СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕДИМЕНТАЦИИ ПРОДУКТОВ ГОРНОРУДНОГО ПРОИЗВОДСТВА
METHOD FOR REGULATION OF SEDIMENTATION OF PRODUCTS OF MINING PRODUCTION

Данное изобретение относится к способу регулирования осаждения водной минеральной суспензии  горнорудного производства посредством концентрирования водной суспензии посредством осаждения в присутствии флоккулирующего агента и полимера (P) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящейся в интервале от 2000 до 20000 г/моль, полученного посредством по меньшей мере одной реакции радикальной полимеризации по меньшей мере одного анионного мономера (M).
Данное изобретение также относится к полученной суспензии, вязкость по Брукфильду которой составляет менее чем 1800 мПа⋅с или напряжение пластического течения которой составляет менее чем 80 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 производные от горнорудного производства являются обычно водными производными от горнорудного производства.
В соответствии с данным изобретением, фракция применимой металлической руды является металлом или несколькими металлами или производным металла или производным нескольких металлов.
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.
При применении способа в соответствии с данным изобретением, основная стадия состоит из добавления по меньшей мере одного полимера (P) к водному продукту горнорудного производства. Эта стадия поэтому относится к обработке производного от горнорудного производства. Она может также относиться к обработке применимой металлической руды. Эту стадию поэтому обычно применяют в методе горнорудного производства, включающем различные стадии для обработки металлической руды, металла или производного применимого металла или 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 или пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла, например, посредством фильтрации, посредством осаждения, посредством действия силы тяжести, посредством применения сгустителя, посредством флокуляции,
- частичное разделение водного остатка металлической руды и части воды,
- перемещение металлической руды, водного остатка металлической руды или пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла,
- сохранение металлической руды, водного остатка металлической руды или пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла.
В зависимости от обстоятельств, важно иметь эффективные способы, которые улучшают осаждение или которые не приводят к уменьшению скорости осаждения.
Имеются известные способы получения водной минеральной суспензии от водного производного от горнорудного производства, в частности, способы, применимые для обработки, перемещения или сохранения такого производного.
Документ EP 2686275 описывает способ регулирования реологии водной дисперсии, который содержит добавление природного полимера и затем добавление синтетического полимера к водной системе.
Документ EP 1976613 относится к концентрированию водной суспензии твердых частиц посредством добавления органического флоккулирующего полимера и агента, выбранного из группы, содержащей радикальные агенты, окислители, энзимы, и облучения.
Статья Aixing Fan et al. (A study of dual polymer flocculation; Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 162, 2000, 141-148) описывает улучшение флокуляции частиц глинозема посредством двух различных полимеров.
Документ EP 2771289 также относится к концентрированию водной суспензии твердых частиц посредством введения органического флоккулирующего полимера и добавления системы агентов, содержащей окисляющий агент и регулирующий агент.
Документ WO 2014-019993 описывает способ для концентрирования водной суспензии твердых частиц посредством добавления органического флоккулирующего полимера и активного агента, выбранного из радикальных агентов, окисляющих агентов или восстанавливающих агентов.
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. Типично, осаждение нарушается, когда воду добавляют к водной суспензии производных от горнорудного производства.
Поэтому важно иметь способы для контролирования осаждения водной минеральной суспензии из водного производного от горнорудного производства с высоким содержанием сухих твердых веществ.
Также важно иметь такие способы, которые делают возможным получение стабильных суспензий, в особенности при высоком содержании сухих твердых веществ. Таким же образом, важно иметь такие способы, которые делают возможным получение суспензий, которые являются стабильными и в которых содержащиеся частицы сухих твердых веществ имеют распределение частиц по размеру, которое является сравнительно крупнодисперсным или не является очень равномерным.
Совместимость с различными компонентами водных минеральных суспензий, полученных из водного продукта от горнорудного производства, также является важным свойством, чтобы определять, в особенности совместимость с флоккулирующим агентом, который может быть применен, чтобы обрабатывать водный продукт горнорудного производства, в особенности совместимость с полиакриламидом или производным полиакриламида.
Таким же образом, важно быть в состоянии контролировать вязкость водных минеральных суспензий, полученных в качестве продуктов горнорудного производства, в особенности, чтобы облегчить их закачивание, перемешивание или перемещение.
Кроме того, важно иметь способы, которые делают возможным контролирование напряжения пластического течения водного остатка металлической руды. Является особенно важным придание водному потоку остаточной металлической руды минимальной пороговой величины, что делает возможным устранение или уменьшение риска для части твердотельного вещества остаточного осаждения в случае, когда отсутствует сдвиговое усилие или имеет место лишь небольшое сдвиговое усилие.
Следует также добиваться уменьшения потребления воды при обработке водных производных от горнорудного производства. Извлечение или рециркулирование воды во время различных стадий в методах горнорудного производства также является предпочтительным.
Должно быть улучшено как количество воды, которая отделена или рециркулирована, так и качество отделенной или рециркулированной воды.
Также важно иметь возможность контролировать поведение водных минеральных суспензий, полученных из водного производного от горнорудного производства, 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, напряжения пластического течения или осаждения водной минеральной суспензии, полученной из водного производного от горнорудного производства.
Поэтому имеется потребность в улучшенных способах контролирования осаждения водной минеральной суспензии из водного продукта горнорудного производства.
Способ в соответствии с данным изобретением обеспечивает решение для всех или части проблем, по отношению к способам, применяемым в известном уровне техники, чтобы контролировать осаждение водной минеральной суспензии из водного продукта горнорудного производства.
Таким образом, данное изобретение предлагает способ регулирования осаждения водной минеральной суспензии, содержащей по меньшей мере один флокулирующий агент, и с содержанием сухих твердых веществ, которое составляет более чем 10% по массе суспензии, выбранной среди:
- водного остатка металлической руды,
- водной суспензии металлической руды, и
- водной суспензии пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла и продукта металлической руды,
II
III
I
II
содержащий концентрирование водной суспензии посредством осаждения в присутствии по меньшей мере одного полимера (P) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящейся в интервале от 2000 до 20000 г/моль, и полученной посредством по меньшей мере одной реакции радикальной полимеризации, при температуре более чем 50°C, по меньшей мере одного анионного мономера (M), содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей, в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из пероксида водорода, пероксида бензоила, пероксида ацетила, лаурилпероксида, трет-бутилгидропероксида, куменгидропероксида, персульфата аммония, персульфата щелочного металла, предпочтительно персульфата натрия или персульфата калия, азосоединения, такого как 2,2'-азобис(2-(4,5-дигидроимидазолил)пропан, 2,2'-азобис(2-метилпропионамидин)дигидрохлорид, диазо-валеронитрил, 4,4′-азобис-(4-циановалериановая) кислота, азобис-изобутилонитрил (AZDN) или 2,2'-азобис-изобутилонитрил, и их соответствующих комбинаций или ассоциаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu и их смесей.
Способ в соответствии с данным изобретением делает возможным контролирование осаждения водной минеральной суспензии с содержанием сухих твердых веществ более чем 10% по массе суспензии, реологии суспензии, приготовленной для содержания сухих твердых веществ, составляющего более чем 10% по массе или более чем 15% по массе суспензии.
Предпочтительно, суспензия, приготовленная в соответствии со способом в соответствии с данным изобретением, имеет содержание сухих твердых веществ менее чем 20% по массе или менее чем 30% по массе или менее чем 35% по массе или даже менее чем 40% по массе или менее чем 50% по массе.
Также предпочтительно, суспензия, приготовленная в соответствии со способом в соответствии с данным изобретением, имеет содержание сухих твердых веществ находящееся в интервале от 10 до 50% по массе или от 10 до 40% по массе или от 10 до 35% по массе или от 10 до 30% по массе или от 10 до 20% по массе или находящееся в интервале от 15 до 50% по массе или от 15 до 40% по массе или от 15 до 35% по массе или от 15 до 30% по массе или от 15 до 20% по массе или даже находящееся в интервале от 20 до 50% по массе или от 20 до 40% по массе или от 20 до 35% по массе или от 20 до 30% по массе.
Способ в соответствии с данным изобретением содержит концентрирование водной суспензии посредством осаждения. Предпочтительно, это концентрирование водной суспензии посредством осаждения содержит разделение надосадочной фазы и осажденного слоя.
В соответствии с данным изобретением, эти две фазы, которые составляют эти две фракции водной суспензии, варьируются главным образом посредством их различия в содержании сухих твердых веществ.
Такое различие приводит к различным свойствам для надосадочной фазы и для осажденного слоя.
Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, концентрирование водной суспензии посредством осаждения включает отделение надосадочной фазы с содержанием сухих твердых веществ менее чем 5% по массе. Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, концентрирование водной суспензии посредством осаждения включает отделение осажденного слоя с содержанием сухих твердых веществ более чем 40% по массе.
Более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, концентрирование водной суспензии посредством осаждения включает разделение надосадочной фазы с содержанием сухих твердых веществ менее чем 5% по массе и осажденного слоя с содержанием сухих твердых веществ более чем 40% по массе.
В соответствии с данным изобретением, надосадочная фаза и осажденный слой имеют различные реологические свойства. В частности, в соответствии с данным изобретением, осажденный слой имеет специфические реологические свойства.
Соответственно, в дополнение к осаждению, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным контролирование других существенно важных свойств подготовленной водной суспензии. Этот способ поэтому делает возможным контролирование как вязкости по Брукфильду, так и напряжения пластического течения подготовленной суспензии, в особенности осажденного слоя.
Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, концентрирование водной суспензии посредством осаждения содержит разделение надосадочной фазы и осажденного слоя, который имеет:
- вязкость по Брукфильду, измеренную при 100 об/мин и при 25°C, менее чем 1800 мПа⋅с, или
- напряжение пластического течения, измеренный при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми сдвиговыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки, менее чем 80 Па, или
- вязкость по Брукфильду, измеренную при 100 об/мин и при 25°C, менее чем 1800 мПа⋅с, и напряжение пластического течения, измеренный при температуре 25°C при применении реометра с прикладываемыми напряжениями, снабженного лопастным шпинделем, для определенной скручивающей нагрузки, менее чем 80 Па.
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 погружают 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.
Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, осажденный слой имеет напряжение пластического течения менее чем 70 Па или менее чем 60 Па, более предпочтительно менее чем 50 Па или менее чем 40 Па, еще более предпочтительно менее чем 30 Па или менее чем 20 Па.
Также предпочтительно в соответствии с данным изобретением, осажденный слой имеет напряжение пластического течения более чем 10 Па, предпочтительно более чем 12 Па, еще более предпочтительно более чем 15 Па.
Также предпочтительно в соответствии с данным изобретением, осажденный слой имеет напряжение пластического течения более чем 10 Па, более предпочтительно более чем 12 Па, еще более предпочтительно более чем 15 Па и менее чем 70 Па или менее чем 60 Па, более предпочтительно менее чем 50 Па или менее чем 40 Па, еще более предпочтительно менее чем 30 Па или менее чем 20 Па.
В соответствии с данным изобретением, вязкость по Брукфильду измеряют при 100 об/мин и при 25°C, например, при применении реометра Brookfield DV3T. В соответствии с данным изобретением, вязкость по Брукфильду подготовленной суспензии составляет обычно менее чем 1800 мПа⋅с. Предпочтительно, способ в соответствии с данным изобретением делает возможным получение суспензии с вязкостью менее чем 1500 мПа.с или менее чем 1200 мПа⋅с. Более предпочтительно, вязкость составляет менее чем 1000 мПа⋅с или менее чем 900 мПа⋅с. Еще более предпочтительно, вязкость составляет менее чем 800 мПа⋅с или менее чем 700 мПа⋅с или даже менее чем 500 мПа⋅с.
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 содержать дополнительную добавку по меньшей мере одного соединения, выбранного из лигносульфонатного производного, силиката, немодифицированного полисахарида и модифицированного 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 из нескольких стадий в процессе горнорудного производства, содержащего концентрирование водной суспензии посредством осаждения.
Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, концентрирование суспензии посредством осаждения выполняют при применении по меньшей мере одного устройства, выбранного из обычного сгустителя, сгустителя высокой степени сжатия, высокопродуктивного сгустителя.
Также предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют перед концентрированием суспензии посредством осаждения или во время концентрирования суспензии посредством осаждения.
Более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют в то же самое время, что и добавление флокулирующего агента, соответственно выполняют одновременно с добавлением флокулирующего агента. Также более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют во время концентрирования суспензии посредством осаждения и одновременно с добавлением флокулирующего агента.
Также более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют в то же самое место, что и добавление флокулирующего агента, соответственно выполняя его добавление параллельно добавлению флокулирующего агента. Также более предпочтительно в соответствии с данным изобретением, полимер (P) добавляют во время концентрирования суспензии посредством осаждения и параллельно добавлению флокулирующего агента.
II
III
I
II
Способ в соответствии с данным изобретением применяет по меньшей мере один конкретный полимер (P). Он получен посредством реакции полимеризации в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из пероксида водорода, пероксида бензоила, пероксида ацетила, лаурилпероксида, трет-бутилгидропероксида, куменгидропероксида, персульфата аммония, персульфата щелочного металла, предпочтительно персульфата натрия или персульфата калия, азосоединения, такого как 2,2'-азобис(2-(4,5-дигидроимидазолил)пропан, 2,2'-азобис(2-метилпропионамидин)дигидрохлорид, диазо-валеронитрил, 4,4′-азобис-(4-циановалериановая) кислота, азобис-изобутилонитрил (AZDN) или 2,2'-азобис-изобутилонитрил, и их соответствующих комбинаций или ассоциаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu и их смесей. Предпочтительно, эта реакция полимеризации не применяет пероксид бензоила.
3
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
-
В дополнение к этому радикалообразующему соединению, реакция полимеризации может быть также выполнена в присутствии по меньшей мере одного соединения, содержащего фосфор, в состоянии окисления I, предпочтительно соединения, выбранного из гипофосфористой кислоты (HPO) и производного фосфорноватистой кислоты (HPO), предпочтительно соединения, содержащего по меньшей мере один ион гипофосфита (HPO), более предпочтительно соединения, выбранного из гипофосфита натрия (HPONa), гипофосфита калия (HPOK), гипофосфита кальция ([HPO]Ca) и их смесей.
Таким же образом, реакция полимеризации может быть выполнена в присутствии по меньшей мере одного соединения, содержащего фосфор, в состоянии окисления III, предпочтительно соединения, выбранного из фосфористой кислоты и производного фосфористой кислоты, более предпочтительно соединения, содержащего по меньшей мере один фосфитный ион, в особенности соединения, выбранного из фосфита натрия, фосфита кальция, фосфита калия, фосфита аммония, и их комбинаций.
Реакция полимеризации может также быть выполнена в присутствии по меньшей мере одного соединения, содержащего бисульфитный ион, предпочтительно соединения, выбранного из бисульфита аммония, бисульфита щелочного металла, в особенности бисульфита натрия, бисульфита калия, бисульфита кальция, бисульфита магния, и их комбинаций.
Реакция полимеризации может также быть выполнена в присутствии от 0,05 до 5% по массе, по отношению к общему количеству мономеров, по меньшей мере одного соединения, выбранного из производного ксантогената, меркаптанового соединения и соединения формулы (I):
(I)
где:
- X независимым образом представляет H, Na или K, и
1
5
- R независимым образом представляет C-C-алкильную группу, предпочтительно метильную группу; в особенности соединение формулы (I) является динатрийдиизопропионаттритиокарбонатом (DPTTC).
В соответствии с данным изобретением, реакцию полимеризации выполняют при температуре более чем 50°C. Предпочтительно, реакцию полимеризации выполняют при температуре, находящейся в интервале от 50 до 98°C или от 50 до 95°C или от 50 до 85°C.
Более высокая температура, в особенности выше 100°C, может быть применена посредством регулирования давления реакционной среды, чтобы предотвращать испарение.
Предпочтительно, реакцию полимеризации выполняют в воде.
Она может также быть выполнена в растворителе, единственном или смешанным с водой, в особенности в спиртовом растворителе, особенно в изопропиловом спирте. Более предпочтительно, ее выполняют в воде.
Преимущественно, полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением имеет молекулярную массу Mw, измеренную посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящуюся в интервале от 2200 до 10000 г/моль. Предпочтительно, полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением, имеет молекулярную массу Mw, находящуюся в интервале от 2400 до 9500 г/моль или от 2400 до 8000 г/моль, более предпочтительно от 2400 до 6500 г/моль. Полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением, не является поэтому флоккулирующим агентом.
3
3
3
В соответствии с данным изобретением, молекулярную массу Mw определяют посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ). Этот метод применяет аппарат для жидкостной (водной) хроматографии, снабженный детектором. Этот детектор является детектором показателя преломления воды. Этот аппарат для жидкостной хроматографии снабжен стерической эксклюзионной колонной для того, чтобы разделять исследуемые сополимеры с различными молекулярными массами. Жидкая фаза для элюирования является водной фазой, отрегулированной до pH 9,00 при применении 1N гидроксида натрия, содержащего 0,05 M NaHCO, 0,1 M NaNO, 0,02 M триэтаноламина и 0,03% NaN.
3
3
3
В соответствии с первой стадией, раствор coполимера разбавляют до 0,9% в расчете на сухую массу в растворителе проб гель-проникающей хроматографии (ГПХ), который соответствует жидкой элюируемой фазе гель-проникающей хроматографии (ГПХ), к которому добавляют 0,04% диметилформамида, который действует в качестве маркера потока или внутреннего стандарта. Затем его фильтруют при применении фильтра 0,2 мкм. Затем 100 мкл инжектируют в прибор для хроматографии (элюент: водная фаза, отрегулированная до pH 9,00 при применении 1 N раствора гидроксида натрия, содержащая 0,05 M NaHCO, 0,1 M NaNO, 0,02 M триэтаноламина и 0,03% NaN).
Прибор для жидкостной хроматографии содержит изократический насос (Waters 515), расход которого установлен при 0,8 мл/мин. Прибор для хроматографии также содержит печь, которая сама содержит следующую систему колонн в последовательности: предколонку Waters Ultrahydrogel Guard 6 см длиной и с внутренним диаметром 40 мм и линейную колонку Waters Ultrahydrogel длиной 30 см и с внутренним диаметром 7,8 мм. Система обнаружения содержит детектор показателя преломления Waters 410 RI. Печь нагревают до 60°C и рефрактометр нагревают до 45°C.
6
Аппарат для хроматографии калибруют при применении порошковых стандартов полиакрилата натрия с различными молекулярными массами, сертифицированных посредством поставщика: Polymer Standards Service или American Polymers Standards Corporation (молекулярная масса находится в интервале от 900 до 2,25×10 г/моль и индекс полимолекулярности находится в интервале от 1,4 до 1,8).
Полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением может быть полностью или частично нейтрализован, в особенности в конце реакции полимеризации.
В соответствии с данным изобретением, нейтрализацию полимера выполняют посредством нейтрализации или образования соли всех или части групп карбоновой кислоты, присутствующей в полимере.
Предпочтительно, эту нейтрализацию выполняют при применении основания, например, при применении производного щелочного металла или производного щелочноземельного металла.
4
2
2
2
2
Предпочтительные основания выбраны из CaO, ZnO, MgO, NaOH, KOH, NHOH, Ca(OH), Mg(OH), моноизпропиламина, триэтаноламина, триизопропиламина, 2-амино-2-метил-1-пропанола (AMP), триэтиламина, диэтиламина, моноэтиламина. Особенно предпочтительно, нейтрализацию выполняют при применении MgO, NaOH, KOH, Ca(OH), Mg(OH), в отдельности или в комбинации.
В соответствии с данным изобретением, реакция полимеризации применяет по меньшей мере один анионный мономер (M), содержащий по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей. Предпочтительно анионный мономер (M), 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.
Предпочтительно, реакция полимеризации применяет 100% по массе анионного мономера (M) или от 70% до 99,5% по массе анионного мономера (M) и от 0,5% до 30% по массе по меньшей мере одного другого мономера.
Преимущественно, реакция полимеризации может соответственно также применять по меньшей мере один другой мономер, выбранный из:
- другого анионного мономера, предпочтительно мономера, выбранного из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, итаконовой кислоты, малеиновой кислоты, малеинового ангидрида и их смесей,
- 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, соли 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, 2-(метакрилоилокси)этансульфоновой кислоты, соли 2-(метакрилоилокси)этансульфоновой кислоты, металлилсульфоната натрия, стиролсульфоната и их комбинаций или смесей,
1
10
1
4
1
10
1
4
- неионогенного мономера, содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность, предпочтительно при по меньшей мере одной полимеризуемой этиленовой ненасыщенности, и в особенности полимеризуемую виниловую группу, более предпочтительно неионогенного мономера, выбранного из стирола, винилкапролактама, сложных эфиров кислоты, содержащей по меньшей мере одну группу монокарбоновой кислоты, в особенности сложного эфира кислоты, выбранной из акриловой кислоты, метакриловой кислоты и их смесей, например гидроксиэтилакрилата, гидроксипропилакрилата, гидроксиэтилметакрилата, гидроксипропилметакрилата, алкилакрилата, в особенности C-C-алкилакрилата, предпочтительно C-C-алкилакрилата, более предпочтительно метилакрилата, этилакрилата, н-пропилакрилата, изопропилакрилата, изобутилакрилата, н-бутилакрилата, алкилметакрилата, в особенности C-C-алкилметакрилата, предпочтительно C-C-алкилметакрилата, более предпочтительно метилметакрилата, этилметакрилата, н-пропилметакрилата, изопропилметакрилата, изобутилметакрилата, н-бутилметакрилата, арилакрилата, предпочтительно фенилакрилата, бензилакрилата, феноксиэтилакрилата, арилметакрилата, предпочтительно фенилметакрилата, бензилметакрилата, феноксиэтилметакрилата и
- мономера формулы (II):
(II)
где:
1
2
3
- R и R, идентичным или различным образом, независимо представляют H или CH,
1
2
2
2
2
2
2
2
- L независимым образом представляет группу, выбранную из C(O), CH, CH-CH и O-CH-CH-CH-CH,
2
2
2
x
2
3
y
3
2
z
- L независимым образом представляет группу, выбранную из (CH-CHO), (CHCH(CH)O), (CH(CH)CHO) и их комбинаций, и
- x, y и z, идентичным или различным образом, независимо представляют целое число или десятичное число, находящееся в интервале от 0 до 150, и сумма x+y+z находится в интервале от 10 до 150.
Особенно предпочтительно, мономер формулы (II) является таким, что:
1
3
- R представляет CH,
- R2 представляет H,
1
- L представляет группу C(O),
2
2
2
x
2
3
y
3
2
z
- L независимым образом представляет комбинацию групп, выбранных из (CH-CHO), (CHCH(CH)O), (CH(CH)CHO) и
- x, y и z, идентичным или различным образом, независимо представляют целое число или десятичное число, находящееся в интервале от 0 до 150, и сумма x+y+z находится в интервале от 10 до 150.
Предпочтительно, полимер (P), применяемый в соответствии с данным изобретением, является несульфированным полимером.
При приготовлении полимера (P), применяемого в соответствии с данным изобретением, стадия разделения может также быть выполнена. В соответствии с данным изобретением, разделение может быть выполнено после полной или частичной нейтрализации полимера (P). Она может также быть выполнена перед нейтрализацией полимера (P).
Водный раствор полностью или частично нейтрализованного полимера (P) может быть обработан при применении способов статического или динамического разделения, известных как таковых. Чтобы сделать так, применяют один или несколько полярных растворителей, в особенности из группы, содержащей метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, бутанолы, ацетон и тетрагидрофуран, приводя таким образом к двухфазному разделению. Во время разделения, менее плотная фаза содержит в себе наибольшую фракцию полярного растворителя и фракцию полимеров с низкой молекулярной массой, и наиболее плотная водная фаза содержит фракцию полимеров с наиболее высокой молекулярной массой. Температура, при которой выполняют фракционное разделение полимеров, может влиять на коэффициент разделения. Она типично находится в интервале от 10 до 80°C, предпочтительно от 20 до 60°C. Во время разделения, важно контролировать соотношение количеств разбавляющей воды и полярных растворителей.
При применении динамического способа разделения, например, центрифугирования, доли извлеченных фракций типично зависят от условий центрифугирования.
Разделение фракций полимеров может также быть улучшено посредством повторной обработки наиболее плотной водной фазы при применении нового количества полярного растворителя, который может быть другим. Это может также быть смесь полярных растворителей. В заключение, жидкая фаза, полученная после обработки, может быть дистиллирована, чтобы удалить один или несколько растворителей, применяемых при обработке.
Особенно неожиданным образом способ в соответствии с данным изобретением делает возможным контролирование свойств водной минеральной суспензии, в частности, контролирование ее осаждения, несмотря на наличие по меньшей мере одного флокулирующего агента в этой суспензии. Способ в соответствии с данным изобретением является эффективным в присутствии множества типов флокулирующего агента. Предпочтительно в соответствии с данным изобретением, флокулирующий агент выбирают из полиакриламида, производного полиакриламида.
Способ контролирования осаждения 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, содержащую по меньшей мере один флокулирующий агент, и с содержанием сухих твердых веществ, которое составляет более чем 10% по массе суспензии, выбранной среди:
- водного остатка металлической руды,
- водной суспензии металлической руды и
- водной суспензии пригодного для применения металла или производного пригодного для применения металла и производного от металлической руды,
II
III
I
II
содержащую по меньшей мере один полимер (P) с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), находящейся в интервале от 2000 до 20000 г/моль, и полученный посредством по меньшей мере одной реакции радикальной полимеризации, при температуре более чем 50°C, по меньшей мере одного анионного мономера (M), содержащего по меньшей мере одну полимеризуемую олефиновую ненасыщенность и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты или одну из ее солей, в присутствии по меньшей мере одного радикалообразующего соединения, выбранного из пероксида водорода, пероксида бензоила, пероксида ацетила, лаурилпероксида, трет-бутилгидропероксида, куменгидропероксида, персульфата аммония, персульфата щелочного металла, предпочтительно персульфата натрия или персульфата калия, азосоединения, такого как 2,2'-азобис(2-(4,5-дигидроимидазолил)пропан, 2,2'-азобис(2-метилпропионамидин)дигидрохлорид, диазо-валеронитрил, 4,4′-азобис-(4-циановалериановая) кислота, азобис-изобутилонитрил (AZDN) или 2,2'-азобис-изобутилонитрил, и их соответствующих комбинаций или ассоциаций с ионом, выбранным из Fe, Fe, Cu, Cu и их смесей.
Предпочтительно, водную минеральную суспензию в соответствии с данным изобретением получают посредством концентрирования водной суспензии посредством осаждения в присутствии по меньшей мере одного полимера (P) в соответствии с данным изобретением.
Также предпочтительно, водную минеральную суспензию в соответствии с данным изобретением получают при применении способа в соответствии с данным изобретением.
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
ПРИМЕРЫ
Представленные ниже примеры иллюстрируют различные аспекты данного изобретения.
Полимер, примененный в способе в соответствии с данным изобретением, приготавливают.
Полимер (P1) приготавливают посредством размещения 212 г воды и 0,08 г гептагидрата сульфата железа в стеклянном реакторе на один литр с механическим перемешиванием и нагреванием в масляной ванне.
303 г акриловой кислоты при 100% по массе и 15 г воды отвешивают в лабораторный стакан на 500 мл при применении дозирующего насоса.
25,6 г моногидрата гипофосфита натрия, разбавленного 30 г воды, отвешивают в пробирку на 100 мл при применении дозирующего насоса.
21 г пероксида водорода при 130 В и 35 г воды отвешивают в пробирку на 100 мл при применении дозирующего насоса.
Реактор нагревают до 95°C и мономер, раствор гипофосфита и раствор пероксида водорода добавляют параллельно в течение 120 мин при поддержании температуры реакционной среды при 95°C.
В заключение, насосы промывают водой.
Среду нагревают снова в течение 60 мин при 95°C.
Раствор затем нейтрализуют при применении 50% по массе гидроксида натрия в воде до тех пор, пока не достигается pH 8, и затем разбавляют до содержания твердотельного вещества 42% по массе. Получают полимер (P1), с молекулярной массой Mw, измеренной посредством гель-проникающей хроматографии (ГПХ), 4500 г/моль.
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.
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): D(80) 243,1 мкм и
- содержание твердотельного вещества при применении Mettler-Toledo для измерения сухого баланса: 63.5%.
Затем выполняют испытание, чтобы оценить эффективности полимера в осаждении суспензии водного остатка медной руды при концентрировании этого остатка посредством осаждения. Это испытание на осаждение выполняют при применении суспензии с содержанием твердых веществ 30% по массе. Эту суспензию с содержанием твердых веществ 30% по массе приготавливают посредством разбавления водной суспензии остатка с содержанием твердых веществ 63,5% по массе.
Пример суспензии водного остатка медной руды при 30% по массе перемещают в лабораторный стакан на 500 мл и затем механически перемешивают посредством смесителя Raynerie. Перемешивание выполняют при 500 об/мин.
Затем полимер (P1) в соответствии с данным изобретением добавляют при дозе 0,05% по массе сухого вещества/сухое вещество по отношению к сухому остатку, и смесь оставляют при перемешивании в течение 15 мин.
Диспергированную суспензию затем включают в градуированную тестовую трубу на 2 литра с механической мешалкой при 0,8 об/мин.
Фиксированную дозу акриламидного флокулирующего агента включают при дозовом эквиваленте 12 г/т сухого вещества/сухое вещество остатка.
Испытание выполняют при применении полимера (P1) и сравнительное испытание выполняют без какого-либо полимера в суспензии.
После приготовления образца суспензии, осаждение происходит постепенным образом на протяжении времени вследствие феномена флокуляции твердых частиц, содержащихся в водном остатке медной ру. Эти частицы агломерируются, чтобы образовывать более крупные кластеры частиц. Эти кластеры затем осаждаются быстрее. Водная надосадочная фаза находится на поверхности, и осажденная фаза находится на нижней части тестовой трубы.
При 25°C и применении вискозиметра Brookfield DV3T с подходящим лопастным модулем, напряжения пластического течения измеряют на примерах водной суспензии остатка медной руды при 30% по массе содержания твердых веществ.
-1
Напряжение пластического течения (Pa) суспензии измеряют после того, как она была подвергнута очень низкой скорости сдвига (примерно от 1 до 10 с) (UN-YS). Это соответствует напряжению пластического течения водной суспензии остатка медной руды в нижней части сгустителя.
-1
Напряжение пластического течения (Pa) суспензии также измеряют после того, как она была подвергнута очень высокой скорости сдвига (примерно от 100 до 1000 с) (FS-YS).
Это соответствует напряжению пластического течения водной суспензии остатка медной руды на выходе сгустителя.
Скорость осаждения также измеряют при применении масштабной шкалы на тестовой трубе и секундомера. Это измерение выполняют посредством наблюдения отделения надосадочной водной фазы и осажденной фазы. Это измеряют в см/минута и затем преобразуют в метров/час (м/ч).
Результаты представлены в Таблице 1.
Суспензия
UN-YS
FS-YS
Скорость осаждения
% Содержания  твердых веществ
Без добавки
400
41
7,6
64,6
С полимером (P1)
218
15
7,1
63,7
Таблица 1
Кроме того, испытание выполняют при применении полупромышленного оборудования. Отстойник является цилиндрическим с прозрачной стенкой.
Он имеет объем 30 л и перемешивает посредством маломощного двигателя, предоставляющего скорость перемешивания 1 об/мин. Применяемая суспензия водного остатка медной руды имеет содержание твердых веществ 69% по массе сухого вещества/сухое вещество.
Фиксированную дозу акриламидного флокулирующего агента включают при дозовом эквиваленте 12 г/т сухого вещества/сухое вещество остатка.
Суспензию приготавливают аналогично предшествующему приготовлению, при содержании  твердых веществ 30% по массе сухого вещества/сухое вещество. Доза полимера остается той же самой. Она является 0,05% по массе сухого вещества/сухое вещество. Полимер (P1) вводят в верхнюю часть сгустителя параллельно валику подачи. Валик подачи является областью, через которую подают водный остаток руды и вводят флокулянт.
-1
Инструментом, применяемым для концентрирования водного остатка в присутствии полимера в соответствии с данным изобретением, является сгуститель Plexiglass pilot с низкоинтенсивной мешалкой, которая генерирует скорость перемешивания 1 об/мин. Напряжение пластического течения (Pa) суспензии измеряют после того, как она была подвергнута средней скорости сдвига (примерно от 10 до 100 с) (MS-YS). Это соответствует напряжению пластического течения при транспортирующем насосе, который подает водный остаток медной руды к узлам хранения.
-1
Напряжение пластического течения (Pa) суспензии также измеряют после того, как она была подвергнута очень высокой скорости сдвига (примерно от 1000 до 10000 с) (HFS-YS). Это соответствует напряжению пластического течения в трубе, расположенной после транспортирующего насоса на выходе сгустителя, которая перемещает водный остаток медной руды к узлам хранения. Результаты представлены в Таблице 2.
Скорость осаждения также измеряют при применении масштабной шкалы на тестовой трубе и секундомера. Это измерение выполняют посредством наблюдения отделения надосадочной водной фазы и осажденной фазы. Это измеряют в см/минута и затем преобразуют в метров/час (м/ч). Она находится в интервале между 7 и 8 м/ч.
Суспензия
MS-YS
HFS-YS
% содержания твердотельного вещества
Без добавки
175
50
69
С полимером (P1)
60
20
69
Таблица 2
Можно видеть, что при применении полимера в соответствии с данным изобретением, увеличение содержания  твердых веществ водной суспензии остатка медной руды на выходе сгустителя не приводит к отклонению вязкости в суспензии.
Эта более консистентная суспензия может все еще быть перемешана при применении обычного оборудования и является легко обрабатываемой, соответственно способствуя предотвращению риска засорения мешалок.
В дополнение, ее улучшенное содержание  твердых веществ делает возможным уменьшение потребления воды по отношению к количеству обработанного остатка медной руды.
Эти испытания также показывают, что присутствие полимера (P1) в соответствии с данным изобретением значительно улучшает величины напряжения пластического течения водных суспензий остатка медной руды без нарушения скорости осаждения внутри устройства для концентрирования.
Контролирование реологии на выходе сгустителя облегчает выпуск и перемещение этой водной суспензии к резервуарам для хранения.