懸浮液的濃縮的制作方法

懸浮液的濃縮的制作方法
【專利摘要】將固體顆粒的含水懸浮液濃縮的方法，其包括步驟：將固體顆粒的含水懸浮液引入容器中，將至少一種有機(jī)聚合絮凝劑加入固體顆粒的含水懸浮液中，由此形成絮凝固體，使絮凝固體沉降以在容器的下端形成懸浮固體床，使固體床作為底流從容器中流出，其中將一部分固體床或底流作為再循環(huán)料流輸送至容器中的固體床內(nèi)或固體床上方，其中將活性劑加入再循環(huán)料流中的固體中，且其中活性劑選自由基試劑、氧化劑和還原劑組成的組。
【專利說明】懸浮液的濃縮
[0001]本發(fā)明涉及用于將懸浮液濃縮的改進(jìn)絮凝方法。特別地，可使絮凝固體沉降以形成懸浮固體床，其可作為底流除去。
[0002]已知通過使用絮凝劑將固體在含水液體中的懸浮液濃縮產(chǎn)生固體的絮凝，這促進(jìn)固體與液體的分離。在許多方法中，絮凝固體沉降以通過沉淀形成床。在其它方法中，分離可通過機(jī)械脫水促進(jìn)，例如在壓濾、離心中，通過帶式增稠器和帶式壓機(jī)。
[0003]加入懸浮液中的絮凝劑的類型通常取決于基質(zhì)。一般而言，懸浮液傾向于通過高分子量聚合物絮凝。其實(shí)例描述于關(guān)于礦物懸浮液如紅泥的絮凝的WO-A-9314852和US3975496中。關(guān)于高分子量聚合絮凝劑的其它公開內(nèi)容包括涉及污水處理生成的污泥的絮凝的US 6447687,W0-A-0216495和W0-A-02083258。已知有時(shí)加入其它化學(xué)添加劑以調(diào)整懸浮液。例如，可首先通過高電荷密度聚合凝結(jié)劑如聚DADMAC或無機(jī)凝結(jié)劑，包括氯化鐵使懸浮液凝結(jié)。
[0004]其它添加劑也用于懸浮液的調(diào)整中。例如，有時(shí)將過氧化物加入懸浮液如污水處理生成的污泥或包含有機(jī)材料的其它懸浮液中以除去還原劑，以便減少氣味、氣體形成或者防止腐敗。一般而言，傾向于加入過氧化物或氧化劑以除去懸浮液中所含的有害或不想要的物質(zhì)或者其它材料。
[0005]一般而言，加入的過氧化物的量?jī)H足以除去不想要的物質(zhì)和材料，且一般而言，過氧化物或其它氧化劑以較小的量包含在內(nèi)。
[0006]將過氧化物加入污水處理生成的污泥中的實(shí)例描述于JP56150481中。由于類似的原因，也可將過氧化物或氧化劑加入其它懸浮液中，包括處理挖出物以除去污染物，如US2003 121863和JP 10109100所述。JP 11156397描述了使用非離子和陰離子聚合物使泥漿絮凝的方法，其中將泥漿已經(jīng)用氧化劑預(yù)處理。
[0007]U.S.6733674描述了通過加入有效量的一種或多種纖維素酶和一種或多種氧化劑和一種或多種絮凝劑以形成在水中的混合物，將其凝結(jié)并絮凝，其后將固體與水分離而將淤泥脫水的方法。這些實(shí)施例似乎指示了在氧化劑添加與絮凝之間消逝的明顯時(shí)間。酶顯示出是存在的以將淤泥中包含的材料降解。
[0008]通常將懸浮液在重力增稠容器中濃縮。通常將懸浮液的連續(xù)流供入增稠器中并用絮凝劑處理。因此形成的絮凝固體沉降以形成固體底流和在上部的上清水液的床，并通常通過在水表面上的周邊槽從增稠容器中除去。通常，增稠容器具有圓錐形基底，使得底流可容易地從基底的中心除去。另外，旋轉(zhuǎn)耙?guī)椭琢鞴腆w的脫除。在重力增稠器中將懸浮液濃縮的典型方法描述于US4226714中。
[0009]可將各種懸浮液在重力增稠器中濃縮，包括有機(jī)固體的懸浮液，例如廢水、污水和污水處理生成的污泥。還通常使用重力增稠器將礦物懸浮液增稠或脫水。
[0010]在典型的礦物加工操作中，在含水方法中將固體廢物與包含資源價(jià)值的固體分離。固體廢物的含水懸浮液通常包含粘土和其它礦物，且通常稱為尾礦。這些固體通常通過在增稠器中通過絮凝方法濃縮并沉降以形成床。一般而言，理想的是從固體或床中除去盡可能多的水以得到較高密度的底流，并回收最大值的工藝水。通常將底流泵送至表面保持區(qū)域，通常稱為尾礦坑或壩中，或者作為選擇，可將底流通過例如真空過濾、壓濾或離心而進(jìn)一步機(jī)械脫水。
[0011]US 5685900描述了精選低亮度細(xì)粒度高嶺土以減少較高亮度高嶺土的選擇性絮凝方法。該方法涉及分級(jí)步驟以回收高嶺土部分，其中至少90重量％的顆粒為0.5 μπι以下。然后使回收的部分經(jīng)受漂白步驟以將有機(jī)脫色劑部分地漂白。將所得漿料使用高分子量陰離子聚丙烯酰胺或丙烯酸酯丙烯酰胺共聚物選擇性絮凝。該絮凝步驟形成高度富含污染物二氧化鈦的上清液相和不含二氧化鈦且包含脫色劑的絮凝粘土相。然后將絮凝物用氣態(tài)臭氧處理以將其余脫色有機(jī)物氧化以及破壞絮凝劑聚合物以使高嶺土恢復(fù)分散狀態(tài)。據(jù)說這通過使絮凝固體通過臭氧步驟，優(yōu)選使用高剪切泵實(shí)現(xiàn)。
[0012]WO 2004 071 989 和 US 2006 0131243 中做出了類似的公開。
[0013]WO 2005 021129公開了控制固體顆粒在液體內(nèi)的懸浮液的條件，包括將一種或多種刺激物應(yīng)用于懸浮液。在該公開內(nèi)容中，調(diào)整優(yōu)選是可逆的并涉及絮凝和/或凝結(jié)，其中顆粒間作用力可以是液體內(nèi)的固體顆粒之間的吸引力或推斥力。刺激物可以為一種或多種化學(xué)添加劑，并且可例如為刺激物敏感性聚電解質(zhì)，其可以以足夠的量吸收在懸浮顆粒的表面上以產(chǎn)生顆粒之間的空間或靜電推斥力。在一種情況下，聚電解質(zhì)可以在它基本不帶電的PH值下是基本不溶的，由此進(jìn)行懸浮液的絮凝。還描述了對(duì)溫度刺激做出響應(yīng)的聚電解質(zhì)。還參考通過將一種或多種刺激應(yīng)用于床而控制液體內(nèi)的固體顆粒床的固結(jié)的方法。各刺激物進(jìn)行在所述調(diào)整、應(yīng)用一種或多種刺激物以前的初始狀態(tài)與由所述一種或多種刺激物產(chǎn)生的調(diào)整狀態(tài)之間的可逆操作調(diào)整。所述方法產(chǎn)生某些固液分離活性的改進(jìn)。
[0014]JP 11-46541描述了在通過將顆粒吸收和交聯(lián)而形成絮凝物時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度以下加入顆粒懸浮液中的溫度敏感性親水性聚合物作為常規(guī)絮凝劑。將混合物加熱至轉(zhuǎn)變溫度以上，吸收的聚合物變成疏水性的并使懸浮顆粒疏水，并通過疏水相互作用形成絮凝物。此時(shí)施加合適的外部壓力，顆粒容易地再排列并通過顆粒的疏水性排除顆粒之間的水。
[0015]JP 2001 232104描述了類似于JP 11-46541，但使用改進(jìn)的溫度敏感性絮凝劑的方法，所述絮凝劑為與非離子聚合物相反的離子溫度敏感性聚合物，其吸收于懸浮顆粒上，并在聚合物在大約轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下變成疏水性的時(shí)，在離子基團(tuán)周圍存在強(qiáng)水合物層，但聚合物之間的水化層附著力受疏水相互作用阻礙。
[0016]Bertini, V.等人，Particulate Science and Technology (1991)，9 (3-4)，191-9描述了多官能聚合物在鈦礦物的pH可控絮凝中的用途。聚合物為包含兒茶酚官能和丙烯酸單元的自由基乙烯基共聚物。聚合物可通過改變PH而從絮凝至分散或惰性改變其作用，反之亦然。
[0017]pH或溫度敏感性絮凝劑的pH原則上提供對(duì)懸浮液的絮凝狀態(tài)的控制。然而，絮凝劑的選擇需要適于待絮凝的特定懸浮液或床，同時(shí)響應(yīng)于產(chǎn)生可逆操作調(diào)整的特定刺激物。在一些情況下，可能難以找到絮凝劑的正確選擇。
[0018]通常，一些水會(huì)夾帶在絮凝固體中，且該水通常難以釋放，因此保持在床中。盡管PH和溫度響應(yīng)性絮凝劑可幫助該問題，但通常難以實(shí)現(xiàn)對(duì)寬范圍基質(zhì)的滿意絮凝。
[0019]在涉及重力增稠器的方法中，理想地操作使得床具有能夠作為底流從增稠器中除去的盡可能高的固體。通常，限制因素是增稠器中的耙移動(dòng)沉淀固體的能力。因此，理想的是提供提高將固體與懸浮液分離和底流脫除的速率的方法。
[0020]WO 2007 082797描述了通過將有機(jī)聚合絮凝劑加入懸浮液中以形成絮凝固體而將固體顆粒的含水懸浮液濃縮的方法。絮凝固體沉降以變成更濃縮的懸浮液。將選自自由基試劑、氧化劑、酶和放射物中的任一種的試劑在加入有機(jī)聚合絮凝劑以前或者基本同時(shí)應(yīng)用于懸浮液，和/或有機(jī)聚合絮凝劑和試劑都加入相同容器中的懸浮液中。該方法產(chǎn)生濃縮懸浮液的屈服應(yīng)力的明顯降低，或者容許對(duì)于給定屈服應(yīng)力，濃縮懸浮液的固含量明顯提尚。
[0021]WO 2011/125047通過提供幾種用于引入試劑的手段中的至少一種而實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有方法相比的改進(jìn)。用于引入試劑的手段包括輸送試劑的一個(gè)或多個(gè)耙；通過引入試劑的容器頂部進(jìn)入的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管；在引入試劑的容器側(cè)壁中的一個(gè)或多個(gè)孔或者導(dǎo)管；引入試劑的容器的基底中的一個(gè)或多個(gè)孔或者導(dǎo)管；通過從容器的基底，優(yōu)選在容器的基底與泵之間輸送固結(jié)固體床的進(jìn)料管線中的一個(gè)或多個(gè)孔或者導(dǎo)管引入試劑；和引入試劑的一個(gè)或多個(gè)分布器。
[0022]在本申請(qǐng)的提交日期時(shí)未公開的歐洲專利申請(qǐng)11186439.3描述了通過引入至少一種有機(jī)聚合絮凝劑和試劑體系而使固體顆粒在含水介質(zhì)中的懸浮液濃縮的方法。該試劑體系包含:i)至少一種氧化劑；和ii)至少一種控制劑。它解釋了至少一種控制劑由iia)至少活化劑組分和/或iib)至少一種抑制劑組分組成，其中至少一種活化劑組分提高至少一種氧化劑的活性，且抑制劑組分降低活化劑組分的濃度或活性。該方法可提供氧化劑的更有效使用，因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮液濃縮的改進(jìn)控制。
[0023]然而，盡管先前參考文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)將固體懸浮液濃縮的方法。特別地，想要更一致地實(shí)現(xiàn)提高固含量和/或降低屈服應(yīng)力的改進(jìn)。另外，特別理想的是以化學(xué)添加劑中至少一種的更有效使用而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
[0024]本發(fā)明提供將固體顆粒的含水懸浮液濃縮的方法，所述方法包括步驟:
[0025]將固體顆粒的含水懸浮液引入容器中，
[0026]將至少一種有機(jī)聚合絮凝劑加入固體顆粒的含水懸浮液，由此形成絮凝固體，
[0027]使絮凝固體沉降以在容器的下端形成懸浮固體床，
[0028]使固體床作為底流從容器中流出，
[0029]其中一部分固體床或底流作為再循環(huán)料流輸送至容器中的固定床中或固定床上方，
[0030]其中將至少一種活性劑加入再循環(huán)料流中的固體中且其中至少一種活性劑選自由自由基試劑、氧化劑和還原劑組成的組。
[0031]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該方法的更有效操作和試劑的更有效消耗可通過在將再循環(huán)料流再引回容器中以前將試劑用于來自固結(jié)固體，或者來自懸浮固體床或底流的再循環(huán)料流中而實(shí)現(xiàn)。出乎意料地發(fā)現(xiàn)活性劑在容器中的整個(gè)固體上更好的分布會(huì)產(chǎn)生并可實(shí)現(xiàn)有效得多的試劑使用。
[0032]通過將活性劑結(jié)合到再循環(huán)料流中，懸浮固體和活性劑的混合物會(huì)傾向于分布于容器中的整個(gè)固結(jié)絮凝固體漿料中。相反，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將活性劑直接引入容器中時(shí)，存在沉降或沉降的絮凝材料排出或排斥任何輸入的活性劑的傾向。另外，發(fā)明人認(rèn)識(shí)到直接引入容器中的活性劑傾向于向容器頂部或者增稠器的混合區(qū)行進(jìn)。不受理論限制，發(fā)明人認(rèn)為將作用試劑(acting agent)直接加入容器中的這一有害影響可能是由于密度差，可能是所謂的瑞利-泰勒不穩(wěn)定性。
[0033]然而，無論什么是通過將活性劑直接加入容器中而導(dǎo)致該分離，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過將活性劑并入再循環(huán)料流中，令人驚訝的是基本上不存在活性成分與床內(nèi)正在沉降或已沉降的絮凝固體顆粒分離。因此，發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明方法中，更大比例的活性劑保持與正在沉降或已沉降的絮凝固體，包括懸浮固體床和底流一起。此外，更多的活性劑可分布于容器內(nèi)的整個(gè)正在沉降或沉降的絮凝固體中。
[0034]通常，本方法涉及脫水方法和增稠方法等。
[0035]在本方法中，使絮凝固體沉降以形成固結(jié)固體床，其也可稱為沉淀物。通常，本方法涉及在容器(其為重力增稠器)中沉淀并將沉淀物或床作為底流從容器的底部除去。
[0036]我們發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法更一貫地提供降低的屈服應(yīng)力或者對(duì)于給定屈服應(yīng)力提高的固體方面的顯著改進(jìn)。另外，可觀察到含水液體的釋放方面的顯著提高。
[0037]試劑作用于固結(jié)固體床的確切機(jī)制不完全理解。然而，顯然活性劑對(duì)懸浮固體床中的絮凝固體的作用似乎與未通過試劑如此處理的固體床相比提供改變的狀態(tài)。該處理看起來容許床中固體的進(jìn)一步固結(jié)使得作為底流從容器中除去的固體傾向于更加固結(jié)。顯示出絮凝劑與固體之間的化學(xué)相互作用可能由于活性劑的作用而永久性改變。還顯示出絮凝的結(jié)構(gòu)可能以使得固體占據(jù)更小體積的程度減少或消失。我們還發(fā)現(xiàn)通過活性劑的作用形成的更濃縮含水懸浮液可具有改進(jìn)的流動(dòng)特性。顯然對(duì)于給定固含量，該更加濃縮的含水懸浮液的屈服應(yīng)力可能明顯降低。此外，對(duì)于任何給定的屈服應(yīng)力值，可提高固含量。
[0038]在一個(gè)優(yōu)選形式中，活性劑產(chǎn)生由有機(jī)絮凝劑的作用形成的固體懸浮液的層或床的屈服應(yīng)力降低。更優(yōu)選，固體層或床應(yīng)在相同固含量而不加入活性劑的固體層的屈服應(yīng)力以下至少5%，通常至少10%，理想地至少20%，合適地至少30%。因此，活性劑理想地產(chǎn)生固結(jié)固體層或床的屈服應(yīng)力降低，它能夠?qū)崿F(xiàn)更高的固體和提高的底流脫除。優(yōu)選，屈服應(yīng)力的降低在相同固含量而不加入試劑的固體層的屈服應(yīng)力以下至少50%。各個(gè)優(yōu)選，屈服應(yīng)力的降低為至少60或70%，通常至少80或90%。
[0039]我們還發(fā)現(xiàn)屈服應(yīng)力可降至未絮凝的相同固含量且不加入活性劑的懸浮固體層或床的屈服應(yīng)力以下。先前存在的通常接受的觀點(diǎn)是固體在不存在絮凝下的沉淀會(huì)實(shí)現(xiàn)最低的屈服應(yīng)力。通常認(rèn)為涉及絮凝的方法總是會(huì)產(chǎn)生比不存在絮凝劑下更高的屈服應(yīng)力，因?yàn)樾跄齽?huì)傾向于保持沉淀的固體在結(jié)構(gòu)中，這傾向于提高屈服應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明引入活性劑的方法在實(shí)現(xiàn)該優(yōu)點(diǎn)上是特別有效的。
[0040]在本方法的一個(gè)優(yōu)選形式中，絮凝固體沉降形成床，并從懸浮液中釋放水，且其中我們發(fā)現(xiàn)通過本發(fā)明方法將活性劑引入懸浮固體床中產(chǎn)生從懸浮液中釋放的水方面的增加。因此，我們發(fā)現(xiàn)釋放的水的這一增加還伴隨固體的增加。
[0041]發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法通過重力沉淀增強(qiáng)了懸浮液的濃縮。就這點(diǎn)而言，分離的固體的固結(jié)速率提高。另外，濃縮相，即沉降或沉淀固體的可動(dòng)性可明顯改進(jìn)。
[0042]本發(fā)明活性劑選自由氧化劑、還原劑和自由基生成劑組成的組。
[0043]適當(dāng)?shù)?，氧化劑可選自高氯酸鹽、次氯酸鹽、過溴酸鹽、次溴酸鹽、高碘酸鹽、次碘酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽、過硫酸鹽、過乙酸鹽、臭氧和過氧化物。發(fā)現(xiàn)過氧化物、臭氧、次氯酸鹽、過乙酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽和過硫酸鹽的使用對(duì)氧化而言特別有效。
[0044]用于本發(fā)明中的優(yōu)選氧化劑為過氧化物和臭氧。特別優(yōu)選的過氧化物是過氧化氫。適當(dāng)?shù)兀^氧化氫為包含基于重量至少I %過氧化氫，典型地至少5%，通常至少10%，通常至少20%，優(yōu)選至少30%，50或60%或者更多的水溶液。當(dāng)使用臭氧時(shí)，它可作為氣體通過氣體的直接注射使用，但優(yōu)選臭氧為臭氧水的形式。通常，臭氧水具有至少0.1ppm,通常至少Ippm的濃度。臭氧水中的臭氧濃度可以為100ppm或者更多(基于每體積水的臭氧重量)，但有效的結(jié)果通常在較低濃度下得到，例如至多500ppm或者甚至至多l(xiāng)OOppm。實(shí)現(xiàn)水中特定臭氧濃度的能力通常取決于用于將臭氧與水結(jié)合的設(shè)備、水和臭氧的溫度和壓力。高濃度有時(shí)可在高度加壓系統(tǒng)中，尤其是在較低溫度下實(shí)現(xiàn)。通常，濃度為5-50ppm，例如 10_40ppm，尤其是 20_30ppm。
[0045]發(fā)現(xiàn)臭氧氣體直接應(yīng)用于再循環(huán)料流中也比將臭氧氣體直接注入容器的懸浮液中更可實(shí)現(xiàn)且更有效。
[0046]至少一種氧化劑的量根據(jù)具體工藝條件、基質(zhì)和絮凝劑的類型變化。氧化劑優(yōu)選應(yīng)以基于含水懸浮液的體積，基于試劑重量至少Ippm量的劑量引入。氧化劑可能在例如1-1Oppm的低含量下是有效的。一般而言，氧化劑以至少10ppm的量加入，在一些情況下，可以基于固體顆粒的含水懸浮液的體積基于氧化劑的重量為至少lOOOppm。在一些情況下，理想的是可加入明顯更高水平的氧化劑，例如40，000或50，OOOppm或者更高。有效的劑量通常為 150-20，OOOppm，尤其是 1000-15，OOOppm。
[0047]當(dāng)活性劑為還原劑時(shí)，它可例如為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、亞磷酸鹽、次磷酸鹽和含磷酸等。這些可作為銨或者堿金屬鹽，例如鈉或鉀鹽提供。
[0048]自由基試劑的添加，我們意指就地形成或產(chǎn)生自由基的任何物質(zhì)的包含。合適的自由基試劑包括選自由硫酸亞鐵銨、硝酸鈰銨等組成的組的化合物。此外，作為氧化劑或還原劑列出的化合物中的任一種也可認(rèn)為是自由基試劑。
[0049]至少一種還原劑或至少一種自由基試劑的量理想地可以在與上述氧化劑相同的范圍內(nèi)。
[0050]理想的是還可使用至少一種活性劑作為試劑體系的一部分，如歐洲專利申請(qǐng)11186439.3所述。在這種情況下，試劑體系包含i)至少一種氧化劑作為至少一種活性劑；和ii)至少一種控制劑。該至少一種控制劑應(yīng)由iia)至少一種活化劑組分和/或iib)至少一種抑制劑組分組成，其中至少一種活化劑組分提高氧化劑的活性，且抑制劑組分降低活化劑組分的濃度或活性。
[0051]該試劑體系可涉及:
[0052]I)在絮凝的固體顆粒沉降以前加入懸浮液中的至少一種活化劑組分和加入再循環(huán)料流中的至少一種氧化劑；或者
[0053]2)加入再循環(huán)料流中的至少一種活化劑組分和加入再循環(huán)料流中的至少一種氧化劑；或者
[0054]3)在絮凝的固體顆粒沉降以前加入懸浮液中的至少一種抑制劑組分，并將至少一種氧化劑加入再循環(huán)料流中；或者
[0055]4)加入再循環(huán)料流中的至少一種抑制劑組分和加入再循環(huán)料流中的至少一種氧化劑；或者
[0056]5)至少一種活化劑組分以不會(huì)提高氧化劑活性的濃度(C2)存在于懸浮液中，且所述濃度(C2)在會(huì)提高氧化劑活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍以上；并且將至少一種抑制劑組分在絮凝的固體顆粒沉降以前以足以使活化劑組分的濃度降至有效濃度或濃度(Cl)的范圍內(nèi)的劑量加入懸浮液中；并且將至少一種氧化劑加入再循環(huán)料流中；或者
[0057]6)至少一種活化劑組分以不會(huì)提高氧化劑活性的濃度(C2)存在于懸浮液中，且所述濃度(C2)在會(huì)提高氧化劑活性的有效濃度或濃度(Cl)的范圍以上；并且將至少一種抑制劑組分以足以使活化劑組分的濃度降至有效濃度或濃度(Cl)的范圍內(nèi)的劑量加入再循環(huán)料流中；并且將至少一種氧化劑加入再循環(huán)料流中。
[0058]當(dāng)控制劑包含至少一種活化劑組分時(shí)，活化劑組分可以為提高氧化劑活性的任何實(shí)體。在本發(fā)明范圍內(nèi)，活化劑組分還包括提高氧化劑活性的材料的前體或者可轉(zhuǎn)化成提高氧化劑活性的材料的材料。通常，活化劑組分可與氧化劑相互作用以形成氧化基。合適地，與氧化劑不加入活化劑組分而形成相比，這些氧化基為比的更快的速率和/或提供提高的氧化基濃度。
[0059]活化劑組分的典型劑量可基于固體的含水懸浮液的體積基于活化劑的重量為
0.lppm。優(yōu)選活化劑組分以至少Ippm或至少1ppm量的劑量引入?；罨瘎┙M分可在例如1-1Oppm的低水平下是有效的。作為選擇，活化劑組分適當(dāng)?shù)乜稍诶?-1OOppm的水平下是有效的。在其它情況下，活化劑組分可以以至少10ppm的量加入，在一些情況下，可基于含水懸浮液的體積為至少lOOOppm。在一些情況下，理想的是可加入顯著更高水平的活化劑組分，例如40，000或50，OOOppm或者更高。有效劑量通常為150-20，OOOppm,尤其是1000-15, OOOppm0
[0060]優(yōu)選至少一種控制劑的活化劑組分選自由鐵(II)離子(Fe2+)(亞鐵離子)、鐵(III)離子(Fe3+)(正鐵離子)、鐵(IV)離子(Fe4+)(高鐵離子)和銅(II)離子(Cu2+)(銅離子)組成的組。通常，鐵(II)、鐵(III)、鐵(IV)或銅(II)離子可以各離子的合適鹽的形式使用。這類鹽可例如為硫酸鐵(II)、硝酸鐵(II)、磷酸鐵(II)、氯化鐵(II)、硫酸鐵
(III)、硝酸鐵(III)、磷酸鐵(III)、氯化鐵(III)、硫酸鐵(IV)、硝酸鐵(IV)、磷酸鐵(IV)、氯化鐵(IV)、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、磷酸銅(II)、氯化銅(II)。各離子傾向于與氧化劑相互作用以更快地產(chǎn)生合適的反應(yīng)性基團(tuán)，由此加速氧化劑的作用。例如，鐵(II)離子和銅(II)離子傾向于與過氧化物相互作用以促進(jìn)過氧羥基(籲00H)和羥基(籲0H)的快速形成，后者為極有力的氧化劑。
[0061]理想的是可使用不同活化劑組分全部的組合或者釋放合適活化劑組分的化合物的組合。例如，高氧化態(tài)的化合物可與含銅(I)化合物組合使用以產(chǎn)生銅(II)化合物。例如，氯化鐵可與氯化銅(I)組合使用，由此產(chǎn)生氯化亞鐵和氯化銅?？梢詾榛罨瘎┙M分的前體或者可轉(zhuǎn)化成活化劑組分的這類化合物在本發(fā)明意義內(nèi)也被認(rèn)為是活化劑組分。
[0062]當(dāng)至少一種控制劑包含至少一種抑制劑組分時(shí)，抑制劑組分可以為降低至少一種活化劑組分的濃度或活性的任何材料或其它實(shí)體。合適地，抑制劑組分可包括選自由如下物質(zhì)組成的組中至少一種的材料:
[0063]a)自由基猝滅劑，
[0064]b)螯合劑；和
[0065]c)促進(jìn)副和減活(配合物)物種形成的金屬鹽。
[0066]自由基猝滅劑傾向于為從它們存在于其中的環(huán)境中除去自由基的化合物。合適地，自由基猝滅劑包括化合物如亞硫酸氫鈉。自由基猝滅劑傾向于例如通過俘獲氧化劑，例如作為自由基而降低活化劑組分的作用。
[0067]螯合劑可包括能夠螯合或隔離活化組分如金屬離子的任何化合物。合適的螯合劑包括EDTA(乙二胺四乙酸或其鹽，例如四鈉鹽)；乙二胺；DTPA(二亞乙基三胺五乙酸或其鹽，例如五鈉鹽)；HEDPA(羥基亞乙基二膦酸或其鹽，例如四鈉鹽)；NIL(次氮基三乙酸或其鹽，例如三鈉鹽)；ATMP(氨基三亞甲基膦酸或其鹽，例如六鈉鹽)；EDTMPA(乙二胺四亞甲基膦酸或其鹽，例如八鈉鹽)；DTPMPA( 二亞乙基三胺五亞甲基膦酸或其鹽，例如十鈉鹽)；PBTCA(2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸或其鹽，例如五鈉鹽)；多元醇磷酸酯；2-羥基膦基羧酸或其鹽，例如二鈉鹽；和BHMTPMPA(雙(六亞甲基三胺五(亞甲基膦酸))或其鹽，例如十鈉鹽)。
[0068]在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，將再循環(huán)料流從懸浮固體床中取出。它可從固體床內(nèi)的任何地方，但優(yōu)選從進(jìn)行進(jìn)一步固結(jié)的床部分中取出。通常，這可以在床的下部60%中，通常在床的下半部分中。還理想的是可將再循環(huán)料流從恰在容器出口以上，例如在容器最低點(diǎn)以上不高于2m、容器最低點(diǎn)以上不高于Im或者容器最低點(diǎn)以上不高于50cm從床中取出。
[0069]在一個(gè)可選實(shí)施方案中，再循環(huán)料流可從輸送底流的導(dǎo)管(底流導(dǎo)管)中從容器中取出。通常，底流導(dǎo)管可以為管道或其它通道流動(dòng)管線，例如通道。底流導(dǎo)管可具有泵以幫助底流的輸送。理想的是可將再循環(huán)料流在底流達(dá)到泵以前，即在泵與容器出口之間從底流導(dǎo)管中取出。作為選擇，理想的是可將再循環(huán)料流在泵以后從底流導(dǎo)管中取出。這可在泵以后的任何階段，但通常在泵的附近。例如，再循環(huán)料流可在泵的5m內(nèi)，通常在泵的3m內(nèi)，通常在泵的2m內(nèi)從底流導(dǎo)管中取出。
[0070]再循環(huán)料流應(yīng)通常在合適的導(dǎo)管如管道中。從床或底流中提取的懸浮固體可能需要一些推進(jìn)工具，例如泵。
[0071]活性劑可在任何階段引入再循環(huán)料流內(nèi)。它可作為氣體或液體，但通常作為氣體，通常作為包含活性劑的含水液體加入。理想的是可將活性劑混入再循環(huán)料流中的固體中。該混合可以是置于輸送再循環(huán)料流的導(dǎo)管內(nèi)的機(jī)械混合裝置，例如泵或靜態(tài)混合器。該混合也可通過將活性劑在壓力下引入以促進(jìn)分布而實(shí)現(xiàn)。作為選擇，活性劑在整個(gè)再循環(huán)料流的固體中的任何混合或分布可通過自然流動(dòng)或者再循環(huán)料流流動(dòng)或沿著導(dǎo)管泵送時(shí)產(chǎn)生的湍流實(shí)現(xiàn)。
[0072]一般而言，可將再循環(huán)料流供入容器中的懸浮固體床內(nèi)或以上，通常供入沉降絮凝固體層內(nèi)。合適地，如果再循環(huán)料流進(jìn)入容器中的懸浮固體床以上，則可將它供入沉降的絮凝固體層中。通常，該層會(huì)固結(jié)以變成懸浮固體床。再循環(huán)料流加入容器中的一個(gè)合適加入點(diǎn)為基本在懸浮固體床與沉降絮凝固體層之間的界面上。
[0073]理想地，引入容器中的引入點(diǎn)處的再循環(huán)料流密度比引入再循環(huán)料流的容器中懸浮固體的密度大不多于10%且低不少于10%。合適地，引入的再循環(huán)料流的密度可比引入再循環(huán)料流的點(diǎn)處的容器中的懸浮固體密度大不多于5%且低少于5%。更理想地，這可以為大3 %或低3 %內(nèi)，通常為基本相同密度。這通常是將再循環(huán)料流從容器中的懸浮固體床中取出并返回固體床與沉降絮凝固體層之間的界面的情況。
[0074]作為選擇，理想的是引入容器中的引入點(diǎn)處的再循環(huán)料流密度可大于引入再循環(huán)料流的容器中的懸浮固體密度。合適地，再循環(huán)料流可具有比引入再循環(huán)料流的點(diǎn)處的容器中懸浮固體密度大5%，通常大10%，在一些情況下，大20%或大50%的密度。通常，這可在將再循環(huán)料流從底流中取出時(shí)發(fā)生。
[0075]還理想的是引入容器中的引入點(diǎn)處再循環(huán)料流的粘度可小于引入再循環(huán)料流的懸浮固體的粘度。此外，再循環(huán)料流的屈服應(yīng)力可小于引入再循環(huán)料流的容器中懸浮固體的屈服應(yīng)力。
[0076]一般而言本發(fā)明方法提供從層或床中釋放的水的提高且提高的層或床的固體還伴隨屈服應(yīng)力的降低。優(yōu)選，我們發(fā)現(xiàn)層或床的屈服應(yīng)力小于絮凝固體不暴露于活性劑下的當(dāng)量固含量下的層或床。
[0077]已知一般而言，懸浮固體通常不加入絮凝劑而沉降。絮凝劑產(chǎn)生固體的橋聯(lián)絮凝并提高固體沉降形成床的速率。因此，在常規(guī)重力增稠情形中，改進(jìn)的自由沉降速率和初始?jí)簩?shí)通過使用聚合絮凝劑和任選凝結(jié)劑實(shí)現(xiàn)。在該方法中，各個(gè)固體顆粒傾向于聚集在一起以形成具有更有利的密度:表面積比的聚集體。這些聚集體可沉降形成壓實(shí)的床，水可通過向上滲濾而從其中進(jìn)一步除去。這樣，床經(jīng)延長(zhǎng)的時(shí)間日益提高固含量直至達(dá)到床中所需的固體濃度并可除去床中的材料。
[0078]不幸的是，一般而言，常規(guī)方法中絮凝沉降固體的屈服應(yīng)力傾向于明顯高于在不存在絮凝劑下的沉降固體。這傾向于使耙和泵送的脫除方法日益更加困難。另一方面，在不存在絮凝劑下使懸浮液濃縮是不可行的，因?yàn)檫@會(huì)耗費(fèi)極長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是在依賴于自由沉降的重力增稠器中。
[0079]在本發(fā)明方法中，我們發(fā)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)更快的壓實(shí)相。另外，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法傾向于由于通過活性劑處理而產(chǎn)生固體層或床的明顯降低的粘度或屈服應(yīng)力。特別地，我們發(fā)現(xiàn)屈服應(yīng)力不僅低于不存在試劑下的相同方法，而且屈服應(yīng)力可與在不存在下絮凝劑下的沉降固體一樣低或者更低。在一些情況下，我們發(fā)現(xiàn)該方法產(chǎn)生具有顯著低于在不存在絮凝劑下的沉降固體的屈服應(yīng)力的固體層或床。沉降固體的這一出乎意料的性能促進(jìn)固體底流脫除的容易性，同時(shí)，確保固體的快速沉降。此外，優(yōu)選該方法通過使固結(jié)床的固含量提高至明顯高于在不存在試劑下設(shè)備可耐受的。就這點(diǎn)而言，固結(jié)床仍可在設(shè)備的最大屈服應(yīng)力下操作，但其中固含量明顯高于不具有活性劑的方法中的床。
[0080]固體層，包括沉降床的屈服應(yīng)力根據(jù)基質(zhì)而變化。通常，常規(guī)設(shè)備可耐受的沉降床的最大屈服應(yīng)力通常不多于250Pa。在現(xiàn)有設(shè)備的能力內(nèi)，不可能使用常規(guī)方法提高固體，因?yàn)榍?yīng)力會(huì)太高。發(fā)現(xiàn)使用活性劑的本發(fā)明方法使屈服應(yīng)力降低至少10%，通常至少50%，在一些情況下，80或90%或者更高。另一方面，可使根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的層或床的固含量提高至少1%、至少2%或至少5% (除非另外說明，百分?jǐn)?shù)提高意指相對(duì)百分?jǐn)?shù)提高)，有時(shí)多于10%而不超過設(shè)備可耐受的最大屈服應(yīng)力。在一些情況下，與通過相同方法但在不存在活性劑下得到的具有相同屈服應(yīng)力的層或床相比，可使固體提高達(dá)15或20%或者更多。
[0081]可以以可接受的屈服應(yīng)力實(shí)現(xiàn)的實(shí)際重量％底流固體取決于懸浮固體的組分和粒度以及沉降設(shè)備的年齡和混合而相當(dāng)?shù)刈兓Ｋ梢詾榧s12% (通常佛羅里達(dá)磷酸鹽泥)，但通常為約20-50 %。
[0082]屈服應(yīng)力通過Brookfield R/S SST流變儀在25°C的環(huán)境實(shí)驗(yàn)室溫度下使用RHEOV2.7軟件程序以可控剪切速率模式測(cè)量。葉輪心軸(50_25葉片，3:1容器尺寸)以120個(gè)0.025rpm的相同步長(zhǎng)提高旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生提高剪切速率的累進(jìn)應(yīng)用。
[0083]屈服應(yīng)力定義為剪切開始以前的最大剪切應(yīng)力。
[0084]屈服應(yīng)力通過以>0.ll/s的剪切速率的4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的線性回歸，隨后計(jì)算剪切速率=O的Tau軸截距(Pa)而計(jì)算。
[0085]本發(fā)明適用于其中通過在容器中重力沉淀而將固體與懸浮液分離的任何固液分離行為。特別優(yōu)選的方法涉及使懸浮液經(jīng)受在重力增稠器中絮凝。在該方法中，固體形成濃縮固體的壓實(shí)層，其通常明顯高于不存在活性劑下的。
[0086]由該方法產(chǎn)生的固體床可形成底流，所述底流通常從容器中除去。在許多情況下，固體床形成底流，然后將所述底流轉(zhuǎn)移至處置區(qū)中。作為選擇，可將底流轉(zhuǎn)移至進(jìn)一步加工階段如過濾中。進(jìn)一步加工階段通常為進(jìn)一步礦物加工階段，例如過濾或礦物價(jià)值的進(jìn)一步提取。
[0087]如先前所述，本發(fā)明通常適用于涉及在容器中重力沉淀的固液分離方法。因此，懸浮液可包含有機(jī)材料，包括例如污水處理生成的污泥，或者來自發(fā)酵方法的微孔材料。懸浮液也可以為纖維素材料的懸浮液，例如來自造紙方法的淤泥。優(yōu)選，懸浮液為包含礦物顆粒的含水懸浮液。
[0088]顆粒的含水懸浮液包含紅泥或者來自金屬萃取、煤、油砂、礦物砂或者其它采礦或礦物加工操作的尾料。
[0089]在本發(fā)明更優(yōu)選的方面，本方法涉及處理由采礦礦物加工和其它采礦廢料，例如由碳基工業(yè)如煤和瀝青砂產(chǎn)生的含水懸浮液，其包含礦物顆粒，尤其是粘土的懸浮液。因此，在該方法的這一優(yōu)選方面，含水懸浮液衍生自礦物或能量加工操作和/或尾料基質(zhì)。能量加工操作，我們優(yōu)選意指其中基質(zhì)涉及用作燃料的材料分離的方法。
[0090]本方法的特別優(yōu)選方面涉及選自采礦和精煉操作的懸浮液，其來自由鋁土礦、賤金屬、貴金屬、鐵、鎳、煤、礦物砂、油砂、瓷土、金剛石和鈾組成的組。
[0091]優(yōu)選，懸浮液中的懸浮固體應(yīng)至少90重量％大于0.5 μπι。通常，懸浮顆粒至少90重量％為至少0.75 μ m，優(yōu)選至少90重量％為至少I或2μπι。通常，懸浮顆粒至少90重量％具有至多2mm的粒度，通常至少90重量％在0.5 μπι以上至2mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選，懸浮顆粒至少90重量％為至多1mm，或者更優(yōu)選至少90重量％為至多750 μ m，尤其是至少90重量％在I或2μπι至I或2mm的范圍內(nèi)。
[0092]懸浮液通常包含至少5重量％懸浮固體顆粒，且可包含30%或者更高。優(yōu)選懸浮液包含至少0.25%，更優(yōu)選至少0.5%。通常，懸浮液包含1-20重量％懸浮固體。
[0093]合適的有機(jī)聚合絮凝劑的劑量為5-10，000克/公噸材料固體。一般而言，合適的劑量可根據(jù)特定材料和材料固含量變化。優(yōu)選的劑量為10-3，000克/公噸，尤其是10-1000克/公噸，而更優(yōu)選的劑量為60至200或400克/公噸。
[0094]聚合物水溶液可以以任何合適的濃度加入。理想的是可使用較濃的溶液，例如基于聚合物的重量達(dá)10%或更多。但通常理想的是聚合物溶液以較低濃度加入以使由聚合物溶液的高粘度產(chǎn)生的問題最小化并促進(jìn)聚合物在整個(gè)懸浮液中的分布。聚合物溶液可以以較稀釋的濃度加入，例如0.01重量％聚合物。典型地，聚合物溶液通常以0.05-5重量％聚合物的濃度使用。優(yōu)選聚合物濃度為0.1 %至2或3%。更優(yōu)選濃度為0.25%至約I或
1.5%。作為選擇，有機(jī)聚合絮凝劑可以以干顆粒的形式或者代替地作為反相乳液或分散體加入懸浮液中。干聚合物顆粒會(huì)溶于含水懸浮液中，且反相乳液或分散體應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成含水懸浮液，聚合物然后會(huì)溶于其中。
[0095]本發(fā)明方法顯示出改進(jìn)的沉淀速率。發(fā)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)2-30米/小時(shí)的沉淀速率。另夕卜，我們發(fā)現(xiàn)，該方法能夠?qū)⒋笥?9重量％的懸浮固體從懸浮液中除去。另外，該方法能賦予與在不存在試劑下操作的常規(guī)方法相比大于10重量％的固體沉淀物濃度的提高。更優(yōu)選得到與最好的常規(guī)方法相比降低的沉淀物屈服應(yīng)力。
[0096]有機(jī)聚合絮凝劑可包括高分子量聚合物，其為陽離子、非離子、陰離子或兩性的。通常，如果聚合物為合成的，則它應(yīng)顯示出至少4dl/g的本征粘度。但優(yōu)選，聚合物具有明顯更高的本征粘度。例如，本征粘度可以為25或30dl/g或者更高。通常，本征粘度為至少7，通常至少10或12dl/g，并且可以為18或20dl/g。
[0097]聚合物的本征粘度可如下測(cè)定:制備基于聚合物的活性物含量的聚合物水溶液(0.5-1 % w/w) ο將2g的該0.5-1%聚合物溶液在量瓶中用50ml的緩沖至pH 7.0(使用
1.56g磷酸二氫鈉和32.26g磷酸氫二鈉每升去離子水)的2M氯化鈉溶液稀釋至100ml，并將總體用去離子水稀釋至10ml標(biāo)記。在25°C下在IM緩沖鹽溶液中使用I號(hào)氣承液柱粘度計(jì)測(cè)量聚合物的本征粘度。
[0098]作為選擇，有機(jī)聚合絮凝劑可以為天然聚合物或半天然聚合物。典型的天然或半天然聚合物包括多糖。這包括陽離子淀粉、陰離子淀粉、兩性淀粉、脫乙酰殼多糖。
[0099]一類優(yōu)選的聚合物包括例如多糖，例如淀粉、瓜耳膠或葡聚糖，或者半天然聚合物，例如羧甲基纖維素或羥乙基纖維素。
[0100]一類優(yōu)選的合成聚合物包括聚醚，例如聚氧化烯。通常，這些是聚合物骨架中具有氧化烯重復(fù)單元的聚合物。特別合適的聚氧化烯包括聚氧化乙烯和聚氧化丙烯。一般而言，這些聚合物具有至少500，000，通常至少1，000，000的分子量。聚醚的分子量可以為15，000, 000 或 20，000, 000 或者更高。
[0101]另一類優(yōu)選的合成聚合物包括乙烯基加成聚合物。這些聚合物由烯屬不飽和水溶性單體或單體混合物形成。
[0102]水溶性聚合物可以為陽離子、非離子、兩性或陰離子的。聚合物可由任何合適的水溶性單體形成。通常，水溶性單體具有在25°C下在水中至少5g/100cc的溶解度。特別優(yōu)選的陰離子聚合物由選自烯屬不飽和羧酸和磺酸單體，優(yōu)選選自(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸及其鹽的單體，任選與優(yōu)選選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非離子共聚單體組合形成。尤其優(yōu)選的聚合物包括丙烯酸的均聚物或其鹽、丙烯酰胺的均聚物以及丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物或其鹽。
[0103]優(yōu)選的非離子聚合物由選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的烯屬不飽和單體形成。
[0104]優(yōu)選的陽離子聚合物由選自(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯-甲基氯化物、(DMAEA.MeCl)季銨鹽、二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)、三甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物(ATPAC)的烯屬不飽和單體，任選與優(yōu)選選自(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯和N-乙烯基吡咯烷酮的非離子共聚單體組合形成。
[0105]在本發(fā)明中，聚合物可通過任何合適的聚合方法形成。聚合物可例如通過溶液聚合、油包水懸浮液聚合或者通過油包水乳液聚合而作為凝膠聚合物制備。當(dāng)通過溶液聚合制備凝膠聚合物時(shí)，通常將引發(fā)劑引入單體溶液中。
[0106]任選，可包含熱引發(fā)劑體系。通常，熱引發(fā)劑包括在升高的溫度下釋放自由基的任何合適的引發(fā)劑化合物，例如偶氮化合物，例如偶氮雙-異丁腈。聚合期間的溫度應(yīng)提高至至少70°C，但優(yōu)選95°C以下。作為選擇，聚合可通過照射(紫外線、微波能、熱等)，任選還使用合適的輻射引發(fā)劑進(jìn)行。當(dāng)聚合完成并使聚合物凝膠充分冷卻時(shí)，可將凝膠以標(biāo)準(zhǔn)方式如下加工:首先將凝膠粉碎成較小的片，干燥成基本脫水聚合物，其后研磨成粉末。
[0107]這類聚合物凝膠可通過如上所述合適的聚合技術(shù)，例如通過照射制備?？筛鶕?jù)需要將凝膠切碎成合適的尺寸，然后在應(yīng)用時(shí)作為部分水化的水溶性聚合物顆粒與材料混入口 ο
[0108]聚合物可通過懸浮聚合作為珠?；蛘咄ㄟ^油包水乳液聚合作為油包水乳液或分散體制備，例如根據(jù)EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A-126528定義的方法。
[0109]作為選擇，水溶性聚合物可作為在含水介質(zhì)中的分散體提供。這可例如為至少20 μπι的聚合物顆粒在包含均衡劑的含水介質(zhì)中的分散體，如ΕΡ-Α-170394中給出的。這還可例如包括通過使含水單體在包含溶解的低IV聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化銨以及任選其它溶解材料如電解質(zhì)和/或多羥基化合物如聚亞烷基二醇的含水介質(zhì)的存在下聚合而制備的聚合物顆粒的水分散體，如WO-A-9831749或WO-A-9831748中給出的。
[0110]水溶性聚合物的水溶液通常通過將聚合物溶于水中或者通過將聚合物的更濃溶液稀釋而得到。一般而言，將固體顆粒聚合物，例如粉末或珠粒的形式，溶于水中并隨著攪拌使其溶解。這可使用常規(guī)組成設(shè)備實(shí)現(xiàn)。理想地，聚合物溶液可使用BASF提供的AutoJet Wet(商標(biāo))制備。作為選擇，聚合物可以以反相乳液或分散體的形式提供，然后可將其轉(zhuǎn)化到水中。
實(shí)施例
[0111]在中試增稠器試驗(yàn)中評(píng)估活性劑在“漿料形式添加”中與在“水形式添加”中的應(yīng)用相比的優(yōu)點(diǎn)
[0112]I中試規(guī)模增稠器
[0113]動(dòng)力增稠器試驗(yàn)工作使用50L中試增稠器進(jìn)行，所述增稠器具有四個(gè)“水平”耙臂，各個(gè)臂包含兩個(gè)葉片，兩個(gè)耙臂安裝有支柱以幫助脫水，以及與置于增稠器頂部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的中心耙軸，其產(chǎn)生l_3rpm的耙速。
[0114]2實(shí)驗(yàn)參數(shù)
[0115]2.1絮凝劑進(jìn)料
[0116]所用絮凝劑為市售的陰離子、高分子量丙烯酸/丙烯酰胺基共聚物。在其應(yīng)用以前將它在蒸餾水中水化并稀釋至約0.015% w/w的最終濃度。
[0117]使用標(biāo)準(zhǔn)蠕動(dòng)泵將絮凝劑作為溶液應(yīng)用于增稠器進(jìn)料口中。典型的流速為40-80mL/分鐘。應(yīng)用的絮凝劑的劑量為約60克/噸干固體。
[0118]2.2漿料進(jìn)料
[0119]所用漿料為瓷土。所用瓷土具有11-13 ym(D:0，63)的粒度。漿料的pH為約5，且固含量在3% w/w的范圍內(nèi)。
[0120]使用通常以200-250L/小時(shí)操作的螺桿泵控制漿料進(jìn)料速率。
[0121]2.3底流抽送、取樣和表征
[0122]使用蠕動(dòng)泵以8-12L/小時(shí)的流速將所得底流從增稠器中抽出。
[0123]取出約250mL底流試樣并在流變?cè)u(píng)估以前經(jīng)受最小剪切。
[0124]瓷土楽料的密度(g/cm3)使用密度計(jì)(Anton Par DMA 35η)測(cè)定。真固含量(％w/w)通過將試樣在80°C下烘干12小時(shí)而測(cè)定。
[0125]材料的流變通過用具有圓柱幾何的小模型(高度=50mm，直徑=50mm)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)坍塌試驗(yàn)而評(píng)估，其中采取“幅度”(坍塌直徑一坍塌試樣的最終直徑)為材料的屈服應(yīng)力的間接指示。注意到坍塌直徑(幅度)的降低表示屈服應(yīng)力的提高，反之亦然。
[0126]坍塌試驗(yàn)是評(píng)估懸浮固體的屈服應(yīng)力的簡(jiǎn)單、具有時(shí)效性、低成本且有力的方法。它廣泛用于膠結(jié)工業(yè)中以測(cè)定新混凝土的“可使用性”以及采礦工業(yè)中以監(jiān)控和測(cè)定漿料的流變(Boger, D.V.，Rheology and the Resource Industries，Chemical EngineeringScience，第 64 卷，2009，第 4525-4536 頁(yè))。
[0127]2.4氧化劑和應(yīng)用方法
[0128]工作中所用氧化劑為在水中5% w/w濃度的過氧化氫。
[0129]2.4.1水形式添加
[0130]使用泵將5% w/w的過氧化氫直接加入裝置的側(cè)壁中。
[0131]2.4.2漿料形式添加
[0132]借助泵以約1Ml/分鐘取出在底流泵以前，位于容器的排料圓錐處的小底流料流。將5% w/w的過氧化氫應(yīng)用于泵以后的管道，加入流動(dòng)漿料中。然后將所得流動(dòng)底流漿料加過氧化氫加入裝置的側(cè)壁中(圖3)。
[0133]3中試增稠方法:分批，其后連續(xù)操作
[0134]分批增稠意指使中試增稠器無底流釋放地運(yùn)行直至發(fā)展的固結(jié)床實(shí)現(xiàn)給定深度(或高度)。實(shí)驗(yàn)涉及將漿料和絮凝劑溶液連續(xù)供入預(yù)先用水填充的增稠器進(jìn)料口中。底流排出點(diǎn)在將絮凝進(jìn)料引入系統(tǒng)中的整個(gè)時(shí)間中保持關(guān)閉。絮凝劑/漿料調(diào)整在進(jìn)料口內(nèi)進(jìn)行，形成自由沉降到增稠器底部的聚集體(絮凝物)。保持恒定轉(zhuǎn)速的耙?guī)椭奂w的固結(jié)和脫水，同時(shí)床發(fā)展。自由水排放到溢流中。
[0135]當(dāng)產(chǎn)生所需床深度時(shí)，底流泵起動(dòng)并繼續(xù)將處理的進(jìn)料漿料引入系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)的這一部分稱為連續(xù)增稠操作。
[0136]此后，將底流二次抽樣，并立即提交用于坍塌試驗(yàn)、漿料比密度和隨后干固含量測(cè)定。
[0137]在試驗(yàn)工作期間，在不同的時(shí)刻使用兩種不同的氧化劑(過氧化氫)應(yīng)用方法并與不使用它們得到的結(jié)果相比較。
[0138]4 結(jié)果
[0139]由中試試驗(yàn)得到的底流密度和它相關(guān)的流變性能(坍塌直徑)以時(shí)間表顯示于圖1中。
[0140]實(shí)驗(yàn)的第一部分不將氧化劑加入裝置中而進(jìn)行，稱為參比。觀察到當(dāng)實(shí)現(xiàn)方法的穩(wěn)態(tài)時(shí)，得到具有約1，142g/cm3(相當(dāng)于約20，5% w/w固體)的密度與約200mm的相關(guān)流變(通過坍塌直徑測(cè)定)的底流。
[0141]其后，將氧化劑(以5% w/w溶液的過氧化氫)以約10ppm的劑量率(水形式添加)直接加入裝置的側(cè)壁中。結(jié)果通過使坍塌直徑提高至約270_而清楚地顯示氧化劑對(duì)絮凝材料的流變性能的影響(坍塌直徑越高，屈服應(yīng)力越低)。然而，還觀察到底流密度與不使用它得到的底流密度相比輕微降低(降至約1，136g/cm3)。底流密度的這一輕微降低(約0，6% )涉及由過氧化氫溶液(水形式)過多地將水加入床中而產(chǎn)生的溶解效應(yīng)。
[0142]另外，在實(shí)驗(yàn)期間觀察到相當(dāng)部分的過氧化氫溶液流向容器的上部，流向混合區(qū)以及流向溢流(圖2)。該效應(yīng)是過氧化氫溶液的密度(類似于水密度)與壓實(shí)材料的密度(約1，142g/cm3)之間的密度差的結(jié)果，稱為瑞利-泰勒不穩(wěn)定性。
[0143]另外，觀察到當(dāng)應(yīng)用方法改成漿料形式添加時(shí)，底流的流變性能(坍塌直徑)保持相對(duì)恒定，然而，底流密度提高至稍微高于不使用氧化劑而得到的那些的值(約1，143g/cm3)。該結(jié)果意指通過將再循環(huán)料流用氧化劑摻雜，通過使用漿料作為氧化劑的載體的方法，使溶解效應(yīng)最小化和/或避免溶解效應(yīng)。
[0144]另外，使氧化劑的向上流(如圖2所述)，瑞利-泰勒不穩(wěn)定性最小化，并使它在容器內(nèi)的整個(gè)沉降絮凝固體中的分布最大化。
【權(quán)利要求】
1.將固體顆粒的含水懸浮液濃縮的方法，其包括步驟: 將固體顆粒的含水懸浮液引入容器中， 將至少一種有機(jī)聚合絮凝劑加入固體顆粒的含水懸浮液中，由此形成絮凝固體， 使絮凝固體沉降以在容器的下端形成懸浮固體床， 使固體床作為底流從容器中流出， 其中一部分固體床或底流作為再循環(huán)料流轉(zhuǎn)移至容器中的固體床中或者固體床上方， 其中將活性劑加入再循環(huán)料流中的固體中，且其中活性劑選自由自由基試劑、氧化劑和還原劑組成的組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中活性劑選自由過氧化物、臭氧、次氯酸鹽、過乙酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽和過硫酸鹽組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中在引入容器中的點(diǎn)處的再循環(huán)料流的密度比再循環(huán)料流引入其中的懸浮固體的密度大不多于10%且低不少于10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中在引入容器中的點(diǎn)處的再循環(huán)料流的密度大于再循環(huán)料流引入其中的懸浮固體的密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4的方法，其中引入容器中的點(diǎn)處的再循環(huán)料流的粘度小于再循環(huán)料流引入其中的懸浮固體的粘度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中再循環(huán)料流從底流中提取。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中容器為重力增稠器。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中固體顆粒的含水懸浮液包含礦物顆粒。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中顆粒的含水懸浮液包含紅泥或者來自金屬萃取、煤、油砂、礦物砂或者其它采礦或礦物加工操作的尾料。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中有機(jī)聚合絮凝劑為非離子或陰離子聚合物，其為具有至少4dl/g的本征粘度的合成聚合物，或天然聚合物。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中有機(jī)聚合絮凝劑選自由丙烯酸的均聚物或其鹽、丙烯酰胺的均聚物以及丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物或其鹽組成的組。
【文檔編號(hào)】C02F1/70GK104507876SQ201380040304
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】A·博格, S·阿德金斯 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司