CN102458605A - 采矿和矿物工艺、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及采矿和与其相关的矿物工艺、系统及方法的领域。在一种形式中，本发明涉及从例如采矿或矿物处理操作回收尾渣和/或细粒。在一个特定方面，本发明适用于生产基本脱水的滤饼。在一种形式中，尾渣的回收源于将该尾渣作为输入物流提供到水力旋流器；并将该水力旋流器的至少一种输出物流脱水。

Description

采矿和矿物工艺、系统及方法
发明领域
本发明涉及采矿和与其相关的矿物工艺、系统及方法的领域。
在一种形式中，本发明涉及从例如采矿或矿物处理操作(processingoperation)回收尾渣和/或细粒。
在一个特定方面，本发明适用于生产基本脱水的滤饼。
在下文中方便地描述了与基本脱水的滤饼的生产相关的发明，然而应意识到本发明并非仅限于该用途。
背景技术
在本说明书通篇中，以单数形式使用的词语“发明人”可被视为提及本发明的一个(单个)发明人或多于一个(多个)发明人。
矿物尾渣是在已从包含诸如铅、锌、铜、银、金等的矿物岩中将这些关注金属提取出来之后留下的细粒材料废物。矿物分离工艺(尤其是在老式的采矿操作中)仅是部分有效的。因此，在破碎、碾磨和后续的提取操作之后，一些含金属的矿物、粘土及其它无价值的成分作为小的尾渣颗粒被留下来。
仅在美国的加利福尼亚州、亚桑那州和内华达州，就有约420,000个废弃的矿井。其中，约13,000个被认为是可能有害的。
矿物尾渣及与其相关的金属污染物(诸如砷、铅和镉)倾向于可能通过尾渣坝墙浸出(leaching)。
在另一种工艺中，尾渣可以是脱水的。将尾渣脱水到比糊样产物更高程度会产生过滤后的湿(饱和)和干(不饱和)的滤饼(cake)，所述滤饼因其低含水量而不再能通过管线输送。通过利用带式、鼓式、水平和垂直堆积式压力板与真空过滤系统的组合来实现低于20％的典型含水量。术语“干滤饼”或“干堆”用于描述含水量比饱和低几个百分点的尾渣。这些脱水尾渣通常通过传送带或卡车输送。这种类型的尾渣储存产生了以下物质：被认为是不需要任何保留岸堤(retentionbunding)的稳定堆积物，并且被称为“干堆”。
用于减少粉尘问题的另一种方法是将尾渣(及水)堆积成坝。然而这也具有诸如以下的问题：
·构建和保持坝以防止该坝自身的未来降解的成本高昂；
·坝会占据通常与采矿和矿物处理操作颇有一些距离的另外的土地，这些土地可用于其它目的；
·在采矿操作结束之后，坝必须被保持数十年。采矿公司在长期未来中可能没有足够的资金来适当地维持尾渣储存地点；
·一旦一个坝充满，则必须构建其它的坝来保存额外的采矿尾渣或对现有的坝进行成本高昂的改造以扩大其保存容量；
·将尾渣堆积到坝中不易于允许通过后来改进的提取技术来回收尾渣中有价值的矿物；
·构建不好的坝能导致渗流到地下水系统中。
图1示意性地图解了典型的采矿工艺，其中从矿井中提取矿石11，将其破碎和/或筛选12，然后使用已知技术(该技术不在本说明书中进一步描述)提取13所需的矿物。由提取工艺得到尾渣14，并且这些物质通常作为废物被堆积到垃圾填埋15、坝16和/或作为回填17被堆积到部分矿井中。
存在与矿井尾渣经长距离泵送相关的显著风险，这在用于尾渣坝的场所方面非常典型。这些风险可包括管线破裂的可能性，并且由此导致的环境冲击可能是灾难性的。本发明可通过消除或显著减少尾渣坝的使用和/或尺寸而显著降低这种风险。
特性在于其操作的尾渣坝在其整个结构中及其表面上包含大体积的工艺液体，这些工艺液体可能包含对当地动物群显现危害的有害化学品。
尾渣储存设备可能会暴露于大雨事件，如果管理不善这会显现可能的稳定性问题。
由于发明人的认识和/或由发明人确定的某些相关领域问题，在本说明书中通篇进行了讨论，另外，本说明书中对文献、装置、行为或知识的任何讨论被包含以解释本发明的背景。不应视为承认任何这些材料在澳大利亚或其它地方形成了在本文的公开内容和权利要求的优先权日或之前的现有技术基础或相关领域的一般公知常识的一部分。
在本说明书通篇中，以单数形式使用的词语“发明人”可被视为提及本发明的一个(单个)发明人或多于一个(多个)发明人。
应意识到本说明书中对文献、装置、行为或知识的任何讨论被包含以解释本发明的背景。另外，由于发明人的认识和/或由发明人确定的某些相关领域问题，在本说明书中通篇进行了讨论。另外，本说明书中对诸如文献、装置、行为或知识的材料的任何讨论被包含以便在发明人的知识和经验方面来解释本发明的背景，并且因此任何这样的讨论不应被视为承认任何这些材料在澳大利亚或其它地方形成了在本文的公开内容和权利要求的优先权日或之前的现有技术基础或相关领域的一般公知常识的一部分。
发明内容
本文所述实施方式的一个目的是克服或减轻相关领域系统的上述缺点中的至少一个，或者至少是提供一种相关领域系统的可用替代品。
本发明的一个目的是提供一种改进的采矿或矿物工艺、系统和/或方法。
在本文所述实施方式的第一方面，提供了一种从例如采矿或矿物处理操作回收尾渣的方法、系统和/或设备，包括将尾渣作为输入物流提供到水力旋流器；并且将水力旋流器的至少一种输出物流脱水。
在本文所述实施方式的另一方面，提供了一种适于处理尾渣的系统、设备和/或方法，包括适于接收作为输入物流的尾渣的第一水力旋流器和适于将第一水力旋流器的输出物流脱水的筛子(screen)。
优选地，还提供了排放调节器以调节水力旋流器的输出物流。
在本文所述实施方式的又另一个方面中，提供了适于提供如本文所披露的系统、设备和/或方法的部件套件(kit of parts)。
其它方面和优选形式在说明书中披露和/或在所附权利要求中定义，它们形成了本申请说明书的一部分。
基本上，本发明的实施方式源于以下认识：结合了水力旋流分离和脱水技术的方法可用于浓缩尾渣中的固体以生产脱水滤饼。
本发明提供的优点包括以下：
·可从非常细小的尾渣物流生产脱水滤饼；
·可将脱水滤饼输送到其它位置以进行再处理、与其它物质混和形成用于混凝土的胶结掺合物或者处理掉而不会有与大量水相关的问题；
·来自这种新型处理组合的废液物流可通过第二阶段水力旋流分离或更多传统澄清技术(诸如增稠剂)来进一步澄清，并且随后可被返回到处理回路以便允许显著减少工艺用水的使用或者被泵送到显著小于先前使用的尾渣储存设备的浅蒸发皿中；
·从尾渣物流中去除大多数固体能显著减少尾渣坝的载荷或者甚至消除尾渣坝的使用；
·这种新型处理组合能允许经济地处理现有尾渣坝中的固体或者来自运行装置的废固体，以产生糊样产物而无需过于昂贵的低容量替代设备，诸如带式压机、真空过滤器等；
·更有可能从现有尾渣坝回收有价值的矿物，并且可避免引入大量水来远距离泵送这些固体的需要。
在本说明书通篇中，“尾渣”包括尾渣、细粒和/或其他矿物或采矿操作物质和/或残渣。
在本说明书通篇中，“矿物”包括需要从采矿操作中提取的元素或化合物。
本发明实施方式的适用性的另一范围将可从下文给出的详细描述中明显可知。然而，应理解详细描述和具体实施例尽管表明了本发明的优选实施方式，但其仅为了说明的目的而给出，因为在本文公开内容的精神和范围内的多种改变和修改对本领域人员来说是可从该详细描述中明显可见的。
附图说明
本领域技术人员参考以下实施方式的描述协同附图将可以更好地理解本申请优选和其它实施方式的其它公开内容、目的、优点和方面，这些描述和附图仅为了说明的目的给出，并且因此不够成对本文公开内容的限制，并且其中：
表1说明了浆料粒度分布的例子；
图1示意性地图解了与现有技术相关的工艺；
图2示意性地图解了根据本发明一个方面的工艺；
图3示意性地图解了根据本发明另一方面的工艺。
具体实施方式
图2示意性地图解了根据本发明一个方面的工艺。尾渣20来源于诸如但不限于以下的来源的任一种或其任何组合：
·尾渣坝
·采矿残渣
·垃圾填埋
·干堆
·细粒堆
·采矿处理残渣或废物
·其它来源
然后将尾渣20在分离器21中处理。这用于浓缩尾渣中的固体，随后将其经底流(underflow)排到振动筛。分离器设计为具有安装于其中的排放调节器。该排放调节器由开槽的橡胶“密封件”组成，其允许分离器在真空下操作，并且将所分离的固体保留在单元中直到如下时间：在该时间固体的质量足以克服真空，此时将固体22排到振动筛23上。振动筛配有开细槽的面板或者线网，在其上将形成脱水固体床。可对筛子设计进行优化以允许各种形状的初始和后续脱水区域，包括在筛子面板或网上使用不同孔径，就如同在工业中已实践的那样。脱水固体可由此处理以生产脱水滤饼24。脱水固体24不必完全无水，其与从分离器21中输出的固体22相比只是具有较少的含水量。脱水滤饼可没有限制地用于多种用途和/或产物中，包括建筑和/或营造用途，或者与胶结产物组合用于生产混凝土，这是不涵盖在本发明中的其它技术的主题。
脱水滤饼也可作为可用产物回收，例如，煤细粒可被回收以生产可出售产物，其它滤饼物质可用作路基或用作填料。如果需要，脱水滤饼也可被储存在独立的坝、干堆或垃圾填埋中。
在本发明的一个方面，来自例如先前处理步骤(诸如采矿)的尾渣物流被加进进料调节池(feed regulating sump)中。然后将浆料从该池中泵送到水力旋流器，诸如，例如配有排放调节器的LinatexTM HydrocycloneG4 DW。在一个实施方式中，排放调节器是LinatexTM鱼尾式调节器(fishtail)，然而，应理解任何合适的排放调节器可用于本发明。进料的密度可高达约40％固体重量，然而优选密度低于25％以确保对底流的最大回收率。将进料泵送到LinatexTM Hydrocyclone，并优选于40～100Kpa之间的压力下操作。这被认为是实现相对高的底流密度同时实现相对高的底流回收率的优选范围。
然后将来自排放调节器的增稠底流直接进料到脱水筛上，在这里优选将筛面(deck)倾斜以帮助脱水。在一个实施方式中，将筛面倾斜例如45度下斜(decline)。也有以约5～10度上斜(incline)倾斜的其它筛子部分。当增稠底流开始向上移动5～10度坡度时，形成了粗颗粒床。然后该床的作用类似于砂滤器，并且捕获了很多比筛面上的缝隙更细小的颗粒。脱水筛以如下方式构造：第一部分是45度下斜以帮助建立床，然后颗粒向上移动5～10度之间的坡度，这有助于减缓物质的移动，并且再次有助于停留时间并因此有助于脱水效率。然后该床或“滤饼”移动到筛子的末端，在这里排放缘(discharge lip)帮助进一步形成床深并最大化脱水滤饼的密度。滤饼被标注为“无滴落产物”，这视待处理的物质而言等同于7～15％之间的水分。
筛子优选配有500微米开槽缝隙的筛面，然而可配置较小的缝隙以处理较细小的进料尺寸分布。优选有约5～10％的进料颗粒比筛面上的缝隙粗大。另外地，振动冲程(vibration stroke)、脱水筛倾斜角度、排放堰板(discharge weir)高度及其它设置可在筛子上改变以实现所需结果。在形成床的同时穿过筛子的细颗粒在进料池中被捕获，并且可被再次泵送到水力旋流器或送到另一个水力旋流器以重新进给回筛子。
在另一个实施方式中，从第一水力旋流器溢流的任何较细颗粒可被捕获在额外的池中，并且随后被进给到另外的水力旋流器，这次带有或不带有排放调节器。这些另外的水力旋流器可在高达300Kpa的高压操作以便将这些细颗粒的额外组分捕获到它们另外的底流中。在此阶段捕获的细颗粒随后可被进给回脱水筛中以便回收。为帮助较细颗粒在筛床上的捕获，可将较细颗粒在床上沉积为进一步朝向已形成粗床顶上的筛子的排放端。随后可将它们脱水并捕获在一个脱水滤饼中。
图3示意性地图解了根据本发明另一方面的工艺。尾渣30从多种来源获得。随后将这些在第一分离器31中处理，将固体32提供到振动筛以便进一步脱水33，得到脱水滤饼34。来自第一分离器的废物35可通过第二分离器36进一步处理以得到其它固体37用于脱水。来自脱水处理33的废物38也可被进给回第一分离器31和/或第二分离器36(未示出)。可任选地使用增稠剂(未示出)以浓缩废物39。随后可在脱水滤饼床于振动筛上形成时将在第二分离器中收集的浓缩固体、增稠剂或其它固体浓缩单元返回到该脱水滤饼床上以进一步脱水，或者在小得多的带式压机、真空过滤器或类似装置中通过更常规的方式处理，或者甚至被送到与所处理的初始尾渣物流固体相比具有显著较低的固体载荷的尾渣坝。
还可以构造以下设置，藉此将来自第一分离器的废物35排放到单独的处理阶段以去除剩余的固体，或者事实上使用或不使用进一步处理而返回到尾渣坝或蒸发皿。类似地，来自第二分离器的废物38可以相同方式处理。
可通过在分离器或振动筛阶段之前提供化学絮凝剂或凝结剂的方式来提供人工固体浓缩助剂。类似地，可在来自该工艺的任何和所有阶段的废物固体的处理中提供这样的助剂以帮助最终排水的澄清和/或多种固体物流的稠化。
在本发明的另一个实施方式中，将来自矿物处理操作的包含约47％固体并具有如表1所示粒度分布的铜尾渣浆输送到进料调节池。表1的“旋流器进料”栏显示了示例性的颗粒通过百分比。本发明不应被限制于表1的公开内容。将尾渣浆泵送到如下一般尺寸的水力旋流器中：150mm旋流器体部，带有30mm入口、35mm龙头(spigot)和50mm涡流瞄准器(vortex finder)，并且配有在70～90kPa的压力下速率为5吨/小时的排放调节器。水力旋流器的溢流管被设置为使得排放水平能比排放调节器的底部排放水平低约2米，以便在水力旋流器底部产生真空。溢流管配有Linatex Overflow Rubber Syphon Boot，其确保了溢流管始终充满水并且在大范围的操作条件下保持真空。优选形成真空以使固体能在从水力旋流器的底流排出之前被充分浓缩。当固体载荷足以开启排放调节器时，从水力旋流器排放调节器排出的底流在重力下被排放到筛面的倾斜部分，所述筛面处于约45度的角度。筛面为2.1m长和0.3m宽并且配有在延伸0.9m的倾斜部分上具有约250微米宽和1.4mm长的开槽缝隙的聚氨酯面板，并且随后在位于45度部分之后的5度上斜部分上配有类似的500微米面板。筛面还配有各自为1.3kW功率的平衡振动电动机的双输出(dual out)。筛子产生3.5m的冲程。水力旋流器溢流和当在筛面上形成滤饼的同时穿过筛子的物质被收集在进料调节池中并被泵送返回到水力旋流器。脱水滤饼产物为约85％固体，其被认为是从水力旋流器底流进给到筛子的那些颗粒的优越的回收效率。
还进行了其它尝试以便处理来自类似操作的尾渣而不将这些尾渣穿过水力旋流器，然而不能在振动筛上形成床。当将这些相同尾渣与上面的例子中提到的铜尾渣合并且将其穿过包括排放调节器的水力旋流器时，形成了合适的床并产生了脱水滤饼。
尽管本发明已结合其具体实施方式进行了描述，应理解其能进一步修改。本申请意图涵盖本发明的任何变化用途或变体，其大体上遵循本发明的原理并且包括如在本发明所述领域中已知或惯例的实践范围内并可被应用于前文所述基本特征的本发明的变更。
由于本发明可以若干方式来具体表达而不会背离本发明基本特性的精神，应理解除非另外指明，上述实施方式不限制本发明，而是应广泛地解释为在如所附权利要求所定义的发明精神和范围内。所描述的实施方式在所有方面均应被视为仅是说明性而非限制性的。
各种修改和等效方案意图包含在本发明及所附权利要求的精神和范围内。因此，具体实施方式应被理解为说明本发明的原理可实践的许多方式。在所附的权利要求中，装置+功能的语句意图涵盖实现所限定功能的结构，并且不仅涵盖结构等效物，而且还涵盖等效结构。例如，尽管钉子和螺钉不是结构等效物，因为钉子采用圆柱形表面以将木制部件固定在一起，而螺钉采用螺旋形表面以将木制部件固定在一起，但在紧固木制部件的环境中，钉子和螺钉是等效结构。
还应注意当在本文中使用流程图来示范本发明的各个方面时，其不应解释为将本发明限制为任何特定的逻辑流程或逻辑实现过程。所述的逻辑可被分为不同逻辑块(例如，程序、模块、功能或子程序)而不会改变总体结果或背离本发明的真实范围。通常，可添加、修改、省略、以不同次序实施或使用不同逻辑构建物(例如逻辑门、环形单元、条件逻辑和其它逻辑构建物)来实现逻辑元素而不会改变总体结果或背离本发明的真实范围。
可以许多不同形式将本发明的各种实施方式具体化，包括与处理器(例如，微处理器、微控制器、数字信号处理器或通用计算机)一起使用的计算机程序逻辑、与可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或其它PLD)一起使用的可编程逻辑、离散部件、集成电路(例如，应用型专用集成电路(ASIC))或包括其任何组合的其它装置。在本发明的示例性实施方式中，用户与服务器之间的几乎所有通信被作为计算机程序指令组来实现，所述计算机程序指令组被转化为计算机可执行形式、尽可能地存储在计算机可读介质上，并且在操作系统的控制下由微处理器执行。
实现本文所述的所有或部分功能的计算机程序逻辑可以多种方式来具体实现，包括源代码形式、计算机可执行形式和多种中间形式(例如通过汇编器、编译器、连接器或定位器生成的形式)。源代码可包括一系列计算机程序指令，其以与多种操作系统或操作环境一起使用的多种编程语言(例如，目标代码，汇编语言，或者诸如Fortan、C、C++、JAVA或HTML的高级语言)中的任一种来实现。源代码可定义和使用多种数据结构和通信信息。源代码可为计算机可执行形式(例如，经由解译器)，或者源代码可被转化(例如，通过翻译器、汇编器或编译器)为计算机可执行程序。
计算机程序可永久地或暂时地在有形存储介质(诸如半导体存储器(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM或快速可编程RAM)、磁存储器(例如，软磁盘或硬磁盘)、光存储器(例如，CD-ROM或DVD-ROM)、PC卡(例如，PCMCIA卡)或其它存储器)中固定为任何形式(例如，源代码形式、计算机可执行形式或者中间形式)。计算机程序可以任何形式固定为如下信号：其可使用多种通信技术中的任一种传输到计算机，包括但不以任何方式限于模拟技术、数字技术、光学技术、无线技术(例如，蓝牙)、网络技术和互联网技术。计算机程序可以任何形式分布为带有附随的印刷或电子文件(例如，热缩软件)可拆卸存储器、与计算机系统一起预先装载(例如，在系统ROM或硬盘上)、或者从在通信系统(例如Internet或环球网)上的服务器或电子公告板分布。
实现本文所述的所有或部分功能的硬件逻辑(包括与可编程逻辑器一起使用的可编程逻辑)可使用传统人工方法设计，或者可使用多种工具(诸如计算机辅助设计(CAD)、硬件描述语言(例如，VHDL或AHDL)或PLD编程语言(例如，PALASM、ABEL或CUPL)来设计、捕获、模拟或电子记录。
可编程逻辑可永久地或暂时地固定在有形存储器中，诸如半导体存储器(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM或快速可编程RAM)、磁存储器(例如，软磁盘或硬磁盘)、光存储器(例如，CD-ROM或DVD-ROM)或其它存储器。可编程逻辑可固定为如下信号：其可使用多种通信技术中的任一种传输到计算机，包括但不以任何方式限于模拟技术、数字技术、光学技术、无线技术(例如，蓝牙)、网络技术和互联网技术。可编程逻辑计算机程序可作为带有附随的印刷或电子文件(例如，热缩软件)可拆卸存储器分布、与计算机系统一起预先装载(例如，在系统ROM或硬盘上)、或者从在通信系统(例如Internet或环球网)上的服务器或电子公告板分布。
“包括/包含”和“含有/含”当用于本说明书中时用于表明所述特征、整数、步骤或组分的存在，但不排除一种或多种其它特征、整数、步骤、组分或其集合的存在。因此，除非在上下文中明确需要其它含义，在说明书和权利要求书通篇中，词语“包括”、“包含”、“含有”“含”等应被解释为包含性意义而非排他性或穷尽性含义；也就是说，表示“包括但不限于”。

Claims (16)

1.一种从例如采矿或矿物处理操作回收尾渣的方法，所述方法包括以下步骤：
-将所述尾渣作为输入物流提供到水力旋流器；和
-将所述水力旋流器的至少一种输出物流脱水。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述脱水步骤产生基本脱水的滤饼。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中对所述水力旋流器的输出物流进行调节以便在达到预定固体载荷时排出。
4.一种适于处理尾渣的系统，所述系统包括：
第一水力旋流器，其适于接收作为输入物流的尾渣；
筛子，其适于对所述第一水力旋流器的输出物流脱水。
5.如权利要求4所述的系统，还包括排放调节器，其适于调节所述水力旋流器的输出物流。
6.如权利要求4或5所述的系统，还包括第二水力旋流器，其适于处理来自所述第一水力旋流器的尾渣和/或溢流和/或废物物流。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述排放调节器可操作为在重力下排出所述水力旋流器的输出物流。
8.如权利要求5所述的系统，其中所述排放调节器可操作为当所述水力旋流器中的固体提供足以开启所述排放调节器的载荷时排出所述水力旋流器的输出物流。
9.如权利要求5、7或8中任一项所述的系统，其中所述排放调节器是鱼尾式调节器。
10.如权利要求4-9中任一项所述的系统，其适于生产脱水滤饼。
11.一种部件套件，其适于提供如权利要求4-10中任一项所述的系统。
12.一种胶结产物，其包括根据权利要求2或3中任一项所述的方法处理的脱水滤饼。
13.一种胶结产物，其包括根据权利要求4-10中任一项所述的系统生产的脱水滤饼。
14.适于回收尾渣和/或提供脱水滤饼的设备，所述设备包括：
处理器装置，其适于根据预定的指令组操作，
所述设备与所述指令组协作适于实施如权利要求1、2或3中任一项所述的方法。
15.如本文所披露的方法。
16.如本文所披露的设备、系统和/或器件。
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