JP2003534903A - 鉱物材料の処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粒状固体が分散した水性液を含む材料を流体としてポンピングしたのち、放置し、固化させ、前記材料をポンピングする間又は前にポリマー粒子を前記材料と合わせることによって前記材料のポンピング性を維持しながら固化を改善する方法であって、ポリマー粒子が、少なくとも３dl/gの固有粘度を有する水溶性ポリマーを含む方法である。本発明の方法は、材料のポンピング性を維持しながら、所与の体積の材料の山によって占有される面積をより効果的に最小にする。本発明は特に、バイヤーアルミナ法からの赤泥を含む材料に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、赤泥廃棄物をより廃棄しやすくするための処理を含む、鉱物材料、
特にバイヤーアルミナ法からの廃棄物の処理に関する。

【０００２】 鉱石を処理して鉱物価値を抽出する方法は通常、廃棄物を生む。しばしば、廃
棄物は、粒状鉱物材料、たとえば粘土、砂、粗粒、金属酸化物など、を含む水性
スラリー又はスラッジからなる。通常、適当な場所に廃棄する前に廃棄物スラリ
ー又はスラッジを脱水する必要がある。

【０００３】 場合によっては、廃棄物、たとえば尾鉱は、好都合にも、採鉱場所で廃棄して
埋戻し材を形成することができる。一般に、埋戻し材廃棄物は、高い割合の大粒
度の粗粒子を他の小さめの粒度の粒子とともに含み、スラリーの状態で採鉱場所
にポンピングされ、そこで脱水されると、沈降した固体を適所に残す。この凝集
過程を支援するために凝集剤を使用することが一般的である。

【０００４】 他の用途では、廃棄物を穴又は採鉱場所に廃棄することが不可能であるかもし
れない。これらの場合、廃棄物は、ラグーン、野積み（heap）又は山（stack）
に移すことができる。廃棄目的のための新たな土地の割り当てを最小限にし、既
存の廃棄区域をより有効に使用することを求める多大な環境的圧力がある。一つ
の方法は、１つの区域に廃棄物を多層に積み上げて、それにより、廃棄物の山を
より高く形成する方法である。しかし、これは、廃棄物が、先に固化した廃棄物
の表面にわたって許容しうる境界内で流れることができ、固化して山を形成する
ことができること、ならびに、廃棄物が、崩壊又は滑落の危険なしに、多数の固
化した材料層を支えるのに十分に強固になっていることを保証する難問を呈する
。したがって、山積みに適した類の特性を廃棄物に提供するための要件は、他の
形態の廃棄、たとえば掘跡埋戻しに求められる要件とは全く異なる。

【０００５】 ボーキサイトからアルミナを回収するためのバイヤー法では、ボーキサイトを
水性アルカリ液中で蒸解してアルミン酸ナトリウムを形成し、それを不溶性残渣
から分別する。この残渣は、主に、酸化第二鉄の粒子からなり、赤泥として知ら
れている。

【０００６】 赤泥は、赤泥を洗浄液と接触させたのち、凝集剤の添加によって凝集させる複
数の連続的な洗浄段階で洗浄する。上澄み液をさらに処理してアルミン酸塩を回
収する。最終の洗浄段階ののち、赤泥スラリーをできるだけ濃縮し、廃棄する。
本明細書に関する「濃縮」とは、赤泥の固形分を増すことをいう。最終の沈降濃
縮機は、凝集したスラリーの沈澱のみからなることもできるし、ときには、ろ過
工程を含む。それに代えて又はそれに加えて、泥は、ラグーンで長期間の沈降に
付すこともできる。

【０００７】 泥は、廃棄することもできるし、後で泥の山積み区域で廃棄するためにさらな
る乾燥に付すこともできる。泥の山積みに適するよう、泥は、高い固形分を有す
るべきであり、山が所与の体積に対してできるだけ小さな面積しか占めないよう
、山積み角度をできるだけ大きくするために、山積みされると、流れるべきでは
なく、比較的固くあるべきである。高い固形分の要件は、材料が流体としてポン
ピング可能であるための要件と矛盾し、そのため、山積みに望ましい高い固形分
を有する泥を製造することができるとしても、それは泥をポンピング不可能にす
るかもしれない。

【０００８】 ＥＰ−Ａ−３８８１０８は、ポンピングする前に、吸水性で水不溶性のポリマ
ー水性液を、粒状固体が分散した水性液を含む材料、たとえば赤泥に加え、その
あとで材料をポンピングし、材料を放置したのち、それを固化させ、山積み可能
な固体にすることを記載している。ポリマーが、粒状固体の結合、ひいては材料
の凝固を支援する、スラリーの水性液を吸収する。しかし、この方法は、十分な
凝固を達成するためには多量の吸収性ポリマーを要するという欠点を抱えている
。十分に固化した材料を達成するためには、しばしば、泥１トンあたり１０〜２
０キログラムもの量を使用する必要がある。材料を固化させるための水膨潤性吸
収性ポリマーの使用は固体の見かけ増大を与えると思えるかもしれないが、水性
液は実際には吸収性ポリマーの中に保持される。これは、水性液が実際には固化
材料から除去されておらず、特定の条件下でその後に脱着し、これが、廃棄物の
再流動化を招くおそれがあり、山を不安定にする危険を免れないという欠点を露
呈する。

【０００９】 したがって、材料が流体として容易にポンピングされ、放置されると、固化し
て山積み可能な固形廃棄物を提供することをより効果的かつ簡便に可能にする方
法を提供する要求が存在する。また、材料に含まれる水性液の量を実質的に減ら
すことによってこれを達成する要求が存在する。

【００１０】 本発明の方法は、粒状固体が分散した水性液を含む材料を流体としてポンピン
グしたのち、放置し、固化させ、材料をポンピングする間又は前にポリマー粒子
を材料と合わせることによって材料のポンピング性を維持しながら固化を改善す
る方法であって、ポリマー粒子が、少なくとも３dl/gの固有粘度を有する水溶性
ポリマーを含む方法を提供する。

【００１１】 水溶性ポリマーを含むポリマー粒子の材料への添加は、材料がその流動性を維
持し、容易にポンピングされるが、放置されると、後続する固化材料の層を支え
るのに十分に強い固形塊を形成することを可能にする。驚くことに、粒子の形態
で加えられる水溶性ポリマーの存在が、実際に、材料がポンピング段階で流体で
ポンピング可能なままであることを可能にするが、放置されると、急速に流動性
を失わせ、固化を生じさせるということを見いだした。さらには、この処理は、
望ましいことに、放置されると水性液が材料から放出する結果をもたらす。粒状
水溶性ポリマーの材料への適用は、粘度を徐々に増大させるが、材料をポンピン
グすることを妨げるほど有意には増大させないと思われる。水溶性ポリマーの添
加は、廃棄の場所よりも前で、（パイプラインの閉塞を生じさせるおそれがある
）より急速な材料の脱水を生じさせることはない。

【００１２】 ポリマーの適わしい量は、材料固体１トンあたり１０〜１０，０００グラムの
範囲である。一般に、適切な量は、具体的な材料及び材料固形分に応じて異なる
ことができる。好ましい量は、１トンあたり１００〜３，０００グラムの範囲で
ある。

【００１３】 本発明の方法は、分散した粒状固体が非常に小さな粒度を有する、たとえば実
質すべての粒子が１００ミクロン未満の粒度を有する、さらには実質すべての粒
子が５０ミクロン未満の粒子を有する材料を処理するのに適している。これは、
粒子の少なくとも９０％が２０ミクロン未満の粒度を有する場合、特に、廃棄物
流中の液体の割合を容易又は経済的に減らすことができない場合、特に価値があ
る。

【００１４】 材料粒子は、普通は無機及び／又は普通は鉱物である。ポンピングしたのち山
積みしなければならない他の材料、特に、ろ過ケーク、尾鉱、沈降濃縮機底流又
は非濃縮工場廃棄物流、たとえば他の尾鉱又は粘泥、たとえばホスフェート、ダ
イアモンド、金粘泥、銅／銀／ウラン鉱石処理からの尾鉱、石炭又は鉄鉱石にも
有用であるかもしれないが、本発明の主要な使用は、バイヤー法の最終沈降濃縮
機又は洗浄段階の処理での使用である。したがって、赤泥は、凝集剤の添加だけ
によって最終沈降濃縮機又は洗浄段階から沈降した固体であることができるが、
場合によっては、材料は、最終洗浄段階で製造されたスラリーのろ過（たとえば
、圧力ろ過又は真空ろ過など）からのろ過ケークである。

【００１５】 ポンピングされる赤泥又は他の材料は、１５重量％〜８０重量％の範囲の固形
分を有することができる。赤泥スラリーは、しばしば、２０重量％又は３０重量
％〜７０重量％の範囲、たとえば４５重量％〜６５重量％の範囲である。典型的
な赤泥サンプル中の粒子の粒度は、実質的にすべて２５ミクロン未満であり、た
とえば、泥の約９５重量％が２０ミクロン未満の粒子であり、約７５％が１０ミ
クロン未満の粒子であり、約９５重量％が３ミクロンを超える。

【００１６】 材料が比較的濃縮され、均一である場合に、よりよい結果が得られることがわ
かった。また、ポリマー粒子の添加を他の添加物と合わせることが望ましいかも
しれない。たとえば、導管を通過する材料の流動性は、分散剤を含めることによ
って促進することができる。通常、分散剤が含まれる場合、それは従来の量で含
まれる。しかし、驚くことに、分散剤又は他の添加物の存在が、放置されたとき
の材料の固化を損なわないことがわかった。

【００１７】 したがって、本発明では、ポリマー粒子は、前述の材料に直接加えられる。ポ
リマー粒子は、完全又は部分的に水溶性ポリマーからなることができる。したが
って、粒状ポリマーは、架橋した水膨潤性水不溶性ポリマーと水溶性ポリマーと
のブレンドを含むことができる。これは、膨潤性ポリマーと可溶性ポリマーとの
物理的ブレンドであることもできるし、あるいはまた、たとえばＥＰ−２０２７
８０に記載されているような、緩く架橋したポリマーである。ポリマー粒子は、
架橋したポリマーをいくらか含むことができるが、本発明にとって、有意量の水
溶性ポリマーが存在することが不可欠である。ポリマー粒子が膨潤性ポリマーを
いくらか含む場合、ポリマーの少なくとも８０％が水溶性であることが望ましい
。好ましくは、ポリマー粒子は、完全に又は少なくとも実質的に水溶性である。
水溶性ポリマーは、たとえばＷＯ−Ａ−９８２９６０４の、たとえば請求項１２
に記載のように、枝分かれ剤の存在によって枝分かれさせることもでき、あるい
はまた、水溶性ポリマーは実質的に直鎖状である。

【００１８】 好ましくは、水溶性ポリマーは、中ないし高分子量である。望ましくは、少な
くも３dl/g、一般には少なくとも５又は６dl/gの固有粘度を有するが、ポリマー
は、有意に高い分子量を有し、２５dl/g又は３０dl/g又はより高い固有粘度を示
すことができる。好ましくは、ポリマーは、８dl/g〜２０dl/gの範囲、より好ま
しくは１１dl/g又は１２dl/g〜１６dl/g又は１７dl/gの範囲の固有粘度を有する
。

【００１９】 水溶性ポリマーは、天然ポリマー、たとえば多糖、たとえばデンプン又はデキ
ストラン、又は半天然ポリマー、たとえばカルボキシメチルセルロース又はヒド
ロキシエチルセルロース、であることができる。好ましくは、ポリマーは合成で
あり、好ましくは、エチレン性不飽和水溶性モノマー又はモノマーのブレンドか
ら形成される。

【００２０】 水溶性ポリマーは、カチオン性、非イオン性、両性であることもできるが、好
ましくはアニオン性である。特に好ましいアニオンポリマーは、エチレン性不飽
和カルボン酸及びスルホン酸モノマー、好ましくは（メタ）アクリル酸、アリル
スルホン酸及び２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸から選択さ
れるモノマーから、場合によっては、好ましくは（メタ）アクリルアミド、（メ
タ）アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル及びＮ−ビニルピロリドンから選
択される非イオン性コモノマーと組み合わせて形成される。

【００２１】 本発明では、水溶性ポリマーは、適切な重合法によって形成することができる
。ポリマーは、たとえば、溶液重合、油中水型懸濁重合又は油中水型乳化重合に
よってゲルポリマーとして調製することができる。溶液重合によってゲルポリマ
ーを調製する場合、一般に、開始剤をモノマー溶液に投入する。場合によっては
、熱開始剤系を含めてもよい。通常、熱開始剤は、高温でラジカルを放出する適
切な開始剤化合物、たとえばアゾ化合物、たとえばアゾビスイソブチロニトリル
を含むであろう。重合中の温度は、少なくとも７０℃、ただし好ましくは９５℃
未満まで上昇すべきである。あるいはまた、重合は、照射（紫外線、マイクロ波
エネルギー、熱など）によって、場合によっては適切な放射線開始剤を使用して
実施することもできる。ひとたび重合が完了し、ポリマーゲルを十分に冷ました
ならば、標準的な方法で、まずゲルを小さめの破片に粉砕し、実質的に脱水され
たポリマーまで乾燥させたのち、挽いて粉末にすることによってゲルを加工する
ことができる。あるいはまた、ポリマーゲルを、ポリマーゲルの形態で、たとえ
ばニュートロンタイプのゲルポリマー素材として供給することができる。このよ
うなポリマーゲルは、上記のような適切な重合技術、たとえば照射によって調製
することができる。ゲルは、必要に応じて適切なサイズに切断したのち、適用時
に、部分的に水和した水溶性ポリマー粒子として材料と混合することができる。

【００２２】 ポリマーは、懸濁重合によってビーズとして製造することもできるし、油中水
型乳化重合によって、たとえばＥＰ−Ａ−１５０９３３、ＥＰ−Ａ−１０２７６
０又はＥＰ−Ａ−１２６５２８によって定義される方法にしたがって、油中水型
エマルション又は分散系として製造することもできる。

【００２３】 あるいはまた、水溶性ポリマー粒子は、水性媒体中の分散系として提供するこ
ともできる。これは、たとえば、ＥＰ−Ａ−１７０３９５に記された平衡剤を含
有する水性媒体中、少なくとも２０ミクロンのポリマー粒子の分散系であること
ができる。これは、たとえば、ＷＯ−Ａ−９８３１７４９又はＷＯ−Ａ−９８３
１７４８に記されるような、溶解した低ＩＶポリマー、たとえばポリジアリルジ
メチルアンモニウムクロリド、及び場合によっては他の溶解した物質、たとえば
電解質及び／又はマルチヒドロキシ化合物、たとえばポリアルキレングリコール
を含有する水性媒体の存在で水性モノマーを重合させることによって調製される
ポリマー粒子の水性分散系を含むこともできる。本発明の一つの形態では、ポリ
マー粒子は、水性分散系中の水溶性ポリマー粒子の形態で材料（たとえば赤泥）
に加えることもできる。

【００２４】 本発明の特に好ましい形態では、ポリマー粒子は、たとえば、われわれの特許
出願（ケース番号ＭＰ／Ｗ−２２３０８／Ｐ１／ＡＣ５５７）に記載されている
水性分散系の形態にある。この態様では、水性分散系は、（ａ）分散媒の全重量
に基づいて少なくとも２５重量％の無機塩を含む塩溶液から主になる液状分散媒
及び（ｂ）前記塩溶液に実質的に不溶性である水溶性ビニル付加非イオン性ポリ
マー又は水溶性ビニル付加アニオンポリマーで構成され、前記ポリマーは、アク
リル酸（又は塩）、場合によっては（メタ）アクリルアミド及び場合によっては
少なくとも２個の重合性エチレン性不飽和基を含む少なくとも一つの架橋モノマ
ーからなるエチレン性不飽和モノマーから形成され、無機塩が第II族金属ハロゲ
ン化物を含む。

【００２５】 本発明のこの形態では、液状分散媒は、主として溶解した無機塩からなるべき
であり、少量の他の物質を容認することもできるが、それらは本発明を実施する
のに必要ではない。さらには、分散系が流れたりポンピングされたりすることを
妨げるような程度まで粘度を高めるのならば、分散媒の粘度を増すように働く物
質は不利であるかもしれない。

【００２６】 塩溶液は、他の溶解した塩を含有することができるが、ポリマーが溶解するこ
とを防ぐのに十分な第II族金属ハロゲン化物を含有すべきである。完全に第Ｉ族
金属塩、たとえば塩化ナトリウム又はヨウ化カリウムでできた塩溶液は、ポリマ
ーの水和を防止しない。そのような塩の飽和溶液でさえ、ポリマーの許容しうる
分散系を提供しない。したがって、他の無機金属塩が塩溶液中に存在する場合、
主要な塩成分が第II族金属ハロゲン化物であることが不可欠である。好ましくは
、分散媒は、すべて第II族金属ハロゲン化物である無機塩のみからなる。理由は
、これは、ポリマーが実質的に無期限又は少なくとも長時間非水和状態のままで
いる（貯蔵を可能にする）適切な分散系を提供するからである。ポリマー粒子が
ばらばらで分散可能である限り、ポリマーは、部分的に水和し、部分的に膨潤す
ることができる。好ましくは、ポリマー粒子は、いかなる有意な程度にも非水和
及び非膨潤状態のままである。分散系が攪拌されない場合、ポリマー粒子は沈降
する傾向を示す。しかし、驚くことに、粒子は、実質的に水和せず、凝集塊を形
成せず、そのため、容易に再分散させて分散系を形成することができる。

【００２７】 好ましくは、第II族金属塩ハロゲン化物は、ベリリウム、マグネシウム、カル
シウム及びストロンチウムのハロゲン化物である。理由は、これらが、分散系中
のポリマーの水和を軽減又は防止するのに最良の結果を提供すると思われるから
である。

【００２８】 第II族金属ハロゲン化物のハロゲン化物がフッ化物、塩化物又は臭化物である
場合に適わしい結果が得られる。

【００２９】 種々の第II族金属ハロゲン化物の混合物を使用することが可能であるが、塩の
１種が存在するだけで普通は十分である。

【００３０】 水性分散系が、以下の第II族金属ハロゲン化物、すなわち塩化マグネシウム、
臭化マグネシウム、塩化カルシウム又は臭化カルシウムの少なくとも一つの塩水
溶液である分散媒を含む場合、改良された結果が得られる。無機塩が塩化カルシ
ウムである場合に最良の結果が得られる。

【００３１】 一般に、水性分散系の分散媒は、高濃度の第II族金属ハロゲン化物を含有する
。分散媒中の塩濃度は、少なくとも２５重量％でなければならず、したがって、
塩の選択は塩の可溶性に依存する。塩濃度が少なくとも３０重量％、普通は少な
くとも３５重量％であるとき、好ましい結果が得られる。塩濃度が少なくとも３
６重量％であるとき、より良好な結果が認められた。より好ましくは、無機塩が
３９〜４５重量％の量で存在するとき、非常に改善された結果が得られることを
見いだす。

【００３２】 驚くことに、分散系は、比較的高い量のポリマー、たとえば分散媒の容量あた
り少なくとも３０重量％の前記ポリマーを含有することができることを見いだし
た。普通、分散系に含まれるポリマーの量はそれでもはるかに高い。たとえば、
水性分散系は、分散媒の容量あたり前記ポリマー４０〜６０重量％を含むことが
できる。

【００３３】 本発明の一つの好ましい形態は、（ａ）塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩
化マグネシウム及び臭化マグネシウムからなる群より選択される無機塩の分散媒
の全重量に基づいて約３５重量％〜約４５重量％で構成された塩溶液からなる分
散媒、及び（ｂ）分散媒の容量あたり少なくとも３０重量％の非イオン又はアニ
オン水溶性又は水膨潤性ビニル付加ポリマーで構成される、２５℃でｐＨ７．０
で計測したときで約１０cps未満の体積粘度を有する水性分散系であって、前記
ポリマーが、アクリル酸（又は塩）及び／又は（メタ）アクリルアミド及び場合
によっては少なくとも２個の重合性エチレン性不飽和基を含有する少なくとも一
つの架橋モノマーからなるエチレン性不飽和モノマーから形成されている水性分
散系を提供する。

【００３４】 本発明のこの態様で使用されるポリマー粒子は、従来のルートによって調製す
ることができる。ポリマー粒子は、乾燥したさらさらの粒子として調製されてい
てももよい。たとえば、これらは、乾かされ、適切な粒度に挽かれる水性ゲルと
して調製されていてもよいし、逆相懸濁重合を使用してビーズとして調製されて
いてもよい。あるいはまた、ポリマー粒子は、逆相乳化重合によって調製された
のち、場合によっては真空蒸留によって分散相ポリマー粒子を部分的に脱水した
ものでもよい。そして、従来技術によって粒子を連続油相から分別したのち、水
性分散媒に再分散させてもよい。

【００３５】 一般に、分散液の粘度は、１０cps未満、たとえば５cps以下である。場合によ
っては、粘度は、１又は２cps以下であることもできる。

【００３６】 したがって、ポリマーの水性分散系は、（ａ）第II族金属ハロゲン化物を含む
無機塩を少なくとも２５％含む塩水溶液からなる液状分散材料を形成する工程と
、（ｂ）分散媒を、水溶性又は水膨潤性ビニル付加非イオン又はアニオンポリマ
ー（これは不溶性である）と合わせる工程とによって調製することができ、 前記ポリマーは、アクリル酸（又は塩）、場合によっては（メタ）アクリルア
ミド及び場合によっては少なくとも２個の重合性基を含有する少なくとも一つの
架橋モノマーからなるエチレン性不飽和モノマーから形成され、 分散媒は、混合物を形成する間及び／又は後で攪拌されて分散系を形成する。

【００３７】 一般に、分散媒は攪拌され、ポリマー粒子は、たとえばスクリューフィーダに
よって媒体に供給される。粒子はまた、媒体に注入又は吹き込みすることもでき
る。しばしば、媒体は攪拌槽に入れられ、攪拌される媒体にポリマーが供給され
る。攪拌される媒体はまた、ポリマーが供給される導管中を流れる液体であって
もよい。

【００３８】 あるいはまた、ポリマーは、実質的に攪拌されない分散媒に供給することがで
きる。たとえば、ポリマーは、分散媒中で沈降させることができ、その後の攪拌
、たとえば攪拌又はパイプに流すことによって分散系を形成することができる。

【００３９】 第II族金属ハロゲン化物を含む塩溶液分散媒中のポリマー粒子の水性分散系は
、いかなる好都合な方法で材料に組み込んでもよい。たとえば、分散系は、材料
が流れる導管の中に直接ポンピングすることができる。あるいはまた、材料の底
流を導管に沿って運ぶ前に水性分散系を最終沈降状態に組み込むこともできる。
これらの方法のいずれも、たとえば材料がバイヤーアルミナ法からの赤泥である
場合に適している。

【００４０】 本発明のもう一つの形態では、材料に加えられるポリマー粒子は、１０ミクロ
ン未満の平均粒度を有している。ポリマー粒子は、水混和性液体の中に分散した
水溶性ポリマーの分散相を含む逆相エマルションの形態で加えることができる。
あるいはまた、粒子は、減圧下で逆相エマルションを脱水して水の大部分を分散
相から除去することによって調製された逆相分散系の形態で加えてもよい。逆相
分散系又はエマルションは、しばしば、少なくとも９０％が２ミクロン未満、普
通は１ミクロン未満の粒度のポリマー粒子を含み、たとえば、５００ナノメート
ル〜７５０ナノメートルの範囲の平均粒度を有することができる。ポリマー粒子
はまた、平均粒度が２００ナノメートル未満、たとえば５０〜１００ナノメート
ルであることができるマイクロエマルションの形態で加えることもできる。

【００４１】 したがって、この態様では、逆相エマルション又は分散系を、たとえば本発明
の第一の態様と同じ方法で、材料を運ぶ流路に直接ポンピングすることができる
。逆相エマルション又は分散系と同時に活性化剤を加えることが望ましいかもし
れない。活性化剤は、逆相エマルション及び分散系を活性化するために通常に使
用されるいかなる従来の活性化剤であってもよい。活性化剤は、いかなる適切な
量で、通常はエマルションの重量の１〜５％、たとえば２〜４％の量で加えるこ
とができる。

【００４２】 あるいはまた、ポリマー粒子は、１０ミクロン未満の平均粒度を有し、凝結体
が２０ミクロンを超える粒度を有する一次粒子の凝集塊又は凝結体であってもよ
い。したがって、粒子は、少なくとも９０重量％が５０ミクロンを超える粒度を
有する、結合した脆い凝結体として存在することもできる。水性材料に加えられ
ると、凝結体は一次粒子に分解する。

【００４３】 本発明の方法では、ポリマー粒子は、好ましくは、２０ミクロンを超える、好
ましくは５０ミクロンを超える粒度の実質的に独立の粒子として材料に加えられ
る。ポリマー粒子がずっと大きい、たとえば１００ミクロン、たとえば少なくと
も９０％が２００ミクロンを超える場合、最良の結果が得られる。好ましくは、
ポリマー粒子は、２．５mmまで、たとえば２mmまでの粒度を有することができる
。一般に、ポリマー粒子は、５００ミクロン〜１mm又は１．５mmの範囲の粒度を
有する。本発明のこの好ましい態様では、ポリマー粒子は、溶液重合によって形
成された粉末又は懸濁重合によって形成されたビーズとして加えることができる
。

【００４４】 ポリマー粒子は、従来の計量供給装置を使用して、適切な方法で材料と直接合
わせる。たとえば、粒子が適切な液体（水性又は逆相）中で分散系として存在す
る場合、分散系は、導管に通してポンピングされる材料に直接計量供給すること
ができる。ポリマー粒子がさらさらの粒子の形態にあるとき、粒子は、スクリュ
ーフィーダによってホッパから供給し、導管中を流れる材料と直接混合すること
ができる。ポリマー粒子はまた、気流によって材料に供給することもできる。材
料が高圧下で導管に通して流される状況では、乾燥したポリマー粒子を何らかの
適切な手段によって材料に直接押し込む必要があるかもしれない。これは、たと
えば、高圧ポンプ、たとえばスクリューフィーダ又はプログレッシブキャビティ
ポンプであってもよい。場合によっては、ポリマー粒子は、空気吹き込みと組み
合わせた高圧ポンプによって材料に供給する。

【００４５】 水溶性ポリマー粒子が材料中に急速に分散される場合、特に良好な結果が得ら
れることがわかった。これは、ポリマー粒子を粒状の稀釈剤と合わせることによ
って達成することができる。通常、ポリマー粒子を稀釈剤と混合して、ポリマー
粒子が稀釈剤中に分散するようにする。望ましくは、稀釈剤は、塩化ナトリウム
又はスクロースであることができる。好適には、ポリマーと稀釈剤との比は、１
０：９０〜９０：１０の範囲であることができる。

【００４６】 本発明の好ましい形態では、ポリマー粒子が材料中に不均一に分散する可能性
、たとえばポリマー粒子の層別化を減らすため、粒子を材料と急速に混合する。
ポリマー粒子の混合は、インラインミキサの使用又は好ましくは、材料の一部を
分岐させて混合装置に入れ、そこでポリマー粒子（たとえば粉末等級、エマルシ
ョン又は分散系）を材料と徹底的に混合したのち、処理された材料を主流路に戻
すことによって達成することができる。

【００４７】 本発明の一つの好ましい形態では、新規なポリマー適用装置の使用によって固
体等級ポリマー粒子を材料と合わせる。この態様では、導管中を流れる（処理さ
れる）材料を混合室に供給する。ポリマー粒子はまた、混合室に供給され、材料
と混合する。望ましくは、ポリマー粒子は、適切な貯蔵容器、たとえばホッパか
らスクリューフィーダによって供給される。好ましくは、混合室は、上部の半径
が下部の半径よりも大きい円形の壁を有する。より好ましくは、混合室は円錐形
である。材料及びポリマー粒子は、ポリマー粒子を材料中に分散させることがで
きるような速度で混合室に供給する。さらに好ましい形態では、材料は、渦が形
成するような速度で円錐形混合室に供給し、その渦の中にさらさらのポリマー粒
子を投入して、材料とポリマー粒子とを徹底的に混合させることができる。処理
された材料は、適切な手段、たとえばヘリカルロータポンプによって混合室から
取り出すべきである。望ましくは、（処理される）材料の一部だけを分岐させて
混合室に入れ、そこでポリマー粒子と合わせたのち、材料を運ぶ主導管に戻す。
好ましくは、分岐させて混合室に送られる材料の割合は、５０％未満、より好ま
しくは約５〜２０％、特に１０％である。

【００４８】 本発明の方法が、代替処理、たとえば水膨潤性ポリマー又は水溶性ポリマーの
予備形成溶液の場合よりもはるかに良好に固化する生成物を形成することは驚く
べきことである。また、本明細書に記載する個々の大粒度ポリマー粒子を含む固
形等級ポリマーを含む固体等級粒状ポリマーを使用することによって特に良好な
結果が得られることも驚くべきことである。本発明の方法は、所与の体積の材料
の山によって占有される面積をより効果的に最小にする。これは、材料のポンピ
ング性を維持しながら達成される。

【００４９】 再構造化された泥の特性は、本発明の有意な態様である。水溶性ポリマーを添
加したのち、輸送管におけるポンピング、混合又は摩擦によって生じるエネルギ
ーが混合物を最大限に固化させ、徐々に固さを下げさせる。好ましい実施態様で
は、スラリー混合物は、満足なポンピングを可能にするために、２００Pa未満、
好ましくは１５０Pa未満、より好ましくは２０〜１２０Paの降伏応力を有する。
粉末形態における添加の一つの利点は、溶液ベースの添加ほど急速に粘度が増減
しないことである。

【００５０】 本発明のもう一つの驚くべき特徴は、ひとたび材料が好ましい場所に移され、
放置されると、水性液が固化材料から放出することである。材料からの水性液の
放出は、泥の山が、より高い実固形分を有し、水膨潤性水不溶性ポリマーの場合
のような高レベルの閉じ込められた液体を含有しないということで有利である。
これは、山積み材料を不安定にし難く、また、放出した液体を再循環させて、た
とえば残留する価値を抽出することができるという利点を提供する。バイヤーア
ルミナ法から製造された赤泥の場合、放出された液をバイヤー法（たとえば洗浄
、濃縮又は蒸解段階）に戻して、アルカリ含量及び残留する極微量のアルミン酸
塩を利用することができる。

【００５１】 本発明では、材料を出口にポンピングし、そこで先に固化した材料の表面に流
れさせ、材料を放置し、固化させて山を形成させる。この過程を繰り返すにつれ
、多数の固化材料層が山として堆積する。したがって、本発明では、特に具体的
に述べた形態のいずれかにおける本発明の方法によって製造される、好ましくは
山の形態にある製品を提供する。

【００５２】 本発明のさらなる態様では、粒状物質の懸濁液を固形粒状処理薬剤で処理する
ための装置であって、 懸濁液を流路から抽出するための手段と、 円形の壁と、上部及び下部にある開口とを含み、上部の半径が下部の半径より
も大きい混合室と、 粒状処理薬剤を混合室に送り込むための手段と、 処理された懸濁液を混合室から運び出すための手段と を含む装置を特許請求する。

【００５３】 粒状処理薬剤を混合室に送り込むための手段は、適切な送り機構であってもよ
いし、ガス、たとえば空気の流れを使用して粒子を吹き込むことによるものでも
よい。好ましくは、粒状処理薬剤を混合室に送り込むための手段は、スクリュー
フィーダを含む。好ましくは、装置は、処理された懸濁液を混合室から送るため
の機械的手段を含む。これは、適切なポンプであってもよいが、好ましくは、ヘ
リカルロータポンプを含む。

【００５４】 新規な装置の好ましい形態の略図が図２に示されている。図２には、以下の符
号が適用される。 〔１〕材料を運ぶための導管 〔２〕材料分岐導管 〔３〕流量制御ポンプ 〔４〕混合室 〔５〕ポリマー容器 〔６〕ポリマー粒子 〔７〕スクリューフィーダ 〔８〕ヘリカルロータポンプ

〔９〕戻し導管

【００５５】 略図では、材料、たとえば赤泥が導管〔１〕に沿って運ばれる。材料の一部が
材料分岐導管〔２〕によって分岐されて混合室〔４〕に送られる。流量制御弁〔
３〕が、混合室に入る材料の流量を制御する。ポリマー容器〔５〕の中に保持さ
れるポリマー粒子〔６〕は、スクリューフィーダポンプ〔７〕によって混合室に
送られる。ポリマー粒子と材料とが徹底的に混合されたのち、混合室の底からヘ
リカルロータポンプ

〔９〕によってポンピングされ、戻し導管〔１０〕を介して
導管〔１〕に戻される。

【００５６】 本発明の好ましい形態では、懸濁液を粒状処理薬剤によって処理する。懸濁液
は、液体中に分散した粒子を含むいかなる適切な懸濁液、たとえば、本発明の第
一の態様の材料であってもよい。好ましくは、懸濁液は、固形分が少なくとも１
５％、たとえば固形分２０〜８０％の鉱物粒子の水性懸濁液である。より好まし
くは、懸濁液は、バイヤーアルミナ法から得られる赤泥である。したがって、 懸濁液を流路に沿って流すことと、 懸濁液の一部を取り出し、それを混合室に流し込み、そこで粒状処理薬剤と合
わせたのち流路に戻すことと を含む、懸濁液を粒状処理薬剤との混合によって処理する方法であって、 懸濁液が混合室に入り、渦を形成すると、この渦に粒状処理薬剤を送り込むこ
とを特徴とする方法を提供する。

【００５７】 本発明のこの態様の方法は、粒状処理薬剤を処理される懸濁液に直接混入する
際の難問を解消する。この方法は、懸濁液中の粒状処理薬剤の均一な分布の提供
が他のやり方では達成し難い高固形分及び／又は高粘度懸濁液の場合に特に有利
である。

【００５８】 本方法は、適切な粒状処理薬剤を高粘性基材に混入することに適用される。好
ましくは、処理薬剤は、たとえば本発明の第一の態様で定義した水溶性ポリマー
を含む。処理薬剤は、好ましくは、少なくとも２０ミクロン、好ましくは少なく
とも５０ミクロンの粒度を有する。

【００５９】 以下の例が本発明を例示するのに役立つ。

【００６０】 例１ バイヤーアルミナ法の最終洗浄段階からの赤泥底流の１０００mlサンプルを遠
心分離段階の前に得た。泥の固形分は２８．６６％であった。高い固有粘度（約
１０dl/g）の、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとの固形粉末等級水溶性
コポリマーを種々の量レベルで赤泥のサンプルに加えた。処理される泥を実験用
タンブラの中でゆっくりと１時間攪拌して、赤泥がパイプラインを通って廃棄場
所まで流れるのに要する通常の滞留時間をシミュレートした。次に、処理される
泥のサンプルを平坦な表面に注加してスランプを形成した。これは、泥が山を形
成する能力をシミュレートすることを意味する。スランプ直径、スランプの中心
のスランプ高さ、端部のスランプ高さ、泥の傾斜及び泥の粘度を計測した。結果
を表１に示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】 この試験は、比較的低い量でも全体として効果的な結果を示し、確認した。た
とえば、１トンあたり１００グラムの量が約３゜のスランプ角を達成した。また
、泥の粘度を有意に増すことなく高いスランプ角が達成されることに注目すべき
である。

【００６３】 例２ ３５重量％オーストラリア産赤泥スラリーの１０００mlサンプルを１０g/l
ＮａＯＨで使用して例１の試験手順を繰り返し、高い固有粘度（約１０dl/g）の
アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとの固形等級（粒度約１mm）水溶性コポ
リマーと、平均粒度７５０ナノメートルを有する高い固有粘度（約１０dl/g）の
アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとの水溶性コポリマーの油分散系中の逆
相ポリマーとのそれぞれで、Gate攪拌器を２００rpmで使用し、１８ppmの定量で
使用して、異なる時間でコンディショニングした。液状分散系及び固形等級ポリ
マーの両方でコンディショニング時間ごとにスランプ角を計測した。

【００６４】 結果を表２に示す。

【００６５】

【表２】

【００６６】 結果を図１でグラフに示す。

【００６７】 油分散系中の水溶性ポリマー粒子及び固形等級水溶性ポリマー粒子の両方が効
果的な結果を提供することが明らかに見てとれる。また、固体等級がはるかに優
れた結果を出すことが見てとれる。

【００６８】 例３ 種々の量レベルで赤泥（固形分３０．０９％）の１０００mlサンプルに加えた
、高い固有粘度のアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとの固形粉末等級水溶
性コポリマー（生成物Ａ）の異なる量を使用し、比較試験として、特定の水不溶
性で水膨潤性の吸収剤（生成物Ｂ）を使用して、例１の手順を繰り返した。スラ
ンプの降伏応力、スランプ角、スランプ直径、縁スランプ高さ及び中心スランプ
高さを計測した。結果を表３に示す。

【００６９】

【表３】

【００７０】 結果は、適度な量（４０g/l）の水溶性粉末化ポリマーを使用するだけで、吸
収剤の高い所要量（１９００g/t）に比較して、少なくとも３％の有効スランプ
角を達成することができることを実証した。

【００７１】 例４ 例３のポリマーＡを、水性分散媒としての塩化カルシウムの３９重量％溶液中
に分散させた。ポリマー粒子は、分散系の中にある間、水和しなかった。ポリマ
ーＡの水性分散系は、粒子形態に対しても同等に十分に作用することがわかった
。

【図面の簡単な説明】

【図１】 油分散系中の水溶性ポリマー粒子及び固形等級水溶性ポリマー粒子を含む系の
コンディショニング時間とスランプ角の関係を示す図である。

【図２】 本発明の新規な装置の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／２７３，１１７ (32)優先日 平成13年３月２日(2001．3．2) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ガラガー，マイケル ジェラルド アメリカ合衆国 テキサス 78413 コー パス クリスティ サラトガ ブールバー ド 4901 アパートメント ナンバー1224 (72)発明者 スミス，ハル ジー アメリカ合衆国 テキサス 77904 ビク トリア フェンウェイ 206 (72)発明者 アドキンズ，スティーブン イギリス国 ウエスト ヨークシャー ビ ーディー19 ４ピーユー クレックヒート ン ゴマーサル ブロンテ クローズ ６ (72)発明者 フーリー，アン フランシス イギリス国 ウエスト ヨークシャー ダ ブリュエフ２ ０エルゼット ウェイクフ ィールド レンソープ コールリッジ ク レセント 22 (72)発明者 ダイモンド，ブライアン イギリス国 ウエスト ヨークシャー ビ ーディー12 ８ディーイー ブラッドフォ ード ウァイク カール ハウス ロード ９ Ｆターム(参考） 4D059 AA15 AA16 BF16 BF20 BJ00 CB01 CB06 DA02 DA07 DA09 DB21 EB02

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒状固体が分散した水性液を含む材料を流体としてポンピン
   グしたのち、放置し、固化させ、前記材料をポンピングする間又は前にポリマー
   粒子を前記材料と合わせることによって前記材料のポンピング性を維持しながら
   固化を改善する方法であって、 前記ポリマー粒子が、少なくとも３dl/gの固有粘度を有する水溶性ポリマーを
   含む方法。
2. 【請求項２】 前記水溶性ポリマーがアニオン性であり、好ましくは、 （ａ）エチレン性不飽和カルボン酸及び／又はスルホン酸モノマーから選択され
   るアニオンモノマー、ならびに 場合によっては（ｂ）好ましくは、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル
   酸のヒドロキシアルキルエステル及びＮ−ビニルピロリドンからなる群より選択
   される非イオン性コモノマー を含むエチレン性不飽和水溶性モノマー又はモノマーのブレンドから形成される
   、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ポリマー粒子が１０ミクロン未満の平均粒度を有する、
   請求項１及び請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ポリマー粒子を、逆相エマルションもしくは分散系の形
   態で、又は水性媒体中の分散系として、又は粒度１０ミクロン未満の一次粒子が
   結合した脆い凝結体であって、その少なくとも９０重量％が５０ミクロン超の粒
   度を有する凝結体として、前記材料に加える、請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記ポリマー粒子を、２０ミクロンを超える、好ましくは５
   ０ミクロンを超える粒度の実質的に独立粒子として前記材料に加える、請求項１
   又は請求項２記載の方法。
6. 【請求項６】 前記材料の前記分散した粒状固体が鉱物である。請求項１〜
   ５のいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 前記材料の前記分散した粒状固体が１００ミクロン未満の粒
   度を有し、好ましくはその粒子の少なくとも８０％が２０ミクロン未満の粒度を
   有する、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 前記ポリマー粒子が、（ａ）分散媒の全重量に基づいて少な
   くとも２５重量％の無機塩を含む塩溶液から主になる液状分散媒、及び（ｂ）前
   記塩溶液に不溶性である、水溶性ビニル付加非イオン性ポリマー又は水溶性ビニ
   ル付加アニオンポリマーで構成された水性分散系の形態にあり、 前記ポリマーが、アクリル酸（又は塩）、場合によっては（メタ）アクリルア
   ミド及び場合によっては少なくとも２個の重合性エチレン性不飽和基を含む少な
   くとも１個の架橋モノマーからなるエチレン性不飽和モノマーから形成され、 前記無機塩が第II族金属ハロゲン化物を含む、請求項１〜７記載の方法。
9. 【請求項９】 前記第II族金属ハロゲン化物が塩化カルシウムであり、前記
   分散媒中の塩化カルシウムの濃度が少なくとも３５％、好ましくは約３９％であ
   る、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記材料が、１５重量％〜８０重量％、好ましくは４０重
    量％又は５０重量％〜７０重量％、より好ましくは５５重量％〜６５重量％の範
    囲の固形分を有する、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記材料がバイヤーアルミナ法からの赤泥を含む、請求項
    １〜１０のいずれか１項記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記材料を出口までポンピングし、そこで先に固化した材
    料の表面に流れさせ、前記材料を放置し、固化させて山を形成させる、請求項１
    〜１１のいずれか１項記載の方法。
13. 【請求項１３】 粒状物質の懸濁液を固形粒状処理薬剤で処理するための装
    置であって、 前記懸濁液を流路から抽出するための手段と、 円形の壁と、上部及び下部にある開口とを含み、上部の半径が下部の半径より
    も大きい混合室と、 前記粒状処理薬剤を前記混合室に送り込むための手段と、 前記処理された懸濁液を前記混合室から運び出すための手段と を含む装置。
14. 【請求項１４】 前記粒状処理薬剤を前記混合室に送り込むための手段がス
    クリューフィーダを含む、請求項１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記処理された懸濁液を前記混合室から運び出すための手
    段がヘリカルロータポンプを含む、請求項１３又は請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 懸濁液を流路に沿って流すことと、 前記懸濁液の一部を取り出し、それを混合室に流し込み、そこで粒状処理薬剤
    と合わせたのち前記流路に戻すことと を含む、懸濁液を粒状処理薬剤との混合によって処理する方法であって、 前記懸濁液が前記混合室に入り、渦を形成すると、この渦に前記粒状処理薬剤
    を送り込むことを特徴とする方法。
17. 【請求項１７】 前記粒状処理薬剤が水溶性ポリマーを含む、請求項１６記
    載の方法。
18. 【請求項１８】 前記粒状処理薬剤が少なくとも２０ミクロン、好ましくは
    少なくとも５０ミクロンの粒度を有する、請求項１６又は請求項１７の方法。