[发明专利]油砂尾矿或油砂矿浆的处理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及油砂处理领域，具体地，涉及一种油砂尾矿或油砂矿浆的处理系统和一种油砂尾矿或油砂矿浆的处理方法。

背景技术

加拿大阿尔伯塔省北部储有全球85％的油砂矿藏。根据加拿大官方统计，阿尔伯塔油砂的储量约为1,750亿桶原油，其中20％适合大型露天开采。所开采的油砂通常含有68-83％的砂子，3-16％的粘土，4-5％的水分和10-11％的沥青。在采矿作业中，需要利用两吨左右的油砂和2-5桶河水来生产一桶合成原油(Synthetic Crude Oil)和1.5-2.0桶陈化细土尾矿(Mature Fine Tailings)，其中含有30％的固体和70％的水分(重量比)。目前，阿尔伯塔省油砂矿区有8亿多立方米的尾矿储存于142平方公里的尾矿池中。且尾矿库存在以每年5,000万立方米的速度增加。基于离心机模拟研究，尾矿池中的陈化细土尾矿需要超过130年才能自由沉降分离，它不仅储存了大量的水也占据了广大的土地。表面油砂企业正面临着三大挑战：水资源利用、尾矿处理和搅动土地的恢复。阿尔伯塔省立法要求对因油砂开采活动所扰动的土地(520平方公里)及尾矿池占用的土地(142平方公里)进行恢复，达到能自我维持生态系统的水平。2009年2月，阿尔伯塔能源资源保护委员会，即阿尔伯塔省政府机构石油工业管理部，发布了第074号指令-尾矿性能标准和油砂开采计划要求。根据074号指令，截止到2013年之前，油砂公司各自需要处理其所产生的50％的尾矿，并使其处理过的尾矿沉积物在5年内达到可以承载履带式重型机械(从事恢复植被活动)。具体来说，074号指令要求采矿公司处理过的尾矿沉积物在5年内其表面的不排水抗剪强度应达到10千帕。

中国拥有约60亿吨的油砂石油储备，其最大的储量主要分布于新疆克拉玛依的四个区域内，预计有1.4亿吨的油砂油。据目前从不同渠道获得的信息，克拉玛依油砂中的细粘土含量超过阿尔伯塔省油砂矿的细粘土含量；此外，细粘土的类型也有着显著的差异。阿尔伯塔省油砂矿中的粘土以高岭土为主，而克拉玛依油砂矿中的粘土以伊利土为主。很显然，阿尔伯塔省的油砂技术仅可用作中国油砂采矿的参考技术，而不能全盘被照搬应用。中国表面油砂的开发应尽力避免阿尔伯塔省所遇到的麻烦，不让这些问题在中国出现；中国油砂的开发应该既是可以持续的也是符合环境保护要求的。

为改善油砂工艺，现已在两个方面做了一些尝试：1)调整沥青提取工艺，使细粘土在中间相的分散降到最低，如美国专利US 4,414,117和US5,723,042；2)在尾矿处理中使用絮凝剂，如美国专利US 4,225,433和US5,723,042。

美国专利US 4,414,117和US 5,723,042披露了通过控制沥青提取过程中的碳酸根和碳酸氢根离子的方法使粘土的分散降至最低。美国专利US4,414,117提出了几种去除碳酸根和碳酸氢根离子的方法，如使用离子交换树脂和离子沉淀，或使用矿物酸(如盐酸)将碳酸根和碳酸氢根离子转换成CO₂溢出。据该专利指出，最好的结果是基本上将所有的碳酸根和碳酸氢根离子从系统中去除，在此条件下固体在污泥中的沉降速率得到显着加快。美国专利US 5,723,042指出，在温水中碳酸氢根离子的浓度宜保持在小于约6毫克当量/升。由于碳酸氢根离子在pH值高于7时在溶液中形成，在pH值低于7时离开溶液，最好用加入酸的方式控制温水中的碳酸氢根离子浓度，以降低其pH值。

美国专利US 4,225,433和US 5,723,042披露了在悬浮液中加入絮凝剂的方法，以促进分散在悬浮液中的固体颗粒沉降，这涉及到加入的絮凝剂与在沥青提取过程中产生的固体物质在悬浮液中混合并结合在一起的过程，从而使固体物质和水分开。在该过程中，细颗粒形成粗颗粒，进而形成团块，其团块的沉降速度远比细颗粒的沉降速度快。