[发明专利]用去离子的硅酸盐溶液处理尾矿

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理采矿作业中产生的尾矿流以提供适于通行的表面的方法。

背景技术

作为一般术语，尾矿是指来自采矿作业和采出材料的加工的副产物，在采出材料的加工中，从采出材料，即，已从地球移出的材料中分离例如提取有价值的材料，诸如金属、矿物、煤等。尾矿通常包含岩石、粘土和砂中的一种或多种。尾矿还包含水。水与机械和/或化学工艺结合使用，来从采出材料中移出有价值的材料。采矿作业包括用于贵金属、贱金属、矿石、粘土和煤的那些。此外，采矿作业包括从油砂中回收沥青。

尾矿处理和处置是采矿作业的主要问题。通常期望从尾矿中回收水，用于在提取工艺和运输中再利用。通常将诸如岩石、粘土、砂和其它固体材料的尾矿固体送至采矿作业当地的储存设施或处置区域。此类储存设施或处置区域的管理是一项巨大的任务。

尾矿的储存或处置涉及构造这样一种设施，该设施对于储存(包括永久性储存)是安全、足够大并且稳定的，以将尾矿包含在该设施内并且保护当地环境。可期望从尾矿储存设施中接取水用于在诸如提取和其它处理的采矿作业中使用。

在提取工艺中产生各种尾矿流。尾矿流是包含需要进一步处理的组分的含水流(浆液、悬浮液)，所述进一步处理可包括提取有价值的材料或固体去除和/或纯化以使得尾矿流的水分能够再循环。一些尾矿流将长期(包括永久性地)沉积在尾矿池中。粗固体可快速沉降。池的顶层可随着时间的推移而变得澄清，以得到适用于在提取工艺中再利用的水。一个层可包含水和细小的固体，这些固体沉降得非常缓慢。该层最终可变成成熟细尾矿(MFT)。

MFT是包含粘土、砂、岩石和水中的一种或多种的稳定的复合浆液。MFT几乎无强度，不能生长植物，并且可能对动物生命具有毒性，因此必须将其封闭，防止其污染水源。通常，需要若干年的沉降时间来得到MFT，其可为稳定的，并且持续数十年存在极小的另外沉降或固结。

MFT池造成了环境问题。例如，亚伯达(Alberta)的能源保护局(Energy Resources Conservation Board)(ERCB)已公布了指令074，该指令要求减少MFT池和形成用于采矿中产生的MFT的适于通行的沉积物并且由所有油砂作业者从油砂中提取沥青。

Moffett在US 2010/0104744A1中公开了一种用硅酸盐源和活化剂处理尾矿流的方法。硅酸盐源是碱金属硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、或它们的组合。活化剂可为酸、碱土金属盐、铝盐、有机酯、二醛、有机碳酸酯、有机磷酸酯、酰胺、或它们的组合。

碱金属硅酸盐溶液因其二氧化硅与金属氧化物的比率(SiO₂∶M₂O)而不同于胶态二氧化硅溶胶。例如，硅酸钠的溶液具有小于4∶1的SiO₂∶Na₂O，如Iler的“The Chemistry of Silica”，Wiley Interscience(1979)，第116页所公开。Iler还表述了“不可获得具有更高比率的硅酸盐溶液”。

Moffett在2011年12月19日提交的美国专利申请序列号13/329,375中公开了一种用胶凝剂和活化剂处理尾矿流的方法。胶凝剂选自胶态二氧化硅、铝-改性的胶态二氧化硅、去离子胶态二氧化硅、聚硅氧烷、硅醇盐、丙烯酰胺、丙烯酸酯、氨基甲酸酯、酚醛塑料、氨基塑料、乙烯基酯-苯乙烯、聚酯-苯乙烯、基于呋喃甲醇的糠醛聚合物、环氧树脂、硫化油、木质素、木质素磺酸盐、木质素亚硫酸盐、蒙旦蜡、聚乙烯吡咯烷酮、以及它们中两种或更多种的组合。活化剂可以为将引发胶凝作用的任何化合物或化合物的混合物。

尾矿管理的一个重要方面是尾矿固体的固结——即，以在尾矿中产生包含固体的致密材料，例如，以使处置时需要的储存空间最小化。根据Kotylar等人在Clay and Clay Minerals，第44卷，第1期，第121-131页(1996)中关于油砂细尾矿、氯化钠是“尾矿中存在的纳米级粘土颗粒聚集的主要促进因素。”类似地，EP 1353876B1要求具有减小量的盐的二氧化硅溶胶具有减小的附聚或聚集。

虽然在尾矿处理方面已有许多进展，但是仍然需要改进尾矿的脱水(使尾矿中的水更少)、固结(减小尾矿的体积)和强化中的一个或多个。还需要减小加入到尾矿流中的钠的量，以限制可被引入环境中的钠。还需要使采矿区恢复至接近其原状。本发明满足这些需要。

发明内容