PL202669B1 - Sposób transportowania cząstek stałych oraz sposób wydobywania i transportowania cząstek stałych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób transportowania cząstek stałych oraz sposób wydobywania i transportowania cząstek stałych. Przedmiotowy wynalazek dotyczy zwłaszcza jednoetapowego sposobu wprowadzania czynnika spieniającego w mieszaniny cząstek stałych i następnie tworzenia piany w tej mieszaninie przed transportowaniem, w celu zwiększenia płynności cząstek stałych.

Cząstki stałe, które zawierają (ale bez ograniczenia) odpady kopalniane, rudy, piasek, węgiel, ziemię i kruszywo, konwencjonalnie są transportowane przewodami rurowymi lub poprzez odwierty jako zawiesina. Zwykle ciecz, taką jak woda, dodaje się do tych cząstek, aby spowodować ich płynięcie. Cząstki te są zawieszone w wystarczającej ilości cieczy, tak że przepływ cieczy powoduje przemieszczanie tych cząstek poprzez przewód rurowy.

W idealnym przypadku cząstki powinny pozostawać w zawiesinie podczas transportowania przez przewody rurowe lub odwierty do swego końcowego miejsca przeznaczenia. Cząstki takie jak przesortowane lub nieprzesortowane odpady kopalniane, mogą charakteryzować się właściwościami, które ograniczają możliwość transportowania materiału w postaci pasty. Takie właściwości mogą obejmować: dużą gęstość lub ciężar właściwy, słabe lub poprzerywane sortowanie, duży rozmiar cząstek, silnie sortowaną gradację wielkości cząstek lub brak drobnych cząstek. Właściwości te nie pozwalają na utworzenie z cząstek pasty o stabilnej konsystencji bez dodania drobnoziarnistych materiałów, takich jak piaski, by zwiększyć dystrybucję wielkości cząstek.

W rezultacie czą stki te muszą obecnie być transportowane jako sł abo obciążone zawiesiny, które muszą utrzymywać warunki przepływu burzliwego poprzez system transportowy, by uniknąć osadzania się cząstek i zatykania rur transportowych. Dodatkowo płyn transportowy może uchodzić z zawiesiny i powodować zmniejszenie pł ynnoś ci mieszaniny i zatykanie rur transportowych.

Zmniejszenie zawartości płynu może spowodować osiąganie przez materiał konsystencji pasty, ale spowoduje również zmniejszenie turbulencji i wzrost lepkości. Spowoduje to, że transport przez pompowanie lub pod działaniem grawitacji poprzez układ transportowy staje się mniej pożądany i bardziej problematyczny niż przy transporcie hydraulicznym.

Jednym rodzajem transportu cząstek jest transport odpadów kopalnianych do podsadzeń w kopalniach lub na powierzchnię, by usunąć te materiały z kopalni. Odpady kopalniane do podsadzeń mogą być transportowane oddzielnie, albo też może być dodany cement w celu utworzenia kompozycji utwardzalnej. Pożądane jest transportowanie odpadów kopalnianych o konsystencji pasty, a nie przez transport hydrauliczny. Jednakże rozkład wielkości cząstek trzeba zoptymalizować, aby zapewnić transportowanie w konsystencji pasty. Rozkład wielkości cząstek odpadów kopalnianych można dopasować do bardziej wyidealizowanego rozkładu wielkości cząstek przez dodanie materiałów drobnoziarnistych lub piasku. Zwiększa to jednak koszty przeładunku i oczyszczania odpadów kopalnianych i zwiększa koszty eksploatacji kopalni. Idealna podsadzka ma właściwości zawiesiny, jeśli chodzi o ł atwość transportu rurami (to znaczy mał e straty ciś nienia), ale wł a ś ciwoś ci pasty, jeś li chodzi o pozostawanie w zawiesinie przy stosunkowo małych prędkościach transportu bez wypływania.

Gdy zawiesina cząstek pojawi się już w żądanym miejscu przeznaczenia, płyn transportowy zostaje odprowadzony. Płyn ten trzeba potem odpompować, co dodatkowo zwiększa koszty eksploatacji o koszty manipulowania i usuwania tego pł ynu. Dodatkowo, jeż eli wraz z takimi czą stkami zawarty jest cement, wówczas nieco cementu znajdzie się w odpływającej wodzie i może twardnieć w układzie odpływowym, zwiększając koszty konserwacji. Jeżeli odpady kopalniane są transportowane na powierzchnię, trzeba zbudować tamę w celu zarządzania wodą i odzyskiwania jej. Oznacza to dodatkowy koszt i potencjalne zagrożenie.

Piana tworzy zawiesinę cząstek i zmniejsza ilość cieczy potrzebnej do transportowania materiału. Przykładowo z patentu USA nr 5.080.534 (Goodson i in.) znane jest wytwarzanie piany ze środka powierzchniowo czynnego i następnie mieszanie tej piany z cząstkami przed transportowaniem przewodem rurowym. Ponadto z patentu USA nr 4.451.183 (Lorenz) znane jest wprowadzanie piany, którą oddzielnie przygotowano, do materiału sypkiego w różnych miejscach w całym przewodzie rurowym. Jednakże takie znane sposoby wymagają, by piana była oddzielnie wytworzona przed dodaniem do mieszaniny. Oddzielne wytwarzanie wymaga dodatkowego sprzętu i czasu na przygotowanie piany, co oznacza dodatkowy koszt.

Podsadzanie wyrobisk kopalnianych oznacza proces wypełniania pustych przestrzeni w kopalniach pozostawionych po podziemnym wydobywaniu rudy, aby zapewnić konstrukcyjne podparcie kopalni lub pozbyć się odpadków kopalnianych. Materiały stosowane do podsadzania wyrobisk kopalPL 202 669 B1 nianych obejmują skałę płonną, odpadki kopalniane i piasek. Często piasek miesza się z odpadkami kopalnianymi.

Odpadki kopalniane są wynikiem mielenia rudy lub skały w stopniu wystarczającym, by uwolnić składniki mineralne w procesie wzbogacania flotacyjnego. Ze względu na małą zawartość minerałów w skale, zwykle mniejszą niż 10% wag., prawie cała urobiona skała staje się odpadkami kopalnianymi. Odpadki kopalniane zwykle mają konsystencję podobną do konsystencji drobnoziarnistego iłu lub mułu. Tradycyjnie do odpadków kopalnianych trzeba dodawać duże ilości wody, by nadawały się one do pompowania. Odpadki kopalniane w końcowym miejscu trzeba później zagęszczać, by można je było osadzić na miejscu. Koszt zagęszczania odpadków kopalnianych jest bardzo wysoki.

Gdy odpadki kopalniane są pompowane z zakładu przetwórczego, są one albo przesyłane bezpośrednio do stawu na odpadki, albo przesyłane bezpośrednio do podsadzania, albo też są przetwarzane za pomocą hydrocyklonu w celu oddzielenia dużych cząstek od drobniejszych cząstek. Frakcja gruboziarnista jest przesyłana do podsadzania, a frakcja drobnoziarnista jest przesyłana do stawu na odpadki. Staw na odpadki jest zwykle dużym obszarem, gdzie odpadki pozostawia się do osadzenia, a otrzymaną wodę odprowadza się do stawów oczyszczających.

Sposób wytwarzania podsadzki kopalnianej z odpadów kopalnianych polega na przetwarzaniu zawiesiny odpadów z baterii hydrocyklonów przeznaczonych do usuwania gruboziarnistej frakcji materiału. Frakcję gruboziarnistą (dolną) doprowadza się do silosu i pozostawia do osadzenia się, przy czym woda przelewa się przez wierzch silosu. Gęściejszy materiał odpadowy jest usuwany z silosu i pompowany do mieszalnika, gdzie dodawany jest cement w celu wytworzenia podsadzki hydraulicznej.

Podsadzkę, która jest zawiesiną zawierającą zwykle 50% wag. materiałów stałych, wlewa się w pionowy otwór lub rurę w celu osadzenia jej w wyrobiskach kopalnianych. Ponieważ podsadzka jest zawiesiną, potrzeba dużych ilości cementu w celu związania materiału, a woda wydostająca się z podsadzki musi zostać wypompowana z kopalni. Zawartość cementu wynosi 3-10% wag. Stosowanie stosunkowo niewielkiej zawartości cementu wymaga znacznie dłuższego czasu, zanim masę podsadzkową będzie można uważać za zdolną do przenoszenia obciążenia.

Innym sposobem podsadzania jest podsadzanie pastą. Przy podsadzaniu pastą stosuje się mniejszą zawartość cementu, zwykle o połowę mniejszą niż ilość stosowana przy opisanym powyżej sposobie podsadzania hydraulicznego. Ponadto z masy podsadzkowej nie wydostaje się woda, którą trzeba wypompować na powierzchnię. Czas wiązania jest skrócony do ułamka czasu potrzebnego na wiązanie podsadzki hydraulicznej, co pozwala na krótszy cykl pracy. Inną zaletą stosowania podsadzania pastą jest to, że podsadzanie przeprowadza się zwykle z wykorzystaniem całości odpadów kopalnianych (bez sortowania). Zmniejsza to obciążenie związane z utrzymywaniem dużego obszaru retencyjnego.

Podsadzanie pastą ma jednak pewne wady. Trudno jest transportować pastę do kopalni lub wyrobisk, a czasami do transportowania pasty poprzez przewody rurowe potrzebna jest pompa wyporowa. Wytwarzanie pasty zwykle przeprowadza się przez przetwarzanie zawiesiny odpadów kopalnianych przy użyciu dużych zagęszczaczy kadziowych, filtrów dyskowych lub ich połączenia. Wymaga to dużych inwestycji kapitałowych rzędu wielu milionów dolarów. Potrzebny jest czynnik spieniający, który można wprowadzić w mieszaninę cząstek stałych, aby następnie wytworzyć w tej mieszaninie pianę w jednoetapowym procesie, by wyeliminować oddzielne etapy przygotowania, uprzedniego wytwarzania i wprowadzania piany do zawiesiny przed transportem cząstek stałych poprzez przewód rurowy.

Dlatego celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu transportowania cząstek stałych oraz ich wydobywania i transportowania, który pozwoliłby ominąć omówione wyżej niedogodności.

Istotą sposobu transportowania cząstek stałych, w którym dostarcza się cząstki stałe, dodaje się do nich, jeśli to konieczne, wodę w ilości niezbędnej do utworzenia konsystencji pasty, dodaje się środek spieniający w celu utworzenia mieszaniny hydraulicznej, miesza się tą mieszaninę w celu wytworzenia w niej piany, a następnie transportuje, jest to, że wodę dostarcza się razem z cząstkami stałymi oraz bez środka wiążącego.

Dla sposobu według wynalazku korzystne jest, gdy zawartość wody w mieszaninie jest mniejsza niż około 50% w przeliczeniu na masę cząstek stałych i gdy dodaje się ją w ilości niezbędnej do utworzenia mieszaniny przynajmniej o konsystencji pasty, a środek spieniający jest w postaci suchego proszku, a ponadto gdy do mieszaniny dodaje się środka stabilizującego pianę, i/lub dyspergatora zmniejszający ilość wody, i miesza się taką mieszaninę.

PL 202 669 B1

Czynniki spieniające, które mogą być używane w sposobie według przedmiotowego wynalazku, obejmują alkanolamidy, alkanolaminy, sulfoniany alkiloarylowe, kopolimery blokowe tlenek polietylenu/tlenek polipropylenu, etoksylany alkilofenolowe, karboksylany kwasów tłuszczowych, etoksylany kwasów tłuszczowych, sulfoniany kwasów tłuszczowych, siarczany kwasów tłuszczowych, surfakanty zawierające fluorowęglany, sulfoniany olefinowe, siarczany olefinowe, hydrolizowane proteiny oraz ich mieszaniny.

Innym wariantem sposobu transportowania cząstek stałych według wynalazku jest sposób, w którym dostarcza się cząstki stałe, dodaje się do nich, jeś li to konieczne, wodę w iloś ci niezbędnej do utworzenia konsystencji pasty, dodaje się nie pieniącego się środka spieniającego w celu utworzenia mieszaniny hydraulicznej, do tej mieszaniny dodaje się środek stabilizujący pianę, miesza się tą mieszaninę w celu utworzenia w niej piany, a następnie transportuje. Sposób według tego wariantu charakteryzuje się tym, że wodę korzystnie dostarcza się razem z cząstkami stałymi, a środek spieniający wybiera się z grupy obejmującej alkanolamidy, alkanolaminy, sulfoniany alkiloarylowe, kopolimery blokowe tlenek polietylenu-tlenek polipropylenu, etoksylany alkilofenolowe, karboksylany kwasów tłuszczowych, etoksylany kwasów tłuszczowych, sulfoniany kwasów tłuszczowych, siarczany kwasów tłuszczowych, surfakanty zawierające fluorowęglany, sulfoniany olefinowe, siarczany olefinowe, hydrolizowane proteiny oraz ich mieszaniny, a środek stabilizujący pianę wybiera się z grupy obejmującej wstępnie żelatynizowane skrobie, etery celulozowe, tlenki polietylenu, bardzo drobnoziarniste gliny, naturalne żywice, poliakrylamidy, polimery karboksywinylowe, alkohole poliwinylowe, niepolarny materiał hydrofilowy, syntetyczne polielektrolity, opary krzemionkowe oraz ich mieszaniny, a mieszaninę transportuje się przy zastosowaniu przynajmniej jednego ze środków obejmujących pompowanie, przemieszczanie grawitacyjne pod ciśnieniem, lub transport grawitacyjny.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wydobywania i transportowania cząstek stałych. Sposób ten charakteryzuje się tym, że wydobywa się cząstki stałe z obszaru wydobycia, miesza się je ze środkiem spieniającym w celu utworzenia spienionej mieszaniny hydraulicznej nadającej się do transportowania, a następnie dodaje się do tej mieszaniny wodę i spoiwo, całość miesza się w celu utworzenia kompozycji hydraulicznej i transportuje się tą kompozycję do żądanego miejsca. Dodatkowo do kompozycji można dodać domieszkę, którą wybiera się z grupy obejmującej środek stabilizujący pianę, dyspergatory zmniejszające ilość wody, środki modyfikujące właściwości reologiczne, przyspieszacze, inny dyspergator, oraz ich mieszaniny. Korzystnie gdy do mieszaniny dodaje się spoiwo w ilości większej niż 0% do około 30 % w przeliczeniu na masę cząstek.

Zaleta sposobu według wynalazku polega na tym, że można wyeliminować etapy przygotowania, wstępnego wytwarzania i mieszania piany. Zabieg mieszania powoduje, że czynnik spieniający pieni się w mieszaninie. Mieszanie można przeprowadzać za pomocą większości dostępnych w handlu urządzeń mieszających.

Transportowanie takiej mieszaniny można przeprowadzać przez pompowanie lub za pomocą ciśnienia grawitacyjnego. Inną zaletą tego sposobu wprowadzania czynnika spieniającego w mieszaninę materiałów sypkich jest to, że ciśnienie potrzebne do pompowania materiału jest zmniejszone. Czynnik spieniający zmniejsza dylatancję materiałów ziarnistych w mieszaninie. Zastosowanie czynnika spieniającego umożliwia dzięki temu pompowanie materiałów ziarnistych, które bez tego nie nadawały się do pompowania.

Zapotrzebowanie materiału na wodę jest podyktowane właściwościami dystrybucji wielkości cząstek i właściwościami mineralogicznymi, które są unikatowe dla każdego materiału. Aby uzyskać konsystencję pasty, najkorzystniej gdy mieszanina ma zawartość wody 5-25%.

Przykłady materiałów stałych, które mogą być transportowane sposobem według wynalazku obejmują, ale bez ograniczenia, odpady kopalniane, rudy, piasek, węgiel, ziemię, gliny, muły, kruszywa i ich mieszaniny.

Zastosowanie czynnika spieniającego w postaci suchego proszku zapewnia łatwość manipulowania i lepsze składowanie. Ciekłe czynniki spieniające mogłyby zamarzać w zimnym klimacie, co wymagałoby zabezpieczenia przed mrozem lub rozpuszczania przed użyciem.

Przykładem korzystnego czynnika spieniającego jest sulfonian alfaolefiny.

Czynnik spieniający dodaje się w ilości 0,001-0,4% masy materiałów stałych, korzystnie 0,005-0,025%.

Alkanoloamidowe i alkanoloaminowe czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku obejmują, ale bez ograniczenia, związki zawierające 12-20 atomów węgla.

PL 202 669 B1

Czynniki spieniające z sulfonianu alkiloarylowego obejmują, ale bez ograniczenia, związki posiadające jedną grupę arylową i grupy alkilowe z 12-20 atomami węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z blokowego kopolimeru tlenek polietylenu-tlenek polipropylenu obejmują, ale bez ograniczenia, związki mające 10-20 jednostek w każdym bloku.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z etoksylanu alkilofenolowego obejmują, ale bez ograniczenia, związki posiadające grupę alkilową zawierającą 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku zawierające karboksylany kwasu tłuszczowego obejmują, ale bez ograniczenia, takie związki, w których cząstka kwasu tłuszczowego ma 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku zawierające etoksylany kwasu tłuszczowego, obejmują, ale bez ograniczenia, takie związki, w których liczba grup etoksylanowych wynosi 10-20, a cząstka kwasu tłuszczowego ma 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z sulfonianów kwasu tłuszczowego obejmują, ale bez ograniczenia, takie związki, w których cząstka kwasu tłuszczowego ma 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z sulfonianami kwasów tłuszczowych obejmują, ale bez ograniczenia, takie związki, w których cząstka kwasu tłuszczowego ma 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku ze środka powierzchniowo czynnego zawierającego fluoropochodną węglowodoru obejmują, ale bez ograniczenia takie związki, które mają 12-20 atomów węgla i jedną lub więcej cząstek CH2 zastąpionych przez cząstki CF2.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z sulfonianu olefiny obejmują, ale bez ograniczenia, związki posiadające 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z siarczanu olefiny obejmują, ale bez ograniczenia, związki posiadające 12-20 atomów węgla.

Czynniki spieniające według przedmiotowego wynalazku z hydrolizowanej proteiny obejmują, ale bez ograniczenia, produkty pochodzące z hydrolizy protein. Względna masa cząsteczkowa proteiny może mieć dowolną wartość, która zapewnia działanie spieniające w mieszaninie cementowej. Korzystnie względna masa cząsteczkowa wynosi 10.000-50.000. Korzystnymi hydrolizowanymi proteinami są hydrolizowana żelatyna, hydrolizowany kolagen i hydrolizowane proteiny otrzymywane z krwi.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku etapy usuwania stałych materiałów ziarnistych z obszaru wydobycia i mieszania czynnika spieniającego z tymi materiałami sypkimi, by utworzyć mieszaninę nadającą się do transportowania, korzystnie przeprowadzane są w pompie mieszającej.

Oprócz czynnika spieniającego mogą być również dodawane znane domieszki o znanym korzystnym oddziaływaniu. Obejmują one, ale bez ograniczenia: czynniki stabilizujące pianę, dyspergatory zmniejszające ilość wody, czynniki modyfikujące reologię oraz przyspieszacze. Można stosować jedną lub więcej takich domieszek oddzielnie lub w postaci mieszanin.

Czynnik stabilizujący pianę dodaje się do mieszaniny, by stabilizować pianę w celu przedłużenia jej żywotności. Stabilizator piany może być potrzebny, ponieważ czas transportu w przewodzie rurowym może być długi i/lub ciśnienie robocze w przewodzie rurowym może być wysokie, co pogarsza stabilność piany.

Czynniki stabilizujące pianę według przedmiotowego wynalazku z eteru celulozowego obejmują, ale bez ograniczenia, modyfikowany eter celulozowy.

Jest wiele przykładów czynników stabilizujących pianę według przedmiotowego wynalazku z dostępnego w handlu tlenku polietylenu. Korzystnie tlenki polietylenu mają średnią masę cząsteczkową większą niż 500.000.

Czynniki stabilizujące pianę według przedmiotowego wynalazku z bardzo drobnoziarnistej gliny obejmują, ale bez ograniczenia, glinę bentonitową. Określenie glin drobnoziarnistych obejmuje takie gliny, które zawierają cząstki mniejsze niż 20 μm.

Czynniki stabilizujące pianę według przedmiotowego wynalazku z naturalnej żywicy obejmują, ale bez ograniczenia, żywicę guarową, welanową oraz ich mieszaniny.

Czynniki stabilizujące pianę według przedmiotowego wynalazku z alkoholu poliwinylowego obejmują, ale bez ograniczenia, takie czynniki o średniej masie cząsteczkowej większej niż 1000.

PL 202 669 B1

Czynniki stabilizujące pianę według przedmiotowego wynalazku z syntetycznego polielektrolitu obejmują, ale bez ograniczenia, sulfoniany poliwinylowe o średniej masie cząsteczkowej większej niż 1000, polimery poliwinylowe o średniej masie cząsteczkowej większej niż 1000 i ich mieszaniny.

Czynnik stabilizujący pianę można dodawać oddzielnie lub w połączeniu z innymi czynnikami stabilizującymi pianę w ilości 0,0001-2% masy zawiesiny.

Dodatkowo zmniejszający ilość wody dyspergator można dodać do mieszaniny w celu dyspergowania materiałów i umożliwienia przez to zmniejszenia zawartości wody w mieszaninie z równoczesnym utrzymywaniem konsystencji płynnej, przez co polepsza się właściwości materiału podsadzkowego. Zmniejszające zawartość wody dyspergatory, które można stosować według przedmiotowego wynalazku, obejmują, ale bez ograniczenia, sole kwasu lignosulfonianowego, sole kondensatu sulfoniano-formaldehydu betanaftalenowego, reduktory ilości wody zawierające melaminę, sole kwasów polikarboksylowych, kopolimery polikarboksylanowe, aminy polikarboksylowe, imidy polikarboksylowe oraz ich mieszaniny. Dyspergator zmniejszający ilość wody dodaje się w ilości 0-2% masy spoiwa lub cementu. Należy zauważyć, że prędkość dozowania dyspergatora może również zależeć od rozkładu wielkości cząstek i mineralogii obrabianych materiałów stałych, jak również od właściwości chemicznych domieszki.

Stosowane tu określenie -spoiwa- obejmuje materiały, które będą powodowały utwardzenie mieszaniny. Obejmują one cementy (ale bez ograniczenia), takie jak cement portlandzki i cementy o duż ej zawartości tlenku glinowego, żużle, lotne popioły, materiały cementytowe, wapno, pucolany oraz ich mieszaniny.

Ponadto mogą być dodawane wszelkie inne dodatki, które nie szkodzą właściwościom określonej zawiesiny transportowanej według przedmiotowego wynalazku. Dodatki te mogą obejmować, ale bez ograniczenia, cement, opóźniacze twardnienia, przyspieszacze twardnienia, wapno, lotny popiół, zmielony i granulowany żużel wielkopiecowy oraz inhibitory korozji. Ilość spoiwa, jaką można dodać, jest określona przez czas utwardzania i żądaną wytrzymałość na ściskanie. Zwykle spoiwo dodaje się w ilości 0-30% masy materiału stałego.

Zaletą wprowadzania czynnika spieniającego w mieszaninę materiałów sypkich jest zmniejszanie wyciekania. Wyciekanie jest to oddzielanie się wody od mieszaniny. Pożądane jest, by woda nie wyciekała z mieszaniny, ponieważ spowoduje to zmniejszenie płynności mieszaniny. Wprowadzenie czynnika spieniającego może zmniejszyć wyciekanie nawet o 100% według prób laboratoryjnych.

Po przetransportowaniu materiału na miejsce przeznaczenia powietrze zawarte w pianie można w razie potrzeby usunąć wieloma różnymi sposobami. Sposoby te obejmują, ale bez ograniczenia, uderzenie mechaniczne, np. przy upadku na spąg wyrobiska, albo obróbkę mechaniczną za pomocą konwencjonalnego sprzętu do zagęszczania ziemi, takiego jak walce lub okołkowane walce stopkowe. Ponadto do transportowanej zawiesiny można później wprowadzić dodatek chemiczny, taki jak środek likwidujący pianę, który spowoduje zapadnięcie się piany, przez co większość przestrzeni powietrznych zostaje usunięta ze spienionego materiału.

W innym przykładzie realizacji wynalazku opracowano sposób wydobywania materiałów sypkich, nadawania im konsystencji pasty, a następnie transportowania tych materiałów sypkich do miejsca przeznaczenia. Najpierw materiały sypkie odprowadza się z obszaru wydobycia za pomocą pompy i wprowadza się w nie czynnik spieniający. Może być potrzebne nieco wody, by rozprowadzić materiały sypkie i umożliwić rozpoczęcie pompowania. Jednakże potrzebna ilość wody zwykle nie przewyższa takiej ilości, która by zmniejszyła całkowitą zawartość ciał stałych poniżej konsystencji pasty.

Czynnik spieniający można dodawać do materiałów sypkich w mieszalniku oddzielonym od pompy lub też można wykorzystywać pompę mieszającą. Przykładem pompy mieszającej jest mokra pompa końcowa. Jest to pompa zanurzeniowa z zasysaniem dolnym z mieszadłem i doprowadzaniem wody od spodu. W pompie tej woda jest doprowadzana do mieszadła w celu rozprowadzenia gęstych materiałów lub osadów i przetworzenia ich w pastę, aby umożliwić rozpoczęcie pompowania. Pompa ta ma dyszę do wprowadzania czynnika spieniającego lub dowolnej innej potrzebnej domieszki w części mieszadłowej pompy mieszającej. Czynnik mieszający jest wprowadzany przy użyciu nośnika, którym może być woda, sprężone powietrze lub dowolny inny gaz. Jeżeli czynnikiem spieniającym jest suchy proszek, można go rozpuścić w strumieniu wody lub też można go wdmuchiwać za pomocą gazu. Alternatywnie wstępnie utworzoną pianę można wykorzystywać zamiast czynnika spieniającego na miejscu. Piana zapewnia pompowalność zawiesiny mieszaniny odpadów kopalnianych nadających się do transportowania.

PL 202 669 B1

Pompa jest przemieszczana wokół obszaru wydobycia w celu usunięcia sypkich materiałów. Zadowalający jest każdy odpowiedni sposób przemieszczania pompy. Pompa może być zawieszona na barce lub żurawiu. Alternatywnie pompa może być zawieszona na dwuwymiarowym systemie krążków linowych, obejmującym obszar wydobycia. Taki system krążków linowych zwykle zawiera równoległe przeciwległe krążki z krążkiem zamontowanym poprzecznie pomiędzy tymi równoległymi krążkami. Pompa może być przemieszczana poprzecznie na krążku poprzecznym i wzdłużnie na krążkach równoległych.

Z obszaru wydobycia spienione materiały sypkie są transportowane do urządzenia podsadzkowego. W urządzeniu tym do spienionych materiałów sypkich dodaje się spoiwo. Zawartość wody w przychodzących spienionych materiałach sypkich mierzona jest za pomocą analizatora wilgoci. Jeżeli trzeba osiągnąć żądany całkowity poziom składników stałych w końcowej mieszaninie materiałów sypkich ze spoiwem, do mieszaniny można dodać wody. Ilość wody jest obliczana na podstawie całkowitej zawartości ciał stałych w przychodzących spienionych materiałach sypkich.

Tradycyjnie do mieszania spoiwa i ewentualnie wody z materiałami sypkimi w celu utworzenia hydraulicznej kompozycji materiałów sypkich stosuje się mieszarkę do gliny z dwoma obracającymi się w przeciwnych kierunkach ślimakami, z napędem o regulowanej prędkości i z łopatkami o regulowanym skoku. Po wymieszaniu hydrauliczna kompozycja materiałów sypkich jest transportowana na miejsce zastosowania grawitacyjnie lub przez pompowanie.

W powyższym przykładzie wykonania obszarem wydobycia może być staw osadnikowy na odpady kopalniane, materiałami sypkimi mogą być odpady kopalniane, a miejscem przeznaczenia może być wyrobisko kopalniane przeznaczone do podsadzania.

P r z y k ł a d y

Wynalazek można opisać w następujących przykładach nie stanowiących ograniczenia. W przedstawionych poniżej przykładach konsystencja jest mierzona według ASTM C143 i C143M. Gęstość mierzy się przez umieszczenie mieszaniny w kubku 400 ml. Ciężar tary kubka wynosi 749 g.

Mieszanka A kg wilgotne odpady kopalniane

1,2 kg cement - cement portlandzki z Lafarge kg woda

Łączny ciężar mieszaniny i kubka 1738,5 g

Gęstość = 989,5 g/400 ml

Zawartość wody zmienia się w celu określenia konsystencji.

Łączny ciężar wody 5,4 kg: oznaczanie konsystencji przez opadanie dużego stożka 11,3 cm.

Łączny ciężar wody 6 kg: oznaczanie konsystencji przez opadanie dużego stożka 17,8 cm.

Mieszanka B kg odpadów kopalnianych

1,2 kg cementu - cement portlandzki

3,9 kg wody

8,96 ml metakrylanowego polimeru* derywatyzowanego polioksyalkilenem

5,0 ml polimeru metakrylanowego* derywatyzowanego polioksyalkilenem

Łączny ciężar mieszaniny i kubka 1741,8 g

Gęstość = 992,8 g/400 ml • - polimer = FC-900

Następnie do mieszaniny dodaje się wstępnie wytworzoną pianę.

Badanie konsystencji mieszaniny z pianą przez opadanie dużego stożka 14 cm małego stożka 4,4 cm

Całkowity ciężar mieszaniny i kubka 1510,3 g

Gęstość = 761,3 g/400 ml

Następnie przygotowano i zbadano mieszaniny jako zwykły wzorzec odniesienia, a potem z dodanymi czynnikami spieniającymi. Zbadano konsystencję i gęstość mieszanin, a następnie przygotowano cylindry testowe do badania wyciekania i wytrzymałości na ściskanie. Przygotowano cylindry

47,6 cm x 15,2 cm, przy czym jeden cylinder miał służyć do mierzenia wyciekającej wody, a trzy cylindry do określenia wytrzymałości na ściskanie.

Zestaw 1 kg odpadów kopalnianych o wilgotności 10,9%

1,335 kg cementu - cement portlandzki z Lafarge

PL 202 669 B1

6,6 kg wody dodano w celu doprowadzenia gęstości zawiesiny do 72% ciał stałych 1A

Konsystencja duży stożek 19 cm

Całkowity ciężar mieszaniny i kubka 1571,9 g

Gęstość = 822,1 g/400 ml

Uwaga: materiał podlega szybkiemu rozdzieleniu i wyciekowi 1B

Do mieszaniny zestawu 1A dodano 9 ml 15%-owego roztworu zmodyfikowanego eteru celulozowego.

Konsystencja duży stożek 19 cm

Całkowity ciężar mieszaniny i kubka 1549,1 g

Gęstość = 800,1 g/400 ml

Uwaga: Materiał rozdziela się i następuje wyciek wody 1C

Do mieszaniny zestawu 1B dodano w charakterze czynnika spieniającego 10 g PS-356.

Konsystencja duży stożek 17,8 cm

Całkowity ciężar mieszaniny i kubka 1469,6 g

Gęstość = 720,6 g/400 ml

Uwaga: Mieszanina jest stabilna i nie podlega rozdzieleniu.

Zestaw 2

Mieszaninę przygotowano jak dla zestawu 1, ale z 5,4 kg dodatkowej wody, by wytworzyć zawiesinę o gęstości 74%.

2A

Do mieszaniny zestawu 2 dodano zmodyfikowany eter celulozy w ilości 8,87% lub 1,88 g/kg cementu; oraz wodę zmniejszającą zawartość stabilizatora piany w ilości 8,87% lub 1,88 g/kg cementu; oraz 10 g PS-356

Konsystencja duży stożek 7,6 cm

Całkowity ciężar mieszaniny i kubka 1427,5 g

Gęstość = 678,5 g/400 ml

2B

Do mieszaniny 2A dodano 1,2 kg wody, aby uzyskać gęstość zawiesiny 72%.

Konsystencja duży stożek 15,9 cm

Całkowity ciężar mieszaniny i kubka 1421,2 g

Gęstość = 672,2 g/400 ml

Uwaga: zaobserwowano niewielki wyciek

Wyniki badania wytrzymałości na ściskanie i wyciekania dla powyższych przykładów przedstawiono poniżej w tablicy 1.

T a b l i c a 1

Próbka	Badanie wycieku (ml wody) (łącznie)	Wytrzymałość na ściskanie (MPa)
	po 4-5 h	3 dni	3 dni	28 dni
1A	22,5	50,5	0,26	2,39
1B	15	38	0,23	2,61
1C	3	12		1,69
2A	0	0	0,15	1,97
2B	3	3	0,12	1,76

Mieszanka 1A wykazuje typowe właściwości zawiesiny nieobrobionej. W tablicy 1 podano dużą wartość wycieku w mieszance 1C, prawie 90% oraz 80% zmniejszenia wycieku przy dodaniu czynnika spieniającego i stabilizatora piany odpowiednio po czasie 4-5 h i 3 dni. Mieszanka 2A zawiera połączenie czynnika zmniejszającego ilość wody, kilku stabilizatorów piany i czynnika spieniającego, która

PL 202 669 B1 zapewnia brak wycieku. Ponadto w tablicy 1 podano, że dla wszystkich mieszanin uzyskano możliwą do przyjęcia wytrzymałość na ściskanie.

P r z y k ł a d 2

Przeprowadzono trzy badania odpadów kopalnianych z czynnikiem spieniającym PS-356.

Wilgotność tych odpadów kopalnianych wynosi w przybliżeniu 14% masy ciał stałych przy konsystencji luźnego wilgotnego piasku, który ma konsystencję uszczelniającą i nie będzie płynął jak ciecz.

W badaniu nr 1 1000 g odpadów kopalnianych zmieszano z 0,25 g PS-356 w mieszarce Hobarta. W przybliżeniu po jednej minucie mieszania z materiału tego powstaje szlam, który może płynąć i nadaje się do pompowania. Przy dalszym mieszaniu gęstość mieszanki maleje, jak podano w tablicy 2 poniżej.

W badaniu nr 2 1000 g odpadów kopalnianych zmieszano z 0,1 g PS-356 w mieszarce Hobarta. W przybliż eniu po jednej minucie mieszania z materiał u tego powstaje szlam, który moż e pł ynąć i nadaje się do pompowania. Przy dalszym mieszaniu gęstość tej mieszanki zostaje zmniejszona, jak podano w tablicy 2 poniżej.

W badaniu nr 3 1000 g odpadów kopalnianych zmieszano z 0,05 g PS-356 w mieszarce Hobarta. W przybliżeniu po jednej minucie mieszania materiał ma konsystencję szlamu, który może płynąć i nadaje się do pompowania. Przy dalszym mieszaniu gęstość tej mieszanki zostaje zmniejszona, jak podano w tablicy 2 poniżej.

T a b l i c a 2

Czas mieszania (min)	PS-356 dawka 0,25 g	PS-356 dawka 0,1 g	PS-356 dawka 0,05 g
	Masa /400 ml	Masa/ml	Masa /400 ml	Masa /ml	Masa /400 ml	Masa /ml
0	856	2,14	856	2,14	856	2,14
1	427,6	1,818	560,5	1,4	637,1	1,59
2	407,8	1,019	508,4	1,27	645,9	1,61
3	358,7	0,896	502,6	1,25	665,4	1,66
4	323,1	0,807	503,8	1,26	nie badano	nie badano

Wyniki badań przedstawione w tablicy 2 wykazują, że dodanie domieszki spieniającej może przetworzyć materiał odpadowy o niewielkiej swobodnej zawartości wilgoci w materiał, który ma właściwości płynu po przetworzeniu w spienioną mieszaninę. Wynikowy materiał ma mniejszą gęstość i lepsze właściwości płynięcia niż oryginalny początkowy materiał wilgotnych odpadów kopalnianych.

Należy zauważyć, że przedmiotowy wynalazek nie ogranicza się do specyficznych opisanych powyżej przykładów realizacji, ale obejmuje zmiany, modyfikacje i równoważne wykonania zdefiniowane przez następujące zastrzeżenia patentowe.

Claims (11)

1. Sposób transportowania cząstek stałych, w którym dostarcza się cząstki stałe, dodaje się do nich, jeśli to konieczne, wodę w ilości niezbędnej do utworzenia konsystencji pasty, dodaje się środek spieniający do utworzenia mieszaniny hydraulicznej, miesza się tą mieszaninę do wytworzenia w niej piany, a następnie transportuje, znamienny tym, że wodę korzystnie dostarcza się razem z cząstkami stałymi i bez środka wiążącego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość wody w mieszaninie jest mniejsza niż około 50% w przeliczeniu na masę cząstek stałych i w ilości niezbędnej do utworzenia mieszaniny przynajmniej o konsystencji pasty.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek spieniający jest w postaci suchego proszku.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto do mieszaniny dodaje się środek stabilizujący pianę i miesza się wymienioną mieszaninę.

PL 202 669 B1

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że ponadto do mieszaniny dodaje się dyspergator zmniejszający ilość wody i miesza się tą mieszaninę.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek spieniający wybiera się z grupy obejmującej alkanolamidy, alkanolaminy, sulfoniany alkiloarylowe, kopolimery blokowe tlenek polietylenu/tlenek polipropylenu, etoksylany alkilofenolowe, karboksylany kwasów tłuszczowych, etoksylany kwasów tłuszczowych, sulfoniany kwasów tłuszczowych, siarczany kwasów tłuszczowych, surfakanty zawierające fluorowęglany, sulfoniany olefinowe, siarczany olefinowe, hydrolizowane proteiny oraz ich mieszaniny.

7. Sposób transportowania cząstek stałych, w którym dostarcza się cząstki stałe, dodaje się do nich, jeśli to konieczne, wodę w ilości niezbędnej do utworzenia konsystencji pasty, dodaje się nie pieniącego się środka spieniającego do utworzenia mieszaniny hydraulicznej, do tej mieszaniny dodaje się środek stabilizujący pianę, miesza się tą mieszaninę do utworzenia w niej piany, a następnie transportuje, znamienny tym, że wodę korzystnie dostarcza się razem z cząstkami stałymi, a środek spieniający wybiera się z grupy obejmującej alkanolamidy, alkanolaminy, sulfoniany alkiloarylowe, kopolimery blokowe tlenek polietylenu-tlenek polipropylenu, etoksylany alkilofenolowe, karboksylany kwasów tłuszczowych, etoksylany kwasów tłuszczowych, sulfoniany kwasów tłuszczowych, siarczany kwasów tłuszczowych, surfakanty zawierające fluorowęglany, sulfoniany olefinowe, siarczany olefinowe, hydrolizowane proteiny oraz ich mieszaniny, a środek stabilizujący pianę wybiera się z grupy obejmującej wstępnie żelatynizowane skrobie, etery celulozowe, tlenki polietylenu, bardzo drobnoziarniste gliny, naturalne żywice, poliakrylamidy, polimery karboksywinylowe, alkohole poliwinylowe, niepolarny materiał hydrofilowy, syntetyczne polielektrolity, opary krzemionkowe oraz ich mieszaniny, a mieszaninę transportuje się przy zastosowaniu przynajmniej jednego ze środków obejmujących pompowanie, przemieszczanie grawitacyjne pod ciśnieniem, lub transport grawitacyjny.

8. Sposób wydobywania i transportowania cząstek stałych, znamienny tym, że wydobywa się cząstki stałe z obszaru wydobycia, miesza się je ze środkiem spieniającym do utworzenia spienionej mieszaniny hydraulicznej nadającej się do transportowania, a następnie dodaje się do tej mieszaniny wodę i spoiwo, całość miesza się do utworzenia kompozycji hydraulicznej i transportuje się tą kompozycję do żądanego miejsca.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że dodatkowo dodaje się domieszkę.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że domieszkę wybiera się z grupy obejmującej środek stabilizujący pianę, dyspergatory zmniejszające ilość wody, środki modyfikujące właściwości reologiczne, przyspieszacze, inny dyspergator, oraz ich mieszaniny.

11. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że do mieszaniny dodaje się spoiwo w ilości większej niż 0% do około 30% w przeliczeniu na masę cząstek.