CN103906711A - 悬浮液的浓缩 - Google Patents

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Abstract

一种浓缩固体颗粒在含水介质中的悬浮液的方法，包括向该悬浮液中引入至少一种有机聚合物絮凝剂并加入一种试剂体系，其中该悬浮液中的固体颗粒通过该至少一种有机聚合物絮凝剂的作用絮凝并且如此形成的絮凝固体颗粒沉降而形成悬浮于该含水介质中的固体沉降层，其中该试剂体系包含i)至少一种氧化剂；ii)至少一种控制剂。

Description

悬浮液的浓缩
本发明涉及一种改进的增稠方法，其中将固体的含水悬浮液絮凝并沉降而形成更浓缩的悬浮液。本发明的改进涉及一种新的试剂体系，该试剂体系对该更浓缩悬浮液的流变和/或屈服应力和/或固体含量提供改进的控制。
已知通过使用导致固体絮凝的絮凝剂浓缩固体在含水液体中的悬浮液，该絮凝促进固体与液体的分离。在许多方法中，絮凝的固体通过沉积发生沉降而形成床。在其他方法中，分离可以通过例如在加压过滤、离心、带式增稠器和压带机中机械脱水或机械增稠而促进。
加入该悬浮液中的絮凝剂类型通常取决于基质。悬浮液通常倾向于由高分子量聚合物絮凝。其实例描述于涉及矿物悬浮液如红泥的絮凝的WO-A-931852和US3975496中。高分子量聚合物絮凝剂的其他公开包括涉及污泥絮凝的US6447687、WO-A-0216495和WO-A-02083258。还已知有时加入其他化学添加剂以调节该悬浮液。例如，可以首先通过高电荷密度的聚合物促凝剂如聚DADMAC或包括氯化铁在内的无机促凝剂使悬浮液凝结。
其他添加剂也用于悬浮液的调节。例如有时将过氧化物加入悬浮液如污泥或含有有机材料的其他悬浮液中以除去还原剂以及也减轻臭味、气体形成或防止腐烂。通常可以加入过氧化物或氧化剂以除去有害或不希望的物质或该悬浮液中所含其他材料。过氧化物或其他氧化剂的加入量通常仅足以除去不希望的物质和材料并且过氧化物或其他氧化剂通常以较小量引入，从而不残留或者残留非常少的过氧化物或其他氧化剂。
向污泥中加入过氧化物的实例描述于JP56150481中。由于类似原因也可以将过氧化物或氧化剂加入其他悬浮液中，这些原因包括如US2003121863和JP10109100所述处理清淤材料以除去污染物。JP11156397描述了一种使用非离子和阴离子聚合物絮凝泥浆的方法，其中该泥浆已经氧化剂预处理。
U.S.6733674描述了一种通过如下方式使淤泥脱水的方法：加入有效量的一种或多种纤维分解酶和一种或多种氧化剂以及一种或多种絮凝剂以形成在水中的混合物，将该混合物凝结并絮凝，然后将固体与该水分离。实施例似乎显示氧化剂加料和絮凝之间需要明显的时间。似乎存在酶以降解淤泥中所含材料。
悬浮液通常在重力增稠器容器中浓缩。通常将悬浮液的连续流供入该增稠器中并用絮凝剂处理。如此形成的絮凝固体沉降而形成固体底流床，而上层含水液向上流动并通常通过在水表面处的圆周槽由该增稠器容器取出。该增稠器容器通常具有锥形基座，从而使该底流可以容易地由基座中心取出。此外，旋转耙有助于底流固体的取出。在重力增稠器中浓缩悬浮液的典型方法描述于US4226714中。
可以在重力增稠器中浓缩各种悬浮液，包括有机固体的悬浮液如废水、污水和污泥。通常也使用重力增稠器将矿物悬浮液增稠或脱水。
在典型的矿物加工操作中，在含水方法中将废固体与含有有价值矿物的固体分离。废固体的含水悬浮液通常含有粘土和其他矿物，并且通常称为尾矿。这些固体通常通过絮凝方法在增稠器中浓缩并沉降而形成床。通常希望从该固体或床中除去尽可能多的水，以得到更高密度的底流并回收最多的工艺水。通常将该底流泵送至表面保持区，通常也称为尾矿池或坝，或者可以通过例如真空过滤、加压过滤或离心而将该底流进一步机械脱水。
US5685900描述了一种用于对低亮度细粒度高岭土选矿以降低更高亮度高岭土的选择性絮凝方法。该方法包括分级步骤以回收其中颗粒至少90重量％低于0.5μm的高岭土级分。然后使回收的级分进行漂白步骤以部分漂白有机退色剂。所得淤浆使用高分子量阴离子聚丙烯酰胺或丙烯酸酯/丙烯酰胺共聚物选择性絮凝。该絮凝步骤形成高度富集污染物二氧化钛的上清液相和含有退色剂的不含二氧化钛的絮凝粘土相。然后用气态臭氧处理絮凝物以氧化剩余的变色性有机物并且还破坏该絮凝剂聚合物以将该高岭土恢复成分散状态。据说这通过使絮凝固体通过臭氧化步骤而实现，该臭氧化步骤优选使用高剪切泵进行。
在WO2004071989和US20060131243中存在类似公开。
WO2005021129公开了控制固体颗粒在液体中的悬浮液的状态，包括对该悬浮液施加一种或多种刺激。在该公开中调节优选是可逆的且包括絮凝和/或凝结，其中颗粒间力在该液体内的固体颗粒之间可能是吸引的或排斥的。该刺激可以是一种或多种化学添加剂并且例如可以为刺激敏感性聚电解质，可以以足够量将后者吸收在悬浮颗粒表面上以在颗粒之间产生空间或静电排斥。在一种情况下，聚电解质可以在它基本不带电的pH值下基本不可溶，由此进行该悬浮液的絮凝。也描述了对温度刺激有响应的聚电解质。还参考一种通过对固体颗粒在液体内的床施加一种或多种刺激而控制该床的固化的方法。各刺激在施加一种或多种刺激进行所述调节之前盛行的初始状态和由所述一种或多种刺激产生的调节状态之间进行可以可逆操作的调节。所述方法在一些固液分离活动中产生改进。
JP11-46541描述了一种作为常规絮凝剂在通过吸收和交联颗粒而形成絮凝物的转变温度之下加入颗粒悬浮液中的温度敏感性亲水性聚合物。将该混合物加热至该转变温度之上，吸收的聚合物变为疏水且通过疏水相互作用使悬浮颗粒呈疏水性并形成絮凝物。此时施加合适的外部压力，使颗粒快速重新排列并由颗粒的疏水性驱除颗粒之间的水。
JP2001232104描述了一种类似于JP11-46541但使用改进的温度敏感性絮凝剂的方法，与吸收在悬浮颗粒上的非离子聚合物相反，这些絮凝剂为离子性温度敏感性聚合物并且在该聚合物在该转变点之上的温度下变为疏水性时在离子性基团周围存在强的水合物层，但由疏水相互作用防止聚合物之间的水合层粘附。
Bertini，V.等，Particulate Science and Technology(1991)，9(3-4)，191-9描述了多官能聚合物在钛矿物的pH控制絮凝中的用途。聚合物为含有儿茶酚官能团和丙烯酸单元的自由基乙烯基共聚物。聚合物可以通过改变pH而改变其从絮凝到分散或惰性的效果，反之亦然。
pH或温度敏感性絮凝剂原则上对悬浮液的絮凝状态提供控制。然而，絮凝剂的选择需要适合待絮凝的特定悬浮液或床且同时响应于特定刺激以引起可以可逆地操作的调节。在有些情况下可能难以找到絮凝剂的正确选择。
通常在絮凝固体中截留了一些水且该水通常难以释放并因此保留在该床中。尽管pH和温度响应性絮凝剂可能有助于该问题，但通常难以在宽范围的基质上获得令人满意的絮凝。
在涉及重力增稠器的方法中，希望操作使得该床具有能够作为底流从该增稠器中除去的最高可能固体。限制性因素通常为在该增稠器中耙移动沉积固体的能力。因此，可能希望提供一种提高固体与该悬浮液分离并除去该底流的速率的方法。
WO2007082797描述了一种通过向固体颗粒的含水悬浮液中加入有机聚合物絮凝剂以形成絮凝固体而浓缩该悬浮液的方法。絮凝固体沉降而变为更浓悬浮液。在加入有机聚合物絮凝剂之前或者基本同时对该悬浮液施加选自自由基试剂、氧化剂、酶和放射物中的任一种的试剂和/或将该有机聚合物絮凝剂和试剂均在相同容器中加入该悬浮液中。该方法导致该浓缩悬浮液的屈服应力显著降低或者对于给定屈服应力允许该浓缩悬浮液的固体含量显著提高。
然而，尽管该方法已经实现了具体的益处，但发现在一些情况下在更浓悬浮液中的固体层可能并不总是对给定的固体含量获得所需屈服应力降低或对给定的屈服应力获得所需固体含量提高。
本发明的目的是要进一步改进该方法。
本发明涉及一种浓缩固体颗粒在含水介质中的悬浮液的方法，包括向该悬浮液中引入至少一种有机聚合物絮凝剂并加入一种试剂体系，
其中该悬浮液中的固体颗粒通过该至少一种有机聚合物絮凝剂的作用絮凝并且如此形成的絮凝固体颗粒沉降而形成在该含水介质中的固体沉降层，
其中该试剂体系包含：
i)至少一种氧化剂；
ii)至少一种控制剂；
其中该至少一种控制剂由iia)至少一种活化剂组分和/或iib)至少一种抑制剂组分构成，其中该至少一种活化剂组分提高该氧化剂的活性且该抑制剂组分降低该活化剂组分的浓度，
其中
1)在该絮凝固体颗粒沉降之前以低于有损沉降速率的剂量的剂量将该至少一种氧化剂加入该悬浮液中并将该至少一种活化剂组分加入固体沉降层中；或者
2)在该絮凝固体颗粒沉降之前将该至少一种活化剂组分加入该悬浮液中并将该至少一种氧化剂加入固体沉降层中；或者
3)在该絮凝固体颗粒沉降之前以低于有损沉降速率的剂量的剂量将该至少一种氧化剂加入该悬浮液中；该至少一种活化剂组分以不提高该氧化剂的活性的浓度(C2)存在于悬浮液中且该浓度(C2)高于提高该氧化剂的活性的有效浓度或浓度(C1)的范围；并且将该至少一种抑制剂组分以足以将该活化剂组分的浓度降低至该有效浓度或浓度(C1)的范围内的剂量加入该固体沉降层中；或者
4)该至少一种活化剂组分以不提高该氧化剂的活性的浓度(C2)存在于悬浮液中且该浓度(C2)高于提高该氧化剂的活性的有效浓度或浓度(C1)的范围；并且在该絮凝固体颗粒沉降之前以足以将该活化剂组分的浓度降低至有效浓度或浓度(C1)的范围内的剂量将该至少一种抑制剂组分加入该悬浮液中；以及加入该至少一种氧化剂。
在图1中，该图表示包括下列组件的标准重力增稠器：将悬浮液(14)输送到容器(13)的进料井(3)中的淤浆进料管(1)；以及通过絮凝剂进料管线(2)加入有机聚合物絮凝剂(12)；该进料井(3)显示为用隔板分开的进料井；高浓度的沉降的絮凝固体(11)显示在该用隔板分开的进料井中；示出了澄清区(4)，絮凝固体在其中沉降并变得与含水液分离；在显示为澄清区的层之上的是显示降低浓度的沉降的絮凝固体的层；在该降低浓度的絮凝固体层之上显示的是基本低固体含量的含水液，其在溢流槽(6)上流动；在该澄清区(4)之下是显示在该容器下端的固化的固体床(5)，其形成沉降的固体层(15)，该层形成固化床；该固化的固体床形成底流(21)，后者通过该容器基座处的导管(22)由该容器供料；存在底流泵(7)以帮助由该容器取出底流；存在桥(8)以允许接近该进料井以及耙(10)和耙驱动机构(9)。氧化剂或控制剂可以通过一个或多个通过容器顶部进入的导管(16)引入；或者通过一个或多个在容器侧壁中的开口或导管(17)引入；或者通过一个或多个在容器基座中的开口或导管(18)引入；或者通过一个或多个在由容器基座输送固化的固体床，例如在容器基座和泵之间的进料管线中的开口或导管(19)引入；或者通过一个或多个喷雾器(20)引入。
已经发现本发明提供了一种更有效的方法和/或该氧化剂的更有效应用。此外，已经发现本发明提供了在含水悬浮液的浓缩方法过程中对固化性材料的流变学更便利的控制。该改进据信是由于所施加的试剂体系既实现了氧化剂的加入又实现了控制剂的施加。
不局限于理论，据信在含水悬浮液中化学环境的不均匀性质可能干扰氧化剂的效果。在一些情况下，这可能导致氧化效果降低，从而降低絮凝网络在更浓悬浮液层中的解集，或者在其他情况下，导致氧化能力的加速，这可能导致絮凝网络的形成不足。发明人发现通过使用本发明使用氧化剂和控制剂的试剂体系，可以实现对这些试剂的作用的更定量和定性控制。
似乎氧化剂对絮凝固体的作用得到该浓缩的含水悬浮液，其例如可以为固化的固体床，该床与尚未由该试剂体系如此处理的固化的固体床相比似乎具有改变的状态。似乎该絮凝剂和固体之间的化学相互作用可以因该试剂体系的作用而永久改变。还似乎该絮凝结构可能缩小或塌陷到固体占据更小体积的程度。我们还发现这是通过该试剂的作用形成的更浓缩含水悬浮液，其可能具有改进的流动特性。显然可以对给定固体含量显著降低该更浓缩含水悬浮液的屈服应力。此外，对任何给定的屈服应力值可以提高固体含量。
合适的是该氧化剂可以选自高氯酸盐、次氯酸盐、过溴酸盐、次溴酸盐、高碘酸盐、次碘酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过硫酸盐、过乙酸盐、臭氧和过氧化物。已经发现使用过氧化物、臭氧、次氯酸盐、过乙酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐和过硫酸盐对氧化目的是特别有效的。
优选用于本发明的氧化剂是过氧化物和臭氧。特别优选的过氧化物是过氧化氢。合适的是该过氧化氢呈含有至少1重量％，通常至少5重量％，常常为至少10重量％，常常为至少20重量％，优选至少30重量％且高达50或60重量％或更多过氧化氢的水溶液。当使用臭氧时，优选这呈臭氧水形式。典型的是该臭氧水具有的浓度为至少0.1ppm，常常为至少1ppm。该浓度可以高达1000ppm，但通常在更低浓度，如至多500ppm或甚至至多100ppm下获得有效结果。该浓度通常为5-50ppm，例如10-40ppm，尤其是20-30ppm。
至少一种氧化剂的量根据具体的工艺条件、基质类型和絮凝剂而变化。氧化剂优选应基于该含水悬浮液的体积以试剂的重量计以至少1ppm的剂量引入。氧化剂可以在例如1-10ppm的低含量下有效。该试剂以至少100ppm的量加入，在一些情况下可以基于第一悬浮液的体积为至少1000ppm。在一些情况下可能希望加入显著更高量的氧化剂，例如高至40,000或50,000ppm或更高。有效剂量通常为150-20,000ppm，尤其是1000-15,000ppm。
当控制剂包含至少一种活化剂组分，该活化剂组分可以是提高该氧化剂的活性的任何实物。在本发明范围内的该活化剂组分还包括或者为提高该氧化剂活性的材料的前体的材料或者可以转化成提高该氧化剂活性的材料。该活化剂组分通常可以与该氧化剂相互作用而形成氧化性自由基。合适的是这些氧化性自由基以更快速率形成和/或其形成比没有加入该活化剂组分时形成的氧化剂相比提供了增加浓度的氧化性自由基。
活化剂组分的典型剂量可以基于固体的含水悬浮液的体积以活化剂重量计为0.1ppm。优选该活化剂组分应以至少1ppm或至少10ppm的剂量引入。该活化剂组分可以在例如1-10ppm的低含量下有效。或者该活化剂组分适当地可以在例如10-100ppm的含量下有效。在其他情况下该活化剂组分可以以至少100ppm的量加入，而在一些情况下可以基于该含水悬浮液的体积为至少1000ppm。在一些情况下可能希望加入显著更高量的活化剂组分，例如高至40,000或50,000ppm或更高。有效剂量通常为150-20,000ppm，尤其是1000-15,000ppm。
优选该至少一种控制剂的活化剂组分选自铁(II)离子(Fe2+)(亚铁离子)、铁(III)离子(Fe3+)(铁离子)、铁(IV)离子(Fe4+)(四价铁离子)和铜(II)离子(Cu2+)(铜离子)。通常可以以相应离子的合适盐形式使用铁(II)、铁(III)、铁(IV)或铜(II)离子。该类盐例如可以为硫酸铁(II)、硝酸铁(II)、磷酸铁(II)、氯化铁(II)、硫酸铁(III)、硝酸铁(III)、磷酸铁(III)、氯化铁(III)、硫酸铁(IV)、硝酸铁(IV)、磷酸铁(IV)、氯化铁(IV)、硫酸铜(II)、硝酸铜(II)、磷酸铜(II)、氯化铜(II)。相应离子倾向于与该氧化剂相互作用而更快速产生合适的反应性自由基，由此加速该氧化剂的效果。例如铁(II)离子和铜(II)离子倾向于与过氧化物相互作用而促进氢过氧自由基(●OOH)和羟基氢氧自由基(●OH)的快速形成，后一自由基为极强的氧化剂。
可能希望使用不同活化剂组分的组合或释放合适活化剂组分的化合物的组合。例如，呈高氧化态的化合物可以与含铜(I)化合物组合以产生铜(II)化合物。例如，氯化铁可以与氯化铜(I)组合使用，由此产生氯化亚铁和氯化铜。可以为活化剂组分的前体或者可以转化成活化剂组分的该类化合物也被认为是本发明含义内的活化剂组分。
当至少一种控制剂包含至少一种抑制剂组分，该抑制剂组分可以是任何材料或降低该至少一种活化剂组分的浓度的其他实物。适合的是该抑制剂组分可以包括选自如下中的至少一种的物质：
a)自由基猝灭剂，
b)多价螯合剂；和
c)促进次要以及钝化的(配合物)物质形成的金属盐。
自由基猝灭剂倾向于为从它们所存在的环境中除去自由基的化学化合物。合适的是自由基猝灭剂包括诸如亚硫酸氢钠的化合物。自由基猝灭剂倾向于降低例如活化剂组分的自由基量并因此降低活化剂组分的效果。
多价螯合剂可以包括能够螯合或多价螯合活化的组分，例如金属离子的任何化合物。合适的多价螯合剂包括EDTA(乙二胺四乙酸或其盐，例如四钠盐)；乙二胺；DTPA(二亚乙基三胺五乙酸或其盐，例如五钠盐)；HEDPA(羟基亚乙基二膦酸或其盐，例如四钠盐)；NIL(次氮基三乙酸或其盐，例如三钠盐)；ATMP(氨基三亚甲基膦酸或其盐，例如六钠盐)；EDTMPA(乙二胺四亚甲基膦酸或其盐，例如八钠盐)；DTPMPA(二亚乙基三胺五亚甲基膦酸或其盐，例如十钠盐)；PBTCA(2-膦酰基丁烷-1,2,4-三甲酸或其盐，例如五钠盐)；多元醇磷酸酯；2-羟基膦酰基羧酸或其盐，例如二钠盐；以及BHMTPMPA(二(六亚甲基三胺五(亚甲基膦酸))或其盐，例如十钠盐)。
促进次要以及钝化的(配合物)物质形成的金属盐为镁(II)和锰(II)的盐。
金属盐如镁(II)和锰(II)的盐例如包括硫酸镁(II)、硝酸镁(II)、磷酸镁(II)、氯化镁(II)、硫酸锰(II)、硝酸锰(II)、磷酸锰(II)、氯化锰(II)。这些化合物用于降低该氧化剂的氧化能力。
WO2011/125047公开了其中可以将试剂引入该悬浮液中的方法。本发明的试剂体系可以以类似于该申请中所公开的引入方式中任一种的方式引入。
按照根据权利要求1所定义的本发明，用于分别将至少一种氧化剂和至少一种控制剂引入固化的固体床或沉降的絮凝固体中的装置可以包括一个或多个在可以向其中引入该试剂的该容器侧壁中的开口。代替该容器侧壁中的开口或者除了这些开口外，可能希望引入导管，这些导管通过该容器的侧壁且穿透进入固化的固体床和/或沉降的絮凝固体。可能还希望该装置在该容器的基座中包括一个或多个开口或导管，通过它们分别引入该至少一种氧化剂和仅一种控制剂。该装置可以延伸到固化的固体床和/或沉降的絮凝固体中。还可能希望该装置包括一个或多个通过该容器顶部进入的导管，这些导管可以延伸到固化的固体床和/或沉降的絮凝固体中。该一个或多个导管可以进入该容器的内壁和基座并沿其而行或者可以设置得使它们由该容器顶部在任何位点进入。还可能希望这些导管与该容器中所用其他组件，例如耙并排而行。
特别适合引入该至少一种氧化剂或至少一种控制剂的装置是一个或多个用于输送该试剂的耙。合适的是该一个或多个耙是中空的或者包括允许相应氧化剂或控制剂通过的导管。我们发现该装置在将相应氧化剂或控制剂引入固化的固体床中特别有效。此外，已经发现当耙在整个固化的固体床中移动时它们在释放该试剂中的作用是在整个固化的固体床中有效分布相应氧化剂或控制剂的特别有效方式，而不会不利地干扰或再分散任何固体。
可以将相应氧化剂或控制剂引入固化的固体床或沉降的絮凝固体中的另一装置包括一个或多个喷雾器。该喷雾器似乎允许相应氧化剂或控制剂在引入固化的固体床或沉降的絮凝固体中时的精细分布。还可能希望与引入相应氧化剂或控制剂的其他装置联合使用一个或多个喷雾器，例如将喷雾器与穿透到固化的固体床或沉降的絮凝固体中的导管组合使用。
按照本发明的第一和第三方面，在絮凝的固体颗粒沉降之前将该至少一种氧化剂加入该悬浮液中。因此，在这两个方面可以将该氧化剂在絮凝固体沉降时加入絮凝固体的悬浮液中，例如加入含有絮凝固体的进料井中。在这点上，可以在固体形成沉降层之前的任何阶段将该至少一种氧化剂加入这些沉降的絮凝固体中。该氧化剂可以与絮凝剂同时、在形成絮凝固体的过程中或形成絮凝固体之后加入。该氧化剂可以在加入该絮凝剂之前加入。然而，此时通常希望不明显地在加入絮凝剂之前加入该氧化剂，以将该氧化剂在其有效果之前消耗或降解的风险降至最小。例如，该氧化剂可以加入与絮凝剂相同的容器中的悬浮液中或者它可以加入输送固体悬浮液的进料管线中。通常而言，该氧化剂可以在加入该絮凝剂之前不超过10分钟加入。该氧化剂通常可以在该絮凝剂加料的7-0分钟，例如5-0分钟，通常小于2分钟内加入。
在本发明的这两方面，可以使用上述装置中的任一种将该至少一种氧化剂加入悬浮液中，条件是这些装置在絮凝固体形成沉降层之前将该氧化剂输送到该悬浮液中。该类装置通常可以包括通过该容器壁中的开口的加料，通过导管(通过该容器的侧部进入、通过该容器的顶部进入和/或与该容器的任何其他组件并排地进入)的加料和/或通过设置在该悬浮液中的喷雾器的加料。
在本发明的第一和第三方面中，以低于有损絮凝固体的沉降速率的剂量的剂量加入该至少一种氧化剂。该剂量可以容易地通过常规试验确定，在该试验中将固体悬浮液的样品在不存在该至少一种氧化剂下用该絮凝剂处理并对将沉降固体和上清液分离的线(泥浆线)记录在两个固定点之间通过所花时间以提供例如以cm/min测量的沉降速率(对照试验)；然后使用用相同絮凝剂在相同剂量下处理的固体悬浮液的相同样品重复该试验，不同的是加入该至少一种氧化剂。若沉降速率与对照试验相比不变化，则可以使用该剂量的氧化剂。然而，若沉降速率与对照试验相比降低，则该试验应用更低剂量的氧化剂重复，直到沉降速率不低于对照试验。氧化剂的准确剂量取决于具体的氧化剂以及可能的话还有絮凝剂和该悬浮液的类型和剂量而变化。然而，至少一种有用氧化剂的合适剂量按照上面所规定的上述剂量。
在本发明的第一方面中，该控制剂含有至少一种如本文所定义的活化剂组分，其应加入固体沉降层中。该活化剂组分可以使用上述装置的任一种加入，条件是该活化剂被输送到固体沉降层中。例如，该活化剂可以通过容器的基座或侧壁中的开口供入所述容器中所含絮凝固体的沉降层中。或者可以通过导管(通过所述容器的基座、侧壁、顶部进入或者与该容器的组件并排而行)将该活化剂供入该沉降层中。在一些情况下，可能希望通过进入所述沉降层的喷雾器将该活化剂供入该沉降层中。在其他情况下，可能希望通过耙将该活化剂供入该沉降层中。
在本发明的第三方面中，至少一种活化剂组分存在于该悬浮液中，但以不提高该氧化剂的活性的浓度(C2)且该浓度(C2)高于提高该氧化剂的活性的有效浓度或浓度(C1)的范围。该悬浮液中所含活化剂组分的浓度可以通过常规分析测定。该常规分析通常包括常规分光光度技术。这包括例如原子吸收(AA)或感应耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)。
通常活化剂可能已经以高浓度溶于存在于该悬浮液中的水中。该活化剂通常可能已经衍生于工艺水，例如用于形成该悬浮液的再循环工艺水。或者该活化剂可能已经衍生于该悬浮液的固体组分。该活化剂例如可以为以高浓度，例如以高于20,000ppm或1％，例如至少2％或至少3％，例如高达10％或更高存在于该悬浮液中的铁(II)、铁(III)、铁(IV)和/或铜(II)离子。在该类情况下，该高浓度的活化剂不会活化该氧化剂，尤其是在臭氧、过氧化物或其他过氧化合物的情况下。
在本发明的该第三方面中，该抑制剂组分的加入应降低该活化剂的浓度至对该氧化剂具有活化效果的浓度(C1)。应将该抑制剂组分加入固体沉降层中。该抑制剂组分可以使用上述装置中的任一种加入，条件是将该抑制剂组分输送到固体沉降层中。例如，该抑制剂组分可以通过容器的基座或侧壁中的开口供入所述容器中所含絮凝固体的沉降层中。或者可以通过导管(通过所述容器的基座、侧壁、顶部进入或者与该容器的组件并排而行)将该抑制剂组分供入该沉降层中。在一些情况下，可能希望通过进入所述沉降层的喷雾器将该抑制剂组分供入该沉降层中。在其他情况下，可能希望通过耙将该抑制剂组分供入该沉降层中。
该抑制剂组分的合适剂量根据活化剂组分的浓度(C2)、待处理悬浮液的类型和/或体积、用于处理的抑制剂组分的类型而变化。抑制剂组分的合适剂量可以通过常规试验测定。该常规分析通常包括常规分光光度技术。这例如包括原子吸收(AA)或感应耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)。
抑制剂组分的合适剂量可以为至少0.1ppm或1ppm。该剂量通常为至少5ppm，甚至至少10ppm，例如至少20或30ppm。该剂量甚至可以大于50ppm或为至少100ppm，例如至少500ppm。在一些情况下，该剂量可以为至少1000ppm或2000ppm，例如高达10,000ppm(1％)或更高。抑制剂的剂量通常可以高达3或4％或10％或更高。
在本发明的第四方面中，钝化组分以不提高该氧化剂的活性的浓度(C2)存在于该悬浮液中且该浓度(C2)高于提高该氧化剂的活性的有效浓度或浓度范围。在这点上，在絮凝的固体颗粒沉降之前以足以将该活化剂组分的浓度降至提高该氧化剂的活性的有效浓度的剂量将该抑制剂组分加入该悬浮液中。该抑制剂组分可以使用上述装置中的任一种加入悬浮液中，这些装置在絮凝固体形成沉降层之前将该抑制剂组分输送到悬浮液中。该类装置通常可以包括通过该容器壁中的开口的加料，通过导管(通过该容器的侧部进入、通过该容器的顶部进入和/或与该容器的任何其他组件并排地进入)的加料和/或通过设置在该悬浮液中的喷雾器的加料。
在本发明的该方面中，该活化剂组分的浓度和抑制剂的有效剂量可以如本发明的第三方面所准确定义。
在本发明的第四方面中，将该至少一种氧化剂加入固体沉降层中。该至少一种氧化剂应加入固体沉降层中。该至少一种氧化剂可以使用上述装置中的任一种加入，条件是将该氧化剂输送到固体沉降层中。例如，该氧化剂可以通过容器的基座或侧壁中的开口供入所述容器中所含絮凝固体的沉降层中。或者可以通过导管(通过所述容器的基座、侧壁、顶部进入或者与该容器的组件并排而行)将该氧化剂供入该沉降层中。在一些情况下，可能希望通过进入所述沉降层的喷雾器将该氧化剂供入该沉降层中。在其他情况下，可能希望通过耙将该氧化剂供入该沉降层中。
按照本发明的第二方面，在絮凝的固体颗粒沉降之前将该至少一种活化剂组分加入该悬浮液中。因此，在这这个方面可以将该活化剂组分在絮凝固体沉降时加入絮凝固体的悬浮液中，例如加入含有絮凝固体的进料井中。在这点上，可以在固体形成沉降层之前的任何阶段将该至少一种活化剂组分加入这些沉降的絮凝固体中。该活化剂组分可以与絮凝剂同时、在形成絮凝固体的过程中或形成絮凝固体之后加入。该活化剂组分可以在加入该絮凝剂之前加入。例如，该活化剂组分可以加入与絮凝剂相同的容器中的悬浮液中或者它可以加入输送固体悬浮液的进料管线中。通常而言，该活化剂组分可以在加入该絮凝剂之前不超过10分钟加入。该活化剂组分通常可以在该絮凝剂加料的7-0分钟，例如5-0分钟，通常小于2分钟内加入。
在本发明的该方面中，可以使用上述装置中的任一种将该至少一种活化剂组分加入悬浮液中，条件是这些装置在絮凝固体形成沉降层之前将该活化剂组分输送到该悬浮液中。该类装置通常可以包括通过该容器壁中的开口的加料，通过导管(通过该容器的侧部进入、通过该容器的顶部进入和/或与该容器的任何其他组件并排地进入)的加料和/或通过设置在该悬浮液中的喷雾器的加料。
在本发明的第二方面中，该至少一种活化剂组分理想的是以足以提高该氧化剂的活性的剂量加入。活化剂组分的准确剂量取决于特定活化剂组分以及还有特定的氧化剂以及可能的话还有絮凝剂和该悬浮液的类型和剂量而变化。然而，至少一种有用活化剂组分的合适剂量按照上面所规定的上述剂量。
在本发明的第二方面中，至少一种氧化剂应加入固体沉降层中。该氧化剂可以使用上述装置中的任一种加入，条件是将该氧化剂输送到固体沉降层中。例如，该氧化剂可以通过容器的基座或侧壁中的开口供入所述容器中所含絮凝固体的沉降层中。或者可以通过导管(通过所述容器的基座、侧壁、顶部进入或者与该容器的组件并排而行)将该氧化剂供入该沉降层中。在一些情况下，可能希望通过进入所述沉降层的喷雾器将该氧化剂供入该沉降层中。在其他情况下，可能希望通过耙将该氧化剂供入该沉降层中。
通过使用一种或多种控制剂，我们出乎意料地发现可以更有效地控制该浓缩颗粒的含水悬浮液的方法。此外，通过使用至少一种氧化剂和一种或多种控制剂的合适组合，可以更一致地控制该浓缩悬浮液的方法。例如，对于给定的固体含量，可以更一致地实现屈服应力降低。此外，对于给定的屈服应力，该方法能够更一致地获得更高固体含量的浓缩悬浮液。本发明还具有在许多情况下可能倾向于要求更少氧化剂的优点。
因此，在一种优选形式中，该试剂体系导致由该有机絮凝剂的作用形成的固体层的屈服应力降低。更优选该固体层应具有比在相同固体含量下不加入该试剂体系的固体层的屈服应力低至少5％，常常为至少10％，合适的是至少20％或至少30％或甚至至少50％，在一些情况下高达70％、80％或90％或更多的屈服应力。因此，该试剂体系理想的是导致固化的固体层或床的屈服应力降低，它能够获得更高固体含量并提高底流的取出。优选屈服应力的降低比在相同固体含量下不加入该试剂体系的固体层的屈服应力低至少50％。更优选该屈服应力降低为至少60％或70％，常常为至少80％或90％。
我们还发现可以将屈服应力降至在相同固体含量下且不加入该试剂体系的尚未絮凝的固体层的屈服应力以下。以前通常认可的观点是固体在不存在絮凝下的沉积将实现最低屈服应力。通常相信的是涉及絮凝的方法总是比不存在絮凝剂要导致更高的屈服应力，因为絮凝剂倾向于将沉积的固体保持呈倾向于增加屈服应力的结构。根据本发明引入该试剂体系的方法在实现该益处上特别有效。
在该方法的优选形式中，絮凝的固体沉降而形成床且水由该悬浮液释放，其中我们发现通过本发明装置将该试剂体系引入固化的固体床中导致由该悬浮液释放的水增加。因此，我们发现释放的水的该增加也伴随着固体含量增加。
已经发现本发明方法通过重力沉积而提高悬浮液的浓度。就此而言，所分离固体的固化速率增加。此外，可以显著改进浓缩相，即沉降或沉积固体的流动性。
已经发现将该试剂体系掺入该絮凝方法中在相应固体含量下导致更快速的压实相和/或降低粘度的固体如沉积物层或床，从而使得可以在不超过实施该除去方法的设备可以容忍的最大粘度下获得更高固体含量。
已知悬浮液中的固体通常在不加入絮凝剂下沉降。该絮凝剂引起固体的桥连絮凝并提高固体沉降而形成床的速率。因此，在常规重力增稠情形中，通过使用聚合物絮凝剂和任选的促凝剂实现改进速率的自由沉降和初始压实。在该方法中，各固体颗粒倾向于聚集在一起而形成具有更有利密度/表面积比的聚集体。这些聚集体可能沉降而形成压实床，可以通过向上渗滤进一步由该压实床中除去水。该床以此方式在延长的时间期间内逐步提高固体含量，直到达到该床中的所需固体浓度且可以除去该床中的材料。
遗憾的是，在常规方法中絮凝的沉降固体的屈服应力通常倾向于显著高于在没有该絮凝剂存在下的沉降固体。这倾向于使耙动和泵送的除去方法逐步变得更困难。另一方面，在没有絮凝剂存在下浓缩悬浮液并不实际，因为这将耗费极长时间，尤其是在依赖于自由沉积的重力增稠器中。
在本发明方法中，我们发现可以实现更快速的压实相。此外，已经发现本发明方法由于通过该试剂处理而倾向于导致显著降低粘度或屈服应力的固体层或床。我们尤其发现屈服应力不仅低于在没有该试剂存在下的等价方法，而且屈服应力可以与在没有该絮凝剂存在下的沉降固体一样低或比其低。在一些情况下，我们发现该方法导致固体层或床具有的屈服应力显著低于在没有絮凝剂存在下的沉降固体。沉降固体的该出人意料性能有利于固体底流除去的容易性，同时确保固体的快速沉降。此外，优选该方法通过使固化床的固体含量显著增加到在没有该试剂存在下设备所能容忍的固体含量之上而操作。就此而言，该固化床仍可在该设备的最大屈服应力下操作，但其中固体含量显著高于在没有该试剂的方法中的床。
包括沉积床在内的固体层的屈服应力根据基质而变化。常规设备所能容忍的沉积床的最大屈服应力通常不超过250Pa。在现有设备的能力范围内不可能使用常规方法提高固体含量，因为屈服应力太高。已经发现使用该试剂的本发明方法将屈服应力降低至少5％，常常为至少10％，合适的是至少20％或至少30％或甚至至少50％，在一些情况下高达70％、80％或90％或更高。另一方面，根据本发明产生的层或床的固体含量在不超过该设备所能容忍的最大屈服应力下可以提高至少1％或甚至至少5％，有时大于10％。在一些情况下可能与通过相同方法但在没有该试剂存在下获得的具有相同屈服应力的层或床相比将固体含量提高高达15％、20％、25％或甚至30％或更高。
可以在可接受的屈服应力下实现的实际底流固体含量重量百分数明显取决于悬浮固体的组成和粒度以及还有沉降设备的寿命和复杂性而变化。它可以低至约12％(通常为Florida磷酸盐矿泥)，但通常为约20-50％。
屈服应力通过Brookfield R/S SST Rheometer在25℃的环境实验室温度下使用RHEO V2.7软件程序以受控剪切速率模型测量。叶轮锭(50_25叶轮，以3至1容器校准(vessel sizing))以120个0.025rpm的等步增加旋转产生增加剪切速率的渐进施加。
屈服应力定义为剪切开始之前的最大剪切应力。
屈服应力通过对剪切速率>0.11/s的4个测量点的线性回归并随后对剪切速率＝0计算Tau(Pa)轴的截距而计算。
本发明可用于任何固体/液体分离活动，其中通过在容器中重力沉积而将固体与悬浮液分离。特别优选的方法涉及将该悬浮液在重力增稠器中絮凝。在该方法中，固体形成浓缩固体的压实层，后者通常比在没有该试剂存在下显著更高。
来自该方法的第二含水悬浮液可以形成通常由该容器取出的底流。在许多情况下，该第二含水悬浮液形成随后转移到处置区的底流。或者可以将该底流转移到另一加工段，如过滤。该另一加工段通常为另一矿物加工段，如有价值矿物的过滤或进一步提取。
如前所述，本发明通常可以应用于涉及在容器中的重力沉积的固体/液体分离方法。因此，该悬浮液可以包含有机材料，后者例如包括来自发酵方法的污泥或多孔材料。该悬浮液还可以是纤维素材料的悬浮液，例如来自造纸方法的淤泥。优选该悬浮液为包含矿物颗粒的含水悬浮液。
在本发明的更优选方案中，该方法涉及处理来自开采矿物加工和其他开采废料的含水悬浮液，例如来自碳基工业如煤和焦油砂，包含矿物颗粒，尤其是粘土的悬浮液。因此，在该方法的该优选方面中，该含水悬浮液衍生于矿物或能量加工操作和/或尾矿基质。能量加工操作优选是指其中基质涉及可以用作燃料的材料的分离的方法。
该方法的特别优选方面涉及来自开采和提炼操作的悬浮液，选自铝土矿、贱金属、贵金属、铁、镍、煤、矿砂、油砂、陶土、金刚石和铀。
优选在该悬浮液中的悬浮固体应至少90重量％大于0.5微米。悬浮液中的颗粒通常至少90重量％为至少0.75微米，优选至少90重量％为至少1或2微米。悬浮颗粒通常可以具有的粒度是至少90重量％为至多2mm，常常是至少90重量％在0.5微米以上至2mm的范围内。优选的悬浮颗粒至少90重量％为至多1mm或更优选至少90重量％至多为750微米，尤其是至少90重量％在1或2微米至1或2毫米之间的范围内。
悬浮液通常含有至少5重量％悬浮的固体颗粒且可以含有多至30％或更高。优选悬浮液含有至少0.25％，更优选至少0.5％。悬浮液通常含有1-20重量％悬浮固体。
有机聚合物絮凝剂的合适剂量为5-10,000克/吨矿物固体。合适的剂量通常可以根据特定的材料和材料固体含量而变化。优选的剂量为10-3,000克/吨，尤其是10-1000克/吨，而更优选的剂量为60-200或400克/吨。
该聚合物水溶液可以以任何合适的浓度加入。可能希望使用较浓的溶液，例如基于聚合物重量高达10％或更大。然而，通常希望以更低浓度加入该聚合物溶液以将由该聚合物溶液的高粘度产生的问题最小化并促进该聚合物在该悬浮液中的分布。该聚合物溶液可以以相对稀释的浓度，例如低至0.01重量％聚合物加入。该聚合物溶液通常以0.05-5重量％聚合物的浓度使用。优选该聚合物浓度为0.1％至2或3％。更优选该浓度为0.25％至约1或1.5％。或者可以将该有机聚合物絮凝剂以干颗粒形式或者作为反相乳液或分散体加入该悬浮液中。干聚合物颗粒溶于该含水悬浮液中，而反相乳液或分散体应直接转化成含水悬浮液，此时该聚合物将溶解。
本发明方法显示出改进的沉积速率。已经发现可以实现的沉积速率为2-30m/小时。此外，我们发现该方法使得可以从悬浮液中除去大于99重量％的悬浮固体。此外，该方法使得固体沉积浓度与在没有该试剂存在下操作的常规方法相比增加超过10重量％。更优选与最好的常规方法相比获得降低的沉积物屈服应力。
该有机聚合物絮凝剂可以包括为阳离子性、非离子性、阴离子性或两性的高分子量聚合物。通常若该聚合物为合成聚合物，则它应具有至少4dl/g的特性粘度。然而，优选该聚合物具有显著更高的特性粘度。例如，特性粘度可以高至25或30dl/g或更高。特性粘度通常为至少7dl/g，常常为至少10或12dl/g且可以高到18或20dl/g。
聚合物的特性粘度可以通过基于该聚合物的活性含量制备该聚合物的水溶液(0.5-1重量％)而测定。在容量瓶中用50ml缓冲至pH7.0(每升去离子水使用1.56g磷酸二氢钠和32.26g磷酸氢二钠)的2M氯化钠溶液将2g该0.5-1％聚合物溶液稀释到100ml并用去离子水将整个溶液稀释至100ml刻度。聚合物的特性粘度使用1号悬浮等级粘度计在25℃下在1M缓冲的盐溶液中测量。
或者，该有机聚合物絮凝剂可以为天然聚合物或半天然聚合物。典型的天然或半天然聚合物包括多糖。这包括阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、壳聚糖。
一类优选的聚合物包括例如多糖如淀粉、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。
一类优选的合成聚合物包括聚醚如聚氧化烯。这些通常为在聚合物骨架中具有亚烷氧基重复单元的聚合物。特别合适的聚氧化烯包括聚氧乙烯和聚氧丙烯。这些聚合物通常具有至少500,000，常常为至少1,000,000的分子量。聚醚的分子量可以高达15,000,000或20,000,000或更高。
另一类优选的合成聚合物包括乙烯基加聚物。这些聚合物由烯属不饱和水溶性单体或单体共混物形成。
该水溶性聚合物可以是呈阳离子性、非离子性、两性或阴离子性。这些聚合物可以由任何合适的水溶性单体形成。水溶性单体通常在25℃下在水中的溶解性为至少5g/100cc。特别优选的阴离子聚合物由选自烯属不饱和羧酸和磺酸单体，优选选自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸及其盐的单体，任选与非离子共聚物单体，优选选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非离子共聚单体组合形成。尤其优选的聚合物包括丙烯酸钠的均聚物、丙烯酰胺的均聚物和丙烯酸钠与丙烯酰胺的共聚物。
优选的非离子聚合物由选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的烯属不饱和单体形成。
优选的阳离子聚合物由选自如下的烯属不饱和单体形成：(甲基)丙烯酸二甲氨基乙基酯-甲基氯化物，(DMAEA.MeCl)季化物，氯化二烯丙基二甲基铵(DADMAC)，三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)，任选与非离子性共聚单体，优选选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非离子性共聚单体组合。
在本发明中，该聚合物可以通过任何合适的聚合方法形成。聚合物例如可以通过溶液聚合、油包水悬浮聚合或油包水乳液聚合制备成凝胶聚合物。当通过溶液聚合制备凝胶聚合物时，通常将引发剂引入单体溶液中。
任选地可以引入热引发剂体系。热引发剂通常包括在升高的温度下释放自由基的任何合适引发剂化合物，例如偶氮化合物，如偶氮二异丁腈。聚合过程中的温度应升至至少70℃，但优选低于95℃。或者聚合可以通过任选还使用合适辐射引发剂的辐照(紫外光、微波能、热等)进行。一旦聚合完全且已经使聚合物凝胶充分冷却，则可以通过首先将该凝胶粉碎成更小的片、干燥成基本脱水的聚合物以及随后研磨成粉而以标准方式加工该凝胶。
该类聚合物凝胶可以通过如上所述的合适聚合技术，例如通过辐照制备。可以根据需要将凝胶切成合适尺寸，然后在应用时与作为部分脱水的水溶性聚合物颗粒的材料混合。
聚合物可以通过悬浮聚合作为珠粒生产或者通过油包水乳液聚合作为油包水乳液或分散体生产，例如根据EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A-126528所定义的方法。
或者，该水溶性聚合物可以作为在含水介质中的分散体提供。这例如可以为至少20微米的聚合物颗粒在含有EP-A-170394中所给平衡剂的含水介质中的分散体。这例如还可以包括通过在含有溶解的低IV聚合物如聚氯化二烯丙基二甲基铵和任选例如WO-A-9831749或WO-A-9831748中所给其他溶解的材料如电解质和/或多羟基化合物，例如聚烷基二醇的含水介质存在下聚合含水单体而制备的聚合物颗粒的水分散体。
水溶性聚合物的水溶液通常通过将该聚合物溶于水中或者稀释更浓的聚合物溶液而得到。通常将例如呈粉末或珠粒形式的固体颗粒状聚合物分散于水中并在搅拌下溶解。这可以使用常规配制设备实现。理想的是该聚合物溶液可以使用BASF提供的Auto Jet Wet(商标)制备。或者，该聚合物可以以反相乳液或分散体形式供应，后者随后可以转化到水中。
下列实施例说明本发明。
实施例1
1)铁II(活化剂)或过氧化氢(氧化剂)对絮凝的陶土淤浆的影响
1.1)对照
将0.9L4％w/v pH5(含去离子水的陶土的自然pH)的陶土置于1L高型烧杯中并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
加入5mL由分子量约15,000,000的丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)并继续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1分钟。
在1分钟后通过继续搅拌30秒而再悬浮该淤浆。停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
1.2)仅加入H2O2(氧化剂)
将0.9L4％w/v pH5(含去离子水的陶土的自然pH)的陶土置于1L高型烧杯中并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
加入5mL由分子量约15,000,000的丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)并继续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1分钟。
在1分钟后再悬浮该淤浆，迅速加入0.3mL3体积％过氧化氢(10ppmH2O2进入0.9L淤浆中)并继续搅拌30秒。然后停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
1.3)加入铁(II)(活化剂)，然后加入H2O2(氧化剂)
将0.9L4％w/v pH5(含去离子水的陶土的自然pH)的陶土置于1L高型烧杯中并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
加入5mL由分子量约15,000,000的丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)并继续搅拌30秒。停止搅拌将絮凝的材料静置1分钟。
在1分钟后再悬浮该淤浆，加入0.22mL20％w/v硫酸铜溶液(以获得10ppm溶于整个淤浆中的铁(II)金属离子)并搅拌30秒。此时迅速加入0.30mL3体积％过氧化氢(10ppm H2O2进入0.9L淤浆中)并再继续搅拌30秒。然后停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
1.4)加入H2O2(氧化剂)，然后加入铁(II)(活化剂)
将0.9L4％w/v pH5(含去离子水的陶土的自然pH)的陶土置于1L高型烧杯中并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
加入5mL由分子量约15,000,000的丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)并继续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1分钟。
在1分钟后再悬浮该淤浆，加入0.30mL3体积％过氧化氢(10ppmH2O2进入0.9L淤浆中)并搅拌30秒。此时迅速加入0.22mL20％w/v硫酸铜溶液(以获得10ppm溶于整个淤浆中的铁(II)金属离子)并再继续搅拌30秒。然后停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
试验号 说明 沉降速率(cm/min)
1.1 对照(仅絮凝剂) 28.94
1.2 10ppm H2O2(无活化剂) 27.44
1.3 1)10ppm Fe(II)；2)10ppm H2O2 1.17
1.4 1)10ppm H2O2；2)10ppm Fe(II) 1.12
实施例2
2)铜II(活化剂)或过氧化氢(氧化剂)对絮凝的陶土淤浆的影响
2.1)对照1(无活化剂)
将0.9L4％w/v pH11.5(通过加入氢氧化钙碱化)的陶土置于1L高型烧杯中并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
加入8mL由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)并继续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1小时。
然后通过继续搅拌30秒而再悬浮该淤浆。停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
2.2)对照2(有活化剂)
将226mg无水硫酸铜(CuSO4)加入0.9L4％w/v pH11.5(通过加入氢氧化钙碱化)陶土中以获得100ppm溶于整个淤浆中的铜(II)金属离子。将内容物置于1L高型烧杯并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
加入18mL由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)并继续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1小时。
然后通过继续搅拌30秒而再悬浮该淤浆。停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
2.3)仅加入H2O2(氧化剂)
将0.9L4％w/v pH11.5(通过加入氢氧化钙碱化)的陶土置于1L高型烧杯中并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
在搅拌下将3mL3体积％过氧化氢溶液(100ppm H2O2进入0.9L淤浆中)加入该混合淤浆中，然后加入8mL由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)。将内容物连续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1小时。
然后通过继续搅拌30秒而再悬浮该淤浆。停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
2.4)加入铜(II)(活化剂)和H2O2(氧化剂)
将226mg无水硫酸铜(CuSO4)加入0.9L4％w/v pH11.5(通过加入氢氧化钙碱化)的陶土中以获得100ppm溶于整个淤浆中的铜(II)金属离子。将内容物置于1L高型烧杯并使用机械框式搅拌器在200rpm下搅拌。
在搅拌下将3mL3体积％过氧化氢溶液(100ppm H2O2进入0.9L淤浆中)加入混合的淤浆中，然后加入18mL由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸丙烯酸钠/丙烯酰胺30/70共聚物构成的聚合物的稀溶液(约0.05％，在去离子水中)。将内容物连续搅拌30秒。停止搅拌并将絮凝的材料静置1小时。
然后通过继续搅拌30秒而再悬浮该淤浆。停止搅拌并记录泥浆线在700mL和500mL刻度之间沉降所需时间。由该数字计算以cm/min计的沉降速率。
试验号 说明 沉降速率(cm/min)
2.1 对照1(仅絮凝剂-无活化剂) 16.20
2.2 对照2(仅絮凝剂-有活化剂) 15.73
2.3 100ppm H2O2(无活化剂) 11.89
2.4 1)100ppm Cu(II)；2)100ppm H2O2 3.56

Claims (15)

1.一种浓缩固体颗粒在含水介质中的悬浮液的方法，包括向所述悬浮液中引入至少一种有机聚合物絮凝剂并加入一种试剂体系，
其中所述悬浮液中的固体颗粒通过所述至少一种有机聚合物絮凝剂的作用絮凝并且如此形成的絮凝固体颗粒沉降而形成在所述含水介质中的固体沉降层，
其中所述试剂体系包含：
i)至少一种氧化剂；
ii)至少一种控制剂；
其中所述至少一种控制剂由iia)至少一种活化剂组分和/或iib)至少一种抑制剂组分构成，其中所述至少一种活化剂组分提高所述氧化剂的活性且所述抑制剂组分降低所述活化剂组分的浓度，
其中
1)在所述絮凝固体颗粒沉降之前以低于有损沉降速率的剂量的剂量将所述至少一种氧化剂加入所述悬浮液中并将所述至少一种活化剂组分加入固体沉降层中；或者
2)在所述絮凝固体颗粒沉降之前将所述至少一种活化剂组分加入所述悬浮液中并将所述至少一种氧化剂加入固体沉降层中；或者
3)在所述絮凝固体颗粒沉降之前以低于有损沉降速率的剂量的剂量将所述至少一种氧化剂加入所述悬浮液中；所述至少一种活化剂组分以不提高所述氧化剂的活性的浓度(C2)存在于悬浮液中且所述浓度(C2)高于提高所述氧化剂的活性的有效浓度或浓度(C1)的范围；并且将所述至少一种抑制剂组分以足以将所述活化剂组分的浓度降低至有效浓度或浓度(C1)的范围内的剂量加入所述固体沉降层中；或者
4)所述至少一种活化剂组分以不提高所述氧化剂的活性的浓度(C2)存在于悬浮液中且所述浓度(C2)高于提高所述氧化剂的活性的有效浓度或浓度(C1)的范围；并且在所述絮凝固体颗粒沉降之前以足以将所述活化剂组分的浓度降低至有效浓度或浓度(C1)的范围内的剂量将所述至少一种抑制剂组分加入所述悬浮液中；以及将所述至少一种氧化剂加入所述固体沉降层中。
2.根据权利要求1的方法，其中所述氧化剂选自高氯酸盐、次氯酸盐、过溴酸盐、次溴酸盐、高碘酸盐、次碘酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过硫酸盐、过乙酸盐、臭氧和过氧化物。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述氧化剂为臭氧水或过氧化氢。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述至少一种控制剂的所述活化剂组分选自铁(II)离子(Fe2+)、铁(III)离子(Fe3+)、铁(IV)离子(Fe4+)和铜(II)离子(Cu2+)。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述至少一种控制剂的所述抑制剂组分选自如下中的至少一种：
a)自由基猝灭剂，
b)多价螯合剂；和
c)促进次要以及钝化的(配合物)物质形成的金属盐。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中选择所加入的所述至少一种氧化剂和所述至少一种控制剂的相应剂量以对所需固体含量提供悬浮于所述含水介质中的固体层的屈服应力的所需降低。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中选择所加入的所述至少一种氧化剂和所述至少一种控制剂的相应剂量以对所需屈服应力提供悬浮于所述含水介质中的固体层的固体含量的所需提高。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其为在沉积容器，优选重力增稠器中进行的沉积方法。
9.根据权利要求8的方法，其中所述容器包括所述絮凝固体的悬浮液在其中形成且在其内所述絮凝固体开始沉降的进料井。
10.根据权利要求9的方法，其中将所述至少一种氧化剂或所述至少一种控制剂引入在所述进料井中沉降的所述絮凝固体中。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中悬浮于所述含水介质中的固所述体层形成底流，然后将所述底流转移至处置区或矿物加工操作。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体颗粒悬浮液包含矿物颗粒。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体颗粒悬浮液衍生于矿物或能量加工操作和/或尾矿基质且选自铝土矿、贱金属、贵金属、含铁固体、含镍固体、煤尾矿、矿砂、油砂、陶土、金刚石和含铀固体。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述有机聚合物絮凝剂为特性粘度至少4dl/g的合成非离子或阴离子聚合物或为天然聚合物。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述有机聚合物絮凝剂选自丙烯酸钠的均聚物、丙烯酰胺的均聚物以及丙烯酰胺和丙烯酸钠的共聚物。
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