[发明专利]对油砂熟化细尾矿进行干燥的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及处理油砂细尾矿的领域。

背景技术

油砂细尾矿已成为技术的、作业的、环境的、经济的和公共政策的问题。

油砂尾矿产生于提取烃的工艺作业，所述工艺作业从油砂矿石中分离有价值的烃。所有商业化的提取烃的方法都使用Clark热水法的变体，其中，向油砂中加入水以从油砂矿石中分离有价值的烃部分。工艺用水也起到作为矿物碎片的承载流体的作用。一旦回收了烃馏分，残留的水、未回收的烃以及矿石通常便称为“尾矿”。

关于矿物颗粒分级，油砂工业中使用以下惯例。粒径大于44微米的矿物碎片称为“砂”。粒径小于44微米的矿物碎片称为“细粒”。粒径小于2微米的矿物碎片一般称为“粘土”，不过某些场合，“粘土”可指实际的微粒矿物。在尾矿中砂与细粒的关系反映了油砂矿石的组成、工艺用水的化学及提取工艺中的变化。

常规上将尾矿输送至通常称为“尾矿池”的沉积地点，它位于接近油砂开采和提取工厂的地方，以便于尾矿的管道运输、卸料和管理。由于其作业规模，油砂尾矿池占地巨大，并且必须依照规划构造和管理。对尾矿池的位置、充填、水位控制和回收的管理是一个复杂的任务，对油砂处理造成了地理上的、技术上的、规章上的和经济上的约束。

每个尾矿池均包含在一套沟渠结构中，该结构通常通过将尾矿砂碎片置于小池内或置于滩涂上构造。工艺用水及未回收的烃与未被收集在沟渠结构中的砂和细小矿石一同流入尾矿池。最初排入尾矿池的尾矿流通常具有相当低的密度和固体含量，例如约0.5-10重量％。

在尾矿池中，工艺用水、未回收的烃和矿石自然地沉淀，形成不同的层。上层主要是水，能够作为提取工艺的工艺用水循环利用。下层包括沉淀的残留烃和矿物，其中主要是细粒。这一下层常被称作“熟化细尾矿”(MFT)。熟化细尾矿具有很低的固结率，并且在油砂工业中对尾矿管理构成主要的挑战。

熟化细尾矿的组成是高度可变的。接近层的顶部处矿物含量约为10重量％，而在层的底部随时间变长固结至高达50重量％。总体说来，熟化细尾矿具有约30重量％的矿物含量。当矿物含量中主要颗粒尺寸部分为细粒时，砂含量可占固体物的15重量％，而粘土含量可达固体物的75重量％，这反映了油砂原料矿石和提取方法。可以分散在矿石中的或可以分离进入烃的垫料层中的残余烃能够导致附加的变化。不仅从池面至池底，池中的熟化细尾矿具有宽泛的成分分布变化，而且在整个池中，在随机位置也存在不同组成的区域。

熟化细尾矿的行为像是类流体的胶状的物质。熟化细尾矿的行为类似流体这一事实明显地限制了开垦尾矿池的选择。此外，熟化细尾矿不具有牛顿流体的行为，这使持续地在商业规模上进行尾矿脱水处理更加是个挑战。如果不对熟化细尾矿进行脱水或凝固，随着时间进行，尾矿池会产生越来越严重的经济和环境影响。

已有若干种通过尝试对熟化细尾矿进行凝固或脱水以处理或回收油砂尾矿的方法被提出。如果能够将熟化细尾矿充分脱水，使得废品转化成可开垦的坚固土地，那么许多与这种物质有关的问题就能够得以减少或者完全避免。作为普遍的方针目标，获得固体含量为75重量％的熟化细尾矿即可认为对于开垦来讲已经充分“干燥”了。

一种已知的将MFT脱水的方法包含冰冻-解冻的方法。在油砂场进行了一些野外试验，将MFT沉积在小浅坑中，经过冬天便可冻结，而在第二年的夏天经历解冻和蒸发脱水。增加这种方法的规模将需要庞大的地表面积，并且高度取决于天气和季节。而且，这一设计的其它局限包括对释出的水的收集以及在MFT表面的降水，降水将使蒸发干燥机制的效果大打折扣。

一些其它的公知方法尝试通过添加化学试剂处理MFT以形成稠浆，其再进行固化或最终进行脱水。

其中一种这类的方法称为“固结尾矿法”(CT)，包括将熟化细尾矿与砂和石膏组合在一起。典型的固结尾矿混合物为60重量％的矿物(余量是水)，其中砂和细粒比率约为4比1，以及600至1000ppm石膏。当所述组合沉积在尾矿池中进行固结后，能够产生不可分离的混合物。尽管如此，CT方法具有许多缺点。它取决于对砂、石膏和工艺用水的连续的提取作业。必须对混合物严格进行控制。而且，当固结的尾矿混合物少于60重量％矿物时，需要将物质分离，其中部分细粒回到池中在作为熟化细尾矿沉淀时重新处理。此外，沉积的固结尾矿岩土强度需要沟渠的容纳，因此在CT中所需的砂与用于建造沟渠的砂产生竞争，直至提取作业结束。如果没有砂，CT法无法处理熟化细尾矿。