JPH06509975A - スラリーの脱水 - Google Patents

スラリーの脱水

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JPH06509975A JP5503966A JP50396693A JPH06509975A JP H06509975 A JPH06509975 A JP H06509975A JP 5503966 A JP5503966 A JP 5503966A JP 50396693 A JP50396693 A JP 50396693A JP H06509975 A JPH06509975 A JP H06509975A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 スラリーの脱水 本発明は、鉱物処理および石炭処理における真空濾過に使われる、改良された脱 水法および脱水剤に関する。本発明は、石炭は勿論のこと、アルミナのような鉱 物の処理の際に出会うようなスラリーの脱水に一般に適用されるか、微粒石炭の スラリーの脱水に特に興味あるものなので、後者の石炭への適用を特に参照して 本発明を詳細に記載するものとする。
発明の背景 真空濾過は、スラリーから水を取り除くことを目的として工業プロセスに一般に 用いられている。ヘルド式真空濾過機は勿論、円板式および円筒式真空濾過機か 広く使用されている。このようなプロセスの効率は、脱水すべきスラリーの物理 的性状に大部分左右されるので、脱水プロセスの効率を最適化するために、これ らの物理的性状を変えることを念頭に置いて、広範囲な研究が行われてきた。
このような性状は、例えは添加薬剤の使用のような化学的手段や、あるいはスラ リーおよび/またはフィルターケーキ(真空濾過プロセスで形成される)に対す る機械的処理のような機械的手段によって影響され得る。このようなプロセスは 極めて大きな規模で行われるので、経済的観点からの考慮も重要であり、小さな 改良と一見巴われる事柄でも、格段のコスト削減につながることがまま起こり得 るものである。
石炭の処理、特に冶金用の石炭の処理には、分離スキームの一工程として洗浄工 程か組み込まれるのか通常である。
石炭洗浄プロセスでは広い範囲の粒子径を存する石炭か生成する。粗粒炭(つま り、>600ミクロン)と微粒炭とは脱水を効果的に行なうために異なるやり方 て処理される。通常、粗粒炭からの脱水はスクリーン脱水または遠心分離脱水で あり、微粒炭(浮遊選鉱の際の濃縮分または残渣)からの脱水は遠心分離または 真空濾過である。目標の水分を達成するための必要なステップとして微粒炭の加 熱乾燥か行なわれるケースもある。採鉱の操作、処理石炭の種類および工場のプ ロセス操作における通常のフレなとによって、洗浄された石炭の水分濃度は大幅 に変化し1準る。粗粒炭の典型的な水分濃度は2〜12%の範囲であり、一方微 粒炭の水分は15〜30%の範囲となり1辱る。
石炭処理工場では、販売する製品石炭の目標水分を達成するのに相当な困難に遭 遇することかしばしばある。ロングウオール(lo、ng−wall)採鉱に新 しい方法か用いられてきた結果として洗浄および調整工場へ送られる微粒炭の割 合か非常に増加するようになった。微粒炭は、粗粒炭に比へて脱水かはるかに困 難で金かかかる。水分の仕様値を達成するために石炭調整工場でしばしば用いら れる方法の一つに、目標水分にちょうと合わせるに必要な比率で高水分の微粒炭 と低水分の粗粒炭とを混ぜ合わせる方法かある。多くの場合では、このような微 粒炭を単に捨ててしまって、粗粒炭をよりたくさん採鉱するほうか、石炭製造工 場にとってははるかに高い費用対効果か得られることもあろうか、資源の管理/ 利用/保全の観点からの理由では、このような微粒炭を処理する方か賢明という ものである。
真空濾過は、石炭を脱水する機械的処理のうちで最も普通に用いられる手段であ る。微粒炭は、スラリーの形で濾過操作にかけられ、水か除かれる。円板式およ び円筒式濾過機か、微粒炭を濾過するのに石炭産業で用いられる主要種類の機械 であり、最近では真空ベルト式濾過機への関心か高まってきつつある。真空濾過 機の操作効率を高めるために薬剤を原料スラリーへ添加することもしばしは行な われている。
微粒炭の真空濾過にはアニオン系およびカチオン系の凝集剤を用いることか知ら れている。これらの薬剤は、真空濾過機にスラリーを供給する際にスラリーを「 濃縮」するのに必要であり、その結果フィルターケーキか好適に形成される。
典型的なフロック形成プロセスでは、この薬剤は、極めて細かい石炭粒子を結合 させて比較的大きな石炭粒子とし、より均一でしかも大きな粒子径分布を持たせ 、従ってより良好なフィルターケーキを得るようにする機能を有すると考えられ る。
この結果として極めて細かい石炭の粒子でも濾布やフィルターケーキのr目詰り Jか少なくなる。フィルターケーキの形成を制御するには、アニオン系凝集剤( 普通は高分子量のアクリルアミド/アクリレート共重合体)もカチオン系凝集1 fq(普通は高分子量のポリアミン)も両者共に、単独でもあるいは組み合わせ た形でも用いられる。鉱業でのフロック形成剤添加の典型的方法では、これらの 薬剤は、真空濾過機へ供給されるスラリーへ添加(つまり、スラリーの前処理) されるのか普通である。
微粒炭の脱水を促進するために、凝集剤と組み合わせて、表面活性剤を使用する ことも石炭産業の相当な関心を集めてきている。これらについて多くの研究かな され、報告もなされてきているか、それらの結果/結論の内容は福か広く、異な ったものでもある。表面活性剤は、ケーキに残っている水分には有意の影響を与 えないと言う研究もあるし、影響かあるという他の研究もある。また池の研究の 結論ては、表面活性剤はある種の石炭には有効となり得るが、別の石炭には有効 でないとされている。
微粒炭の脱水助剤の性能か異なることに対する最も顕著な理由の一つとして挙げ られるのは、石炭自体の化学か異なることである。他のすべての無機物とは異な り、石炭は打機物質である。石炭は、全体/表面組成か広範囲に異なるか、それ は石炭層の位置、含まれる鉱物質(無機質)、風化の程度、内部構造/多孔度な との多くの因子に左右される。従って、脱水助剤の性能は、処理される特定の石 炭に依存して大幅に変わることか予想され得る。脱水助剤の作用に関する石炭の 両性質である吸着性(表面の化学特性)と吸収性(全体の化学特性)とか広範囲 に変わるからである。
ウニへマ・ヘミー社(Unichema ChemieBV)の名前で出願され た欧州特許出願明細書 No 460811号の記載によれば、アニオン系凝集 剤またはカチオン系フロック形成剤は、脱水助剤の存在下に濾過の前で石炭スラ リーに添加される。しかし、この明細書の記載によれば、脱水助剤の好ましい添 加箇所は、フィルターケーキ形成ゾーン内のある箇所からである。ところか本発 明者らの見いだしたところでは、アニオン系凝集剤を使用する時には脱水助剤の 最良の添加箇所は、濾過工程の間のフィルターケーキの形成する所またはその直 TrrO所である。
本発明によれば、スラリーに凝集剤を添加し、その後て脱水助剤をさらに添加し 、このスラリーを真空濾過て濾過し、最後にフィルターケーキと濾液とを得る石 炭または鉱物の水スラリーの脱水法において、濾過工程の間のフィルターケーキ の形成する所またはその直前の所で上記濾過助剤を添加することを特徴とする方 法か提供される。
本発明の脱水助剤は、トール油から誘導される脂肪酸を包含する脂肪酸のナトリ ウム塩のような塩であるのか好ましい。上記脂肪酸は、炭素原子8〜20個を有 する。しかし、オレイン酸ナトリウムか特に好ましい。上記脱水助剤は、脂肪酸 のカリウム塩またはアンモニア塩でも差しつかえない。
上記脱水助剤には、トデソルベンゼンスルフオン酸のようなスルフォン酸の塩、 エトキノ化アルコールまたは不鹸化脂肪酸のいずれかか含まれていてもよい。
濾過工程の前の石炭スラリーに添加し得る凝集剤は、スラリーに含まれる鉱物ま たは石炭1トン当たりlO〜100グラム、好ましくは20〜50グラムなる範 囲の比率である。一方、上記スラリーに添加し得る脱水助剤は、鉱物または石炭 1トン当たり0.02〜1. 5キログラム、好ましくは0.5〜1. 5キロ グラムなる範囲の比率である。
本発明の別の態様で本発明者か見いだしたところによると、現在用いられている 高価なカチオン系凝集剤を代替して、極めて少量のアニオン系凝集剤を使用する ことかでき、しかも前記アニオン系凝集剤の使用に伴う従来的な欠陥に悩まされ ることなく使用することかできるのであるから、コストの極めて大きな節約か達 成される。
さらに本発明の別の態様では、工程の特定の箇所で脱水剤を加える操作に組み合 わせて、カチオン系凝集剤の代替してアニオン系凝集剤を使用することを包含す る二段法か提供され、これまで可能であると考えられてきたとの方法よりもスラ リー脱水に対して大幅に改良され、しかも費用対効果か優れた方法か提供され実 際のプラント操作を正確に模擬することか可能な実験装置か、オーストラリア、 ニューサウスウェールズ(New 5outh Wales)、サウス・ブリ( South Bullj)のヘランビ石炭会社(Be 11 amb 1Coa l Company Pty Ltd、)に建設された。実験室の濾過機装置の 性能と、ベランビのデルコール(Delkor)真空ベルト濾過機の性能との相 関関係かめられた。現行の技術は、濾過機ベルト上のフィルターケーキの形成を 制御するためにデルコール濾過機の供給流にカチオン系凝集剤を添加することを 趣旨とするものである。この薬剤を添加することは運転経費を相当程度に増加さ せることになるけれとも、カチオン系凝集剤を使用することか、適当なプロセス 制御とデルコール濾過機の性能とにとって必要であると考えられていたのであっ た。
脱水助剤の試験を実際に行う前に、フィルターケーキ上のカチオン系凝集剤の性 能を正確に評価することか必要である。試験装置で実際のプラントに匹敵するケ ーキ形成を行わせるのに必要なカチオン系凝集剤の量を決定しなければならない し、脱水助剤性能へのカチオン系凝集剤の影響も確立しなければならなかった。
図面の簡単な説明 図1は、乾燥時間と適用真空か一定の場合のフィルターケーキ水分含有量対カチ オン系凝集剤使用量のグラフである。図2は、カチオン系凝集剤使用量に対する フィルターケーキ形成時間と適用真空度のグラフであり、図3は、カチオン系凝 集剤使用量か一定の場合の適用真空度に対するフィルターケーキ水分量およびこ れに対するフィルターケーキ形成時間を示すグラフであり、図4は、脱水助剤か 濾過工程の異なる箇所に添加された場合のフィルターケーキ水分含有量対脱水助 剤使用量を示すグラフであり、図5は、二種のアニオン系凝集剤に対するフィル ターケーキ形成時間対アニオン系凝集剤使用量のグラフであって、図6は、二種 のアニオン系凝集剤に対するフィルターケーキ水分含有量対アニオン系凝集剤使 用量のグラフであり、図7は、濾過工程のいろいろな箇所に脱水助剤を入れた場 合の効果を示す、フィルターケーキ水分含有量対脱水助剤添加量のグラフであり 、図8は、アニオン系凝集剤とカチオン系凝集剤両者に対するフィルターケーキ 水分含有量対脱水助剤添加量のグラフであり、そして図9は、フィルターケーキ 水分含有量対アニオン系凝集剤使用量のグラフで、脱水助剤を添加したものと、 添加しなかった両ケースを示す。
図1は、凝集剤添加量の関数としてフィルターケーキ形成達成時間と系の見かけ 真空度(適用した真空は、80 k Pa)を示す。フィルターケーキ形成時間 (5〜60秒)とデルコール濾過機#2の見かけ真空条件(70kPa)とを合 わせるためには、試験装置のスラリーへの添加量としてカチオン系凝集剤相当使 用量250グラム/l−ンか必要であった。
図2は、カチオン系凝集剤添加量の関数として試験装置で達成されるフィルター ケーキ残存水分含有量を示す。(適当な形成時間/見かけ真空度で)上記のよう に決定された使用量でカチオン系凝集剤を使うと、残存水分含有量は22〜23 %となる。この結果は、デルコール濾過機過機から得られた微粒炭の試料の残存 水分含有量と同一であるので、試験装置の能力かベランビのプラント操作を正確 に模擬することか確認されたわけである。過剰にカチオン系凝集剤を添加しても フィルターケーキ水分含有量に何ら悪影響を与えないことか知られた。
図3は、(カチオン系凝集剤添加量一定の条件で)適用真空度の関数としてフィ ルターケーキ水分含有量の変化と形成時間の変化を示す。これらの試験は、試験 装置の感度を試験するための行ったものであるか、脱水助剤の評価の際の残存水 分含有量の変化は、化学的因子によるものであって、試験を行っている間に不可 避的に起こってしまう(例えば、試料採取時や試験手順中における僅かの変動の ために)真空度の少しの違いによるものではないということを確かめるために行 った。この図に見られるように、形成時間は(期待したように)適用真空には殆 ど無関係であるか、水分含有量は、期待したように適用真空の変化に対して少し てはあるか確実に変化する。
ベランビの系での試験か示すのは、特定の脱水助剤、つまりオレイン酸ナトリウ ムは、実験を実際に行う前に確立された技術的成功基準を達成するのに最も顕著 な潜在能力を存しているということである。
オレイン酸ナトリウムの性能を最適化する試みの中で、真空へルトフィルターへ の薬剤添加手法は何か最も効果的かを調へるのに非常な努力か払われた。多種多 様の薬剤添加手法か考博された。第一に、脱水助剤の添加時期か濾過機ヘルドに 対しててあったり、あるいはフィルターケーキ形成段階の早すぎる時期の清澄液 に対しててあったりすると、薬剤を希釈する結果になり、費用対性能の問題に悪 影響かでる。しかし、この薬剤希釈に起因する薬剤性能の損失は(1)薬剤処理 された液はフィルターケーキの中になかなか浸透していかないこと、(2)フィ ルターケーキの乾燥時間か少なくなること、および(3)脱水助剤かフィルター ケーキ形成後に洗浄液として添加された場合は濾液を循環する必要かあることな との問題と対比して利害得失を検討しなけれはならない。
図4は、好ましい添加量である0、50キログラム/トンにおいて薬剤添加の最 も効果的な方法か、デルコール濾過機への薬剤添加(槽からの流下もしくは噴霧 装置によって行われる)の位置かフィルターケーキ形成点もしくはその直前であ ることを確かに示すものである。薬剤添加か適当に行われるならば、約3〜5% の水分含有量低下(22〜23%から18〜19%へ)を見込み得るのである。
しかし、フィルターケーキ形成段階の早すぎる時期にデルコール濾過機への薬剤 添加を行うと、極めて不利益な結果か生じる。これは、カチオン系凝集剤と脱水 助剤のある特定の成分との沈降反応の結果によるものである。この問題は図4に 示される結果から明白に読み取れる。脱水助剤かカチオン処理スラリーへ添加さ れる場合、スラリーか濾過機ヘルドへ入る前であると、ケーキ水分含有量か劇的 に増加するのか観察される。この問題は、スラリーをヘルドに乗せた後の清澄液 に薬剤を添加すると軽減される。
アニオン系凝集剤 残念ながら、ベランヒ法操作に際しては運転上のフレかあるので、特にロングウ オール採鉱に由来して、より微細な石炭か濾過機にかけられるので、フィルター ケーキ形成ゾーンを、凝集剤を添加しても、濾過工程の間確実に同し位置に保た せるようにデルコール濾過機を制御することは著しく困難である。濾過操作の間 薬剤を臨界的な位置に供給する必要性から起因する潜在的プロセス制御問題を克 服する努力の一つとして、そもそもカチオン系凝集剤の使用をやめてしまい、な おかつ急速なフィルターケーキ形成を達成する方法か探究された。
カチオン系薬剤で処理される前にプラントから採取した微粒炭の試料について、 ・\ラシヒて他のプロセス操作に使われていた二種のアニオン凝集剤(つまり、 アクリレート/アクリルアミド共重合体)を用いて試験を行った。結果は、図5 (=示されるか、それによると、カチオン系凝集剤をアニオン系凝集剤で置き換 えることによって、薬剤の量を10分の1以下(アニオン系凝集剤15グラム/ トン対カチオン系凝集剤250グラム/トン)用いるたけてフィルターケーキ形 成時間を劇的に小さくすることかできる(60秒から20秒へ)。重量当たりの 費用か同しなので、費用の節約は相当なものである。
しかしながら、微粒炭スラリーにアニオン系凝集剤を余分に用いて弊害かある危 険性かある。これは、カチオン系凝集剤を用いる場合は遭遇しないプロセス問題 となる可能性かある。図6〜図9に示されるケーキ含水量対薬剤添加量の関係に 示されるように、アニオン系凝集剤を余分に用いるとフィルターケーキ含水量か 増加する結果となり得る。しかしこの問題はヘランヒに特存なものではない。
凝集剤の添加を伴う装置、特にンックナーの操作では、凝集剤を鉱物質スラリー に過剰に添加すると、大抵の場合同じような問題か起こる。幸いなことに、凝集 剤をスラリーにへの添加を適当に制御することによってこの潜在的危険性は実質 上無くすることかできるのである。
オレイン酸ナトリウム/アニオン系凝集剤の性能カチオン系凝集剤からアニオン 系凝集剤へ変えることによって得られる可能性のある費用の節約に加えて、オレ イン酸ナトリウムの性能とフィルター操作の制御に対して重要な利点かある。
第一に、アニオン系凝集剤と当薬剤との間には不利益な相互作用の危険性は存在 しない。図4に示される崩壊的な結果と違って、アニオン系凝集剤で処理された スラリーへ脱水助剤を添加してもフィルターケーキ含水量の劇的な増加は起こら ない(図7を参照)。しかし、図7の水分含有量と薬剤使用量との関係を比較す ると、1剤添加時期は、ケーキ形成時慨かもしくはその直前の濃縮溶液であるこ とか明白に示される。
第二1ミ図8に示されるように、05キログラム/トンの薬剤添加量において、 カチオン系凝集剤と一緒でなくアニオン系凝集剤と一緒にこの脱水助剤を用いる ことによって、薬剤の性能に明らかな改良(つまり、10〜2.0%の含水量の 減少の改善)か見られる。さらに、微粒炭のスラリーへの凝集剤過剰添加という 潜在的危険性か、薬剤/凝集剤の組み合わせては消失している。実験室での試験 の結果てはオレイン酸ナトリウムを脱水助剤として使用する時にはアニオン系凝 集剤か過剰でもフィルターケーキ残存水分含有量に殆と影響かないのである。
従って、本発明によって数多くのプロセス上の利点か達成されることは明らかて あろう。
第一に、ケーキ形成時点もしくはその直前て噴霧方式により上記脱水助剤をフィ ルターケーキへ散布する場合、微粒炭フィルターケーキ中の残存水分を3〜4% 低下させるに必要な脱水剤の量か減少する。
第二に、ヘルド方式にしろ円板方式にしろ濾過機上のケーキ形成の時点もしくは その時点の前後でフィルターケーキへの散布として真空濾過機へ脱水助剤を添加 することにすると、濾過様供給流の濃縮用としてはカチオン系凝集剤の代替とし てアニオン系凝集剤を使用することができる。微粒炭スラリー脱水に対するこの 二段法を用いると、アニオン系凝集剤を濾過機供給スラリー流の濃縮用として用 いた場合のプロセス制御に関する問題を全く解消してしまうことか見出された。
この脱水薬剤を散布して用いると、濾過の脱水フェーズの間(即ち、一度空気か フィルターケーキの透過しはじめる)のフィルターケーキの透水性は、プロセス のフレによるアニオン系凝集剤の過剰使用か少しあっても一定に維持されること か見出されている。以上のことは、カチオン系凝集剤の代替としてアニオン系凝 集剤を使用することを可能とするものであり、それによってプロセス上の節約も 行われる。
図9の示すところは、脱水助剤を添加したものと、添加しなかった両ケースに対 し、アニオン系凝集剤前処理工程を濾過の前に使用した際の最終製品ケーキ水分 含有量への影響を示すものである。前処理した凝集剤の量が余りに高かった場合 には製品ケーキの含水量か高く、この曲線図では、この現象か起こった後(つま り凝集剤約20グラム/トン)に含水量の増加か起こることか示されている。
しかし、凝集剤と脱水薬剤を併用した系では、フロyり形成剤単独で過剰添加し た時の問題は、上記薬剤の相乗効果によって修正されている。
最終結果の示すところは、はるかに費用対効果性か優れたii′i7処理工程に て、より低いケーキ含水量か得られるということである。
概要 上記に記載の実験は、脂肪酸誘導体および特にオレイン酸ナトリウムを脱水助剤 として用いることに関して行われたのであるか、凝集剤の使用と併用してフィル ターケーキの形成時点もしくはその前後で脱水剤を適用するという概念はそれ自 体新しく、従来的な脱水助剤の使用にも一般に適用可能である。従って、本発明 は、この概念を拡張し、脂肪酸誘導体以外の脱水助剤を用いるスラリー脱水にも 適用されるものである。
上記に明示された概念を適用することによって、アニオン系凝集剤(これまでは 実際的ではないと信しられていた)を用いて、はるかに高価なカチオン系凝集剤 (スラリーの脱水、特に微細石炭の脱水にこれまで用いられてきた)を代替する ことかできる。上記に詳細に述へたように、このことは経済的に格段の意味かあ る。
本発明はその一般的な事柄において、上記に開示の実験内容の項に示された特定 の詳細には限定されるものではないことは明白に理解されよう。
形成時間(秒) 凝集剤の添加量(グラム/トン) ■ カトレウム624 +カトレウム622Figure 5゜ ケーキ水分含宵量(%) 凝集lFg添加量(グラム/トン) ■ ”ト′つ”624 口習墓 カトレウム622ケーキ水分含有量(%) 使用量(キログラム/トン)) ■形成ゾーンの直前 口形酸ゾーン ロスラリ−00,51,01,5 添加量(キログラム/トン) 一カオチン系凝集剤 ÷アニオン系凝集剤Figure 8゜ 国際調査報告 1−観照」噌−NO PCT/AU921OQ437 国際調査報告 夏、I−7□2゜

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.スラリーにアニオン系凝集剤を添加しその後で脱水助剤をさらに添加し、こ のスラリーを真空濾過で濃過し、最後にフィルターケーキと濾液とを得ることを 包含する石炭または鉱物の水スラリーの脱水法において、濾過工程の間のフィル ターケーキの形成する箇所またはその直則の箇所で前記濾過助剤を添加すること を特徴とするスラリー脱水方法。
  2. 2.上記濾過助剤が、炭素原子8〜20個を有する脂肪酸の塩を包含する請求項 1記載の方法。
  3. 3.上記塩が、ナトリウム塩、カリウム塩、およびアンモニウム塩から成る群か ら選択される請求項2記載の方法。
  4. 4.上記脂肪酸が、オレイン酸である請求項2記載の方法。
  5. 5.上記脂肪酸か、トール油脂肪酸である請求項2記載の方法。
  6. 6.上記アニオン系凝集剤のスラリーへの添加量が、石炭または鉱物1トン当た り10〜100グラムの範囲である請求項1記載の方法。
  7. 7.上記アニオン系凝集剤のスラリーへの添加量が、石炭または鉱物1トン当た り20〜50グラムの範囲である請求項1記載の方法。
  8. 8.上記脱水助剤の添加量が、石炭または鉱物1トン当たり0.02〜1.5キ ログラムの範囲である請求項1記載の方法。
  9. 9.上記脱水助剤の添加量が、石炭または鉱物1トン当たり0.5〜1.5キロ グラムの範囲である請求項1記載の方法。
  10. 10.上記脱水助剤が、スルフォン酸の塩を包含する請求項1記載の方法。
  11. 11.上記脱水助剤が、炭素原子8〜20個を有する脂肪酸の塩を包含する請求 項1記載の方法。
  12. 12.上記脱水助剤が、エトキシ化アルコールを包含する請求項1記載の方法。
  13. 13.スラリーにアニオン系凝集剤を添加しその後で脱水助剤をさらに添加し、 このスラリーを真空濾過で濾過し、最後にフィルターケーキと濾液とを得ること を包含する石炭または鉱物の水スラリーの脱水法において、前記脱水助剤か炭素 原子8〜20個を有する脂肪酸の塩であることを特徴とするスラリー脱水方法。
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