Модифицированные аминоальдегидные смолы и их применение в процессах разделения

Модифицированные аминоальдегидные смолы и их применение в процессах разделения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Эта заявка подана 22 июня 2007 г. в качестве международной патентной заявки PCT от имени GEORGIA-PACIFIC CHEMICALS LLC, национальной компании США, и от имени авторов James T. Wright; Carl R. White; Kurt Gabrielson; John B. Hines; Lisa M. Arthur и Michael J. Cousin; и испрашивает приоритет заявки на патент США No 11/473314, выданный 23 июня 2006 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к модифицированным смолам, применяемым в процессах разделения, в частности, для селективного отделения твердых веществ и/или ионных соединений, таких как катионы металлов, от водной среды. Такие процессы включают пенную флотацию (например, применяемую при обогащении руды), отделение обломков выбуренной породы от буровых растворов, обезвоживание глины и угольной пульпы, очистку сточных вод, переработку стоков целлюлозно-бумажного предприятия, удаление песка из битума и очистку воды с целью превращения ее в воду, пригодную для питья. Модифицированные смолы включают основную смолу, которая является продуктом реакции первичного или вторичного амина и альдегида (например, мочевиноформальдегидная смола). Основную смолу модифицируют с помощью повышающего адгезию вещества (например, замещенного силана) в процессе получения или после получения смолы.

Уровень техники

Пенная флотация

В промышленности широко распространены процессы очистки жидких суспензий или дисперсий (и, в частности, водных суспензий или дисперсий) для удаления суспендированных твердых частиц. Например, пенная флотация является процессом разделения, основанным на разнице в свойстве различных материалов связываться с поднимающимися вверх пузырьками воздуха. Для повышения селективности процесса в жидкую фазу при пенной флотации часто вводят добавки (например, водный солевой раствор). Например, для химической и/или физической абсорбции на минерале (минералах) (например, минералах, включающих ценные металлы), который подвергается флотации, могут быть использованы "коллекторы", которые делают минералы более гидрофобными. С другой стороны, "депрессоры", обычно применяемые в сочетании с коллекторами, снижают вероятность связывания с пузырьками воздуха других материалов (например, пустых пород) и, соответственно, снижают вероятность их попадания в пенный концентрат.

В результате некоторые материалы (например, ценные материалы или металлы) будут проявлять значительно более высокое сродство по сравнению с другими материалами (например, пустыми породами) к пузырькам воздуха, что является причиной их поднятия на поверхность водной пульпы, где они могут быть собраны в пенный концентрат. В силу чего обеспечивается соответствующая степень разделения. Менее распространены процессы так называемой обратной пенной флотации, при которых пустая порода в основном флотируется и концентрируется на поверхности, а требуемые материалы остаются в флотохвостах. К пустым породам обычно относят кварц, песок и силикатную глину, и кальцит, хотя могут быть упомянуты и другие минералы (например, плавиковый шпат, барит и другие). В некоторых случаях, наоборот, подвергаемый очистке материал в основном включает эти материалы, а меньшие количества примесей подвергают флотации. Например, при обогащении каолиновой глины, материала, который имеет ряд важных областей применения в промышленности, оксиды железа и титана могут быть отделены флотацией от загрязненной, содержащей глину руды, оставляя очищенную каолиновую глину в флотохвостах.

Механизм, на основе которого действуют известные коллекторы и депрессоры, до конца не изучен, и к настоящему времени предложены несколько теорий. Депрессоры, например, могут предотвращать сцепление пустых пород с ценными материалами, которые должны быть отделены, или они могут даже препятствовать адсорбции коллектора (коллекторов) на пустых породах. Вне зависимости от механизма способность депрессора повышать селективность процесса пенной флотации может очень положительно влиять на экономику этого процесса.

Обычно пенную флотацию применяют при обогащении разнообразных ценных материалов (например, минеральных и металлических руд и даже высокомолекулярных углеводородов, таких как битум) для отделения их от нежелательных загрязняющих примесей, которые неизбежно совместно извлекаются из природных месторождений. В случае обогащение твердой руды применение пенной флотации обычно включает измельчение необогащенной руды до достаточно мелких, дискретных частиц минерала или ценного металла и затем контактирование водной "пульпы" этой измельченной руды с поднимающимися вверх пузырьками воздуха, обычно при перемешивании пульпы. Перед пенной флотацией необогащенная руда может быть подвергнута любому числу стадий предварительной обработки материала для облегчения проведения основной операции, включая селективное дробление, просеивание, удаление шлама, гравитационное обогащение, электрическое разделение, низкотемпературный обжиг и магнитное дифференцирование.

Другой конкретный процесс пенной флотации, применяемый в промышленности, включает отделение битума от песка и/или глины, которые всегда присутствуют в нефтеносных песчаных месторождениях, таких как месторождения, открытые в обширной области Атабаски в провинции Альберта в Канаде. Битум считается ценным источником "полутвердой" нефти или нефти, содержащей тяжелые углеводороды, которые могут быть переработаны во многие ценные товарные продукты, включая транспортные топлива, такие как бензин, или даже нефтехимические продукты. Согласно оценке нефтеносные песчаные месторождения Альберты содержат 1,7 триллиона баррелей битумсодержащей нефти, что превышает все запасы нефти в Саудовской Аравии. Поэтому недавно были направлены значительные усилия на разработку экономически обоснованных операций извлечения битума, преимущественно на основе применения пенной флотации, при обработке водной пульпы извлеченного нефтеносного песка. Например, "процесс Кларка" включает извлечение битума в пенный концентрат при подавлении извлечения песка и других твердых примесей.

Для улучшения процесса разделения с помощью пенной флотации в технике известны различные депрессоры пустых пород, включающие силикат натрия, крахмал, танины, декстрины, лигносульфоновые кислоты, карбоксилметилцеллюлозу, цианистые соли и многие другие вещества. Совсем недавно было обнаружено, что определенные синтетические полимеры являются эффективными, в частности, в процессах обогащения, включающих пенную флотацию. Например, в патентном документе U.S. Pat. № Re. 32875 описывается отделение пустой породы от фосфатных минералов (например, апатита) с использованием в качестве депрессора фенолформальдегидного сополимера (например, резола, новолака) или модифицированного фенольного полимера (например, модифицированного меламином новолака).

В патентном документе U.S. Pat. № 3990965 описывается разделение оксида железа от бокситов с использованием в качестве депрессора водорастворимого преполимера с короткой цепью, который прилипает селективно к пустой породе и который может затем быть полимеризован с получением сшитой нерастворимой смолы.

В патентном документе U.S. Pat. № 4078993 описывается разделение сульфидных или окисленных сульфидных руд (например, пирита, пирротина или сфалерита) от металлических минеральных руд (например, меди, цинка, свинца, никеля) с использованием в качестве депрессора раствора или дисперсии низкомолекулярного продукта конденсации альдегида с соединением, содержащим 2-6 аминных или амидных групп.

В патентных документах U.S. Pat. №№ 4128475 и 4208487 описано разделение пустой породы от минеральной руды с использованием традиционного вспенивателя (например, сосновых масел), объединенного с аминоальдегидной смолой (предпочтительно алкилированной), которая может иметь три метилольных группы.

В патентном документе U.S. Pat. № 4139455 описывается разделение сульфидных или окисленных руд (например, пирита, пирротина или сфалерита) от металлических минеральных руд (например, меди, цинка, свинца, никеля) с использованием в качестве депрессора соединения амина (например, полиамина), в котором, по меньшей мере, 20% общего количества аминных групп являются третичными аминными группами и в котором число четвертичных аминных групп составляет от 0 до не более чем 1/3 от числа третичных аминных групп.

В патентном документе U.S. Pat. № 5047144 описывается разделение кремнистых материалов (например, полевого шпата) от минералов (например, каолинита) с использованием в качестве депрессора катионоактивного продукта конденсации различных форм аминопласта с формальдегидом в комбинации с катионоактивными поверхностно-активными веществами (например, органическими алкиламинами) или анионоактивными поверхностно-активными веществами (например, длинноцепочечными алкилсульфонатами).

В патентных документах Russian Patent №№ 427737 и 276845 описывается депрессия шлама глины с использованием карбоксилметилцеллюлозы и мочевиноформальдегидных смол, необязательно в комбинации с сополимерами метакриловой кислоты и метакриламида или крахмалом ('845 патент).

В патентных документах Russian Patent №№ 2169740; 2165798 и 724203 описывается депрессия шлама карбонатной глины от руд в калийной промышленности, включая сильвинитовые (KCl~NaCl) руды. Используемым депрессантом является продукт конденсации мочевины с формальдегидом, который модифицирован полиэтиленполиамином. Или же используют гуанидинформальдегидную смолу ('203 патента).

Маркиным A.Д. с соавторами описано использование мочевиноформальдегидных смол в качестве депрессоров карбонатных глин при флотации калийных руд ("Исследование гидрофилизационного действия мочевиноформальдегидных смол на примеси карбонатной глины в калийных рудах", Институт Общ. Неорганической Химии, СССР, Вести Академии наук БССР, Серия химических наук (1980); "Влияние мочевиноформальдегидных смол на флотацию калийных руд", Химическая промышленность, Москва, РСФСР (1980); "Адсорбция мочевиноформальдегидных смол на глинистых минералах калийных руд, Институт Общ. Неорганической Химии, Минск, СССР, Доклады Академии наук БССР (1974).

В технике известно, что обогащению/очистке путем пенной флотации может быть подвергнуто большое количество разнообразных материалов. Кроме того, значительно изменяется природа как желательных, так и нежелательных компонентов. Это происходит вследствие различий в химическом составе этих материалов, а так же применяемых видов предшествующей химической обработки и стадий обработки. Поэтому в пенной флотации используется большое разнообразие депрессоров различного типа.

Кроме того, применение данного депрессора в одном случае переработки (например, для обогащения калийной руды) не является гарантией того, что его можно применять в случае значительно отличающегося по свойствам другого сырья (например, битумсодержащего нефтеносного песка). Это также относится к любому предполагаемому применению депрессора, который эффективен при пенной флотации, для любых процессов разделения твердых загрязняющих примесей от водных жидких суспензий, описанных ниже (и наоборот). Теоретические механизмы пенной флотации и процессов разделения жидкость/твердое вещество в водной среде значительно различаются, где первый из упомянутых процессов основывается на различиях в гидрофобности, а второй процесс - на нескольких других характеристиках (дестабилизации/нейтрализации заряда, агломерации, теории хозяина-гостя (включая поданды), теории жестких и мягких кислот и оснований, дипольно-дипольных взаимодействиях, взаимодействиях типа высшая заполненная молекулярная орбиталь-низшая свободная молекулярная орбиталь (HOMO-LUMO), образование водородной связи, свободной энергии Гиббса связи и других). Традиционные депрессоры, применяемые в пенной флотации для обогащения металлических руд, такие как гуаровая смола, не используют в качестве обезвоживающих веществ, или даже в качестве депрессоров в пенной флотации для разделения битума. Кроме того, в двух описанных ниже областях применения (отработанная глина и обезвоживание угля) для улучшения процесса разделения твердое вещество/жидкость в настоящее время не применяют никаких веществ. В целом несмотря на то что в технике предложено большое количество депрессоров флотации и обезвоживающих веществ, во многих случаях остается трудной задачей достижение соответствующей степени очистки, даже в случае пенной флотации, при которой используют две или более последовательных "более грубых" и "более чистых" флотаций. Поэтому в технике существует потребность в реагентах, которые можно эффективно использовать в большом многообразии процессов разделения, включая как пенную флотацию, так и отделение твердых загрязняющих примесей от жидких суспензий.

Другие процессы разделения

Другие процессы для разделения твердых загрязняющих примесей от жидких суспензий в дополнение к пенной флотации могут включать использование добавок, которые или дестабилизируют эти суспензии, или же связывают загрязняющие примеси в большие агломераты. Коагуляция, например, относится к дестабилизации суспендированных твердых частиц путем нейтрализации электрического заряда, который их разделяет. Флокуляция относится к образованию связей или агломерации твердых частиц вместе в комки или хлопья, что облегчает их разделение при отстаивании или флотации в зависимости от плотности хлопьев относительно жидкости. В другом случае в качестве способа отделения крупных хлопьев может быть использована фильтрация.

Описанные выше добавки и, в частности, флокулянты часто применяют, например, для отделения твердых частиц породы или обломков выбуренной породы от буровых растворов нефтяных и газовых скважин. Эти буровые растворы (часто называемые как "буровые глинистые растворы") являются важными в процессе бурения по нескольким причинам, включающим охлаждение и смазку бурового долота, создание гидравлического противодавления для предотвращения преждевременного попадания в скважину нефти под высоким давлением, газа и/или водных пластовых жидкостей и предотвращение обрушения необсаженной скважины. Буровые глинистые растворы, или на основе воды, или на основе нефти, позволяют также удалять обломки выбуренной породы с разбуриваемого участка и транспортировать их на поверхность. Флокулянты, такие как акриловые полимеры, обычно применяют для агломерации этих обломков на поверхности циркулирующего бурового глинистого раствора, где они могут быть отделены от бурового глинистого раствора.

Другие области применения флокулянтов для процессов разделения твердое вещество/жидкость включают агломерацию глин, которые суспендированы в большом количестве сбросных отходов в виде пульп от производства фосфатов. Для этой цели часто используют такие флокулянты, как анионные природные или синтетические полимеры, которые могут быть объединены с волокнистым материалом, таким как использованная газетная бумага. Водные глинистые пульпы, образующиеся на установках очистки фосфата, обычно имеют скорость потока выше 100000 галлонов в минуту и обычно содержат менее чем 5% твердых веществ по массе. Обезвоживание (или отстаивание) этого глинистого отхода, которое позволяет рециркулировать воду, представляет одну из наиболее трудных проблем, связанную с утилизацией отходов. Отстойники, используемые для такого обезвоживания, обычно составляют около половины площади добычи, и время обезвоживания может составлять от нескольких месяцев до нескольких лет.

При отделении твердых веществ от водных жидкостей другие важные промышленные конкретные области применения включают фильтрацию угля из водосодержащих пульп (то есть обезвоживание угольной пульпы), переработку сточных вод для удаления загрязняющих примесей (например, осадка) путем осаждения и обработку стоков целлюлозно-бумажного завода для удаления суспендированных целлюлозных твердых веществ. Обезвоживание угля представляет важную промышленную проблему, так как значение БТЕ угля понижается с увеличением концентрации воды. Неочищенные сточные воды, как промышленные, так и коммунальные, требуют оборудования громадной производительности, так как отходы, производимые населением США, например, собирают в канализационные системы и перемещают по ним около 14 миллиардов галлонов воды в день. Потоки отходов бумажной промышленности также представляют собой громадные объемы водных жидкостей, содержащих твердые вещества, так как сточные воды, образующиеся на типичном производящем бумагу заводе, часто превышают 25 миллионов галлонов в день. Удаление песка из водных битумсодержащих пульп, образующихся при экстракции и последующей обработке нефтеносных песков, как было описано ранее, представляет собой другую промышленно важную задачу при очистке водных жидких суспензий. Кроме того, удаление суспендированных твердых частиц часто является важным фактором при очистке воды, например, при получении питьевой (то есть пригодной для питья) воды. Традиционными флокулянтами для этой операции являются синтетические полиакриламиды, а также природные гидроколлоидные полисахариды, такие как альгинаты (сополимеры D-маннуроновой и L-галуроновой кислот) и гуаровая смола.

Поэтому приведенные выше области применения дают несколько конкретных примеров, относящихся к очистке водных жидких суспензий для удаления твердых частиц. Однако такие процессы разделения являются обычными в обширном ряду других процессов очистки минеральных, химических, промышленных и городских отходов; обработки сточных вод; в бумажной промышленности, а также в широком ряду других водопотребляющих отраслей промышленности. Таким образом, в технике существует необходимость в добавках, которые позволяют эффективно повышать селективность отделения широкого спектра твердых загрязняющих примесей от жидких суспензий. Предпочтительно, чтобы такие реагенты были бы селективными при химическом взаимодействии с твердыми загрязняющими примесями в результате коагуляции, флоккуляции или других механизмов, в результате которых удаление этих загрязняющих примесей легко осуществлялось. Особенно предпочтительными являются добавки, которые также способны образовывать комплексы с нежелательными ионами, такими как катионы металлов, для облегчения их удаления.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к модифицированным смолам, применяемым для удаления, обычно селективного, широкого спектра твердых веществ и/или ионов из жидкостей, в которых они суспендированы и/или растворены. Эти модифицированные смолы особенно подходят в качестве депрессоров в процессах пенной флотации при обогащении многих типов материалов, включая минеральные и металлические руды, например, при обогащении каолиновой глины. Модифицированные смолы также используют для обработки водных жидких суспензий (например, водных суспензий, содержащих песок, глину, уголь и/или другие твердые вещества, таких как использованные жидкости с отходами бурения, а также технологические и сбрасываемые потоки при производстве фосфата и угля, при обработке сточных вод, производстве бумаги или установках по извлечению битума) для облегчения удаления твердых частиц и также потенциально катионов металлов (например, при очистке питьевой воды) с использованием ряда возможных процессов разделения. Модифицированные смолы включают основную смолу, которую модифицируют с помощью повышающего адгезию вещества. Повышающее адгезию вещество обладает высокой селективностью при связывании с твердыми загрязняющими примесями и, в частности, кремнистыми материалами, такими как песок или глина.

Пенная флотация

Не рассматривая теорию этого вопроса, тем не менее, можно считать очевидным, что повышающее адгезию вещество является высокоселективным в процессах разделения с помощью пенной флотации при связывании либо пустой породы, либо требуемых (например, каолиновой глины) материалов, и, в частности, кремнистых пустых пород, таких как песок или глина. Кроме того, так как основная смола имеет сродство к воде, то материалы, которые взаимодействуют и связаны с повышающим адгезию веществом, эффективно связываются в водной фазе в процессах пенной флотации. Следовательно, пустые породы могут быть селективно отделены от ценных материалов (например, минералов, металлов или битума) или от примесей руд, содержащих глину (например, оксидов железа и титана), которые выделяют в пенный концентрат.

Соответственно, в одном варианте осуществления настоящим изобретением является способ обогащения руды. Способ включает обработку пульпы частиц руды депрессором, включающим модифицированную смолу (то есть модифицированную аминоальдегидную смолу). Модифицированная смола включает основную смолу, которая является продуктом реакции первичного или вторичного амина и альдегида, и основную смолу модифицируют с помощью повышающего адгезию вещества. Обработка пульпы руды может происходить до проведения пенной флотации или во время пенной флотации. В другом варианте осуществления, когда обработку пульпы руды проводят до пенной флотации, стадия обработки включает объединение пульпы руды и депрессора с последующей пенной флотацией пульпы руды и депрессора. В другом варианте осуществления стадия обработки дополнительно включает после стадии объединения и перед пенной флотацией кондиционирование пульпы. Стадия кондиционирования может быть проведена в емкости для кондиционирования в течение времени кондиционирования от примерно 30 секунд до 10 минут при температуре кондиционирования от примерно 1°C до примерно 95°C и при pH кондиционирования, по меньшей мере, 2,0. В другом варианте осуществления способ обогащения позволяет очищать и извлекать из руды ценный минерал или металл, выбранный из группы, состоящей из фосфата, поташа, извести, сульфата, гипса, железа, платины, золота, палладия, титана, молибдена, меди, урана, хрома, вольфрама, марганца, магния, свинца, цинка, глины, угля, серебра, графита, никеля, боксита, буры, и бората. В другом варианте осуществления руда включает примесь, выбранную из группы, состоящей из песка, глины, оксида железа, оксида титана, железосодержащего оксида титана, слюды, ильменита, турмалина, алюмосиликата, кальцита, доломита, ангидрита, железисто-магнезиального минерала, полевого шпата, доломита, изверженной породы, почвы и их смесей. Часто примесями являются примеси песка или глины, так как они обычно извлекаются вместе с фосфатными или калийными рудами. Однако в другом варианте осуществления ртуть является примесью руды, включающей уголь или синтетический гипс, которую обрабатывают модифицированной смолой перед стадией пенной флотации или во время стадии пенной флотации. Уголь или синтетический гипс содержит исходное количество суммарной ртути, и обогащение позволяет очистить и извлечь из руды очищенный уголь или очищенный синтетический гипс, содержащий конечное количество суммарной ртути, которое меньше, чем исходное количество суммарной ртути, причем исходное и конечное количество суммарной ртути измеряют в расчете на несвязанную летучую ртуть. В другом варианте осуществления конечное количество суммарной ртути составляет меньше чем 10 частей на миллиард (ppb) в расчете на несвязанную летучую ртуть. В другом варианте осуществления синтетический гипс образуется в процессе обессеривания топочного газа электростанции, работающей на угле. В другом варианте осуществления депрессор включает модифицированную смолу и хелатообразующий реагент. В другом варианте осуществления руда включает неочищенную угольную руду, стадию обработки осуществляют до стадии пенной флотации или во время стадии пенной флотации, и обогащение позволяет очищать и извлекать из неочищенной угольной руды очищенный уголь, содержащий в сравнении с неочищенной угольной рудой пониженное количество примеси, выбранной из группы, состоящей из азота, серы, кремния, золы и пирита, причем примесь измеряют в расчете на массу летучего несвязанного вещества. В другом варианте осуществления руда включает неочищенную угольную руду, стадию обработки осуществляют до стадии пенной флотации или во время стадии пенной флотации, и обогащение позволяет очищать и извлекать из неочищенной угольной руды очищенный уголь, содержащий в сравнении с неочищенной угольной рудой пониженное количество влаги и/или повышенную величину БТЕ на единицу массы.

В другом варианте осуществления основной смолой является мочевиноформальдегидная смола. В другом варианте осуществления повышающее адгезию вещество выбирают из группы, состоящей из замещенного силана, силиката, диоксида кремния, полисилоксана и их смесей.

В другом варианте осуществления настоящим изобретением является депрессор пенной флотации для обогащения ценных материалов, включая минералы или руды ценных металлов. Депрессор включает модифицированную смолу в растворе или в дисперсии, имеющем содержание твердой смолы от примерно 0,1% до примерно 90% по массе, часто - от примерно 30% до примерно 90% по массе. В другом варианте осуществления содержание твердой смолы может быть больше чем примерно 90% по массе, и модифицированная смола может быть использована в таких формах, как твердый порошок, гранула, комок, чешуйка или плав. Модифицированная смола включает основную смолу, которая является продуктом реакции первичного или вторичного амина и альдегида. Основную смолу модифицируют с помощью повышающего адгезию вещества. Повышающее адгезию вещество присутствует в количестве, составляющем от примерно 0,1% до примерно 2,5% от массы раствора или дисперсии, которая имеет содержание твердой смолы от примерно 30% до примерно 90% по массе. В другом варианте осуществления основной смолой является мочевиноформальдегидная смола, которая является продуктом реакции мочевины и формальдегида при мольном соотношении формальдегид:мочевина (F:U) от примерно 1,75:1 до примерно 3:1. В другом варианте осуществления основная смола включает мочевиноформальдегидную смолу, имеющую среднечисленную молекулярную массу (M_n) больше чем примерно 100 грамм/моль, и часто - от примерно 400 до примерно 4000 грамм/моль. В другом варианте осуществления повышающим адгезию веществом является замещенный силан, выбранный из группы, состоящей из уреидозамещенного силана, аминозамещенного силана, серозамещенного силана, эпоксизамещенного силана, метакрилзамещенного силана, винилзамещенного силана, алкилзамещенного силана и галогеналкилзамещенного силана.

В другом варианте осуществления настоящим изобретением является способ очистки глины от глиносодержащей руды, включающей примесь, выбранную из металла, оксида металла, минерала и их смесей. Способ включает обработку пульпы глиносодержащей руды с помощью депрессора, включающего модифицированную смолу, и извлечение с помощью пенной флотации примеси или до стадии обработки или во время стадии обработки, при этом очищенная глина содержит пониженное количество, по меньшей мере, одной из примесей. Модифицированная смола включает основную смолу, которая является продуктом реакции первичного или вторичного амина с альдегидом. Основную смолу модифицируют с помощью повышающего адгезию вещества. В другом варианте осуществления глиносодержащая руда включает каолиновую глину. В другом варианте осуществления примесь включает смесь оксида железа и диоксида титана. В другом варианте осуществления примесь включает уголь.

В другом варианте осуществления настоящим изобретением является способ очистки битума от битумсодержащей пульпы, включающей песок или глину. Способ включает обработку суспензии с помощью депрессора, включающего описанную выше модифицированную смолу, и извлечение с помощью пенной флотации или до стадии обработки, или во время стадии обработки очищенного битума, содержащего пониженное количество песка или глины.

Другие процессы разделения

В другом варианте осуществления настоящим изобретением является способ очистки водной жидкой суспензии, включающей твердое загрязняющее вещество. Способ включает обработку жидкой суспензии с помощью описанной выше модифицированной смолы, и удаление или до стадии обработки, или во время стадии обработки (1), по меньшей мере, части твердого загрязняющего вещества в обогащенную загрязняющим веществом фракцию и/или (2) удаление очищенной жидкости. В другом варианте осуществления стадия обработки включает флокуляцию твердого загрязняющего вещества (например, песка или глины). В другом варианте осуществления стадию удаления осуществляют седиментацией, флотацией или фильтрацией. В другом варианте осуществления жидкой суспензией является буровой раствор нефтяной скважины, и способ включает удаление очищенного бурового раствора для повторного использования при бурении нефтяной скважины. В другом варианте осуществления водной жидкой суспензией является глиносодержащая сбросовая пульпа предприятия по производству фосфата, и способ включает удаление очищенной воды для повторного использования в производстве фосфата. В другом варианте осуществления водной жидкой суспензией является водная угольсодержащая суспензия, и способ включает удаление обогащенной углем фракции с помощью фильтрации. В другом варианте осуществления водная жидкая суспензия включает сточные воды, и способ включает удаление очищенной воды седиментацией. В другом варианте осуществления водная жидкая суспензия включает стоки целлюлозно-бумажного завода, твердое загрязняющее вещество включает целлюлозный материал, и способ включает удаление очищенной воды. В другом варианте осуществления водной жидкой суспензией является промежуточный продукт процесса получения битума или сбрасываемая пульпа, включающая песок или глину. В еще одном варианте осуществления очищенной жидкостью является пригодная для питья вода.

В другом варианте осуществления настоящим изобретением является способ очистки угольной руды. Способ включает обработку водной пульпы угольной руды с помощью депрессора до операции сортировки или во время операции сортировки по размеру или плотности, который позволяет извлекать очищенный уголь, имеющий по сравнению с угольной рудой пониженное количество примеси, выбранной из группы, состоящей из ртути, азота, серы, кремния, золы и пирита, где примесь измеряют в расчете на несвязанное летучее вещество. Депрессор включает описываемую здесь модифицированную смолу. В другом варианте осуществления очищенный уголь имеет по сравнению с угольной рудой пониженное количество влаги и/или повышенную величину БТЕ на единицу массы. В другом варианте осуществления очищенный уголь имеет по сравнению с угольной рудой пониженное количество всех примесей, выбранных из группы, состоящей из ртути, азота, серы, кремния, золы и пирита. В другом варианте осуществления пониженное количество является меньшим по сравнению с количеством в очищенном угле, извлеченном при операции сортировки по размеру, но без обработки водной суспензии с помощью депрессора. В другом варианте осуществления операцию сортировки по размеру или плотности выбирают из группы, состоящей из циклонной сепарации, разделения в тяжелой среде, фильтрации, классификации рассевом и их комбинаций.

В другом варианте осуществления настоящим изобретением является способ очистки воды, содержащей катионы металлов. Способ включает обработку воды с помощью описанной выше модифицированной смолы и удаление, по меньшей мере, части катиона металла путем фильтрации с получением очищенной воды (например, пригодной для питья воды). В другом варианте осуществления стадия удаления включает мембранную фильтрацию. В другом варианте осуществления катион металла выбирают из группы, состоящей из As⁺⁵, Pb⁺², Cd⁺², Cu⁺², Mn⁺², Hg⁺², Zn⁺², Fe⁺² и их смесей. В еще одном варианте осуществления основную смолу дополнительно модифицируют с помощью анионной функциональной группы.

Эти и другие варианты осуществления объясняются в следующем далее подробном описании.

Краткое описание чертежа

На чертеже приведены показатели флотации образца измельченной калийной руды с помощью мочевиноформальдегидных смол с молекулярными массами в интервале 400-1200 грамм/моль, модифицированными с помощью повышающего адгезию вещества на основе силана. Приведено сравнение этих показателей с применением немодифицированных смол (то есть без добавления повышающего адгезию вещества на основе силана), а также относительно контрольного образца гуаровой смолы.

Подробное описание изобретения

Модифицированная смола, которую используют в процессах разделения настоящего изобретения, включает основную смолу, которая является продуктом реакции первичного или вторичного амина и альдегида. Первичный или вторичный амин благодаря наличию атома азота, который не полностью замещен (то есть который не являются частью третичного или четвертичного амина), способен взаимодействовать с альдегидом с образованием аддукта. Например, если в качестве альдегида используют формальдегид, то аддукт является оксиметилированным аддуктом, имеющим реакционноспособные метилольные функциональные группы. Для целей настоящего изобретения типичные первичные и вторичные амины, применяемые для образования основной смолы, включают соединения, имеющие, по меньшей мере, две функциональных аминных или амидных группы, или амидиновые соединения, имеющие, по меньшей мере, одну из каждых этих групп. Такие соединения включают мочевины, гуанидины и меламины, которые могут быть замещенными на их соответствующих аминных атомах азота алифатическими или ароматическими радикалами, где, по меньшей мере, два атома азота полностью незамещены. Часто используют первичные амины. Типичным из них является мочевина, которая имеет низкую стоимость и в громадных объемах выпускается промышленностью. В случае мочевины, если необходимо, то, по меньшей мере, ее часть может быть замещена аммиаком, первичными алкиламинами, алканоламинами, полиаминами (например, первичными алкилдиаминами, такими как этилендиамин, и первичными алкилтриаминами, такими как диэтилентриамин), полиалканоламинами, меламином или другими аминозамещенными триазинами, дициандиамидом, замещенными или циклическими мочевинами (например, этиленмочевиной), первичными аминами, вторичными аминами и алкиламинами, третичными аминами и алкиламинами, гуанидином и производными гуанидина (например, цианогуанидином и ацетогуанидином). В сочетании с мочевиной могут также быть использованы сульфат алюминия, циклические фосфаты и эфиры циклических фосфатов, муравьиная кислота или другие органические кислоты. Количество любого одного из этих компонентов (или если используют комбинацию, то тогда их объединенное количество) при введении в смолу для замещения части мочевины обычно изменяется от примерно 0,05 до примерно 20% от массы твердой смолы. Эти типы реагентов способствуют устойчивости к гидролизу, эластичности, пониженному выделению альдегида и другим характеристикам, которые специалисты в этой области считают важными.

Альдегидом, используемым для взаимодействия с описанным выше первичным или вторичным амином с образованием основной смолы, может быть формальдегид или другие алифатические альдегиды, такие как ацетальдегид и пропионовый альдегид. Альдегиды также включают ароматические альдегиды (например, бензойный альдегид и фурфурол) и другие альдегиды, такие как альдоль, глиоксаль и кротоновый альдегид. Могут быть также использованы смеси альдегидов. Обычно используют формальдегид в силу его доступности для промышленности и относительно низкой стоимости.

Начальное образование аддукта между амином и альдегидом при образовании основной смолы хорошо известно в технике. Скорость реакции присоединения альдегида обычно сильно зависит от pH и степени достигаемого замещения. Например, было определено, что скорость присоединения формальдегида к мочевине с образованием последовательно одной, двух и трех метилольных групп составляет отношение 9:3:1, в то время как тетраметилолмочевина обычно не образуется в значительном количестве. Р