Получение продукта горнорудной переработки с применением полимеров, содержащих бороновую кислоту - RU2775737C2

Чертежи

Описание

Область изобретения

Данное изобретение относится, в общем случае, к способам и композициям для улучшения характеристик флокулирующих агентов, применяемых в промышленных процессах. Более конкретно, изобретение относится к улучшению применения флокулирующих агентов, таких как декстран, с помощью инициируемой pH сшивки флокулирующих агентов с полимерами, содержащими бороновую кислоту.

Уровень техники

Алюминиевая руда (ʺбокситʺ) считается основным источником алюминия. В промышленных масштабах, бокситы сначала перерабатываются в оксид алюминия (известный также как ʺоксид алюминия (III)ʺ, ʺгидроксид алюминияʺ, ʺтригидрат алюминияʺ и ʺглиноземʺ), который затем превращают в металлический алюминий. Основным средством переработки боксита и производства гидроксида алюминия в промышленном масштабе является надежно отработанная технология процесса Байера.

В общем случае, процесс Байера обычно включает: стадию выщелачивания, на которой глинозем экстрагируют выщелачиванием бокситовой руды в растворе гидроксида натрия (ʺкаустикʺ или ʺкаустический растворʺ), формируя водный раствор алюмината натрия; стадию очистки, на которой твердофазный остаток (ʺкрасный шламʺ или ʺостатки бокситаʺ) удаляют из маточного раствора (пересыщенный раствор алюмината натрия) осаждением и фильтрацией, оставляя алюминат натрия в растворе; стадию декомпозиции, на которой гидроксид алюминия осаждают из раствора алюмината натрия (ʺжидкостьʺ или ʺжидкость процесса Байераʺ) и выращивают в виде кристаллов гидроксида алюминия (кристаллизация); стадию классификации, на которой затравочные кристаллы отделяют от продукционного материала гидроксида алюминия; и затем стадию кальцинации, на которой гидроксид алюминия разлагается с образованием оксида алюминия, конечного глиноземного продукта. Более подробное описание процесса Байера и его технологических этапов широко представлено в литературе. Например, более подробное, но не исчерпывающее описание этапов процесса Байера представлено в патенте США № 8298508, который во всей полноте включен в данный документ посредством ссылки.

Производство глинозема является энергоемким и дорогостоящим. Несмотря на то, что процесс Байера используется более столетия, все еще остается много проблем, препятствующих его усовершенствованию. В связи с более низким качеством руды, большей сложностью минерального состава и экологическими проблемами, на постоянной основе сохраняется потребность в оптимизации процесса, которая может максимизировать выход продукта, обеспечивать энергосбережение и минимизировать производственные затраты. Попытки достичь этих целей затруднены многими усложняющими факторами, включая уровни примесей в жидкости, щелочное растрескивание при более высоких концентрациях. Более того, специфические технологии, используемые в отрасли для различных этапов процесса, могут меняться от предприятия к предприятию, что затрудняет системные усовершенствования.

Особые зоны внимания в аспекте оптимизации процесса включают максимизацию производительности жидкости/выхода и снижение потребления энергии. Это включает стадию декомпозиции, на которой осажденный твердый гидроксид алюминия собирают в качестве продукта с применением множественных этапов декомпозиции и флокуляции очищенного раствора алюмината натрия. Максимизация выхода алюминатных кристаллов на этой стадии важна для повышения экономической эффективности получения алюминия в процессе Байера.

Операторы процесса Байера стремятся оптимизировать свои способы формирования кристаллов и осаждения таким образом, чтобы получать максимально возможный выход продукта в процессе Байера, при этом получая кристаллы заданного гранулометрического состава. Для последующих этапов обработки, необходимых для получения металлического алюминия, предпочтительны относительно большие размеры частиц. Кристаллы гидроксида алюминия заниженного размера или мелочи, в общем случае, не используются в производстве металлического алюминия, вместо этого, их утилизируют для использования в качестве мелких затравочных кристаллов тригидрата алюминия. Поэтому размер частиц осажденных кристаллов тригидрата определяет, будет ли материал в итоге использован в качестве продукционного (более крупные кристаллы) или как затравка (меньшие кристаллы). Следовательно, важным этапом в процессе Байера является классификация и отбор частиц тригидрата разного размера.

Это разделение или извлечение кристаллов тригидрата алюминия в качестве продукта процесса Байера или для использования в качестве затравочных зерен обычно производят по одной из множества технологий, включая один из таких способов как осаждение, циклонный сепаратор, фильтрация и/или их комбинацию. Крупные частицы осаждаются быстро, тогда как мелкие частицы осаждаются медленнее. Для классификации частиц тригидрата на различные фракции, соответствующие продукту и затравке, заводы обычно используют два или три этапа осаждения. В частности, на конечном этапе классификации для отбора и осаждения мелких затравочных зерен, часто используется осадительный чан. Верхний слив последнего этапа классификации возвращают в процесс в виде отработанной жидкости для использования в выщелачивании. Частицы тригидрата, попадающие в верхний слив на этой последней стадии осаждения обычно не используются в процессе ни в качестве затравки, ни в качестве продукта. Фактически, такой материал циркулирует в процессе, снижая его эффективность. Размер частиц осажденных кристаллов тригидрата, полученных на этапе классификации и отбора частиц тригидрата, независимо от того, подлежит материал в итоге использованию в качестве продукта или в качестве затравки, и минимизация количества мелочей тригидрата алюминия в верхнем сливе оказывают прямое влияние на качество и объем выхода глинозема. Поэтому дальнейшее повышение эффективности в этой части процесса остается бессрочной целью.

В попытках повысить эффективность процесса отделения тригидрата алюминия, в качестве добавок в процесс вводят определенные соединения, включая различные флокулянты, которые растворимы или которые можно диспергировать в технологической жидкости, такие как полисахарид декстран. Для улучшения характеристик осаждения частиц тригидрата алюминия в процессе классификации и, следовательно, снижения количества твердых частиц в отработанной жидкости, в традиционной технологии используется добавка синтетических водоростворимых полиакрилатных флокулянтов и/или декстрановых флокулянтов. Для улучшения характеристик осаждения мелких кристаллов тригидрата алюминия, используются также сшитый декстран или сшитая дигидроксипропилцеллюлоза. Хотя такие обработки, включающие флокулирующие композиции, часто используются в системах классификации тригидрата на линиях Байера, некоторые из них требуют продолжительного времени на изготовление, имеют ограниченное использование и связаны с затратами на доставку, и эти факторы совместно оказывают отрицательное влияние на эффективность и повышают затраты.

Несмотря на непрерывную и постоянную разработку способов, подходящих для получения кристаллов гидроксида алюминия с повышенным размером частиц, все еще существует потребность в улучшениях и усовершенствованиях процесса производства гидроксида алюминия, для устранения проблем, связанных с качеством и экономической эффективностью. Существует потребность и необходимость в способах и композициях, улучшающих отбор частиц и скорости осаждения, в то же время минимизирующих концентрацию твердых частиц в верхнем сливе после последнего этапа классификации. Совместно, эти улучшения повышают эффективность процесса, сокращают время приготовления и использование материала и обеспечивают гибкость в применении.

Уровень техники, описанный в данном разделе, не предназначен для введения в силу допущения, что любой патент, публикация или другая информация, на которую имеется ссылка в данном документе, представляет собой "известный уровень техники" в отношении данного изобретения, в случаях, когда это не указано специально. Кроме того, данный раздел не следует трактовать как означающий, что было проведено исследование или что не существует другой значимой информации, как определено в 37 CFR 1.56(a).

Сущность изобретения

По меньшей мере в одном варианте реализации, изобретение относится к способам и композициям для повышения эффективности и результативности флокулянта в промышленных процессах. Способы включают инициируемую pH быструю реакцию сшивки между флокулирующим агентом, таким как полисахарид, например, декстран, и композицией, содержащей полимер, содержащий бороновую кислоту. Толчок pH может быть создан собственной щелочностью рабочей жидкости, подлежащей обработке, что дает возможность приготовления и сшивки на производственной площадке и на месте использования, в результате, повышается эффективность и снижаются производственные затраты.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, данное изобретение включает способ разделения на твердую и жидкую фазы в горнорудном процессе производства продукта горной промышленности на производственной площадке. Способ включает объединение первой композиции, содержащей флокулирующий агент, и второй композиции, содержащей полимер, содержащий бороновую кислоту, для формирования смеси. Способ дополнительно включает инициацию реакции сшивки между флокулирующим агентом и полимером, содержащим бороновую кислоту, путем воздействия на смесь щелочной среды с уровнем pH 8 или более, в результате которого формируется продукт реакции. В некоторых вариантах реализации изобретения, уровень pH составляет 10 или более. Продукт реакции используется на производственной площадке в качестве флокулянта в потоке жидкости горнорудного процесса в одном или более мест, в которых происходит разделение на твердую и жидкую фазы.

В этих и других типичных вариантах реализации, способ может дополнительно включать введение продукта реакции в поток жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения, введение продукта реакции осуществляют его подачей в поток жидкости, причем реакция сшивки инициируется на производственной площадке перед подачей. В некоторых вариантах реализации изобретения, продукт реакции вводят подачей смеси в поток жидкости, причем реакция сшивки инициируется в потоке жидкости (на месте), у которой pH составляет 8 или более. В некоторых вариантах реализации изобретения, продукт реакции вводят подачей первой и второй композиций в поток жидкости, причем смесь формируется в потоке жидкости (на месте) и реакция сшивки инициируется pH потока жидкости (8 или более), что приводит к образованию продукта реакции.

В различных вариантах реализации изобретения, горнорудный или производственный процесс представляет собой процесс Байера для производства глинозема из бокситовой руды и жидкость представляет собой жидкий каустик или суспензию в жидкостном контуре процесса Байера. В некоторых вариантах реализации изобретения, способы и композиции относятся к использованию, в качестве флокулянта тригидрата, продукта инициированной pH сшивки флокулирующего агента, который может представлять собой полисахарид, такой как декстран, с полимером, содержащим бороновую кислоту. Флокулянт улучшает эксплуатационные параметры технологической линии и ускоряет осаждение мелких кристаллов гидроксида алюминия (твердые частицы нижнего слива) в жидком каустике Байера. Инициируемая рН реакция сшивки между декстраном и полимером, содержащим бороновую кислоту, продукт которой предназначен для флокуляции твердых частиц тригидрата алюминия в жидком каустике Байера, протекает быстро. Это дает возможность приготовления и применения флокулянта на производственной площадке или на месте. Это обеспечивает значительное сокращение времени по сравнению с технологией традиционной сшивки декстрана и повышает концентрацию действующего компонента в конечном продукте, и, таким образом, значительно снижает затраты на транспортировку.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, производственный процесс представляет собой процесс Байера для производства глинозема. Флокулирующий агент, в некоторых вариантах реализации изобретения, полисахарид, и вторую композицию, содержащую полимер, содержащий бороновую кислоту, смешивают и соединяют с порцией жидкости или суспензии с pH по меньшей мере 8 и, в некоторых вариантах реализации изобретения, 10, из процесса Байера. После соединения, уровень pH инициирует быструю реакцию сшивки межу полисахаридом и полимером, содержащим бороновую кислоту, с образованием продукта реакции, предназначенного для применения в потоке жидкости процесса Байера в одном или более мест, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз. В некоторых вариантах реализации изобретения, полисахарид представляет собой декстран. В других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, находится в виде латекса, водного раствора или сухого порошка.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, порцию жидкости или суспензии, удаленную из потока жидкости и затем соединенную с первой и второй композициями, после соединения добавляют в русло потока жидкости процесса Байера; или первую и вторую композиции соединяют с порцией жидкости или суспензии в русле потока жидкости процесса Байера.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой продукт реакции полимеризации по меньшей мере одного водорастворимого винилового мономера и по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты, которая, в различных вариантах реализации изобретения, представляет собой фенилбороновую кислоту.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, по меньшей мере один виниловый мономер, содержащий фрагмент бороновой кислоты, может быть выбран из группы, состоящей из 3-(акриламидо)фенилбороновой кислоты, 4-(акриламидо)фенилбороновой кислоты, 2-(акриламид)фенилбороновой кислоты, 4-винилфенилбороновой кислоты, 3-винилфенилбороновой кислоты, 2-винилфенилбороновой кислоты и их смесей. В некоторых вариантах реализации изобретения, по меньшей мере один водорастворимый виниловый мономер может представлять собой акрилатный мономер или может быть выбран из группы, состоящей из акриламида; акриловой кислоты или ее солей; 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты или ее солей; N,N,N-триметил-2-[(1-оксо-2-пропенил)окси]-этанаминийхлорида, N,N-диметил-N-пропенил-2-пропен-1-аминийхлорида и их смесей.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, виниловый мономер, содержащий фрагмент бороновой кислоты, представляет собой 3-(акриламидо)фенилбороновую кислоту. В этом и различных других вариантах реализации изобретения, водорастворимый виниловый мономер представляет собой акриламид. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой водорастворимый полиакриламид, содержащий бороновую кислоту.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, имеет приведенную удельную вязкость, составляющую по меньшей мере около 0,2 дл/г. В этом и различных других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, может содержать по меньшей мере 0,01% мас. мономера бороновой кислоты. В некоторых вариантах реализации изобретения, смесь первой и второй композиций содержит по меньшей мере 0,01% мас. полимера, содержащего бороновую кислоту.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, может содержать по меньшей мере 0,01% мас. мономера бороновой кислоты. В других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, может содержать от около 1,0% мас. до около 2,0% мас. мономера бороновой кислоты и, в некоторых вариантах реализации изобретения, содержит по меньшей мере около 0,01% мас. смеси.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, продолжительность реакции сшивки может составлять около 30 мин или менее.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, может содержать биополимер, синтетический полимер или их смеси. В некоторых вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой водорастворимый полиакриламид, содержащий бороновую кислоту. Полиакриламид может быть приготовлен радикальной полимеризацией акриламида и по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты. В других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, может быть полимеризован с использованием мономера, выбранного из группы, состоящей из акриловой кислоты или ее солей, 2-акриламидо-2-метилпропан сульфоновой кислоты (AMPS) или ее солей, 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминия (DMAEA.MCQ). В некоторых вариантах реализации изобретения, мономер бороновой кислоты представляет собой 3-(акриламидо)фенилбороновую кислоту (APBA). В различных вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, является неионным, анионным, катионным, амфотерным или ассоциативным. Полимер, содержащий бороновую кислоту, может быть линейным или нелинейным; и сшитым или не сшитым. В некоторых вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, находится в виде латекса, водного раствора или сухого порошка.

В некоторых вариантах реализации изобретения, продукт реакции вводят в жидкость процесса Байера, тем самым повышая выход при извлечении гидроксида алюминия из процесса производства тригидрата алюминия. Продукт реакции может быть введен в жидкость процесса Байера в одном или более местах и, по этой причине, он будет осуществлять улучшенную флокуляцию частиц тригидрата по сравнению с использованием несшитого декстрана. Кроме того, продукт реакции может быть введен в жидкость процесса Байера в одном или более местах и, по этой причине, он будет снижать скорость образования зародышей одного или более кристаллов тригидрата алюминия в процессе. Изобретение дополнительно включает варианты реализации, в которых продукт реакции может быть введен в жидкость или суспензию процесса Байера в одном или более местах для ускорения очистки от красного шлама в процессе.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, раскрыт способ, ориентированный на осаждение тригидрата алюминия в процессе Байера. Способ включает добавление в жидкость процесса Байера достаточного количества флокулянта тригидрата. Флокулянт тригидрата приготовлен путем соединения полисахарида, полимера, содержащего бороновую кислоту, и порции жидкости или суспензии, для образования сшитого продукта реакции. В некоторых вариантах реализации изобретения, полисахарид представляет собой декстран, и продукт реакции образуется в результате инициированной pH жидкости или суспензии сшивки декстрана с полимерами, содержащими бороновую кислоту. Уровень pH, необходимый для инициирования сшивки, может иметь место в жидкости или суспензии процесса Байера. Применение флокулянта тригидрата приводит к повышенной флокуляции частиц гидроксида алюминия и уменьшенному содержанию твердых частиц в верхнем сливе.

По меньшей мере один вариант реализации изобретения ориентирован на способ осаждения тригидрата алюминия в системе процесса Байера. Способ включает добавление в систему достаточного количества сшитого декстрана. Сшивка является результатом реакции на месте декстрана с композицией, включающей полимеры, содержащие бороновую кислоту, причем декстран и композицию полимера, содержащего бороновую кислоту, объединяют в растворе, имеющем определенный уровень pH, и этот уровень pH инициирует реакцию сшивки. В некоторых вариантах реализации изобретения, раствор представляет собой порцию жидкости из системы процесса Байера. В этом и различных других вариантах реализации изобретения, декстран и композицию с полимером, содержащим бороновую кислоту, соединяют в потоке жидкости системы процесса Байера. Применение таких флокулянтов из сшитых полимеров декстран/полимер, содержащий бороновую кислоту, приводит к улучшенному осаждению гидроксида алюминия по сравнению с использованием традиционных флокулянтов, применяемых в этом процессе.

Раствор декстрана, сшитого с полимером, содержащим бороновую кислоту, можно добавлять к жидкости процесса Байера в контуре классификации тригидрата в процессе производства глинозема. Раствор может добавляться к жидкости в одном или более местах в контуре процесса, в котором происходит разделение твердой и жидкой фаз. Дополнительные места могут содействовать снижению скорости образования зародышей одного или более кристаллов гидроксида алюминия в процессе. Дополнительные места могут содействовать снижению скорости образования отложений в процессе. Раствор может дополнительно повышать выход при выделении тригидрата алюминия.

В вышеописанных и различных других вариантах реализации изобретения, процесс Байера проводится на мощностях по производству глинозема, и сшивка декстрана с полимерами, содержащими бороновую кислоту, осуществляется на мощностях по производству глинозема. В различных вариантах реализации изобретения, сшивка осуществляется в порции жидкости процесса Байера. В некоторых вариантах реализации изобретения, декстран сшивают с полимерами, содержащими бороновую кислоту, в порции жидкого каустика процесса Байера, изъятой из потока жидкости процесса Байера и после этого добавленной к потоку жидкости процесса Байера. В некоторых вариантах реализации изобретения, композицию с декстраном и композицию с полимерами, содержащими бороновую кислоту, объединяют и добавляют в поток жидкости процесса Байера.

В этих и различных других вариантах реализации изобретения, сшивка флокулирующего агента, такого как декстран, с полимерами, содержащими бороновую кислоту, значительно сокращает рабочее время, необходимое для сшивки декстрана, по сравнению со сшивкой с обычными агентами, например, содержащими эпихлоргидрин. Уровни pH жидкого каустика процесса Байера инициируют быструю реакцию сшивки между декстраном и полимерами, содержащими бороновую кислоту, для флокуляции твердых частиц тригидрата алюминия. В некоторых вариантах реализации изобретения, продолжительность сшивки при приготовлении улучшенного флокулянта составляет 1-30 мин, что существенно меньше, чем в случае коммерческих продуктов, когда она составляет 1-20 час. Сшивка декстрана с полимерами, содержащими бороновую кислоту, может дополнительно повышать действующую концентрацию продукта, что снижает транспортные расходы и общие производственные затраты.

Дальнейшие преимущества композиций и способов по настоящему изобретению включают, но не ограничиваются этим, снижение затрат, связанных с процессом производства гидроксида алюминия, при одновременном повышении результативности и эффективности производственного процесса. Данные способы и композиции способствуют максимизации результативности процесса и достижению максимально низкой концентрации твердых частиц в верхнем сливе последнего этапа классификации.

Дополнительное преимущество сшивки декстрана с полимерами, содержащими бороновую кислоту, на мощностях по производству глинозема для получения флокулянта тригидрата, который используется при осаждении тригидрата алюминия в процессе Байера, состоит в том, что она может повышать эффективность флокуляции, сокращать время реакции, увеличивать максимальную эффективную дозу, ускорять осаждение и улучшать сопротивление сдвигу флокулянта тригидрата. Кроме того, сшивка декстрана с полимерами, содержащими бороновую кислоту, на производственной площадке или на месте на мощностях по производству глинозема обеспечивает снижение транспортных и производственных затрат.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, горнорудный процесс представляет собой процесс переработки железной руды, и разделение твердой и жидкой фаз представляет собой отделение железорудных хвостов. Аналогично, способ включает соединение флокулирующего агента и второй композиции, содержащей полимер, содержащий бороновую кислоту, для формирования смеси; и инициирование реакции сшивки между флокулирующим агентом и полимером, содержащим бороновую кислоту, воздействием на смесь щелочной среды с уровнем pH 8 или более, в результате чего образуется продукт реакции. Продукт реакции используется на производственной площадке в качестве флокулянта в потоке жидкости процесса переработки железной руды на одном или более участков, на которых происходит разделение на твердую и жидкую фазы.

Аналогично, описанный выше способ дополнительно включает подачу продукта реакции в поток жидкости, причем реакция сшивки инициируется на производственной площадке перед подачей; подачу смеси в поток жидкости, которая имеет уровень pH 8 или более, причем реакция сшивки инициируется в потоке жидкости; или подачу первой и второй композиций в поток жидкости, которая имеет уровень pH 8 или более, причем формирование смеси и инициирование реакции сшивки происходит в потоке жидкости. Как описано выше, полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой продукт реакции по меньшей мере одного водорастворимого винилового мономера и по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, данное изобретение включает флокулирующую композицию для разделения на твердую и жидкую фазы в процессе Байера для производства глинозема. Флокулянт содержит продукт инициируемой рН реакции сшивки между флокулирующим агентом и полимером, содержащим бороновую кислоту. Реакция сшивки инициируется воздействием на смесь флокулирующего агента с полимером, содержащим бороновую кислоту, щелочной среды с уровнем pH 8 или более, причем полимер, содержащий бороновую кислоту, является продуктом реакции полимеризации по меньшей мере одного водорастворимого винилового мономера и по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты.

В некоторых вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, имеет приведенную удельную вязкость по меньшей мере около 0,2 дл/г и содержит по меньшей мере около 0,01% мас. мономера с бороновой кислотой. В этом и различных других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, может содержать от около 1,0% мас. до около 2,0% мас. мономера с бороновой кислотой содержит по меньшей мере около 0,01% мас. смеси. В других вариантах реализации изобретения, полимер, содержащий бороновую кислоту, содержит от 0,10% мас. до около 10% мас. смеси, и продолжительность реакции сшивки составляет около 30 мин или менее. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, флокулирующая композиция способствует формированию кристаллических агломератов в процессе кристаллизации из осадительной жидкости.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, раскрыт продажный набор, в который входит композиция с полимером, содержащим бороновую кислоту, и печатный листок-вкладыш. В печатном листке-вкладыше указано, что композицию можно применять в качестве добавки для разделения твердой и жидкой фаз в горнорудном процессе. В некоторых вариантах реализации изобретения, в печатном листке-вкладыше указано, что полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой продукт реакции полимеризации по меньшей мере одного водорастворимого винилового мономера и по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты. Печатный листок-вкладыш указывает пользователю или ориентирует его на инструкцию по применению композиции. Инструкция может указывать способ разделения на твердую и жидкую фазы в горнорудном процессе для производства горнорудного продукта на производственной площадке, как раскрыто в данном документе.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, инструкция указывает, что способ включает объединение первой композиции, содержащей флокулирующий агент, и композиции, содержащей полимер, содержащий бороновую кислоту, для формирования смеси. Указанный способ дополнительно включает инициацию реакции сшивки между флокулирующим агентом и полимером, содержащим бороновую кислоту, путем воздействия на смесь щелочной среды с уровнем pH 8 или более, в результате которого формируется продукт реакции. Инструкция может дополнительно указывать, что продукт реакции используется на производственной площадке в качестве флокулянта в потоке жидкости горнорудного процесса на одном или более участков, на которых происходит разделение на твердую и жидкую фазы.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, инструкция дополнительно указывает, что способ включает подачу продукта реакции в поток жидкости, причем реакция сшивки инициируется на производственной площадке перед подачей; подачу смеси в поток жидкости, которая имеет уровень pH 8 или более, причем реакция сшивки инициируется в потоке жидкости; или подачу первой и второй композиций в поток жидкости, которая имеет уровень pH 8 или более, причем формирование смеси и инициирование реакции сшивки происходит в потоке жидкости.

В этих и других различных вариантах реализации изобретения, горнорудный процесс представляет собой процесс Байера и горнорудный продукт представляет собой глинозем. В печатном листке-вкладыше описано применение композиции в качестве добавки при разделении на твердую и жидкую фазы в процессе Байера и представлены инструкции по способу разделения на твердую и жидкую фазы в процессе Байера для производства глинозема на производственной площадке. В других различных вариантах реализации изобретения, горнорудный процесс представляет собой процесс переработки железной руды. В печатном листке-вкладыше описано применение композиции в качестве добавки при разделении на твердую и жидкую фазы в процессе переработки железной руды и представлены инструкции по способу разделения на твердую и жидкую фазы в процессе переработки железной руды на железорудной производственной площадке.

Приведенная выше сущность различных аспектов изобретения не предназначена для описания каждого проиллюстрированного аспекта или каждого осуществления изобретения. Из приведенного ниже подробного описания, специалисты в данной области техники легко поймут другие цели и преимущества настоящего изобретения и способы их формирования. Как будет показано, у изобретения возможны другие и различные варианты реализации и способы их формирования, и некоторые его части поддаются модификации в различных очевидных отношениях, все это без выхода за пределы объема изобретения. Соответственно, графические материалы и описание следует воспринимать как иллюстративные по своей природе, а не как ограничительные.

Краткое описание графических материалов

В приведенном ниже подробном описании сделаны специальные ссылки на графические материалы, в которых:

На ФИГ. 1 представлен график результатов сравнения образцов в тесте на снижение содержания твердых частиц в верхнем сливе.

На ФИГ. 2 представлен график результатов сравнения образцов в тесте на снижение содержания твердых частиц в верхнем сливе.

На ФИГ. 3 представлен график результатов сравнения образцов содобавок в тесте на осаждение красного шлама.

На ФИГ. 4 представлен график результатов сравнения образцов содобавок в тесте на осаждение железорудных хвостов.

Хотя в данном изобретении возможны различные модификации и альтернативные варианты, его специфика представлена путем примеров в графических материалах, и будет описана подробно. Тем не менее, следует понимать, что отсутствует намерение ограничить настоящее изобретение частными аспектами. Наоборот, цель состоит в охвате всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, попадающих в сущность и объем настоящего изобретения, как определено в приложенной Формуле изобретения.

Подробное описание изобретения

Хотя данное изобретение может быть реализовано во многих различных формах, в данном документе подробно описаны конкретные варианты реализации изобретения. Данное описание представляет собой иллюстрацию принципов изобретения и не предназначено для ограничения изобретения частными проиллюстрированными вариантами реализации.

Ниже приведены определения, применимые к значимым терминам, которые используются в данной спецификации. Систематизация определений сделана только для удобства и не предназначена для ограничения любых определений любой частной категорией.

ʺСостоящий по существу изʺ означает, что способы и композиции могут включать дополнительные этапы, компоненты, ингредиенты или т. п., но только в тех случаях, когда дополнительные этапы, компоненты и/или ингредиенты не изменяют существенным образом базовых и новых характеристик заявленных способов и композиций.

ʺДекстранʺ представляет собой связанный с глюкозой связями α-D-1,6 глюкан с боковыми цепями 1-3, связанными со звеньями основной цепи биополимера.

ʺДигидроксипропилцеллюлозаʺ представляет собой производное целлюлозы с добавлением 1,2-дигидроксипропиловой эфирной группы к основной цепи целлюлозы.

ʺЖидкостьʺ или ʺжидкость Байераʺ обозначает каустическую жидкую среду, которая проходит через по меньшей мере часть процесса Байера на промышленных мощностях.

ʺОсадительная сырьевая жидкостьʺ обозначает осадительную жидкость, которая поступает в осадительный чан процесса осаждения гидроксида алюминия.

ʺОсадительная жидкостьʺ обозначает жидкость, содержащую алюминат, на этапе осаждения гидроксида алюминия в процессе производства глинозема. Алюминатная жидкость может обозначаться различными терминами, известными рядовым специалистам в данной области техники, например, маточный раствор, алюминатный раствор и сырье для осаждения гидроксида алюминия. Процесс Байера является одним примером процесса производства глинозема. Термин осадительная жидкость может также охватывать алюминатный раствор, направленный на декомпозицию в процесс спекания-карбонизации или комбинированный процесс Байера-спекания как завершающийся способами, хорошо известными специалистам в данной области техники, как описано, например, в патентах США №№ 4256709, 3642437, 2184703, 2257347 и 2181695.

ʺВыход продуктаʺ обозначает количество твердой фазы гидроксида алюминия, содержащейся внутри осадительного чана в конце осадительного цикла. На повышенный выход продукта обычно указывает более низкая концентрация гидроксида алюминия в жидкости в соответствующей емкости.

ʺСуспензияʺ обозначает смесь, содержащую жидкую среду, в которой диспергированы или суспендированы мелочи (которые могут быть жидкими и/или тонко измельченными твердыми частицами), при барботировании суспензии, рудные хвосты остаются в суспензии и по меньшей мере часть концентрата прилипает к барботируемым пузырькам и поднимается из суспензии вверх, в слой пены над суспензией, жидкая среда может полностью состоять из воды, частично состоять из воды или совсем не содержать воды.

ʺОтработанная жидкостьʺ относится к жидкости, которая остается после удаления осажденных объемов алюминия после конечного этапа классификации, которая возвращается обратно для выщелачивания в процессе Байера.

В данном документе принято, что ʺПриведенная удельная вязкостьʺ или ʺRSVʺ обозначает удельную вязкость, деленную на концентрацию, в частности, измеренную при концентрациях 0,45 г полимера в однонормальном растворе нитрата натрия.

ʺКонцентраторʺ или ʺОсадительʺ обозначает емкость, которая используется для воздействия на разделение суспензии на твердую и жидкую фазы, которое часто осуществляется с добавлением флокулянтов, емкость спроектирована и приспособлена для приема суспензии, содержания суспензии в течение периода времени, достаточного, чтобы дать возможность твердым фазам суспензии осесть вниз (нижний слив) из более жидкой части суспензии (верхний слив), перелить верхний слив и удалить нижний слив. Нижний слив и верхний слив из концентратора часто подают на фильтры для дополнительного отделения твердой фазы от жидкой.

ʺМассовая процентная доляʺ обозначает общую массовую долю реагента в 100 г композиции или смеси.

В случае, если приведенные выше определения или описание, изложенное в другом месте данной заявки, несовместимы со значением (прямо или косвенно), которое обычно используется, приведено в словаре или изложено в источнике, введенном в данную заявку посредством ссылки, термины в заявке и Формуле изобретения, в особенности, должны истолковываться в соответствии с определением или описанием, приведенным в данной заявке, а не в соответствии с обычным определением, словарным определением или определением, которое было введено посредством ссылки. В свете вышеизложенного, если термин можно понять только если он истолкован в словаре, если термин определен в Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5th Edition, (2005), (Published by Wiley, John & Sons, Inc.), это определение будет указывать, как термин должен определяться в Формуле изобретения.

В данном документе описаны способы и композиции, в которых используются полимеры, содержащие бороновую кислоту, для повышения эффективности флокулянта и продуктивности промышленного процесса. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, компонент полимер, содержащий бороновую кислоту (или ʺкомпонент бороновый полимерʺ), объединяют с компонентом флокулирующий агент (или ʺкомпонент флокулирующий агентʺ) на производственной площадке или на месте для формирования смеси. Смесь объединяют с или вводят в щелочную жидкость, имеющую pH 8 или более. pH щелочной жидкости инициирует реакцию сшивки между компонентом флокулирующий агент и компонентом бороновый полимер, что приводит к образованию продукта реакции. Инициирование может быть осуществлено до или после введения в поток жидкости промышленного процесса, такого как процесс Байера. Продукт реакции используется при разделении твердой и жидкой фаз в промышленном процессе.

В способах, раскрытых в данном документе, инициированная pH реакция, независимо от того, протекает она перед введением/применением в потоке жидкости или на месте, является улучшением по сравнению с более продолжительными приготовлением и временами реакций других флокулянтов, флокулирующих агентов или способов флокулирования. Способы применения по изобретению обеспечивают большую гибкость и возможность производить быстрые изменения в восполнении различных дозовых назначений. Способы дополнительно обеспечивают снижение затрат на транспортировку и хранение.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, реакцию между компонентами флокулянта, такими как полимер, содержащий бороновую кислоту, и декстран, или сшивку проводят на месте. Иными словами, компоненты флокулянта поставляются отдельно, и реакцию между ними или сшивку в потоке жидкости производят на месте применения для образования флокулянта. Компоненты флокулянта смешивают и добавляют в поток жидкости процесса производства конкретного объекта. pH потока жидкости, составляющее 8 или более, инициирует сшивку смешанных компонентов флокулянта. В случае процесса Байера, в некоторых вариантах реализации изобретения, компоненты флокулянта добавляют в жидкость Байера в контуре классификации тригидрата в процессе производства тригидрата алюминия. Компоненты флокулянта могут добавляться к жидкости в одном или более местах в контуре процесса Байера, в котором происходит разделение твердой и жидкой фаз.

В некоторых вариантах реализации изобретения, реакция или сшивка включает смешивание компонентов с порцией щелочного раствора, имеющего pH 8 или более, например, порцией потока жидкости процесса производства конкретного объекта. pH щелочного раствора инициирует сшивку компонентов флокулянта, формирующую полимеры, содержащие бороновую кислоту. Затем прореагировавшие или сшитые компоненты флокулянта добавляют непосредственно в поток жидкости. В случае процесса Байера, в некоторых вариантах реализации изобретения, может использоваться порция щелочной жидкости Байера из потока жидкости на технологической линии процесса Байера. Затем прореагировавшие или сшитые компоненты флокулянта в порции щелочной жидкости Байера добавляют непосредственно в жидкость Байера в контуре классификации тригидрата в процессе производства тригидрата алюминия. Компоненты флокулянта могут добавляться к жидкости в одном или более местах в контуре процесса Байера, в котором происходит разделение твердой и жидкой фаз.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, компоненты флокулянта добавляют в жидкость в контуре классификации тригидрата в процессе производства тригидрата алюминия. Компоненты флокулянта могут добавляться к жидкости в одном или более местах в контуре процесса Байера, в котором происходит разделение твердой и жидкой фаз. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, компоненты флокулянта могут добавляться в указанную жидкость в одном или более мест в технологической линии процесса Байера, где они снижают скорость образования зародышей одного или более кристаллов гидроксида алюминия в процессе. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, компоненты флокулянта могут добавляться в жидкость в одном или более мест в технологической линии процесса Байера, где они снижают скорость образования отложений в процессе. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, компоненты флокулянта могут добавляться в жидкость в одном или более мест в технологической линии процесса Байера, где они ускоряют очистку от красного шлама в процессе.

Компоненты флокулянта

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, компоненты флокулянта включают компонент флокулирующий агент или флокулирующий агент, который, в типичных вариантах реализации, представляет собой полисахарид, и компонент бороновый полимер, который, в типичных вариантах реализации, представляет собой полимер, содержащий бороновую кислоту. В ответ на толчок pH, компоненты вступают в реакцию сшивки, в результате которой образуется флокулирующая композиция. В некоторых вариантах реализации изобретения, продолжительность сшивки при приготовлении улучшенного флокулянта составляет 1-30 мин. Эффективность инициированной pH сшивки по настоящему изобретению позволяет проводить эту реакцию на производственной площадке или на месте, тогда как обычная сшивка полисахаридов производится вне предприятия в течение 1-20 час. Сшитая флокулирующая композиция действует как добавка в процесс, способствующая осаждению и эффективности процесса разделения. В некоторых различных вариантах реализации изобретения, pH-инициатором может быть раствор, имеющий pH 8 или выше, включая технологическую жидкость из промышленного процесса. В некоторых вариантах реализации изобретения, промышленный процесс представляет собой процесс Байера, и сшитые компоненты флокулянта используются в технологической жидкости для ускорения осаждения мелких кристаллов гидроксида алюминия и уменьшения количества твердых частиц в отработанной жидкости.

Компонент флокулирующий агент

В различных вариантах реализации изобретения, компонент флокулирующий агент содержит флокулирующий агент, который, по меньшей мере в некоторых вариантах реализации, может представлять собой синтетический полимер, полисахарид или их смеси. В некоторых вариантах реализации изобретения, флокулирующий агент содержит один или более полисахаридов. Полисахариды могут содержать моносахариды глюкозы, включая, например, одно из веществ или смеси декстрана, крахмала, гуаровой смолы, дигидроксипропилцеллюлозы, пуллулана, склероглюкана, зооглана, лактама, рамзана и т. д. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, флокулирующий агент является растворимым или диспергируемым в технологической жидкости, например, декстран в жидкости процесса Байера, и его можно добавлять самостоятельно как добавку в процесс.

Компонент бороновый полимер

В различных вариантах реализации изобретения, компонент бороновый полимер содержит один или более полимеров, содержащих бороновую кислоту (или ʺбороновый полимер(ы)ʺ), и может представлять собой биополимер или синтетический полимер. Полимер, содержащий бороновую кислоту, может быть синтезирован в или представлять собой продукт реакции полимеризации, такой как свободнорадикальная полимеризация, по меньшей мере одного водорастворимого винилового мономера и по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты (ʺмономера с бороновой кислотойʺ).

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, примеры подходящих водорастворимых виниловых мономеров включают акриламид; акриловую кислоту или ее соли; 2-акриламидо-2-метилпропан сульфоновую кислоты или ее соли (AMPS или ATBS); N,N,N-триметил-2-[(1-оксо-2-пропенил)окси]-этанаминийхлорид (DMAEA.MCQ), N,N-диметил-N-пропенил-2-пропен-1аминийхлорид (DADMAC) и их смеси.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, мономер бороновой кислоты содержит по меньшей мере одну винильную группу и фрагмент бороновой кислоты. В этом и различных других вариантах реализации изобретения, боронатный фрагмент поставляется замещенными фенилбороновыми кислотами (PBA). Примеры подходящих мономеров бороновой кислоты включают, но не ограничиваются этим, 3-(акриламидо)фенилбороновую кислоту (APBA), 4-(акриламидо)фенилбороновую кислоту, 2-(акриламид)фенилбороновую кислоту, 4-винилфенилбороновую кислоту, 3-винилфенилбороновую кислоту, 2-винилфенилбороновую кислоту и их смеси.

В этих и различных других вариантах реализации изобретения, синтезированный полимер, содержащий бороновую кислоту может иметь одно или более из следующих свойств: неионогенный, анионный, катионный, амфотерный and ассоциативный. Кроме того, полимер, содержащий бороновую кислоту, может быть линейным или нелинейным; и может быть сшитым или несшитым.

В некоторых вариантах реализации изобретения, включая варианты реализации, применяемые в процессе Байера, бороновый полимер представляет собой полиакриламид, содержащий бороновую кислоту. Полиакриламид может быть приготовлен радикальной полимеризацией акриламида (водорастворимого винилового мономера) и мономера бороновой кислоты (по меньшей мере одного винилового мономера, содержащего фрагмент бороновой кислоты).

В приведенных выше и в других различных вариантах реализации изобретения, водорастворимый виниловый мономер (акриламид) может быть заменен или скомбинирован с водорастворимым виниловым мономером, выбранным из группы, состоящей из: акриловой кислоты или ее солей, 2-акриламидо-2-метилпропан сульфоновой кислоты (AMPS) или ее солей, 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминия (DMAEA.MCQ), N,N-диметил-N-пропенил-2-пропен-1аминийхлорида (DADMAC) и их смесей.

В приведенных выше и в других различных вариантах реализации изобретения, мономер бороновой кислоты может представлять собой 3-(акриламидо)фенилбороновую кислоту (APBA), 4-(акриламидо)фенилбороновую кислоту, 2-(акриламид)фенилбороновую кислоту, 4-винилфенилбороновую кислоту, 3-винилфенилбороновую кислоту, 2-винилфенилбороновую кислоту или их смеси.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, бороновый полимер получен радикальной полимеризацией водорастворимого винилового мономера и APBA. В этом и других различных вариантах реализации изобретения, водорастворимый виниловый мономер может быть выбран из группы, состоящей из: акриламида (AM), акриловой кислоты или ее солей (AA), 2-акриламидо-2-метилпропан сульфоновой кислоты или ее солей (AMPS или ATBS), 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминия (DMAEA.MCQ), N,N-диметил-N-пропенил-2-пропен-1аминийхлорида (DADMAC) и их смесей.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, бороновый полимер содержит по меньшей мере 0,01% мономера с бороновой кислотой. В других вариантах реализации изобретения, бороновый полимер содержит от около 0,5% мас. до около 2,5% мас. мономера с бороновой кислотой, остальная часть содержит водорастворимый виниловый мономер(ы). По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, бороновый полимер содержит от около 1,0% мас. до около 2,0% мас. мономера с бороновой кислотой. В некоторых вариантах реализации изобретения, бороновый полимер содержит от 1,0% мас. до около 2,0% мас. мономера с бороновой кислотой и от около 98,0% мас. до около 99% мас. водорастворимого винилового мономера(ов).

В этом и других различных вариантах реализации изобретения, компонент бороновый полимер может иметь RSV в диапазоне от около 0,2 дл/г до около 50 дл/г. В некоторых вариантах реализации изобретения, диапазон составляет от около 0,2 дл/г до около 35 дл/г. В других вариантах реализации изобретения, диапазон составляет от около 1,0 дл/г до около 35 дл/г. В других вариантах реализации изобретения, диапазон составляет от около 5 дл/г до около 30 дл/г.

Полимер, содержащий бороновую кислоту, может поставляться или доставляться в различных формах. Примеры таких форм включают латекс, водный раствор или сухой порошок.

Смесь компонентов флокулянта

Компонент флокулирующий агент и компонент бороновый полимер объединяют для формирования смеси. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, смесь формируют получением порции компонента флокулирующий агент и порции компонента бороновый полимер, и объединением компонентов на производственной площадке в месте горнорудного производства. В некоторых вариантах реализации изобретения, смесь формируют вне потока жидкости производственного процесса. В некоторых других вариантах реализации изобретения, смесь формируют на месте добавлением двух компонентов непосредственно в поток жидкости производственного процесса. В других вариантах реализации изобретения, смесь получают или доставляют к производственной площадке. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, компоненты смеси остаются непрореагировавшими до тех пор, пока реакция не будет инициирована pH.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, смесь содержит от около 0,01% мас. до около 50% мас. компонента бороновый полимер, остальное составляет компонент флокулирующий агент. В некоторых вариантах реализации изобретения, смесь содержит от около 0,01% мас. до около 30% мас. компонента бороновый полимер. В других вариантах реализации изобретения, смесь содержит от около 0,10% мас. до около 10% мас. компонента бороновый полимер. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, смеси с компонентом бороновый полимер, имеющие более высокую RSV, содержат количества компонента бороновый полимер из нижних частей диапазонов.

Реакция сшивки флокулянта

Впоследствии смесь подвергают воздействию щелочной среды с pH 8 или более для инициирования реакции сшивки между компонентом флокулирующий агент и компонентом бороновый полимер. В некоторых вариантах реализации изобретения, смесь инициируется воздействием на нее pH 10 или более. После воздействия, компоненты вступают в реакцию сшивки с образованием флокулирующей композиции. В некоторых вариантах реализации изобретения, время реакции или продолжительность сшивки при приготовлении улучшенного флокулянта составляет 1-30 мин, что существенно меньше, чем в случае коммерческих продуктов, когда она составляет 1-20 час.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации, флокулянт изготавливают путем формирования смеси и последующего введения смеси в поток жидкости производственного процесса в одном или более местах, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз. Реакция сшивки компонентов смеси для образования флокулянта инициируется на месте воздействием щелочной среды с pH 8 или более в потоке жидкости.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, и формирование смеси компонентов, и инициирование реакции сшивки компонентов смеси воздействием щелочной среды с pH 8 или более в потоке жидкости, осуществляется на месте. В этом случае, флокулянт изготавливают путем введения первого и второго компонентов отдельно в поток жидкости производственного процесса в одном или более местах, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз. Компоненты вводят таким образом, чтобы первый и второй компоненты перемешивались в потоке жидкости. В результате, смесь формируется в потоке жидкости. Поток жидкости имеет pH 8 или более, поэтому инициирует реакцию сшивки компонентов, в результате которой образуется флокулянт.

В некоторых вариантах реализации изобретения, формирование смеси и инициирование реакции сшивки компонентов флокулянта в смеси осуществляется перед введением в поток жидкости производственного процесса. В некоторых вариантах реализации изобретения, компоненты флокулянта подвергаются воздействию щелочной среды с pH 8 или более в течение формирования смеси. В некоторых вариантах реализации изобретения, смесь компонентов флокулянта сначала формируют, а затем подвергают воздействию щелочной среды с pH 8 или более. После или в течение реакции сшивки, смесь вводят в поток жидкости производственного процесса в одном или более местах, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз.

В некоторых вариантах реализации изобретения, инициирование реакции сшивки компонентов флокулянта перед введением в поток жидкости производственного процесса выполняется путем соединения порции раствора, имеющего pH 8 или более, с компонентами флокулянта или смесью компонентов флокулянта. В некоторых вариантах реализации изобретения, раствор добавляют к одному или обоим компонентам, причем впоследствии компоненты объединяют. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, раствор, имеющий pH 8 или выше, представляет собой порцию жидкости из производственного процесса. В некоторых вариантах реализации изобретения, процесс промышленного производства представляет собой процесс Байера, и жидкость, применяемая в качестве инициирующей, представляет собой технологическую жидкость.

В некоторых вариантах реализации изобретения, может быть создана смесь полимера, содержащего бороновую кислоту, и флокулирующего агента, в которой полимер, содержащий бороновую кислоту, и флокулирующий агент в смеси являются непрореагировавшими, и эта смесь может быть доставлена к месту применения. Смесь может быть инициирована pH вне потока жидкости и затем введена в него, или смесь вводят непосредственно в поток жидкости, так, что инициируемая pH сшивка происходит на месте.

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, промышленный процесс представляет собой процесс Байера для производства глинозема из бокситовой руды. В этих и различных других вариантах реализации, изобретение относится к применению флокулянта тригидрата для улучшения эксплуатационных характеристик агрегатов в процессе Байера, в частности, для ускорения осаждения мелких кристаллов гидроксида алюминия. Флокулянт тригидрата может быть изготовлен с помощью инициируемой pH сшивки декстрана с полимерами, содержащими бороновую кислоту. Сшивка может быть произведена на производственной площадке или на месте, с использованием в качестве рН-инициатора жидкости из процесса Байера.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, сшитые декстран и полимер, содержащий бороновую кислоту, смешивают путем добавления полимера, содержащего бороновую кислоту, к декстрану, с образованием раствора, в котором полимер, содержащий бороновую кислоту, и декстран являются, в основном, непрореагировавшими. Затем непрореагировавший раствор добавляют в щелочной раствор, содержащий гидроксид натрия, гидроксид калия или гидроксиды других щелочных металлов, или водорастворимый гидроксид щелочного металла и имеющий pH в диапазоне от 8 до 14. pH щелочного раствора инициирует реакцию сшивки полимера, содержащего бороновую кислоту, и декстрана. В некоторых вариантах реализации изобретения, раствор становится раствором с высокой вязкостью или пастой. В некоторых вариантах реализации изобретения, достигается подходящая степень сшивки, что определяется измерением повышения вязкости раствора.

В некоторых вариантах реализации изобретения, применение способов, описанных в данном документе, увеличивает производство и извлечение кристаллических агломератов из осадительной жидкости процесса кристаллизации. Применение сшитого декстрана в соответствии с настоящим изобретением приводит к увеличению размера частиц извлекаемых кристаллических агломератов по сравнению с другими традиционными методами.

Варианты реализации изобретения дополнительно охватывают способ производства гидроксида алюминия из жидкости процесса Байера, содержащей водную фазу алюмината натрия. Жидкость может быть произведена отделением нерастворимых в щелочной среде взвешенных твердых частиц. Способ может включать этапы (i) введения порций декстрана и полимера, содержащего бороновую кислоту, в соответствии с данным изобретением, в осадительную жидкость процесса Байера и их распределения в осадительной жидкости; и (ii) осаждения кристаллических агломератов из осадительной жидкости. По этому способу, декстран и бороновый полимер добавляют в количестве, достаточном для сдвига гранулометрического распределения кристаллов гидроксида алюминия, такого, чтобы в получаемых кристаллах было уменьшенное образование продуктовых мелочей.

В вариантах реализации способов, декстран и полимеры, содержащие бороновую кислоту, можно добавлять в соответствии со способами по данному изобретению к осадительной жидкости в одной или более из следующих фаз процесса Байера: (i) к подаваемой осадительной жидкости; (ii) к затравочной суспензии; (iii) в осадитель; и (iv) во входящий поток осадительного чана. В некоторых вариантах реализации изобретения, компоненты распределяют внутри осадительной жидкости посредством обычного перемешивания с высокой скоростью сдвига или перемешивания ультразвуком.

В некоторых вариантах реализации изобретения, компоненты, добавленные в соответствии с настоящим изобретением в процесс Байера для производства кристаллов гидроксида алюминия, приводят к пониженному образованию продуктовых мелочей параллельно со сдвигом вверх гранулометрического распределения гидроксида алюминия, без существенного снижения общего выхода гидроксида алюминия.

По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, данное изобретение включает набор химических добавок для разделения на твердую и жидкую фазы в процессе Байера для производства глинозема. Набор химических добавок включает: первую композицию, содержащую полисахарид, и отдельную вторую композицию, содержащую полимер, содержащий бороновую кислоту. Между полисахаридом и полимером, содержащим бороновую кислоту, первого и второго компонентов, при объединении с порцией жидкости или суспензии из горнорудного процесса, имеющей уровень pH 8 или более, происходит быстрая реакция сшивки, инициированная уровнем pH жидкости или суспензии, с образованием продукта реакции, предназначенного для использования в потоке жидкости горнорудного процесса в одном или более местах, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз. Набор химических добавок дополнительно включает инструкции по применению первой и второй композиций при разделении на твердую и жидкую фазы в горнорудном процессе. В других вариантах реализации изобретения, полисахарид представляет собой декстран, а полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой водорастворимый полиакриламид, содержащий бороновую кислоту. В некоторых вариантах реализации изобретения, горнорудный процесс представляет собой процесс Байера или процесс отделения железорудных хвостов.

По меньшей мере в одном варианте реализации, данное изобретение охватывает продажный набор. Продажный набор включает: первую композицию, содержащую полисахарид, и отдельную вторую композицию, содержащую полимер, содержащий бороновую кислоту; и этикетку с напечатанными инструкциями по способу их использования в качестве добавки при разделении на твердую и жидкую фазы в горнорудном процессе, таком как процесс Байера. Между полисахаридом и полимером, содержащим бороновую кислоту, первым и вторым компонентами, при объединении с порцией жидкости или суспензии из горнорудного процесса, имеющей уровень pH 8 или более, происходит быстрая реакция сшивки, инициированная уровнем pH жидкости или суспензии, с образованием продукта реакции, предназначенного для использования в потоке жидкости горнорудного процесса в одном или более местах, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз. В этом и различных других вариантах реализации изобретения, продажный набор дополнительно включает инструкции по применению. В других вариантах реализации изобретения, полисахарид представляет собой декстран, а полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой водорастворимый полиакриламид, содержащий бороновую кислоту.

По меньшей мере в одном варианте реализации, данное изобретение относится к способу продажи первой композиции, содержащей полисахарид, и отдельной второй композиции, содержащей полимер, содержащий бороновую кислоту, включая упаковку первой и второй композиций с этикетками, на которых указано, что композиции полезны в качестве добавки для разделения твердой и жидкой фаз в горнорудном процессе, таком как процесс Байера. В других вариантах реализации изобретения, полисахарид представляет собой декстран, а полимер, содержащий бороновую кислоту, представляет собой водорастворимый полиакриламид, содержащий бороновую кислоту.

При сшивке декстрана с полимером, содержащим бороновую кислоту, наблюдаются превосходные и неожиданные улучшения в действенности сшитого материала по сравнению с обычным образом сшитыми полисахаридами или несшитыми аналогами. Применение полисахаридов сдерживается тем фактом, что увеличение доз полисахаридов в жидкости Байера приводит к превосходной флокуляции только при приближении вплотную к максимальной дозе. После достижения максимальной дозы, дальнейшее добавление такого полисахаридного материала обычно не приводит к дальнейшему улучшению характеристик.

При использовании сшитого декстрана по данному изобретению, достигаются превосходные эксплуатационные характеристики. Неожиданно обнаружилось, что максимальные эксплуатационные характеристики сшитого декстрана по данному изобретению превосходят максимальные эксплуатационные характеристики, наблюдаемые при использовании обычного декстрана в любой дозе.

Способы и композиции, раскрытые в данном документе, полезны для множества применений. Такие применения включают, но не ограничиваются этим, флокуляцию гидроксида алюминия, флокуляцию красного шлама, реологию нижнего слива, чистоту верхнего слива, скорость осаждения и скорость фильтрации в процессе Байера; горнорудные применения для железной и свинцово-цинковой руды.

В этом и различных других вариантах реализации изобретения, композиции и/или способы, описанные в данном документе, могут быть дополнены или выполняться в комбинации с или в соответствии с любыми композициями и способами, раскрытыми в патентах США №№ 8298508 и 8252266 и публикации WO 2014158381, включая те, которые связаны с флокуляцией и другими применениями, раскрытыми в данном документе. Включены также патенты, связанные с применением декстрана, включая патенты США №№ 6726845, 6740249, 3085853, 5008089, 5041269, 5091159, 5106599, 5346628 и 5716530 и австралийские патенты №№ 5310690 и 737191. Способы, термины, инструменты, материалы и принципы, раскрытые в упомянутых патентах и публикациях и любых других, которые иным способом упомянуты ниже или иным способом упомянуты в данном изобретении, включены в данный документ посредством ссылки. Уровень техники, описанный в данном документе, не предназначен для введения в силу допущения, что любой патент. публикация или другая информация, на которую имеется ссылка в данном документе, представляет собой "известный уровень техники" в отношении данного изобретения, в случаях, когда это не указано специально. Кроме того, это не следует трактовать как указание, что было проведено исследование или что не существует другой значимой информации, как определено в 37 CFR 1.56(a).

Примеры

Изложенное выше будет проще понять при рассмотрении следующих примеров, которые приведены в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема изобретения. В частности, примеры иллюстрируют типичное применение принципов, связанных с изобретением, и эти принципы не являются жестко ограниченными специфическими условиями, указанными в этих примерах. В результате, должно быть понятно, что изобретение охватывает различные изменения и модификации, описанные в данном документе, и такие изменения и модификации могут быть сделаны без выхода за пределы сущности и объема изобретения и без уменьшения его предполагаемых преимуществ. Следовательно, предполагается, что такие изменения и модификации охвачены приложенной Формулой изобретения.

Была проведена серия исследований инициируемой рН реакции сшивки и взаимодействия между бороновыми полимерами и декстраном, а также влияния сшитого продукта в применениях для флокуляции, в соответствии с данным изобретением. Различные образцы бороновых полимеров (или ʺобразцы полимеровʺ), перечисленные в Таблице 1, были приготовлены и сшиты с декстраном, и было проведено их сравнение в различных тестах на осаждение, что подробно описано ниже. Образцы бороновых полимеров содержат APBA, в качестве мономера бороновой кислоты, в количествах, приведенных в Таблице 1, и содержат AM, AA, AA/AM или ATBS, в качестве водорастворимого винилового мономера, в количествах, приведенных в Таблице 1. Растворы образцов полимеров были неионными, катионными или анионными.

Сшивка бороновых полимеров и декстран происходит быстро, после смешавания при pH 8 или выше. Четыре неионных бороновых полимера, включая образцы A, B, C и D, каждый из которых содержал AM в качестве водорастворимого винилового мономера и имел значения RSV, приведенные ниже в Таблице 1, были по отдельности соединены с декстраном UHMW (ʺDXʺ или ʺдекстранʺ). Увеличение вязкости наблюдалось для каждого раствора декстран/бороновый полимер при pH>10.

Пример испытаний на осаждение

Испытания на осаждение были проведены также на образцах декстрана, сшитого с бороновыми полимерами, и образцах немодифицированного декстрана для оценки и сравнения характеристик флокуляции. Образцы продуктов сшивки декстрана с бороновыми полимерами в соответствии с данным изобретением оценивали и сравнивали по программам с серийными полимерами. Оценили действие сшитого с бороновым полимером декстрана в качестве флокулянта для тригидрата алюминия и красного шлама в процессе Байера и железорудных хвостов в суспензиях для обработки железной руды. Методы исследования включали Испытание цилиндра для осаждения тригидрата алюминия; Испытание цилиндра для осаждения красного шлама; и Испытание цилиндра для осаждения железорудных хвостов. Протоколы для этих методов тестирования были следующими:

Испытание цилиндра для осаждения тригидрата алюминия:

В испытании цилиндра, бутылки емкостью 200 мл с отработанной жидкостью Байера ( жидкость процесса Байера с общим содержанием каустической соды Na₂CO₃ 233,6 г/л) собрали и хранили на водяной бане при 60 °C. Для испытываемого образца, бутылку извлекали из водяной бани и добавили в жидкость 10 г мелких затравочных зерен тригидрата алюминия (стандартные затравочные зерна тригидрата алюминия, поставляемые компанией RJ Marshall Co, USA) (50 г/л твердых частиц тригидрата алюминия). Затем, для суспендирования твердых частиц гидрата, бутылку встряхивали в течение 30 сек, и затем вводили заданный объем раствора флокулянта, содержащего образей флокулянта. Затем бутылку перемешивали вручную в течение 1 мин, чтобы создать контакт образца флокулянта с твердыми частицами. Затем полученную суспензию перенесли в градуированный цилиндр емкостью 250 мл. Количество твердых частиц в верхнем сливе для каждого образца определяли после 3 осаждения, путем отбора 60 мл надосадочной жидкости в верхней части цилиндра и ее фильтрования через фильтровальную бумагу из стекловолокна.

Испытание цилиндра для осаждения красного шлама:

В испытании цилиндра, в цилиндр поместили 1000 мл суспензии из процесса Байера, содержащей красный шлам. Для данного испытываемого образца, в суспензию вводили заданный объем раствора, содержащего образец флокулянта, и затем перемешивали, чтобы создать контакт флокулянта с твердыми частицами. После остановки перемешивания запускали таймер. В заданный момент ʺtʺ, регистрировали положение границы раздела, чтобы оценить скорость осаждения гидрата.

Испытание цилиндра для осаждения железорудных хвостов:

В испытании цилиндра, в цилиндр поместили 1000 мл суспензии из процесса Байера, содержащей железорудные хвосты. Для данного испытываемого образца, в суспензию вводили заданный объем раствора, содержащего образец флокулянта, и затем перемешивали, чтобы создать контакт флокулянта с твердыми частицами. После остановки перемешивания запускали таймер. В заданный момент ʺtʺ, регистрировали положение границы раздела, чтобы оценить скорость осаждения гидрата.

Испытание образцов:

Пример 1:

Испытание цилиндра для осаждения тригидрата алюминия проводили с тригадратом алюминия в жидкости Байера. Образцы A1, B1, C1 и D1 испытали и сравнили с декстраном (образец DX) (декстран UHMW), флокулянтом HyClass (образец HC), который поставляет Nalco Company в Напервилле, Илл., и пустой пробой. Образцы A1, B1, C1 и D1 представляют собой продукты реакции сшивки декстрана и каждого из образцов A, B, C и D, соответственно. На ФИГ. 1 представлен процент уменьшения количества твердых частиц в верхнем сливе при добавлении равных доз образцов (DX, A1, B1, C1, D1 и HC). Уровень активного декстрана составлял 3,25 ч./млн.

Как показано на ФИГ. 1, неожиданно обнаружилось, что характеристики после сшивки значительно улучшились по сравнению с несшитым декстраном. Еще более неожиданным оказалось, что образец A1, который представляет собой декстран, сшитый с образцом A, имеющим самую высокую RSV из образцов A-D, действовал аналогично серийному продукту. Это существенно по меньшей мере в отношении эффективности, в связи со значительным сокращением времени сшивки, которое требуется для образцов A1-D1, составляющего, в некоторых вариантах реализации изобретения, 1-30 мин, т. е., значительно меньшего по сравнению с серийныит продуктами, у которых оно составляет 1-20 час.

Пример 2:

Испытание цилиндра для осаждения тригидрата алюминия было проведено для демонстрации влияния процента введенного боронового полимера на характеристики сшитого декстрана при флокуляции тригидрата алюминия. Два образца (A2A, A2B) сопоставили с декстраном (образец DX). Образцы A2A и A2B представляют собой декстран, сшитый с образцом A. Образцы сшитого с бороновым полимером декстрана (A2A, A2B) были изготовлены с различными отношениями боронового полимера к декстрану. Образец A2B имел более высокое отношение (6% боронового полимера), чем образец A2A (0,6% боронового полимера). В качестве технологической жидкости, использовалась отработанная жидкость Байера, и, в качестве носителя флокулянта, использовались затравочные зерна тригидрата алюминия.

Как показано на ФИГ. 2, сшитый декстран с более высоким процентом введения боронового полимера (образец A2B) превосходил сшитый декстран (образец A2A) с более низким процентом введения боронового полимера.

Пример 3:

Испытание цилиндра для осаждения красного шлама было проведено для демонстрации эффективность бороновых полимеров при флокуляции красного шлама (красный шлам процесса Байера). Приготовили и испытали три образца (E3, F3) декстрана, сшитого с неионным или анионным бороновыми полимерами, образцы E и F, соответственно. В процессе испытаний, сшитый декстран (образцы E3 и F3) вводили совместно с обычным флокулянтом красного шлама (RF). На ФИГ. 3, на оси x (XLD ч./млн.) указан уровень добавления (повышенные дозы) декстрана, сшитого с образцами боронового полимера E3 и F3 в ч./млн. ʺ0ʺ на левом конце оси x указывает на введение одного только обычного флокулянта красного шлама (RF). Совместное введение обычного флокулянта (RF) производили в постоянных концентрациях.

Как показано на ФИГ. 3, по сравнению с введением одного только обычного флокулянта красного шлама (x=0), при его совместном введении со сшитым декстраном наблюдалось значительное улучшение скорости осаждения (от 6,1 м/час до 12,2 м/час (от 20 фут/час до 40 фут/час)).

Пример 4:

Испытание цилиндра для осаждения железорудных хвостов провели для демонстрации эффективности бороновых полимеров при применении для флокуляции железорудных хвостов. Испытания на осаждение проводили в суспензии железорудных хвостов, сравнивая совместное введение обычного флокулянта (CF) с декстраном, сшитым с бороновыми полимерами (G4), и совместное введение того же самого обычного флокулянта (CF) с обычным коагулянтом (CC). Обычный флокулянт (CF) был флокулянтом Optimer® 83949, который является анионным флокулянтом и поставляется Nalco Company в Напервиле, Илл.; обычный коагулянт (CC) был катионным коагулянтос CAT-FLOC 8799 PLUS, который поставляется Nalco Company в Напервиле, Илл.; и декстран, сшитый с бороновыми полимерами (G4), представлял собой образец декстрана (DX), сшитый с образцом боронового полимера G (см. Таблицу 1). Обычный флокулянт (CF) вводили в постоянной концентрации, а каждый из G4 и CC применяли и измеряли в различных дозах, как показано в единицах ч./млн. на оси x (полимер cat, ч./млн.).

Как показано на ФИГ. 4, совместное введение декстрана (G4), сшитого с катионным бороновым полимером, и обычного анионного флокулянта (CF) демонстрирует значительное улучшение характеристик (более высокая скорость осаждения) при флокуляции железорудных хвостов, по сравнению с традиционным совместным введением обычного катионного коагулянта (CC) и обычного анионного флокулянта (CF).

Как показано в приведенных выше примерах 1-4, в горнорудных применениях для осаждения, наблюдаются значительные улучшения характеристик в случаях, когда декстран сшит с бороновыми полимерами, как предлагается в данном документе. Характеристики, в комбинации с преимуществами способов и композиций по данному изобретению, обусловленными применением на месте и быстрым протеканием реакции, обеспечивают значительные преимущества перед обычными процессами флокуляции. Эффективность и продуктивность способов и композиций, раскрытых в данном документе, обеспечивают снижение затрат и равный или улучшенный показатель оптимизированной дозировки.

Хотя данное изобретение может быть реализовано во многих различных формах, конкретные варианты реализации изобретения проиллюстрированы в графических материалах и подробно описаны в данном документе. Данное раскрытие представляет собой иллюстрацию основ принципов изобретения и не предназначено для ограничения изобретения частными проиллюстрированными вариантами реализации. Все патенты, патентные публикации, научные статьи и любые другие материалы, упомянутые в любом месте данного документа, во всей полноте введены в данный документ посредством ссылки для всех целей, включая предоставление материалов, составов, способов составления и способов изготовления, исполнения и применения, поскольку они относятся к способам и композициям по данному изобретению. Кроме того, изобретение охватывает все возможные комбинации некоторых или всех различных вариантов реализации, описанных в данном документе и введенных в данный документ.

Приведенное выше раскрытие является иллюстративным и не является исчерпывающим. Данное описание представляет специалисту в данное области техники много вариаций и альтернатив. Все эти альтернативы и вариации предназначены для включения в объем Формулы изобретения, где термин ʺвключающийʺ означает ʺвключающий, но не ограниченный этимʺ. Специалисты в данной области техники могут увидеть другие эквиваленты конкретных вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе, и эти эквиваленты тоже охвачены Формулой изобретения.

Ссылки на ʺвариант(ы) реализации изобретенияʺ, ʺраскрытиеʺ, ʺнастоящее раскрытиеʺ, ʺвариант(ы) реализации раскрытияʺ, ʺраскрытый вариант(ы) реализацииʺ и т. п., которые содяржатся в данном документе, относятся к спецификации (текст, включая Формулу изобретения и Фигуры) данной патентной заявки, которая не является признанным уровнем техники.

Все диапазоны и параметры, раскрытые в данном документе, следует воспринимать как охватывающие любой и все включенные в них поддиапазоны и каждое число между конечными точками. Например, установленный диапазон ʺот 1 до 10ʺ должен считаться включающим любой и все поддиапазоны между (и включая) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; иными словами, все поддиапазоны, начиная от минимального значения 1 или более, (например, от 1 до 6,1), и заканчивая максимальным значением 10 или менее, (например, от 2,3 до 9,4, от 3 до 8, от 4 до 7) и, наконец, каждое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, содержащееся внутри диапазона.

Описаны различные варианты реализации настоящего изобретения. Тем не менее, следует понимать, что могут быть сделаны различные модификации без выхода за пределы сущности и объема изобретения. Специалисты в данной области техники могут увидеть другие эквиваленты конкретных вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе, и эти эквиваленты тоже охвачены приложенной Формулой изобретения. В целях интерпретации Формулы настоящего изобретения, точно указано, что положения Раздела 112, шестого параграфа 35 U.S.C. не должны применяться до тех пор, пока в Формуле изобретения не упомянуты специфические термины ʺпредназначено дляʺ или ʺнаправлено наʺ.

Реферат

Изобретения относятся к способам и композициям для улучшения характеристик флокулирующих агентов, применяемых в процессах горнорудного производства. Разделение твердое вещество - жидкость в потоке жидкости процесса горнорудного производства, имеющем рН 8 или более, включает добавления в поток жидкости полимера, содержащего бороновую кислоту, содержащего акриламид и виниловый мономер, содержащего фрагмент бороновой кислоты, выбранный из группы, состоящей из 3-(акриламидо)фенилбороновой кислоты, 4-(акриламидо)фенилбороновой кислоты, 2-(акриламид)фенилбороновой кислоты, 4-винилфенилбороновой кислоты, 3-винилфенилбороновой кислоты, 2-винилфенилбороновой кислоты и их смесей и полисахарида - декстрана с отделеним твердого вещества от указанного потока жидкости. Изобретения позволяют повысить эффективность и результативность флокулянта в промышленных процессах. 5 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 4 пр.

Формула