CN107530593A - 使用水溶性聚合物和化学试剂分离固体的悬浮液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将包含分散于含水液体中的颗粒状固体的悬浮液分离成液体部分和固体部分的方法，包括如下步骤：通过使该悬浮液流入沉积区而将其转移，在转移过程中使该悬浮液经历处理体系并在沉积区使该悬浮液分离成液体部分和固体部分，其中该处理体系包含(a)水溶性聚合物，和(b)选自氧化剂、还原剂和/或自由基试剂中至少一种的化学试剂。发明人发现该处理体系能够使得固体部分沉积，该固体部分可以通过在液体的最初释放伴随下固体的最初硬化而形成，然后随着液体的进一步释放硬化的固体进一步固结。

Description

使用水溶性聚合物和化学试剂分离固体的悬浮液
本发明涉及一种将包含分散于含水液体中的颗粒状固体的悬浮液分离成液体部分和固体部分的方法。该悬浮液例如为矿物材料，尤其是废矿浆。本发明尤其适合处理来自采矿和矿石加工操作的尾矿和其他废料。
处理矿脉或油砂以提取有价值矿物或者在油砂的情况下以提取烃类的方法通常得到废料。废料通常由包含与水混合的颗粒状矿物材料，例如粘土、页岩、矿砂、砂硕、油砂尾矿、金属氧化物等的含水浆或泥浆构成。
在某些情况下，废料如尾矿可以有利地在地下矿井中处置而形成回填。回填废料通常包含高比例的粗大尺寸颗粒以及其他更小尺寸颗粒并且作为淤浆被泵送至矿井中，在其中允许其脱水而将沉积的固体留在原位。通常的做法是使用絮凝剂来通过絮凝细材料以提高沉积速率而辅助该过程。然而，在该情况下该粗材料通常以比絮凝的细粉更快的速率沉积，得到粗和细固体的不均匀沉积物。
对于其他应用，可能不可能在矿井中处置废料。在这些情况下，通常的做法是通过将含水浆泵送至泻湖、池塘、土堆或堆垛并使其通过沉积、排泄和蒸发的作用逐渐脱水而处理该材料。
例如在油砂处理中，加工矿石以回收烃级分，而包括工艺材料和矿碴二者的剩余物构成待处置的尾矿。在油砂处理中，主要的工艺材料是水并且矿碴绝大部分为具有一些泥沙和粘土的矿砂。从物理上讲，尾矿由固体部分(矿砂尾矿)和或多或少呈流体的部分(泥浆)构成。处置这些尾矿的最令人满意的地方当然是在地下的现有挖孔中。然而，事实证明仅来自1立方英尺矿石的矿砂尾矿正好占约1立方英尺。泥浆的量取决于矿石质量和工艺条件可变，但平均约0.3立方英尺。尾矿简单地不回填入地下的孔中。
对于将用于处置目的的新土地分配降至最小和更有效使用现有废料场存在大量环境压力。一种方法是在某一区域上装载多层废料，由此形成更高的废料堆叠。然而，这引起确保废料仅可在以前硬化的废料表面上在可接受的边界内流动，允许硬化而形成堆叠以及废料充分固结以支撑多层硬化材料而没有坍塌或滑移风险的困难。因此，提供具有正确种类特性的废料以供堆叠的要求完全不同于其他形式的处置，如在相对封闭区域内回填所要求的那些。
在典型的矿石或油砂加工操作中，废渣在含水工艺中与含有有价值矿物的固体分离。废渣的含水悬浮液通常含有粘土和其他矿石，该废渣通常称为尾矿。这些固体通常通过絮凝方法在浓缩机中浓缩而得到更高密度的底流并回收一些工艺水。通常将该底流泵送至表面保持区，后者通常称为尾矿坑或坝或者在油砂的情况下更通常称为尾矿池。一旦在该表面保持区沉积，则水将继续从该含水悬浮液释放，导致固体在一定时间内进一步浓缩。一旦已经收集足够量的水，则通常将这泵送回到矿石或油砂加工厂。
尾矿池或坝通常具有有限尺寸以最小化对环境的影响。此外，提供更大尾矿池由于高成本的运土和建造防护壁而是昂贵的。这些池倾向于具有温和倾斜的底部，这允许在一个区域收集任何由固体释放的水并且随后可以泵送回到工厂。通常出现的问题是当固体的细颗粒被流出水带走时，因此污染该水且对该水的随后使用具有不利影响。
在许多矿石和油砂加工操作，例如矿砂选矿工艺中，还常见的是产生主要包含粗(>0.1mm)矿石颗粒的第二废料流。理想的是作为均匀混合物处置粗和细废料颗粒，因为这既改进了脱水固体的机械性能，又降低了回复土地最终所要求的时间和成本。然而，这通常并不是可能的，因为即使在处置区中沉积之前将粗废料彻底混入细废料的含水悬浮液中，粗材料的沉降比细材料快得多，这在脱水的固体内导致带状化。此外，当粗材料的量相对于细材料较高时，粗材料的快速沉积可能产生过大的岸坡坡度，这促进了含有高比例细颗粒的含水废料的流出，进一步污染回收的水。结果通常需要分开处理粗和细废料流并且一旦脱水工艺完成就将其合并。
油砂尾矿池通常位于紧靠油砂开采和提取操作之处，以利于尾矿的管道运输、卸料和管理。尾矿池可以含在可以称为堤坝结构的挡土结构内。合适的堤坝结构通常可以通过将尾矿的矿砂级分放置在孔内或放置在岸坡上而构筑。最初卸料到池中的尾矿料流可以具有低密度和低固体含量，例如约0.5-10重量％。
在油砂尾矿池中，工艺水、未回收烃和矿石自然沉降而形成不同层。上层可以主要是可以作为工艺水再循环到该提取工艺中的水。下层可以含有沉降的残留烃和主要为细粉的矿石。通常将该下层称为“成熟细尾矿”(MFT)。已知成熟细尾矿在沉降到固结的固体物质中之前缓慢固结。因此，成熟细尾矿和含有它们的池对尾矿管理和采矿业是主要挑战。
此外，保持在保持区的池中的来自采矿和矿石加工操作的含水悬浮液废渣—包括开采尾矿，如MFT也可以含有粗碎屑。该粗碎屑的类型和组成取决于该悬浮液的来源。在MFT的情况下，该粗碎屑倾向于具有不同尺寸、形状和化学组成。例如，MFT可以包括粗碎屑如生物质，如木材或其他植物材料；石化物质；具有的密度低到足以漂浮在池表面处或附近的固体；玻璃；塑料；金属；沥青球；或织物。在其他开采尾矿中发现的粗碎屑可以包括如在MFT情况下的类似碎屑，沥青材料除外，并且还可以包括其他碎屑材料如矿石或其他物质的团块，这取决于矿山的地质情况、矿石提取加工技术或尾矿池的位置。
已知可以将含水悬浮液和开采尾矿，如MFT脱水并通过化学处理的作用固化。典型的化学处理利用加入化学絮凝剂以引起絮凝并且可以对如此形成的絮凝悬浮液进行脱水。
众所周知的是在浓缩机中浓缩这些油砂尾矿而得到更高密度的底流并如上所述回收一些工艺水。
例如，Xu.Y等，Mining Engineering，November 2003，第33-39页描述了在处置之前在浓缩机中将阴离子絮凝剂加入油砂尾矿中。
底流可以处置和/或进行进一步干燥以随后在油砂尾矿堆叠区中处置。
在从铝土矿回收氧化铝的Bayer工艺中，将铝土矿在含水碱液中消化而形成铝酸钠，将后者与不溶性残渣分离。该残渣由矿砂和主要为氧化铁的细颗粒二者构成。后者的含水悬浮液已知为赤泥。
在将铝酸钠溶液最初与不溶性残渣分离之后，将矿砂(粗废料)与赤泥分离。进一步加工上层清液以回收铝酸盐。然后在多个相继洗涤步骤中洗涤赤泥，其中赤泥接触洗涤液，然后通过加入絮凝剂絮凝。在最终洗涤步骤之后将赤泥浆尽可能多地增稠，然后处置。增稠在本说明书上下文中是指提高该赤泥的固体含量。最终增稠步骤可以仅包括将絮凝浆沉降，或者有时包括过滤步骤。替换地或者额外地，可以在泻湖中对该泥进行延长的沉降。在任何情况下，该最终增稠步骤受将增稠的含水悬浮液泵送到处置区这要求的限制。
可以处置该泥和/或对其进行进一步干燥以在泥堆叠区上随后处置。为了适合泥堆叠，该泥应具有高固体含量且在堆叠时不应流动，但应相对硬，为的是堆叠角应尽可能高，从而该堆叠对于给定量而言尽可能少占地方。高固体含量的要求与材料保持可以作为流体泵送的要求冲突，因而即使可能生产具有堆叠所需的高固体含量的泥，这可能使得该泥不可泵送。
也洗涤从该残渣取出的矿砂级分并将其转移到处置区以分开脱水和处置。
EP-A-388108描述了在泵送之前将吸水的水不溶性聚合物加入包含具有分散的颗粒状固体的含水液体的材料，如赤泥，然后泵送该材料，使该材料放置，然后使其硬化并变成可堆叠固体。该聚合物吸收该浆的含水液体，这有助于颗粒状固体的结合以及因此有助于该材料的固化。然而，该方法具有的缺点是它要求高剂量的吸收性聚合物以实现足够的固化。为了获得足够硬化的材料，通常需要使用高达10-20千克/吨泥的剂量。尽管使用水溶胀性吸收性聚合物来硬化该材料可能会得到固体的明显增加，但该含水液体事实上保持在该吸收性聚合物内。这产生的缺点是含水液体实际上没有从硬化的材料中取出并且在一定条件下该含水液体可能随后解吸，这可能冒废料再流体化的危险，不可避免的危险是使该堆叠不稳定。
WO-A-96/05146描述了一种堆叠颗粒状固体的含水浆的方法，包括将分散于连续油相中的水溶性聚合物的乳液与该浆混合。优选用优选在烃液体或气体中且不反转该乳液的稀释剂稀释该乳液聚合物。
WO-A-0192167描述了一种其中将包含颗粒状固体的悬浮液的材料作为流体泵送并随后放置和硬化的方法。硬化通过将特性粘度为至少3dl/g的水溶性聚合物的悬浮颗粒引入该悬浮液中实现。该处理使得该材料可以保持其泵送的流动性，但在放置时引起该材料硬化。该方法具有的益处是可以容易地堆叠浓缩的固体，这将处置所要求的土地面积降至最小。该方法还具有超过使用交联的吸水性聚合物的优势，因为来自该悬浮液的水被释放而不是被该聚合物吸收和保留。水的非常有效释放和废渣的方便储存通过该方法实现，尤其是当应用于来自Bayer氧化铝工艺的赤泥底流时。
WO 2004/060819描述了一种其中将包含具有分散的颗粒状固体的含水液体的材料作为流体转移到沉积区，然后放置和硬化的方法，其中通过将该材料与有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液合并而在保持该材料在转移过程中的流动性的同时改善硬化。还描述了一种其中实现颗粒状固体的脱水的方法。
加拿大专利申请2512324描述了一种使为或包含油砂尾矿的悬浮液硬化的方法。该方法涉及将该悬浮液作为流体转移到沉积区，其中在转移过程中将有效硬化量的水溶性聚合物的水溶液与该悬浮液合并，然后允许如此处理的悬浮液放置和硬化。在保持该材料在转移过程中的流动性的同时改善硬化。该方法在尾矿由油砂加工操作生产时特别适合处理它们。
按照本发明处理的悬浮液可以衍生于许多矿石加工操作中的任一种。该类悬浮液通常可以是已经在重力浓缩机容器中增稠且随后作为底流取出的悬浮液。已知各种方法来提供该类增稠的悬浮液。该类方法通常涉及将絮凝剂用于重力浓缩机容器以引起在该容器底部沉降的固体的絮凝。此外，已知在该类容器中施用诸如自由基试剂、氧化剂、酶和辐射的试剂以通过降低屈服应力而改善增稠悬浮液的移动性，例如如WO 2007 082797所述。
可能出现的问题是已经在沉积区处置的沉积的颗粒状固体，例如矿砂尾矿、煤粉尾矿、油砂尾矿、赤泥，可能会固结且实际上坚硬，但在一些情况下可能含有未释放的液体。在某些情况下该液体可能有助于降低该类表面沉积颗粒状固体的稳定性。在某些情况下，这可能导致至少一些颗粒状固体无法预见的移动或滑移。
本发明的目的是要提供一种在沉积颗粒状固体，尤其是废矿石颗粒状固体如矿砂尾矿、煤粉尾矿、油砂尾矿、赤泥或来自其他矿石加工操作的尾矿的上述方法上改进的方法。此外，目的是实现该类颗粒状固体的有效沉积，这些固体可以以降低沉积固体的任何随后自由移动或滑移的风险的方式充分固结并形成坚硬物质。
本发明涉及一种将包含分散于含水液体中的颗粒状固体的悬浮液分离成液体部分和固体部分的方法，包括如下步骤：通过使该悬浮液流入沉积区而将其转移，在转移过程中使该悬浮液经历处理体系，在该沉积区使该悬浮液分离成液体部分和固体部分，其中该处理体系包含：
(a)水溶性聚合物；和
(b)选自氧化剂、还原剂和/或自由基试剂中至少一种的化学试剂。
发明人发现本发明方法实现了上述目的。此外，发明人发现已经沉积的颗粒状固体更容易呈现屈服应力的增加。此外，可以实现主要为液体和主要为固体的部分的更大程度分离。
液体部分是指该液体可以含有较少量的分散于其中的固体颗粒。液体部分中存在的固体量倾向于取决于初始悬浮液的类型，包括颗粒状固体的类型，粒度范围和粒度分布而变化，但通常可以小于0.5重量％，常常小于0.1重量％，典型的是小于0.5重量％，理想的是甚至低至基本为0％。固体部分是指该部分绝大部分包含颗粒状固体，但可以含有残留的夹带含水液体。初始分离的固体部分中的液体量通常也倾向于取决于初始悬浮液的类型，包括颗粒状固体的类型，粒度范围和粒度分布，但初始分离的固体的液体含量通常可以降低1-99重量％，合适的是10-80重量％。然而，固体部分理想的是应保留在沉积区中且其中所含液体量倾向于随着时间降低。该液体量的降低可以更快速实现且程度比在沉积区沉积颗粒状固体的其他已知方法要高。
分离的固体部分应在沉积区中作为颗粒状固体的沉积物形成，由此应该存在液体从沉积区中的被处理悬浮液的初始快速释放，这被称为硬化。液体的快速释放倾向于随着被处理悬浮液的流速降低并且变得固定而发生。这之后可以随着硬化的固体发生压缩和固结而进一步释放液体。
硬化是涉及颗粒状固体的网络化结构的术语。与沉降或沉积相比，硬化更快，产生更多回收的水并且得到占据更小表面积的化学键合尾矿，修复更快速。硬化的尾矿在沉积之后也不太可能侧向扩展，这使得土地使用更有效；并且更快速形成岸坡或堆叠形式的固体结构；以及在沉积时具有更大屈服应力，粗细颗粒的均匀性或均度提高。进一步由于其作为岸坡或堆叠堆积的几何结构，该硬化材料将产生向下的压缩力，将水从该堆叠中驱除并更快速地释放水，清晰度更好。
本发明通过引起硬化固体的进一步固结而对硬化沉积物产生进一步改进，从而使得液体进一步释放和沉积固体的干燥度提高。适当的是通过进一步固结硬化的固体，此时液体含量可以进一步降低1-99重量％，例如10-80重量％。
优选可以将水溶性聚合物以水溶液形式加入颗粒状固体的悬浮液中。
该聚合物溶液可以完全或部分由水溶性聚合物构成。因此，该聚合物溶液可以包含交联聚合物和水溶性聚合物的共混物，条件是足够的聚合物处于溶液中或者像处于溶液中一样，从而在沉积区引起该悬浮液分离为固体部分和液体部分，包括硬化。
这可以是溶胀性聚合物和可溶性聚合物的物理共混物或者为轻度交联聚合物，例如如EP202780所述。尽管聚合物颗粒可以包含一些交联聚合物，但对本发明必要的是存在显著量的水溶性聚合物。当聚合物颗粒包含一些溶胀性聚合物时，理想的是至少80％的聚合物是水溶性的。
优选该聚合物包括完全或至少基本水溶性的聚合物。水溶性聚合物可以通过存在支化剂而支化，例如如WO-A-9829604所述，例如在权利要求12中所述，或者水溶性聚合物是基本线性的。
优选该水溶性聚合物具有中等至高分子量。理想的是它应具有至少1dl/g，典型的是至少3dl/g，通常至少4.5或5或6dl/g的特性粘度，但该聚合物可以具有显著高的分子量且具有25dl/g或30dl/g或甚至更高的特性粘度。优选该聚合物具有5-30dl/g，例如8-25dl/g，更优选11dl/g或12dl/g至18dl/g或20dl/g的特性粘度。或者可能优选的是该聚合物具有3-12dl/g，例如5-10dl/g的特性粘度。
聚合物的特性粘度可以通过基于聚合物的活性物含量制备聚合物水溶液(0.5-1重量％)而测定。在容量瓶中将2g该0.5-1％聚合物溶液用50ml缓冲至pH 7.0的2M氯化钠溶液稀释到100ml并整体用去离子水稀释至100ml。聚合物的特性粘度使用1号气承式液柱粘度计在25℃下在1M缓冲盐溶液中测量。
理想的是，水溶性聚合物在25℃下在水中具有至少5g/100cc的溶解度。
水溶性聚合物可以是天然聚合物，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。优选该聚合物是合成的且优选它由烯属不饱和水溶性单体或单体共混物形成。
水溶性聚合物可以是阳离子性、非离子型、两性或阴离子性的。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℃下在水中具有至少5g/100cc的溶解度。
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的单体形成。优选的一组聚合物选自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(ATBS)和/或其盐，任选与优选选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酰胺(例如乙烯基甲酰胺)和羧酸乙烯酯(例如乙酸乙烯酯)的非离子共聚单体组合。(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸的盐可以包括碱金属盐如钾、钠或锂盐或者可以包括碱土金属盐如铍、镁或钙。其他合适的盐包括铵或烷基铵盐。特别理想的阴离子聚合物包括阴离子聚丙烯酰胺。优选该阴离子聚丙烯酰胺可以是丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物或丙烯酰胺与丙烯酸钙的共聚物。对丙烯酸钙的提及还包括二丙烯酸钙。
非离子聚合物通常由烯属不饱和单体形成。合适的一组聚合物包括单体(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酰胺(例如乙烯基甲酰胺)和羧酸乙烯酯(例如乙酸乙烯酯)中一种或多种的聚合物。其他非离子聚合物例如包括聚氧乙烯(PEO)。
阳离子聚合物通常有烯属不饱和单体形成。合适的另一组聚合物包括单体(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯化物(DMAEA.MeCl)季化物、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)中至少一种任选与优选选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酰胺(例如乙烯基甲酰胺)、羧酸乙烯酯(例如乙酸乙烯酯)的非离子共聚单体组合的聚合物。
在某些情况下已经发现有利的是分开加入聚合物类型的组合。因此，可以首先将阴离子、阳离子或非离子聚合物的水溶液加入上述材料中，然后加入第二剂量的任何类型的类似或不同水溶性聚合物。可能理想的是使用不同聚合物的共混物。理想的是这包括聚氧乙烯(PEO)和阴离子聚丙烯酰胺的共混物。
在本发明中，水溶性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而作为凝胶聚合物制备。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。
任选地可以包括热引发剂体系。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℃。或者可以通过任选还使用合适辐射引发剂的辐射(紫外光、微波能、热等)进行聚合。一旦聚合完全且允许聚合物凝胶充分冷却，则该凝胶可以通过首先将该凝胶粉碎成更小的片，干燥至基本脱水的聚合物，然后研磨成粉末而以标准方式加工。或者聚合物凝胶可以以聚合物凝胶形式提供，例如作为中子型凝胶聚合物干料(neutron typegel polymer log)。
该类聚合物凝胶可以通过如上所述的合适聚合技术，例如通过辐射制备。可以按要求将凝胶切成合适尺寸，然后在应用时作为部分水合的水溶性聚合物颗粒与该材料混合。
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-A126528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。这例如可以是至少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。这例如还可以包括聚合物颗粒的水分散体，所述聚合物颗粒通过在溶解的低IV聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化铵以及任选地，WO-A-9831749或WO-A-9831748中所给其他溶解的材料，例如电解质和/或多羟基化合物，例如聚亚烷基二醇的含水介质存在下聚合含水单体而制备。
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通过稀释该聚合物的更浓缩溶液而得到。固体颗粒状聚合物，例如呈粉末或珠粒形式，通常分散于水中并在搅动下溶解。这可以使用常规配制设备实现。理想的是可以使用BASF提供的Auto Jet Wet(商标)制备该聚合物溶液。或者该聚合物可以以随后反转到水中的反相乳液或分散体形式提供。
当该聚合物作为水溶液加入时，该聚合物水溶液可以以任何合适浓度加入。可能理想的是使用相对浓缩溶液，例如基于聚合物的重量为至多10％或更高，以将引入材料中的水量降至最低。通常尽管理想的是在更低浓度下加入该聚合物溶液以使得由该聚合物溶液的高粘度产生的问题降至最小并促进该聚合物在整个颗粒状固体的悬浮液中的分布。该聚合物溶液可以以相对稀释的浓度加入，例如低至0.01重量％聚合物。该聚合物溶液通常以0.05-5重量％聚合物的浓度使用。优选聚合物浓度为0.1％至2或3％。更优选浓度为0.25％至约1或1.5％。
水溶性聚合物的合适剂量(基于活性聚合物计算)为10-10,000克/吨悬浮固体。合适的剂量通常可以根据特定材料和材料固体含量变化。优选的剂量是30-3,000克/吨，更优选的剂量是60-200或400克/吨。
本发明的化学试剂选自氧化剂、还原剂和自由基产生剂。
适当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于氧化目的特别有效。
优选用于本发明中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。过氧化氢适当的是呈以重量为基准含有至少1％，通常是至少5％，常常是至少10％，常常是至少20％，优选至少30％且多达50％或60％或更多过氧化氢的水溶液。当使用臭氧时，它可以通过直接注入气体而作为气体使用，尽管优选的是臭氧呈臭氧水形式。臭氧水通常具有至少0.1ppm，常常是至少1ppm的浓度。臭氧在臭氧水中的浓度可以高达1000ppm或更大(基于臭氧重量/水体积)，但通常在更低浓度，如至多500ppm或甚至至多100ppm下得到有效结果。在水中实现特定臭氧浓度的能力通常取决于用于将臭氧与水合并的设备、水和臭氧的温度以及压力。高浓度有时可以在高度加压的系统中尤其在更低温度下实现。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、颗粒状固体在悬浮液中的类型和水溶性聚合物而变化。该氧化剂优选应以基于氧化剂重量/含水悬浮液的体积为至少1ppm的剂量引入。氧化剂可能在例如1-10ppm的低浓度下是有效的。氧化剂通常以至少100ppm的量加入且在一些情况下可以基于氧化剂重量/固体颗粒的含水悬浮液的体积为至少1000ppm。在某些情况下可能理想的是加入显著更高浓度的氧化剂，例如高达40,000或50,000ppm或更高。有效剂量通常为150-20,000ppm，尤其是1000-15,000ppm。
当该活性试剂为还原剂时，它例如可以为亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚磷酸盐、次磷酸盐和亚磷酸等。这些可以作为铵或碱金属盐如钠或钾盐提供。
加入自由基试剂是指就地引入形成或产生自由基的任何东西。合适的自由基试剂包括选自硫酸亚铁铵、硝酸铈铵等的化合物。此外，任何作为氧化剂或还原剂所列的化合物也可以被看作自由基试剂。
至少一种还原剂或至少一种自由基试剂的量理想的是可以在于上述氧化剂相同的范围内。
该处理体系应在转移过程中随着颗粒状固体的悬浮液流入沉积区而应用于该悬浮液。这可以通过加入水溶性聚合物和化学试剂二者实现。水溶性聚合物和化学试剂可以相继加入该悬浮液中，但优选将它们基本同时加入。
当该处理体系的水溶性聚合物和化学试剂相继加入时，可以将该化学试剂加入颗粒状固体的悬浮液中，然后可以加入该水溶性聚合物。或者可以在加入该化学试剂之前将该水溶性聚合物加入颗粒状固体的悬浮液中。理想的是当在该水溶性聚合物之前加入该化学试剂时，该化学试剂应在加入该水溶性聚合物的点之前小于10m的点加入。在该类情况下，优选该化学试剂的加料点在该水溶性聚合物的加料点之前5m内，更优选不超过2m。在其中在该化学试剂的加料点之前加入该水溶性聚合物的情况下，可以在加入该水溶性聚合物之后的任何点将该化学试剂加入该悬浮液中，条件是在转移过程中。据信只要在转移过程中加入该化学试剂，颗粒状固体的悬浮液应仍可流动且因此有机会在整个悬浮液中分布。然而，在其中该水溶性聚合物在该化学试剂之前加入的情况下，优选在水溶性聚合物的加料点之后不超过50m加入该化学试剂。在该类情况下，优选该化学试剂的加料点在该水溶性聚合物的加料点之后25m内，理想的是10m内，更理想的是5m内，合适的是不超过2m。
优选将该水溶性聚合物和化学试剂二者基本同时加入颗粒状固体的悬浮液中。基本同时是指水溶性聚合物和化学试剂均在相同点加入颗粒状固体的悬浮液中或者水溶性聚合物和化学试剂的加料点相距小于2m，优选小于1.5m或小于1m。
通常通过使用至少一个泵送步骤将颗粒状固体的悬浮液转移到沉积区。在一些情况下可能理想的是在泵送步骤之前加入该处理体系，包括加入该水溶性聚合物和该化学试剂二者。这可能允许将该处理体系完全整合到颗粒状固体的悬浮液中。或者可能理想的是在泵送步骤之前加入该处理体系的组分之一，例如水溶性聚合物或化学试剂，并在泵送步骤之后加入另一组分。优选在泵送步骤之后加入包括该水溶性聚合物和该化学试剂二者的处理体系。在其中仅有一个泵送步骤的情况下，优选在该泵送步骤之后加入包括该水溶性聚合物和该化学试剂二者的处理体系。在其中使用不止一个泵送步骤将颗粒状固体的悬浮液转移至沉积区的情况下，更优选在最后泵送步骤之后加入包含该水溶性聚合物和该化学试剂二者的处理体系。这在将该水溶性聚合物以水溶液形式加入颗粒状固体的悬浮液中时尤其如此。
通常通过沿着导管泵送至沉积区而转移颗粒状固体的悬浮液。该导管可以是用于将该悬浮液转移到沉积区的任何方便装置并且例如可以是管道或甚至沟槽。沉积区可以是或者可以邻近尾矿坝或泻湖。
通常将颗粒状固体的悬浮液连续转移到沉积区中，即没有流动的任何中断。然而，在某些情况下可能理想的是首先将该悬浮液转移到保持容器中，然后转移到沉积区。
合适的是通过导管，例如管道将颗粒状固体的悬浮液转移到沉积区。该导管，例如管道通常具有颗粒状固体的悬浮液随着流入沉积区而从其出来的出口。导管，例如管道的出口通常位于沉积区处或者可以靠近沉积区，例如距离沉积区小于20m，通常小于10m，理想的是小于5m。在其中导管或者更具体而言管道靠近沉积区的该类情况下，颗粒状固体的悬浮液应能够流入沉积区。
在某些情况下可能理想的是将该处理体系的一种或两种组分，即水溶性聚合物和/或化学试剂随着颗粒状固体的悬浮液离开导管，例如管道而加入其中。在其他情况下可能理想的是在颗粒状固体的悬浮液离开导管或者更具体而言管道的出口之前，例如在距离出口小于20m，通常小于10m，理想的是小于5m处加入该处理体系的两种组分。
合适的是该悬浮液的分散颗粒状固体包含矿石固体。分散的颗粒状固体通常为矿石。分散的颗粒状固体例如可以含有滤饼固体或尾矿。该悬浮液通常可以是来自浓缩机的底流或者可以是未增稠工厂废料流。例如，该悬浮液可以包含磷酸盐泥、金泥或来自金刚石加工的废料。颗粒状固体的典型悬浮液包括矿砂尾矿、锌矿尾矿、铅矿尾矿、铜矿尾矿、银矿尾矿、铀矿尾矿、镍矿尾矿、铁矿尾矿、煤粉尾矿、油砂尾矿或赤泥。适合在本发明中处理的颗粒状固体的悬浮液可以包括来自最终浓缩机或矿石加工操作的洗涤步骤的浓缩悬浮液。因此，该悬浮液理想的是来自矿石加工操作。优选该悬浮液包括尾矿。适当的是分散的固体包含至少一些亲水的固体，例如水溶胀粘土。更优选分散的颗粒状固体衍生于来自矿砂工艺的尾矿、煤粉尾矿、油砂尾矿或赤泥。
该悬浮液的颗粒状固体取决于特定的材料，例如尾矿的特定类型。在细粒尾矿的情况下，通常基本所有颗粒小于100μm，常常小于50μm，通常小于25μm，例如约95重量％的固体小于20μm且约75％小于10μm。在某些情况下，分散的颗粒状固体具有双峰粒度分布，包含细级分和粗级分，其中细级分峰小于25μm且粗级分大于75μm。
颗粒状固体的悬浮液的浓度倾向于根据悬浮液的特定类型变化。颗粒状固体的悬浮液通常可以是增稠的尾矿浆，例如作为来自浓缩机，例如重力浓缩机，或其他搅拌的沉积容器的底流的增稠尾矿悬浮液。合适的是该悬浮液具有的固体含量为整个悬浮液的15-80重量％。该悬浮液甚至可以具有20-70重量％，例如45-65重量％的固体含量。优选按照本发明处理的固体的悬浮液的固体含量通常为整个悬浮液的15-50％，常常为整个悬浮液的20-45重量％。
优选颗粒状固体的悬浮液为流出沉积容器的底料流，在该容器中将第一悬浮液分离成包含含水液的清液层和作为底流从所述容器取出的稠化层。对该底流进行本发明处理。不可能通过改变常规沉积容器中的分离从而使得该稠化层浓缩到足以形成硬化固体的堆叠而实现本发明目的。相反，为了使该高度浓缩的稠化层可以堆叠，屈服应力将高到不可能搅拌该稠化层或从常规沉积容器中作为底流取出稠化层。此外，该类固体不能作为来自该容器的底流流动。
在某些情况下可能希望将粗颗粒加入来自该容器的底流中。这可以在沉积区卸料之前在任何方便的点处进行。理想的是可以在加入该处理体系之前或之中将粗颗粒加入来自容器的底流中。当为了共处置的目的合并细颗粒状固体和粗颗粒状固体的含水悬浮液时，包含该水溶性聚合物和该化学试剂的处理体系通常应在细颗粒料流和粗颗粒料流混合之中或之后加入。通常不同废料流，此时是细颗粒料流和粗颗粒料流的这种混合导致混合物是均匀淤浆。
理想的是将已经加入该处理体系的颗粒状固体的悬浮液，优选通过至少一个泵的作用，沿着导管，例如管道转移到该导管的出口，该悬浮液离开该出口进入沉积区。合适的是将在沉积区如此处理的悬浮液分离成液体部分和固体部分。固体部分通常比分离前的颗粒状固体的悬浮液具有更高屈服应力。固体部分通常应在沉积区形成层。
通常随着液体部分从该悬浮液分离，它从分离的固体部分流走，后者作为层保留在所述沉积区中。可以使颗粒状固体的其他悬浮液在以前分离的固体部分的一个或多个层的表面上流动，然后分离。因此，理想的是固体部分在一层或多层以前的固体部分的表面上形成层。
固体部分和液体部分的分离通常在该悬浮液的流动减缓且该悬浮液基本停止流动时发生。合适的是固体部分倾向于形成硬化的固体。合适的是随后使其他如此处理的颗粒状固体的悬浮液在硬化固体的表面上流动，其中使其他如此处理的悬浮液分离成液体部分以及保留在以前硬化的固体表面上并且也理想地放置和硬化的固体沉积物。该方法可以在如此处理的悬浮液在硬化固体的以前层的表面上流动下继续，以提供包含多层硬化固体的堆叠。
发明人发现用作本发明处理体系的一部分的化学试剂带来另一效果，其中分布在整个硬化固体基体中的空隙合并。这些空隙通常填充有或者至少含有含水液体并且压缩将使得含水液体进一步释放和硬化固体进一步固结。我们发现实现了液体的释放，否则液体会由于液体的粘度和表面张力而夹带在分布在整个固体基体中的空隙中并且能够由于该化学试剂的作用流动。发明人进一步发现本发明方法更够更快速地固结固体并且也实现更高固体含量。这具有的优点是在水含量降低下，进一步固结的硬化固体的如此形成的固体部分将不太容易移动或崩塌。在含水液体从进一步固结的硬化固体的如此形成的固体部分的该初级和次级释放之后，任何残留水分或夹带液体可以随后通过蒸发和通过固体床的排泄的组合释放。
理想的是，沉积的固体部分形成进一步固结的硬化固体的岸坡。岸坡倾斜角取决于在沉积区沉积的特定固体，例如尾矿类型。在煤矿尾矿的情况下，岸坡坡度可以非常显著，例如具有约8％的岸坡倾斜角。在其他固体颗粒的悬浮液情况下，例如在在硬岩应用中，岸坡倾斜角可以更细微，例如2-3％的岸坡倾斜角。为了使可用沉积区最大化，通常重要的是根据底物，即悬浮液中固体的类型控制沉积几何，即岸坡倾斜角。据信岸坡坡度，即岸坡倾斜角与屈服应力、水溶性聚合物对后沉积屈服应力的影响以及在沉积之后化学试剂及其与水溶性聚合物的相互作用的影响有关。通常而言，屈服应力越低，岸坡坡度越低。
沉积的固体所要求的屈服应力取决于悬浮液类型，例如尾矿工艺的类型。例如在油砂的情况下，Directive 074要求蒸发干燥的沉积油砂尾矿具有至少5kPa的屈服应力。在蒸发干燥的沉积赤泥情况下，屈服应力应为至少20kPa，以成为足够坚硬的支撑机械。
屈服应力通常归因于颗粒颗粒相互作用和在等效孔隙比下的有效摩擦角。通常在其中将颗粒状固体的悬浮液作为流体转移时将聚合物加入其中的硬化工艺中，可以更快速地实现更高屈服应力。涉及加入水溶性聚合物和化学试剂的本发明处理体系似乎保持了屈服应力的该快速增加，但允许硬化的主要固体部分通过固体的进一步固结、空隙空间的压缩和其他含水流体的释放达到更高固体含量。
沉积的固体如何固结可以根据固结系数考虑。以m2/sec测量的固结系数(Cv)是以m/sec测量的水力传导率(k)与以kN/m3测量的孔流体的单位重量(Yw)和以m2/kN测量的体积变化/有效应力增加之比(Mv)的乘积之比。这可以由如Terzaghi&Peck(1967)，“固结理论”所公开的公式表示：
不限于理论，发明人相信加入水溶性聚合物，例如高分子量水溶性聚合物最初比在不存在该水溶性聚合物下可能实现的要更快速提高水力传导率。然而，所实现的最大水力传导率可能不会高到在其中颗粒在不存在该聚合物下相互作用的情况下的值。本发明的发明人相信涉及使用水溶性聚合物和化学试剂二者的处理体系的本发明方法可以实现比单独使用水溶性聚合物要高的水力传导率，这可能是由于该化学试剂降解该聚合物并且因此降低保留在硬化固体沉积物的基体的空隙中的流体粘度，导致该流体能够流出硬化固体的基体。
因为沉积的固体通常是在沉积区处置的废料，因此通常重要的是沉积的固体占据尽可能小的面积。本发明方法能够形成硬化材料的堆叠，这具有的优点是处置要求更少的区域。此外，因为本发明方法能够进一步固结沉积的固体，因此所得体积也降低，由此有利于其他固体材料的沉积。
在通过导管，例如管道流入沉积区时用本发明处理体系如此处理的颗粒状固体的悬浮液的流变特征是重要的，因为流动特征的任何显著降低可能严重损害该方法的效率。重要的是没有显著的固体沉降，因为这可能导致堵塞，这意味着必须关闭工厂以消除堵塞。此外，重要的是流动特征没有显著降低，因为这可能大大损害该悬浮液的流动性。该有害效果可能导致显著增加的能量成本，因为泵送变得更难且对泵送设备的磨损可能增加。已经发现通过与在不存在化学试剂下加入水溶性聚合物相比，在本发明中向该悬浮液中加入化学试剂和水溶性聚合物不会呈现不利的流动特征。
该悬浮液在其硬化时的流变特征是重要的，因为一旦允许放置如此处理的悬浮液，则重要的是流动最小化且固体颗粒与该液体的分离快速进行而允许硬化的固体部分沉积，然后是硬化固体部分的基一部固结。若如此处理的悬浮液具有太高的流动性，例如若待处理的颗粒状固体的悬浮液的固体含量太低，则这可能损害形成硬化固体的有效堆叠的能力并且还有分离的液体部分不含有可接受地高水平的固体。此外，还必要的是硬化的沉积固体具有足够的强度而在具有降低的横向移动下保持基本完整并且承受施加于其上的被处理悬浮液的随后层的重量。
优选本发明方法实现了堆积处置几何并且共同固定了该悬浮液中固体的细级分和任何粗级分，还允许任何释放的水具有更高的驱动力以借助液压重力排泄将其与该悬浮液分离。堆积几何似乎对下层固体给出更高的向下的压实压力，后者似乎对提高脱水的速率负责。我们发现该几何导致更高的废料量/表面积，这在环境和经济上都是有益的。
本发明的优选特征是通常在硬化步骤过程中发生的含水液的释放。因此，在本发明的优选形式中，该悬浮液在硬化过程中脱水至首先释放液体，然后从硬化固体释放液体，其中该液体含有显著更少的固体。当本发明方法是处理来自工业方法，例如矿石加工操作的悬浮液时，该液体则可以返回该工业方法中，由此降低所要求的输入水量，并且因此重要的是该液体清澈且基本不含污染物，尤其是迁移性颗粒状细粉。合适的是例如可以将该液体在循环到得到该悬浮液的开采操作，例如油砂操作。或者，可以将该液体在循环到相同工厂内的螺管或其他工艺中。
下列实施例说明但不限制本发明。
实施例1
由煤加工操作的浓缩机容器的底流提供煤矿尾矿浆。
使煤矿尾矿浆沿着导管流到沉积区。将浓度为0.5％的阴离子聚丙烯酰胺的水溶液以350克/吨(基于该浆的干固体的活性聚合物)的剂量在该导管距沉积区末端约12m处投料到流动浆中。在将该聚合物投料到流动浆中之后2m处将浓度为30％的过氧化氢溶液以提供聚合物/过氧化氢比为1:65的剂量投料到流动浆中。
在沉积区处离开导管时，将如此处理的矿砂浆倾于沉积区中的岸坡上，其中固体的流动停止且该浆的液体组分从沉积的固体流出。从沉积后3小时开始，在几周的时间内沉积的尾矿体积减少伴随着固体密度增加、水力传导率提高和屈服应力增加。
实施例2
由矿砂加工操作的浓缩机容器的底流提供矿砂尾矿浆。该浆的固体含量通常为50-55重量％，其中10-12重量％具有的粒度小于75μm。比重通常为约1.5g/cm3。
使矿砂尾矿浆沿着导管流到沉积区。在该导管距沉积区末端5m处将浓度为0.05％w/v的阴离子聚丙烯酰胺的水溶液以50克/吨(基于该浆的干固体的活性聚合物)的剂量投料到流动浆中，同时将过氧化氢水溶液(浓度为30％)投料到该浆中。加入该浆中的聚合物/过氧化氢比为1:50。
如此处理的矿砂浆在沉积区处离开该导管到达其中固体的流动停止且该浆的液体组分快速从沉积的固体流出的表面上。从沉积后3小时开始，在几周的时间内沉积的尾矿体积减少伴随着固体密度增加、水力传导率提高和屈服应力增加。

Claims (24)

1.一种将包含分散于含水液体中的颗粒状固体的悬浮液分离成液体部分和固体部分的方法，包括如下步骤：通过使所述悬浮液流入沉积区而将其转移，在转移过程中使所述悬浮液经历处理体系并在所述沉积区使所述悬浮液分离成液体部分和固体部分，其中所述处理体系包含：
(a)水溶性聚合物；和
(b)选自氧化剂、还原剂和/或自由基试剂中至少一种的化学试剂。
2.根据权利要求1的方法，其中所述水溶性聚合物由至少一种烯属不饱和水溶性单体形成。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物由至少一种选自(甲基)丙烯酸(或其盐)、烯丙基磺酸(或其盐)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(或其盐)的单体任选与至少一种选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酰胺(例如乙烯基甲酰胺)和羧酸乙烯酯(例如乙酸乙烯酯)的共聚单体组合形成。
4.根据权利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物由至少一种选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酰胺(例如乙烯基甲酰胺)和羧酸乙烯酯(例如乙酸乙烯酯)的单体形成。
5.根据权利要求1或2的方法，其中所述水溶性聚合物由至少一种选自(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯化物(DMAEA.MeCl)季化物、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)的单体任选与选自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酰胺(例如乙烯基甲酰胺)和羧酸乙烯酯(例如乙酸乙烯酯)的非离子共聚单体组合形成。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述水溶性聚合物以水溶液形式加入所述悬浮液中。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述化学试剂选自过氧化物、臭氧、次氯酸盐、过乙酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过硫酸盐、溴酸盐、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫酸亚铁铵、过硫酸铵和硝酸铈铵。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述水溶性聚合物和所述化学试剂均基本同时加入所述悬浮液中。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述水溶性聚合物和所述化学试剂均在泵送步骤之后加入所述悬浮液中。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述分散的颗粒状固体为矿石。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述分散的颗粒状固体衍生于来自矿砂工艺的尾矿、煤粉尾矿、油砂尾矿、赤泥。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述分散的颗粒状固体具有小于100μm的粒度。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述分散的颗粒状固体具有包含细级分和粗级分的双峰粒度分布，其中所述细级分峰小于25μm且粗级分峰大于75μm。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述悬浮液具有的固体含量为整个悬浮液的15-80重量％。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述悬浮液为流出沉积容器的底料流，在所述沉积容器中第一悬浮液分离成包含含水液的清液层和作为底流从所述容器取出的稠化层。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其中使用至少一个泵将所述悬浮液沿着导管转移到所述导管的出口，所述悬浮液从所述出口出来进入所述沉积区。
17.根据权利要求15的方法，其中在加入所述处理体系之前或之中将粗颗粒加入来自所述容器的底流。
18.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在泵送到所述沉积区之前将所述悬浮液转移到保持容器中。
19.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体部分在所述沉积区中形成层。
20.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述沉积区从所述悬浮液分离的所述液体部分从所述分离的固体部分流走，后者作为层保留在所述沉积区中。
21.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体部分比分离之前的所述悬浮液具有更高屈服应力。
22.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体部分在一层或多层以前的固体部分的表面上形成层。
23.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体部分通过液体的最初释放和固体的硬化形成，然后随着液体的进一步释放硬化的固体随后固结。
24.根据权利要求22的方法，其中所述固体部分的各层形成包含多层固体部分的堆叠，其中各层固体部分通过液体的最初释放和固体的硬化形成并且其中随着液体的进一步释放发生各层固体的随后固结。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112292190A (zh) * 2018-06-08 2021-01-29 可泰克斯公司 控制金属矿渣的流变性

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3044655B1 (fr) 2015-12-07 2021-06-11 Snf Sas Procede de traitement d'effluent aqueux
US10913670B2 (en) 2016-05-05 2021-02-09 Extrakt Process Solutions, Llc Oil sands tailings treatment
US11027993B2 (en) 2016-05-05 2021-06-08 Extrakt Process Solutions, Llc Oil sands tailings treatment
WO2019023054A1 (en) * 2017-07-24 2019-01-31 Extrakt Process Solutions, Llc TREATMENT OF AQUEOUS COAL WASTE COMPOSITIONS
CA3046002A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-12 Kemira Oyj Methods of treating tailings

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1361752A (zh) * 1999-07-19 2002-07-31 西巴特殊化学水处理有限公司 悬浮液絮凝工艺
CN1761623A (zh) * 2003-01-31 2006-04-19 出光兴产株式会社 处理含有难分解有害物的废水的方法
CN101282913A (zh) * 2005-09-30 2008-10-08 Otv股份有限公司 包括快速沉淀步骤、然后直接在微过滤或超过滤膜上过滤的步骤的水处理方法以及相应装置
CN101370562A (zh) * 2006-01-18 2009-02-18 西巴控股有限公司 悬浮液的浓缩
CN102939141A (zh) * 2010-04-09 2013-02-20 巴斯夫欧洲公司 悬浮液的浓缩
CN103269995A (zh) * 2010-12-21 2013-08-28 纳幕尔杜邦公司 尾矿流处理方法
WO2014125130A3 (en) * 2013-04-26 2014-11-06 Basf Se Concentration of suspensions

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1361752A (zh) * 1999-07-19 2002-07-31 西巴特殊化学水处理有限公司 悬浮液絮凝工艺
CN1761623A (zh) * 2003-01-31 2006-04-19 出光兴产株式会社 处理含有难分解有害物的废水的方法
CN101282913A (zh) * 2005-09-30 2008-10-08 Otv股份有限公司 包括快速沉淀步骤、然后直接在微过滤或超过滤膜上过滤的步骤的水处理方法以及相应装置
CN101370562A (zh) * 2006-01-18 2009-02-18 西巴控股有限公司 悬浮液的浓缩
CN102939141A (zh) * 2010-04-09 2013-02-20 巴斯夫欧洲公司 悬浮液的浓缩
CN103269995A (zh) * 2010-12-21 2013-08-28 纳幕尔杜邦公司 尾矿流处理方法
WO2014125130A3 (en) * 2013-04-26 2014-11-06 Basf Se Concentration of suspensions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112292190A (zh) * 2018-06-08 2021-01-29 可泰克斯公司 控制金属矿渣的流变性

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