JP2007512124A - 金属/鉱物回収および廃棄物処理方法 - Google Patents
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Abstract
金属/鉱物含有鉱石を水とともにスラリー状にし、濃縮した画分と水性の金属/鉱物廃棄物画分とに分離する主分離段階と、該水性の金属/鉱物廃棄物画分が1つ以上の沈降ラグーンに沈降して、濃縮した沈降層および上清液を提供する廃棄物沈降段階とを含み、該廃棄物沈降段階が、該水性の金属/鉱物廃棄物をSCVまたは他の凝集チャンバに送ることを含み、該水性の金属/鉱物廃棄物が、該SCV内で他のものより少なくとも10倍高い濃度を有する1つ以上の濃度の凝集剤を1つ以上含有する水で希釈することと、該希釈された水性廃棄物を凝集することと、該希釈かつ凝集された水性廃棄物を沈降させて、液体上清液層およびポンプ操作が可能な濃縮した沈降層を沈降地に提供することとを含む、金属/鉱物回収および廃棄物処理方法。
Description
本発明は、主分離段階および廃棄物沈降段階を含む金属および/または鉱物回収および廃棄物処理方法に関する。本目的は、金属および/または鉱物処理設備から生じた廃棄沈降物を新規で効率的な方法で処理することである。
凝集とは、単一粒子または小さな粒子が絡まって多粒子として絡まるかまたはフロックになることを言う。この技術は、多くの産業工程で固体−液体分離を向上するために使用されている。
凝固と凝集は、両方とも粒子の絡まりを包含するが、互いに異なるメカニズムに従うため、両用語の定義を区別する必要がある。凝固工程では、表面電荷中和による粒子の絡まりを包含し、これにより粒子間の反発ポテンシャル障壁を克服する。粒子表面電荷は、石灰、硫酸鉄、硫酸第二鉄、およびミョウバンのような常に陰性の多原子価を有する無機物凝固剤であり、そして絡まりをもたらし、凝固物を形成するために使用される。厳密な意味で凝集とは、粒子表面電荷が変化するかまたは変化しない、長鎖の高分子による粒子の絡まりを意味する。
凝集という用語は、ラテン語の「flocculus」から派生した言葉で、毛織の束を意味する。これは、粒子凝集から得られる「綿毛」の絡まりと類似する。凝集剤という用語は、場合により形容詞として使われ、凝集した物質の態様を表わすこともある。
一般に、金属および/または鉱物生産の鉱物処理段階は、一連の処理ステップを包含する(図1参照)。一旦、鉱石が地面から採掘されると、金属または鉱物中の成分を濃縮するために、脈石から分離する改善(または選鉱処理と称する)過程が必要である。分離工程は、非常に単純であるかまたは多くの単位工程を包含する非常に複雑な工程であり得る。一般に、1つ以上の以下の単位工程を包含する。
粉砕工程(またはサイズ縮小とも称する)は、2つの活動から構成される。この工程は、粉砕に続いてボールミルまたはロッドミルで研磨して、鉱物が互いに遊離できるように鉱石の大きさを縮小することを包含し、かつ物理的および/または化学的な分離のための材料を準備するためのものである。
分離工程は、一旦鉱石をサイズすると、次に鉱物を、1つ以上の以下の単位工程を通じて分離する。互いに異なる鉱物の粒径差を使用するサイズ分離工程(例えば、網を使用して砂から粘土を洗浄する工程)、鉱物の密度差または比重差を使用し、使用される器具が高密度または重い媒体、振動台、螺旋バネ、バレルワッシャー、または治具を含む重量分離工程、鉱物の各物理的性質を使用する電気または磁気分離工程、および鉱物の表面の化学的差異を使用するフロス浮選工程である。
固体/液体分離工程は、該成分および脈石鉱物を先の1つ以上の単位工程を使用して分離した後、得られたスラリー(濃縮物および尾鉱と呼ばれる)は、輸送(濃縮物の場合)および環境親和的な処理ができるように(尾鉱の場合)脱水する必要がある。固体/液体分離装置の種類は、濃縮機、浄化器、真空フィルタ、圧力フィルタ、マルチロールフィルタ、および遠心分離機などを含む。
該鉱物処理段階の固体/液体分離単位工程を完了すると、3つの「生成物」の流れが現われる。(1)採掘活動に復帰する前に、追加的に浄化活動を要求するかまたは要求しない回収された水の流れ、(2)仕上げ処理を施した金属または鉱石を得るための追加的な処理(例えば、冶金術処理)を要求するかまたは要求しない濃縮した濃縮物の流れ、(3)沈降(残余水気を除去および回収するための)および廃棄のために、尾鉱池に置かれる前に追加的な処理(例えば、pH調整)を要求するかまたは要求しない濃縮した尾鉱の流れである。
本発明は、鉱物処理において、固体/液体分離段階の「生成物」に関し、すなわち、尾鉱に対する改善した濃縮(または沈降物とも称する)および再利用のために回収した水の清浄度向上(または上清液とも称する)に関する。
鉄金属の一例である鉄鉱石は、2つの鉱石、すなわち、赤鉄鉱(Fe2O3)および/または磁鉄鉱(Fe3O4)を、処理を経て抽出して得る。該鉱石は、以下の5つの工程を経て処理される。(1)鉱石を適切な大きさに割るために、穿孔し爆破する採掘工程、(2)鉱石の物理的な大きさを略径9インチになるように縮小する粉砕工程、(3)岩石から微細鉱物が遊離されるように、鉱石の物理的な大きさを更に縮小する研磨工程、(4)デスライム濃縮機(現在処理する鉱石が赤鉄鉱である場合)または磁性濃縮機(処理する鉱石が磁鉄鉱である場合)を介して、脈石から鉄成分を分離する工程および濃縮した鉱石をその後脱水する濃縮工程、および(5)化学的結合剤を使用し、小さくて均一な大きさの鉄鉱石の「生ボール」を形成し、該ボールを熱硬化させて鋼鉄工場で使用するための硬鉄鉱石ペレットを形成するペレット化工程である。
砂および砂利は、岩石または石の自然風化作用の結果として得られた未固結の粒状物質であって、産業鉱物の一例であり、これらは、典型的には露天掘り掘削または浚渫により湿潤状態で採掘される。処理工場に輸送された後、濡れた砂および砂利の原供給物は、備蓄されるかまたは大きな丸石および巨石が供給物から物理的に分離されているホッパーに直接流れ込む。ホッパーから、該物質は、固定または振動している網に輸送され、そこで大きな物質と小さく市場向きの大きさの物質とを分離する。大きな物質は、浸食調節、干拓、または他の用途に使用することができる。または、大きさを縮小するために、大きな物質は、粉砕機に通して、粉砕した凝集体または砕砂(manufactured sand)になる。網を通過した物質は、一般に水平または傾斜した単一または多デッキの振動網からなる一群のサイズ分け用網に送られる。また、ウォータースプレーが取り付けられた回転調整用網は、濡れた砂および砂利を処理および洗浄するのに使用される。選別が、砂と砂利を互いに異なる大きさの範囲に分離する。選別後、サイズ分けされた砂利は、今後の販売に備えて、備蓄または貯蔵庫などに輸送される。該砂は、ログワッシャーまたは回転スクラバにより粘土および有機不純物から取り除かれる。スクラブ後に、該砂は、典型的には水選別過程によりサイズ分けされる。選別過程後、該砂は、スクリュー、分離コーンまたは水分離器を使用して脱水される。処理後に、該砂は、今後の販売に備えて貯蔵庫に輸送される。
従来の技術では、産業プロセスの尾鉱池の沈降特性を改善するための廃棄物流の凝集(すなわち、尾鉱)が提示され、実用化されてきた。凝集において、個別粒子は、一体化し、やや緩やかに結合した凝集体またはフロックになる。凝集度は、粒子間の衝突可能性および衝突後の凝着への性向により調節される。攪拌は、衝突可能性を増加させ、凝着性向は、凝集剤を加えることにより増加する。
廃棄物を凝集することにより、沈降を加速化する試みが文献を通じて数多く提案されてきた。また、砂または他の物質を廃棄物に加えることにより、実質的な固体廃棄物の沈降物の構造を向上する提案がなされてきた。これらの凝集剤を使用する鉱物回収方法の例は、米国特許第3,418,237号、3,622,087号、3,707,523号、4,194,969号、4,224,149号、4,251,363号、4,265,770号、4,342,653号、4,555,346号、4,690,752号、5,688,404号、6,077,441号および6,039,189号に開示されており、これらは参照として本明細書に組み入れられる。
凝集剤を使用する多数の提案にもかかわらず、実際には、これらの提案は、往々にして価格競争力がないことが見出された。凝集剤を使用し、沈降を促進し、再利用可能な上清液を提供する場合でも、上清液の質がやや落ちる傾向があるのは、上清液が、凝集されていない廃棄物粒子により汚染される傾向があるためである。
金属および鉱物処理産業においては、沈降カラム(例えば、管状金属タンク)を使用することにより、カラムが十分な高さを有する場合、有用な深さの上清液を形成することができることは既知である。残念ながら、金属および/または鉱物回収工程で生じた水性廃棄物の量が多すぎることがあるため、このような種類のカラム分離タンクを提供しようと考慮することさえ、実用的ではない。
発明の目的
本発明の目的は、金属および/または鉱物回収および廃棄物処理方法の提供であり、この方法により(1)浮選または他の分離ステップのための、向上した質の上清液を収得かつ再利用し、(2)沈降ラグーンをより効率的に活用し、(3)1つ以上の凝集溶液を互いに異なる濃度で加えて(ここで、凝集溶液のうち1つを、通常より実質的に大きい水希釈比を用いて希釈する)改善した凝集効率を達成する方法を提供することである。
本発明の目的は、金属および/または鉱物回収および廃棄物処理方法の提供であり、この方法により(1)浮選または他の分離ステップのための、向上した質の上清液を収得かつ再利用し、(2)沈降ラグーンをより効率的に活用し、(3)1つ以上の凝集溶液を互いに異なる濃度で加えて(ここで、凝集溶液のうち1つを、通常より実質的に大きい水希釈比を用いて希釈する)改善した凝集効率を達成する方法を提供することである。
発明の概要
本発明による金属/鉱物回収および廃棄物処理方法は、金属/鉱物含有鉱石を水とともにスラリー状にし、濃縮した画分と水性の金属/鉱物廃棄物画分とに分離する主分離段階と、該水性の金属/鉱物廃棄物画分が1つ以上の沈降ラグーンに沈降し、濃縮した沈降層と上清液を提供する廃棄物沈降段階とを含み、該廃棄物沈降段階が、該水性の金属/鉱物廃棄物を固体接触ベッセル(Solids Contact Vessel)(以下、SCVと称する)または他の凝集チャンバに送ることを含み、ここで、該水性の金属/鉱物廃棄物が、該SCV内で他のものよりも少なくとも10倍高い濃度を有する1つ以上の濃度の凝集剤を含有する水で希釈することと、該希釈された水性廃棄物を凝集することと、該希釈かつ凝集された水性廃棄物を沈降させて、液体上清液層とポンプ操作が可能な濃縮した沈降層を沈降地に提供することとを含む。濃縮した沈降層は、1つ以上の最終ラグーンに送られ、これにより、濃縮した沈降層は、1つ以上の最終ラグーン内で実質的な固体沈降を提供するように、更に沈降させることが可能である(図1参照)。
本発明による金属/鉱物回収および廃棄物処理方法は、金属/鉱物含有鉱石を水とともにスラリー状にし、濃縮した画分と水性の金属/鉱物廃棄物画分とに分離する主分離段階と、該水性の金属/鉱物廃棄物画分が1つ以上の沈降ラグーンに沈降し、濃縮した沈降層と上清液を提供する廃棄物沈降段階とを含み、該廃棄物沈降段階が、該水性の金属/鉱物廃棄物を固体接触ベッセル(Solids Contact Vessel)(以下、SCVと称する)または他の凝集チャンバに送ることを含み、ここで、該水性の金属/鉱物廃棄物が、該SCV内で他のものよりも少なくとも10倍高い濃度を有する1つ以上の濃度の凝集剤を含有する水で希釈することと、該希釈された水性廃棄物を凝集することと、該希釈かつ凝集された水性廃棄物を沈降させて、液体上清液層とポンプ操作が可能な濃縮した沈降層を沈降地に提供することとを含む。濃縮した沈降層は、1つ以上の最終ラグーンに送られ、これにより、濃縮した沈降層は、1つ以上の最終ラグーン内で実質的な固体沈降を提供するように、更に沈降させることが可能である(図1参照)。
凝集剤または凝集混合物の濃縮した貯蔵溶液の希釈は、供給ラインおよび分配ラインで行われる(図2参照)。凝集剤は、多量の水で希釈され、多様な希釈濃度の凝集剤または凝集混合物がSCVに加えられる。
発明の詳細な説明
SCVに高希釈効果を導入することにより、凝集剤の必要量を減らすことができることは既知である。従来の方法では、凝集液が廃水スラリーに直接加えられ、続いて起こる凝集のための適切な固体/凝集剤インターフェースを提供するために、樋で更に強力に混合する。これは、凝集剤の効率低減の原因になる可能性がある。
SCVに高希釈効果を導入することにより、凝集剤の必要量を減らすことができることは既知である。従来の方法では、凝集液が廃水スラリーに直接加えられ、続いて起こる凝集のための適切な固体/凝集剤インターフェースを提供するために、樋で更に強力に混合する。これは、凝集剤の効率低減の原因になる可能性がある。
本発明では、多量の希釈水が凝集液の一部分に加えられる。これにより、十分に希釈された多量の凝集剤が、SCV内に流れ込む廃水スラリーと混合される(図2参照)。高希釈されているので、混合要件は減少し、固体および凝集剤間の接触は増加して、更に有効な凝集が行われ、全体的な凝集剤の利用が減少する。従来のシステムでは、凝集剤が約0.05%の濃度に希釈される。本発明では、希釈度は、凝集液の十分に希釈された部分について、0.005重量%以下である。
本発明では、SCV内により濃縮した凝集液を追加的に同時に流入することにより、重合による凝集剤の利用効率を更に増加させる。これらの多様な凝集濃度の混合の組み合わせ(流入するスラリーの変化に適応するための)および体系的な応用方法を本発明の主要素とする。
典型的には、希釈された凝集剤の約75%、例えば、70〜80%が、約0.005重量%以下の濃度で加えられ(濃縮1)、その残りは、約0.05重量%以下の濃度でSCV内の領域に加えられる(濃縮2)。このとき、濃縮2は、濃縮1に比べて濃度が少なくとも10倍高く、例えば、濃縮1に比べて少なくとも30倍、特に50倍高い。この75%/25%の比率は、SCVに流入する多様な流量に適応して変わってもよい。該比率は、濃縮1で75〜25%、濃縮2で25〜75%であってもよい。
本発明により2つの互いに異なる濃度を有する凝集液を同時に使用した結果、必要な総凝集量は、実質的に減少した。
SCVを採用するもう一つの利点としては、SCV内で早期沈降を防止するために、形成されたフロックおよび存在する精製されていない物質が懸濁するように維持する一方、最適の凝集を達成するために、乱流期間を延長することができることにある。
一般に、本発明は、金属および/または鉱物を採掘した原石または他の物質からの分離が、水とともにスラリー状にし、それにより、その後ラグーンで沈降に供される多量の水性金属/鉱物廃棄物を生成することを含む、いかなる工程にも適用することができる。金属/鉱物産業内の各分野で生じる一般的な廃棄物流の説明/特性は、以下のようである。
鉄金属産業分野で採用される典型的な廃棄物沈降システムは、尾鉱池およびラグーンである。鉄鉱石(鉄金属)生産の鉱物処理段階を出た廃棄物流の典型的な特性は、以下のようである。
卑金属(base metal)産業分野で採用される典型的な廃棄物沈降システムは、尾鉱池およびラグーンである。銅(卑金属)生産の鉱物処理段階を出た廃棄物流の典型的な特性は、以下のようである。
貴金属産業分野で使用される典型的な廃棄物沈降システムは、尾鉱池およびラグーンである。金(貴金属)生産の鉱物処理段階を出た廃棄物流は、典型的には以下の特性を示す。
産業鉱物産業分野で採用される典型的な廃棄物沈降システムは、一般に従来型または高い等級の濃縮機である。ラグーンシステムも、例えばリン鉱のような一部の領域で採用されている。砂および砂利(産業鉱物)生産の鉱物処理段階を出た廃棄物流は、典型的には以下の特性を示す。
石炭産業分野で採用される代表的な廃棄物沈降システムは、一般にある種の濃縮機(従来型の高い等級またはディープコーンタイプ)である。石炭生産の鉱物処理段階を出た廃棄物流は、典型的には以下の特性を示す。
本発明の方法は、金属および鉱物産業の5つの個別部分で採用されるとき、利点を示す。一般にこれらの方法は、各分野において、鉱物処理操作の固体/液体分離段階で適用される。特に、鉱物処理操作の分離段階を出た廃棄物流(すなわち、尾鉱)は、SCV内での凝集剤での凝集処理に供せられ、ならびに調整固体沈降地(CSSB(Conditioned Solids Settling Basin))内で沈降および固化に供される。次いで、固化した尾鉱を上清液から分離させる。場合により、CSSBから引き出してラグーンに置く。
該方法が金属および/または鉱物回収方法である場合、主分離段階は、このような方法における従来の分離手順を包含することができる。例えば、スラリーをサイクロニング(cycloning)処理することまたはスラリーを浮遊処理することを包含してもよい。
本発明の利点は、懸濁固体の量が減少した再利用(再循環)の流れを形成することである。相対的に汚染された再利用の流れは、鉱物処理操作に悪影響を及ぼし、過度な金属/鉱物損失をもたらし、回収工程で必要な鉱物処理反応物の量の増加をもたらし、回収された金属/鉱物内に過度な非固体成分をもたらし得る。
金属/鉱物処理から得られた水性廃棄物は、主に水中の廃鉱物粒子からなるスラリーである。一般に、水性鉱物廃棄物含有量は、総鉱物固体が多くて20重量%、通常多くて10重量%だが、通常、その含有量は総鉱物固体の少なくとも0.1重量%、通常少なくとも0.5重量%である。固体は、一般に、全体または大部分が微細鉱物からなるが、一部の精製されていない廃棄物または一部の精製されていない鉱物成分を含むことにより、微粒子が懸濁状態に保持される一方、精製されていない物質が廃棄物から沈降できる。微細鉱物は、廃棄物の乾物の、通常少なくとも20重量%、通常少なくとも10重量%を構成する。
水性鉱物廃棄物が、精製されていない鉱物成分または他の精製されていない沈降可能な物質を含有する場合に、これらの物質を、樋を通ってSCVに向かって流れるまま、廃棄物から沈降させてもよいし(例えば、米国特許第5,688,404号に記載の通り)、あるいは、これらの成分を、本発明のSCV処理前にラグーン内に沈降させることができる。したがって、鉱物成分を含有する廃棄物は、沈降ラグーンの入口領域に向かうことができ、廃棄物がラグーンに進入することにより、結果として流速の減少が発生し、主に入口領域において鉱物成分の沈降を引き起こす。鉱物成分は、入口領域の底面から回収するか、または適切であれば、ラグーン全体の底面から採掘を通じて回収することができる。
水性鉱物廃棄物は、場合により、精製されていない物質を前もって沈降した後、土壌に形成されるか、または設備の一部分として存在するSCVに流れ込む。SCVは、初期ラグーン、現存する鉱山、流路、非常用放水路、二次汚染地域、または処女地などの内部またはその周辺に位置することができる。好ましい実施態様では、SCVは、初期ラグーン、特に初期ラグーンの底面または廃棄物入口のような便利な位置に位置する。SCVは、地面において、例えば四角形、矩形、円形または楕円形の領域で十分な深さで採掘して形成してもよい。場合により、SCVは、地上、地面、または地下に存在する加工された設備の一部分から形成してもよい。所要であれば、SCVは、壁の浸食を防止するために、一列に並べることができるが、これは、通常不要である。
本発明の方法において、SCVの寸法は、主に流量により変えることができる。一般的な寸法は、約6〜20フィートの深さ、または便宜的に更に深く、好ましくは、約10〜15フィートの深さ、並びに表面積の1平方フィート当たり0.01〜1、好ましくは、0.1〜0.5US ガロン/分の流量を提供する上部表面積(一般に略四角形または円形領域)からなる。必要な表面積は、廃棄物の流量による。SCVは、凝集剤および固体接触のための最適環境を提供する。一旦、固体が凝集すると、SCVは、CSSBに堤防および/または流路を経て供給する。
沈降カラムの代りに、SCVおよび関連するCSSBを利用した結果、非常に大きな容積及び深い沈降領域を非常に低コストで生成することができる。
上清液層および濃縮した沈降層は、SCVに送られた水性廃棄物層からCSSB内に形成される。除去がCSSBの底面で濃縮した沈降層を乱さない限り、上清液層を除去し、ポンプでくみ出し、またはCSSBの上層から引き出すことができる。一般に、上清液層は、実質的に連続してCSSBに送り込まれる間にCSSBからあふれるようになり、これにより、通常、反対側端でCSSBから除去される。上清液層は、便利な方法で除去することができる。例えば、上清液層は、流路を通じて除去し、パイプを通じて再び、CSSBが適切な位置に設けられるような分離段階に復帰することができる。
一実施態様においては、CSSBは、実質的に固体の鉱物沈降物で実質的に既に充填されたラグーン内で形成される。したがって、本発明を実施することにより、処理用SCVを採掘または設置した後、上清液の研磨のために、ラグーン(この例では、CSSBとして作用する)に存在する沈降物に依存することにより、既に沈降物で実質的に充填されたラグーンが、新たに非常に重要な用途として使用される。このような研磨工程から得られるラグーンにおける沈降物の増加速度は非常に遅いため、ラグーンは、耐用年数中ほとんど無限定に延長することができる。
「実質的に充填された」という表現は、例えば、流速の水平成分が沈降率の垂直成分を超える結果、ラグーンが沈降物から透明な上清液を分離するのに役立つには浅すぎることを意味する。
水性鉱物廃棄物流は、SCVにおいて、0.05〜0.0005%の範囲にある凝集剤の2つの互いに異なる濃度で希釈され、最低限の凝集剤の使用により凝集を最適化することができるように、そのうち1つの濃度が他の濃度に比べて少なくとも10倍高い。凝集剤を、希釈水に固形で加えることができるが、より一般には、典型的には凝集剤濃度が約0.1〜0.5重量%の予め調製した溶液として、従来の方法で加えられる。2つの互いに異なる凝集剤濃度を含有する希釈水を、SCVに進入した後に廃水に加えることができるが、SCVに進入する前に廃水に加えることもできる。加える時点は、SCVに進入する直前または実質的により早い位置とすることができる(例えば、米国特許第5,688,404号に記載の通り)。
一実施態様において、互いに異なる2つの凝集剤濃度を含有する希釈水は、SCVに排出する混合装置を通って流れながら、廃棄物に加えられる。混合装置は、導管もしくはタンクのような他の適切な装置、または地面に形成される小さな容器であることができ、それらを通して、廃棄物が、凝集剤が廃棄物によく混合するように、十分な乱流で流れる。乱流は、導管を通る流量、または整流装置、または他の乱流誘導装置、または導管内に水を注入することによってのみ生じ得る。所望であれば、機械回転子、固定混合器、または他の機械混合装置を提供し、実質的に均一な凝集を与えるのに十分であるように、凝集剤を廃棄物と適切に混合することを達成できる。
沈降装置における凝集剤の最も効果的な投与量は、従来のテスト方法により選択してもよい。通常、凝集すべき廃棄物において、固体1トン当たり凝集剤0.01〜1、好ましくは、約0.0125〜0.75パウンドである。
凝集剤と投与量は、本明細書に記載の選択手順により決めることができ、それにより、一方で清浄度、上清液の深さ、沈降率、並びに他方でポンプ操作が可能な濃縮した沈降物の最適な組み合わせを得ることができる。
凝集剤は、凝集を促すことにより、水性廃棄物を上清液と濃縮した沈降物に分離することができる水溶性凝集剤であることができる。一般に、凝集剤は、1つ以上のエチレン性不飽和モノマーから形成された水溶性凝集剤である。モノマーは、非イオン、陰イオン、または陽イオンであってもよい。同様に、凝集剤は、非イオン、陰イオン、陽イオン、または両性であってもよい。
適切な陰イオンモノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)(Lubrizol社の米国商標)のようなエチレン性不飽和カルボキシルまたはスルホン性のモノマーを含む。アクリルアミドは、適切な非イオンモノマーである。適切な陽イオンモノマーは、通常、その4級アンモニウム、酸付加塩、またはジアリルジメチルアンモニウムクロリドとしての、ジアルキルアミノアルキル(メタ)−アクリラートおよび−アクリルアミドを含む。
陰イオン凝集剤が好ましい。
好ましい陰イオン凝集剤は、5〜70重量%、一般に10〜50重量%のアクリル酸(通常、アクリル酸ナトリウム)および/またはAMPSと他のモノマー、一般にはアクリルアミドとの共重合体である。特に好ましい陰イオン共重合体は、全てCiba Specialty Chemicals Corporation, Suffolk, VirginiaのMAGNAFLOC(登録商標)336、MAGNAFLOC(登録商標)358、MAGNAFLOC(登録商標)919、MAGNAFLOC(登録商標)1011、MAGNAFLOC(登録商標)3230、MAGNAFLOC(登録商標)4240、MAGNAFLOC(登録商標)5250、またはMAGNAFLOC(登録商標)6360を含む。
適切な陽イオン凝集剤は、1〜50重量%、一般に2〜15重量%の陽イオンモノマー、例えば、ジメチルアミノエチル−アクリラートもしくは−メタクリラート酸付加物または4級塩と他のモノマー、一般にはアクリルアミドから形成される。特に好ましい陽イオン凝集剤は、Ciba Specialty Chemicals Corporation, Suffolk, VirginiaのMAGNAFLOC(登録商標)455またはZETAG(登録商標)7623である。
凝集剤の分子量は、一般に、凝集剤の固有粘度(「IV」)(懸架レベル粘度計(suspended level viscometer)を使用して、20℃で、pH7に調節した1N 塩化ナトリウム中で測定)が少なくとも4dl/g、通常少なくとも8dl/gになるようにする。凝集剤が陰イオンである場合、IVは、典型的には10〜30dl/gであり、また凝集剤が陽イオンである場合、IVは、典型的には8〜15dl/gである。
凝集剤は、既知の方法で合成することができ、例えば、ゲル重合、逆相ビーズ重合、または逆相乳化重合、あるいは他の適切な技術により合成することができる。
図2は、凝集剤指定の重合体1および重合体2の希釈を図示したものである。これらの凝集剤は、同一であっても互いに異なっていてもよい。
本発明の一実施態様における凝集剤は、互いに異なる。好ましくは、2つの凝集剤は、同種であり、例えば、両方とも陰イオンであるが、分子量および/または電荷密度が異なる。好ましくは、2つの凝集剤は、両方とも陰イオンである。
CSSBにおいて、希釈水性鉱物廃棄物の理論滞留時間は、通常、5分〜5時間であり、好ましくは、10分〜3時間である。
濃縮した鉱物沈降物は、上清液からかなり下側の位置でおよび/または沈降物の除去により上清液の質を不適切に損なわないようなときにCSSBから除去される。沈降物の除去は、連続的であっても、不連続的であってもよい。沈降物の固体含有量は、一般にCSSBの底面に向かって増加することで、CSSBが徐々に沈降物で一杯になる危険を最少化するので、濃縮した鉱物沈降物を可能な限りCSSBの底面から近いところから除去することが望ましい。
CSSBから除去される沈降物は、凝集すべき最初の希釈水性鉱物廃棄物流の固体含有量の一般に少なくとも2倍、往々にして10倍までの固体含有量を有する。濃縮した沈降物の固体含有量は、往々にして乾燥固体重量の約10〜30%に至る。これは、重量が既知の濃縮した沈降物サンプルを採取して測定したものであり、標準実験乾燥オーブン内で既知の温度(典型的には110℃)で液体成分または水分を蒸発させることにより、測定したものである。好ましくは、固体含有量は高いほど実用的であるが、沈降物を便利にポンプでくみ出すことができない程高くてはいけない。
好ましくは、沈降物除去は、ポンプ操作により行われる。例えば、CSSBの側面付近の地面に位置し、濃縮した沈降物をCSSBから引き出すために、CSSBの底面付近にパイプで連結した固定ポンプを使用するか、あるいは上清液上に浮遊し、CSSBの底面付近まで下方に延びたパイプを有するポンプを使用する。
濃縮した沈降物は、CSSBから除去され、1つ以上の最終ラグーンに移す。沈降物は、最終ラグーンに広がり、沈降し、蒸発して、所望の最終的かつ実質的な固体沈降物を形成する。CSSBから除去された濃縮した沈降物は、従来の廃棄物よりはるかに高い固体含有量を有するので、最終固体沈降物を提供するのに必要な沈降および蒸発量は、従来の方法に比べてはるかに少ないし、また残余上清液を再利用する誘引は存在しない可能性があるが、それはCSSBから、回収し、工程に再利用した上清液の量が増加するためである。したがって、1つ以上の最終ラグーンは、普通必要であると見なされる沈降容積と同じほど深くする必要はない。その結果、濃縮した沈降物は、ポンプ操作を通じて部分的またはほぼ全体的に沈降物で満たされたラグーンに移すことができる。
したがって、本発明は、同時に(1)上清液の回収の向上(しばしば、非常に高い透明度)を提供する一方で、(2)通常、多くの目的のためあまりに一杯であったり、浅すぎると見なされるラグーンを使用することができるという更なる利点を有する。
テスト手順:凝集溶液の調製
範囲および目的:水中の固体−等級の凝集剤を溶解して、今後の分析にとって適切な溶液を調製する。この手順では、公称濃度(下記注記1参照)で溶液を生成するために提供された固体−等級の凝集剤を使用する。正確な濃度(下記注記2参照)の溶液を生成するために、凝集剤の乾燥重量に注意する。溶解を低下させる集塊の形成を避けるため、特殊湿式技術を使用して、凝集剤水溶液を調製する。
範囲および目的:水中の固体−等級の凝集剤を溶解して、今後の分析にとって適切な溶液を調製する。この手順では、公称濃度(下記注記1参照)で溶液を生成するために提供された固体−等級の凝集剤を使用する。正確な濃度(下記注記2参照)の溶液を生成するために、凝集剤の乾燥重量に注意する。溶解を低下させる集塊の形成を避けるため、特殊湿式技術を使用して、凝集剤水溶液を調製する。
手順:[ステップ1]8オンス瓶に製品に関する適切な詳細事項を記載したラベルを貼る。[ステップ2]固体凝集剤サンプルを混合して均質であるようにする。[ステップ3]固体凝集剤の必要重量を正確に測定して、清潔で乾燥した8オンス瓶に入れる。[ステップ4]ディスペンサから、アセトンの必要容積を加え、固体凝集剤が湿るように穏やかにかき混ぜる。[ステップ5]ディスペンサから、脱イオン水の必要容積を加える。[ステップ6]瓶の上端を回して締め、凝集剤が完全に溶液中に分散し、十分に膨らんで互いに密着したり、瓶の側面に密着しなくなるまで強く振とうする。凝集剤が塊になるかまたは瓶の側面に密着した場合、サンプルを廃棄する。その後、調製手順全体を繰り返す。[ステップ7]凝集液を含有したサンプル瓶をタンブラ上に置き、2時間タンブルして、十分に攪拌し、凝集剤を完全に溶解させる。
注記1:公称濃度で溶液を生成するのに必要な凝集剤および反応物の量:
注記2:正確な濃度の凝集溶液の調製:
凝集液100mlを生成するための条件:
凝集剤重量(g)=望みの濃度(%)×100/凝集剤の乾燥重量
凝集液100mlを生成するための条件:
凝集剤重量(g)=望みの濃度(%)×100/凝集剤の乾燥重量
テスト手順:スラリー特性
範囲および目的:これらの方法は、金属および鉱物産業で直面するスラリーの固体含有量を測定するのに使用される。サンプルが低固体産業廃水、湿式製錬工場、洗炭場のうち、どこから得たかにより、互いに異なる手順が存在することを認識することが重要である。産業廃水から得たサンプルは、溶解した固体含有量が適度に高い傾向にある。湿式製錬工場から得たサンプルには、懸濁固体及び溶解固体が両方とも高い傾向にある。洗炭場から得たサンプルは、懸濁固体含有量は高いが、溶解固体含有量は低い傾向にある。
範囲および目的:これらの方法は、金属および鉱物産業で直面するスラリーの固体含有量を測定するのに使用される。サンプルが低固体産業廃水、湿式製錬工場、洗炭場のうち、どこから得たかにより、互いに異なる手順が存在することを認識することが重要である。産業廃水から得たサンプルは、溶解した固体含有量が適度に高い傾向にある。湿式製錬工場から得たサンプルには、懸濁固体及び溶解固体が両方とも高い傾向にある。洗炭場から得たサンプルは、懸濁固体含有量は高いが、溶解固体含有量は低い傾向にある。
特性1:総固体含有量
手順:(注記:正確な測定のため、テストを繰り返し行う)[ステップ1]テストするスラリーサンプルを撹拌してサンプルが均質であるようにする。[ステップ2]清潔で乾燥した100mlの測定用シリンダを0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ3]スラリーを撹拌しながら、スラリー100+0.5mlを、250mlのプラスチックビーカーを使用して、予め重量測定した100mlのシリンダに標本抽出する。[ステップ4]シリンダとその内容物を0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ5]サンプル全体を250mlのガラスビーカー(予め0.01gの桁まで重量測定しておく)に移す。シリンダを脱イオン水で洗浄し、全ての洗浄液をシリンダからビーカーに移す。[ステップ6]ビーカーとその内容物を110℃の実験オーブンに入れて一晩乾燥させる。注記:短時間で結果が必要な場合には、以下の措置を取った状態でサンプルを電子レンジ内に置いてもよい。(a)穿孔したクリングフィルム一枚をビーカー上に載せ、スピッティングにより物質の損失を防ぐ。(b)完全に乾燥させる場合、水サンプルも電子レンジ内に置かれるようにする。それは、電子レンジは、完全乾燥の状態で使用してはならないためである。(c)乾燥しているサンプルが実質的に石炭または別の可燃性物質である場合、サンプルは、灰にならないようにするか、または焦げないようにする。[ステップ7]ビーカーと乾燥した内容物をオーブンから取り出し、デシケータに移して10分間冷却する。[ステップ8]ビーカーとその乾燥した内容物の重量を0.01gの桁まで再測定する。
手順:(注記:正確な測定のため、テストを繰り返し行う)[ステップ1]テストするスラリーサンプルを撹拌してサンプルが均質であるようにする。[ステップ2]清潔で乾燥した100mlの測定用シリンダを0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ3]スラリーを撹拌しながら、スラリー100+0.5mlを、250mlのプラスチックビーカーを使用して、予め重量測定した100mlのシリンダに標本抽出する。[ステップ4]シリンダとその内容物を0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ5]サンプル全体を250mlのガラスビーカー(予め0.01gの桁まで重量測定しておく)に移す。シリンダを脱イオン水で洗浄し、全ての洗浄液をシリンダからビーカーに移す。[ステップ6]ビーカーとその内容物を110℃の実験オーブンに入れて一晩乾燥させる。注記:短時間で結果が必要な場合には、以下の措置を取った状態でサンプルを電子レンジ内に置いてもよい。(a)穿孔したクリングフィルム一枚をビーカー上に載せ、スピッティングにより物質の損失を防ぐ。(b)完全に乾燥させる場合、水サンプルも電子レンジ内に置かれるようにする。それは、電子レンジは、完全乾燥の状態で使用してはならないためである。(c)乾燥しているサンプルが実質的に石炭または別の可燃性物質である場合、サンプルは、灰にならないようにするか、または焦げないようにする。[ステップ7]ビーカーと乾燥した内容物をオーブンから取り出し、デシケータに移して10分間冷却する。[ステップ8]ビーカーとその乾燥した内容物の重量を0.01gの桁まで再測定する。
計算式:
a.総固体含有量(W/V)%=(W4−W3)×100/V=S1(0.1%の桁まで測定)
ここで、W4=ビーカーおよび乾燥した内容物の重量(g)、W3=空のビーカーの重量(g)、V=採取したスラリーの容積(ml)
b.総固体含有量(W/W)%=(W4−W3)/(W2−W1)×100=S2(0.1%の桁まで測定)
ここで、W2=シリンダおよびスラリーの重量(g)、W1=空のシリンダの重量(g)
c.スラリーの比重(SG)=S1/S2(小数二位まで測定)
a.総固体含有量(W/V)%=(W4−W3)×100/V=S1(0.1%の桁まで測定)
ここで、W4=ビーカーおよび乾燥した内容物の重量(g)、W3=空のビーカーの重量(g)、V=採取したスラリーの容積(ml)
b.総固体含有量(W/W)%=(W4−W3)/(W2−W1)×100=S2(0.1%の桁まで測定)
ここで、W2=シリンダおよびスラリーの重量(g)、W1=空のシリンダの重量(g)
c.スラリーの比重(SG)=S1/S2(小数二位まで測定)
特性2:懸濁固体含有量
手順:(注記:正確な測定のために、テストを繰り返し行う)[ステップ1]ラベルを貼ったNo.1ワットマン濾紙を、110℃の実験オーブン内に少なくとも10分間置くことにより調整する。[ステップ2]濾紙をデシケータに移して、冷却する。0.0001gの桁まで重量測定する。[ステップ3]サンプルとして使われるスラリーを撹拌して、均質であるようにする。[ステップ4]清潔で乾燥した100mlの測定用シリンダを0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ5]スラリーを撹拌しながら、容積が既知のスラリー(予想懸濁固体含有量による)を250mlのプラスチックビーカーを使って、予め重量測定した測定用シリンダに標本抽出する。[ステップ6]シリンダとその内容物を0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ7]シリンダの内容物と洗浄液を、真空漏斗を使い、予め重量測定した濾紙を通して濾過する。[ステップ8]濾紙およびその内容物を、完全に乾燥するまで110℃の実験オーブン内に入れる。[ステップ9]濾紙およびその乾燥した内容物をデシケータに移して、10分間冷却する。[ステップ10]濾紙およびその内容物を0.0001gの桁まで重量測定する。
手順:(注記:正確な測定のために、テストを繰り返し行う)[ステップ1]ラベルを貼ったNo.1ワットマン濾紙を、110℃の実験オーブン内に少なくとも10分間置くことにより調整する。[ステップ2]濾紙をデシケータに移して、冷却する。0.0001gの桁まで重量測定する。[ステップ3]サンプルとして使われるスラリーを撹拌して、均質であるようにする。[ステップ4]清潔で乾燥した100mlの測定用シリンダを0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ5]スラリーを撹拌しながら、容積が既知のスラリー(予想懸濁固体含有量による)を250mlのプラスチックビーカーを使って、予め重量測定した測定用シリンダに標本抽出する。[ステップ6]シリンダとその内容物を0.01gの桁まで重量測定する。[ステップ7]シリンダの内容物と洗浄液を、真空漏斗を使い、予め重量測定した濾紙を通して濾過する。[ステップ8]濾紙およびその内容物を、完全に乾燥するまで110℃の実験オーブン内に入れる。[ステップ9]濾紙およびその乾燥した内容物をデシケータに移して、10分間冷却する。[ステップ10]濾紙およびその内容物を0.0001gの桁まで重量測定する。
計算式:
a.懸濁固体含有量(W/V)%=(W8−W7)/V×100=S3(0.1%の桁まで測定)
ここで、W8=濾紙および乾燥した内容物の重量(g)、W7=空の濾紙の重量(g)、V=採取したスラリーの容積(ml)
b.懸濁固体含有量(W/W)%=(W8−W7)/(W6−W5)×100=S4(0.1%の桁まで測定)
ここで、W8=濾紙および乾燥した内容物の重量(g)、W7=空の濾紙の重量(g)、W6=シリンダおよびスラリーの重量(g)、W5=空のシリンダの重量(g)
a.懸濁固体含有量(W/V)%=(W8−W7)/V×100=S3(0.1%の桁まで測定)
ここで、W8=濾紙および乾燥した内容物の重量(g)、W7=空の濾紙の重量(g)、V=採取したスラリーの容積(ml)
b.懸濁固体含有量(W/W)%=(W8−W7)/(W6−W5)×100=S4(0.1%の桁まで測定)
ここで、W8=濾紙および乾燥した内容物の重量(g)、W7=空の濾紙の重量(g)、W6=シリンダおよびスラリーの重量(g)、W5=空のシリンダの重量(g)
特性3:溶解した固体含有量
手順:[ステップ1]サンプルとして使用するスラリーを撹拌して、サンプルが均質であるようにする。[ステップ2]スラリーを撹拌しながら、容積が既知のスラリー(予想溶解固体含有量および使用可能なサンプルの容積による)を250mlのプラスチックビーカーを使って標本抽出する。[ステップ3]懸濁固体物質を除去するために、全サンプルを洗浄液とともに、No.1ワットマン濾紙を通して、真空下で、清潔なブフナー漏斗内に濾過する。[ステップ4]洗浄液とともに濾過した溶液を適切な大きさの予め重量測定したガラスビーカーに移す(ビーカーの大きさが250mlより小さい場合、0.0001gの桁まで測定し、250mlより大きい場合、0.01gの桁まで測定する。)[ステップ5]ビーカーとその内容物を110℃のオーブンに入れて一晩乾燥させる−注記:短時間内に結果が必要な場合には、以下の措置を取った状態でサンプルを電子レンジに入れることもできる。(a)穿孔したクリングフィルム一枚をビーカー上に載せ、スピッティングにより内容物の損失を防ぐ。(b)完全に乾燥させる場合、水サンプルも電子レンジ内に置かれるようにする。それは、電子レンジは、完全乾燥の状態で使用してはならないためである。(c)乾燥しているサンプルが実質的に石炭または他の可燃性物質である場合、サンプルは、灰にならないようにするか、または焦げないようにする。[ステップ6]ビーカーとその乾燥した内容物をオーブンから取り出し、デシケータに移して10分間冷却する。[ステップ7]ビーカーとその乾燥した内容物を、初期に重量測定したビーカーと同じ精度で再測定する。(すなわち、0.0001gの桁または0.01gの桁まで)
手順:[ステップ1]サンプルとして使用するスラリーを撹拌して、サンプルが均質であるようにする。[ステップ2]スラリーを撹拌しながら、容積が既知のスラリー(予想溶解固体含有量および使用可能なサンプルの容積による)を250mlのプラスチックビーカーを使って標本抽出する。[ステップ3]懸濁固体物質を除去するために、全サンプルを洗浄液とともに、No.1ワットマン濾紙を通して、真空下で、清潔なブフナー漏斗内に濾過する。[ステップ4]洗浄液とともに濾過した溶液を適切な大きさの予め重量測定したガラスビーカーに移す(ビーカーの大きさが250mlより小さい場合、0.0001gの桁まで測定し、250mlより大きい場合、0.01gの桁まで測定する。)[ステップ5]ビーカーとその内容物を110℃のオーブンに入れて一晩乾燥させる−注記:短時間内に結果が必要な場合には、以下の措置を取った状態でサンプルを電子レンジに入れることもできる。(a)穿孔したクリングフィルム一枚をビーカー上に載せ、スピッティングにより内容物の損失を防ぐ。(b)完全に乾燥させる場合、水サンプルも電子レンジ内に置かれるようにする。それは、電子レンジは、完全乾燥の状態で使用してはならないためである。(c)乾燥しているサンプルが実質的に石炭または他の可燃性物質である場合、サンプルは、灰にならないようにするか、または焦げないようにする。[ステップ6]ビーカーとその乾燥した内容物をオーブンから取り出し、デシケータに移して10分間冷却する。[ステップ7]ビーカーとその乾燥した内容物を、初期に重量測定したビーカーと同じ精度で再測定する。(すなわち、0.0001gの桁または0.01gの桁まで)
計算式:
a.溶解固体含有量(W/V)%=(W12−W11)/V×100=S5(0.1%の桁まで測定)
ここで、W12=ビーカーおよび乾燥した内容物の重量(g)、W11=空のビーカーの重量(g)、V=採取したスラリーの容積(ml)
a.溶解固体含有量(W/V)%=(W12−W11)/V×100=S5(0.1%の桁まで測定)
ここで、W12=ビーカーおよび乾燥した内容物の重量(g)、W11=空のビーカーの重量(g)、V=採取したスラリーの容積(ml)
特性4:粒径分析
[注記:スラリーの固体成分の粒径分布は、凝集剤の性能および要件に大きな影響を及ぼすことがあり、湿式篩分け技術を使用して62μm画分まで測定可能である。この過程は、以下の手順において詳しく説明する。]
[注記:スラリーの固体成分の粒径分布は、凝集剤の性能および要件に大きな影響を及ぼすことがあり、湿式篩分け技術を使用して62μm画分まで測定可能である。この過程は、以下の手順において詳しく説明する。]
手順:[ステップ1]重量が既知のスラリーを、適切な大きさのビーカーに標本抽出する。[ステップ2]篩(通常、1000μm、500μm、250μm、125μm、および62μmの篩)を階段式篩装置内に大きなものから小さなもの順に位置させる。[ステップ3]洗浄液とともにサンプル全体を最上端篩に注ぎ、各篩を通して洗浄する。[ステップ4]最下端に置かれている篩が隠れたりあふれないように注意する。[ステップ5]各篩が完全に洗浄されると、篩を積み重ねて乾燥させる。[ステップ6]各篩上のに残っている乾燥した固体を重量測定する。
計算式:
a.スラリーの固体含有量を、下記式に従って最初に測定する:
存在する乾燥した固体の重量=(W−Sw)/100=Wt
ここで、W=採取したサンプルの重量(g)、Sw=スラリーの総固体含有量(W/W(%)−すなわち、S2)
b.各粒径部に残っている%:
i.%>篩1=W1/Wt×100
ii.%>篩1、<篩2=W2/Wt×100
iii.%>篩2、<篩3=W3/Wt×100
iv.その他、%>篩3、<篩4かつ%>篩4、<篩5
v.%<篩5=Wt−(W1+W2+W3+W4+W5)/Wt×100
ここで、W1=篩1上に残っている固体の重量(g)、W2=篩2上に残っている固体の重量…W5=篩5上に残っている固体の重量。
a.スラリーの固体含有量を、下記式に従って最初に測定する:
存在する乾燥した固体の重量=(W−Sw)/100=Wt
ここで、W=採取したサンプルの重量(g)、Sw=スラリーの総固体含有量(W/W(%)−すなわち、S2)
b.各粒径部に残っている%:
i.%>篩1=W1/Wt×100
ii.%>篩1、<篩2=W2/Wt×100
iii.%>篩2、<篩3=W3/Wt×100
iv.その他、%>篩3、<篩4かつ%>篩4、<篩5
v.%<篩5=Wt−(W1+W2+W3+W4+W5)/Wt×100
ここで、W1=篩1上に残っている固体の重量(g)、W2=篩2上に残っている固体の重量…W5=篩5上に残っている固体の重量。
該結果は、
1)各粒径部に残っている%(例えば、1000μmで残っている%)として引用し、小数1位に引用する。
2)特定篩を通過した部分の%(小数1位まで測定)
1)各粒径部に残っている%(例えば、1000μmで残っている%)として引用し、小数1位に引用する。
2)特定篩を通過した部分の%(小数1位まで測定)
テスト手順1:高希釈テスト−単一濃縮
範囲および目的:凝集剤の必要量を、希釈効果を導入することにより、減らすことができる。達成可能な凝集剤減少レベルを決めるために、一連の投与レベル値を求める。この方法と標準的な方法との主な違いは、凝集剤をスラリーに供給する方法にある。従来の方法では、凝集液を直接スラリーに加え、樋内でより強力に混合し、引き続く凝集のための適切な固体/凝集剤インターフェースを提供するが、これは、凝集剤の効率低減の原因になる可能性がある。本発明では、はるかに多量の希釈水を用い、これに対して、凝集液を加える。この結果、高希釈された多量の凝集剤が、流入するスラリーに加えられる。高希釈のため、混合要件は減少し、固体と凝集剤との間の接触が増加するので、更に有効な凝集が行われ、凝集剤の投与が減少する。
範囲および目的:凝集剤の必要量を、希釈効果を導入することにより、減らすことができる。達成可能な凝集剤減少レベルを決めるために、一連の投与レベル値を求める。この方法と標準的な方法との主な違いは、凝集剤をスラリーに供給する方法にある。従来の方法では、凝集液を直接スラリーに加え、樋内でより強力に混合し、引き続く凝集のための適切な固体/凝集剤インターフェースを提供するが、これは、凝集剤の効率低減の原因になる可能性がある。本発明では、はるかに多量の希釈水を用い、これに対して、凝集液を加える。この結果、高希釈された多量の凝集剤が、流入するスラリーに加えられる。高希釈のため、混合要件は減少し、固体と凝集剤との間の接触が増加するので、更に有効な凝集が行われ、凝集剤の投与が減少する。
手順:[ステップ1]0.5%凝集液を調製する。[ステップ2]凝集液を必要な濃度(通常、0.05%)に希釈する。[ステップ3]スラリー500mlを2000mlのビーカー内に取る。目盛りが刻まれているシリンダに水500mlを取る。[ステップ4]希釈水が入ったシリンダに、注射器で、凝集液を適量加え、シリンダを覆して均質溶液にする。[ステップ5]船舶用インペラと一体化したHeidolph Overhead Laboratory Stirrerを使用して、スラリーを400rpmで混合する。凝集剤を含有する希釈水をゆっくりスラリーに加え、混合を30秒間続ける。[ステップ6]希釈した凝集剤を1000mlのシリンダに移し、泥線が、固定した2つの地点、すなわち表面から3cmおよび8cm(1000ml表示)の地点の間を通過する時間を測定する。上清液の混濁度も、分光光度計を使用して判定し、10分経過後、下層流の容積を肉眼で読み取る。[ステップ7]評価した各生成物についての、投与量に対する沈降率のグラフを作成する。
計算式:
a.最終固体含有量(FC)=初期固体含有量/2
b.望みの投与に必要な凝集剤の容積:
必要な凝集剤(g/t)=FC×V×(DG/1000)/1000×C
または、
必要な凝集剤(Ibs/ton)=SD×V×DD/(2420×C)
ここで、DG=望みの投与量(1メートルトン当たりグラム数)、DD=望みの投与量(US1トン当たりポンド数)、およびC=凝集剤濃度。
c.沈降率(cm/min)=300/ST
沈降率(in/min)=118.11/ST
ここで、ST=沈降時間(sec)
a.最終固体含有量(FC)=初期固体含有量/2
b.望みの投与に必要な凝集剤の容積:
必要な凝集剤(g/t)=FC×V×(DG/1000)/1000×C
または、
必要な凝集剤(Ibs/ton)=SD×V×DD/(2420×C)
ここで、DG=望みの投与量(1メートルトン当たりグラム数)、DD=望みの投与量(US1トン当たりポンド数)、およびC=凝集剤濃度。
c.沈降率(cm/min)=300/ST
沈降率(in/min)=118.11/ST
ここで、ST=沈降時間(sec)
テスト手順2:高希釈テスト−二重濃縮
範囲および目的:希釈効果を二重濃縮とともに導入することにより、凝集剤の必要量を減らすことができる。達成可能な凝集剤減少レベルを決めるために、一連の投与量レベル値を求める。この方法と標準的な高希釈−単一濃縮方法との間の主な違いは、凝集剤をスラリーに加える方法にある。従来の高希釈−単一濃縮方法では、凝集液が希釈水にのみ加えられた。この結果、高希釈された多量の凝集剤が、流入するスラリーに順に加えられた。高希釈のため、混合要件は減少し、固体と凝集剤との間の接触が増加した。本発明の方法では、凝集剤が2つの互いに異なる濃度で2段階で加えられる。第一の添加では、極めて高い希釈濃度を示す希釈物に加えられ、第二段階では、初期濃度で、希釈物、すなわち凝集された物質に加えられる。これにより、フロックが結合し、より大きなフロックを形成し、その後より早く沈降する。第二の添加も、第一の希釈添加で収集することができなかった微細鉱物を収集する助けとなる。
範囲および目的:希釈効果を二重濃縮とともに導入することにより、凝集剤の必要量を減らすことができる。達成可能な凝集剤減少レベルを決めるために、一連の投与量レベル値を求める。この方法と標準的な高希釈−単一濃縮方法との間の主な違いは、凝集剤をスラリーに加える方法にある。従来の高希釈−単一濃縮方法では、凝集液が希釈水にのみ加えられた。この結果、高希釈された多量の凝集剤が、流入するスラリーに順に加えられた。高希釈のため、混合要件は減少し、固体と凝集剤との間の接触が増加した。本発明の方法では、凝集剤が2つの互いに異なる濃度で2段階で加えられる。第一の添加では、極めて高い希釈濃度を示す希釈物に加えられ、第二段階では、初期濃度で、希釈物、すなわち凝集された物質に加えられる。これにより、フロックが結合し、より大きなフロックを形成し、その後より早く沈降する。第二の添加も、第一の希釈添加で収集することができなかった微細鉱物を収集する助けとなる。
手順:[ステップ1]0.5%凝集液を調製する。[ステップ2]凝集液を必要な濃度(通常、0.05%)に希釈する。[ステップ3]スラリー500mlを2000mlのビーカー内に標本抽出する。シリンダに水500mlを取る。[ステップ4]希釈水が入ったシリンダに、注射器で凝集液を適量の半分加え、シリンダを覆して均質溶液にする。[ステップ5]船舶用インペラと一体化したHeidolph Overhead Laboratory Stirrerを使用して、スラリーを400rpmで混合する。凝集剤(濃縮1)を含有する希釈水をゆっくりとスラリーに加え、10秒間混合を続ける。[ステップ6]凝集液(濃縮2)の残りの半分を希釈物である凝集されたスラリーに加える。更に20秒間、撹拌を続ける。[ステップ7]希釈され、凝集された物質を1000mlのシリンダに移し、泥線が、固定された2つの地点、すなわち表面から3cmおよび8cm(1000ml表示)の地点の間を通過する時間を測定する。上清液の混濁度も、分光光度計を使用して判定し、10分経過後、下層流の容積を肉眼で読み取る。[ステップ7]判定した各生成物についての、投与量に対する沈降率のグラフを作成する。
計算式:
a.最終固体含有量(FC)=初期固体含有量/2
b.望みの注入に必要な凝集剤の容積:
必要な凝集剤(g/t)=FC×V×(DG/1000)/(1000×C)
または
必要な凝集剤(Ibs/ton)=SD×V×DD/(2420×C)
ここで、DG=望ましい投与量(1メートルトン当たりグラム数)、DD=望ましい投与量(US1トン当たりポンド数)、C=凝集剤の濃度。
c.沈降率(cm/min)=300/ST
沈降率(in/min)=118.11/ST
ここで、ST=沈降時間(sec)
a.最終固体含有量(FC)=初期固体含有量/2
b.望みの注入に必要な凝集剤の容積:
必要な凝集剤(g/t)=FC×V×(DG/1000)/(1000×C)
または
必要な凝集剤(Ibs/ton)=SD×V×DD/(2420×C)
ここで、DG=望ましい投与量(1メートルトン当たりグラム数)、DD=望ましい投与量(US1トン当たりポンド数)、C=凝集剤の濃度。
c.沈降率(cm/min)=300/ST
沈降率(in/min)=118.11/ST
ここで、ST=沈降時間(sec)
以下の実施例は、金属および鉱物産業の多様な分野の基質に適用される本発明のある実施態様を説明しているが、本発明は、これに限定されるものではない。開示された実施態様に対する多くの変更は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく本明細書の開示にしたがって成されることが可能であることは理解されるべきである。したがって、これらの実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれと同等な範囲によってのみ決定されるべきである。これらの実施例において、示されるすべての部分は、他に指定がない限り重量により示される。使用されるすべての凝集剤は、Ciba Specialty Chemicals Corporation,Suffolk,Virginiaから入手できる。
実施例1
本実施例に詳しく述べられている結果は、凝集剤の3つの異なる添加方法が、いかにリン酸粘土サンプルに作用するかを説明する。各表は、互いに異なる凝集剤生成物を使用することを表し、二重濃縮(二重濃度)の添加方法を使用して得られる性能の向上が単独の場合に限られるものではないこと、性能上の利点が各測定で得られることを更に説明している。
本実施例に詳しく述べられている結果は、凝集剤の3つの異なる添加方法が、いかにリン酸粘土サンプルに作用するかを説明する。各表は、互いに異なる凝集剤生成物を使用することを表し、二重濃縮(二重濃度)の添加方法を使用して得られる性能の向上が単独の場合に限られるものではないこと、性能上の利点が各測定で得られることを更に説明している。
*DP203-9832は、Ciba(登録商標)MAGNAFLOC(登録商標)の範囲と同一の化学的性質に基づく陰イオン発生生成物である。
以下に示される結果は、目標沈降率である6in/minを達成するために必要な条件を詳細に説明するために、外挿法により推定したものである。目標沈降率が達成されない場合、目標値に最も近い近似値を使用した。
上記3つの表から、評価した各凝集剤について、二重濃縮(濃度)の添加方法が、最少の投与量で望ましい沈降率を達成したことが明確に分かる(あるいは、MAGNAFLOC(登録商標)336およびMAGNAFLOC(登録商標)4240の場合に、より良い結果を得た)。また、この方法を使用することで、下層流の容積および上清液の混濁度が両方とも向上した。
実施例2
以下の結果は、上記の二重添加技術を使用した場合の、多様な比率で混合した2つの互いに異なる凝集剤の適用効果を詳細に説明している。
以下の結果は、上記の二重添加技術を使用した場合の、多様な比率で混合した2つの互いに異なる凝集剤の適用効果を詳細に説明している。
以下の結果は、沈降率6in/minを達成するために必要な条件を詳細に説明する。
これらの結果は、二重生成物処理により、性能が向上するだけでなく、2つの生成物が加えられる比率も性能に影響を及ぼすことを示す。
実施例3と実施例4は、二重濃縮の添加方法がリン酸粘土に限られるものではなく、他の産業分野でも有益である証拠を示す。実施例3と実施例4は、それぞれ鉄鉱石産業および砂・砂利産業から得られる基質に対する影響を詳しく説明する。
実施例3
上記表の結果は、二重濃縮の添加方法を使用したとき、沈降率と上清液の混濁度の両方が向上することを示す。
実施例4
下記の結果は、Magnafloc(登録商標)5250を使用した場合の、比較沈降率6in/minを達成するために必要な条件を詳細に説明する。
これらの結果から、従来の方法の5分の1の範囲の投与量が、二重濃縮の添加方法で望ましい沈降率を得るために必要なことが分かる。若干の水質劣化もリターン水の要件に符合するものであり、投与量を著しく減少させる経済的利点に勝るものではない。
Claims (22)
- 金属/鉱物回収および廃棄物処理方法であって、
金属/鉱物含有鉱石を水とともにスラリー状にし、濃縮した画分と水性の金属/鉱物廃棄物画分とに分離する主分離段階と、
水性の金属/鉱物廃棄物画分を1つ以上の沈降ラグーンに沈降させ、濃縮した沈降層と上清液を提供する廃棄物沈降段階とを含み、
廃棄物沈降段階が、水性の金属/鉱物廃棄物を固体接触ベッセルまたは他の凝集チャンバに送ることを含み、
ここで、水性の金属/鉱物廃棄物が、該固体接触ベッセルまたは他の凝集チャンバ内で他のものより少なくとも10倍高い濃度を有する1つ以上の濃度の凝集剤を含有する水で希釈することと、希釈された水性廃棄物を凝集することと、希釈かつ凝集された水性廃棄物を沈降させて、液体上清液層とポンプ操作が可能な濃縮した沈降層を沈降地に提供することとを含む、方法。 - 濃度の1つが、他の濃度に比べて少なくとも30倍高い、請求項1に記載の方法。
- 凝集剤の25〜75%が、約0.005重量%以下の濃度に希釈され、残りの75〜25%が、約0.05重量%以下の濃度に希釈される、請求項1または2に記載の方法。
- 希釈された凝集剤の約75%が、約0.005重量%以下の濃度に希釈され、約25%が、約0.05重量%以下の濃度に希釈される、請求項3に記載の方法。
- 凝集剤が、非イオン、陰イオン、陽イオン、または両性である、請求項1〜4のいずれかに記載の金属/鉱物回収および廃棄物処理方法。
- 鉄金属、卑金属、貴金属、リン鉱、砂および砂利、または石炭の生産方法である、請求項1〜5のいずれかに記載の金属/鉱物回収および廃棄物処理方法。
- 固体接触ベッセル内の流量が、表面積の1平方フィート当たり0.01〜1U.S.ガロン/分である、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 固体接触ベッセルが、採掘されるかまたは金属/鉱物回収方法から得られた実質的に固体の沈降物を含有する初期ラグーン内に位置する、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 上清液が、主分離段階に再循環される前に、初期ラグーン内で実質的に固体の沈降物上を流れる、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 濃縮した沈降層が、希釈水性金属/鉱物廃棄物の固体含有量の2〜10倍の範囲にある固体含有量を有する、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 1つ以上の沈降ラグーンおよび1つ以上の最終ラグーンが、金属/鉱物回収方法から得られた実質的に固体の沈降物で実質的に充填される、請求項8〜10のいずれかに記載の方法。
- 2つの互いに異なる凝集剤が使用される、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 2つの互いに異なる凝集剤が、同種であるが、分子量および/または電荷密度が異なる、請求項12に記載の方法。
- 2つの互いに異なる凝集剤が、両方とも陰イオンである、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
- 回収方法が、鉄金属回収方法である、請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
- 回収方法が、卑金属回収方法である、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
- 回収方法が、貴金属回収方法である、請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
- 回収方法が、産業鉱物回収方法である、請求項1〜17のいずれかに記載の方法。
- 鉱物が、化学および肥料鉱物;建設材料;粘土、セラミックおよび耐火鉱物;ならびに石綿、瀝青岩、珪藻土、長石、黒鉛、石膏、貴石および石英からなる群より選択される各種非金属鉱物を含む産業鉱物類からなる群より選択される、請求項18に記載の方法。
- 回収方法が、石炭回収方法である、請求項1〜19のいずれかに記載の方法。
- 回収方法が、リン酸粘土回収方法である、請求項1〜20のいずれかに記載の方法。
- 凝集剤が、固有粘度が少なくとも4dl/gの水溶性高分子である、請求項1〜21のいずれかに記載の金属/鉱物回収および廃棄物処理方法。
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