РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИИ ОСТАТКА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РУДЫ
REGULATION OF RHEOLOGY OF METAL ORE RESIDUE

6
Данное изобретение относится к способу получения водной минеральной суспензии из водного остатка металлической руды, в который введен полимер (P) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящейся в интервале от 100000 до 3x10 г/моль, полученный радикальной полимеризацией по меньшей мере одного анионного мономера (M). Данное изобретение также относится к полученной суспензии, вязкость по Брукфильду которой составляет более чем 2000 мПа.с, или напряжение пластического течения которой составляет более чем 40 Па.
Способ в соответствии с данным изобретением применяют в процессе горнорудного производства, затрагивающего месторождение по меньшей мере одного минерала. Эти методы горнорудного производства обычно делают возможным получение по меньшей мере одного применимого металла из металлической руды. Металлическая руда также содержит остаток этой металлической руды. Методы горнорудного производства обычно выполняют с применением воды в качестве среды для обработки или перемещения содержащихся твердых веществ. Поэтому, остаток металлической руды является обычно водным остатком металлической руды. Он может также являться шламом остатка металлической руды. Он может также являться илистым остатком руды.
В соответствии с данным изобретением, водный остаток металлической руды соответственно образуется от по меньшей мере одной стадии, на которой пригодный для применения металл или производное пригодного для применения металла отделяют от металлической руды, в особенности металлической руды, произведенной выемкой.
В соответствии с данным изобретением, фракция применимой металлической руды является металлом или несколькими металлами или производным металла или производным нескольких металлов.
При применении способа получения в соответствии с данным изобретением, основная стадия состоит из добавления по меньшей мере одного полимера (P) к водному остатку металлической руды. Эта стадия поэтому относится к обработке остатка металлической руды. Она не относится к обработке применимой металлической руды. Эту стадию поэтому обычно применяют в методе горнорудного производства, включающем различные стадии для обработки металлической руды и различные стадии для обработки остатка металлической руды.
В типичном случае методы горнорудного производства включают несколько стадий для обработки металлической руды, несколько стадий для обработки пригодного для применения металла или для обработки производного пригодного для применения металла, а также несколько стадий для обработки остатка металлической руды.
Метод горнорудного производства в типичном случае включает одну или несколько из следующих стадий:
- дробление металлической руды,
- измельчение металлической руды, в особенности сухое измельчение или влажное измельчение, обычно в воде,
- разделение, в особенности посредством флотации, пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла и остатка металлической руды, в особенности водного остатка,
- очистка или обогащение пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла, в особенности посредством флотации,
- концентрирование остатка металлической руды, например посредством фильтрации, посредством осаждения, посредством действия силы тяжести, посредством применения сгустителя, посредством флокуляции,
- частичное разделение водного остатка металлической руды и части воды,
- перемещение водного остатка металлической руды,
- сохранение водного остатка металлической руды.
Имеются известные способы получения водной минеральной суспензии из водного остатка металлической руды, в частности, способы, применимые для обработки, перемещения или сохранения такого остатка.
Документ EP 1976613 относится к концентрированию водной суспензии твердотельных частиц посредством добавления органического флокулирующего полимера и агента, выбранного из группы, содержащей радикальные агенты, окислители, энзимы, и облучения.
Документ WO 00-43317 раскрывает применение соединения с модифицированной вязкостью в сгуститель шлама, во время которого это соединение введено в сгуститель особым образом.
Документ WO 2017-097799 раскрывает способ для обработки водного сточного потока, образованного от операций разработки месторождения нефтеносных песков, который включает добавление сульфированного диспергирующего агента и затем добавление флокулирующего агента.
Документ GB 1414964 относится к способу дефлокулирования материала в виде частиц, который состоит из добавления coполимера или водорастворимого производного винилового coполимера к раствору материала в виде частиц.
Для того, чтобы способствовать их обработке, известные суспензии обычно имеют пониженное содержание твердых веществ. Фактически, добавление воды может способствовать более низкой вязкости или более низкому напряжению пластического течения этих суспензий.
Однако, добавление воды приводит к проблемам, которые связаны с водопотреблением, потреблением энергии, или даже проблемам с образованием и сохранением водных остатков металлической руды.
Поэтому важно иметь способы получения водной минеральной суспензии из водного остатка металлической руды, имеющего высокое содержание твердых веществ.
Также важно иметь такие способы, которые делают возможным получение стабильных суспензий, в особенности при высоком содержании твердых веществ. Таким же образом, важно иметь такие способы, которые делают возможным получение суспензий, которые являются стабильными и в которых содержащиеся частицы твердых веществ имеют распределение частиц по размеру, которое является сравнительно крупнодисперсным или не является очень равномерным.
Важно быть в состоянии контролировать вязкость водных минеральных суспензий, полученных в качестве производных от горнорудного производства, в особенности, чтобы облегчить их закачивание, перемешивание или перемещение.
Контролирование вязкости водных минеральных суспензий, полученных из производного от горнорудного производства, является поэтому весьма важным, особенно для их хранения. Фактически, условия для хранения шламов или водных минеральных суспензий, полученных из производного от горнорудного производства, могут зависеть от многих факторов, как физических, так и химических.
Поэтому концентрация, реологическое поведение и, в особенности, вязкость, напряжение пластического течения, угол наклона, должны быть контролируемыми.
Если эти параметры не контролируются достаточным образом, хранение в прудах может быть нарушено, и эти пруды могут представлять риски неконтролируемого растекания. Поэтому необходимо быть в состоянии уплотнять водные остатки руды, в особенности на выходе сгустителя, наряду с контролированием их реологии. Эти остатки могут затем быть сохранены более эффективным и безопасным образом в прудах, в частности, посредством штабелирования последовательных слоев уплотненного остатка. Штабелирование остатка в виде последовательных слоев с подходящим уклоном делает возможным увеличение срока эксплуатации прудов для хранения, которые обычно имеют ограниченные площади поверхности.
Кроме того, совместимость с различными компонентами водных минеральных суспензий, полученных из водного остатка металлической руды, является также важным свойством, чтобы определять, в особенности совместимость с флокулирующим агентом, который может быть применен, чтобы обрабатывать водный остаток металлической руды, в особенности совместимость с полиакриламидом или производным полиакриламида.
Также важно иметь возможность контролировать поведение водных минеральных суспензий, полученных из водного остатка металлической руды, для того, чтобы избежать проблем с оборудованием для обработки, сохранения или перемещения. Несомненно, это оборудование может быть повреждено, заклинено или засорено, если имеет место отклонение или потеря контроля вязкости или напряжения пластического течения минеральной суспензии, полученной из водного остатка металлической руды.
Также важно иметь способы контролирования вязкости водных минеральных суспензий, в которых этот контроль достигается посредством воздействия на водную фазу без значительного изменения или нарушения флокуляции минеральных частиц.
Поэтому имеется потребность в улучшенных способах получения водной минеральной суспензии из водного остатка металлической руды.
Способ в соответствии с данным изобретением предлагает решение для всех или части проблем, по отношению к способам, применяемым в известном уровне техники, чтобы получить водную минеральную суспензию из водного остатка металлической руды.
Таким образом, данное изобретение предоставляет способ получения водной минеральной суспензии с содержанием  сухих твердых веществ, которое составляет более чем 40% по массе суспензии, имеющей по меньшей мере одно свойство, выбранное из:
- вязкости по Брукфильду, измеренной при 100 об/мин и при 25°C, более чем 2000 мПа.с;
- напряжения пластического течения, измеренного при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми сдвиговыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки, более чем 40 Па; и
- вязкости по Брукфильду, измеренную при 100 об/мин и при 25°C, более чем 2000 мПа.с, и напряжения пластического течения, измеренного при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки, более чем 40 Па;
6
включающий добавление, в водный остаток металлической руды, по меньшей мере одного полимера (P) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящейся в интервале от 100000 до 3x10 г/моль, полученного посредством по меньшей мере одной реакции радикальной полимеризации, при температуре более чем 50°C, и выбранного среди:
- полимера (P1), полученного в прямой эмульсии из:
(a) по меньшей мере одного анионного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты;
(b) по меньшей мере одного сложного эфира кислоты, выбранной из акриловой кислоты, метакриловой кислоты;
II
III
I
II
в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из персульфата аммония, персульфата щелочного металла и их комбинаций или их соответствующих комбинаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu, и их смесей;
- полимера (P2), полученного в обратной эмульсии из:
(a) по меньшей мере одного анионного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей;
(c) по меньшей мере одного соединения, выбранного из акриламида, производного акриламида, соли производного акриламида и их комбинаций;
II
III
I
II
в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из персульфата аммония, персульфата щелочного металла и их комбинаций или их соответствующих комбинаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu, и их смесей.
Способ в соответствии с данным изобретением поэтому делает возможным контролирование существенно важных свойств подготовленной водной суспензии. Этот способ делает возможным контролирование как вязкости по Брукфильду, так и напряжения пластического течения подготовленной суспензии.
В соответствии с данным изобретением, вязкость по Брукфильду измеряют при 100 об/мин и при 25°C, например, при применении реометра Brookfield DV3T. Вязкость по Брукфильду подготовленной суспензии составляет более чем 2000 мПа.с. Предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, которая имеет вязкость более чем 2500 мПа.с, более предпочтительно более чем 3000 мПа.с или более чем 4000 мПа.с. Также предпочтительно в соответствии с данным изобретением, вязкость полученной суспензии составляет менее чем 10000 мПа.с, более предпочтительно менее чем 8000 мПа.с или менее чем 7000 мПа.с.
Также предпочтительно в соответствии с данным изобретением, вязкость полученной суспензии находится в интервале от 1800 мПа.с до 10000, 8000 или 7000 мПа.с или от 2000 мПа.с до 10000, 8000 или 7000 мПа.с или от 2500 мПа.с до 10000, 8000 или 7000 мПа.с или даже от 3000 мПа.с до 10000, 8000 или 7000 мПа.с или даже от 4000 мПа.с до 10000, 8000 или 7000 мПа.с.
Особенно выгодным образом, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным контролирование, в особенности увеличение, напряжения пластического течения водного остатка металлической руды по сравнению с напряжением пластического течения водного остатка металлической руды, который не содержит какого-либо полимера (P).
В соответствии с данным изобретением, напряжение пластического течения, который характеризует гидравлическое сопротивление, измеряют на примере водной минеральной суспензии, в особенности, водного остатка металлической руды. Напряжение пластического течения является сдвигающим таким образом, что он должен быть применен к суспензии, чтобы вызвать ее протекание. Если сдвигающее усилие является недостаточным, суспензия деформируется эластичным образом, тогда как, если сдвигающее усилие является достаточным, суспензия может протекать подобно жидкости.
В соответствии с данным изобретением, напряжение пластического течения, выраженный в паскалях (Па), измеряют при температуре 25°C при применении реометра Brookfield DV3T с прикладываемыми сдвиговыми напряжениями, снабженным подходящим шпинделем с лопастями. Без нарушения нижележащей структуры, лопастной шпиндель погружали в материал вплоть до первой метки погружения. После времени выдержки в течение пяти минут, измерение выполняли без предварительного смещения при скорости 0,5 об/мин. Эта относительно низкая скорость является предпочтительной для того, чтобы минимизировать инерционное воздействие лопастного шпинделя. Изменение в скручивающей нагрузки, измеренное посредством данного прибора, для того, чтобы поддерживать скорость вращения 0,5 об/мин, отслеживали на протяжении соответствующего времени. Величина предела потока или напряжения пластического течения водного остатка указана прибором, когда его изменение является нулевым.
В соответствии с данным изобретением, напряжение пластического течения измеряют при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми сдвиговыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки. Напряжение пластического течения подготовленной суспензии составляет более чем 40 Па.
Предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, которая имеет напряжение пластического течения более чем 80 Па или более чем 100 Па, предпочтительно более чем 150 Па или более чем 200 Па или более чем 300 Па.
Также предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, которая имеет напряжение пластического течения менее чем 700 Па или менее чем 500 Па, предпочтительно менее чем 450 Па или менее чем 400 Па.
Также предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, которая имеет напряжение пластического течения более чем 80 Па или более чем 100 Па, предпочтительно более чем 150 Па или более чем 200 Па или более чем 300 Па, и менее чем 700 Па или менее чем 500 Па, предпочтительно менее чем 450 Па или менее чем 400 Па.
Более предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, которая имеет напряжение пластического течения, находящийся в интервале от 40 Па до 700, 500, 450 или 400 Па или от 80 Па до 700, 500, 450 или 400 Па или от 100 Па до 700, 500, 450 или 400 Па или от 150 Па до 700, 500, 450 или 400 Па или даже от 200 Па до 700, 500, 450 или 400 Па или от 300 Па до 700, 500, 450 или 400 Па.
Способ в соответствии с данным изобретением делает возможным контролирование реологии подготовленной суспензии в отношении содержания твердых веществ более чем 40% по массе суспензии. Предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, имеющей содержание твердых веществ более чем 50% по массе или 55% по массе. Более предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, имеющей содержание твердых веществ более чем 60% по массе или более чем 65% по массе. Еще более предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии, имеющей содержание твердых веществ более чем 70% по массе или более чем 75% по массе.
В соответствии с данным изобретением, количество применяемого полимера (P) может варьироваться довольно широким образом. Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полученная суспензия содержит от 0,01 до 2% по массе или от 0,01 до 1,8% или от 0,01 до 1,5% полимера (P) (сухое вещество/сухое вещество относительно остатка руды). Более предпочтительно, полученная суспензия содержит от 0,01 до 1,2% или от 0,01 до 1% или от 0,02 до 0,8% или от 0,03 до 0,5% или от 0,04 до 0,25% или от 0,04 до 0,15% по массе полимера (P) (сухое вещество/сухое вещество относительно остатка руды).
Способ в соответствии с данным изобретением может применять один или несколько полимеров (P). Предпочтительно, суспензия, полученная таким образом, содержит один, два или три различных полимера (P). Способ в соответствии с данным изобретением может также включать дополнительное добавление по меньшей мере одного соединения, выбранного из загущающего производного полимера природного или синтетического, минерального или органического происхождения (альгината, гуаровой смолы, ксантановой камеди, модифицированных производных целлюлозы, немодифицированных производных целлюлозы, крахмалов, модифицированных крахмалов), или минерального происхождения (бентонита, лапонита, глин), немодифицированного полисахарида и полисахарида.
Способ в соответствии с данным изобретением включает добавление по меньшей мере одного полимера (P) к водному остатку минеральной руды. Предпочтительно, металлическая руда не является алюминиевой рудой. Также предпочтительно в соответствии с данным изобретением, металлическая руда выбрана из руд лития, стронция, лантаноидов, актиноидов, урана, редкоземельных элементов, титана, циркония, ванадия, ниобия, хрома, молибдена, вольфрама, марганца, железа, кобальта, родия, иридия, никеля, палладия, платины, меди, серебра, золота, цинка, кадмия, олова и свинца. Более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, металлическая руда выбрана из руд урана, молибдена, марганца, железа, кобальта, никеля, меди, серебра и золота. Еще более предпочтительно, она является медной рудой. Она также может являться производным от нескольких пригодных для применения металлов, содержащих медь, цинк и кобальт.
В соответствии с данным изобретением, металлическая руда содержит по меньшей мере один применимый металл или по меньшей мере производное одного применимого металла, полученное посредством отделения всего или части остатка от металлической руды. Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, металлическая руда содержит оксид металла, сульфид металла или карбонат металла.
В соответствии с данным изобретением, остаток металлической руды может содержать определенное остаточное количество металла. В частности, остаток металлической руды может содержать остаточное количество металла менее чем 2000 г на тонну (сухое вещество/сухое вещество) по отношению к количеству остатка металлической руды. Это количество металла в остатке металлической руды может типично находиться в интервале от 10 до 2000 г на тонну (сухое вещество/сухое вещество) или от 10 до 1000 г на тонну (сухое вещество/сухое вещество), по отношению к количеству остатка металлической руды.
При применении способа в соответствии с данным изобретением, полимер (P) может быть добавлен во время одной или нескольких стадий в процессе горнорудного производства, в особенности во время одной или нескольких стадий обработки остатка металлической руды, таких как закачивание, флоккулирование, концентрирование, перемещение или сохранение остатка металлической руды, в особенности водного остатка металлической руды.
В соответствии с данным изобретением, во время стадии концентрирования водного остатка металлической руды в соответствии с данным изобретением, концентрация водного остатка металлической руды является значительно увеличенной. Предпочтительно, концентрация водного остатка металлической руды увеличена от 10 до 40% по массе или от 20 до 40% по массе или от 10 до 50% по массе или от 20 до 50% по массе. Также предпочтительно, концентрация водного остатка металлической руды увеличена от 10 до 70% по массе или от 20 до 70% по массе или от 10 до 60% по массе или от 20 до 60% по массе.
Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют:
- перед стадией закачивания водного остатка металлической руды, в особенности при применении насоса, выбранного из центробежного насоса, перистальтического насоса, поршневого насоса прямого вытеснения, водяного насоса, насоса для нагнетания воздуха, диафрагменного воздушного насоса, ротационного насоса; или
- во время стадии закачивания водного остатка металлической руды, в особенности при применении центробежного насоса или поршневого насоса прямого вытеснения; или
- после стадии закачивания водного остатка металлической руды, в особенности при применении центробежного насоса или поршневого насоса прямого вытеснения; или
- после стадии концентрирования водного остатка металлической руды, например, при применении по меньшей мере одного устройства, выбранного из сгустителя, сгустителя высокой степени сжатия, или посредством денсиметического концентрирования или посредством гравиметрического концентрирования; или
- перед стадией перемещения водного остатка металлической руды, в особенности перемещения при применении открытой трубы, закрытой трубы или трубопровода;
- перед стадией сохранения водного остатка металлической руды;
- во время стадии сохранения водного остатка металлической руды.
Более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют:
- перед стадией закачивания водного остатка металлической руды, в особенности при применении насоса, выбранного из центробежного насоса, перистальтического насоса, поршневого насоса прямого вытеснения; или
- после стадии закачивания водного остатка металлической руды, в особенности при применении центробежного насоса или поршневого насоса прямого вытеснения; или
- после стадии концентрирования водного остатка металлической руды, например, при применении по меньшей мере одного устройства, выбранного из сгустителя, сгустителя высокой степени сжатия, или посредством денсиметического концентрирования или посредством гравиметрического концентрирования; или
- перед стадией перемещения водного остатка металлической руды, в особенности перемещения при применении закрытой трубы или трубопровода;
- перед стадией сохранения водного остатка металлической руды.
6
6
6
Предпочтительно, полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением, имеет молекулярную массу Mw, измеренную посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящуюся в интервале от 200000 г/моль до 2,5.10 г/моль, более предпочтительно находящуюся в интервале от 250000 г/моль до 2,2.10 г/моль или от 400000 г/моль до 2,2.10 г/моль. Полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением, не является поэтому флоккулирующим агентом.
В соответствии с данным изобретением, молекулярную массу Mw coполимеров определяют посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ). Этот метод применяет аппарат для жидкостной (водной) хроматографии, снабженный детектором показателя преломления воды. Этот аппарат для жидкостной хроматографии снабжен стерической эксклюзионной колонной для того, чтобы разделять исследуемые сополимеры с различными молекулярными массами:
- изократический насос Waters 515,
- автоматический пробоотборник Waters 717 Plus,
- печь для 4 колонок, с контролированием температуры детектором Waters 2414 RI (показатель преломления),
- защитная колонна: Agilent PLgel, 20 мкм, MiniMIX-A, длиной 50 мм и с внутренним диаметром 4,6 мм,
- аналитические колонны: 20 мкм Agilent PLgel, MiniMIX-A, длиной 250 мм и диаметром 4,6 мм, и 10 мкм Agilent PLgel, MiniMIX-B, длиной 250 мм и с внутренним диаметром 4,6 мм,
- компьютер и программное обеспечение ConSenxus hs NTeqGPC V 5.1.5,
- 0,2 мкм пористые шприцевые фильтры.
Применяемыми аналитическими продуктами являются тетрагидрофуран для высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) и набор эталонов поли(метилметакрилата), поставленных Agilent (Polymer Lab), EasiVial PMMA (4 мл), артикульный номер PL2020-0200, интервал молекулярной массы: от 500 до 1,5.106 г/моль (Mpeak).
Аналитические параметры являются следующими:
1/мобильная фаза: свободный от ингибитора тетрагидрофуран (степени чистоты для HPLC),
2/готовность к расходу при ожидании 0,1 мл/мин расходу при анализе 0,3 мл/мин,
3/температуры колоночного термостата 35°C и внутренняя температура 35°C для детектора RI (показателя преломления),
4/5 мг/мл предварительного инжектирования образцов твердотельного полимера в мобильную фазу,
5/объем инжектирования 100 мкл на контур на автоматический пробоотборник,
6/время анализа 30 мин,
7/калибровка в соответствии со стадиями:
- анализ стандартного набора,
- корректирование внутреннего стандарта (отрицательный водный пик) измерение Vp для каждого анализа, (Vp=пик для удерживаемого объема),
- вычисление узкой кривой стандартной калибровки (молекулярная масса Mw по отношению к удерживаемому объему), при выборе наилучшей кривой, построенной по точкам.
Способ в соответствии с данным изобретением применяет по меньшей мере один специальный полимер (P), в особенности полимер (P1) или полимер (P2), полученный посредством реакции радикальной полимеризации при температуре, находящейся в интервале от 50°C до 98°C, предпочтительно от 50°C до 95°C или от 50°C до 85°C. Более высокая температура, в особенности выше 100°C, может быть применена посредством регулирования давления реакционной среды, чтобы предотвращать испарение.
Предпочтительно, в соответствии с данным изобретением, полимер (P) может быть получен посредством по меньшей мере одной реакции радикальной эмульсионной полимеризации или посредством по меньшей мере одной реакции радикальной обратной эмульсионной полимеризации. Во время реакции радикальной полимеризации, одно или несколько поверхностно-активных соединений могут быть применены, особенно одно или несколько неионогенных поверхностно-активных соединений.
В соответствии с данным изобретением, полимер (P1) получают в прямой эмульсии из:
(a) по меньшей мере одного анионного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты;
(b) по меньшей мере одного сложного эфира кислоты, выбранной из акриловой кислоты, метакриловой кислоты;
II
III
I
II
в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из персульфата аммония, персульфата щелочного металла и их комбинаций или их соответствующих комбинаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu, и их смесей.Предпочтительно, эта реакция полимеризации не применяет пероксид бензоила.
Предпочтительно, в соответствии с данным изобретением, полимер (P1) получают в воде, самой по себе или в комбинации с органическим растворителем. Более предпочтительно, в соответствии с данным изобретением, полимер (P1) получают в одной лишь воде.
В соответствии с данным изобретением, полимер (P2) получают в обратной эмульсии из:
(a) по меньшей мере одного анионного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей;
(c) по меньшей мере одного соединения, выбранного из акриламида, производного акриламида, соли производного акриламида и их комбинаций;
II
III
I
II
в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из персульфата аммония, персульфата щелочного металла и их комбинаций или их соответствующих комбинаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu, и их смесей.
Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P2) получают в органическом растворителе, предпочтительно в углеводородном растворителе, в особенности, в углеводородной нефтяной фракции.
Преимущественно, в соответствии с данным изобретением, полимер (P2) полностью или частично нейтрализован, в особенности в конце реакции полимеризации.
Полимер (P2) в соответствии с данным изобретением может быть нейтрализован, в частности, во время реакции полимеризации или в конце реакции полимеризации. Полимер в соответствии с данным изобретением может быть полностью или частично нейтрализован. В соответствии с данным изобретением, нейтрализацию полимера выполняют посредством нейтрализации или образования соли всех или части групп карбоновой кислоты, присутствующей в полимере.
4
4
Предпочтительно, эту нейтрализацию выполняют при применении основания, например, при применении производного щелочного металла или производного щелочноземельного металла. Предпочтительные основания выбраны из NaOH, KOH, NHOH, моноизпропиламина, триэтаноламина, триизопропиламина, 2-амино-2-метил-1-пропанола (AMP), триэтиламина, диэтиламина, моноэтиламина. Особенно предпочтительно, нейтрализацию выполняют при применении NaOH, KOH, NHOH, единственных или в комбинации.
В соответствии с данным изобретением, реакция полимеризации применяет по меньшей мере один анионный мономер (a) содержит по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей. Предпочтительно анионный мономер (a), содержащий по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность, содержит одну или две группы карбоновой кислоты, особенно единственную группу карбоновой кислоты. Более предпочтительно, она выбрана из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, соли акриловой кислоты, соли метакриловой кислоты и их смесей, еще более предпочтительно из акриловой кислоты.
При получении полимера (P1), предпочтительным мономером (a) является метакриловая кислота. При получении полимера (P2), предпочтительным мономером (a) является акриловая кислота.
В дополнение к мономерам (a) и (b) или (c), реакция получения полимера (P) может также применять один или несколько других мономеров. Предпочтительно, реакция полимеризации может в таком случае также применять по меньшей мере один мономер, выбранный из:
(d) по меньшей мере одного соединения, выбранного из 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, 2-сульфоэтилметакрилата, металлилсульфоната натрия, стиролсульфоната, их солей и их комбинаций или
(e) по меньшей мере одного соединения формулы (I):
1
2
m
n
R-(EO)-(PO)-R
(I)
где:
- m и n, идентичные или различные, независимым образом представляют 0 или целое число или десятичное число менее чем 150, m или n являются отличными от 0,
2
2
- EO представляет группу CHCHO,
3
2
2
3
- PO независимым образом представляет группу, выбранную среди CH(CH)CHO и CHCH(CH)O,
1
- R представляет группу, содержащую по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность, предпочтительно группу, выбранную из акрилата, метакрилата, акрилуретана, метакрилуретана, винила, аллила, металлила и изопропенила, более предпочтительно метакрилатную группу,
2
6
40
8
30
6
40
8
30
- R представляет неразветвленную, разветвленную или циклическую, насыщенную, ненасыщенную или ароматическую углеводородную группу, содержащую от 6 до 40 атомогв углерода, предпочтительно неразветвленную или разветвленную C-C алкильную группу, предпочтительно неразветвленную или разветвленную C-C алкильную группу, C-C арильную группу, предпочтительно C-C арильную группу, такую как тристерилфенильная группа; или
(f) по меньшей мере одного мономера, выбранного из:
- полиалкиленгликольакрилата, предпочтительно полиэтиленгликольакрилата или полиэтилен-полипропиленгликольакрилата,
- полиалкиленгликольметакрилата, предпочтительно полиэтиленгликольметакрилата или полиэтилен-полипропиленгликольметакрилата,
- аллилполиалкиленгликоля, предпочтительно аллилполиэтиленгликоля или аллилполиэтилен-полипропиленгликоля,
- металлилполиалкиленгликоля, предпочтительно металлилполиэтиленгликоля или металлилполиэтилен-полипропиленгликоля,
- 3-метил-3-бутен-1-илполиалкиленгликоля, предпочтительно 3-метил-3-бутен-1-илполиэтиленгликоля или 3-метил-3-бутен-1-илполиэтиленполипропиленгликоля; или
(g) по меньшей мере одного мономера, образующего поперечные связи или по меньшей мере одного мономера, содержащего по меньшей мере две олефиновых ненасыщенности.
Предпочтительно, полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением, является несульфированным полимером.
Способ получения в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии водного остатка металлической руды, содержащей по меньшей мере один полимер (P), который обладает особенно выгодными свойствами, в особенности реологическими свойствами, которые являются особенно выгодными.
Таким образом, данное изобретение также предоставляет водную минеральную суспензию с содержанием твердых веществ, которое составляет более чем 40% по массе суспензии, имеющую по меньшей мере одно свойство, выбранное среди:
- вязкости по Брукфильду, измеренной при 100 об/мин и при 25°C, более чем 2000 мПа.с;
- напряжения пластического течения, измеренного при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми сдвиговыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки, более чем 40 Па; и
- вязкости по Брукфильду, измеренную при 100 об/мин и при 25°C, более чем 2000 мПа.с, и напряжения пластического течения, измеренного при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки, более чем 40 Па;
6
содержащую водный остаток металлической руды, и по меньшей мере один полимер (P) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящейся в интервале от 100000 до 3x10 г/моль, полученный посредством по меньшей мере одной реакции радикальной полимеризации, при температуре более чем 50°C, и выбранный среди:
- полимера (P1), полученного в прямой эмульсии из:
(a) по меньшей мере одного анионного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты;
(b) по меньшей мере одного сложного эфира кислоты, выбранной из акриловой кислоты, метакриловой кислоты;
II
III
I
II
в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из персульфата аммония, персульфата щелочного металла и их комбинаций или их соответствующих комбинаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu, и их смесей;
- полимера (P2), полученного в обратной эмульсии из:
(a) по меньшей мере одного анионного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей;
(c) по меньшей мере одного соединения, выбранного из акриламида, производного акриламида, соли производного акриламида и их комбинаций;
II
III
I
II
в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из персульфата аммония, персульфата щелочного металла и их комбинаций или их соответствующих комбинаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu, и их смесей.
Отдельные, выгодные или предпочтительные характеристики способа в соответствии с данным изобретением определяют суспензии в соответствии с данным изобретением, которые также являются отдельными, выгодными или предпочтительными
Представленные ниже примеры иллюстрируют различные аспекты данного изобретения.
Полимеры, примененные в способе в соответствии с данным изобретением, приготавливают.
Полимер (P1A) приготавливают посредством размещения 420 г деионизированной воды и 2,15 г додецилсульфата натрия в стеклянном реакторе на один литр с механическим перемешиванием и нагреванием в масляной ванне.
В лабораторном стакане на 600 мл при применении дозирующего насоса и магнитной мешалки, получают предварительную эмульсию, содержащую:
- 205 г деионизированной воды,
- 1,85 г додецилсульфата натрия,
- 164 г этилакрилата,
- 132 г метакриловой кислоты,
- 6 г дивинилбензола,
- 4,8 г этиленгликольдиметакрилата.
0,26 г персульфата аммония, растворенного в 5 мл деионизированной воды, отвешивают в мензурку на 10 мл, в качестве инициатора 1.
0,2 г персульфата аммония, растворенного в 20 г воды, отвешивают в пробирку на 20 мл, снабженную дозирующим насосом, в качестве инициатора 2.
Реактор нагревают до 85°C и инжектируют инициатор 1. Затем, на протяжении 2,5 часов, предварительную эмульсию инжектируют в реактор, который поддерживают при 85°C. Инициатор 2 инжектируют параллельно в реактор во время стадии полимеризации и одновременно с добавлением предварительной эмульсии.
Нагревание продолжают в течение 1 часа при 85°C. Затем, реакционную среду обрабатывают наряду с нагреванием в течение 30 минут раствором 0,3 г персульфата в 10 г воды.
В заключение, насосы промывают водой.
Среду нагревают снова в течение 60 мин при 80°C.
6
Получают дисперсию полимера (P1A) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), 2.10 г/моль при 30% по массе содержания твердых веществ и pH 2,8.
Полимер (P1B) приготавливают посредством размещения 420 г деионизированной воды и 4,1 г додецилсульфата натрия в стеклянном реакторе на один литр с механическим перемешиванием и нагреванием в масляной ванне.
В лабораторном стакане на 600 мл при применении дозирующего насоса и магнитной мешалки, получают предварительную эмульсию, содержащую:
- 170 г деионизированной воды,
- 2 г додецилсульфата натрия,
- 159 г этилакрилата,
- 107 г метакриловой кислоты,
- 19 г 2-тетрадецилоктадеканолметакрилата, оксиэтилированного 25 раз.
0,9 г персульфата аммония, растворенного в 5 мл деионизированной воды, отвешивают в мензурку на 10 мл, в качестве инициатора 1.
0,09 г метабисульфита натрия в 5 г воды отвешивают в пробирку на 20 мл, снабженную дозирующим насосом, в качестве инициатора 2.
Реактор нагревают до 75°C и инжектируют инициатор 1 и инициатор 2. Затем, на протяжении 2 часов, предварительную эмульсию инжектируют в реактор, который поддерживают при 75°C.
Нагревание продолжают в течение 1 часа при 85°C. Затем, реакционную среду обрабатывают наряду с нагреванием в течение 30 минут раствором 0,3 г персульфата в 10 г воды.
В заключение, насосы промывают водой.
Среду нагревают снова в течение 60 мин при 80°C.
Получают дисперсию полимера (P1B) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), 500000 г/моль при 30% по массе содержания твердых веществ и pH 3,0.
Исходным материалом, применяемым для этой серии испытаний, является водный остаток металлической руды от чилийского медного рудника, расположенного на севере страны. Он является отходами от отделения руды, содержащей пригодный для применения металл, от породы, извлеченной из шахты.
Этот водный остаток медной руды находится в форме суспензии на водной основе.
Образца, примененные в этих испытаниях, собирали на выходе обычного сгустителя, примененного, чтобы концентрировать водный остаток металлической руды перед его размещением в пруду для хранения. Первый образец отбирали непосредственно после перистальтического насоса, второй образец после центробежного насоса.
Различные измерения были предприняты заранее в отношении водного остатка при отсутствии полимера в соответствии с данным изобретением:
- распределение частиц по размеру при применении лазерного гранулометра Mastersizer 2000 (Malvern),
- содержание твердотельного вещества при применении Mettler-Toledo для измерения сухого баланса,
- вязкость по Брукфильду при 100 об/мин при применении вискозиметра Brookfield DV3T с подходящим шпинделем,
- величина предела потока при применении измерителя вязкости Brookfield DV3T с лопастным шпинделем.
Объемное распределение частиц по размеру показывает присутствие множества популяций частиц с разными размерами:
- точка (A) на выходе перистальтического насоса, расположенного после обычного сгустителя в оборудовании для обработки остатка медной руды: D(0,1) = 1,2 мкм, D(0,5) = 22,1 мкм, D(0,9) = 139 мкм,
- точка (B) на выходе центробежного насоса, расположенного после обычного сгустителя в оборудовании для обработки остатка медной руды: D(0,1) = 1,1 мкм, D(0,5) = 22,3 мкм, D(0,9) = 147 мкм,
Другие характеристики остатка медной руды, не содержащего полимера, представлены в Таблице 1.
Точка (A)
Точка (B)
% Содержания твердых веществ
62,8
60,4
pH
8,3
8,3
Электропроводность в мкСм/см
1630
1729
Вязкость по Брукфильду при 100 об/мин, в мПа.с
925
560
Предел потока в Па
25
13
Таблица 1
Испытания на сгущение затем выполняли на образцах водного остатка из точек (A) и (B).
Образец суспензии водного остатка медной руды перемещают в лабораторный стакан на 500 мл и затем механически перемешивают посредством смесителя Raynerie. Перемешивание варьируется от 800 до 1000 об/мин.
Затем полимеры (P1A) или (P1B) в соответствии с данным изобретением добавляют и оставляют при перемешивании в течение от 5 до 10 мин.
Перемешивание затем останавливают, чтобы измерить вязкость по Брукфильду при 100 об/мин и величину предела потока.
Испытание затем повторяют, добавляя различные количества полимера, 0,05%, 0,1% и 0,15% (сухое вещество/сухое вещество по массе), по отношению к суспензии. Результаты представлены в Таблице 2.
Вязкость по Брукфильду при 100 об/мин, в мПа.с
Точка (A)
Точка (B)
Дозирование в % (сухое вещество/сухое вещество) - Полимер
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
0,05
1256
1090
600
650
0,1
1460
1470
880
830
0,15
2050
1970
1100
1250
Предел потока в Па
Точка (A)
Точка (B)
Дозирование в % (сухое вещество/сухое вещество) - Полимер
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
0,05
27
39
23
19
0,1
42
53
37
35
0,15
85
70
54
48
Таблица 2
Другие серии испытаний выполняют на других образцах водного остатка медной руды с содержаниями твердых веществ 50% и 61%. Подобный протокол осуществляют вместе с полимером (P1A) и (P1B) при дозах 0,05% и 0,1% (сухое вещество/сухое вещество по массе).
Пределы потока измеряют сразу же после добавления полимеров (P1A) или (P1B) (T0), в таком случае после одного часа (T1), после двух часов (T2), и в заключение после 24 часов (T24). Результаты представлены в Таблице 3.
T0
T1
T2
T24
Предел потока в Па при содержании 61% твердых веществ
Полимер
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
Точка (A) - 0,05%
14
22
22
26
23
43
96
136
Точка (B) - 0,05%
48
26
69
28
74
35
144
101
Точка (A) - 0,01%
51
42
51
54
66
82
156
142
Точка (B) - 0,01%
47
48
50
50
52
62
136
140
Предел потока в Па при содержании 50% твердых веществ
Полимер
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
(P1A)
(P1B)
Точка (A) - 0,1%
9
9
22
16
30
38
126
116
Точка (B) - 0,1%
20
16
55
44
60
90
244
136
Таблица 3
При отсутствии полимера, было найдено, что водные суспензии остатка медной руды имеют низкие вязкости, что нарушает их хранение в прудах и может создавать риски неконтролируемого растекания.
Добавление полимеров (P1) или (P2) в соответствии с данным изобретением делает возможным значительное увеличение этих вязкостей, а также контролирование напряжения пластического течения этих суспензий.
Посредством полимеров в соответствии с данным изобретением, поэтому возможно уплотнять водные остатки медной руды, в особенности на выходе сгустителя, наряду с контролированием их реологии.
Эти остатки могут затем быть сохранены более эффективным и безопасным образом в прудах, в частности, посредством штабелирования последовательных слоев уплотненного остатка. Штабелирование остатка в виде последовательных слоев с подходящим уклоном делает возможным увеличение срока эксплуатации прудов для хранения, которые обычно имеют ограниченные площади поверхности.