CN112047368B - 使用含硼酸聚合物回收采矿处理产物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用含硼酸聚合物回收采矿处理产物，其提供用于在工业生产过程中改进凝聚剂的效能的方法和组合物。方法包含pH触发的在例如聚葡萄糖的絮凝试剂与包括含硼酸聚合物的组合物之间的交联反应。所述pH触发可由pH为8或更大的流体来提供。所述生产过程可以是拜耳过程(Bayer Process)且所述流体为拜耳的流体回路中的苛性碱液体或浆料，其中通过常规方法减少反应时间，且交联的聚葡萄糖组合物实现改进的三水合物粒子的絮凝。

Description

使用含硼酸聚合物回收采矿处理产物
本申请是申请日为2016年12月2日、申请号为201680070362.5、发明名称为“使用含硼酸聚合物回收采矿处理产物”之申请的分案申请。
技术领域
本公开通常涉及用于改进用于工业过程中的絮凝剂添加剂的效能的方法和组合物。更确切地说，涉及通过pH触发的絮凝剂添加剂与含硼酸聚合物的交联来改进例如聚葡萄糖的絮凝剂添加剂的用途。
背景技术
铝矿(“铝矾土”)视为铝的主要来源。在工业规模上，首先将铝矾土处理成氧化铝(也称为“氧化铝(III)”、“氢氧化铝”、“三水合氧化铝”以及“氧化铝”)，随后将其转化成铝金属。在工业规模下精炼铝矾土和生产氢氧化铝的原理方法是通过拜耳过程(Bayerprocess)的公认。
一般来说，拜耳过程典型地包括：蒸煮阶段，其中通过在形成铝酸钠水溶液的氢氧化钠溶液(“苛性碱”或“苛性碱溶液”)的溶液中蒸煮铝矾土矿来提取氧化铝；澄清阶段，其中通过沉淀和过滤从母液(pregnant liquor)(在铝酸钠中过饱和)中移除固相残留物(“赤泥”或“铝矾土残留物”)，留下含铝酸钠的溶液；沉淀阶段，其中使氢氧化铝从铝酸钠溶液(“液体”或“拜耳过程液体”)沉积并以氢氧化铝晶体(结晶)的形式生长；分级阶段，其中晶体晶种从氢氧化铝产物材料分离；以及随后煅烧阶段，其中氢氧化铝分解为氧化铝(矾土最终产物)。可易于获得对拜耳过程和其方法步骤的更详细描述。举例来说，可在美国专利8298508中找到对拜耳法步骤的更详细但不全面的描述，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
矾土的生产是高耗能和昂贵的。尽管拜耳过程使用了整整一个世纪，但对于改进所述方法仍存在许多挑战。在更低级矿、更大矿物质复杂度以及环境问题的情况下，在持续的基础上追求可最大化产物产率、节省能量且最小化运营成本的过程优化。对符合上文目标的尝试面临许多复杂因素，包含液体中的杂质含量、在较高浓度下的苛性碱脆化。此外，在工业中所采用的用于所述方法的各种步骤的特定技术可在各设备间变化，从而使一致性改进困难。
针对过程优化特定焦点领域包含最大化液体生产率/产率且减少能量消耗。这包含沉淀阶段，其中通过应用澄清的铝酸钠液体的多个沉淀和絮凝步骤将所述沉积的固体氢氧化铝收集为产物。在这一阶段期间最大化铝酸盐晶体的输出在通过拜耳过程的铝值经济回收中是至关重要的。
拜耳过程操作人员力求优化其的晶体形成和沉淀方法，以便根据拜耳过程产生最大可能的产物产率，同时产生给定粒度分布的晶体。相对较大粒度对于要求回收铝金属的后续处理步骤是有益的。过小的三水合氧化铝晶体或细粒通常不用于铝金属的生产，而是再循环以用作细粒子三水合氧化铝晶体晶种。因此，所沉淀三水合物晶体的粒度确定材料是否最终用作产物(较大晶体)或用作晶种(较小晶体)。不同尺寸的三水合物粒子的分级和撷取因此是拜耳过程中的重要步骤。
在拜耳过程中或对于用作沉淀晶种，将三水合氧化铝晶体作为产物分离或回收通常通过多个技术中的一种来实现，包含沉降、旋流器、过滤中的一种或组合和/或这些技术的组合。粗粒子易于沉降，而细粒子沉降缓慢。典型地，设备将使用两个或三个沉降的步骤，以便将三水合物粒子分级成对应于产物和晶种的不同尺寸分布。具体来说，在分级的最终步骤中，沉降容器通常用于撷取且沉降细晶种粒子。使最后分级阶段的溢流作为废液回流到所述方法以在蒸煮中回用。在最终沉降阶段中报告到溢流的三水合物粒子典型地不在针对晶种或产物的方法内利用。实际上，这些材料在所述方法内再循环，从而产生低效率。
在分级步骤和三水合物粒子的撷取中获得所沉淀的三水合物晶体的粒子尺寸，无论材料是否最终用作产物或晶种，且最小化溢流中的三水合铝细粒是矾土输出的质量和数量的直接促成因素。如此，在这个区域中实现其它过程效率是持续的追求。
在改进三氢氧化铝分离过程的效率的努力中，将在工艺液体(例如聚葡萄糖、多糖)中可溶或可分散的某些化合物(包含各种凝聚剂)作为工艺添加剂添加。常规技术采用添加合成水溶性聚丙烯酸酯凝聚剂和/或聚葡萄糖凝聚剂，以在分级过程中增强三水合氧化铝粒子的沉降特性，且因此减少废液中的固体的量。交联的聚葡萄糖或交联的二羟丙基纤维素也用于增强细小三水合氧化铝晶体的沉降。尽管这些处理(包含絮凝剂组合物)通常用于拜耳设备的三水合物分级系统，但一些处理要求大量调配时间且具有受限的使用率和运送成本，其一起不利地影响效率且影响成本。
尽管方法的连续和持续发展适用于获得具有增加的粒度的氢氧化铝晶体，但仍需要针对氢氧化铝生产方法的改进和增强以解决生产质量和经济问题。存在对增强粒子撷取和沉降速率的方法和用于增强粒子撷取和沉降速率的组合物的需要和利用，同时在分级的最后阶段后最小化溢流中的固体的浓度。总之，这些改进增加过程效率，减少制备时间和材料消耗，且在应用中提供灵活性。
除非如此具体说明，否则本章节中描述的领域并不在于构成对本文中参考的任何专利、公开或其它信息是关于本发明的“现有技术”的承认。另外，本章节不应理解为意指已经进行检索或不存在如37CFR§1.56(a)中所定义的其它相关信息。
发明内容
在至少一个实施例中，本发明涉及用于在工业过程中改进絮凝剂效力和效率的方法和组合物。方法包含pH触发的絮凝试剂(例如多糖，例如聚葡萄糖)与包括含硼酸聚合物的组合物之间的瞬时交联反应。pH触发可通过待处理的过程流体的固有碱度来提供，从而允许现场和原位制备和交联，由此增加效率且降低生产成本。
在至少一些实施例中，本发明包含一种用于在采矿过程中进行固液分离以用于在生产场所处生产采矿产物的方法。方法包含将包括絮凝试剂的第一组合物与包括含硼酸聚合物的第二组合物组合以形成混合物。方法进一步包含通过使混合物暴露于8或更大的pH水平来触发絮凝试剂与含硼酸聚合物之间的交联反应，由此形成反应产物。在一些实施例中，pH水平为10或更大。在发生固液分离的一或多个位置处，反应产物在生产场所处用作采矿过程的流体流中的絮凝剂。
在这些和其它各种示范性实施例中，方法可进一步包含将反应产物引入到流体流中。在一些实施例中，通过将反应产物进料到流体流中来引入反应产物，其中在进料之前，在生产场所处触发交联反应。在一些实施例中，通过将混合物进料到流体流中来引入反应产物，其中在流体流中(原位)触发交联反应，所述流体流具有8或更大的pH。在一些实施例中，通过将第一和第二组合物进料到流体流中来引入反应产物，其中在流体流中(原位)形成混合物且通过流体流的pH(8或更大)触发交联反应以形成反应产物。
在各种实施例中，采矿或生产方法为用于由铝矾土矿产生矾土的拜耳过程，且流体在拜耳的流体环路中为苛性碱液体或研磨浆。在一些实施例中，方法和组合物涉及使用絮凝试剂的pH触发的交联的产物，所述絮凝试剂可为多糖(例如聚葡萄糖)，其中含硼酸聚合物作为三水合物絮凝剂。絮凝剂改进单元操作的效能且促进细小三水合氧化铝晶体(较低溢流固体)在苛性碱拜耳液体(Bayer liquor)中的沉降。pH触发的聚葡萄糖与用于苛性碱拜耳液体中的三水合铝固体絮凝的含硼酸聚合物之间的交联反应是瞬时的。这允许现场或原位调配和施用。这表示在时间上相对于用于聚葡萄糖的常规交联的技术显著减少，且增大最终产物中的活性组分的浓度，且由此有效地降低运输成本。
在至少一些实施例中，所述生产方法为用于矾土生产的拜耳过程。根据拜耳过程，使絮凝试剂(在一些实施例中为多糖)和包括含硼酸聚合物的第二组合物混合，且与pH至少为8(且在一些实施例中为10)的一定量的液体或浆料组合。在组合后，pH水平触发多糖与含硼酸聚合物之间的瞬时交联反应以在发生固液分离的一或多个位置处形成用于拜耳过程的流体流中的反应产物。在一些实施例中，多糖为葡聚糖。在其它实施例中，含硼酸聚合物呈乳胶、水性溶液或干粉的形式。
在至少一个实施例中，将所述量的液体或浆料从流体流中去除，且随后与第一和第二组合物组合，其中在组合后添加到拜耳过程的流体流位置中；或第一和第二组合物与拜耳过程的流体流位置中的所述量的液体或浆料组合。
在这些和各种其它实施例中，含硼酸聚合物是至少一种水溶性乙烯基单体与含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的聚合反应产物，所述硼酸部分在各种实施例中为苯基硼酸。
在这些和各种其它实施例中，含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体可选自由以下组成的组：3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、2-(丙烯酰胺)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸以及其混合物。在一些实施例中，至少一种水溶性乙烯基单体可以是丙烯酸酯单体或可选自由以下组成的组：丙烯酰胺；丙烯酸或其盐；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐；N,N,N-三甲基-2-(1-侧氧基-2-丙烯基)氧基]-氯化乙铵、N,N-二甲基-N-丙烯基-2-丙烯-1-氯化铵以及其混合物。
在至少一个实施例中，含有硼酸部分的乙烯基单体为3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸。在这个和各种其它实施例中，水溶性乙烯基单体为丙烯酰胺。在至少一个实施例中，含硼酸聚合物为水溶性含硼酸聚丙烯酰胺。
在这些和各种其它实施例中，含硼酸聚合物具有至少约0.2dl/g的降低的比粘度。在这个和各种其它实施例中，含硼酸聚合物可包括至少0.01wt％的硼酸单体。在一些实施例中，第一和第二组合物的混合物包括至少0.01wt％的含硼酸聚合物。
在这些和各种其它实施例中，含硼酸聚合物可包括至少0.01wt％的硼酸单体。在其它实施例中，含硼酸聚合物可包括约1.0wt％到约2.0wt％的硼酸单体，且在一些实施例中包括至少约0.01wt％的混合物。
在这些和各种其它实施例中，交联反应可具有约30分钟或更短的反应时间。
在这些和各种其它实施例中，含硼酸聚合物可包括生物聚合物、合成聚合物或其混合物。在一些实施例中，含硼酸聚合物为水溶性含硼酸聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺可由丙烯酰胺与含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的自由基聚合来制备。在其它实施例中，含硼酸聚合物可使用选自由以下组成的组的单体来聚合：丙烯酸或其盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)或其盐、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵(DMAEA.MCQ)。在一些实施例中，硼酸单体为3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸(APBA)。在各种实施例中，含硼酸聚合物为非离子、阴离子、阳离子、两性或缔合的。含硼酸聚合物可以是直链或非直链的；以及交联或未交联的。在一些实施例中，含硼酸聚合物呈乳胶形式、水性溶液或干粉形式。
在本发明的某些实施例中，将反应产物引入到拜耳过程的液体中，由此改进三水合氧化铝从三水合氧化铝过程分离的产率。可将反应产物引入到一或多个位置处的拜耳过程的液体中，且由此通过使用未交联聚葡萄糖来实现改进的三水合物粒子的絮凝。可进一步将反应产物引入到一或多个位置处的拜耳过程的液体中，且由此抑制方法中的一或多种三水合氧化铝晶体的长晶速率。本发明进一步包含实施例，其中可将反应产物引入到一或多个位置处的拜耳过程的液体或浆料中，以有助于方法中的赤泥澄清。
在至少一个实施例中，在此公开一种针对在拜耳过程中沉淀三水合氧化铝的方法。方法包括将有效量的三水合物絮凝剂添加到拜耳过程的拜耳过程液体中。通过将多糖、含硼酸聚合物与一定量的液体或浆料组合以形成交联的反应产物来制备三水合物絮凝剂。在一些实施例中，多糖为聚葡萄糖且反应产物通过液体或浆料、聚葡萄糖与含硼酸聚合物的交联进行pH触发。触发交联的所需pH水平可以是在拜耳过程液体或浆料中所存在的水平。使用三水合物絮凝剂产生改进的三水合氧化铝粒子的絮凝和降低的固体溢流。
本发明的至少一个实施例针对一种用于使三水合氧化铝在拜耳过程系统中沉降的方法。方法包括向系统添加有效量的交联的聚葡萄糖。交联是聚葡萄糖与包括含硼酸聚合物的含硼酸聚合物组合物原位反应的结果，其中聚葡萄糖与含硼酸聚合物组合物在具有pH水平的溶液中进行组合且交联反应通过所述pH水平触发。在一些实施例中，溶液是来自系统的一定量的拜耳过程液体。在这些和各种其它实施例中，聚葡萄糖与含硼酸聚合物组合物在拜耳法系统流体流中组合。当与使用这一过程中所采用的常规凝聚剂比较时，使用含有聚合物凝聚剂的这些交联的聚葡萄糖/硼酸产生改进的三水合氧化铝的沉降。
可将与含硼酸聚合物交联的聚葡萄糖的溶液添加到矾土生产过程的三水合物分级回路中的拜耳过程液体中。在发生固液分离的过程中，可在一或多个位置处将溶液添加到液体中。添加位置可有助于抑制方法中的一或多种三水合氧化铝晶体的长晶速率。添加位置可有助于降低方法中的垢形成速率。溶液可进一步改进三水合氧化铝分离的产率。
在上文和其它各种实施例中，在矾土生产设施处执行拜耳过程，且在矾土生产设施处执行聚葡萄糖与含硼酸聚合物的交联。在各种实施例中，在一定量的拜耳过程液体中执行交联。在一些实施例中，聚葡萄糖在从拜耳过程流体流去除的一定量的拜耳过程苛性碱液体溶液中与含硼酸聚合物交联，且其后添加到拜耳过程流体流中。在一些实施例中，将聚葡萄糖组合物与含硼酸聚合物组合物组合且添加到拜耳过程流体流中。
在这些和各种实施例中，相较于与常规试剂交联(例如使用表氯醇的那些)，交联絮凝试剂(例如聚葡萄糖)与含硼酸聚合物显著地减少聚葡萄糖交联所需的生产时间。苛性碱拜耳过程液体的pH水平触发聚葡萄糖与含硼酸聚合物之间的瞬时交联反应以用于三水合铝固体絮凝。在一些实施例中，相较于交联时间为1-20小时的市售产品，制备改进的絮凝剂时的交联时间为1-30分钟。聚葡萄糖与含硼酸聚合物的交联可进一步增加产物活性浓度，从而降低运输成本和总的体产品成本。
本发明的组合物和方法的其它优势包含(但不限于)降低与氢氧化铝产物过程相关的成本，同时提高氢氧化铝生产过程的效率和效用。本发明方法和组合物有助于最大化过程效率且实现分级的最后阶段的溢流中的固体的最低可能的浓度。
聚葡萄糖与含硼酸聚合物在矾土生产设施处交联以产生三水合物絮凝剂以供用于在拜耳过程中沉淀三水合氧化铝为更有利的，这是因为其可产生更大的絮凝效力、更短的反应时间、最大有效剂量的增加、更快的沉降以及更好的三水合物絮凝剂的抗剪切性。聚葡萄糖与含硼酸聚合物在矾土生产设施处现场或原位交联进一步提供更低运输成本和过程成本。
在至少一个实施例中，采矿过程为铁矿过程且固液分离为铁尾矿分离。类似地，方法包括将絮凝试剂与包括含硼酸聚合物的第二组合物组合以形成混合物；以及通过使混合物暴露于8或更大的pH水平触发絮凝试剂与含硼酸聚合物之间的交联反应，由此形成反应产物。在发生固液分离的一或多个位置处，反应产物在生产场所处用作铁矿过程的流体流中的絮凝剂。
上文方法类似地进一步包括将反应产物进料到流体流中，其中在进料之前，在生产场所处触发交联反应；将混合物进料到流体流中，所述流体流具有8或更大的pH水平，其中在流体流中触发交联反应；或将第一和第二组合物进料到流体流中，所述流体流具有8或更大的pH水平，其中混合物形成且在流体流中触发交联反应。如上文所描述，含硼酸聚合物包括至少一种水溶性乙烯基单体与含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的聚合反应产物。
在至少一个实施例中，本发明包含在用于矾土生产的拜耳过程中用于固液分离的絮凝剂组合物。絮凝剂包括絮凝试剂与含硼酸聚合物之间的交联反应的pH触发的交联反应产物。通过使絮凝试剂与含硼酸酸聚合物的混合物暴露于8或更大的pH水平触发交联反应，其中含硼酸聚合物为至少一种水溶性乙烯基单体与含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的聚合的反应产物。
在一些实施例中，含硼酸聚合物具有至少约0.2dl/g的降低的比粘度且包括至少约0.01wt％的硼酸单体。在这个和各种其它实施例中，含硼酸聚合物可包括约1.0wt％到约2.0wt％的硼酸单体且包括至少约0.01wt％的混合物。在又其它实施例中，含硼酸聚合物包括0.10wt％到约10wt％的混合物且交联反应具有约30分钟或更短的反应时间。在至少一些实施例中，絮凝剂组合物适用于从沉淀液体结晶过程中促进晶体附聚物的生产。
在至少一个实施例中，本文中公开一种含有组合物的市售封装，所述组合物包括含硼酸聚合物和印刷材料。印刷材料指示在采矿过程中使用组合物作为固液分离添加剂。在一些实施例中，印刷材料指示含硼酸聚合物为至少一种水溶性乙烯基单体与含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的聚合反应产物。印刷材料可进一步向用户提供或指导使用组合物的说明书。说明书可指示一种用于在采矿过程中进行固液分离以用于在生产场所处生产采矿产物的方法，如本文中所公开。
在至少一些实施例中，说明书指示所述方法包括将包括絮凝试剂的第一组合物与包括含硼酸聚合物的组合物组合以形成混合物。所指示的方法进一步包括通过使混合物暴露于8或更大的pH水平而触发絮凝试剂与含硼酸聚合物之间的交联反应，由此形成反应产物。说明书可进一步指示，在发生固液分离的一或多个位置处，反应产物在生产场所处用作采矿过程的流体流中的絮凝剂。
在至少一些实施例中，说明书进一步指示方法包括：将反应产物进料到流体流中，其中在进料之前，在生产场所处触发交联反应；将混合物进料到流体流中，所述流体流具有8或更大的pH水平，其中在流体流中触发交联反应；或将第一和第二组合物进料到流体流中，所述流体流具有8或更大的pH水平，其中混合物形成且在流体流中触发交联反应。
在这些和其它各种实施例中，采矿过程为拜耳过程且采矿产物为矾土。印刷材料指示在拜耳过程中使用组合物作为固液分离添加剂，且说明书指示一种用于在拜耳过程中进行固液分离以用于在矾土生产场所处生产矾土的方法。在其它各种实施例中，采矿过程为铁矿过程。印刷材料指示在铁矿过程中使用组合物作为固液分离添加剂，且说明书指示一种用于在铁矿过程中在铁生产场所处进行固液分离的方法。
本公开的各个方面的以上概述并不意图描述本公开的每一所说明的方面或每个实施方案。本发明的又其它目标和优势及其建构方法将根据以下详细描述而对于所属领域的技术人员变得易于明白。如将认识到，本发明能够具有其它和不同实施例和建构方法，且其若干细节能够在各种明显的方面中进行修改，全部不背离本发明。相应地，应将图式和描述视为本质上说明性的而非限制性的。
附图说明
下文结合对图式作出的特定参考来描述本发明的详细描述，其中：
图1是示出在溢流固体还原测试中样本比较的结果的图示。
图2是示出在溢流固体还原测试中样本比较的结果的图示。
图3是示出赤泥沉降测试中共添加样本比较的结果的图示。
图4是示出铁尾矿沉降测试中共添加样本比较的结果的图示。
虽然本发明容许各种修改和替代形式，但其细节已性借助于实例展示于图示中且将进行详细地描述。然而，应理解，不意图将本发明限制在所描述的特定方面中。相反地，意图涵盖属于如由所附权利要求书定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等效内容以及替代方案。
具体实施方式
虽然本发明可以许多不同形式实施，但本文中详细描述了本发明的特定实施例。本说明书是本发明的原理的范例且不意图将本发明限于所说明的特定实施例。
以下为应用于如本说明书通篇所使用的相关术语的定义。定义的组织是仅为方便起见且并不意图将定义中的任一项限于任何特定类别。
“主要由…组成”意指所述方法和组合物可包含额外步骤、组分、成分或类似物，但唯一条件是所述额外步骤、组分和/或成分不实质上改变所主张的方法和组合物的基本和新颖特征。
“聚葡萄糖”为α-D-1,6葡萄糖键联的葡聚糖，其中侧链1-3键连到生物聚合物的主链单元。
“二羟丙基纤维素”为纤维素衍生物，其中将1,2-二羟丙基醚基团添加到纤维素主链。
“液体”或“拜耳液体”意指在工业设施中运行至少一部分拜耳过程的苛性、液体介质。
“沉淀进料液体”意指流到氢氧化铝沉淀过程的除尘器中的沉淀液体。
“沉淀液体”意指在矾土生产过程的氢氧化铝沉淀步骤中含有铝酸盐的液体。铝酸盐液体可由所属领域的一般技术人员已知的多种术语指代，例如母液、绿液以及氢氧化铝沉淀进料。拜耳过程为矾土生产过程的一个实例。术语沉淀液体还可包含针对如由所属领域的技术人员熟知的方法所实现的在烧结碳酸化过程或组合的拜耳烧结过程中进行分解的铝酸盐溶液，如例如美国专利4,256,709、3,642,437、2,184,703、2,257,347以及2,181,695中所描述。
“产物产率”意指在沉淀操作结束时，沉淀容器内氢氧化铝固体内含物的量。增加的产物产率通常由相应容器中较低的液体氢氧化铝浓度表示。
“浆料”意指包括其内分散或悬浮有细粒(可为液体和/或细分固体)的液体介质的混合物，当浆料鼓泡时，尾矿保留在浆料中且浓缩物中的至少一些粘附到鼓泡气泡且上升到浆料外到达浆料上方的泡沫层中，液体介质可完全是水、部分是水，或可以完全不含有任何水。
“废液”是指在返回到拜耳过程中的蒸煮的最终分级阶段之后，由去除所沉淀的铝值产生的液体。
如本文中所使用，“降低的比粘度”或“RSV”为比粘度除以浓度，确切地说如在一当量浓度的硝酸钠溶液中以0.45克的聚合物的浓度所测量。
“增稠器”或“沉降器”意指用于实现浆料的固液分离的容器，通常添加凝聚剂，容器构建和配置成接收浆料，保留浆料持续足以允许浆料的固体部分向下沉降(底流)离开浆料的更多液体部分(溢流)的时段，倾析溢流，并去除底流。增稠器下溢和增稠器上溢通常传递到过滤器以进一步分离固体与液体。
“重量百分率”意指100g组合物或混合物内一种反应剂的总重量分数。
如果在本申请中的上述定义或其它地方所述的说明与通常使用的、词典中的或通过引用并入本申请的来源中所述的含义(明示或暗示)不一致，那么本申请以及特别是权利要求中的术语应理解为根据本申请的定义或说明而不是根据常见定义、词典定义或通过引用并入的定义来解释。鉴于上文，在术语仅在其由词典解释时方可被理解的情况下，如果所述术语是由《柯克-奥思默化学技术百科全书(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)》,第5版,(2005)(由Wiley,John&Sons,Inc.出版)定义，那么这一定义应控制所述术语在权利要求书中应如何被定义。
本文中描述使用含硼酸聚合物以用于在工业过程中改进絮凝剂效力和效率的方法和组合物。在至少一些实施例中，将含硼酸聚合物组分(或“硼酸聚合物组分”)与絮凝试剂组分(或“絮凝试剂组分”)现场或原位组合，以形成混合物。将混合物与pH为8或更大的碱性流体组合或将其引入到所述碱性流体中。碱性流体的pH触发絮凝试剂组分与形成反应产物的硼酸聚合物组分之间的交联反应。可在引入到工业过程(例如拜耳过程)的流体流中之前或之后执行触发。反应产物用于在工业过程中的固液分离。
无论是在引入/施用到流体流中或原位之前，本文中所公开的方法的pH触发反应是相对于其它凝聚剂、絮凝试剂或絮凝方法的较长制备和反应时间的改进。申请的发明性方法提供更大灵活性且能够作出快速更改以处理不同剂量应用。方法进一步提供降低的运输和存储成本。
在至少一些实施例中，使例如含硼酸聚合物和聚葡萄糖的絮凝剂组分原位反应或交联。即，单独地提供絮凝剂组分且使其在施用场所处的流体流中反应或交联，以形成絮凝剂。将絮凝剂组分混合且添加到特定主题过程的流体流。流体流的pH(其为8或更大)触发混合的絮凝剂组分的交联。在拜耳过程的情况下，在一些实施例中，将絮凝剂组分添加到三水合氧化铝生产过程的三水合物分级回路中的拜耳液体。可在发生固液分离的拜耳过程中的一或多个位置处将絮凝剂组分添加到液体。
在一些实施例中，反应或交联涉及将组分与pH为8或更大的一定量的碱性溶液(例如一定量的特定主题过程的流体流)混合。碱性溶液的pH触发形成含硼酸聚合物的絮凝剂组分的交联。随后将反应或交联的絮凝剂组分直接添加到流体流。在拜耳过程的情况下，在一些实施例中，可使用一定量的来自所述场所拜耳过程的流体流的碱性拜耳液体。随后将含反应或交联的絮凝剂组分的所述量的碱性拜耳液体直接添加到三水合氧化铝生产过程的三水合物分级回路中的拜耳液体。可在发生固液分离的拜耳过程中的一或多个位置处将絮凝剂组分添加到液体。
在至少一个实施例中，将絮凝剂组分添加到三水合氧化铝生产过程的三水合物分级回路中的液体。可在发生固液分离的拜耳过程中的一或多个位置处将絮凝剂组分添加到液体。在至少一个实施例中，可在其在工艺中抑制一或多种矾土水合物晶体的长晶速率的拜耳过程中的一或多个位置处将絮凝剂组分添加到液体。在至少一个实施例中，可在其降低过程中的垢形成速率的拜耳过程中的一或多个位置处将絮凝剂组分添加到液体。在至少一个实施例中，可在其有助于过程中的赤泥澄清的拜耳过程中的一或多个位置处将絮凝剂组分添加到液体。
絮凝剂组分
在至少一些实施例中，絮凝剂组分包括在示范性实施例中为多糖的絮凝试剂组分或絮凝试剂，以及在示范性实施例中为含硼酸聚合物的硼酸聚合物组分。所述组分响应于pH触发而经历交联反应以形成絮凝剂组合物。在一些实施例中，制备改进的絮凝剂的交联时间为1-30分钟。本发明的pH触发的交联的效率允许现场或原位进行这一反应，同时在场外执行多糖的常规交联持续1-20小时的持续时间。交联的絮凝剂组合物作为过程添加剂作用以促进沉降和分离过程的效率。在一些各种实施例中，pH触发可以是具有在8或更高范围内的pH的溶液，包含来自工业过程的过程流体。在一些实施例中，工业过程为拜耳过程且交联的絮凝剂组分用于过程液体中以促进细小三水合氧化铝晶体的沉降且降低废液中固体的量。
絮凝试剂组分
在各种实施例中，絮凝试剂组分包括在至少一些实施例中可为合成聚合物、多糖或其混合物的絮凝试剂。在一些实施例中，絮凝试剂含有一或多种多糖。多糖可包括葡萄糖单糖，包含例如聚葡萄糖、淀粉、瓜尔豆胶、二羟丙基纤维素、普鲁兰(pullulan)、硬葡聚糖、菌胶团(zooglan)、内酰胺、鼠李糖胶(rhamsan)等中的一种或混合物。在至少一些实施例中，絮凝试剂可溶于或可分散于例如拜耳过程液体中的聚葡萄糖的过程液体中，且可作为过程添加剂单独添加。
硼酸聚合物组分
在本发明的各种实施例中，硼酸聚合物组分包括一或多种含硼酸聚合物(或“硼酸聚合物”)且可以是生物聚合物或合成聚合物。含硼酸聚合物可通过至少一种水溶性乙烯基单体与含有硼酸部分(“硼酸单体”)的至少一种乙烯基单体的聚合(自由基聚合)反应产物来合成。
在至少一些实施例中，适合的水溶性乙烯基单体的实例包含丙烯酰胺；丙烯酸或其盐；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐(AMPS或ATBS)；N,N,N-三甲基-2-[(1-侧氧基-2-丙烯基)氧基]-氯化乙铵(DMAEA.MCQ)、N,N-二甲基-N-丙烯基-2-丙烯-1氯化铵(DADMAC)以及其混合物。
在至少一些实施例中，硼酸单体包括至少一个乙烯基和硼酸部分。在这些和各种其它实施例中，硼酸酯部分由取代的苯基硼酸(PBA)提供。适合的硼酸单体的实例包含(但不限于)3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸(APBA)、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、2-(丙烯酰胺)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸以及其混合物。
在这些和各种实施例中，合成的含硼酸聚合物可具有以下中的一个或多种特性：非离子、阴离子、阳离子、两性以及缔合。含硼酸聚合物还可以是直链或非直链的且可以是交联或未交联的。
在包含用于拜耳过程中的实施例的一些实施例中，硼酸聚合物为水溶性含硼酸聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺可由丙烯酰胺(水溶性乙烯基单体)与硼酸单体(含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体)的自由基聚合来制备。
在以上和其它各种实施例中，水溶性乙烯基单体(丙烯酰胺)可用选自由以下组成的组的水溶性乙烯基单体替换或与其组合：丙烯酸或其盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)或其盐、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵(DMAEA.MCQ)、N,N-二甲基-N-丙烯基-2-丙烯-1氯化铵(DADMAC)以及其混合物。
在以上和其它各种实施例中，硼酸单体可以是3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸(APBA)、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、2-(丙烯酰胺)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸或其混合物。
在至少一个实施例中，硼酸聚合物由水溶性乙烯基单体与APBA的自由基聚合来制备。在这个和其它各种实施例中，水溶性乙烯基单体可选自由以下组成的组：丙烯酰胺(AM)、丙烯酸或其盐(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐(AMPS或ATBS)、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵(DMAEA.MCQ)、N,N-二甲基-N-丙烯基-2-丙烯-1氯化铵(DADMAC)以及其混合物。
在至少一些实施例中，硼酸聚合物包括至少0.01％的硼酸单体。在其它实施例中，硼酸聚合物包括约0.5wt％到约2.5wt％的硼酸单体，其中其余物包括水溶性乙烯基单体。在至少一些实施例中，硼酸聚合物包括约1.0wt％到约2.0wt％的硼酸单体。在一些实施例中，硼酸聚合物包括1.0wt％到约2.0wt％的硼酸单体和约98.0wt％到约99wt％的水可溶乙烯基单体。
在这些和其它各种实施例中，硼酸聚合物组分可具有约0.2dl/g到约50dl/g范围内的RSV。在一些实施例中，范围为约0.2dl/g到约35dl/g。在其它实施例中，范围为约1.0dl/g到约35dl/g。在又另外的实施例中，范围在约5dl/g到约30dl/g。
含硼酸聚合物可以各种形式提供或运送。这些形式的实例包含乳胶、水性溶液或干粉形式。
絮凝剂组分混合物
使絮凝试剂组分和硼酸聚合物组分组合以形成混合物。在至少一些实施例中，混合物通过获得一定量的絮凝试剂组分和一定量的硼酸聚合物组分且在采矿生产位置处现场组合所述组分来形成。在一些实施例中，混合物在生产过程的流体流外部形成。在一些其它实施例中，混合物通过将两种组分直接添加到生产过程的流体流而原位形成。在又其它实施例中，获得混合物或将其运送到生产场所。在至少一些实施例中，混合物中的组分保持未反应直到pH触发反应。
在至少一些实施例中，混合物包括约0.01wt％到约50wt％的硼酸聚合物组分，其中其余物为絮凝试剂组分。在一些实施例中，混合物包括约0.01wt％到约30wt％的硼酸聚合物组分。在又其它实施例中，混合物包括约0.10wt％到约10wt％的硼酸聚合物组分。在至少一些实施例中，与具有较高RSV的硼酸聚合物组分的混合物包括在范围的低端处的硼酸聚合物组分的量。
絮凝剂交联反应
其后使混合物暴露于8或更大的pH触发絮凝试剂组分与硼酸聚合物组分之间的交联反应。在一些实施例中，通过将混合物暴露于10或更大的pH来触发混合物。在暴露后，组分经历交联反应以形成絮凝剂组合物。在一些实施例中，相较于反应时间或交联时间为1-20小时的市售产品，制备改进的絮凝剂的时间为1-30分钟。
在至少一些实施例中，通过形成混合物且其后在发生固液分离的一或多个位置处将混合物引入到生产过程的流体流中来制备絮凝剂。用以形成絮凝剂的混合物的组分的交联反应由pH为8或更大的流体流原位触发。
在至少一些实施例中，形成组分的两个混合物且由pH为8或更大的流体流原位触发混合物的组分的交联反应。在这种情况下，通过在发生固液分离的一或多个位置处将第一和第二组分分别引入到生产过程的流体流中来制备絮凝剂。以这种方式引入组分，使得第一和第二组分掺混在流体流中。由此在流体流中形成混合物。流体流具有8或更大的pH，从而触发组分的交联反应以形成絮凝剂。
在一些实施例中，混合物形成且在引入到生产过程的流体流中之前触发混合物的絮凝剂组分的交联反应。在一些实施例中，在混合物形成期间使絮凝剂组分暴露于8或更大的pH。在一些实施例中，絮凝剂组分混合物形成且随后暴露于8或更大的pH。在交联反应之后或期间，随后在发生固液分离的一或多个位置处将混合物引入到生产过程的流体流。
在一些实施例中，在引入到生产过程的流体流中之前，通过将pH为8或更大的一定量的溶液与絮凝剂组分或絮凝剂组分的混合物组合来执行絮凝剂组分的交联反应的触发。在一些实施例中，将溶液添加到组分中的一种或两种，其中其后组合所述组分。在至少一些实施例中，pH为8或更高的溶液是来自生产过程的一定量的流体。在一些实施例中，工业生产过程为拜耳过程且用作触发流体的流体为过程液体。
在一些实施例中，可提供含硼酸聚合物与絮凝试剂的混合物，其中混合物中的含硼酸聚合物和絮凝试剂未反应，可运送到施用位置。可在流体流外部pH触发混合物且其后将其引入到流体流，或通过将混合物直接引入到流体流中，使得pH触发的交联原位发生。
在至少一些实施例中，工业过程为用于由铝矾土矿生产矾土的拜耳过程。在这类和各种实施例中，本发明涉及使用三水合物絮凝剂以改进拜耳过程内的单元操作的效能，尤其促进细小三水合氧化铝晶体的沉降。三水合物絮凝剂可通过pH触发聚葡萄糖与含硼酸聚合物的交联而制得。将使用可供使用的拜耳过程液体用作pH触发剂，可现场或原位执行所述交联。
在至少一个实施例中，交联的聚葡萄糖和含硼酸聚合物通过向聚葡萄糖添加含硼酸聚合物来掺混以形成溶液，其中含硼酸聚合物与聚葡萄糖基本上未反应。随后将未反应的溶液添加到含有氢氧化钠、氢氧化钾或其它碱金属或水溶性碱土金属氢氧化物且具有8到14范围内的pH的碱性溶液。碱性溶液的pH触发含硼酸聚合物与聚葡萄糖的交联反应。在一些实施例中，溶液变成高粘性溶液或膏。在一些实施例中，实现适当的交联，如通过增加溶液黏度所测量。
在本发明的一些实施例中，使用本文中方法增强晶体附聚物从沉淀液体结晶过程的生产和回收。相较于其它常规方法，使用根据本发明的交联的聚葡萄糖实现所回收的晶体附聚物的粒度的增加。
实施例进一步包含一种用于由含有铝酸钠的水相的拜耳过程液体生产氢氧化铝的方法。液体可通过分离苛性碱不可溶悬浮固体来产生。方法可包含以下步骤：(i)将根据本发明的一定量的聚葡萄糖和含硼酸聚合物引入到拜耳过程的沉淀液体且使其分布在整个沉淀液体中；以及(ii)从沉淀液体沉淀晶体附聚物。在方法中，以对使氢氧化铝晶体的粒度分布位移有效的量添加聚葡萄糖和硼酸聚合物，使得所得晶体具有降低的产物细粒形成。
在方法的实施例中，可根据本发明的方法在拜耳过程的以下阶段中的一或多个中将聚葡萄糖和含硼酸聚合物添加到沉淀液体：(i)到沉淀进料液体；(ii)到晶种浆料；(iii)沉淀槽中；以及(iv)到沉淀槽的现有输入流中。在一些实施例中，组分借助于常规、高剪切或超声混合分布在沉淀液体内。
在一些实施例中，根据本发明添加到拜耳过程以用于产生氢氧化铝晶体的组分实现降低的产物细粒形成，同时发生氢氧化铝的粒度分布的上移，且无氢氧化铝的总体产物产率的显著降低。
在至少一个实施例中，本发明包括用于采矿过程中的固液分离的化学添加剂试剂盒。化学添加剂试剂盒包括：包括多糖的第一组合物，以及包括含硼酸聚合物的独立的第二组合物。当与来自采矿过程的具有8或更大pH水平的一定量的液体或浆料组合时，第一和第二组分的多糖和含硼酸聚合物经历由液体或浆料的pH水平触发的瞬时交联反应，以在发生固液分离的一或多个位置处形成用于采矿过程的流体流中的反应产物。化学添加剂试剂盒还包括用于在采矿过程中的固液分离中使用第一和第二组合物的说明书。在其它实施例中，多糖为聚葡萄糖且含硼酸聚合物为水溶性含硼酸聚丙烯酰胺。在一些实施例中，采矿过程为拜耳过程或铁尾矿过程。
在至少一个实施例中，本发明包括市售封装。市售封装包括：包括多糖的第一组合物和包括含硼酸聚合物的独立的第二组合物；以及具有指示其在采矿过程(例如拜耳过程)中作为固液分离添加剂使用的打印说明书的标记。当与来自采矿过程的具有8或更大pH水平的一定量的液体或浆料组合时，第一和第二组分的多糖和含硼酸聚合物经历由液体或浆料的pH水平触发的瞬时交联反应，以在发生固液分离的一或多个位置处形成用于采矿过程的流体流中的反应产物。在这些和其它各种实施例中，市售封装还包括使用说明书。在其它实施例中，多糖为聚葡萄糖且含硼酸聚合物为水溶性含硼酸聚丙烯酰胺。
在至少一个实施例中，本发明针对销售包括多糖的第一组合物和包括含硼酸聚合物的独立的第二组合物的方法，所述方法包括将第一和第二组合物连同将组合物识别为适用作采矿过程(例如拜耳过程)中的固液分离添加剂的标记一起封装。在其它实施例中，多糖为聚葡萄糖且含硼酸聚合物为水溶性含硼酸聚丙烯酰胺。
通过交联聚葡萄糖与含硼酸聚合物，在与常规交联的多糖或未交联的类似物相比时，对在交联的材料的活性中观测到优异且出人意料的改进。通过增加拜耳液体中的多糖的剂量导致优异的絮凝仅达到最大剂量的事实减少多糖的使用。在已达到最大剂量之后，进一步添加这些多糖材料典型地不产生另外的效能改进。
当使用本发明的交联聚葡萄糖时，可实现优异效能。出人意料地，根据本发明的交联的聚葡萄糖的最大效能对于以任何剂量使用常规聚葡萄糖的最大效能是优异的。
本文中所公开的方法和组合物适用于多种应用。这些应用包含(但不限于)拜耳过程应用的三水合氧化铝絮凝、赤泥絮凝、下溢流变、溢流澄清度、沉降速率以及过滤速率；铁矿和铅锌矿采矿应用。
在这些和各种实施例中，可与公开于美国专利第8298508和8252266号以及公开WO2014158381中的组合物和方法(包含涉及本文中所公开的絮凝和其它应用的那些)中的任何一个相组合或根据其添加和/或执行本文中的组合物和/或方法。还包含设计聚葡萄糖的使用的那些专利，包含美国专利第6,726,845、6,740,249、3,085,853、5,008,089、5,041,269、5,091,159、5,106,599、5,346,628以及5,716,530号以及澳大利亚专利5310690和737191。公开于所参考专利和公开以及以其它方式在下文参考或以其它方式在本公开中的任何其它专利和公开案中的方法、术语、工具、材料以及教示以引用的方式并入本文中。除非如此具体说明，否则本文中描述的领域并不在于构成对本文中参考的任何专利、公开或其它信息是关于本发明的“现有技术”的承认。另外，这不应理解为意指已做出检索或不存在如定义在37 CFR§1.56(a)中的其它信息。
实例
可通过参考以下实例更好地理解前述内容，所述实例是出于说明目的而呈现且不意图限制本发明的范围。具体来说，所述实例显示了本发明固有的原理的代表性实例，且这些原理并不严格地限于这些实例中所叙述的特定条件。因此，应理解，本发明涵盖对本文中所描述的实例进行的各种改变和修改，且这些改变和修改可在不背离本发明的精神和范围的情况下且在不消除其预期优势的情况下作出。因此，预期这些改变和修改由所附权利要求书涵盖。
根据本发明，对pH触发的硼酸聚合物与聚葡萄糖之间的交联反应和相互作用以及交联的产物在絮凝应用中的效果进行一系列研究。制备如在表1中列出的各种硼酸聚合物样品(或“聚合物样品”)且使其与聚葡萄糖交联，且在各种沉降测试中进行比较，如下文进一步描述。硼酸聚合物样品包括呈表1中列出的量的作为硼酸单体的APBA，且包括以呈表1中列出的量的作为水溶性乙烯基单体的AM、AA、AA/AM或ATBS。聚合物样品溶液为非离子、阳离子或阴离子。
硼酸聚合物与聚葡萄糖的交联在于8或更高的pH下混合时立即发生。将包含样品A、B、C和D(各自包括作为水溶性乙烯基单体的AM且具有如下文表1中所示的RSV值)的四种非离子硼酸聚合物分别与UHMW聚葡萄糖(“DX”或“聚葡萄糖”)进行组合。观测到每一聚葡萄糖/硼酸聚合物溶液在pH>10下的粘度增加。
Figure BDA0002633342450000161
实例沉降测试
也对与硼酸聚合物交联的聚葡萄糖的样品以及未变性的聚葡萄糖的样品进行沉降测试以评估且比较絮凝效能。评估根据本发明的硼酸聚合物交联的聚葡萄糖产物的样品且将其与市售聚合物程序进行比较。将硼酸聚合物交联的聚葡萄糖的效能评估为用于拜耳过程中的三水合铝和赤泥以及铁矿过程的浆料中的铁尾矿的絮凝剂。测试方法包含用于三水合铝沉降的缸测试；用于赤泥沉降的缸测试；以及用于铁尾矿沉降的缸测试。针对这些测试方法的协议如下：
用于三水合铝沉降的缸测试：
在缸测试中，收集200ml瓶的拜耳废液(作为Na2CO3具有总苛碱性233.6g/l的拜耳过程液体)且在60℃下将其存储在水浴中。对于测试样品，从水浴中去除瓶且将10g三水合铝细小晶种(三水合铝标准晶种，可购自美国RJ Marshall公司)添加到液体(50g/l三水合铝固体)中。随后摇晃所述瓶以使水合物固体悬浮30秒，且随后投加特定量的含有絮凝剂样品的絮凝剂溶液。随后手动混合所述瓶以允许絮凝剂样品接触固体1.0分钟。随后将所得浆料转移到250ml刻度量缸中。在沉降3分钟之后通过从缸的顶部取得60ml上清液并且通过玻璃纤维过滤纸将其过滤来确定每一样品的溢流中的固体的量。
用于赤泥沉降的缸测试：
在缸测试中，将含有赤泥的1000ml的拜耳过程浆料收集在缸中。对于给定测试样品，浆料与特定量的样品絮凝剂溶液一起投加，且随后混合以允许絮凝剂接触固体。一旦混合停止便启动计时器。在指定时间“t”处，记录界面位置以估算水合物沉降速率。
用于铁尾矿沉降的缸测试：
在缸测试中，将1000ml的铁尾矿浆料收集在缸中。对于给定测试样品，浆料与特定量的样品絮凝剂溶液一起投加，且随后混合以允许絮凝剂接触固体。一旦混合停止便启动计时器。在指定时间“t”处，记录界面位置以估算水合物沉降速率。
样品测试：
实例1：
对拜耳液体中的三水合铝进行用于三水合铝沉降的缸测试。测试样品A1、B1、C1和D1且将其与聚葡萄糖(样品DX)(UHMW聚葡萄糖)、可从伊利诺斯州内珀维尔(Naperville,Ill.)的纳尔科公司(Nalco Company)商购的HyClass絮凝剂(样品HC)以及空白组进行比较。样品A1、B1、C1和D1为聚葡萄糖分别与样品A、B、C和D中的每一个的交联反应产物。图1说明随着添加等剂量的样品(DX、A1、B1、C1、D1和HC)溢流固体的减少百分比。活性聚葡萄糖的水平为3.25ppm。
如图1中所示，出人意料地发现，在聚葡萄糖样品(未交联)上交联之后观测到显著效能改进。更出人意料地，样品A1(与样品A交联的聚葡萄糖，其具有样品A-D的最高RSV)类似于市售产品执行。这就效率来说至少是显著的，因为相较于交联时间为1-20小时的市售产品，样品A1-D1所需的交联时间(在一些实施例中，其为1-30分钟)明显降低。
实例2：
进行用于三水合铝沉降的缸测试以说明硼酸聚合物并入百分比对三水合铝絮凝中的交联的聚葡萄糖的效能的影响。将两个样品(A2A、A2B)与聚葡萄糖(样品DX)进行比较。样品A2A和A2B为与样品A交联的聚葡萄糖。以硼酸聚合物与聚葡萄糖的不同比率制得硼酸聚合物交联的聚葡萄糖(A2A、A2B)。样品A2B具有比样品A2A(0.6％硼酸聚合物)更高的比率(6％硼酸聚合物)。拜耳废液用作过程流体且三水合铝晶种用作絮凝剂基底。
如图2中所示，具有较高硼酸聚合物(样品A2B)并入百分比的交联的聚葡萄糖优于具有较低硼酸聚合物并入百分比的交联聚葡萄糖(样品A2A)。
实例3：
进行用于赤泥沉降的缸测试以说明硼酸聚合物在赤泥(拜耳过程赤泥)絮凝应用中的效力。制备并测试分别与非离子或阴离子硼酸聚合物、样品E和F交联的三个交联的聚葡萄糖样品(E3、F3)。在测试期间，交联的聚葡萄糖(样品E3和F3)与常规赤泥絮凝剂(RF)共投加。在图3中，x轴(ppmXLD)指示与呈ppm的硼酸聚合物样品E3和F3交联的聚葡萄糖的添加(增加的剂量)水平。x轴的左端处的“0”指示仅赤泥絮凝剂(RF)。以固定浓度进行常规絮凝剂(RF)的共添加。
如图3中所示，相较于仅常规赤泥絮凝剂(x＝0)，观测到在共添加常规赤泥絮凝剂和交联的聚葡萄糖的情况下的沉降速率(从20ft/hr到40ft/hr)的显著改进。
实例4：
进行用于铁尾矿沉降的缸测试以说明硼酸聚合物在铁尾矿絮凝应用中的效力。对将共投加常规絮凝剂(CF)与聚葡萄糖(与硼酸聚合物(G4)交联)与共投加相同常规絮凝剂(CF)与常规凝集剂(CC)进行比较的铁尾矿浆料上进行沉降测试。常规絮凝剂(CF)为
Figure BDA0002633342450000181
83949絮凝剂，其为阴离子絮凝剂且可从伊利诺斯州内珀维尔的纳尔科公司商购；常规凝集剂(CC)为CAT-FLOC 8799PLUS，其为阳离子的且可从伊利诺斯州内珀维尔的纳尔科公司商购；且与硼酸聚合物(G4)交联的聚葡萄糖为与硼酸聚合物样品G(参见表1)交联的聚葡萄糖样品(DX)。常规絮凝剂(CF)以固定浓度保存且G4和CC各自以不同剂量施用和测量，如在x轴(ppm阳离子聚合物)上以ppm所指示和测量。
如图4所示，显而易见，相较于常规共投加常规阳离子凝集剂(CC)和常规阴离子絮凝剂(CF)，常规共投加阳离子硼酸聚合物交联的聚葡萄糖(G4)与常规阴离子絮凝剂(CF)显示铁尾矿絮凝的显著效能改进(较高沉降速率)。
如以上实例1-4中所示，当聚葡萄糖与如本文中所提供的硼酸聚合物交联时，在采矿沉降应用中见到显著的效能改进。与本发明的方法和组合物的原位施用和瞬时反应优势组合的效能提供优于常规絮凝剂过程的实质性改进。本文中所公开的方法和组合物的效能和效率提供降低的成本和相同或改进的效能优化剂量。
虽然本发明可以许多不同形式实施，但在图式中示出且在本文中详细描述了本发明的特定实施例。本公开为本发明的背景和原理的范例并且并不在于使本发明限于所说明的特定实施例。在本文中任何地方所提及的所有专利、专利申请、科学论文以及任何其它参考的材料出于所有目的以全文引用的方式并入，包含在其涉及本发明的方法和组合物时，在提供材料、配方、配制方法和制备、执行和使用的方法方面。此外，本发明涵盖本文中所描述和并入本文中的各种实施例中的一些或全部的任何可能组合。
以上公开内容意图为说明性的，而非穷举。本说明书将使所属领域普通技术人员能想到多种变型和替代方案。所有这些替代方案和变型都意图包含在权利要求书的范围内，其中术语“包括”意指“包含(但不限于)”。熟悉所属领域的人员可认识到本文中所描述的特定实施例的其它等效物，所述等效物也在于由权利要求书涵盖。
对本文中含有的“(一或多个)实施例”、“公开”、“本公开”、“本公开的(一或多个)实施例”、“(一或多个)公开的实施例”等的引用是指本专利申请中未承认作为现有技术的说明(文本，包含权利要求书和附图)。
本文中公开的所有范围和参数应理解为涵盖其中所涵盖的任何和所有子范围，以及在端点之间的每个数。例如，所述范围“1到10”应被认为包含介于(且包含)最小值1与最大值10之间的任何和所有子范围；即，以最小值1或更大(例如1到6.1)开始且以最大值10或更小(例如，2.3到9.4、3到8、4到7)结束的所有子范围，且最后到含于所述范围内的每个数字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。
已描述本发明的各种实施例。尽管如此，应理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种修改。所属领域的技术人员可认识到本文中所描述的特定实施例的其它等效物，所述等效物意图由所附权利要求书涵盖。出于解释本发明的权利要求书的目的，明确地希望除非本发明权利要求中叙述了特定术语“用于……的方式”或“用于……的步骤”，否则不援引35U.S.C.第112章第六段的条款。
本申请还涉及以下方面：
1.一种用于在采矿过程中进行固液分离以用于在生产场所处生产采矿产物的方法，所述方法包括：
将包括絮凝试剂的第一组合物与包括含硼酸聚合物的第二组合物组合以形成混合物；和
使所述混合物暴露于8或更大的pH水平下以形成交联反应产物，
其中在发生固液分离的一或多个位置处，所述反应产物在所述生产场所处用作所述采矿过程的流体流中的絮凝剂。
2.根据项1所述的方法，其中所述含硼酸聚合物包括至少一种水溶性乙烯基单体和含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的残留物。
3.根据项2所述的方法，其中所述硼酸部分为苯基硼酸。
4.根据项2或项3所述的方法，其中所述至少一种乙烯基单体含有选自3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、2-(丙烯酰胺)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸以及其两种或更多种的混合物的硼酸部分。
5.根据项2到4中任一项所述的方法，其中所述至少一种水溶性乙烯基单体选自丙烯酰胺；丙烯酸或其盐、丙烯酸酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐、N,N,N-三甲基-2-[(1-侧氧基-2-丙烯基)氧基]-氯化乙铵、N,N-二甲基-N-丙烯基-2-丙烯-1-氯化铵以及其两种或更多种的混合物。
6.根据项1到5中任一项所述的方法，其中所述暴露持续约30分钟或更短，优选地约1分钟到30分钟的时段。
7.根据项1到6中任一项所述的方法，其中所述絮凝试剂为选自聚葡萄糖、淀粉、瓜尔豆胶、硬葡聚糖、二羟丙基纤维素、普鲁兰、菌胶团、内酰胺、鼠李糖胶以及其两种或更多种的混合物的多糖。
8.根据项1到7中任一项所述的方法，其中所述方法另外包括：
将所述反应产物进料到所述流体流中；
将所述混合物进料到所述流体流中，所述流体流具有8或更大的pH水平；或
将所述第一和第二组合物分别进料到所述流体流中，所述流体流具有8或更大的pH水平。
9.根据项1到8中任一项所述的方法，其中所述采矿过程为拜耳过程。
10.一种根据项1到9中任一项所述的方法的用途，用于通过使用未交联反应产物、在不存在含硼酸聚合物的情况下使用交联反应产物或通过两者提供改进的三水合物粒子的絮凝和三水合氧化铝从三水合氧化铝过程分离的产率。
11.一种根据项1到9中任一项所述的方法的用途，用于抑制拜耳过程中的一或多种三水合氧化铝晶体的长晶速率，以有助于所述拜耳过程中的赤泥澄清，以从沉淀液体结晶过程提高晶体附聚物的产量，或其两种或更多种。
12.一种絮凝剂组合物，包括絮凝试剂与含硼酸聚合物的反应产物，所述反应产物存在于包括8或更大的pH水平的水性流体中，其中所述含硼酸聚合物包括至少一种水溶性乙烯基单体和含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的残留物。
13.根据项12所述的絮凝剂组合物，其中所述含硼酸聚合物具有至少约0.2dl/g的降低的比粘度且包括至少约0.01wt％的所述含硼酸部分单体残留物。
14.根据项12或项13所述的絮凝剂组合物，其中所述组合物包括约0.10wt％到约10wt％的所述含硼酸聚合物。
15.一种根据项12到14中任一项所述的絮凝剂的用途，用于抑制拜耳过程中的一或多种三水合氧化铝晶体的长晶速率，以有助于所述拜耳过程中的赤泥澄清，以从沉淀液体结晶过程提高晶体附聚物的产量，或其两种或更多种。

Claims (18)

1.一种用于在采矿过程中进行固液分离的方法，所述方法顺序包括以下步骤：
将第一组合物与采矿过程的流体流组合，所述第一组合物包括含硼酸聚合物，所述流体流具有8或更大的pH；
将第二组合物与所述流体流组合，所述第二组合物包括多糖；和
从所述流体流中分离固体。
2.一种用于在采矿过程中进行固液分离的方法，所述方法顺序包括以下步骤：
将第一组合物和第二组合物跟采矿过程的流体流组合，所述第一组合物包括含硼酸聚合物，所述第二组合物包括多糖，所述流体流具有8或更大的pH，以及其中所述第一组合物和所述第二组合物是同时组合的；和
从所述流体流中分离固体。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述含硼酸聚合物包括至少一种水溶性乙烯基单体与含有硼酸部分的至少一种乙烯基单体的聚合反应产物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中至少一种水溶性乙烯基单体是丙烯酰胺。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述含硼酸聚合物的降低的比粘度为至少0.2dl/g。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述含硼酸聚合物以乳胶、水性溶液或干粉的形式组合。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述采矿过程是拜耳过程。
8.一种用于在采矿过程中进行固液分离的方法，所述方法包括：
将含硼酸聚合物与多糖进行混合以形成未反应的混合物，
将所述未反应的混合物加入到采矿过程的流体流中，所述流体流具有8或更大的pH，以形成所述含硼酸聚合物与所述多糖的反应产物；和
从所述流体流中分离固体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述未反应的混合物存在于溶液中。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述采矿过程是拜耳过程。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述分离是使一种或更多种三水合氧化铝晶体长晶。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述分离是在拜耳过程中使赤泥澄清。
13.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中所述采矿过程是铁尾矿过程。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述分离是铁尾矿分离。
15.含硼酸聚合物与葡聚糖在采矿过程中用于固液分离的用途。
16.根据权利要求15所述的用途，其中所述采矿过程是拜耳过程。
17.根据权利要求16所述的用途，其中所述葡聚糖与所述含硼酸聚合物的反应产物抑制所述拜耳过程中的一种或更多种三水合氧化铝晶体的长晶速率。
18.根据权利要求16所述的用途，其中所述葡聚糖与所述含硼酸聚合物的反应产物有助于所述拜耳过程中的赤泥澄清。
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