способ обезвоживания пульп никельсодержащих окисленных руд

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания пульп никельсодержащих окисленных руд, включающий разбавление пульпы водой до концентрации менее 150 г твердого на литр, инжектирование в разбавленную пульпу разбавленного до концентрации менее 1 г/л водного раствора органического флокулянта на основе сополимера, являющегося производным слабоанионной акриловой кислоты, со значением молекулярной массы по весу от 210⁶ до 310⁶ в количестве 50-1000 г на тонну сухого вещества в пульпе и обеспечение возможности контактирования инжектированного раствора с разбавленной пульпой в течение периода времени, достаточного для достижения концентрации осветленного раствора менее 100 мг твердого на литр и концентрации сгущенного продукта 450-300 г твердого на литр и отделение осветленного раствора от сгущенного продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что не более 40% от числа звеньев сополимера во флокулянте несут отрицательный заряд.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество используемого флокулянта в целом тем больше, чем меньше размер частиц в пульпе.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что количество используемого флокулянта составляет 300-1000 г на тонну сухого вещества в пульпе при размере частиц в пульпе менее 15 мкм.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что количество используемого флокулянта составляет 60-160 г на тонну сухого вещества в пульпе при размере частиц в пульпе менее 200 мкм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что период контактирования пульпы с раствором флокулянта составляет менее 2 мин.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор флокулянта инжектируют в нескольких различных точках.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в раствор пульпы перед инжектированием раствора флокулянта добавляют коагулянт или известь.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют высококатионный полиамин, в котором по крайней мере 50% от числа элементов несут положительный заряд и который имеет значение молекулярной массы по весу менее 310⁶, при этом коагулянт добавляют в количестве 10-50 ppm ((10-50)10^-4%=(10-50) мг/л) по весу от объема пульпы.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что известь добавляют в количестве 1-3% от веса твердого в пульпе.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пульпу разбавляют водой до концентрации менее 80 г твердого на литр.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в разбавленную пульпу добавляют водный раствор органического флокулянта, разбавленный до концентрации менее 0,5 г на литр.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что его осуществляют при 5-35^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу, обеспечивающему возможность удаления большей части воды, содержащейся в пульпах окисленных никелевых руд.

В частности, изобретение относится к условиям флоккуляции и декантации упомянутых руд, которые на некоторых стадиях их обработки могут полностью или частично иметь форму более или менее разбавленных растворов.

Эти пульпы чаще всего характеризуются тем, что:

- они чрезмерно разбавлены, так как 70 вес.% пульпы может составлять вода, и только 30 вес.% составляет твердое,

- они не могут отстаиваться естественным путем с получением светлой водной фазы и сильно загущенной пульпы,

- с ними нельзя обращаться иначе, чем путем нагнетания,

- они не могут использоваться непосредственно в печах для выработки металла без предварительной термической сушки, которая является очень дорогостоящей операцией.

Было опубликовано множество документов, статей и патентов, относящихся к флоккуляции и декантации минеральных пульп, как в области обработки воды, так и в области обработки руд. Однако строгое применение описанных способов к гарниеритовым окисленным никелевым рудам является либо полностью неэффективным, либо их осуществление является чрезвычайно дорогостоящим.

Согласно патенту США US-A-4110401, выщелоченные пульпы обрабатывают в кислой, а не в нейтральной среде при температурах выше 150^oС, а не при температуре окружающей среды, тогда как в патенте SU 1754162 предлагается использовать флоккулянт и коагулянт одновременно без предварительного разбавления пульпы.

В качестве примера можно упомянуть одно известное исследование, касающееся окисленных никелевых руд, описанное в патенте Франции 2320781. В этом патенте описан способ флоккуляции, включающий добавление 1500 г/т сухого вещества к пульпе флоккулянта после доведения рН до величины 6,7. Декантированные таким образом пульпы отстаиваются очень медленно, поскольку необходимая для декантации площадь поверхности, рассчитанная методом Kynch-Roberts, составляет от 45 до 46 м²/т сухого вещества в пульпе/час, и концентрация сгущенных продуктов в сгущенной пульпе тогда удваивается, поскольку она изменяется от 10% сухого вещества до 20% сухого вещества на килограмм пульпы. Процесс такого типа является неэффективным с экономической точки зрения и требует очень высоких затрат на флоккулянт и громадной площади поверхности сгустителя (декантатора), так как для обработки 100 т сухого вещества в пульпе/час требуется сгуститель (декантатор) с площадью поверхности 4600 м², т.е. требуется аппарат диаметром 77 м.

Более того, применение этого способа в промышленной установке и, в частности, для таких значительных количеств органического флоккулянта приводит к большим практическим проблемам. В действительности, как уже описано в литературе (см. книгу Mineral Processing Plane Disign de Mular and Bhoppi, Siciety of Mining Engineers, 1978, p.570), работа сгустителя (декантатора) нарушается из-за образования "островков", комков вязких твердых частиц, предотвращающих седиментацию частиц.

Изобретение преодолевает эти недостатки с помощью способа, который включает последовательность следующих операций:

- разбавление пульпы водой до концентрации менее 150 г твердого на литр, предпочтительнее менее 80 г твердого на литр,

- инжектирование в разбавленную пульпу водного раствора органического флоккулянта на основе сополимера, производного от слабоанионной акриловой кислоты со значением молекулярной массы по весу от 210⁶ до 310⁶, разбавленного до концентрации менее 1 г/л, предпочтительнее менее 0,5 г/л, в количестве от 50 до 1000 г на тонну сухого вещества в пульпе и обеспечение контактирования инжектированного раствора с разбавленной пульпой в течение периода времени, достаточного для получения слива (осветленного раствора), содержащего менее 100 мг твердого на литр и сгущенного продукта, содержащего от 450 до 300 г твердого вещества на литр и отделение сгущенного продукта, содержащего от 450 до 300 г твердого вещества на литр, и отделение сгущенного продукта от слива (осветленного раствора). Технический результат способа согласно изобретению заключается в том, что повышается его эффективность, снижаются затраты на флокулянт при отсутствии сгустков в светлой водной фазе.

Парадоксальным является то, что пульпу преднамеренно разбавляют перед флоккуляцией для того, чтобы более удовлетворительно удалять воду посредством флоккуляции.

Весь процесс может осуществляться при температуре окружающей среды (от 5 до 35^oС).

Первая стадия способа включает разбавление пульпы водой до концентрации менее 150 г твердого вещества на литр, предпочтительнее менее 80 г твердого вещества на литр. Предпочтительнее использовать руду с размером частиц менее 500 мкм.

Вторая стадия способа, согласно изобретению, включает инжектирование в разбавленную пульпу разбавленного водного раствора органического флоккулянта на основе сополимера, являющегося производным акриловой кислоты. Флоккулянт может быть солью акриловой кислоты из семейства полиакриламидов, имеющей значение молекулярной массы по весу от 210⁶ до 310⁶, в которой не более 40%, предпочтительнее не более 30% от числа звеньев сополимера несут отрицательный поверхностный заряд, который может быть измерен посредством потенциометрии. Флоккулянты этого типа поставляются, например, компанией BASF под маркой AF 400 или компанией Floerger под маркой AN 934.

Чем выше количество флоккулянта, тем меньше размер частиц в пульпе. Количество флоккулянта находится в пределах от 300 до 1000 г, предпочтительнее от 300 до 500 г на тонну сухого вещества в пульпе при размере твердых частиц в ней, составляющем менее 15 мкм. При размере частиц менее 200 мкм количество флоккулянта находится в пределах от 60 до 160 г на тонну сухого вещества. Период контактирования пульпы с раствором флоккулянта составляет менее 2 мин, предпочтительнее менее 1 мин, при осуществлении флоккуляции в перемешиваемом резервуаре. Слишком долгий период контактирования может привести к разрушению любых уже образовавшихся хлопьев.

Флоккулянт, предпочтительнее, инжектируют в разбавленную пульпу во множество точек. Такое инжектирование может осуществляться в чане с умеренным перемешиванием или, для даже более удовлетворительного результата, во флоккуляционном чане и во впускных трубах для подачи пульпы в сгуститель (декантатор) или даже в центральном барабане сгустителя (декантатора).

Когда флоккуляция происходит в перемешиваемом чане, время пребывания пульпы в реакторе не должно превышать 2 мин, предпочтительнее 1 мин, так как чрезмерно длительное время пребывания может привести к разрушению любых уже образовавшихся хлопьев.

Когда флоккуляцию осуществляют в нескольких точках, полезно использовать следующее распределение: одну треть общего количества флоккулянта загружают во флоккуляционный реактор, одну треть - в трубы, подающие пульпу в сгуститель (декантатор), и оставшуюся треть - в питающий центральный барабан сгустителя (декантатора). Это распределение может изменяться в зависимости от типа обрабатываемой руды.

Если общее количество флоккулянта недостаточно, флоккуляция будет неполной и слив (осветленный раствор) из сгустителя будет очень сильно нагружен твердым веществом, что противоположно желательному результату. В то же время, и это может быть существенным, если твердое вещество подвергается механической фильтрации на последующей стадии, сгущенные продукты сгустителя не будут достаточно густыми, что означает, что потребуются очень большие поверхности фильтрации.

Если общее количество флоккулянта является избыточным, это никоим образом не улучшит характеристики сливов (осветленных растворов) и сгущенных продуктов, но в то же самое время обеспечит возможность возникновения вышеупомянутого феномена "островков".

Флоккулированную таким образом пульпу затем быстро декантируют для получения светлого слива, содержащего очень мало взвешенного твердого вещества (менее 100 мг/л), и сгущенного продукта с концентрацией от 300 до 450 мг/л в зависимости от размера частиц в обрабатываемой пульпе. После этого этот сгущенный продукт пригоден к нагнетанию в установку, в которой осуществляется удаление остаточной воды, например, путем механической фильтрации или термической (горячей) сушки.

Значение рН подлежащих флоккуляции пульп не проверяется и не регулируется; операция обычно осуществляется при значениях рН в диапазоне от 6 до 8.

В зависимости от обработки, которой в конечном счете будут подвергаться сгущенные продукты из сгустителя, и в особенности в случаях, когда эти сгущенные продукты должны фильтроваться механическими способами, например посредством фильтр-прессов, перед добавкой флоккулянта может быть добавлено некоторое количество присадок, которые фактически не оказывают влияния на характеристики декантации, но очень сильно повышают скорость фильтрации.

Можно упомянуть следующие присадки:

- известь в количестве от 1 до 3% от веса твердого вещества, содержащегося в пульпе,

- коагулянты семейства высококатионных полиаминов, в которых по крайней мере 50% элементов несут положительный заряд, имеющих значение молекулярной массы менее 310⁶, как, например, продукт, продаваемый фирмой Floerger под маркой FL 28.

Полиамины обычно используют в количестве от 1 до 50 ppm (1-50 мг/л, или (1-50)10^-4%) от веса твердого в пульпе.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Все эксперименты проводились в лабораторном сгустителе (декантаторе), поставляемом фирмой ENVIROCLEAR, который отличается тем, что флоккуляцию и декантацию осуществляют в динамическом, а не статическом режиме, как в случае испытаний на образцах, известных специалистам под маркой JARTEST.

Лабораторный сгуститель Enviro-Clear является сгустителем непрерывного действия с внутренним диаметром 10 см, в котором флоккуляция/декантация пульп может осуществляться в динамическом режиме.

Подлежащую флоккуляции пульпу подавали в сгуститель. Высота впускной трубы для впуска пульп регулировалась и обеспечивала возможность подачи пульпы в сгустителе в слой ила. Это обеспечивало ряд преимуществ:

- хлопья захватывались слоем ила, в результате чего ограничивалось присутствие хлопьев в сливе;

- постоянное перемешивание в верхней части слоя отстоя (над питающей трубой) обеспечивало возможность осуществления флоккуляции и роста хлопьев.

Флоккулянт инжектировали в трубу для подачи пульпы до того, как последняя достигает сгустителя. Это обеспечивает хорошее диспергирование флоккулянта в пульпе.

Размещенный над вводом пульпы дефлектор обеспечивал хорошее распределение и гомогенизацию пульпы. Зазор между дефлектором и питающей трубой регулировался.

Система агитации с отводом пульп обеспечивала лучшее диспергирование пульпы при ее поступлении в слой ила и гарантировала равномерную декантацию.

На боковой стороне сгустителя размещали датчик уровня отстоя, основанный на отражении сигнала, эмиттируемого инфракрасными лампами. Высота его размещения относительно уровня отверстия для впуска пульпы может регулироваться, и, следовательно, может регулироваться высота уровня отстоя выше уровня загрузки. Этот датчик уровня управляет откачивающим насосом.

Насосы для подачи пульпы и флоккулянта и откачивающий насос являются перистальтическими насосами.

После того как были отрегулированы геометрические характеристики аппарата (высота отстоя - уровень инжектирования пульпы), в пульпу перед ее подачей в аппарат инжектировали разбавленный раствор флоккулянта (разбавление 0,1 г/л).

Расход пульпы регулировали в широком диапазоне посредством изменения скорости насоса.

После достижения равновесия брали пробы слива (осветленного раствора) и сгущенного продукта для определения их основных характеристик, а именно

- концентрации в % сухого вещества на кг пульпы или в г/л в сгущенном продукте,

- уровня взвешенного вещества в мг/л в сливе (осветленном растворе).

Пример 1 (сравнительный)

Пульпу никелевой руды с размером частиц 0/250 мкм разбавляли до концентрации 68,8 г/л.

Эту пульпу нагнетали в сгуститель со скоростью 10 л/час, соответствующей расходу на объем сгустителя 1,27 м³/м²/час, и скоростью потока твердого 0,087 т сух. вещ. в пульпе/м²/час, соответствующей необходимой для декантации твердого поверхности декантации 11,44 м²/т сух. вещ. в пульпе/час.

В пульпу не добавляли флоккулянт.

После одного часа непрерывной работы седиментация не происходила, и концентрации сгущенного продукта и осветленного раствора были практически идентичны концентрации подаваемого материала, т.е. 68,8 г/л. Самое большее, что можно было наблюдать, это то, что в аппарате оседали частицы с размером более 100 мкм.

Пример 2

Одну аликвоту пульпы, используемой в Примере 1, инжектировали в лабораторный сгуститель при тех же самых условиях течения.

Добавляли раствор флоккулянта SEDIPUR AF 403, разбавленный до 0,1 г/л, с тем, чтобы использовать активный флоккулянт в количестве 150 г/т сух. вещ. в пульпе.

После одного часа непрерывной работы брали пробы осветленного раствора и сгущенного продукта, при этом были получены осветленный раствор с концентрацией 112 мг/л и сгущенный продукт с концентрацией 531 г/л.

Пример 3

Пульпу никелевой руды с размером частиц 0/63 мкм разбавляли до концентрации 69,6 г/л.

Эту пульпу нагнетали в сгуститель со скоростью потока 10 л/час, т.е. при тех же условиях, что и в Примерах 1 и 2.

Флоккулянт AF 403 добавляли при тех же самых условиях, что в Примере 2, но в количестве активного вещества 200 г/т сух. вещ. в пульпе.

После одного часа непрерывной работы брали пробы осветленного раствора и сгущенного продукта. Были получены осветленный раствор с концентрацией 102 мг/л и сгущенный продукт с концентрацией 470 г/л.

Пример 4

Пульпу никелевой руды с размером частиц 0/15 мкм разбавляли до концентрации 73,6 г/л.

Условия работы были такими же, как и в Примере 3, за исключением того, что флоккулянт инжектировали в количестве активного вещества 450 г/т сух. вещ. в пульпе.

После одного часа непрерывной работы брали пробы осветленного раствора и сгущенного продукта.

Полученный осветленный раствор имел концентрацию 112 мг/л, и полученный сгущенный продукт имел концентрацию 354 г/л.

Пример 5

Использовали ту же пульпу, что и в Примере 2, но эту пульпу не разбавляли перед обработкой, и ее концентрация составляла 215 г/л.

Эту пульпу инжектировали при тех же самых условиях, что и в Примере 2, при этом таким же образом осуществляли флоккуляцию.

Было замечено, что флоккуляция очень слабая, и после 1 часа работы осветленный раствор (слив) был очень сильно нагружен твердым с концентрацией 5 г/л.

Количество флоккулянта затем изменяли таким образом, чтобы инжектировать дозу, соответствующую 280 г/т сух. вещ. в пульпе.

При этих условиях после часа работы были получены результаты, сходные с результатами, полученными в Примере 2.

Пример 6

Использовали ту же самую пульпу, что и в Примере 2, но разбавленную до концентрации 70 г/л, и перед нагнетанием в сгуститель пульпу обрабатывали путем добавления 125 ppm (125 мг/л=12510^-4%) по объему коагулянта, известного как Floerger FL 28 РЕ, разбавленного до концентрации 1 г/л. Эту обработку осуществляли в реакторе с мешалкой объемом 100 л при нормальных условиях.

Пульпу нагнетали со скоростью 10 л/час после добавления флоккулянта (SEDIPUR) в количестве 150 г/л.

После одного часа непрерывной работы брали пробы осветленного раствора и сгущенного продукта.

Были получены осветленный раствор с концентрацией 4 мг/л и сгущенный продукт с концентрацией 470 г/л.