MXPA00007143A - Espesante de suspensiones minerales acuosas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a:Un proceso para espesar una suspensión acuosa de sólidos minerales por sedimentación, comprende agregar a la suspensión el floculante polimérico que forma puentes, aniónico, soluble en agua, que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 5 dl/g y floculante polimérico catiónico soluble en agua, permitir que los sólidos sedimenten bajo gravedad para formar una fracción decantada inferior que contiene una concentración de sólidos mayor que el de la suspensión y una fracción sobrenadante superior que contiene una concentración de sólidos menor que la de la suspensión y remover la fracción decantada, caracterizado porque los floculantes aniónico y catiónicos se agregan a la suspensión como una composición acuosa formada mezclando una parte en peso de floculante polimérico catiónico con 2 a 99 partes en peso, de floculante polimérico aniónico y suficiente agua para dar una concentración de polímero total inferior al 5%en peso y bajo condiciones mediante las cuales puede ocurrir precipitación contraiónica y en la composición acuosa sustancialmente todo el floculante polimérico aniónico que no es precipitado por el floculante polimérico catiónico estáen solución. Una ventaja de la invención es que los floculantes no están restringidos por consideraciones de compatibilidad y de este modo no es necesario (como en gran parte de la técnica anterior) utilizar, por ejemplo, floculantes catiónicos en forma de base libre o aniónicos en forma deácido libre en un intento por reducir al mínimo la incompatibilidad, y no es necesario agregarácido, sal y otros aditivos para reducir al mínimo la incompatibilidad.

Description

) _ ESPESANTE DE SUSPENSIONES MINERALES ACUOSAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con procesos para espesar suspensiones minerales acuosas por sedimentación espesando una composición polimérica específica acuosa.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Con frecuencia se desea incrementar el contenido de sólidos de una suspensión mineral acuosa mediante una operación de espesamiento. En una operación de espesamiento, la suspensión acuosa de sólidos minerales usualmente se coloca en un recipiente tal como en un tanque de sedimentación (o espesante) el cual controla el movimiento de la suspensión acuosa. Los sólidos minerales sedimentan bajo la gravedad y se concentran en el fondo del tanque para formar una fracción inferior, generalmente llamada los sólidos decantados. La porción acuosa clarificada forma una fracción sobrenadante superior, generalmente llamada el sobrenadante. En las operaciones de espesamiento se desea obtener una alta claridad de sobrenadante, es decir que el contenido de sólidos minerales en la fracción superior deberá ser bajo. Esto permite el reciclaje de la fracción acuosa si se desea. También asegura una pérdida mínima de sólidos (en los casos donde esos son de valor) y una descarga mínima de sólidos (donde esos son productos residuales) .

También se desea obtener al mismo tiempo una alta densidad de sólidos decantados, es decir que la cantidad de agua atrapada en la fracción de sólidos decantados es baja.

Esto proporciona una fracción de sólidos espesos de una consistencia adecuada para una deshidratación adicional. Al mismo tiempo se desea tener una alta velocidad de sedimentación, de modo que se alcancen una clarificación y espesamiento tan rápidos como sea posible. También es deseable obtener una calidad confiable y consistente de los sólidos decantados y el sobrenadante. •Para mejorar la calidad del sobrenadante y la velocidad de sedimentación se sabe que se pueden agregar floculantes poliméricos y/o coagulantes a la suspensión acuosa en el espesante. En particular, pueden ser utilizados polímeros aniónicos de alto peso molecular, por ejemplo copolímeros de acrilamida y acrilato de sodio, que tengan una viscosidad intrínseca muy alta, por ejemplo de 20 dl/g o mayor. También se sabe, para incrementar la claridad del sobrenadante en casos donde el floculante aniónico por si solo no da resultados aceptables, agregar polímeros coagulantes catiónicos de bajo peso molecular a la suspensión acuosa en el espesante. El coagulante catiónico de bajo peso molecular, cuando se usa, no se agrega simultáneamente con el floculante aniónico de alto peso molecular, puesto que es bien sabido que los polímeros de este tipo tienden a interactuar física o químicamente entre sí, por ejemplo para formar un gel o un precipitado. Hasta ahora se ha creído de manera general que esto reduce su efectividad para llevar a cabo los propósitos pretendidos de mejorar la claridad del sobrenadante. Además, la adición secuencial se utiliza de manera convencional debido a que se cree proporciona una estructura de floculo deseable. En la O92/00248 describimos un proceso en el cual los sólidos suspendidos son separados de una suspensión acuosa por un proceso de sedimentación. La invención descrita en esta publicación supera los problemas bien conocidos de coprecipitación de floculantes contraiónicos, agregándolos directamente a la suspensión, usualmente, una corriente que fluye antes de que alcance el tanque de sedimentación, en forma de polímero sólido. * Se dice que esto reduce al mínimo los problemas de incompatibilidad. Otras publicaciones también se relacionan con procesos de sedimentación. La CA 2,041,627 describe la clarificación de suspensiones y lodos por sedimentación con la adición de una poliacrilamida de alto peso molecular (es decir un polímero no iónico) y una cantidad menor de un material iónico de bajo peso molecular el cual puede ser aniónico o catiónico. M. Kaiser en Co m. Eur. Communities, [Rep] EUR (1993), EUR 14621, 81 pp describe estudios los cuales prueban el efecto de la floculación combinada con polímeros aniónicos y catiónicos en la sedimentación. No se establece que los agentes aniónicos y catiónicos sean agregados simultáneamente y se asume que sí se agregan simultáneamente la adición se lleva a cabo bajo condiciones tales que no ocurra una precipitación contraiónica (como es convencional debido a los problemas aceptados con la precipitación contraiónica) . Alexsandrova eta al en Khim. Tverd. Topl. (Moscow) (1976), (3), 57 a 64 describe comparaciones entre la sedimentación de antracita residual y suspensiones residuales de la flotación de carbón. La floculación de suspensiones de antracita se probó utilizando un floculante catiónico únicamente o floculantes catiónicos y aniónícos. Parece ser que cuando se utiliza una combinación se incluye un exceso de material catiónico. No se estableció si los materiales se agregaron simultáneamente y nuevamente se asumió que si se agregan simultáneamente es bajo condiciones en las cuales, como es convencional, no se permite que ocurra la precipitación contraiónica. De este modo ninguna de esas descripciones es incompatible con la creencia general de que las muestras convencionales de polímeros de alto peso molecular catiónicos de amonio cuaternario y aniónicos de sodio deberán evitarse de manera general debido a la precipitación durante la elaboración y disolución y a que el espesamiento de suspensiones de sólidos minerales se efectúa mejor utilizando una solución de floculante polimérico que forma puentes aniónicos, soluble en agua, de peso molecular muy alto, usualmente solo pero si es necesario seguido por una solución de un coagulante catiónico soluble en agua de bajo peso molecular para obtener resultados aceptable. Sería deseable poder mejorar las operaciones de espesamiento para obtener, así como una buena claridad del sobrenadante y una sedimentación rápida, una velocidad de los sólidos decantados mejorada. Generalmente se encuentra que aunque la aplicación estándar de floculante aniónico de alto peso molecular mejora la densidad de los sólidos decantados en comparación con el tratamiento sin floculante, sería deseable una mejora adicional. Es difícil agregar el polímero directamente a los sólidos decantados para intentar mejorar la densidad de los sólidos decantados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En la invención proporcionamos un proceso para espesar una suspensión acuosa de sólidos minerales por sedimentación, que comprende agregar a la suspensión un floculante polimérico que forma puentes aniónicos, soluble en agua, que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 5 dl/g y un floculante polimérico catiónico soluble en agua, que permite que los sólidos sedimenten bajo gravedad para formar una fracción decantada menor que contiene una concentración de sólidos mayor que la de la suspensión y una fracción sobrenadante superior que contiene una concentración de sólidos menor que la de la suspensión y remover la fracción decantada, caracterizado porque los floculantes aniónicos y catiónicos se agregan a la suspensión como una composición acuosa formada mezclando una parte en peso del floculante polimérico catiónico con 2 a 99 partes en peso, de manera preferible de 2 a 20 partes en peso del floculante polimérico aniónico y suficiente agua para dar una concentración de polímero total de menos del 5% en peso y bajo condiciones mediante las cuales puede ocurrir precipitación contraiónica y en la composición acuosa sustancialmente todo el floculante polimérico aniónico el cual no es precipitado por el floculante polimérico catiónico está en solución.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De este modo la composición acuosa preferiblemente comprende 1 parte en peso de floculante polimérico catiónico con 2 a 20 partes en peso del floculante polimérico aniónico. De manera más preferible la composición acuosa comprende floculante aniónico a floculante catiónico en el intervalo de 85:15 a 95:5, de manera preferible alrededor de 90:10. En la invención por lo tanto utilizamos de manera deliberada materiales los cuales experimentan precipitación contraiónica, tenemos un exceso del polímero aniónico, de modo que una cantidad significativa del polímero aniónico puede estar en solución aún en presencia de alguna precipitación contraiónica y mezclamos la composición acuosa resultante en la suspensión acuosa de sólidos minerales. Hemos encontrado que es inesperadamente posible obtener .una densidad de los sólidos decantados mejorada al mismo tiempo que una buena claridad del sobrenadante y una velocidad de sedimentación mediante una adición única a la suspensión acuosa de la composición polimérica acuosa definida que contiene floculante polimérico aniónico y catiónico. La adición de una sola composición que contiene polímero aniónico y catiónico puede dar mejores resultados que los que habían sido previamente obtenibles en los procesos de la técnica convencional utilizando la adición de un floculante aniónico de peso molecular muy alto. En particular podemos mejorar la densidad de los sólidos decantados sin la necesidad de agregar floculante o coagulante a los sólidos decantado. Encontramos esto particularmente sorprendente en vista de la descripciones de nuestras publicación internacional WO97/06111. En esa publicación describimos la aplicación de una composición acuosa del mismo tipo general para la deshidratación a presión de suspensiones minerales que tienen un contenido de sólidos muy alto (de al menos 150 g/l) . Esta esa publicación describimos nuestro descubrimiento de que los floculantes contraiónicos pueden ser proporcionados en forma de una composición acuosa y dar excelentes resultados en operaciones de deshidratación a presión a pesar del hecho de que el material precipitado o gelatinoso puede aparecer en la composición. Se explica en esa publicación que es necesario aplicar el mezclado vigoroso convencional que se requiere para distribuir el floculante acuoso en una suspensión alta en sólidos de los tipos tratados en la O96/06111. Es particularmente sorprendente que ahora encontramos que podemos utilizar composiciones acuosas de tipo similar en el proceso muy diferente de espesamiento por sedimentación. En las operaciones descritas en la WO97/06111, el mezclado vigoroso se describe como esencial, mientras que en el presente caso el mezclado vigoroso normalmente no se aplica a las operaciones de espesamiento por sedimentación. No obstante se obtienen resultados excelentes, los cuales son mejores en comparación con aquéllos obtenidos en el proceso de espesamiento estándar. Además, el contenido de sólidos inicial de las suspensiones acuosas que entran a las operaciones de espesamiento tiende a ser mucho menor que el mínimo de 150 g/l en la O97/06171 y ocurren mecanismos de floculación diferentes. En un sistema de deshidratación a presión las partículas de sólidos minerales están restringidas y el líquido acuoso que las contiene está libre para moverse. Por el contrario en una operación de espesamiento el líquido acuoso está restringido y las partículas sólidas minerales están libres para moverse dentro de éste. Sin embargo, encontramos sorprendentemente que las composiciones acuosas del mismo tipo son efectivas en las operaciones de espesamiento para mejorar tanto la claridad de sobrenadante como la densidad de los sólidos decantados mientras se mantenga una velocidad de sedimentación aceptable y mientras se utilice únicamente un solo punto de dosificación. Esto se logra a pesar de las condiciones muy diferentes de menor corte y el menor contenido de sólidos en una operación de espesamiento en comparación con una operación de deshidratación a presión. Mientras se active un polímero con agua (es decir que se disuelva el polímero) antes de agregarlo a una suspensión, la práctica normal requiere que la composición acuosa activada sea tan homogénea como sea posible y no contenga evidencia sustancialmente visible de material precipitado o gelatinoso. En la invención, sin embargo, encontramos que se obtiene un desempeño mejorado aún cuando la composición acuosa, en un examen cercano, puede observarse menos homogénea, con frecuencia sustancialmente menos homogénea, de lo que normalmente se pensaría es deseable.

Para la provisión de la composición acuosa puede suministrarse polímero como una solución preformada, aunque generalmente los polímeros son suministrados inicialmente como polvos o emulsiones en fase inversa (las cuales pueden ser anhidras) . En consecuencia, la composición acuosa se forma generalmente mezclando en agua los polímeros en forma pulverizada o los polímeros en forma de emulsión. De manera preferible, la composición acuosa se forma mezclando en agua los polímeros en forma pulverizada. Los polímeros pueden ser mezclados secuenciados o simultáneamente en el agua para proporcionar la composición acuosa, pero generalmente se mezclan simultáneamente. De manera preferible se proporcionan como una mezcla preformada de polímeros, usualmente en forma sólida, y esta mezcla se mezcla en agua. De este modo, de manera preferible, los polímeros son suministrados como una mezcla de polvo de polímero catiónico y polvo de polímero aniónico y esta mezcla se mezcla con agua de dilución suficiente para formar la composición acuosa que tiene un contenido de polímero total de menos del 5% en peso en la cual se disuelve el floculante polimérico aniónico. El contenido de polímero total (es decir aniónico más catiónico) es, de manera general, de aproximadamente 0.001 hasta aproximadamente 5% en peso de sólidos de polímero sobre la base del peso de la composición, de manera más usual de aproximadamente 0.0? hasta aproximadamente 1% en peso, de manera preferible de aproximadamente 0.05 hasta aproximadamente 0.5% en peso. El mezclado de los polímeros en agua para formar la composición acuosa puede efectuarse en aparatos de composición convencionales. Después del mezclado inicial y antes de la adición a la suspensión generalmente se prefiere permitir que la composición acuosa diluida envejezca, opcionalmente con mezclado, para permitir que sustancialmente todo el polímero aniónico el cual no precipitó por el polímero' catíónico vaya a la solución. Esto puede requerir envejecimiento por ejemplo durante al menos 10 minutos, y con frecuencia de al menos 30 minutos, y de manera frecuente al menos una hora cuando cualquiera o ambos polímeros son suministrados como polvo. No es esencial que todo el material polimérico vaya completamente a la solución en la composición acuosa antes de la adición a la suspensión. En particular el polímero catiónico puede no disolverse completamente. Tampoco es esencial que no se observe gelificación o precipitación en el mezclado. De hecho, encontramos que una composición que puede ser observada como un producto no homogéneo da mejores resultados y es esencial en la invención que la producción de la composición acuosa tome "lugar bajo condiciones en las cuales pueda ocurrir una precipitación contraiónica. El tiempo y condiciones de mezclado adecuadas para cualquier combinación particular de polímeros pueden determinarse por experimentación. Creemos que el mecanismo que toma lugar en la formación de la composición acuosa implica al floculante polimérico aniónico yendo inicialmente de manera sustancial totalmente a la solución. Algo del floculante polimérico aniónico es precipitado entonces solo o con el floculante polimérico catiónico para formar un precipitado (el cual puede ser coloidal o más grande) . Parece ser benéfico agregar la composición acuosa a la suspensión de sólidos minerales mientras la composición acuosa contiene ambos del polímero aniónico precipitado y un precipitado que contiene polímero catiónico y algo de polímero aniónico. En la composición acuosa el polímero aniónico deberá disolverse de manera sustancialmente completa, es decir que deberá permanecer poco o nada en su forma en polvo o emulsión inicial sin disolver y en su lugar deberá haber ido sustancialmente todo a la solución (excluyendo la proporción que ha sido incorporada en un precipitado contraiónico) . En la práctica generalmente es deseable que al menos el 50% en peso, y de manera preferible al menos el 75%, de manera más preferible al menos el 80% en peso, de la cantidad de polímero aniónico que se introdujo en la composición acuosa esté en solución, es decir disponible para iniciar la clarificación tan pronto como la composición acuosa sea agregada a la suspensión de sólidos minerales . El polímero catiónico se agrega en una cantidad menor que el polímero aniónico. La relación de polímero aniónico a polímero catiónico es de 20:1 a 2:1 en peso, de manera preferible de 15:1 a 2:1, de manera más preferible de 12:1 a 4:1, con frecuencia de aproximadamente 9:1 en peso. La cantidad de polímero catiónico es siempre relativamente pequeña en comparación con la cantidad de polímero aniónico, generalmente se prefiere que el proceso se conduzca de modo que el polímero catiónico forme un tipo de coacervado o precipitado alrededor del polímero catiónico. En consecuencia, puede observarse que sólo una muy pequeña proporción del polímero aniónico entrará al precipitado y, en su lugar, la mayoría puede estar en solución verdadera en la composición acuosa. El floculante polimérico aniónico es generalmente un polímero sintético y en particular es usualmente un polímero soluble en agua de un monómero o mezcla de monómeros aniónicos etilenicamente insaturados solubles en agua. De manera general al menos es 3% en peso, con frecuencia al menos el 5, 10 ó 15% en peso, pero de manera más preferible no más del 70 u 80% en peso de los monómeros 3on aniónicos, con cualesquier otros monómeros siendo no iónicos.

Los monómeros aniónicos preferidos son ácidos carboxílicos o sulfónicos etilenicamente insaturados, generalmente como sus sales de metal alcalino (usualmente sodio) solubles en agua. Los ejemplos son el ácido 2-acrilamido-2-metilpropano (AMPS, marca US), ácido metacrílico y ácido acrílico (como sal de sodio u otro metal alcalino) . El acrilato de sodio es el preferido. Los monómeros no iónicos etilénicamente insaturados solubles en agua adecuados incluyen a la acrilamida y metacrilamida . Los polímeros aniónicos preferidos son copolímeros de acrilamida y del 20 al 60% en peso de acrilato de sodio. Las alternativas incluyen homopolímeros de acrilato de sodio y copolímeros de acrilamina y AMPS, en particular copolímeros de AMPS y hasta 97% en peso, con frecuencia hasta el 95% en peso, de (met) acrilamida. Puede utilizarse una mezcla de polímeros aniónicos. El material polimérico aniónico deberá ser soluble en agua y deberá ser un floculante que forme puentes de alto peso molecular que tenga una viscosidad intrínseca (VI) de al menos aproximadamente 5, de manera preferible de al menos aproximadamente 8, con frecuencia de al menos aproximadamente 10 dl/g, la VI puede ser tan alta como 30 dl/g o mayor aunque usualmente no es superior a 20 ó 25 dl/g y con frecuencia esta en el intervalo de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 17 dl/g. En esta especificación la viscosidad intrínseca se midió por medio del viscosímetro de nivel suspendido en NaCl ÍN a 25 °C amortiguado a pH 7. Encontramos que se obtienen buenos resultados con los polímeros aniónicos que tienen una VI inferior a 20 dl/g, y aún inferior a 16 ó 15 dl/g. Esto es sorprendente en vista del hecho de que los polímeros aniónicos estándar para los procesos de espesamiento tienden a tener una VI muy alta, por ejemplo superior a 20 ó 22 dl/g. El floculante polimérico catiónico es preferiblemente un polímero sintético pero puede ser un polímero catiónico natural o un polímero catiónico natural modificado. De manera preferible este se forma a partir de un monómero o mezcla de monómeros etilénicamente instaurados solubles en agua. El polímero catiónico puede ser una mezcla de polímeros. Este es soluble en agua. El polímero puede formarse a partir de monómeros de los cuales sustancialmente el 100% son monómeros etílénicamente insaturados catiónicos solubles en agua. De manera preferible, éste se forma a partir de una mezcla soluble en agua de monómeros etilénicamente insaturados catiónicos y no iónicos. La cantidad preferida de monómero catiónico es del 10 al 80% en peso, de manera más preferible del 10 al 60% en peso. El resto es usualmente un monómero no iónico etilénicamente instaurado soluble en agua. Los monómeros catíónicos adecuados incluyen dialquil amino alquil (met) acrilamida, y de manera preferida -acrilato, como sales de adición de ácido o, de manera preferible, de amonio cuaternario, y haluros de dialil alquil amonio. Los acrilatos y metacrilatos preferidos son los (met acrilatos de dialquil de C?_4 amino etilo y las acrilamidas y (met) acrilamidas preferidas son las dialquil de C?_4 amino alquil (met) acrilamidas, y en particular el (met) acrilato de dimetil amino alquilo (DMAE(M)A) y dimetil amino propilo (met) acrilamida (DMAP (M) (A), con los compuestos de metacrilato y metacrilamida respectivos siendo particularmente preferidos, como sales de adición de ácido y, de manera preferible, de amonio cuaternario. El haluro de dialil alquil amonio preferido es el cloruro de dialil dimetil amonio (DADMAC) . Los monómeros no iónicos adecuados incluyen a la acrilamida y metacrilamida. El polímero catiónico es preferiblemente un floculante que forma puentes de alto peso molecular, que típicamente tiene una VI de al menos 2, de manera preferible de al menos 4 dl/g, de manera más preferible de al menos 6 y típicamente de hasta 12 o aún 17 dl/g o mayor. En este caso los polímeros preferidos son copolímeros de (met) -acrilato de dialquil amino alquilo y monómeros de acrilamida con acrilamida u otro monómero no iónico. Pueden utilizarse mezclas de polímeros catiónicos. Es particularmente sorprendente que en la invención utilizamos como un floculante polimérico catiónico preferido un material de alto peso molecular que da resultados excelentes y mejorados, en particular en comparación con los sistemas estándar que generalmente utilizan polímero aniónico únicamente. Si se utiliza un polímero catiónico, éste es usualmente un material del tipo coagulante catiónico de bajo peso molecular, estos mejores resultados utilizando .un polímero catiónico de alto peso molecular son especialmente sorprendentes . En algunas circunstancias se obtienen resultados satisfactorios cuando el contenido iónico y el peso molecular del polímero catiónico son tales que puede considerarse como un coagulante en lugar de un floculante que forma puentes. En este caso se prefiere que al menos el 50% en peso, de manera general al menos el 80% en peso de los monómeros de los cuales está formado sean catiónicos. Los polímeros en los cuales el 100% de los monómeros son catiónicos son entonces los preferidos. En particular el poliDADMAC es el preferido. Los copolímeros de DADMAC, los cuales contienen hasta el 30% en peso de acrilamida son también útiles. Otros polímeros de bajo peso molecular adecuados incluyen a la polietilen imina y poliaminas, tales como los productos de reacción de la poliamina y la epiclorohidrina. Los polímeros de bajo peso molecular generalmente tiene una IV inferior a 3, de manera preferible inferior a 2.4 dl/g, pero usualmente superior a 0.2 ó 0.5 dl/g, por ejemplo de 0.8 a 1.5 dl/g. Medido por GPC, el peso molecular es usualmente superior a 50,000 y con frecuencia superior a 100,000, pero frecuentemente inferior a 1,000,00 ó 3,000,000. Ambos floculantes poliméricos aniónicos y catiónicos son esencialmente solubles en agua, pero cualquiera de los polímeros puede ser del tipo descrito en la EP-A-202,780 que contiene una fracción soluble y una fracción insoluble particulada que tiene un tamaño de partícula inferior a 10 µm. Una ventaja de la invención es que los floculantes no son restringidos por consideraciones de compatibilidad y de este modo no es necesario (como en gran parte de la técnica anterior) utilizar, por ejemplo, floculantes catiónicos en forma de base libre o aniónicos en forma de ácido libre en un intento por reducir al mínimo la incompatibilidad, y no es necesario agregar ácido, sal u otros aditivos para reducir al mínimo la incompatibilidad. En su lugar, los floculantes pueden ser los floculantes convencionalmente disponibles mezclados bajo condiciones mediante las cuales pueda ocurrir la precipitación contraiónica. De este modo se observará que existe algún grado de falta de homogeneidad si las cantidades definidas de los floculantes seleccionados se activan suavemente, sin aplicación de suficiente corte para dispersar cualquier precipitado contraiónico que se forme. En la práctica, la invención se lleva a cabo mejor utilizando un floculante polimérico aniónico en el cual la mayoría o todos (por ejemplo por encima del 50% en peso y usualmente por encima del 80% en peso) de los grupos aniónicos están en forma de sal de metal alcalino (u otra forma de sal soluble en agua) y el floculante amino polimérico catiónico donde la mayoría -o todos (por encima del 50% en peso y usualmente por encima del 80% en peso) los grupos aminos están en forma de grupos de sal de amonio cuaternario, ambos polímeros tienen una IV superior a 4 ó 5 dl/g, de modo que ambos son floculantes que forman puentes . El proceso preferido de la invención utiliza una mezcla de un copolímero que forma puentes de acrilamida y acrilato de sodio con un copolímero cuaternizado que forma puentes de acrilamida y (metacrilato) de dialquil amino etilo. Para los propósitos de esta invención puede asumirse que las mezclas definidas del exceso de floculante polimérico que forma puentes, aniónico, con una cantidad menor del floculante polimérico catiónico son mezclas las cuales darán precipitación contraiónica a menos que se agreguen compuestos de compatibilización para reducir al mínimo esto, y en la invención tales compuestos son innecesarios. Las concentraciones de solución óptima de la mezcla pueden determinarse para cualquier caso particular por la experimentación de rutina. Los polímeros que son utilizados en la invención pueden producirse por técnicas convencionales. Por ejemplo, los polvos pueden producirse por polimerización por gelificacíón a granel^ seguida por trituración y secado o por polimerización de perlas en fase inversa seguida por secado y trituración opcionalmente. El proceso de espesamiento de la invención se lleva a cabo en un recipiente de espesamiento el cual contiene la suspensión a medida que toma lugar la sedimentación. El recipiente puede ser un recipiente natural tal como un estanque pero el proceso generalmente se lleva acabo en aparatos de espesamiento tales como un tanque de sedimentación, con frecuencia conocido como espesante, en el cual toma lugar la sedimentación. En el proceso la suspensión acuosa de sólidos minerales es suministrada al espesante y se deja que tome lugar la sedimentación. Durante este proceso los sólidos minerales sedimentan bajo la gravedad a la parte inferior del espesante para formar una fracción inferior de sólidos decantados. Esta se espesa, es decir que tiene una concentración de sólidos mayor que la de la suspensión inicialmente proporcionada al espesante. Al mismo tiempo se forma una fracción sobrenadante superior la cual se aclara, es decir que tiene una concentración de sólidos menor que la de la suspensión inicialmente suministrada al espesante. Los sólidos decantados son removidos del espesante, usualmente para deshidratarse aún más y utilizarse o desecharse. El sobrenadante clarificado es también removido ya sea para utilizarse, reciclarse o desecharse. El proceso puede llevarse a cabo por un proceso por lotes, pero usualmente es un proceso continuo, en el cual los sólidos decantados y el sobrenadante son removidos continuamente del espesante a medida que se agrega continuamente suspensión acuosa fresca. De manera preferible los sólidos decantados son sometidos a un bajo corte por un mecanismo de raspado estándar. La velocidad rotacional del raspado es generalmente de 0.1 a 1.0 rpm. De este modo logramos buenas densidades" de sólidos decantados sin someter la suspensión o los sólidos espesados a mayores niveles de corte, como en la WO 97/06111.

Aunque la composición acuosa puede ser agregada a la suspensión mientras la suspensión es un flujo que fluye, por ejemplo cuando se desplaza hacia el espesante, de manera preferible se agrega a la suspensión mientras la suspensión se mantiene dentro del espesante. Normalmente la composición acuosa se agrega de manera estándar a la artesa o pozo de alimentación en la entrada hacia el espesante. Las fuerzas de mezclado y corte en este punto son típicamente más que bajas, en particular en comparación con aquéllas encontradas en procesos para el tratamiento de suspensiones con un contenido muy alto de minerales sólidos por deshidratación a presión (como en la WO 97/06111) y por lo tanto es sorprendente que la composición acuosa que contiene polímero aniónico y catiónico coprecipitado sea efectiva en el presente caso. En la invención se prefiere que la composición acuosa se agregue a la suspensión acuosa en un solo punto de dosificación. De manera sorprendente encontramos que esto no obstante da beneficios en dos aspectos separados del proceso. Da beneficios de claridad el sobrenadante junto con beneficios en la densidad de los sólidos decantados. También es posible agregar la composición acuosa en dos o más puntos de dosificación. Si se utilizan dos o más puntos de dosificación esos son usualmente los mismos puntos en cualquier proceso particular en el cual la dosificación en etapas múltiples de floculante aniónico de alto peso molecular convencional tome lugar. La dosis, de polímero activo total en los procesos por lotes y continuos es normalmente de alrededor de 5 a 500 g de polímero activo/tonelada de sólidos secos. En los procesos continuos la dosis de composición acuosa es normalmente de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 5 kg/hora (polímero activo) . La suspensión acuosa de sólidas minerales usualmente tiene un contenido de sólidos de al menos 5 g/l. El contenido de sólidos puede ser tan alto como de 250 g/l o mayor pero usualmente no es mayor de 200 g/l, de manera preferible no mayor de 140 ó 125 g/l y de manera más preferible no mayor de 100 g/l. Usualmente este es al menos de 10 ó 20 g/l. Las suspensiones adecuadas para el espesamiento incluyen suspensiones a base de carbón tales como los efluentes de lavado de barriles, decantados de residuos y tamices. Los efluentes de lavado de residuos y barriles en particular son adecuados. Otras suspensiones adecuadas incluyen efluente de arena, efluente de cal, suspensiones de arcilla de china, suspensiones de carbonato de calcio y residuos y concentrados de operaciones hidrometalúrgicas, por ejemplo, aquéllas basadas en el cobre, zinc y alúmina.

La invención será ahora ilustrada con referencia a los siguientes ejemplos.

Ejemplos Ejemplo 1 Preparación de la Muestra 1. Las cantidades requeridas del polímero aniónico y catiónico sólidos se pesaron individualmente antes de combinarlas en un recipiente limpio. 2. Las muestras fueron homogeneizadas por agitación manual utilizando una paleta de plástico. 3. El tanque de formación del polímero requerido (ya sea de lm3 o 5m3 de tamaño equipado con un mezclador impelente del tipo de bajo corte ajustado a 200 rpm) fue llenado a la mitad con agua de la planta utilizando una manguera y el mezclador se encendió para inducir la agitación. 4. Una vez lleno a la mitad, la línea de agua se transfirió a un eductor y la mezcla prepesada de polímero aniónico/catiónico se introdujo al tanque lentamente con agitación continua. 5. Se continuó agitando durante una hora más antes de que la muestra fuese utilizada para el trabajo de prueba del espesante subsecuente.

Los productos evaluados fueron los siguientes: Producto A: Copolímero de 53% en peso de acrilamida/47% en peso de acrilato de sodio, VI de 24.0 dl/g. El polímero del producto A se llevó a 0.3% y se diluyó en línea con agua de la planta. Producto Bl: Mezcla de 90% en peso de copolímero aniónico de 65% en peso de acrilamida/35% en peso de acrilato de sodio, VI de 14 dl/g y 10% en peso de copolímero de 40% en peso de acrilamida/60% en peso de DMAEA cuaternizado con cloruro de metilo, VI de 7 dl/g. La concentración activo total fue de 0.3% en peso. Producto C: copolímero aniónico de 65% en peso de acrilamida/35% en peso .de acrilato de sodio, VI de 14 dl/g. La concentración de polímero activo total fue del 0.1% en peso. Producto B2 : Como el Producto Bl, excepto que la concentración de polímero activo fue del 0.1%. Todos los polímeros fueron proporcionados como polvos producidos por polimerización de perlas. Todos los' niveles de dosis están en kg de polímero activo seco por hora. Las muestras hechas se probaron en un espesante.

Operación del Espesante 1. La bomba de transferencia fue una monobomba DB7 con una salida de 2" (5.08 cm) . Esta se adaptó en línea con un tubo de 1" (2.54 cm) . La bomba se hizo funcionar a una velocidad baja para evitar la acumulación de presión en el adaptador. 2. El tubo de 1" (2.54 cm) se conectó al punto de adición de polímero estándar sobre la artesa del espesante (un espesante continuo estándar) . 3. Las muestras de sólidos decantados se removieron cada 20 minutos de la base del espesante para mediciones de densidad (SG del decantado) y se tomaron cualquiera de las lecturas de CST (tiempo de succión capilar) o turbidez. Cuando los productos fueron cambiados se dejaron aproximadamente 30 minutos antes de que fuesen tomadas las siguientes lecturas. Se estimó que el tiempo de retención en el espesante es de 15 a 20 minutos.

Ensayo 1 El producto A fue suministrado al espesante a una velocidad _de 2.0 kg/hora. Los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.

Tabla 1 Tabla 1 (continuación) Esos resultados muestran una fluctuación significativa en el CST, indicando una variabilidad indeseable en la estructura del floculante.

El producto Bl fue suministrado al espesante a una velocidad de 5.3 kg/hora. Los resultados se muestran en la Tabla 2 a continuación.

Tabla 2 Tabla 2 (continuación] Se llevaron a cabo pruebas adicionales utilizando producto A a 2.0 kg/hora. Los resultados se muestran en la Tabla 3 a continuación.

Tabla 3 El producto B2 fue probado a una velocidad de adición de 1.2 kg/hora. Los resultados se dan a continuación en la Tabla 4.

Tabla 4 Esta tabla muestra que el producto B2 puede ser agregado a una dosis significativamente reducida a comparación a la del Producto A y al mismo tiempo produce una gravedad específica del decantado mejor y resultados de CST más rápidos. Al mismo tiempo mantiene una claridad del sobrenadante y una velocidad de sedimentación de sólidos aceptable.

Ensayo 2 El producto A se utilizó a varias velocidades de dosificación como se muestra. Los resultados se muestran en la Tabla 5 a continuación.

Tabla 5 Los resultados de la gravedad específica son similares a aquéllos del Ensayo 1 para el Producto A. Las turbideces del sobrenadante muestran una fluctuación significativamente, la cual refleja los resultados obtenidos en el Ensayo 1 para el CST. El Producto C fue probado a varias velocidades de dosis, como se muestran. Los resultados se dan en la Tabla 6 a continuación.

Tabla 6 Puede observarse "que los .resultados de la gravedad específica para el Producto C son generalmente inferiores a aquéllos para los Productos Bl y B2. En particular, los resultados para el producto B2 se obtienen a una dosis significativamente menor.

Se llevaron a cabo pruebas adicionales utilizando Producto A a varias velocidades de dosis, como se muestra. Los resultados se dan en la Tabla 7 a continuación.

Tabla 7 Esos resultados confirman que utilizando el Producto A puede dar un funcionamiento variable. Esos resultados muestran que los productos de la invención Bl y B2 pueden dar una estructura del decantado excelente de acuerdo a lo demostrado por la gravedad específica SG y CST en comparación con el producto estándar para esta aplicación, el Producto A y el producto sin la fracción catiónica, Producto C.

Ensayo 3 -El producto A y el producto Bl fueron probados a varias velocidades de dosis, como se muestran. Los resultados se dan en la Tabla 8 a continuación. Puede observarse que el Producto Bl puede ser agregado a una dosis significativamente reducida a comparación con la del Producto A que también produce una claridad y compactación mejoradas.

Tabla 8 Tabla 8 (continuación) Ensayo 4 El producto A fue probado a varias velocidades de dosis junto con una dosis de coagulante constante adicional de 4.8 kg/hora para mantener una claridad aceptable. El producto Bl fue probado a varias dosis. Los resultados se muestran en la Tabla 9 a continuación. Puede observarse que el Producto Bl produce una claridad y una compactación mejores que el Producto A, aún cuando Producto A se utilizó a una dosis mayor.

Tabla 9 Tabla 9 (continuación) Ejemplo 2 Trabajo de Prueba de Laboratorio Preparación de la Muestra Se combinaron 5g de polímero con 95 ml de agua y se agitaron durante 2 horas para proporcionar una solución acuosa de polímero para la dilución adicional según se requiera .

Trabajo de Prueba de Sedimentación 1. Se vertieron muestras de 500 ml de suspensión de carbón en el sitio que contenía 40.8g/l de sólidos en cilindros de medición cada uno equipado con un pistón para asegurar la homogeneidad. 2. Por cada prueba el nivel de dosis apropiado de solución de polímero al 0.05% se agregó por decantación desde una jeringa abierta en la parte superior y el pistón cilindrico operado tres veces para asegurar el mezclado adecuado. 3. La velocidad de sedimentación se midió entre 3 y 8 cm. 4. Se continuo'' sedimentando durante un minuto adicional y a continuación se registró el volumen del decantado y la claridad del sobrenadante se midió utilizando una cuña de claridad. Los productos evaluados fueron los siguientes: El producto D: Copolímero de 69% en peso de acrilamida/31% en peso de acrilato de sodio, VI de 24.0 dl/g. La concentración de polímero activo fue del 0.05%. El producto B3: Mezcla del 90% de polímero aniónico de 65% en peso de acrilamida/35% en peso de acrilato de sodio, VI 14.0 dl/g y 10% en peso de copolímero catiónico de 40% en peso de acrilamida/60% en peso de DMAEA cuaternizado con cloruro de metilo, VI de 7.0 dl.g. La concentración de polímero activo total fue de 0.05%.

Tabla 10 Tabla 10 continuación) Las mediciones de la cuña de claridad de 0 son extremadamente turbias y de 46+ extremadamente claras. Los resultados de claridad muestran que el producto de la invención B3 puede dar una velocidad de sedimentación, compactación y claridad mejores y comparación con el producto estándar D. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES
2. Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones. 1. Un proceso para espesar una suspensión acuosa de sólidos minerales por sedimentación, que comprende agregar la suspensión a un floculante polimérico que forma puentes, aniónico, soluble en agua, que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 5 dl/g y un floculante polimérico catiónico soluble en agua, permitir que los sólidos sedimenten bajo gravedad para formar una fracción decantada inferior que contiene una concentración de sólidos mayor que el de la suspensión y una fracción sobrenadante superior que contiene una concentración de sólidos menor que la de la suspensión y remover la fracción decantada, caracterizado porque los floculantes aniónicos y catiónicos se agregan a la suspensión como un composición acuosa formada mezclando una parte en peso de floculante polimérico catiónico con 2 a 99 partes en peso, de floculante polimérico aniónico y suficiente agua para dar una concentración de polímero total inferior al 5% en peso y bajo condiciones mediante las cuales puede ocurrir precipitación contraiónica y en la composición acuosa sustancialmente todo el floculante polimérico aniónico que no es precipitado por el floculante polimérico catiónico está en solución. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición acuosa comprende 1 parte en peso de floculante polimérico catiónico con 2 a 20 partes en peso del floculante polimérico catiónico.
3. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque la suspensión acuosa tiene un contenido de sólidos minerales de al menos 5 g/l y no mayor de 125 g/l.
4. 4. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el floculante polimérico catiónico tiene una viscosidad intrínseca de al menos 2 dl/g.
5. 5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el floculante polimérico aniónico tiene una viscosidad intrínseca no mayor de 17 dl/G.
6. 6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el floculante polimérico aniónico es un copolímero que forma puentes de acrilamida y acrilato de sodio que tiene una viscosidad intrínseca de 8 a 20 dl/g y el floculante polimérico catiónico es un copolímero de acrilamida y sal de amonio cuaternario de (met) acrilato de dialquilo amino etilo que forma puentes, que tiene una viscosidad intrínseca de 6 17 dl/g.
7. 7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque durante la adición de la composición acuosa a la suspensión acuosa de sólidos minerales la suspensión se somete a un bajo corte.
8. 8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sedimentación se lleva a cabo en un espesante provisto con rastrillos los cuales someten la fracción decantada al mezclado.
9. 9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sedimentación se lleva a cabo en un recipiente de espesamiento y la composición acuosa que contiene floculantes poliméricos aniónicos y catiónicos se agrega a la suspensión en el recipiente de espesamiento.
10. 10. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque es un proceso continuo.
11. 11. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la suspensión acuosa es una suspensión a base de carbón, un afluente de arena, un afluente de cal, una suspensión de arcilla de china, una suspensión de carbonato de calcio o una suspensión la cual es de residuos o concentrado de una operación hidrometalúrgica y se basa en el zinc, cobre o alúmina.
12. 12. Un proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la suspensión acuosa es una suspensión de carbón. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un proceso para espesar una suspensión acuosa de sólidos minerales por sedimentación, comprende agregar a la suspensión el floculante polimérico que forma puentes, aniónico, soluble en agua, que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 5 dl/g y floculante polimérico catiónico soluble en agua, permitir que los sólidos sedimenten bajo gravedad para formar una fracción decantada inferior que contiene una concentración de sólidos mayor que el de la suspensión y una fracción sobrenadante superior que contiene una concentración de sólidos menor que la de la suspensión y remover la fracción decantada, caracterizado porque los floculantes aniónico y catiónicos se agregan a la suspensión como un composición acuosa formada mezclando una parte en peso de floculante polimérico catiónico con 2 a 99 partes en peso, de floculante polimérico aniónico y suficiente agua para dar una concentración de polímero total inferior al 5% en peso y bajo condiciones mediante las cuales puede ocurrir precipitación contraiónica y en la composición acuosa sustancialmente todo el floculante polimérico aniónico que no es precipitado por el floculante polimérico catiónico está en solución. Una ventaja de la invención es que los floculantes no están restringidos por consideraciones de compatibilidad y de este modo no es necesario (como en gran parte de la técnica anterior) utilizar, por ejemplo, floculantes catiónicos en forma de base libre o aniónicos en forma de ácido libre en un intento por reducir al mínimo la incompatibilidad, y no es necesario agregar ácido, sal y otros aditivos para reducir al mínimo la incompatibilidad.