CN104519974A - 使用气体注入以及絮凝剂的稠细粒尾矿的脱水 - Google Patents
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Abstract
用于将诸如压缩空气的气体注入稠细粒尾矿的技术能够提升释放水量或者减少絮凝剂剂量，并且从而改善稠细粒尾矿的脱水操作。气体注入可以在聚合絮凝剂加入稠细粒尾矿之前、过程中或者之后进行。气体注入可以以一定量、压力或者带有气泡进行以便减少所需的絮凝剂剂量或者从所释放的稠细粒尾矿中增加释放水量。
Description
技术领域
本发明涉及使用气体注入以及絮凝剂的稠细粒尾矿的脱水。
背景技术
油砂尾矿从烃类抽提工艺操作中产生，以便从油砂矿石中分离有价值的烃类。商业烃类抽提工艺使用克拉克热水工艺的变型，其中，为了使有价值的烃馏分能够从油砂矿物质中分离，在油砂中加入水。工艺用水也作为用于矿物质馏分的载液。一旦回收烃馏分，剩下的水、未回收的烃类以及矿物质通常被称为“尾矿”。
水悬浮物以及尾矿可通过化学处理脱水。一种化学处理方法采用絮凝进行脱水。为了引导絮凝，在稠细粒尾矿中加入絮凝剂，并且絮凝的材料可沉淀以允许释放水。在脱水操作中所遇到的一些挑战包括对化学添加剂的需求以保持稠细粒尾矿的高通过量并增加脱水率，并包括稠细粒尾矿的最终干燥。
发明内容
在一些实施方式中，所提供的用于稠细粒尾矿脱水的工艺包括；
注入气体并添加絮凝剂至稠细粒尾矿流中以产生包括水和絮凝物的一种气体和絮凝剂处理的流；以及
释放气体和絮凝剂处理的流在干燥站中以允许水从絮凝物中分离并释放。
在一些实施方式中，注入气体的量足以增加在干燥站所释放的水。
在一些实施方式中，注入气体的量足以减少用于获得气体和絮凝剂处理的流的絮凝剂量。
在一些实施方式中，气体包括空气。
在一些实施方式中，在压力介于大约10psi与100psi之间时，注入气体。在一些实施方式中，在压力介于大约30psi与90psi之间时，注入气体。在一些实施方式中，在压力低于压力阈值时，注入气体以便与无空气注入时相比，获得增加的放水量。在一些实施方式中，在压力介于25psi与55psi之间时，注入气体。在一些实施方式中，在压力介于30psi与50psi之间时，注入气体。
在一些实施方式中，加入絮凝剂时，稠细粒尾矿有介于大约5psi与30psi之间的管道压力。
在一些实施方式中，被添加的絮凝剂作为包括溶解絮凝剂的水溶液。
在一些实施方式中，注入气体之前，将絮凝剂加入稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，注入气体期间，将絮凝剂加入稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，注入气体之后，将絮凝剂加入稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，絮凝剂包括高分子量阴离子聚合絮凝剂。
在一些实施方式中，在粘土的基础上，剂量介于大约500ppm与1500ppm之间时，聚合絮凝剂加入稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，在总固体的基础上，剂量介于大约600ppm与2200ppm之间。
在一些实施方式中，工艺流程还包括在注入气体以及添加絮凝剂之前筛选稠细粒尾矿，以去除其中的粗残渣。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，从尾矿池中获得的稠细粒尾矿作为熟化的细尾矿。
在一些实施方式中，所提供的一种用于稠细粒尾矿脱水的系统，包括：
用于提供稠细粒尾矿流体流的流体传输组件；
用于将气体注入流体流以产生气体处理的流体的气体注入设备；
用于将絮凝剂混入流体流的混合器；以及
用于接收包括水和絮凝物的一种气体和絮凝剂处理的混合物的干燥站，此干燥站允许水从絮凝物中分离/或者蒸发。
在一些实施方式中，气体注入设备配置为注入气体的量足以增加在干燥站释放的水。
在一些实施方式中，气体注入设备注入气体的量足以减少用于获得混合物的絮凝剂量。
在一些实施方式中，气体注入设备配置为注入空气。
在一些实施方式中，气体注入设备配置为注入介于大约10psi与100psi之间的气体。
在一些实施方式中，气体注入设备配置为注入介于大约30psi与90psi之间的气体。
在一些实施方式中，在压力低于压力阈值时，注入气体，以便与无空气注入时相比，获得增加的释放水量。
在一些实施方式中，在压力介于25psi与55psi之间时，注入气体。在一些实施方式中，在压力介于30psi与50psi之间时，注入气体。
在一些实施方式中，混合器配置为在气体注入设备注入气体之间，将絮凝剂混入流体流中。
在一些实施方式中，混合器配置为在气体注入设备注入气体期间，将絮凝剂混入流体流中。
在一些实施方式中，混合器配置为在气体注入设备注入气体之后，将絮凝剂混入流体流中。
在一些实施方式中，絮凝剂包括高分子量阴离子聚合絮凝剂。
在一些实施方式中，在粘土的基础上，剂量介于大约500ppm与1500ppm之间时，混合器将聚合絮凝剂混入气体处理液中。
在一些实施方式中，在总固体基础上，剂量介于大约600ppm与2200ppm之间时，混合器将聚合絮凝剂混入气体处理液中。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，从尾矿池中获得的稠细粒尾矿作为熟化的细尾矿。
在一些实施方式中，所提供的一种用于处理稠细粒尾矿的气体注入设备，包括：
用于接收稠细粒尾矿的入口；
用于释放气体处理的尾矿的出口；以及
置于入口与出口之间的气体注射器，气体注射器配置成将气体注入稠细粒尾矿以产生足够的气体处理的尾矿以便于絮凝和稠细粒尾矿的脱水。
在一些实施方式中，气体注射器包括置于入口和出口之间的过渡壳体，过渡壳体包括第一腔室与第二腔室之间的分隔过渡壳体的至少一个界面，进入入口的稠细粒尾矿在从出口排出之前允许游历第一腔室，气体在第二腔室内加压，至少一个界面配置为允许气体从第二腔室被引入第一腔室中的稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，过渡壳体包括基本上为圆形横截面的入口，以及基本上为矩形横截面的主体部分。
在一些实施方式中，过渡壳体包括基本上为圆形横截面的出口。
在一些实施方式中，过渡壳体包括顶板和底板以及一对对置侧板，以便设置具有至少一个大致为矩形横截面的过渡壳体。
在一些实施方式中，过渡壳体包括侧面管口板，所设置的管口用于接收来自加压气体源的气体。
在一些实施方式中，管口被设置在可拆卸的安装到相应的侧面管口板开口的侧面管口盖上。
在一些实施方式中，为了提供密封，设备还包括可拆卸的安装在侧面管口板的开口边缘与侧面管口盖之间的管口板垫圈。
在一些实施方式中，过渡壳体包括配置为接收至少一个界面的界面板。
在一些实施方式中，设备还包括可拆卸的安装到过渡壳体的界面板上用于接收至少一个界面的扩散框架。
在一些实施方式中，设备还包括可拆卸的安装到扩散框架上用于将至少一个界面固定至所述扩散框架的扩散盖。
在一些实施方式中，为了提供密封，设备还包括可拆卸的安装在界面板与扩散框架之间的界面垫圈。
在一些实施方式中，过渡壳体包括通道开口，并且其中，设备包括可拆卸的安装到过渡壳体用于覆盖所述通道开口的壳体盖。
在一些实施方式中，为了提供密封，设备还包括可拆卸的安装在过渡壳体的通道开口边缘与壳体盖之间的壳体垫圈。
在一些实施方式中，过渡壳体进一步包括置于入口处的面板。
在一些实施方式中，过渡壳体进一步包括一对前角板，每个前角板在面板与相应的侧板之间延伸。
在一些实施方式中，过渡壳体包括在第二腔室内延伸用于支撑至少一个界面的前支撑板和后支撑板。
在一些实施方式中，过渡壳体包括从入口的底部延伸至前支撑板上部的前顶斜坡，并且进一步包括从后支撑板的上部延伸至出口的底部的后顶斜坡。
在一些实施方式中，过渡壳体进一步包括置于出口处的端板。
在一些实施方式中，过渡壳体进一步包括一对后角板，每个后角板在端板与相应的侧板之间延伸。
在一些实施方式中，壳体盖通过吊耳可拆卸的固定过渡壳体的顶板。
在一些实施方式中，吊耳安装在过渡壳体的角板上。
在一些实施方式中，至少一个界面包括至少一个扩散板。
在一些实施方式中，至少一个扩散板由陶瓷构成。
在一些实施方式中，至少一个界面包括多个陶瓷扩散板，并且其中，设备的板、框架以及垫圈根据陶瓷扩散板配置。
在一些实施方式中，多个陶瓷扩散板包括四个陶瓷扩散板。
在一些实施方式中，入口或出口与用于将絮凝剂混入稠细粒尾矿的混合器流体连通。
在一些实施方式中，入口与混合器流体连通。
在一些实施方式中，气体注射器被配置成与用于将絮凝剂混入稠细粒尾矿的混合器足够接近，以使气体和絮凝剂同时注入稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，絮凝剂包括高分子量阴离子聚合絮凝剂。
在一些实施方式中，过渡壳体有入口与出口之间不同结构的横截面。
在一些实施方式中，气体注射器围绕稠细粒尾矿流外围安装，以便在其中引入气体。
在一些实施方式中，入口经由圆柱入口管接收稠细粒尾矿，并且出口经由圆柱出口管排出气体处理的稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，气体注射器是环形并且与圆柱入口管以及圆柱出口管基本上同轴安装，以便沿多个径向轨迹将气体引入稠细粒尾矿流。
在一些实施方式中，气体注射器包括圆形法兰。在一些实施方式中，圆形法兰包括限定圆形通道的轮辋，圆形通道有允许稠细粒尾矿流穿过的内径。在一些实施方式中，圆形法兰进一步包括：周向地配置在轮辋内用于接收气体以引入稠细粒尾矿中的分配腔室；以及周向地围绕轮辋定位并与分配腔室流体连通用于接收气体并将气体引入稠细粒尾矿流中的孔。在一些实施方式中，孔被配置为向内并围绕轮辋布置在有规则间隔的位置，以便朝稠细粒尾矿流的中心注入气体。在一些实施方式中，每个间隔位置包括至少两个被定位的孔，以便朝向彼此向内呈锥形，其作为从分配腔室朝稠细粒尾矿流延伸的至少两个孔。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，气体注射器包括尺寸小于大约1.5毫米的气体注射孔。在一些实施方式中，气体注射孔的尺寸介于大约1毫米与大约1.5毫米之间。
在一些实施方式中，提供的一种用于絮凝稠细粒尾矿减少絮凝剂剂量的方法包括将有效量的气体注入稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿絮凝之前、之后或期间，执行注入气体。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，气体的注入以及絮凝剂剂量被进一步提供，以便与无气体注入相比，增加从絮凝的稠细粒尾矿中的释放水量。
在一些实施方式中，气体压力介于30psi与90psi之间时，执行气体注入。
在一些实施方式中，提供的一种通过絮凝剂加入稠细粒尾矿增加从所获得的絮凝的稠细粒尾矿中的释放水量的方法，包括：将有效量的气体注入稠细粒尾矿中和/或絮凝的稠细粒尾矿中。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿絮凝之前、之后或者期间，执行注入气体。
在一些实施方式中，稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
在一些实施方式中，气体压力低于大约55psi的阈值时，注入气体。
在一些实施方式中，气体压力介于大约25psi与大约55psi之间时，注入气体。
在一些实施方式中，气体压力介于大约30psi与大约50psi之间时，注入气体。
还应当注意的是，上述各实施例以及特征可以与上述其他的实施例以及特征相结合。
附图说明
图1是注入设备的俯视透视图。
图2是图1中示出的注入设备的分解图。
图3是图2中示出的某些组件的分解图。
图4是支撑板的平面图。
图5是斜坡的平面图。
图6是底板的平面图。
图7是界面板的平面图。
图8是界面垫圈的平面图。
图9是扩散框架的俯视透视图。
图10是图9中示出的扩散框架的俯视图。
图11是图10中示出的扩撒框架的侧视图。
图12是图9中示出的扩散框架的一部分的局部放大透视图。
图13是沿图10的XIII-XIII线的剖面图。
图14是多孔陶瓷扩散板的俯视透视图。
图15是图14中示出的多孔陶瓷扩散板的俯视图。
图16是图15中示出的多孔陶瓷扩撒板的侧视图。
图17是设有从第二腔室中分隔第一腔室的扩撒板的扩撒框架的剖面图。
图18是扩散盖的俯视透视图。
图19是图18中示出的扩散盖的俯视图。
图20是面板或端板的平面图。
图21是角板的平面图。
图22是侧面管口板的透视图。
图23是图22中示出的侧面管口板的俯视图。
图24是侧板的平面图。
图25是顶板的平面图。
图26是图25中示出的顶板的一部分的局部剖面图。
图27是管口板垫圈的平面图。
图28是设有管口的侧面管口盖的透视图。
图29是图28中示出的设有管口的侧面管口盖的俯视图。
图30是壳体垫圈的平面图。
图31是壳体盖的平面图。
图32是吊耳的透视图。
图33是图32中示出的吊耳的主视图。
图34是图32中示出的吊耳的侧视图。
图35是图32中示出的吊耳的上部分的平面图。
图36是与注入设备一起使用的管与法兰的组合的透视图。
图37是图36中示出的管与法兰的组合的侧视图。
图38是图36中示出的管与法兰的组合的主视图。
图39是表示从涉及气体注入设备以及聚合物剂量的实验中获得的结果的图线。
图40是表示从图39的实验中获得的不同结果的另一图线。
图41也是表示从图39的实验中获得的不同结果的另一图线。
图42也是表示从图39的实验中获得的不同结果的另一图线。
图43是表示从各实验中获得的组合的结果的图线。
图44是另一气体注入设备的侧视图。
图45是图44的注入设备沿XLIV-XLIV线的横截面图。
图46是流程图。
图47是示出聚合物以及空气注入点的管道布局示意图。
具体实施方式
对于使用诸如絮凝剂等化学添加剂以及气体注入使稠细粒尾矿脱水的各种技术被描述。此技术用于稠细粒尾矿并且也可以用于包括粉末固体颗粒的其他水悬浮物质，目的是在存储并在干燥站干燥之前促进脱水，用于随后移除、使用或简单的保留脱水的物质在原位。
“稠细粒尾矿”是从诸如矿物抽取等采矿操作中获得的悬浮物并且主要包括水和粉末。粉末是有至多约44微米的各种尺寸的微小固体颗粒。稠细粒尾矿有足够高粉末部分的固体含量，使得粉末倾向于保留在水中的悬浮物内，并且材料有缓慢的整合率。稠细粒尾矿有足够高的粉末含量，使得粉末絮凝并且所絮凝的物质的状态能够实现两相材料，其中，水能够流过并且远离絮凝物。例如，稠细粒尾矿可以有介于10wt％与45wt％之间的固体含量，并且在总固体的基础上粉末含量至少为50wt％，给予物质相对低的砂或粗固体含量。例如，稠细粒尾矿可以从尾矿池中获得，并且可以包括通常称为“熟化的细尾矿”(MFT)的物质。
“MFT”是在尾矿池中通常形成为层的尾矿流并且含有水和显示相对慢的沉降速度的高含量粉末固体。例如，当全尾矿(其包括粗固体材料、粉末固体以及水)或者薄细尾矿(其包括相对低含量的粉末固体以及高含量的水)提供至尾矿池时，随时间的推移，尾矿通过重力分离为不同的层。底层主要是诸如砂的粗材料，并且顶层主要是水。中间层相对耗尽砂，但是在水相中仍然有大量的悬浮的粉末固体。此中间层通常称为MFT。MFT能够从不同类型的尾矿中形成，尾矿从不同类型的矿石的加工中获得。然而，从抽提操作形式所提供的全尾矿中获得时，形成MFT通常花费大量的时间(例如，在尾矿池中，在重力沉降状况下，介于1年到3年之间)，应当注意的是，依据组合物以及尾矿的后提取处理，MFT以及MFT类材料可以更加快速的形成，将处理的尾矿提供至尾矿池之前，其包括增稠或可移除一定量的粗固体和/或水的其他的分离步骤。
根据一些实施方式，气体的注入能够减少用于絮凝稠细粒尾矿以脱水的絮凝剂剂量。“减少絮凝剂剂量”意味着在相似的操作状况下，与没有执行气体注入时相比，减少絮凝剂的剂量。在通过注入气体减少剂量的情况下，絮凝剂剂量可被考虑在粘土或者固体的基础上。此外，气体的注入能够从通过向稠细粒尾矿中加入絮凝剂而获得的絮凝的稠细粒尾矿中增加释放水量。“增加释放水量”意味着在相似的操作状况下，与没有执行气体注入时相比，增加所释放的水的量。
在下文的描述中，相似的元件使用相同的附图标记。在附图中示出的实施方式、几何构造、所提到的材料和/或几何尺寸是示例性实施例，仅用于描述的目的。
此外，尽管在附图中示出的一些实施方式包括各种组件，并且尽管在文献中说明以及示出的系统、注入设备以及技术的某些实施方式包括几何构造，但不是所有的这些组件以及几何构造是必须的，并且因此不应当被视为其限制意义，即，不应当被视为限制权利要求的范围。应当理解的是，其他适合的组件及其两者之间的配合，以及其他的适合的几何构造可以用于此系统、注入设备以及技术，以及在此描述的相应的部件，以及在此处简单说明的相应的改装装置或设置，和/或所得管道或配件或者能够从文献中容易的作出推论。
下文是用于在附图中示出的某些相应的组件的附图标记的清单：
1. 注入设备
3/3a. 气体/空气(的气泡)
5. 流体流
7. 入口
9. 出口
11. 过渡壳体
11a. 第一腔室
11b. 第二腔室
13. 界面
14. 主体部分
15. 顶板
17. 底板
19. (第一)侧板
21. (第二)侧板(即，侧面管口板)
23. 管口
25. 侧面管口盖
27. (侧板21的)开口
29. 管口板垫圈
31. 界面板
33. 扩散框架
35. 扩散盖
37. 界面垫圈
39. 壳体盖
41. 壳体垫圈
43. 面板
45. (第一)前角板
47. (第二)前角板
49. 前顶斜坡
51. 前支撑板
53. 端板
55. (第一)后角板
57. (第二)后角板
59. 后顶斜坡
61. 后支撑板
63. 吊耳
65. 扩散板(诸如，凸起陶瓷扩散板)
67. 通道开口(诸如，顶板15的通道开口)
69. 管道与法兰的连接件
71. 法兰
73. 轮辋
73d. 内径(诸如，轮辋73的内径)
75. 圆形通道
77. 分配腔室
77d. 分配直径(诸如，分配腔室77的分配直径)
79. 孔
81. 聚合物剂量
83. 剂量机制
描述于此的包括气体注入的脱水技术可以用于处理稠细粒尾矿的整个操作。在一些实施方式中，稠细粒尾矿从油砂开采作业中获得并且是存储于尾矿池中的油砂熟化细尾矿(MFT)。为了说明的目的，下文描述的技术可以参考稠细粒尾矿的本示例类型来描述，即，MFT，然而，应该理解的是，所描述的技术能够用于从并非油砂开采作业的资源中获得的稠细粒尾矿。
气体注入的上游，此工艺可以包括从尾矿池中获得稠细粒尾矿；通过筛选和/或其他处理方法预处理稠细粒尾矿。气体注入的下游，此工艺可涉及在干燥站释放处理的尾矿并且允许水流走。所释放的材料可允许经由排水、蒸发或其他机制的干燥并且允许形成能够利用、再定位、收集或者所需的处置。
在干燥所释放的材料的一个实施方式中，使用气体注入的脱水技术产生包含絮凝物的所处理的尾矿以及所释放的水(即，脱水技术的应用中从尾矿中所释放的水)的两相混合物。所处理的尾矿经由管道被释放至干燥站，在此处水从絮凝物中流走并且能够被收集。干燥站可以是“沙滩”或其他的平面位置，并且能够是倾斜的或者斜坡，进一步便于水从絮凝物中分离。之后，絮凝物能够通过诸如蒸发等工艺来干燥，一旦充分干燥，然后进行收集或处理。
描述于此的技术涉及气体注入稠细粒尾矿的絮凝工艺。更具体的，该技术可以包括用诸如絮凝剂的化学试剂处理稠细粒尾矿以产生所处理的尾矿，在化学试剂添加之前、期间或者之后注入气体，以便产生气体注入所处理的细尾矿并且允许气体注入所处理的细尾矿脱水。
稠细粒尾矿脱水的实施方式
在一些实施方式中，提供一种用于稠细粒尾矿脱水的工艺以及系统。
工艺可以包括下列步骤：从尾矿池中获得稠细粒尾矿；通过配置成允许预定尺寸的材料穿过以流通并分离粗残渣的筛子有选择性的筛选稠细粒尾矿；将气体注入所筛选的稠细粒尾矿流中以产生气体处理的尾矿流；将诸如絮凝剂等化学试剂混入气体处理的尾矿流中以产生混合物；放混合物至干燥站中；并且允许水从所释放的混合物中分离。所释放的混合物是包括絮凝物和水的两相混合物。在释放于干燥站中脱水的材料的上下文中，提到使用于此的“脱水”均参考允许水自由的从絮凝物中流出。
获得稠细粒尾矿的步骤可以包括疏浚。工艺可进一步包括调整或控制稠细粒尾矿的流速。之后，一种流体输送组件可用于提供稠细粒尾矿流体流。还应当理解的是，稠细粒尾矿可以从并非尾矿池的资源中提供，前提是稠细粒尾矿足够的熟化。例如，稠细粒尾矿可以直接来自提取设备或者其他的尾矿资源。
筛选步骤可以包括从筛选设备的上游部分朝向下游部分提供稠细粒尾矿。稠细粒尾矿流体流可被提供在与筛选设备的表面大致平行的方向。筛选设备可以在下游部分的方向上向下倾斜。工艺可以包括从筛选设备的下游边缘拒绝粗残渣。此工艺包括通过排除线从收集器本体的底部排除所筛选的流体流。此工艺还包括通过溢出线从收集器本体的顶部释放所筛选的流体部分。此工艺还包括将筛选设备放置于靠近尾矿池的周边。
气体注入步骤包括将空气或者其他的气体注入稠细粒尾矿中，其可以经历或者不经历筛选或者其他的预处理。气体注入可通过使用气体注入设备进行以产生气体处理的稠细粒尾矿。稠细粒尾矿的气体处理可被执行以通过增强诸如聚合絮凝剂等絮凝剂的分散促使稠细粒尾矿的絮凝。气体可以在絮凝剂加入稠细粒尾矿的点或其附近注入。图47示出此配置的一种可能的实施例。在此示例性配置中，注入聚合絮凝剂之后，气体经由阀注入。气体注入可以在添加絮凝剂之前、絮凝剂添加时以及絮凝剂添加后。工艺可以包括以一定量并且有气泡的注入气体足以增加从所释放的材料中分离的水。此工艺还包括以一定量并且有气泡的注入气体足以减小用于获得释放以及脱水的混合物所添加的絮凝剂的剂量。注入气体的步骤还可以包括在给定的压力范围内注入空气，诸如，空气的压力介于10psi与100psi之间，或者进一步有选择性的，介于30psi与90psi之间。
如上文所述，在一些实施例中，可选择空气作为用于注入的气体。然而应当注意的是，也可以使用各种气体或者气体的混合。例如，可选择与稠细粒尾矿基本上没反应的气体或者其与稠细粒尾矿的一定的成分显示某种程度的反应。在一些实施例中，气体可包括或者是诸如CO2等酸性气体或者一个基本的气体，并且此反应气体可与稠细粒尾矿的一定的成分有凝结效果。对于引起一定凝结水平的气体，此气体可在一定位置并且以一定注入速度注入，以便凝结不显著的阻碍混合或者絮凝。絮凝剂注入之前或者絮凝剂注入之后，在一定的点，反应气体可用于预处理稠细粒尾矿。
混合步骤可以包括使用混合器将絮凝剂混入稠细粒尾矿以产生混合物。在一些实施例中，混入稠细粒尾矿以形成絮凝剂以及气体处理尾矿的聚合絮凝剂的剂量是变化的。例如，此剂量在总固体的基础上可介于600ppm与2200ppm之间，或者在总固体的基础上介于1000ppm与1800ppm之间。还应当注意的是，絮凝剂剂量可在粘土的基础上进行。粘土基础的剂量可能是优选地，尤其是对于具有可变的粘土和/或可变的总固体含量的MFT。絮凝剂剂量还可以被诸如剪切稀化等一定的预处理影响，其能够显著的减少需要的絮凝剂剂量。在一些实施例中，例如，在粘土的基础上，絮凝剂剂量可介于500ppm与大约1500ppm之间。更多的关于聚合絮凝剂的剂量将在下文进一步描述。
释放步骤可以包括提供用于接收混合物并且用于允许混合物脱水以产生干燥的材料的工作站。
参考图46，示出了稠细粒尾矿脱水操作的示例流程图，这可以是诸如尾矿池的尾矿源(100)，稠细粒尾矿(102)从尾矿源中获得并且通过管道传输。这可以是诸如预筛选设施等预处理设施(104)以产生预处理的稠细粒尾矿(106)，其再次由管道传输至下一个操作单元。之后，稠细粒尾矿(106)可经历絮凝剂添加以及混合步骤(108)，其中，絮凝剂(110)被添加并且混入稠细粒尾矿(106)。在添加絮凝剂(110)的点，稠细粒尾矿管道中的压力介于5psi与大约30psi之间，不过取决于管道长度的其他范围是可能的，稠细粒尾矿在管道中以一定速度传输，并且在线路中的任何堵塞，仅举几个因素为例。絮凝剂可以以水溶液的形式加入。絮凝剂的添加以及混合步骤可以按线路进行。絮凝剂添加以及混合之前、期间和/或之后，气体(112)可以注入稠细粒尾矿中，以产生絮凝剂以及气体处理的尾矿混合物(114)。之后，处理的尾矿混合物(114)受到调节步骤(116)，其是管道调节以开发絮凝物并促使水从混合物中释放。之后，调节的混合物(118)可被提供至脱水步骤(120)，其通过将混合物释放在干燥区域来进行。
现在参考图1，方法可包括提供稠细粒尾矿的流体流(5)，诸如，油砂熟化细尾矿(MFT)。如下文描述的气体注入器(11,1a)也可设置在流体流(5)进入的入口(7)与流体流(5)排出的出口(9)之间。气体注入器(11,1a)将气体(3)注入流体流(5)中以便促使水从稠细粒尾矿中释放。注入的气体(3)可以是空气(3a)，并且可以注入两者之中任一个在将化学试剂(即，絮凝剂)加入流体流(5)中之前、期间或者刚刚过后，以促使水释放或者释放之前减少化学试剂的剂量。
在一些实施例中，此方法可以包括释放前，将细小的气泡(3)加入稠细粒尾矿的流体流(5)中，以促使水从稠细粒尾矿中释放，其包括以下步骤：a)提供稠细粒尾矿的流体流(5)以被处理(例如，经由管道运送稠细粒尾矿)；b)按线路连接过渡壳体与流体流(5)，此过渡壳体(11)有用于接收流体流(5)的入口(7)以及用于释放流体流(5)的出口(9)；以及c)在过渡壳体(11)内提供至少一个界面(13)以便在第一腔室(11a)或者在从出口(9)排出之前允许进入入口(7)的流体流(5)游历的通道与第二腔室(11b)或者气体(3)在其中加压或者压缩的通道之间隔开过渡壳体(11)，至少一个界面(13)被配置成允许将细小气泡(3)从第二腔室(11b)或者通道中引入第一腔室(11a)或者通道的流体流(5)中，以促使从过渡壳体(11)中排出的稠细粒尾矿的水释放。
在另一实施例中，提供了一种用于稠细粒尾矿脱水的方法。此方法包括将稠细粒尾矿与诸如聚合絮凝剂等化学试剂接触以产生絮凝的尾矿。之后，气体可注入絮凝的尾矿中以产生气体处理的絮凝的尾矿。之后，气体处理的絮凝的尾矿可被放入干燥站，以便产生所释放的材料。之后，所释放的材料可以允许有水从所释放的材料中分离。稠细粒尾矿由化学絮凝剂絮凝之前，由化学絮凝剂絮凝时，或者在由化学絮凝剂刚刚絮凝之后，可以将气体注入稠细粒尾矿中。气体的注入可以按线路(意味着沿与稠细粒尾矿相同的流动方向)诸如如下文描述的以共环形气体注射器来执行。在另一实施例中，气体的注入可以如下文描述的以矩形空气注射器来执行。任一空气注射器能够经由多个入口以及以不同的角度注入气体。气体可注入靠近或接近于化学絮凝剂的接触。
关于如下文描述的实验，对于给定的脱水值，上文所描述的方法可能导致所需的聚合絮凝剂的剂量更低。
空气注入设备
空气注入设备可以用于稠细粒尾矿的脱水。在图1中示出了空气注入设备的一个实施例。在一些实施例中，稠细粒尾矿是油砂熟化细尾矿(MFT)，并且用于说明的目的，空气注入设备在下面的MFT的上下文中被描述，不过应当注意的是，此设备可以用在稠细粒尾矿不是MFT的其他的实施例中。
此设备(1)包括用于接收MFT(5)的入口(7)以及在被此设备(1)处理后(例如，气体处理的MFT)用于释放MFT的出口(9)。此设备还包括置于入口(7)与出口(9)之间的气体注射器(如在图1至图38中示出的11以及在图44以及图45中示出的1a)，气体注射器(11,1a)将气体引入MFT(5)中，从而产生气体处理的MFT(5)并且经由同样的絮凝促进气体处理的MFT(5)中的释放水量。
现在将描述气体注射器(11,1a)的不同的实施例。例如，气体注射器可以包括一个或者多个扩散板，一个或者多个管喷淋设备，和/或一个或者多个共圆环注射器。
箱式气体注射器(11)
在一些实施例中并且参考图1，注入设备被提供用于实施上文简要描述的按线路注入气体或空气的方法。实际上，如在图1至图3中更好的示出，可以提供一种注入设备用于释放前将细小气泡(3)注入MFT的流体流(5)中，其发生在所述尾矿被絮凝之前、期间或者之后中的任一个。注入设备(1)包括入口(7)、出口(9)以及气体注射器(11)，在此被称为过渡壳体(11)。入口(7)被用于接收流体流(5)，并且相反的，出口(9)被用于释放流体流(5)。如注入设备(1)可与运送MFT的流体流(5)的管道一起使用，注入设备(1)的入口(7)以及出口(9)可以配置为通过诸如法兰连接件等适合的组件与管道适当的连接。
现在转向如图1至图3中所示的注入设备(1)，过渡壳体(11)置于入口(7)与出口(9)之间，并且其包括分隔过渡壳体(11)的至少一个界面(13)，其介于第一腔室(11a)或者在从出口(9)排出之前允许进入入口(7)的流体流(5)游历的通道与第二腔室(11b)或者气体(3)在其中加压或者压缩的通道之间。至少一个界面(13)被配置成允许将细小气泡(3)从第二腔室(11b)或者通道中引入第一腔室(11a)或者通道的流体流(5)中，以有助于MFT的释放水从注入设备(1)中排出。在一些实施例中，被引入MFT的流体流(5)的气体是压缩空气(3a)，并且过渡壳体(11)有介于入口(7)与出口(9)之间的不同配置的横截面。在一实施例中，过渡壳体(11)横截面可以是矩形。在过渡壳体(11)的横截面中的这些变化即倾向于促使材料更好地混合，并且允许用于更好地将细小的气泡(3a)注入流体流(5)中，如在下文中将更详细的说明。
在一些实施例中，如图1至图3所示，过渡壳体(11)可包括有基本上圆形横截面的入口(7)以及有基本上矩形横截面的主体部分(14)。相似地，过渡壳体(11)可包括有基本上圆形横截面的出口(9)。由本注入设备(1)提供的不同优点中，经历从通常由运送MFT的流体流(5)去处理的相应的管道提供的较小的横截面(例如，圆形)，到较大或更大的横截面(例如，矩形)，允许减缓流体流(5)以待处理，从而允许所述的流体流(5)花费更多的时间与从流体层(即，第一腔室(11a)或者通道)分隔气体层(即，第二腔室(11b)或者通道)的至少一个界面配合，以便允许更好以及更有效的将空气的细小气空泡(3a)注入游历上述至少一个界面(13)的流体流(5)中，由于将所述空气的细小空气泡(3a)引入流体流(5)中，使得进一步促进或加强从MFT中释放的水。
为了避免气泡合并并且“涌出”，它们的尺寸可被设置为不太“大”。为了在流体流(5)中有细小气泡(3)，注入设备(1)可以配置成允许适合尺寸的空气泡(3a)注入流体流(5)中。
如附图所示，过渡壳体(11)可以包括顶板和底板(15,17)，以及一对对置的侧板(19,21)，以便提供具有至少一个基本上为放大的矩形横截面的过渡壳体(11)，用于上文简要说明的原因(减缓流体流(5)，能够使流体流(5)花费更多的时间与至少一个界面(13)配合，以便接受来自其的相应的细小的气泡(3)以促进脱水，等等)。
如图1至图3中更好地示出，过渡壳体(11)可以包括侧面管口板(21)，设置用于从加压空气(3a)源接收空气(3a)的管口(23)。管口(23)设置在可拆卸的安装至相应的侧面管口板(21)的开口(27)上的侧面管口盖(25)上。如图2中更好的示出，注入设备还可以包括可拆卸安装在侧面管口板(21)的开口(27)的轮辋与侧面管口盖(25)之间以提供两者之间的密封的管口板垫圈(29)。例如可以使用引入诸如空气(3a)等合适气体(3)的其他合适的方式，或者任何其他适合的气体或流体以便以细小气泡的形式注入上流体层，用于促使MFT的流体流(5)的脱水。事实上，由至少一个界面(13)分隔的每个腔室(11a，11b)或者通道可被使用，并且每个腔室(11a，11b)或者通道配置成接收相应的流体，并且至少一个界面(13)被进一步配置成允许仅一种流体的通道从第一腔室(11b)到另一个(11a)，以便允许穿过至少一个界面(13)的此作用流体的引入会引起在腔室(11a)的流体流中以进行处理的相应的希望的效果。因此，第二腔室(11b)不限制于气体(3)的存在，并且取决于本注入设备(1)倾向用于的具体应用以及所希望的最后结果的另一合适类型的“流体”可被使用。
图1至图3，并且更具体的为图2以及图3，其示出可以与注入设备(1)一起使用的不同的组件。实际上，示出了过渡壳体是怎样包括配置成接收至少一个界面(13)的界面板(31)。一种可能的界面板(31)的示例在图7中示出。界面板(31)可以由一对第一和第二支撑板(51,61)支撑，如在图2以及图3中更好的示出。其他适合的配置以及组件的类型能够用于延伸在过渡壳体(11)内的至少一个界面(13)，以便提供第一腔室(11a)与第二腔室(11b)之间的相应的边界，以便允许诸如气体(3)或者简单的压缩空气(3a)等流体的通道从一个腔室(11b)至另一个。
注入设备还可以包括可拆卸的安装至过渡壳体(11)的界面板(31)上用于接收至少一个界面的扩散框架(33)。图9至图13示出如何制造扩散框架的一种可能的方式。提供的扩散框架(33)用于被使用的每个界面(13)，如图2所示，扩散框架(33)可以简单的包括一个单一的板，其设置用于接收相应数量界面的合适数量的相应的凹部，以与注入设备(1)一起使用。在图2中，扩散框架(33)可以包括四个相应的凹部用于接收四个相应的界面(13)，其可能以多孔陶瓷扩散板(65)的形式出现，如将在下文中更加详细的解释。
因此，注入设备(11)还可以包括可拆卸安装至扩散框架(33)用于将至少一个界面(13)固定在所述扩散框架(33)上的相应的扩散盖(35)。在图18至图19中示出一种可能的扩散盖的示例。
相似地，为了提供界面板(31)与扩散框架(33)之间的密封，注入设备(1)还可以包括可拆卸安装在界面板(31)与扩散框架(33)之间的界面垫圈(37)。在图8中示出了一种可能的界面垫圈(37)的示例。实际上，给定的至少一个界面(13)是在过渡壳体(11)内从空气层(即，第二腔室(11b))分离流体层(例如，第一腔室(11a))的边界，界面垫圈(37)可以提供在为了接收至少一个界面(13)的界面板(31)与通过诸如焊接、螺栓连接或类似的适合的贴附以确保同样的抵靠界面板13的扩散框架(33)之间的合适的密封。在一些实施例中，相互配合的组件，例如，与扩散框架(33)配合的扩散板(65)，可以进一步设置合适的密封装置，以确保第一腔室与第二腔室(11a，11b)之间适当的密封和边界。如附图中所示，本注入设备(1)的一些组件可拆卸的连接至另一个，以允许一定的组件移除用于简单的检查、维护和/或更换。
如图2以及图3中更好的示出，过渡壳体(11)还可以包括通道开口(67)，并且相应的，注入设备(1)可以包括可拆卸的安装在过渡壳体(11)上用于覆盖所述的通道开口(67)的壳体盖(39)。在图31中示出了一种可能的壳体盖(39)的示例，并且此类壳体盖(39)的存在可拆卸的安装至过渡壳体(11)的顶板(15)上，例如，通过经由设置在过渡壳体(11)的顶板(15)上的通道开口(67)进入过渡壳体(11)的内部，进一步增强本注入设备(1)可以允许部件简单的检查、维护和/或更换的事实。
相应地，注入设备(1)还可以包括可拆卸安装于过渡壳体(11)的通道开口的轮辋与壳体盖(39)之间以提供密封的壳体垫圈(41)，如图2所示。在图30中示出了一种可能的壳体垫圈(41)的示例。如前所述，本注入设备(1)可以设置合适的密封装置以确保正确操作，并且以便预防从一个腔室(11a，11b)到另一个流体流(5)的泄漏。
由于本注入设备(1)可容易的按线路与运送MFT的流体流(5)去处理的相应的管道连接，过渡壳体(11)还可以包括大约位于入口(7)处的面板(43)，以及进一步有大约位于出口(9)处的端板(53)，如图1和图2所示。过渡壳体(11)的入口(7)以及出口(9)可以设置用于允许与管道适当连接的相应的组件，并且注入设备(1)的入口(7)以及出口(9)可各自设置相应的管道与法兰的连接件(69)。
现在参照过渡壳体(11)的一实施例的具体结构，并且如图1至图3更好的示出，过渡壳体可以包括一对前角板(45,47)，每个前角板(45,47)在面板(43)与相应的侧板(19,21)之间延伸，并且包括一对后角板(55,57)，每个后角板(55,57)在端板(53)与相应的侧板(19,21)之间延伸。此类角板(45,47,55,57)的存在允许入口(7)与主体部分(14)之间以及所述主体部分(14)与出口(9)之间的流体流的适当以及稳步的过渡，相似于由斜坡(49,59)所提供的效果，如下文更加详细的说明。
过渡壳体(11)还可以包括在第二腔室(11b)内延伸的前支撑板以及后支撑板(51,61)，如前所述其用于支撑至少一个界面(13)，并且更加具体的，用于支撑界面板(31)。
在另一实施例中，过渡壳体(11)包括从入口(7)的底部延伸至前支撑板(51)的上部的前顶斜坡(49)，以及从第二支撑板(61)的上部延伸至出口(9)的底部的后顶斜坡(59)。此类相应的斜坡(49,59)的存在允许用于从入口(7)到主体部分(14)的流体流(5)的过渡更加稳步，以避免在流体流(5)中的任何突然的变化，因此，允许空气(3a)的小气泡注入流体流中用于MFT的脱水。相似地，后斜坡(59)可以允许用于自主体部分(14)从注入设备(1)的出口(9)流出的流体流(5)更加稳步的过渡变化，用于释放前连续的进入管道并且随后MFT的脱水。
在一些实施例中，并且如图1所示，通过吊耳(63)，壳体盖(39)可以靠着过渡壳体(11)的顶板(15)可拆卸的固定，并且吊耳(63)能够安装在过渡壳体(11)的角板(45,47,55,57)上。在图32至图35中示出一种可能的吊耳(63)的示例。通过任何其他适合的装置，壳体盖(39)可以靠着过渡壳体(11)的相应的部分可拆卸的固定，以便能够移除并且选择性的进入注入设备(1)的内部组件用于组件的简单的检查、维护和/或更换。
在其他实施例中，至少一个界面(13)包括至少一个扩散板(65)。更加具体的，至少一个界面(13)可以包括多个陶瓷扩散板(65)，并且例如根据图2，其可以更具体的包括4个陶瓷扩散板(65)。结果，本注入设备(1)的板，框架以及垫圈根据所述的陶瓷扩散板(65)配置，以确保注入设备(1)的正确操作，以及不同层之间适当的密封。
如前所述，陶瓷扩散板(65)可以是配置为允许诸如空气(3a)的气体(3)穿过的多孔陶瓷扩散板(65)，而针对在至少一个界面(13)的上方行进的流体流(5)的通道作为一个适当的边界。扩散板的孔的尺寸可以结合气体的压力以及流体流的压力，以使气泡进入流体流并且流体不通过扩散板渗入或泄露。本注入设备(1)的配置允许陶瓷扩散板(65)简单的更换以及互换，这是由于本注入设备(1)的可拆卸方面，并且因此，用于一些应用的特定的扩散板(65)可以使用，而有其他特性的其他类型的扩散板(65)可以用于其他的应用或者其他类型的流体流(5)以与本注入设备(1)一起处理。
能够提供在较低空气层(即，第二腔室(11b)或通道)上面行进的流体层(即，第一腔室(11a)或通道)之间的边界的至少一个界面(13)可以以其他的形状以及形式出现，这取决于本注入设备(1)计划的具体的应用，以及希望的最终结果。此外，至少一个界面(13)可以被构造以便可调节的校准以及修改引入流体流(5)中的空气(3a)的气泡的尺寸，无论是直接的通过启动至少一个界面(13)的相应的组件，还是远程的通过发送适当的控制信号。然而，注入设备(1)还可以非常简单的组装，以便能够以非常成本有效的方式制造，并且以确保注入设备(1)能够有小的或者几乎没有维修的操作。
在其他的实施例中，注入设备(1)可以是套筒式的空气注射器，其可以包括延伸至MFT流中的多孔管喷淋器。一个或多个多孔管喷淋器可以设置成延伸至MFT流中并且孔可以被构造并且确定大小以提供气泡至MFT中。多孔管喷淋设备可以从MFT管道的一个内壁延伸到接近对置的内壁，以便相对于MFT的流动方向基本上正常或者其可以有其他的配置和方向。
共环形气体注射器(1a)
在其他实施例中，注入设备(1)可以以周边的方式经由在图44和图45中示出的空气注射器(1a)将诸如空气(3a)的细小的气泡(3)注入流体流(5)中。在此实施例中，临添加化学絮凝剂之前、添加化学絮凝剂期间或者刚刚添加化学絮凝剂之后中的任一个，注入设备(1)可以有置于入口(7)与出口(9)之间的气体注射器(1a)，其能够将空气(3a)注入流体流(5)中。气体注射器(1a)可以“按线路”配置，以便在多个点将气体(例如，空气)注入流体流(5)中。流动方向(5a)由从入口(7)到出口(9)的流体流(5)限定，并且其可以经由多个部分组成的圆柱形管或管道输送。管的这些部分能够包括入口管以及出口管。气体注射器(1a)能够安装关于此类流体流(5)和/或管部分，例如，如果管是圆形，气体注射器与入口管以及出口管同轴安装，并且空气(3a)沿着多个径向方向注入流体流(5)中。
在一些实施例中，空气注射器(1a)包括至少一个圆形法兰(71)。至少一个法兰(71)可以是两个法兰(71)，每个法兰(71)关于管道的分离部分安装并且彼此邻接。法兰(71)可以配置成连接管道的两部分，以便将空气(3a)注入由所述部分运送的流体流(5)中。法兰(71)可以是允许用于穿过其的流体流(5)的通道的圆柱或者圆环设备，并且其允许用于气体(3)和/或空气(3a)径向的注入流体流(5)中。
在一些实施例中，法兰(71)包括轮辋(73)以及由其限定的圆形通道(75)。轮辋(73)可以有限定流体流(5)穿过的横截面板的周长的内部或内径(73d)。内径(73d)可以是大约12，但也可以是根据脱水管组件的设计的各种其他的直径，例如，2英寸到24英寸。轮辋(73)允许以径向的方式注入空气(3a)，这意味着空气(3a)沿着由轮辋(73)的半径限定的多个方向注入流体流(5)中。轮辋(73)围绕着通道(75)，其能够是流体流(5)能够穿过的任何空间、空隙、孔等。
在一些实施例中，轮辋(73)设有以分配直径(77d)周向的置于轮辋(73)内的分配腔室(77)。分配腔室(77)从空气供给在一定压力情况下接受空气(3a)，并且发送空气(3a)至流体流(5)中，其可能在一定压力下进行。分配直径(77d)可以大于轮辋(73)的内径(73d)。更具体的，分配直径(77d)能够是131/4英寸。多个孔(79)能够关于轮辋(73)或内径(73d)周向的分布，并且在径向方向定位。它们限定导管，以使孔(79)允许用于加压空气(3a)的通道从分配腔室(77)至流体流(5)。孔(79)能够沿着内径(73d)定位在间隔的角度，并且从内径(73d)到分配腔室(77)径向向内延伸至轮辋(73)，从而，连接分配腔室(77)至圆形通道(75)。孔(79)能够定位在60度的间隔角度处，导致在轮辋(73)中有大概6个孔(79)。
孔可以确定尺寸以提供希望的尺寸以及气泡的流动速度。在一些实施例中，每个孔的直径的尺寸可以在大约1mm与大约1.5mm之间，例如直径大约为1.2mm。
在描述了涉及将细小气泡(例如细小空气泡)注入流体流(5)中的一些组件以及特征，现在将描述促使例如MFT等稠细粒尾矿脱水的附加技术。在文中称为“聚合物剂量”(81)的具体量的化学絮凝剂或聚合物能够加入流体流(5)中以助于其脱水，如下文的示例所示。聚合物剂量(81)能够通过诸如具有聚合物剂量机制(83)的技术被加入至流体流(5)中。聚合物剂量(81)可以加入在空气(3a)注入流体流(5)之前或之后中的任一个，其取决于但不限制于多种要求，例如，场地限制，流体流(5)特点，所希望的脱水量，等。聚合物剂量机制(83)可以是针对注入设备(1)的独立分开组件，或者可以是其的集成，例如，具有过渡壳体(11)。
注入设备(1)以及相应的部件可以由基本上刚性的材料构成，诸如，金属材料(例如，不锈钢)、硬化聚合物、复合材料和/或类似的材料，然而其他的组件可以由适当的延伸性和弹性的材料制成，诸如，聚合物材料(例如，塑料、橡胶，等)和/或类似的，其取决于操作状况以及在注入设备(1)中使用的脱水系统的设计。
此外，本空气注入设备(1)相对简单且易于使用，并且简单且易于制造和/或组装，并且提供用于处理稠细粒尾矿的成本效益方式，即，以促使和/或助于稠细粒尾矿的排水。
注入设备(1)提供用于一种方式以将诸如压缩空气(3a)的空气(3)以细小空气(3a)泡的形式注入稠细粒尾矿的按线路的流体流(5)中，用于增强脱水的目的。其中，能够运行的最简单的方式是将给定的入口(7)引入稠细粒尾矿的流体流(5)中，以便将空气(3a)吹入流体流(5)中。然而，此类基本的技术被认为引起在流体中的大团的空气(3a)，这就是为什么设计具有相应组件以及特征的注入设备(1)，以便确保改善沿至少一个界面(13)运行的流体流(5)与通过至少一个界面(13)被引入流体流(5)的细小空气(3a)泡之间的配合。
气体注射器(11)可以是设计为准许或引入细小的空气(3a)泡至稠细粒尾矿流的空气注射箱。在一实施例中，稠细粒尾矿流的横截面从圆形变为矩形配置，如其穿过箱体，并且在此期间，其穿过将空气泡推入流的4个1×1×1的陶瓷板(这些通过适当的供应商可轻易的改变)，因为吹入空气有助于排水。在底部的加压空气腔室(11b)以及在顶部的流体流腔室(11a)能够由密封的陶瓷板分隔，并且为了方便起见，合格的标准法兰被使用，以便设备(1)确实能够置于某位置，螺栓连接至，并且与空气压缩机一起运转。由于邻近释放点(大气压)，箱体中的压力非常低。
设备的一些实施例可以按线路与运送稠细粒尾矿流体流(5)的相应管道连接以处理和脱水。此外，本注入设备(1)的结构能够用于相应的组件以被检查、维护和/或更换，这是由于能够被连接的可拆卸方式，以及能够进入注入设备(1)的相应的内部组件的相应通道开口(27,67)。此外，如前所述，宽的以及长的过渡壳体(11)的存在，不仅允许穿过注入设备(1)的入口(7)从管道提供的稠细粒尾矿的流体流(5)减速，而且允许此类流体流(5)花费更多的时间与至少一个界面(13)配合，以使合适的细小气泡(例如，细小空气(3a)泡)能够注入流体流(5)中以促使稠细粒尾矿的脱水。此外，入口(7)与过渡壳体(11)的主体部分(14)之间的以及过渡壳体(11)的主体部分(14)与出口(9)之间的斜坡(49,59)的存在，允许稳步的并且提高在过渡壳体(11)内流体流(5)的配合，用于进一步促使流过注入设备(1)的稠细粒尾矿的脱水的增强。
本注入设备(1)不限于较低的空气腔室(11b)以及上面的流体腔室(11a)的存在，其中，其他合适的结构可以提供用于注入设备(1)，其中至少一个界面(13)会提供适当的边界在用以处理的稠细粒尾矿的给定的流体流(5)与穿过上述的至少一个合适的界面(13)以提供诸如压缩空气(3a)的合适的细小气泡(3)至流体流(5)中的相邻的或临近的气体(3)腔室之间.
示例与实验
进行实验以测量气体更具体的压缩空气注入MFT的按线路流体流的效果，以减少MFT的水含量。具体剂量的聚合絮凝剂加入流体流以进一步协助聚合物添加点的脱水。聚合物添加点可以是聚合物加入MFT的点。此点可以是空气注入流体流之前、期间或者刚刚过后。
在每个实验中，控制的变量是引入流体流中的给定压力(psi)的压缩空气。在以每百万的部分测量的剂量的范围内，聚合物也可以加入流体流中。对于给定空气压力的每个剂量，来自流体流(5)的净水释放(NWR，以％表示)以及所处理的MFT(tMFT)的屈服应力(以Pa表示)被测量。一般来说，并且对于本说明书的目的，“NWR”是稠细粒尾矿的初始固体与一定排水时间后所处理以及排水的稠细粒尾矿的固体之间的水差测量。例如，排水时间可以是24小时，12小时或者20分钟，或者用于领域中排水的另一代表时间的期间。可以计算NWR如下：
NWR＝(水的回收量-絮凝剂中添加水的量)/(初始稠细粒尾矿含水量)
水量通常基于体积测量。在初始稠细粒尾矿中水的体积可以使用玛西实验(Marcy Scale test)确定，并且水的回收量可以通过从干燥实验中获得的所处理的稠细粒尾矿中确定的固体含量来确定。其他试验方法可以被使用，诸如，快速体积方法，此方法从处理的样品中测量释放水的体积并且从处理的数据中确定处理的稠细粒尾矿固体，使获得更常规的数据，例如，以小时为单位。
NWR实验可以使用所处理的稠细粒尾矿样品的及时排水来进行，用于大约20分钟的排水时间。在这一方面，为了最佳的剂量范围以及良好的絮凝，20分钟的放水量大约是12至24小时期间发生的放水量的80％。对于剂量不足或者过量的样品，20分钟内的放水量大约是12至24小时期间发生的放水量的20％至60％。因此，20分钟的NWR实验过后是更长的NWR实验，例如，12小时的排水时间，这可以使用水的体积或固体含量的测量方法。还应该注意的是，本文所描述的实验室以及现场实验采用的是一定体积24小时NWR实验。
使用的与MFT相关的“处理的”应理解为意味着MFT已进行了空气(3a)注入以及聚合物剂量(81)添加，本文称为tMFT。在给定的空气压力用于每个聚合物剂量(81)的所测量的NWR以及tMFT屈服应力与比较值相比较，比较值是当不执行空气注入并且仅添加聚合物剂量(81)时的NWR，聚合物剂量(81)以及tMFT屈服应力。在空气添加时还进行了对MFT絮凝的特性的目视观测。
对于各种聚合物剂量(81)在30psi注入压缩空气(3a)的结果被提供在图39中。当没有空气(3a)注入时，最佳的聚合物剂量(81)大约是1105ppm，其所提供的NWR大约为23％并且tMFT屈服应力大约为120Pa。图39示出30psi的空气(3a)注入，在较低的剂量(81)获得更高的NWR，并且导致更低的tMFT屈服应力。在30psi最佳的剂量(81)大约是991ppm(其比比较值低大约114ppm)，并且其所提供的NWR大约为26％并且tMFT屈服应力大约为53Pa。此外，在空气排入流体流(5)时没有观测到飞溅，也没有观测到任何显著的波动。还是目视观测到的是，当无空气注入时，与所观测的絮凝的MFT相比絮凝的tMFT更弱。
对于各种聚合物剂量(81)在50psi注入压缩空气(3a)的结果被提供在图40中。当没有空气(3a)注入时，最佳的聚合物剂量(81)以及导致的NWR和tMFT屈服应力与图39所描述的相同。图40示出在50psi的空气(3a)注入，在较低的剂量(81)获得更高的NWR，并且导致更低的tMFT屈服应力。在50psi最佳的剂量(81)大约是1016ppm(其比比较值低大约89ppm)，并且其所提供的NWR大约为30％并且tMFT屈服应力大约为48Pa。此外，在排入时没有观测到飞溅，也没有观测到任何显著的波动。当无空气注入时，与所观测的这些相比絮凝的tMFT更弱。所观测的材料在四个排放止口处非常相似。
对于各种聚合物剂量(81)在70psi注入压缩空气(3a)的结果被提供在图41中。当没有空气(3a)注入时，最佳的聚合物剂量(81)以及导致的NWR和tMFT屈服应力与图39所描述的相同。图41示出在70psi的空气(3a)注入，在较低的剂量(81)获得较低的NWR，并且导致更低的tMFT屈服应力。初步结果表明，在70psi，在剂量(81)与比较值可能的差别大约为140ppm。在此剂量水平，在tMFT屈服应力大约为48Pa时获得的最高的NWR大约为18％。还进行了下面的目视观测：tMFT似乎非常大的切变并且具有很小力的“流”。此外，没有观测到飞溅，也没有观测到任何显著的波动。
对于各种聚合物剂量(81)在90psi注入压缩空气(3a)的结果被提供在图42中。当没有空气(3a)注入时，最佳的聚合物剂量(81)以及导致的NWR和tMFT屈服应力与图39所描述的相同。图42示出在90psi的空气(3a)注入，在较低的剂量(81)获得较低的NWR，并且导致更低的tMFT屈服应力。这没有确定最佳剂量(81)，但初步结果表明，在90psi，在剂量(81)与比较值可能的差别大约为138ppm。在此剂量水平，在tMFT屈服应力大约为45Pa时获得的最高的NWR大约为23％。还进行了下面的目视观测：在排出时观测到飞溅并且气穴是可见的。从止口处可见出现的空气。空气压力被认为太高而没有太大的优势，因为tMFT是具有非常小(并且非常弱)絮凝的非常稀的流。
这些实验的结果总结在下表中：
表1.初步实验结果
结果似乎表明，增加注入流体流(5)中的空气(3a)压力导致更大的NWR用更低的剂量(81)，但只达到空气压力的阈值。过去的此阈值压力，NWR不一定提高并且可能观测到tMFT中其他不希望的特性。
实际上，从图43可见，用50psi的空气注入可获得最大的NWR。因此怀疑的是，在此空气压力是在更低的剂量(81)能够获得最佳的放水量。此外，在空气为30psi，最佳NMR时可以获得114ppm的最大的剂量减少值。在更高空气压力时，诸如在70psi以及更高，剂量的减少是显著的，但是NWR减小并且tMFT显得非常弱和稀。在90psi以及更高时，tMFT在排出时飞溅并且可观测到空穴的形式。
在上述的说明中，似乎能够得到如文中所描述的通过使用空气注入用于促使放水的聚合物剂量(81)的减少，并且因此，减小聚合物剂量(81)的成本。基于初步预测，剂量减少114ppm或者140ppm时可节省聚合絮凝剂。
Claims (90)
1.一种用于稠细粒尾矿脱水的工艺，包括：
注入气体并添加絮凝剂至稠细粒尾矿流中以产生包括水和絮凝物的一种气体和絮凝剂处理的流；以及
释放该气体和絮凝剂处理的流在干燥站中以允许水从该絮凝物中分离并释放。
2.如权利要求1所述的工艺，其中，以一定量注入该气体足以增加在该干燥站所释放的水。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其中，以一定量注入该气体足以减少用于获得该气体和絮凝剂处理流的絮凝剂量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中，该气体包括空气。
5.如权利要求1至4中任一项所述的工艺，其中，在压力介于大约10psi与100psi之间时，注入该气体。
6.如权利要求5所述的工艺，其中，在压力介于大约30psi与90psi之间时，注入该气体。
7.如权利要求5所述的工艺，其中，在压力低于压力阈值时注入该气体，以便与无空气注入时相比获得增加释放水量。
8.如权利要求7所述的工艺，其中，在压力介于25psi与55psi之间时，注入该气体。
9.如权利要求8所述的工艺，其中，在压力介于30psi与50psi之间时，注入该气体。
10.如权利要求1至9中任一项所述的工艺，其中，在添加该絮凝剂时，该稠细粒尾矿有介于大约5psi与30psi之间的管道压力。
11.如权利要求1至10中任一项所述的工艺，其中，被添加的该絮凝剂作为包括溶解絮凝剂的水溶液。
12.如权利要求1至11中任一项所述的工艺，其中，在注入该气体之前，该絮凝剂加入该稠细粒尾矿中。
13.如权利要求1至12中任一项所述的工艺，其中，当注入该气体时，该絮凝剂加入该稠细粒尾矿中。
14.如权利要求1至13中任一项所述的工艺，其中，在注入该气体之后，该絮凝剂加入该稠细粒尾矿中。
15.如权利要求1至14中任一项所述的工艺，其中，该絮凝剂包括高分子量阴离子聚合絮凝剂。
16.如权利要求15所述的工艺，其中，在粘土的基础上，以大约500ppm与1500ppm的剂量，该聚合絮凝剂加入该稠细粒尾矿中。
17.如权利要求16所述的工艺，其中，在总固体的基础上，该剂量介于大约600ppm与2200ppm之间。
18.如权利要求1至17中任一项所述的工艺，还包括在注入该气体以及添加该絮凝剂之前筛选该稠细粒尾矿，以去除其中的粗残渣。
19.如权利要求1至18中任一项所述的工艺，其中，该稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
20.如权利要求1至19中任一项所述的工艺，其中，从尾矿池中获得的稠细粒尾矿作为熟化的细尾矿。
21.一种用于稠细粒尾矿脱水的系统，包括：
流体传输组件，其用于提供稠细粒尾矿流体流；
气体注入设备，其用于将气体注入该流体流中以产生气体处理的流体；
混合器，其用于将絮凝剂混入该流体流中；以及
干燥站，其用于接收包括水和絮凝物的一种气体和絮凝剂处理的混合物，此干燥站允许水从该絮凝物中分离/或者蒸发。
22.如权利要求21所述的系统，其中，该气体注入设备配置成以一定量注入气体足以增加在该工作站所释放的水。
23.如权利要求21或22所述的系统，其中，该气体注入设备以一定量注入气体足以减少用于获得混合物的该絮凝剂的量。
24.如权利要求21至23中任一项所述的系统，其中，该气体注入设备配置成注入空气。
25.如权利要求21至24中任一项所述的系统，其中，该气体注入设备配置成注入的气体介于大约10psi与100psi之间。
26.如权利要求25所述的系统，其中，该气体注入设备配置成注入的气体介于大约30psi与90psi之间。
27.如权利要求25所述的系统，其中，注入气体的压力低于压力阈值以便与无空气注入时相比获得增加释放水量。
28.如权利要求27所述的系统，其中，在压力介于25psi与55psi之间时，注入该气体。
29.如权利要求28所述的系统，其中，在压力介于30psi与50psi之间时，注入该气体。
30.如权利要求21至29中任一项所述的系统，其中，该混合器配置成在该气体注入设备注入该气体之前将该絮凝剂混入该流体流中。
31.如权利要求21至30中任一项所述的系统，其中，该混合器配置成当该气体注入设备注入该气体时将该絮凝剂混入该流体流中。
32.如权利要求21至31中任一项所述的系统，其中，该混合器配置成在该气体注入设备注入该气体之后将该絮凝剂混入该流体流中。
33.如权利要求21至32中任一项所述的系统，其中，该絮凝剂包括高分子量阴离子聚合絮凝剂。
34.如权利要求33所述的系统，其中，在粘土的基础上，以大约500ppm与1500ppm之间的剂量，该混合器将该聚合絮凝剂混入该气体处理的流体中。
35.如权利要求34所述的系统，其中，在总固体的基础上，以大约600ppm与2200ppm之间的剂量，该混合器将该聚合絮凝剂混入该气体处理的流体中。
36.如权利要求21至35中任一项所述的系统，其中，该稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
37.如权利要求21至36中任一项所述的系统，其中，从尾矿池中获得的稠细粒尾矿作为熟化的细尾矿。
38.一种用于处理稠细粒尾矿的气体注入设备，包括：
入口，其用于接收稠细粒尾矿；
出口，其用于释放气体处理的尾矿；以及
气体注射器，其置于该入口与该出口之间，该气体注射器配置成将气体注入该稠细粒尾矿以产生足够的气体处理的尾矿以便于该稠细粒尾矿的絮凝和脱水。
39.如权利要求38所述的设备，其中，该气体注射器包括置于该入口和该出口之间的过渡壳体，该过渡壳体包括第一腔室与第二腔室之间的分隔该过渡壳体的至少一个界面，进入该入口的该稠细粒尾矿在从该出口排出之前允许游历该第一腔室，该气体在该第二腔室内加压，该至少一个界面配置为允许该气体从该第二腔室被引入该第一腔室中的该稠细粒尾矿。
40.如权利要求39所述的设备，其中，该过渡壳体包括有基本上圆形横截面的入口以及基本上矩形横截面的主体部分。
41.如权利要求39或40所述的设备，其中，该过渡壳体包括有基本上圆形横截面的出口。
42.如权利要求39所述的设备，其中，该过渡壳体包括顶板和底板，以及一对对置的侧板，以便提供具有至少一个基本上矩形横截面的该过渡壳体。
43.如权利要求39至42中任一项所述的设备，其中，该过渡壳体包括侧面管口板，其设置用于接收来自加压气体源的该气体的管口。
44.如权利要求43所述的设备，其中，该管口设置在可拆卸安装在该侧面管口板的对应开口上的侧面管口盖上。
45.如权利要求44所述的设备，包括可拆卸安装在该侧面管口板开口的轮辋与该侧面管口盖之间以提供密封的管口板垫圈。
46.如权利要求39至45中任一项所述的设备，其中，该过渡壳体包括配置成接收至少一个界面的界面板。
47.如权利要求46所述的设备，进一步包括可拆卸安装至该过渡壳体的该界面板上用于接收该至少一个界面的扩散框架。
48.如权利要求47所述的设备，进一步包括可拆卸安装至该扩散框架上用于固定该至少一个界面至所述扩散框架的扩散盖。
49.如权利要求46所述的设备，进一步包括可拆卸安装于该界面板与该扩散框架之间以提供密封的界面垫圈。
50.如权利要求39至49中任一项所述的设备，其中，该过渡框架包括通道开口，并且其中所述设备包括可拆卸安装至该过渡壳体用于覆盖所述通道开口的壳体盖。
51.如权利要求50所述的设备，进一步包括可拆卸安装于该过渡壳体的该通道开口的轮辋与壳体盖之间以提供密封的壳体垫圈。
52.如权利要求39至51中任一项所述的设备，其中，该过渡壳体进一步包括大约置于该入口处的面板。
53.如权利要求52所述的设备，其中，该过渡壳体进一步包括一对前角板，每个前角板在面板与对应的侧面之间延伸。
54.如权利要求39至53中任一项所述的设备，其中，该过渡壳体包括在该第二腔室内延伸的用于支撑该至少一个界面的前支撑板和后支撑板。
55.如权利要求54所述的设备，其中，该过渡壳体包括从该入口的底部延伸至该前支撑板上部的前顶斜坡，并且进一步包括从该后支撑板的上部延伸至该出口的底部的后顶斜坡。
56.如权利要求39至55中任一项所述的设备，其中，该过渡壳体进一步包括大约置于该出口处的端板。
57.如权利要求56所述的设备，其中，该过渡壳体进一步包括一对后角板，每个后角板在该端板与对应的侧板之间延伸。
58.如权利要求50所述的设备，其中，该壳体盖通过吊耳可拆卸地固定至该过渡壳体的顶板。
59.如权利要求58所述的设备，其中，该吊耳安装至该过渡壳体的角板上。
60.如权利要求39至59中任一项所述的设备，其中，该至少一个界面包括至少一个扩散板。
61.如权利要求60所述的设备，其中，该至少一个扩散板由陶瓷构成。
62.如权利要求61所述的设备，其中，该至少一个界面包括多个陶瓷扩散板，并且其中，所述设备的板、框架以及垫圈根据该陶瓷扩散板配置。
63.如权利要求62所述的设备，其中，所述多个陶瓷扩散板包括4个陶瓷扩散板。
64.如权利要求38至63中任一项所述的设备，其中，该入口或者该出口与用于将絮凝剂混入该稠细粒尾矿的混合器流体连通。
65.如权利要求64所述的设备，其中，该入口与该混合器流体连通。
66.如权利要求38至63中任一项所述的设备，其中，该气体注射器被配置成与用于将絮凝剂混入该稠细粒尾矿的混合器足够接近，以使该气体和该絮凝剂同时注入该稠细粒尾矿中。
67.如权利要求65所述的设备，其中，该絮凝剂包括高分子量阴离子聚合絮凝剂。
68.如权利要求39至67中任一项所述的设备，其中，该过渡壳体在该入口与该出口之间有不同配置的横截面。
69.如权利要求38所述的设备，其中，该气体注射器围绕该稠细粒尾矿流外围安装其上面，以便在其中引入该气体。
70.如权利要求69所述的设备，其中，该入口经由圆柱入口管接收该稠细粒尾矿，并且该出口经由圆柱出口管排出该气体处理的稠细粒尾矿。
71.如权利要求70所述的设备，其中，该气体注射器是环形并且与该圆柱入口管以及该圆柱出口管基本上同轴安装，以便沿多个径向轨迹将该气体引入该稠细粒尾矿流。
72.如权利要求71所述的设备，其中，该气体注射器包括圆形法兰。
73.如权利要求73所述的设备，其中，该圆形法兰包括限定圆形通道的轮辋，该圆形通道有允许该稠细粒尾矿流穿过的内径。
74.如权利要求72所述的设备，其中，该圆形法兰进一步包括：
分配腔室，其周向地配置在轮辋内用于接收该气体以引入该稠细粒尾矿中；以及
孔，其周向地围绕轮辋定位并与该分配腔室流体连通用于接收该气体并将该气体引入该稠细粒尾矿流中。
75.如权利要求74所述设备，其中，该孔被配置为向内并围绕轮辋布置在有规则间隔的位置，以便朝该稠细粒尾矿流的中心注入该气体。
76.如权利要求75所述的设备，其中，每个间隔位置包括至少两个被定位的孔，以便随着该至少两个孔从该分配腔室朝该稠细粒尾矿流延伸朝向彼此呈锥形。
77.如权利要求38至76中任一项所述的设备，其中，该稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
78.如权利要求38至77中任一项所述的设备，其中，该气体注射器包括尺寸小于大约1.5毫米的气体注射孔。
79.如权利要求78所述的设备，其中，该气体注射孔的尺寸介于大约1毫米与大约1.5毫米之间。
80.一种用于絮凝稠细粒尾矿减少絮凝剂剂量的方法包括将有效量的气体注入该稠细粒尾矿中。
81.如权利要求80所述的方法，其中，该稠细粒尾矿絮凝之前、之后或期间，执行注入该气体。
82.如权利要求80或81所述的方法，其中，该稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
83.如权利要求80至82中任一项所述的方法，其中，该气体的注入以及该絮凝剂的剂量被进一步提供，以便与无气体注入时相比，增加从絮凝的稠细粒尾矿中的释放水量。
84.如权利要求80至83中任一项所述的方法，其中，气体压力介于30psi与90psi之间时，执行该气体注入。
85.一种通过絮凝剂加入稠细粒尾矿增加从所获得的絮凝的稠细粒尾矿中的释放水量的方法，包括：将有效量的气体注入该稠细粒尾矿中和/或絮凝的稠细粒尾矿中。
86.如权利要求85所述的方法，其中，该稠细粒尾矿絮凝之前、之后或者期间，执行注入该气体。
87.如权利要求85或86所述的方法，其中，该稠细粒尾矿包括油砂稠细粒尾矿。
88.如权利要求85至87中任一项所述的方法，其中，该气体压力低于大约55psi的阈值时，注入该气体。
89.如权利要求85至88中任一项所述的方法，其中，该气体压力介于大约25psi与大约55psi之间时，注入该气体。
90.如权利要求89所述的方法，其中，空气压力介于大约30psi与大约50psi之间时，注入该气体。
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