胶态二氧化硅，微凝胶可被称为“活性”二氧化硅，其构成了直径从1至2nm的键合二氧化硅颗粒的溶液，该颗粒通常具有至少约750m2/g的表面积。聚硅酸盐微凝胶可从E.I.du Pont de Nemours and Company(Wilmington，DE)商购获得。
聚硅酸盐微凝胶具有4∶1至约25∶1的SiO2∶Na2O摩尔比，并在John Wiley and Sons(N.Y.)于1979年出版的由Ralph K.Iler所著“The Chemistry of Silica”的第174至176页以及第225至234页有所讨论。制备聚硅酸盐微凝胶的一般方法在美国专利4,954,220中有所描述，该专利的教导以引用方式并入本文。
聚硅酸盐微凝胶包括已通过向其结构中加入氧化铝而改性的微凝胶。此类氧化铝改性的聚硅酸盐微凝胶被称为聚硅铝酸盐微凝胶，其易于通过对聚硅酸盐微凝胶进行改性的基本方法制备。制备聚硅铝酸盐微凝胶的一般方法在美国专利4,927,498中有所描述，该专利的教导以引用方式并入本文。
聚硅酸是聚硅酸盐微凝胶的一种形式，通常是指那些已经形成并部分聚合的pH在1至4范围内的硅酸，这些硅酸包括直径大致小于4nm、之后聚合为链和三维网络的二氧化硅颗粒。聚硅酸可根据例如美国专利5,127,994中所公开的方法制备，该专利以引用方式并入本文。
除了上述的二氧化硅微凝胶之外，如本文所用，术语“聚硅酸盐微凝胶”包括具有低S值(例如，小于50％的S值)的二氧化硅溶胶。“低S值二氧化硅溶胶”在欧洲专利EP 491879和EP 502089中有所描述。EP 491879描述了具有在8至45％范围内的S值的二氧化硅溶胶，其中二氧化硅颗粒具有750至1000m2/g的比表面积，并且已经用2至25％氧化铝进行了表面改性。EP 502089描述了具有6∶1至12∶1的SiO2∶M2O摩尔比的二氧化硅溶胶，其中M为碱金属离子和/或铵离子，并且该溶胶包含比表面积为700至1200m2/g的二氧化硅颗粒。
聚丙烯酰胺
本发明可用的聚丙烯酰胺(PAM)包括阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺CH2＝CHC(O)NH2聚合形成的聚合物。本发明的聚丙烯酰胺通常具有大于一百万的分子量。
优选地，PAM为阴离子聚丙烯酰胺(APAM)或阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。APAM和CPAM是一组分子量很高的高分子的通称，其通过自由基聚合丙烯酰胺和带阴离子电荷或带阳离子电荷的共聚单体而制备。APAM和CPAM可通过本领域的技术人员已知的技术制备，包括但不限于曼尼希(Mannich)反应。APAM和CPAM中的电荷密度(电离度)和分子量都可以改变。通过改变丙烯酰胺/离子单体的比率，可以获得沿聚合物链的从0(非离子)至100％的电荷密度。分子量通过反应引发剂的浓度和类型以及反应参数确定。
低分子量阳离子有机聚合物
可用于本发明的低分子量阳离子有机聚合物具有小于1,000,000的数均分子量。优选地，分子量在介于约2,000至约500,000之间的范围内，更优选地介于10,000和500,000之间。低分子量聚合物通常选自：聚乙烯亚胺、聚胺、聚氰胺甲醛聚合物、二烯丙基二甲基氯化铵聚合物、二烯丙基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯聚合物、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物、丙烯酰胺和二烯丙基二甲基氯化铵的共聚物、丙烯酰胺和二烯丙基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯的共聚物、丙烯酰胺和二烷基二氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的共聚物、以及二甲基胺和环氧氯丙烷的共聚物。此类聚合物在例如美国专利4,795,531和5,126,014中有所描述。低分子量阳离子有机聚合物可例如作为FLOQUAT FL 2250和FLOQAUT FL 2449从SNF Floerger(Andrézieux，France)商购获得，并作为WT-530从FCT-Water Treatment(Greeley，Colorado)商购获得。
多价金属化合物
可用于本发明方法的多价金属化合物为具有一种以上价态的金属的化合物。多价金属的实例包括钙、镁、铝、铁、钛、锆、以及它们的组合。优选地，多价金属化合物可溶于水，并用作水溶液。合适的多价金属化合物的实例包括氯化钙、硫酸钙、氢氧化钙、硫酸铝、硫酸镁、氯化铝、聚氯化铝、聚硫酸铝和水合氯化铝。优选地，多价金属化合物为硫酸钙、硫酸铝、聚硫酸铝、聚氯化铝、水合氯化铝。聚合的多价金属化合物尤其可用于本发明。
活化剂
本发明的活化剂包括可引发碱金属硅酸盐胶凝的任何化合物或化合物的混合物。活化剂可包括酸、碱土金属和铝盐、以及有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯、酰胺、以及它们的组合。可用作活化剂的酸的实例包括但不限于硫酸、二氧化碳、磷酸、磷酸钠、碳酸氢钠、盐酸、硫酸氢钠和乙酸。碱土金属和铝盐的实例包括但不限于氯化钙、氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、硫酸镁、氯化镁、硫酸铝、铝酸钠。有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯和酰胺的实例包括但不限于甘油的乙酸酯、乙二醛、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和甲酰胺。优选地，活化剂为酸、碱土金属盐或它们的组合。优选的酸为硫酸或二氧化碳。优选的碱土金属盐为硫酸钙和氯化钙。可以采用一种或多种活化剂。
提取和絮凝
油砂矿通常从土壤中开采并进行加工，以除去沥青，然后再将沥青作为原油进一步处理。在第一实施方案中，提供了油砂矿。油砂矿采自油砂矿床并经过碾压，以提供适于从矿石中提取沥青的材料。可使用常规方法进行开采和碾压。油砂矿通常作为含水浆液进行加工。可利用来自下游脱水步骤(见下文)的回收水来制备油砂矿含水浆液。
本发明的方法包括提供油砂矿的含水浆液，并用聚硅酸盐微凝胶接触浆液，以便从油砂矿中提取沥青。在此接触(提取)步骤之前或过程中，可以在25至90℃(77至194℉)、优选地在35至85℃(95至185℉)的温度范围内将水以及任选地将空气加入浆液。有利的是，接触步骤在50℃或以下的温度下进行，例如，35至50℃(95至122℉)。
浆液组分的量可变化。通过用按矿石的质量计其量为10％至500％(优选地为50％至200％)的水接触油砂矿，可以制备油砂矿的含水浆液。水可以为来自提取工艺的回收水。水的添加量可取决于提取效率和输送管线的限制，其中输送管线用于将含矿浆液有效地输送到提取单元。
聚硅酸盐微凝胶通常按每公吨油砂矿25至5000g的量添加。
在用聚硅酸盐微凝胶接触(提取步骤(b))之前，可将下列一种或多种添加剂加入油砂矿浆液：阴离子聚丙烯酰胺和其他高分子絮凝剂与凝结剂；苛性碱，例如氢氧化钠、硅酸钠和柠檬酸钠；有机酸和有机酸的盐(例如，乙醇酸和乙醇酸钠)、表面活性剂、缓冲液(例如碳酸氢盐)和抗微生物剂。
在提取步骤(b)中，将油砂矿、微凝胶和水混合，并任选地使其在反应容器或输送管线内接触通常以气泡形式存在的空气。气泡与浆液接触使得沥青浮到浆液顶部，从而形成称为泡沫或第一泡沫(如果工艺会生成多种泡沫)的顶层。(第一)泡沫包含已浮到浆液顶部的沥青，并且还包含细粘土。
在形成泡沫之后，使剩余浆液在反应容器中分离，或将其从输送管线输送至分离容器。大部分沙土和细粘土沉淀到浆液底部形成底层，称之为粗尾矿。浆液中还形成了中间层。中间层为浆液的稀释部分，其中包含未浮到顶部的沥青与未沉淀到底部的沙土和细粘土，称之为中矿。
中矿可以从反应容器或分离容器的中部移除。还可通过接触气泡形式的空气或穿过一个或多个空气浮选槽进一步加工移除的中矿，其中气泡有助于从中矿的固体(沙土和细粘土)和水中分离沥青小滴，从而产生(第二)泡沫。第二泡沫可以例如从空气浮选槽中回收，并可与第一泡沫合并。可以在该工序中添加聚硅酸盐微凝胶，添加量通常为每公吨油砂矿25至5000g。作为另外一种选择，可以在处理包含油砂矿和水的浆液以产生第一泡沫之前将第二泡沫加入浆液中。
在形成第二泡沫之后，使剩余浆液在反应容器中分离，或将其输送至分离容器。大部分沙土和细粘土沉淀到浆液底部形成底层，称之为细尾矿，其包含比粗尾矿更少的沙土和更多的细粒。也可以在浆液中形成中间层。可将中间层和底层两者合并，并在脱水步骤的下游将其视为细尾矿。
任选地，将第二泡沫形成的中间层作为第二中矿移除，并且以与(第一)中矿相同的方式用空气进一步处理，即用空气处理以生成第三泡沫。可将第三泡沫与第一泡沫和第二泡沫合并，以回收沥青。可以在制备第一泡沫之前将第三泡沫加入包含油砂矿和水的浆液中，任选地将其与第二泡沫合并后加入。在另一个供选择的替代方案中，可以在使中矿接触空气之前将第三泡沫与中矿合并。第二细尾矿也是用第三泡沫制备的。
各个连续的泡沫形成步骤从油砂矿中移除更多的沥青。虽然本文所述的是仅制备三种泡沫，但在本发明的范围内，可以设想后续的泡沫(第四、第五等)。
该方法还可包括在提取步骤中从浆液顶部移除泡沫，并将泡沫输送至泡沫处理单元。在泡沫处理单元中，使泡沫与溶剂接触，以便从泡沫中提取沥青并浓缩沥青。通常，溶剂选自：石蜡族C5-C8正烷烃和环烷溶剂。环烷溶剂通常为具有小于125℃的终沸点的焦化石脑油和加氢石脑油。泡沫处理单元的副产物为泡沫处理尾矿，该尾矿包含非常细的固体、烃和水。
在泡沫处理单元内处理了泡沫之后，可以进一步加工浓缩的沥青产品，以提纯沥青。
泡沫处理尾矿可在脱水步骤中进一步处理，以便从包含细粘土和沙土的固体中除去水，并可以在该方法中回收除去的水。
该方法还可包括对尾矿进行脱水。尾矿可以为在从油砂矿中提取沥青的工序中制备的一种或多种任意尾矿流。尾矿为粗尾矿、细尾矿和泡沫处理尾矿中的一种或多种。可将尾矿合并为单一尾矿流以进行脱水，或者可以对每种尾矿流单独脱水。根据尾矿流的组成，可以改变添加剂、添加剂浓度和添加剂的添加顺序。这种改变可因尾矿流组成的不同而根据经验确定。
尾矿流包括粗尾矿、细尾矿和泡沫处理尾矿中的至少一种。该脱水步骤包括使尾矿流与聚丙烯酰胺和下列一者或两者接触：(i)多价金属化合物和(ii)低分子量阳离子有机聚合物。尾矿流可包含来自提取步骤的聚硅酸盐微凝胶。必要时可加入额外的聚硅酸盐微凝胶。聚硅酸盐微凝胶通过以下方式促进脱水步骤中沙土和细粘土的絮凝：使固体更好地与水分离，和/或增大固体从水中分离出来的速率，和/或允许脱水步骤在耐受一定范围的工作条件的情况下，仍然在期望时间内实现从水中分离出期望含量的固体。
脱水可通过本领域技术人员已知的方式实现。这些方式包括使用增稠剂、水力旋流器和/或离心机，或通过滗析和/或过滤。脱水的固体应按照政府规定进行处理。分离的水可以回收到工艺中(“回收水”)。例如，可将回收水加入压碎的油砂矿，用于提取沥青。也可以在加水的任意位点处将回收水加入工艺中。
常规地，一直难于对细尾矿和泡沫处理尾矿进行有效脱水。这两者均包含细粘土和未提取的沥青。此类尾矿已在脱水之后被送往尾矿池，并经过一段时间变为成熟的细尾矿。在本发明中，甚至改善了固体与细尾矿和泡沫处理尾矿的分离。
在本发明方法的供选择的替代方案中，存在一种从含有沥青的浆液中提取沥青的方法，其中该方法包括：提供含有沥青的浆液，其中浆液为中矿、细尾矿或泡沫处理尾矿；使浆液接触聚硅酸盐微凝胶，以便从浆液中提取沥青，并生成包含沥青的泡沫和尾矿。优选地，对尾矿进行脱水。接触、提取和脱水步骤按上文所述方式进行。
本发明的方法可用来处理低品质矿。作为另外一种选择，可以在本发明的提取和脱水过程中将较高百分比的低品质矿与高品质矿合并。
在本发明的第二实施方案中，提供了一种处理包含沙土、细粘土和水的尾矿流的方法，该方法包括：(a)使尾矿流接触聚硅酸盐微凝胶、阴离子聚丙烯酰胺以及多价金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物，以生成絮凝固体；和(b)将絮凝固体从尾矿流中分离出来。分离步骤可通过脱水进行。在该方法中，沙土和细粘土被絮凝而生成絮凝固体。在分离步骤中，通过例如脱水从尾矿流中分离出絮凝固体，从而得到固体和回收的水。
尾矿流可以为粗尾矿、细尾矿、泡沫处理尾矿或它们中的两种或更多种的组合。上文描述了制备此类尾矿流的方法，所不同的是，在本实施方案中，提取过程中不加入聚硅酸盐微凝胶。因此，可以从提取沥青的常规油砂工艺中制备适用于本实施方案的尾矿流。例如，本文所处理的尾矿流可以为包含从油砂溶剂回收单元中回收的细粘土的浆液。此外，作为供选择的替代方案，尾矿流可以为已经从尾矿池移除的成熟的细尾矿。
分离步骤的目的是使固体絮凝并对其进行脱水，同时允许回收尽可能多的水。令人吃惊的是，本发明已实现了固体与水分离的更快速度以及更为充分的分离程度。因此，相比处理尾矿流的常规工艺，本发明具有更高的工艺效率。
可将固体处理掉、将其送往尾矿池进一步沉淀，或者当固体为浓缩的矿物质来源(例如钛和锆矿)时，可将固体用作原材料或进料，制备工业品例如钛和锆化合物。
可改变聚硅酸盐微凝胶、阴离子聚丙烯酰胺以及多价金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物的添加顺序，以促成某些期望的效应。例如，可首先加入多价金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物，然后可将聚丙烯酰胺加入尾矿流。也就是说，首先加入金属化合物，然后加入聚合物。在可供选择的替代方法中，采用以下添加顺序依次向尾矿流中添加：(1)第一聚合物，其为聚丙烯酰胺；(2)多价金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物；(3)第二聚合物，其为聚丙烯酰胺。第一聚合物和第二聚合物可以为相同的或不同的聚合物。例如，第一聚合物和第二聚合物均可为聚丙烯酰胺；然而，第一聚合物为阴离子聚丙烯酰胺，而第二聚合物可以为阳离子聚丙烯酰胺。在本文所公开的任一种添加方法中，可在任意时点添加聚硅酸盐微凝胶。也就是说，可在添加阴离子聚丙烯酰胺和多价金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物之前或之后，即添加(1)、(2)和(3)之前或之后添加微凝胶。
脱水可通过本领域技术人员已知的方式实现，以用于将固体从工艺水中分离出来。这些方式包括增稠剂、水力旋流器、离心机、滗析和过滤。脱水的固体应按照政府规定进行处理。
人们惊奇地发现，相对于仅使用聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺与金属盐结合的已知方法，在对从油砂矿中提取沥青的过程中制备的尾矿脱水的步骤中，聚硅酸盐微凝胶有助于沙土和细粘土絮凝。具体地讲，在本发明的方法中，固体以比已知方法更快的速度从水中分离。此外，从工艺中回收的水的百分比更高，并且回收的水可以循环到工艺中。
希望将水循环到油砂矿提取和回收工艺中以最大限度减小用淡水做工艺补给水的必要性。可将回收的水加入压碎的油砂矿以制备提取沥青所用浆液。作为另外一种选择，如果回收的水超出工艺的需求，在水符合当地标准的情况下可将其返回环境中。
此外，相对于使用硅酸钠的已知方法，在提取步骤中添加聚硅酸盐微凝胶不会对脱水步骤产生不利影响。也就是说，据报道，硅酸钠的存在会阻碍絮凝和从尾矿流中分离固体。令人吃惊的是，在本发明中，添加聚硅酸盐微凝胶不会产生类似硅酸钠那样的效应。相对于使用聚硅酸盐微凝胶，使用硅酸钠还会减小回收的水量，并减缓从水中分离固体的速率。
本发明的方法具有稳健性，并且可用来实现从高品质矿和低品质矿中以期望水平提取沥青和回收水。此外，本发明提供了总体上更简单的分离方法，并且减少了设备，例如避免了对机械分离设备的需求。另外，本发明的方法可用来处理细尾矿、从此类尾矿中回收沥青、以及提供矿源，并减少对沉淀池的需求。
尾矿流的处理
在本发明的第三可供选择的实施方案中，存在一种处理尾矿流的方法，该方法包括：(a)使所述尾矿流接触硅酸盐源和活化剂；(b)将细粘土和沙土包埋在硅胶内；(c)将硅胶铺展在表面上；和(d)使硅胶干燥，以产生适于通行的表面，其中硅酸盐源为碱金属硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、或它们的组合，并且其中尾矿流包含水、细粘土和沙土，其中按体积计20％至约100％的细粘土和沙土具有小于0.05mm的粒度。任选地，尾矿流还包含聚硅酸盐微凝胶。任选地，在步骤(c)将包埋的细粘土和沙土铺展在表面上之前，可将已处理的尾矿离心或采用其他已知的脱水技术处理。
尾矿流包含水、沙土和细粘土，并且任选地包含聚硅酸盐微凝胶。这些尾矿流可来自尾矿池，并由已经脱水和沉积到尾矿池并允许随时间沉淀的细尾矿和泡沫处理尾矿制成。尾矿流也可以作为新尾矿来自沥青回收过程。新尾矿通常用聚丙烯酰胺增稠，并且可包含沙土和/或制备尾矿流的聚硅酸盐微凝胶。尾矿流也可包含来自沥青回收过程的残余的聚硅酸盐微凝胶。
可调整包括使所述尾矿流接触硅酸盐源和活化剂的处理尾矿流工艺，以改变胶凝时间。调整包括但不限于改变硅酸盐源和/或活化剂的添加顺序和/或浓度。例如，向尾矿流中加入更多的碱金属硅酸盐可在短期(0.5至30小时)内减小屈服应力，但可能导致一段时间后总屈服应力增加幅度不变或更大。通过调节pH值、改变活化剂相对于硅酸盐源的添加顺序和/或活化剂浓度，也可以改变胶凝时间。
使尾矿流接触硅酸盐源和一种或多种活化剂、以及任选地接触聚硅酸盐微凝胶，形成硅胶结构。聚硅酸盐微凝胶如上所述。干燥之后，凝胶变成具有适于通行的表面的坚硬固体。可以对方法进行调整以控制胶凝时间。胶凝时间是硅酸盐源形成固体凝胶状结构所需的时间。优选地，使尾矿流接触硅酸盐源和活化剂，然后再将其施加到表面上；胶凝在表面上发生，形成适于通行的薄的固体表面。将尾矿流与硅酸盐源和活化剂接触的产物施加到表面上的过程可重复多次，形成包含尾矿流的沙土和细粘土的一叠坚硬的固体硅胶层。
理想的是，将包埋该过程形成的尾矿的二氧化硅铺展到倾斜表面上，使其干燥。干燥通过风干(蒸发)和/或流掉水进行。如果采用流掉水的方法，则可以回收该过程的水并循环利用流掉的水，例如以便在下文讨论的沥青提取或尾矿流絮凝过程中重复利用回收的水。
处理尾矿流的过程可通过多种方式进行。可将硅酸盐源和活化剂直接添加到尾矿池中的尾矿流内并使水蒸发。可将尾矿流、硅酸盐源和活化剂在容器内混合并摊在表面上，使其干燥。可将尾矿流、硅酸盐源和活化剂混合并离心，以便在减少所需硅酸盐源和活化剂的量的情况下促进分离。优选地，可在将硅酸盐源、活化剂和尾矿流摊到表面上干燥之前在输送管线内将其合并。
在本发明的第四实施方案中，存在一种处理尾矿流的方法，该方法包括使所述尾矿流接触碱金属硅酸盐。仅添加碱金属硅酸盐可以在不使混合物胶凝的情况下减小固体浓度。当尾矿流中留有残余沥青时，可利用该方法处理尾矿流。仅添加碱金属硅酸盐将进一步分散悬浮的固体，并促进残余沥青的释放。在不马上需要固体产物(可能要输送到某个地点，以便日后处理或贮藏)的情况下，这样做也是有用的。通过添加硅酸盐促进沥青回收和减少固体也可以通过添加苛性碱或使用较低比率的碱金属硅酸盐在较高pH值下进行。
本发明的方法具有稳健性，并且可用来实现从高品质矿和低品质矿中以期望水平提取沥青和回收水。此外，本发明提供了总体上更简单的分离方法并且减少了设备，例如避免了对机械分离设备的需求。另外，本发明的方法可用来处理细尾矿、从此类尾矿中回收沥青、以及提供矿源，并减少对沉淀池的需求。
附图说明
图1为根据本发明的沥青提取方法和尾矿絮凝方法的工艺流程图。
聚硅酸盐微凝胶(PSM)和压碎的油砂矿(Ore)在管道1中合并，并作为进料2输送至混合容器3。向混合容器3内添加水以制备浆液。向混合容器3内的浆液中加入空气以制备(1)第一泡沫4，第一泡沫包含沥青，并且从浆液中分离后到达混合容器3的顶部；(2)粗尾矿5，粗尾矿包含来自进料2的大部分沙土和细粘土，并且分离后到达混合容器3的底部；和(3)中矿6，中矿包含沥青、细粘土和沙土，并且为混合容器3内的中间层。
第一泡沫4被输送到泡沫处理容器7。将溶剂添加到处理容器7，以从第一泡沫中提取沥青8，同时在处理容器7内制备泡沫处理尾矿9。将沥青8从处理容器7中向外输送以便进一步处理。泡沫处理尾矿9包含水和细粘土并与其他尾矿流一起进行进一步处理。
将中矿6从混合容器3中部移除并输送到第二混合容器3a。向第二混合容器3a内加入水。向第二混合容器3a内加入空气以制备第二泡沫4a和细尾矿10，其中第二泡沫4a包含沥青、细粘土和水，并且从中矿6中分离到混合容器3a的顶部；细尾矿10包含沙土、细粘土和水，并且分离到混合容器3a的下半部。将第二泡沫4a与第一泡沫4合并，并将其输送到泡沫处理容器7。
将包含沙土、细粘土和水的粗尾矿5与泡沫处理尾矿9和细尾矿10合并，以提供合并的尾矿流11，并将其输送到分离器12。
任选地，将金属化合物和/或低分子量阳离子有机聚合物(MC/P)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚硅酸盐微凝胶(PSM)加入分离器12内合并的尾矿流中。使合并的尾矿流11在分离器12中沉淀。从水14中分离包含沙土和细粘土的固体13。将固体13输送到尾矿池。水14可以通过例如输送到混合容器3重复利用来循环。
实施例
材料和测试方法
材料
以下实施例中使用的成熟的细尾矿得自加拿大Alberta的油砂处理厂。固体浓度为29.2至29.9重量％。成熟的细尾矿具有12.95μm的中值粒度和20.9μm的平均粒度，并且100％的颗粒细于0.05mm。利用配备有桨式转子的Brookfield流变仪获得样本的屈服应力测量值，所提供的结果单位为Pa(帕斯卡)。以下实施例中使用的硅酸钠比率为3.22 SiO2∶Na2O。
实施例1至3
实施例1至3显示，通过添加硅酸钠和活化剂增大了屈服应力。成熟的细尾矿(1000g)含有29.9重量％的固体，pH值为7.98，并且具有3.7的初始屈服应力。在反应器内用螺旋桨式搅拌器以600rpm的转速搅拌成熟的细尾矿，同时用多孔盘使二氧化碳活化剂(6psi)起泡。10分钟之后，pH为6.35。使二氧化碳继续在成熟的细尾矿内起泡额外的60分钟。再次测量pH值，结果为6.35。然后将成熟的细尾矿分成3部分，以用于实施例1至3。
实施例1
实施例1示出了硅酸钠对成熟的细尾矿的影响。将二氧化碳饱和的成熟的细尾矿(200g)和硅酸钠(1.18g，比率3.22的硅酸钠)在100mL的Tripour烧杯中混合30分钟。静置30分钟之后，混合物的pH值为7.42。在第30分钟、第18小时和第6天测量屈服应力。结果列于表1中。
实施例2
实施例2示出了硅酸钠和碱土金属盐对屈服应力的影响。将二氧化碳饱和的成熟的细尾矿(200g)、硅酸钠(1.18g，比率3.22的硅酸钠)和硫酸钙(0.22g)在100mL的Tripour烧杯中混合30分钟。静置30分钟之后，混合物的pH值为7.78。在第30分钟、第18小时和第6天测量屈服应力。结果列于表1中。
实施例3
实施例3示出了增加硅酸钠对屈服应力的影响。将二氧化碳饱和的成熟的细尾矿(200g)、硅酸钠(2.36g，比率3.22的硅酸钠)和硫酸钙(0.22g)在100mL的Tripour烧杯中混合30分钟。静置30分钟之后，混合物的pH值为8.72。在第30分钟、第18小时和第6天测量屈服应力。结果列于表1中。
表1
由表1可知，添加硅酸钠、以及任选地添加硫酸钙之后，随时间推移屈服应力增加。实施例1只包含硅酸钠和作为活化剂的CO2。实施例2包含硅酸钠以及CO2和硫酸钙。实施例2在测试时间内具有类似的屈服应力。实施例3包含硅酸钠以及CO2和硫酸钙。实施例3示出了增加硅酸钠导致pH值增加的效应。开始30分钟和第18小时的屈服应力测量值显示屈服应力显著降低，但第6天的屈服应力测量值与实施例1和2中的保持一致。如果不希望处理过的成熟的细尾矿立即硬化，则该结果是有益的。pH值的增加表明，混合物的凝胶率使得流动期更长。
实施例4
实施例4示出了添加硅酸钠和有机化合物对屈服应力的影响。将成熟的细尾矿(29.9重量％、pH 7.98、屈服应力3.7)、硅酸钠(21.60g)和乙酸乙酯(4.12g)在100mL的Tripour烧杯中混合。将烧杯放置20小时。20小时之后，屈服应力为896Pa。
实施例5至7
实施例5至7示出了使成熟的细尾矿接触硅酸钠和钙盐对凝胶时间和重量损失的影响。
实施例5
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，并用硫酸将最终pH值调至pH 7。然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量所得混合物的重量损失。结果列于表2中。
实施例6
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，并用硫酸将最终pH值调至pH 7。加入氯化钙(1.78g)并充分混合。所得混合物具有7.1的pH值，然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量重量损失。结果列于表2中。
实施例7
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，并用硫酸将最终pH值调至pH 7。加入硫酸钙(1.6g)并充分混合。所得混合物具有7.22的pH值，然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量重量损失。结果列于表2中。
由表2可知，通过添加钙盐可以调节凝胶时间。相比未添加钙盐的混合物，加入钙盐后的凝胶时间为“即刻”。全部三个实施例的所得重量损失类似。
表2
Figure BPA00001357868000181
实施例8至11
实施例8至11示出了在未通过添加酸调节pH的情况下成熟的细尾矿与钙盐的胶凝。
实施例8
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，最终pH值记录在表3中。加入氯化钙(3.56g)并充分混合。所得混合物具有7.15的pH值，然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量凝胶时间和重量损失。结果列于表3中。
实施例9
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，最终pH值记录在表3中。加入硫酸钙(3.2g)并充分混合。所得混合物具有9.91的pH值，然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量凝胶时间和重量损失。结果列于表3中。
实施例10
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，最终pH值记录在表3中。加入氯化钙(1.78g)并充分混合。所得混合物具有7.15的pH值，然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量凝胶时间和重量损失。结果列于表3中。
实施例11
将成熟的细尾矿(100g、29.2重量％固体)和硅酸钠(1.25g)在100mL的Tripour烧杯中混合，最终pH值记录在表3中。加入硫酸钙(1.6g)并充分混合。所得混合物具有7.15的pH值，然后在存放120小时、168小时、192小时和264小时之后测量凝胶时间和重量损失。结果列于表3中。
由表3可知，可以在不调节pH值的情况下用硅酸钠和钙盐使成熟的细尾矿胶凝。重量损失额与调节了pH值的实施例5至7相当。
表3
Figure BPA00001357868000191
**由于水渗出到表面上，无法确定凝胶时间。
实施例12至18
实施例12至18示出了使用不同量的硅酸钠和硫酸钙的调节了pH值的成熟的细尾矿溶液随时间推移的重量损失。
实施例12
将成熟的细尾矿(450g，29.2重量％固体)加入烧杯。用硫酸将pH值调至pH 7。将硅酸钠(5.63g)和硫酸钙(0.90g)加入烧杯。将混合物分到4个单独的100mL Tripour烧杯中。将两个烧杯(12a和12b)置于实验室通风柜中，将两个烧杯(12c和12d)存放在标准实验工作台上。在第2天、第3天和第6天测量重量损失。结果作为样本平均值(将样本a和b取平均值以作为通风柜样本，将样本c和d取平均值以作为工作台样本)列于表4中。
实施例13
实施例13为实施例12的重复，只是减小了硫酸钙浓度(0.45g)。结果列于表4中。
实施例14
实施例14为实施例12的重复，只是减小了硫酸钙浓度(0.23g)。结果列于表4中。
实施例15
实施例15为实施例12的重复，只是减小了硅酸钠浓度(2.80g)。结果列于表4中。
实施例16
实施例16为实施例15的重复，只是减小了硫酸钙浓度(0.45g)。结果列于表4中。
实施例17
实施例17为实施例12的重复，只是减小了硅酸钠浓度(1.40g)。结果列于表4中。
实施例18
实施例18为实施例17的重复，只是减小了硫酸钙浓度(0.45g)。结果列于表4中。
实施例19
实施例19为实施例14的重复，不同之处为在加入硅酸钠之前加入了石膏(0.23g)。
比较实施例A
比较实施例A为分成4个样本的水样本。将样本暴露于与实施例12相同的条件下，并将2个样本取平均值作为通风柜样本，将2个样本取平均值作为工作台样本。结果列于表4中。
由表4可知，在本发明中可以用各种量的硅酸钠和硫酸钙取得优异的结果。令人吃惊的是，相比暴露于相同空气条件下的水样本，当加入硅酸钠和硫酸钙时，重量损失增加。
Figure BPA00001357868000221
实施例20
实施例20表明，含有硅酸钠和两种活化剂的成熟的细尾矿与沙土的混合物的屈服应力增加。将pH值为7.98、屈服应力为3.7Pa的成熟的细尾矿(100g，29.9重量％固体)加入烧杯。将沙土(200g，得自加拿大Alberta的油砂处理厂)加入烧杯。将硅酸钠(1.25g)加入烧杯。用硫酸将混合物的pH值调至pH 7。将硫酸钙(0.2g)加入混合物，并搅拌混合物。最终混合物的pH值为6.83。在1小时和3小时之后测量屈服应力。结果列于表5中。
比较实施例B
比较实施例B示出了成熟的细尾矿和沙土的混合物的屈服应力。将pH值为7.98、屈服应力为3.7Pa的成熟的细尾矿(100g，29.9重量％固体)加入烧杯。将沙土(200g，得自加拿大Alberta的油砂处理厂)加入烧杯。最终混合物的pH值为8.21。在1小时和3小时之后测量屈服应力。结果列于表5中。
比较实施例C
比较实施例C示出了用酸调至pH 7的成熟的细尾矿和沙土的混合物的屈服应力，其中未添加硅酸钠。将pH值为7.98、屈服应力为3.7Pa的成熟的细尾矿(100g，29.9重量％固体)加入烧杯。将沙土(200g，得自加拿大Alberta的油砂处理厂)加入烧杯。用硫酸将混合物的pH值调至7。在1小时和3小时之后测量屈服应力。结果列于表5中。
比较实施例D
比较实施例D示出了用酸调至pH 7的成熟的细尾矿和沙土的混合物的屈服应力，其中加入了额外的钙盐，但未添加硅酸钠。将pH值为7.98、屈服应力为3.7Pa的成熟的细尾矿(100g，29.9重量％固体)加入烧杯。将沙土(200g，得自加拿大Alberta的油砂处理厂)加入烧杯。用硫酸将混合物的pH值调至pH 7。将硫酸钙(0.2g)加入混合物，并搅拌混合物。最终混合物的pH值为6.93。在1小时和3小时之后测量屈服应力。结果列于表5中。
如表5所示，实施例20示出了通过用硅酸钠处理成熟的细尾矿和沙土的混合物，将其pH值调至7，然后加入硫酸钙，可以显著增加(约一个数量级或以上)屈服应力。未处理的成熟的细尾矿和沙土的混合物具有低的屈服应力。pH值调至7的成熟的细尾矿和沙土的混合物也表现出与未处理的混合物相同的低屈服应力测量值。将成熟的细尾矿和沙土的混合物的pH值调至7，然后加入硫酸钙，该混合物的屈服应力增加，但仍然显著低于实施例20的水平。
Figure BPA00001357868000251
实施例21
实施例21示出了用酸将成熟的细尾矿和硅酸钠的混合物调至pH 8对凝胶时间的影响。将pH 7.98的成熟的细尾矿(220g，29.9重量％固体)加入烧杯。将硅酸钠(2.75g)加入烧杯。用硫酸(0.5N)将混合物的pH值调至pH.8.03。混合物发生胶凝。
实施例22
实施例22示出了用酸将成熟的细尾矿和硅酸钠的混合物调至pH 9对凝胶时间的影响。将pH 7.98的成熟的细尾矿(220g，29.9重量％固体)加入烧杯。将硅酸钠(2.75g)加入烧杯。用硫酸(0.5N)将混合物的pH值调至pH9.01。混合物在24小时后仍为流体，但在2周之后胶凝。
实施例21和22表明，通过减小活化剂的添加量，可将凝胶形成时间延长最多数天。
实施例23
实施例23示出了在不添加活化剂的情况下向成熟的细尾矿中加入硅酸钠的影响。将pH 7.98的成熟的细尾矿(220g，29.9重量％固体)加入烧杯。将硅酸钠(2.75g)加入烧杯。不调节混合物的pH值。几小时之后，形成底层固体。所得悬浮固体浓度为16.3％。
实施例24
实施例24示出了在不添加活化剂的情况下向pH调至11的成熟的细尾矿中加入硅酸钠的影响。将pH 7.98的成熟的细尾矿(220g，29.9重量％固体)加入烧杯。将pH 7.98的成熟的细尾矿(220g，29.9重量％固体)加入烧杯。将硅酸钠(2.75g)加入烧杯。用氢氧化钠(1N)将混合物的pH值调至11.03。几小时之后，形成底层固体。所得悬浮固体浓度为15.6％。
实施例25
实施例25示出了在不添加活化剂的情况下向pH调至12的成熟的细尾矿中加入硅酸钠的影响。将pH 7.98的成熟的细尾矿(220g，29.9重量％固体)加入烧杯。将硅酸钠(2.75g)加入烧杯。用氢氧化钠(1N)将混合物的pH值调至12.01。几小时之后，形成底层固体。所得悬浮固体浓度为15.5％。
如实施例23所示，通过仅添加硅酸钠，可将成熟的细尾矿改进为具有比未处理的成熟的细尾矿更低的固体浓度。产物为固体浓度降低的混合物，并且该产物未发生胶凝。实施例24和25表明，升高pH值也会导致混合物的固体浓度降低，并且不会产生胶凝产物。在实施例22、23、24和25中，用硅酸盐处理的尾矿表面有明显的沥青层。

Claims (12)

1.处理尾矿流的方法，所述方法包括：(a)使所述尾矿流接触硅酸盐源和活化剂；(b)将细粘土和沙土包埋在硅胶内；(c)将所述硅胶铺展在表面上；和(d)允许所述硅胶干燥以产生适于通行的表面，其中所述硅酸盐源为碱金属硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、或它们的组合，并且其中所述尾矿流包含水、细粘土和沙土，其中按体积计20％至约100％的所述细粘土和沙土具有小于0.05mm的粒度。
2.根据权利要求1的方法，其中所述活化剂为酸、碱土金属盐、铝盐、有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯、酰胺、或它们的组合。
3.根据权利要求2的方法，其中所述活化剂为酸，并且所述酸为硫酸、二氧化碳、磷酸、磷酸钠、碳酸氢钠、盐酸、硫酸氢钠、乙酸、或它们的组合。
4.根据权利要求2的方法，其中所述活化剂为甘油的乙酸酯、乙二醛、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、甲酰胺、或它们的组合。
5.根据权利要求2的方法，其中所述活化剂为碱土金属盐或铝盐，并且为氯化钙、氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、硫酸镁、氯化镁、硫酸铝或铝酸钠。
6.根据权利要求2的方法，其中所述活化剂为酸或碱土金属盐。
7.根据权利要求6的方法，其中所述活化剂为酸，并且所述酸为硫酸或二氧化碳。
8.根据权利要求6的方法，其中所述活化剂为碱土金属盐，并且所述盐为硫酸钙或氯化钙。
9.根据权利要求2的方法，其中使用两种或更多种活化剂。
10.根据权利要求1的方法，其中所述尾矿流来自尾矿池。
11.根据权利要求1的方法，其中所述尾矿流为来自沥青回收过程的新尾矿。
12.根据权利要求1的方法，其中先将所述硅酸盐源、活化剂和尾矿流在输送管线内合并，然后将其铺展在表面上并允许其干燥。
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