CN104640612A - 增强含水分散体的过滤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在具有物理分离步骤和过滤步骤的两个步骤方法中将包含固相和液相的含水分散体中的液体与固体分离时提高过滤性能的方法，所述方法包括在所述物理分离步骤期间、之前或期间和之前向所述含水分散体中加入至少一种过滤助促进剂和至少一种合成聚合物，产生浓缩物以及过滤所述浓缩物。所述方法可用在采矿作业中用于使矿浆脱水。此外，在该方法中施用的组合物包含至少一种过滤助促进剂和至少一种合成聚合物。所述过滤助促进剂包括天然聚合物、半天然聚合物、凝结剂以及它们的组合。

Description

增强含水分散体的过滤的方法

技术领域

本发明涉及增强含水分散体的过滤的组合物和方法。例如，在过滤之前通过向含水分散体中加入过滤助促进剂和合成聚合物使含水矿浆脱水。尤其是，当将含水浆料中的液相与固相分离之前和/或期间，但是在经浓缩的含水相过滤之前加入过滤助促进剂和合成聚合物时，所述方法增强过滤。所述组合物和方法特别适用于矿浆。

背景技术

传统的冶金加工技术涉及在含水介质中将有用矿物与低价值的脉石分离。矿石经历许多加工作业以提取出有用成分。加工作业，例如粉碎、研磨、筛选、气旋和浮选被用于富集最需要的组分以形成精矿。被精选的有用矿物包括贵金属(金、银、铂)、碱金属(铜、镍、锌、铅、钼)、铁和煤。一旦精选，通常使含水矿浆经受机械脱水过程以从精矿浆料中除去液体水。在脱水矿浆中过量水含量可能对下游的加工作业具有有害影响或极大增加了运输成本，所述下游的加工作业可包括造粒、高压灭菌、煅烧或熔炼。

使用湿法处理是因为该类处理改善了效率、增加了回收率、降低了成本并最小化空气污染。矿石富集技术，例如浮选法，产生含有过量水的精矿。为了降低下游作业的能耗成本并降低运输成本，应当除去尽可能多的水。通常，用重力沉降澄清器、澄清池、水力旋流器、真空过滤和/或加压过滤完成脱水。

例如，可在两步法中对矿浆进行脱水，所述两步法包括例如在重力沉降澄清器、澄清池和/或水力旋流器中进行液固分离产生液相、上清液和浓缩物或底流。所述浓缩物或底流包含需要进一步脱水的有用矿物，所述进一步脱水在第二步发生，在所述第二步中例如通过真空过滤和/或加压过滤来过滤所述浓缩物或底流。

通常使用重力沉降澄清器、澄清池和水力旋流器以在凝结剂和絮凝剂的帮助下使精矿脱水。而对沉积有益的同时，这些试剂也阻碍了进一步的下游机械脱水。

本文中的所有份数和百分数均是基于重量，除非另有说明。Mw为重均分子量，通过SEC-MALLS分析测定。MALLS应当是指多角激光光散射。SEC-MALLS应当是指使用MALLS的尺寸排阻色谱技术测定Mw。

发明内容

本发明涉及包含过滤助促进剂和合成聚合物的组合物。将这些组合物施用于包括过滤步骤的将含水分散体中的液体与固体分离的方法中。在液相与固相物理分离之前和/或期间，向含水分散体中加入过滤助促进剂和合成聚合物，例如使固体从分散体中沉淀。然后可过滤固相。过滤助促进剂包括天然聚合物、半天然聚合物或凝结剂中的至少一种。可使用它们的组合。

通常，在采矿作业的脱水过程中施用所述组合物。该脱水过程通常包括两步，第一步包括液固分离并且第二步分离步骤包括过滤来自液固分离步骤的浓缩物或底流。通常使用重力沉降澄清器、澄清池、水力旋流器等完成所述液固分离。通常通过真空过滤、加压过滤等完成过滤。在液固分离步骤之前、液固分离步骤期间或在液固分离步骤期间和之前向矿浆中加入过滤助促进剂和合成聚合物。所述液固分离步骤产生需要通过单独的过滤步骤进一步脱水的浓缩物或底流。

不受任何理论约束，本发明人相信在物理分离步骤之前和/或期间施用过滤助促进剂和合成聚合物影响所产生的浓缩物(或底流)的流变学，这增强了在随后的过滤步骤中的过滤过程。例如，当在采矿作业中在液固分离步骤之前和/或期间施用过滤助促进剂和合成聚合物的组合时，提高了由单独的过滤步骤所产生的滤饼的产量。

具体实施方式

可用于过滤助促进剂的天然聚合物为多糖，例如马铃薯淀粉、黄原胶、瓜尔胶、葡聚糖、纤维素衍生物和氨基多糖。通常，多糖的多分散指数(“PDI”)为约1.0至约10.0，更典型地为约1.1至约9.0，最典型地为约1.2至约8.0。在阅读了本公开内容之后，本领域技术人员将获知在这些明确表述的范围内的所有范围和数值是符合预期的。

所述天然聚合物优选包括葡聚糖，其通常可购自不同供应商。可使用Mw为约5,000至约40,000,000，优选为约50,000至约25,000,000，更优选为约200,000至约10,000,000的葡聚糖。在阅读了本公开内容之后，本领域技术人员将获知在该明确表述的范围内的所有范围和数值是符合预期的。可使用以商品名称VM 1120和ZALTAVM 1122购自Ashland Inc.，Wilmington，Delaware，U.S.A的天然聚合物。

所述半天然聚合物包括木质素磺酸盐例如木质素磺酸钙，和化学改性多糖。通常用于所述方法的改性多糖包括改性淀粉，例如阳离子型淀粉；改性瓜尔胶，例如阳离子型瓜尔胶；和改性纤维素例如阴离子型羧甲基纤维素和羟乙基纤维素。可使用半天然聚合物的组合。

所述凝结剂通常选自无机凝结剂、有机凝结剂以及它们的组合。无机凝结剂包括硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、氢氯酸铝、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和铝酸钠。有机凝结剂包括由单体二烯丙基二甲基氯化铵、乙烯基亚胺和共聚单体表氯醇与二甲胺形成的聚合物。无机凝结剂还包括阳离子改性丹宁酸和三聚氰胺甲醛。该凝结剂包括购自Ashland的60、7和5320。

合成聚合物包括水溶性阴离子型、阳离子型、非离子型和两性聚合物。为了本公开内容的目的，合成聚合物应当包括共聚物和三元共聚物以及均聚物。通常所述合成聚合物的Mw为约40,000至约25,000,000，并且在阅读了本公开内容之后，本领域技术人员将获知在这些明确表述的范围内的所有范围和数值是符合预期的。所述合成聚合物可以是线型、支化或交联的。通常，所述合成聚合物充当絮凝剂。

非离子型聚合物包括由一种或多种水溶性烯键式不饱和非离子型单体形成的聚合物，所述单体例如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟基乙酯和N-乙烯基吡咯烷酮，优选为丙烯酰胺。非离子型聚合物还包括烷氧基化多官能醇。

阳离子型聚合物由一种或多种烯键式不饱和阳离子单体任选与一种或多种前述非离子单体形成。所述阳离子型聚合物还可以是两性的，只要与阴离子基团相比有更多阳离子基团占主导地位。所述阳离子单体包括(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺，和二烯丙基二甲基氯化铵，包括其酸加成和季铵盐。典型的阳离子单体包括丙烯酸二甲基氨基乙基酯和甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯的氯甲烷季铵盐。特别感兴趣的是丙烯酰胺与丙烯酸二甲基氨基乙基酯(ADAME)的氯甲烷季铵盐的共聚物；丙烯酰胺与丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵(APTAC)的共聚物；和丙烯酰胺与丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(AETAC)的共聚物；以及表氯醇与二甲胺的共聚物。

所述阴离子型合成聚合物由一种或多种烯键式不饱和阴离子单体形成或由一种或多种阴离子单体与前述的一种或多种非离子型单体的混合物形成。所述阴离子单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、巴豆酸、衣康酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、丙烯酰胺，它们的混合物及其盐。

特别感兴趣的是选自丙烯酰胺、AMPS、丙烯酸和(甲基)丙烯酸的单体的共聚物和/或三元共聚物。例如，所述阴离子型聚合物可选自衍生自2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸的共聚物，丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物，丙烯酸的均聚物，丙烯酰胺的均聚物，以及它们的组合。通常用作阴离子型聚合物的是丙烯酸钠和丙烯酰胺的共聚物以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物。

还特别感兴趣的是AMPS和丙烯酰胺的共聚物，其中AMPS的摩尔百分比为约10摩尔％至约25摩尔％；和AMPS、丙烯酰胺和丙烯酸的三元共聚物，其中AMPS的摩尔百分比为约10摩尔％至约30摩尔％，丙烯酰胺的摩尔百分比为约40摩尔％至约60摩尔％，以及丙烯酸的摩尔百分比为约20摩尔％至约40摩尔％。另外，丙烯酸的均聚物或丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物是特别感兴趣的。

在用于从液体分散体中分离出固体的方法中施用所述过滤助促进剂和合成聚合物。该过程包括以下步骤：在将液体与固体物理分离之前和/或期间向固体在液体中的含水分散体中加入过滤助促进剂和合成聚合物，产生包含固体的浓缩物，回收所述浓缩物，然后过滤该浓缩物。用该方法实现了增强过滤。可通过重力任选与絮凝和/或固体颗粒的凝聚一起使固体从液体中沉淀，从而发生物理分离。

可在采矿作业中施用所述方法。在具有液固分离步骤和过滤步骤的两个步骤过程中使矿浆脱水，尤其是增强过滤特性的方法，包括在液固分离步骤期间或之前，或在该期间和之前，向矿浆中加入至少一种过滤助促进剂和至少一种合成聚合物，然后过滤来自液固分离步骤的浓缩物或底流。通常，所述矿浆为含水分散体，其包含矿物，例如选自金、磷酸盐、银、铂、铜、镍、锌、铅、钼、铁、煤等的那些。通常，所述液固分离步骤是在用于分离液体和固体的装置中进行，例如重力沉降澄清器、澄清池或水力旋流器，并且当所述分散体在该装置中时和/或所述分散体在进入该装置之前，可向含水分散体中加入过滤助促进剂和合成聚合物。所述过滤步骤通常是在从液体中过滤固体的装置中进行，例如压滤机或真空过滤器。

实施例

制备用于过滤的含水分散体

除非另有说明，如下制备含水分散体：向量筒中加入1000mL含水分散体，其中所述含水分散体通过加入如在表I中所示的过滤助促进剂(即凝结剂、天然聚合物和/或半天然聚合物)的组分而被处理，并用具有多孔的柱塞将过滤助促进剂三次填塞入分散体中。

接下来，使用相同的混合技术和多次填塞向含水分散体中加入合成聚合物。用于实施例的合成聚合物A为以商品名AN 113购自SNFFloerger,Andrézieu，France的阴离子型共聚物。合成聚合物和过滤助促进剂的组分的供应商和/或商品名示于表IA。

沉淀含水分散体并使其停留在量筒中72小时。然后将上清液虹吸出量筒直至仅有浓缩固体，即浓缩物留在量筒中。将所产生的浆料定量转移入合适的开口烧杯中用于过滤。

加压过滤

除非另有说明，用压滤机(Fann Instrument Company,Houston，Texas，U.S.A.)和粒径保留范围为2-5μm的硬化低灰FANN滤纸在30psig下进行浓缩浆料的过滤。在转移至压滤机之前，将样品首先手工混合15秒。转移样品之后，密封压滤机并向压滤机施加加压空气。测量从浓缩样品中除去的液体体积，作为施加加压空气后的时间的函数。

表I

说明：

(1)标称分子量

表IA

实施例1-16和对比例A和B

这些实施例说明了使用表1的天然聚合物与合成聚合物(合成聚合物A)来增强含有金精矿的含水分散体的过滤。对比例A和B仅使用合成聚合物A作为聚合物处理。对于实施例6、15和16，在过滤之前加入额外的30克每吨天然聚合物A。

在所有实施例中，除了实施例4和5之外，首先加入不同分子量的天然聚合物然后加入合成聚合物A。在沉淀前在含水分散体中的固体的量为47.1克每升。保持絮凝剂(合成聚合物A)的剂量恒定为53.1克每吨，而天然聚合物与合成聚合物的比例为0-100％。所使用的天然聚合物以及天然聚合物与合成聚合物A的比例示于表II。测量过滤10mL和20mL的时间。然后计算过滤速度并与相应的对比例比较，以提供所测量的过滤速度(％10mLs和％20mLs)增加的百分数。这些数值以及％10mLs和％20mLs的平均值示于表II。

表II的数据证明当一起使用天然聚合物与合成聚合物A时提高了含有金精矿的含水分散体的过滤速度。实施例4和5表示添加顺序(在天然聚合物A之前加入合成聚合物A)对含水分散体的过滤速度没有负面影响。实施例6、15和16证明额外的天然聚合物A对过滤速度没有积极或负面影响。

实施例17-74以及对比例C、D、E和F

这些实施例说明了使用表1的天然聚合物与合成聚合物(合成聚合物A)来增强含有磷酸盐矿石的含水分散体的过滤。对比例C、D、E和F仅使用合成聚合物A作为聚合物处理。在沉淀前在含水分散体中的固体的量为215.9-285.3克每升。在实施例中的絮凝剂(合成聚合物A)的剂量为39.4-52.1克每吨，而天然聚合物与合成聚合物的比例为0-200％。所使用的天然聚合物以及天然聚合物与合成聚合物A的比例示于表III。测量过滤15mL和30mL的时间。然后计算过滤速度并与相应的对比例比较，以提供所测量的过滤速度增加的百分数(％15mLs和％30mLs)。这些数值和％15mLs和％30mLs的平均值示于表III。

表III中的数据证明当在合成聚合物A之前向含水分散体中加入不同分子量的天然聚合物并使其沉淀时提高了含有磷酸盐矿石的含水分散体的过滤速度。该数据表示具有大范围分子量的天然聚合物在很大范围的产品比例下都是有效的过滤助促进剂。

实施例75-94以及对比例G和H

这些实施例说明了使用表I的天然聚合物和/或半天然聚合物与合成聚合物(合成聚合物A)来增强含有金精矿的含水分散体的过滤。对比例G和H仅使用合成聚合物A作为聚合物处理。实施例92-94均使用天然聚合物和半天然聚合物，其在合成聚合物A之前施用。在沉淀之前在含水分散体中的固体的量为200.6克每升或209.1克每升。在实施例中絮凝剂(合成聚合物A)的剂量为112.2克每吨或143.5克每吨，而天然聚合物或半天然聚合物与合成聚合物的比例为0-100％。所使用的天然聚合物和半天然聚合物以及天然聚合物和半天然聚合物与合成聚合物A的比例示于表IV。测量过滤30mL和60mL的时间。然后计算过滤速度并与相应的对比例比较，以提供所测量的过滤速度增加的百分数(％30mLs和％60mLs)。这些数值和％30mLs和％60mLs的平均值示于表IV。

表IV中的数据证明当在合成聚合物A之前向含水分散体中加入不同分子量的天然聚合物并使其沉淀时提高了含有金精矿的含水分散体的过滤速度。当仅使用半天然聚合物或与天然聚合物B组合使用时半天然聚合物也是有效的过滤增强剂。

实施例95-106和对比例I

这些实施例说明了使用表I的天然聚合物或半天然聚合物与凝结剂和合成聚合物(合成聚合物A)来增强含有金精矿的含水分散体的过滤。对比例I仅使用合成聚合物A作为聚合物处理。实施例95-100和104-109使用天然聚合物或半天然聚合物与凝结剂的组合，其在合成聚合物A之前施用。在实施例108和109中，在加料之前将天然聚合物B和凝结剂混合在一起。在沉淀之前在含水分散体中的固体的量为208.1克每升。在实施例中絮凝剂(合成聚合物A)的剂量为144.1克每吨，而天然聚合物或半天然聚合物和凝结剂与合成聚合物的比例为0-100％。所使用的天然聚合物或半天然聚合物和凝结剂以及天然聚合物或半天然聚合物和凝结剂与合成聚合物A的比例示于表V。测量过滤30mL和60mL的时间。然后计算过滤速率并与相应的对比例比较，以提供所测量的过滤速度增加的百分数(％30mLs和％60mLs)。这些数值和％30mLs和％60mLs的平均值示于表V。

表V中的数值证明当在合成聚合物A之前向含水分散体中加入天然聚合物B或半天然聚合物B与凝结剂的组合并使其沉淀时提高了含金精矿的含水分散体的过滤速度。天然聚合物B和凝结剂A或B的组合是有效的过滤增强剂，无论混合或单独加料。

Claims (20)

1.在具有物理分离步骤和过滤步骤的两个步骤方法中将包含固相和液相的含水分散体中的液体与固体分离时提高过滤性能的方法，所述方法包括在所述物理分离步骤期间、之前或在此期间和之前向所述含水分散体中加入至少一种过滤助促进剂和至少一种合成聚合物，从而产生浓缩物，以及过滤所述浓缩物。

2.权利要求1的方法，其中所述过滤助促进剂包括天然聚合物、半天然聚合物或凝结剂中的至少一种。

3.权利要求2的方法，其中所述天然聚合物包括多糖。

4.权利要求3的方法，其中所述多糖选自马铃薯淀粉、黄原胶、瓜尔胶、葡聚糖、纤维素衍生物和氨基多糖。

5.权利要求2的方法，其中所述凝结剂为选自硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、氢氯酸铝、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和铝酸钠的无机凝结剂。

6.权利要求2的方法，其中所述凝结剂为选自包含二烯丙基二甲基氯化铵、乙烯基亚胺以及共聚单体表氯醇和二甲胺的聚合物，阳离子改性单宁和三聚氰胺甲醛的有机凝结剂。

7.权利要求2的方法，其中所述半天然聚合物选自木质素磺酸盐、化学改性多糖以及它们的组合。

8.权利要求1的方法，其中所述合成聚合物为包含选自以下的单体的非离子型聚合物：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。

9.权利要求1的方法，其中所述合成聚合物为包含选自以下的单体的阴离子型聚合物：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、巴豆酸、衣康酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酰胺、它们的组合及其盐。

10.权利要求1的方法，其中所述合成聚合物为包含选自以下的单体的阳离子型聚合物：(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的酸加成盐、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的季铵盐、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的酸加成盐、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的季铵盐、二烯丙基二甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵的酸加成盐和二烯丙基二甲基氯化铵的季铵盐。

11.权利要求1的方法，其中所述合成聚合物包括两性聚合物。

12.权利要求1的方法，其中所述含水分散体包含选自以下的矿物：金、磷酸盐、银、铂、铜、镍、锌、铅、钼、铁和煤。

13.用于增强矿浆的过滤的组合物，所述组合物包含至少一种过滤助促进剂和至少一种合成聚合物。

14.权利要求13的组合物，其中所述过滤助促进剂包括天然聚合物、半天然聚合物或凝结剂中的至少一种。

15.权利要求14的组合物，其中所述天然聚合物包括多糖。

16.权利要求15的组合物，其中所述多糖选自马铃薯淀粉、黄原胶、瓜尔胶、葡聚糖、纤维素衍生物和氨基多糖。

17.权利要求14的组合物，其中所述半天然聚合物选自木质素磺酸盐、化学改性多糖以及它们的组合。

18.权利要求14的组合物，其中所述凝结剂选自：

a)无机凝结剂，所述无机凝结剂选自硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、氢氯酸铝、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和铝酸钠；

b)有机凝结剂，所述有机凝结剂选自包含二烯丙基二甲基氯化铵、乙烯基亚胺以及共聚单体表氯醇和二甲胺的聚合物，阳离子改性单宁和三聚氰胺甲醛；以及

c)它们的组合。

19.权利要求13的组合物，其中所述合成聚合物选自：

a)包含选自以下的单体的阴离子型聚合物：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、巴豆酸、衣康酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酰胺、以及它们的组合及其盐；

b)包含选自以下的单体的阳离子型聚合物：(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的酸加成盐、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的季铵盐、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的酸加成盐、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的季铵盐、二烯丙基二甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵的酸加成盐和二烯丙基二甲基氯化铵的季铵盐；以及

c)包含选自以下的单体的非离子型聚合物：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。

20.权利要求13的组合物，其中所述合成聚合物包括两性聚合物。