ES2276648T3 - Procesos de recuperacion de un mineral. - Google Patents
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Abstract
Un proceso de recuperación de un mineral, que com-prende una etapa de separación principal, en la cual dicho mineral se pone en suspensión en agua y se efectúa la sepa-ración en una fracción enriquecida y unas aguas residuales arcillosas diluidas, y una etapa de sedimentación de las aguas residuales en la cual las aguas residuales arcillosas diluidas se sedimentan en una o más lagunas de decantación para proporcionar un sedimento arcilloso substancialmente sólido, y un sobrenadante, y en el cual la etapa de sedi-mentación de las aguas residuales comprende la alimentación de las aguas residuales arcillosas diluidas a un pozo el cual ha sido construido en el suelo, floculando las aguas resi-duales diluidas mezclando un floculante polimérico en las aguas residuales arcillosas diluidas, sedimentando las aguas residuales arcillosas diluidas floculadas, obteniendo en el pozo una capa de sedimento arcilloso espesado bombeable, y una capa sobrenadante, y reciclando la capa de sobrenadante desde elpozo hasta la etapa de separación principal.
Description
Procesos de recuperación de un mineral.
Esta invención se refiere a procesos de
recuperación de un mineral, los cuales comprenden una etapa de
separación principal y una etapa de sedimentación de las aguas
residuales.
En la etapa de separación principal, el mineral,
por ejemplo arcilla de fosfato, se suspende en agua y se separa en
una fracción enriquecida y unas aguas residuales arcillosas
diluidas. Esta etapa de separación puede implicar uno o más procesos
de separación y puede implicar el reciclado del material enriquecido
para una separación adicional.
La etapa de sedimentación de las aguas
residuales implica la sedimentación y evaporación de las aguas
residuales arcillosas diluidas, en una o más lagunas de decantación
para proporcionar un sedimento arcilloso substancialmente sólido y
un sobrenadante. El sobrenadante se recicla con el fin de
proporcionar tanto como sea razonablemente posible, el agua que se
va a utilizar en la etapa de separación principal. Si las aguas
residuales arcillosas contienen mineral valioso, las aguas
residuales pueden ser sometidas a tratamientos que permiten la
recuperación de este mineral antes de la sedimentación final de la
arcilla.
Las aguas residuales arcillosas formadas en la
recuperación del fosfato y otros procesos similares reciben a veces
el nombre de fangos y se someten a la sedimentación en una laguna
debido a que no son susceptibles a los procesos normales de
deshidratación, aunque en cambio sedimentan solamente muy
despacio.
Han habido numerosas propuestas en la literatura
para probar de acelerar la sedimentación floculando las aguas
residuales arcillosas, y han habido propuestas para mejorar la
estructura del sedimento arcilloso substancialmente sólido mediante
la adición de arenas u otros materiales a las aguas residuales
arcillosas. Ejemplos de descripciones de dichos procesos de
recuperación de minerales utilizando floculantes son las patentes
U.S. n^{os} 3.418.237, 3.622.087, 3.707.523, 4.194.969,
4.224.149, 4.251.363, 4.265,770, 4.342.653, 4.550.346, 4.690.752,
1.446.185 y 5.688.404.
A pesar de las numerosas propuestas para emplear
floculantes, se ha visto en la práctica que su empleo no es
frecuentemente efectivo en lo referente a los costes. Incluso cuando
el floculante se emplea para promover la sedimentación y la
obtención de un sobrenadante que pueda ser reciclado, la calidad del
sobrenadante tiende a ser más bien pobre debido a que el
sobrenadante tiene tendencia a contaminarse con partículas de
arcilla no floculadas.
En particular, la etapa de separación principal
incluye a menudo el empleo de productos químicos de tratamiento
tales como agentes de floculación o, especialmente, agentes de
flotación, y la eficiencia de su empleo disminuye (y de esta forma,
las dosis necesarias aumentan), cuando el agua que se emplea en la
flotación u otros procedimientos durante la etapa de separación,
contiene partículas de arcilla en suspensión.
Con el fin de minimizar la contaminación y la
falta de transparencia del sobrenadante, es de desear que la
sedimentación se efectúe en condiciones que proporcionen una
considerable profundidad de sedimentación de las aguas residuales,
de manera que ello permita una capa profunda de sobrenadante encima
del sedimento, permitiendo con ello que el sobrenadante sea
trasegado desde una altura que esté bastante por encima del material
sedimentado más inferior, tanto como sea posible.
Desafortunadamente, es difícil conseguir esto en lagunas dado que
las mismas tienen tendencia normalmente a ser relativamente poco
profundas. En particular, el problema se vuelve más agudo cuando las
lagunas han sido llenadas a lo largo de los años, con una
profundidad creciente del sedimento de arcilla substancialmente
sólido.
Un problema añadido se desprende del hecho que
es necesario hacer un empleo óptimo de las áreas de las lagunas
debido a que no es deseable la creación de nuevas lagunas. Por lo
tanto, existe una creciente tendencia a continuar empleando las
lagunas hasta que es imposible depositar más sedimento sólido de
arcilla en las mismas, y así existe una creciente tendencia a querer
emplear lagunas que están substancialmente llenas y son demasiado
poco profundas para una sedimentación útil. Existe una creciente
necesidad en utilizar las áreas de las lagunas con una mayor
eficacia.
Se conocen por supuesto, otros procesos que
utilizan columnas de sedimentación, por ejemplo depósitos metálicos
tubulares, que están construidos por encima de un nivel básico.
Mientras dicha columna tenga suficiente altura, la misma permitirá
eventualmente la formación de una profundidad útil del sobrenadante.
Desafortunadamente, el volumen de las aguas residuales arcillosas
que se generan en los procesos de recuperación de fosfato y otros
minerales, puede ser tan grande que esta solución es impracticable
incluso cuando se contempla la formación de depósitos de separación
en columna de este tipo.
También es conocida por supuesto, la solución de
alargar la vida de una laguna, extrayendo de la misma el sedimento
sólido de arcilla, pero éste es un trabajo que exige un gran
desgaste humano y no proporciona ninguna directa solución a la
necesidad de efectuar con eficacia el proceso de recuperación y
obtener un sobrenadante de buena calidad.
El objeto de la invención es el de proporcionar
un proceso de recuperación de fosfato u otro mineral, mediante el
cual sea posible obtener un sobrenadante de una mejor calidad, que
pueda emplearse para la flotación u otros pasos de separación, y
mediante el cual sea posible utilizar las lagunas de decantación con
más eficacia.
El proceso de recuperación de mineral de acuerdo
con la invención comprende una etapa de sedimentación principal en
la cual el mineral se suspende en agua y se separa en una fracción
enriquecida y unas aguas residuales arcillosas diluidas, y una etapa
de sedimentación de las aguas residuales en la cual las aguas
residuales arcillosas diluidas se sedimenten en una o más lagunas de
decantación para proporcionar un sedimento de arcilla
substancialmente sólido y un sobrenadante, y el sobrenadante se
recicle a la etapa de separación principal, y la etapa de
sedimentación de las aguas residuales comprende la alimentación de
las aguas residuales arcillosas diluidas en un pozo que ha sido
construido en el terreno, floculando las aguas residuales diluidas
en el pozo mediante la mezcla de un floculante polimérico en las
aguas residuales, sedimentando las aguas residuales floculadas en el
pozo para proporcionar un sedimento arcilloso espesado bombeable, y
un sobrenadante, reciclando el sobrenadante desde el pozo, de nuevo
a la etapa de separación principal, bombeando el sedimento de
arcilla espesado que está por debajo del sobrenadante en el pozo, a
una o más lagunas finales y permitiendo que el sedimento arcilloso
espesado experimente una sedimentación adicional para proporcionar
un sedimento arcilloso substancialmente sólido en una o más lagunas
finales.
En general, la invención es aplicable a
cualquier proceso en el cual la separación de cantidades apreciables
de mineral a partir de rocas minadas en bruto, u otro material,
comprende la suspensión en agua y con ello la producción de grandes
volúmenes de aguas residuales arcillosas diluidas, las cuales se
someten a sedimentación en lagunas. Generalmente las aguas
residuales arcillosas tienen la característica de un fango.
El proceso preferido de recuperación de mineral
al cual se aplica la invención es la recuperación de cantidades
apreciables de fosfato a partir de la arcilla de fosfato, como se
practica por ejemplo en los procesos de recuperación de fosfato en
Florida. Otros procesos de recuperación de mineral a los cuales la
invención puede aplicarse incluyen aquellos en los que la velocidad
natural de sedimentación del sedimento es lo suficientemente lenta
para que la sedimentación en la laguna sea apropiada y en donde la
sedimentación pueda promoverse mediante un agente floculante.
Cuando el proceso es un proceso de recuperación
de fosfato, la etapa de separación principal puede implicar
cualquiera de los procedimientos convencionales de separación en
dichos procesos. Por ejemplo, puede implicar el paso de la
suspensión por un ciclón y puede implicar el sometimiento de la
suspensión a un proceso de flotación. Frecuentemente, el material
puede reciclarse una o más veces a través de uno o más
procedimientos de separación.
La invención es de un valor particular cuando la
etapa de separación incluye un proceso de flotación. El proceso de
flotación se promueve mediante la adición de productos químicos de
flotación tales como colectores de flotación o depresores de
flotación y dichos productos químicos pueden suministrarse en la
etapa de flotación juntamente con el sobrenadante reciclado. Puede
emplearse una solución del producto químico de flotación en el
sobrenadante reciclado, para la formación de la suspensión del
mineral. El sobrenadante reciclado puede emplearse alternativamente
o adicionalmente para el lavado, transporte, flotación de la
suspensión o cualquier otro proceso útil.
Con independencia de cómo se utiliza el
sobrenadante, la dosificación del producto químico de flotación se
requiere que tenga tendencia a aumentar significativamente cuando la
transparencia del sobrenadante disminuye. Por ejemplo, la cantidad
de auxiliar de la flotación que se necesita en cualquier proceso
particular es mucho mayor si el sobrenadante reciclado tiene una
baja transparencia que si el sobrenadante tiene una excepcional
buena transparencia. Mediante la invención es posible obtener una
transparencia excepcionalmente buena, así que es posible reducir
significativamente la cantidad de amina u otro auxiliar de flotación
que se utilice.
Las aguas residuales arcillosas diluidas son una
suspensión que consta primordialmente de partículas de fango
arcilloso residuales, en agua. Sin embargo, la suspensión arcillosa
o aguas residuales arcillosas pueden contener algunas cantidades
apreciables de mineral de curso útil. Las aguas residuales pueden
ser primordialmente aguas residuales de separación arcillosas,
típicamente con un 5% de contenido en sólidos y conteniendo alguna
cantidad de mineral útil, o unas aguas residuales secundarias
arcillosas de separación, típicamente con un contenido en sólidos
menor y menos material grueso en el mismo. En particular, la
suspensión arcillosa o aguas residuales arcillosas consistirá o
contendrá a menudo unas aguas residuales arcillosas secundarias, a
saber unas aguas residuales obtenidas de un proceso de flotación u
otro proceso de separación. En algunos procesos, las aguas
residuales arcillosas primarias y secundarias son tratadas
separadamente, mientras que en otros procesos las aguas residuales
arcillosas primarias y secundarias se mezclan entre sí.
En general, las aguas residuales arcillosas
diluidas contienen generalmente no más del 7% y normalmente no más
del 5% del total de sólidos en peso, pero habitualmente contienen
por lo menos el 0,1% y habitualmente por lo menos el 0,5% en peso
del total de sólidos. Los sólidos consisten generalmente total o
principalmente en finos de arcilla pero pueden incluir algunos
residuos de arcilla más gruesa o algunas cantidades apreciables de
minerales más gruesos, de forma que el material más grueso puede
sedimentarse a partir de la arcilla mientras que los finos
permanecen en suspensión. Los finos de arcilla constituyen
normalmente por lo menos el 50% y habitualmente por lo menos el 90%
ó por lo menos el 99% en peso de la materia seca de las aguas
residuales. Los finos de arcilla, los cuales constituyen la mayor
parte de la materia seca, tiene características físicas y químicas
típicas de los fangos de arcilla y, en particular, estas
características son tales, que la sedimentación y evaporación en la
laguna es normalmente la única vía práctica para convertir los finos
en un sedimento sólido.
Si las aguas residuales arcillosas diluidas
contienen cantidades apreciables de mineral grueso u otro material
grueso sedimentable, estos materiales pueden sedimentarse a partir
de las aguas residuales que fluyen por una acequia hacia el pozo
(por ejemplo como se describe en la patente U.S. nº 5.688.404) ó
estas cantidades apreciables pueden sedimentarse en una laguna antes
del tratamiento en el pozo de la presente invención. Así, las aguas
residuales que contienen cantidades apreciables de mineral pueden
ser conducidas hacia un área de entrada de una laguna de
decantación, y la reducción resultante en la velocidad del flujo,
que tiene lugar cuando las aguas residuales entran en la laguna,
ocasiona la sedimentación de las cantidades apreciables de mineral,
primordialmente en el área de entrada. A continuación, pueden
recuperarse las cantidades apreciables de mineral de la base del
área de entrada, o si es adecuado, de la base de toda la laguna,
mediante excavación.
Las aguas residuales arcillosas diluidas,
opcionalmente después de la sedimentación preliminar de los
materiales gruesos, fluyen a continuación en un pozo que ha sido
excavado en el suelo. El pozo puede estar situado dentro o en la
cercanía de una laguna primaria, en cortes de mina ya existentes, un
canal, un desagüe de emergencia o un área secundaria de contención o
en terreno virgen. En una versión preferida, el pozo está situado en
una laguna primaria, más particularmente en la base o entrada de las
aguas residuales de una laguna primaria. El pozo puede estar
construido por excavación de, por ejemplo, un área cuadrada,
rectangular, circular u oval, en el suelo hasta una determinada
profundidad. Si se desea, el pozo puede estar forrado con el fin de
evitar la erosión de las paredes, pero esto es normalmente
innecesario.
Como resultado de la utilización de un pozo en
lugar de una columna de sedimentación, es posible generar una zona
de sedimentación de gran volumen y profundidad con un coste muy
económico. Dentro del pozo se forma una capa de sobrenadante y una
capa de sedimento espesado, a partir de las aguas residuales
diluidas que son conducidas al pozo. El sobrenadante puede ser
eliminado, bombeado o de otra manera arrastrado desde la parte
superior del pozo con la condición de que esta eliminación no
perturbe la capa de sedimento espesado que se encuentra en el fondo
del pozo. Generalmente el sobrenadante es extraído del pozo por
desbordamiento del mismo substancialmente durante la alimentación
contínua del pozo. La eliminación del sobrenadante puede efectuarse
de cualquier manera conveniente, por ejemplo, mediante un canal y
puede reconducirse a la etapa de separación, en cuyo caso el pozo
puede estar excavado en cualquier situación conveniente.
Como se ha descrito más arriba, en una versión
preferida el pozo está excavado en la base de una laguna primaria y
el sobrenadante desborda por la parte superior del pozo y fluye a
través de la base descubierta de la laguna primaria. Generalmente la
laguna primaria habrá sido utilizada ya para recoger el sedimento de
arcilla sólida a partir del proceso de recuperación del mineral y
así el sobrenadante fluye por encima del sedimento de arcilla
substancialmente sólido de la laguna primaria.
El flujo de sobrenadante que fluye desde el pozo
por encima del sedimento antes de reciclar el sobrenadante, hacia la
etapa de separación principal, tiene el efecto de limpiar el
sobrenadante y por ello, aumenta la transparencia y reduce los
sólidos suspendidos del sobrenadante, el cual es devuelto al paso de
flotación o a otro paso de separación principal.
Generalmente, en la versión preferida, el pozo
se construye en una laguna que ya está substancialmente llena con
sedimento de arcilla substancialmente sólido. Así, en la práctica de
la invención, una laguna que ya ha sido substancialmente llenada con
sedimento puede tener una nueva y muy importante finalidad,
excavando un pozo de tratamiento y a continuación volviendo a
depositar sobre el sedimento existente en la laguna para
proporcionar una limpieza del sobrenadante. La velocidad de aumento
del sedimento en la laguna como resultado de este proceso de
limpieza es extremadamente lenta y de esta manera puede darse a la
laguna una vida útil de duración casi indefinida.
La frase "substancialmente llena" significa
que la laguna es demasiado poco profunda para ser de utilidad para
la separación del sobrenadante transparente del sedimento, por
ejemplo, como resultado de que el componente horizontal de la
velocidad del flujo excede al componente vertical de la velocidad de
sedimentación.
Las dimensiones adecuadas del pozo en el proceso
de la invención comprenden una profundidad desde aproximadamente
1,82 m hasta aproximadamente 9,14 m (aproximadamente 6 a
aproximadamente 30 pies), de preferencia aproximadamente 2,43 m
hasta aproximadamente 6,09 m (aproximadamente 8 hasta
aproximadamente 20 pies) y un área de la superficie superior (en
general un área aproximadamente cuadrada o redonda), dando una
velocidad de flujo de 0,038 litros a 3,8 litros (0,01 a 1 galones
U.S.), de preferencia 0,38 litros a 1,89 litros (0,1 a 0,5 galones
U.S.) por minuto por 0,0929 metros cuadrados (por pié cuadrado), que
corresponde a una velocidad de flujo de 4 litros por minuto por
metro cuadrado. Típicamente, el área de la superficie es de 929 a
929 x 10^{3} metros cuadrados (10^{4} a 10^{7} pies
cuadrados).
El tamaño de una laguna primaria convencional es
desde aproximadamente 0,2 km cuadrados hasta aproximadamente 8,1 km
cuadrados (aproximadamente 50 hasta aproximadamente 2000 acres),
generalmente 1,0 km cuadrado a 4,04 km cuadrados (250 a 1000 acres).
La distancia del recorrido del sobrenadante por encima del sedimento
de arcilla substancialmente sólido en la laguna primaria es
generalmente por lo menos 91,4 m (300 pies) y normalmente como
mínimo 213,36 m (700 pies), p. ej., 304,8 m a 1524 m (1000 a 5000
pies). Las condiciones del flujo del sobrenadante en su recorrido
desde el rebosadero del pozo a la salida de la laguna primaria, son
de preferencia tales que causan la mínima perturbación de la arcilla
que se está sedimentando en el fondo sobre el sedimento de arcilla
substancialmente sólido de la base de la laguna. De preferencia, la
profundidad del sobrenadante por encima de la arcilla que sedimenta
y el sedimento de arcilla sólida es tal que existe una capa de por
lo menos aproximadamente 0,15 m (6 pulgadas), generalmente por lo
menos aproximadamente 0,3048 m (aproximadamente 1 pie) y de
preferencia por lo menos aproximadamente 0,914 m (aproximadamente 3
pies) de profundidad la cual parece a simple vista, ser
transparente. La velocidad del flujo del sobrenadante está
generalmente en el margen de aproximadamente 3,8 x 10^{-6} litros
a 0,38 litros (aproximadamente 0,000001 a 0,1 galones) por minuto
por 0,0929 m cuadrados (por pié cuadrado); lo cual corresponde a 4 x
10^{-5} a 4 litros por minuto por metro cuadrado, para promover
así la oportunidad de sedimentación y minimizar el riesgo de
perturbación de la arcilla que
sedimenta.
sedimenta.
Las aguas residuales arcillosas diluidas se
floculan en el pozo mezclando un floculante polimérico en las aguas
residuales. El floculante polimérico puede añadirse en forma sólida
pero más usualmente se añade como una solución preparada de manera
convencional, y tiene típicamente una concentración de polímero de
aproximadamente 0,1-2% en peso. El floculante
polimérico puede añadirse a las aguas residuales después de que las
mismas hayan entrado en el pozo, pero normalmente se añade a las
aguas residuales antes de que las mismas entren en el pozo. El punto
de adición puede ser justo antes de la entrada en el pozo o puede
ser en una posición substancialmente más temprana, por ejemplo,
como se describe en la patente U.S. nº 5.688.434.
Generalmente, el floculante polimérico se añade
a las aguas residuales cuando estas fluyen a través de un
dispositivo mezclador, el cual descarga en el pozo. El dispositivo
mezclador puede ser un conducto a través del cual las aguas
residuales fluyen con la suficiente turbulencia para promover un
buen mezclado del floculante con las aguas residuales. La
turbulencia puede ser generada simplemente por la velocidad del
flujo a través del conducto o mediante deflectores u otros
inductores de turbulencia en el caso de inyección del agua dentro
del conducto. Si se desea, pueden emplearse rotores mecánicos u
otros aparatos mecánicos de mezclado para lograr un mezclado
adecuado del floculante polimérico en las aguas residuales,
suficiente para dar una floculación substancialmente uniforme.
El floculante polimérico puede ser cualquier
floculante polimérico soluble en agua que sea capaz de promover la
floculación y por lo tanto la separación de las aguas residuales en
un sobrenadante y un sedimento espeso de arcilla. El polímero es
generalmente un polímero soluble en agua, formado por uno o más
monómeros etilénicamente no saturados. Los monómeros pueden ser no
iónicos, aniónicos o catiónicos. De manera similar el polímero puede
ser no iónico, aniónico o catiónico, o puede ser anfótero.
Monómeros aniónicos adecuados incluyen monómeros
carboxílicos o sulfónicos etilénicamente no saturados tales como el
ácido acrílico, ácido metacrílico y el ácido
2-acrilamido-2-metil
propano sulfónico (AMPS) (marca registrada US de Lubrizol
Corporation). La acrilamida es un monómero no iónico adecuado.
Monómeros catiónicos adecuados son los
dialquil-aminoalquil (met)-acrilatos
y -acrilamidas, normalmente como sus sales de amonio cuaternario o
de adición ácida, o cloruro de dialil dimetil amonio.
Polímeros aniónicos preferidos son los
copolímeros del 5 al 70% en peso, generalmente del 10 al 50% en peso
de monómeros aniónicos tales como el ácido acrílico (normalmente
como acrilato de sodio) y/o AMPS con otros monómeros generalmente
acrilamida. Los copolímeros aniónicos particularmente preferidos son
el Percol 336, Percol 727, Percol 358 todos de Ciba Specialty
Chemicals, Water Treatments Inc. Los polímeros catiónicos adecuados
están formados del 1 al 50% en peso, generalmente del 2 al 15% en
peso, de monómero catiónico tal como el acrilato o metacrilato de
dimetil aminoetilo, adiciones de ácido o sales cuaternarias, o sales
cuaternarias juntamente con otros monómeros, generalmente,
acrilamida. Particularmente, los copolímeros catiónicos preferidos
son el Percol 455, Percol 352, también de Ciba Specialty Chemicals,
Water Treatments Inc.
El peso molecular del polímero es generalmente
tal que el polímero tiene una viscosidad intrínseca ("IV")
(medida empleando un viscosímetro suspendido de nivel y cloruro de
sodio 1 N tamponado a pH 7 a 20ºC) de por lo menos 4 dl/g y
normalmente por lo menos 8 dl/g. Cuando el polímero es aniónico, la
IV es típicamente de 10 a 30 dl/g y cuando es catiónico la IV es
típicamente de 8 a 15 dl/g.
El polímero puede obtenerse por polimerización
en gel, polimerización de fase invertida en granza, o polimerización
de fase invertida en emulsión, o mediante cualquier otra técnica
adecuada, de manera ya conocida.
Aunque muchas técnicas anteriores acentúan el
empleo de polímeros aniónicos sobre los fangos de fosfatos, el
proceso de separación de la invención se efectúa la mayoría de veces
empleando un polímero catiónico, por ejemplo del tipo descrito más
arriba. La selección de este polímero da la mejor combinación de
transparencia del sobrenadante y espesamiento del sedimento. Sin
embargo, un polímero aniónico, en general del tipo descrito más
arriba, se prefiere normalmente cuando las aguas residuales incluyen
el material de una etapa de flotación que ha sido promovida por el
empleo de agentes aminados de flotación precedida de un tratamiento
del mineral con ácido sulfúrico para extraer el material catiónico
del mineral.
La dosificación efectiva del polímero se
selecciona de manera convencional para las aplicaciones de
sedimentación y es normalmente de 0,1 a 1, de preferencia desde
aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,75 libras de polímero por
tonelada de sólidos en las aguas residuales que están siendo
floculadas.
La selección del polímero y la cantidad de
dosificación pueden emplearse mediante procedimientos convencionales
de selección de forma que se obtenga la combinación óptima de
transparencia y profundidad del sobrenadante y la velocidad de
sedimentación por un lado y el sedimento de arcilla espeso
bombeable, por el otro lado.
El tiempo de residencia teórico de las aguas
residuales de arcilla diluidas en el pozo es normalmente de 5
minutos a 2 horas, de preferencia 10 minutos a una hora, p. ej., 15
a 40 minutos.
La realización del proceso de floculación puede
lograrse mezclando el agua de dilución con la solución de
floculación en las aguas residuales de arcilla diluidas, debido a
que las aguas residuales que entran en el pozo tienen a menudo un
contenido en sólidos por encima del valor que proporciona la
velocidad óptima de separación. La cantidad óptima de agua de
dilución puede determinarse mediante pruebas de rutina.
El sedimento espesado de arcilla se elimina del
pozo en una posición significativamente por debajo del sobrenadante
y/o en un tiempo tal que la eliminación no perjudique
indeseablemente la calidad del sobrenadante. La eliminación puede
ser contínua o discontínua. El contenido de sólidos del sedimento
aumentará generalmente hacia el fondo del pozo y, con el fin de
minimizar el riesgo de que el pozo se llene gradualmente con el
sedimento, es por lo tanto deseable que el sedimento espesado de
arcilla se retire del fondo del pozo, lo más cerca posible
del
fondo.
fondo.
El sedimento que se elimina del pozo tiene
generalmente un contenido en sólidos de por lo menos 2 ó 3 veces y a
menudo hasta 10 veces el contenido de sólidos de la corriente de
aguas residuales arcillosas diluidas originales que se están
floculando. A menudo el contenido de sólidos del sedimento espesado
es desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 30% en peso del
contenido seco de sólidos. Medido tomando una muestra del sedimento
espesado de un peso conocido y evaporando el componente líquido o
humedad a sequedad a una temperatura conocida (típicamente 105
grados Celsius) en un secado en un laboratorio estándar. El
contenido en sólidos debe ser de preferencia alto, de manera que
sea manejable, pero no tan alto que el sedimento no se pueda bombear
convenientemente.
La eliminación puede efectuarse de preferencia,
bombeando, a saber, empleando una bomba fija, colocada sobre el
suelo cerca del borde del pozo y conectada mediante una tubería
hasta cerca de la base del pozo para aspirar fuera del mismo el
sedimento espesado, o una bomba flotante que flota sobre el
sobrenadante y tiene una tubería que se extiende hacia abajo hasta
cerca de la base del pozo.
El sedimento espesado se elimina del pozo hacia
una o más lagunas finales en donde se esparce sobre la laguna y se
deja sedimentar y evaporar para formar el deseado sedimento final de
arcilla substancialmente sólido. Debido a que el sedimento espesado
eliminado del pozo tiene un contenido en sólidos mucho más alto que
las aguas residuales arcillosas convencionales, la cantidad de
sedimentación y evaporación que se requiere para proporcionar el
sedimento sólido final es mucho menor que en el proceso
convencional, y puede ser que no tenga ningún interés el intentar
reciclar cualquier sobrenadante (debido a la gran cantidad de
sobrenadante que ha sido reciclado a partir del pozo). En
consecuencia, la laguna o lagunas finales no tienen que ser tan
profundas para el volumen de sedimentación como normalmente se
considera necesario. Como resultado, el sedimento espesado puede
bombearse en las lagunas que están parcialmente llenas a casi
completamente llenas de sedimento.
La invención tiene la ventaja de que puede
simultáneamente proporcionar una buena recuperación del sobrenadante
(a menudo de una muy alta transparencia) mientras se emplean lagunas
que normalmente serían consideradas como demasiado llenas y
demasiado poco profundas para muchos propósitos.
A continuación se describen ejemplos de la
invención.
Se efectúa un proceso de recuperación de fosfato
poniendo en suspensión el mineral de fosfato con agua y separando el
mineral mediante operaciones de tamizado físico y paso por un
ciclón, para dar una fracción gruesa y fracciones más finas. Estas
fracciones más finas se someten a más separaciones (incluyendo la
flotación) para dar fracciones con fosfatos y unas aguas residuales
arcillosas que tienen un contenido de sólidos que varía entre
aproximadamente 0,2% de sólidos y 1% de sólidos y que contienen una
pequeña cantidad (típicamente de 0,05 a 0,1%) de sólidos de
cantidades apreciables de mineral de fosfato.
Estas aguas residuales se bombean a través de
una acequia hasta una primera laguna que tiene un área de
aproximadamente 1,0 km cuadrado (aproximadamente 250 acres). Las
aguas residuales fluyen hacia la laguna a una velocidad de 3,048 m
(aproximadamente 10 pies) por segundo, la cual disminuye en la
entrada a la laguna hasta aproximadamente 0,3048 m (aproximadamente
1 pié) por segundo, con la consiguiente sedimentación de las
partículas de fosfato cuando la suspensión entra en la laguna. Las
partículas de fosfato sedimentadas se eliminan de la base de la
laguna de vez en cuando.
La corriente de aguas residuales resultantes
fluye a través de la primera laguna, que está separada mediante un
dique de una segunda laguna de 0,1 km cuadrados (aproximadamente 250
acres), la cual contiene una profundidad significativa de un
sedimento sólido de arcilla y en la cual se ha excavado un pozo
substancialmente cuadrado, con una longitud de aproximadamente 30,48
m (aproximadamente 100 pies) por cada lado y una profundidad de
aproximadamente 4,57 m (aproximadamente 15 pies).
Dos tuberías teniendo cada una un diámetro de
aproximadamente 0,91 m (aproximadamente 3 pies), se extienden a
través del dique. La suspensión acuosa que sale de la primera laguna
fluye turbulentamente a través de las tuberías hasta descargar en el
pozo. Durante la mayor parte del tiempo o durante todo el tiempo en
que el flujo está dentro de las tuberías, se inyecta una solución al
0,5% de floculante polimérico en las aguas residuales en la entrada
de las tuberías y el mezclado en las tuberías se potencia mediante
la inyección de agua de dilución a presión moderada, típicamente
aproximadamente a 3447,4 hectopascales (típicamente aproximadamente
50 psi), con lo cual se crea una turbulencia significativa a través
de las tuberías. En consecuencia, la floculación de la arcilla está
ya bien avanzada en el momento en que las aguas residuales
arcillosas entran en el pozo.
Al cabo de una hora de alimentar la suspensión
acuosa en el pozo, la sedimentación produce un sobrenadante
transparente y un sedimento espeso que tiene un contenido en sólidos
que a menudo es de 5 a 15 veces el contenido en sólidos del residuo
sólido, y al cabo de 24 horas la sedimentación produce un sedimento
que típicamente es de 20 a 25 veces el contenido en sólidos de la
suspensión acuosa inicial.
Por ejemplo, en un proceso que utiliza el Percol
455, un copolímero catiónico de 95% de acrilamida y 5% de acrilato
de dimetilaminoetilo cuaternizado con cloruro de metilo, con una
viscosidad intrínseca por encima de 6 dl/g como floculante, la
suspensión acuosa que entra en el pozo tiene un contenido en sólidos
del 0,25%, después de 1 hora el sedimento tiene un contenido en
sólidos del 7,9% y después de 24 horas el sedimento tiene un
contenido en sólidos de 13,2%.
El sobrenadante transparente fluye continuamente
a partir del pozo y a través de la segunda laguna a una acequia de
desagüe colocada aproximadamente 914,4 m (aproximadamente 3000 pies)
a partir del pozo.
El sobrenadante resultante parece visualmente
transparente y se ha visto que los costes de la etapa de separación
principal y en particular los costes de los materiales de flotación
se han reducido en gran manera comparados con los costes requeridos
cuando el sobrenadante se genera meramente por sedimentación
convencional de las aguas residuales en una laguna con reciclado de
las aguas residuales.
Un mineral de fosfato en suspensión, se separa
de la arcilla de las aguas residuales y otros materiales de las
mismas mediante tamizado físico y operaciones con ciclones, para
eliminar la fracción de producto más gruesa. Las fracciones más
finas se someten a continuación a operaciones de preparación
adicionales para liberar todas las cantidades apreciables de fosfato
recuperables a partir de las fracciones de las aguas residuales. Los
cantidades de fosfato residuales se enriquecen además, mediante una
operación de flotación selectiva. En otra operación, la operación de
procesado fue tal que se aportaron cantidades importantes o en
exceso de reactivos aminados, a una laguna de decantación.
La laguna de decantación condujo a través de una
tubería a un pozo en una segunda laguna y se añadió polímero, todo
ello como se ha descrito ampliamente en el ejemplo 1.
El polímero que se empleó en este ejemplo fue el
Percol 336 el cual es un copolímero aniónico del 69% de acrilamida y
31% de acrilato de sodio y tiene una viscosidad intrínseca por
encima de 10 dl/g. Este floculante copolímero seleccionado dio
buenos resultados a pesar de la presencia de un exceso de amina en
la corriente de aguas residuales arcillosas aportadas al pozo.
Claims (13)
1. Un proceso de recuperación de un mineral,
que comprende una etapa de separación principal, en la cual dicho
mineral se pone en suspensión en agua y se efectúa la separación en
una fracción enriquecida y unas aguas residuales arcillosas
diluidas, y una etapa de sedimentación de las aguas residuales en la
cual las aguas residuales arcillosas diluidas se sedimentan en una o
más lagunas de decantación para proporcionar un sedimento arcilloso
substancialmente sólido, y un sobrenadante, y en el cual la etapa de
sedimentación de las aguas residuales comprende la alimentación de
las aguas residuales arcillosas diluidas a un pozo el cual ha sido
construido en el suelo, floculando las aguas residuales diluidas
mezclando un floculante polimérico en las aguas residuales
arcillosas diluidas, sedimentando las aguas residuales arcillosas
diluidas floculadas, obteniendo en el pozo una capa de sedimento
arcilloso espesado bombeable, y una capa sobrenadante, y reciclando
la capa de sobrenadante desde el pozo hasta la etapa de separación
principal.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, que comprende además el paso de eliminación por lo menos de una
parte de la capa de sedimento arcilloso espesado a partir del pozo,
y permitiendo que el sedimento arcilloso espesado eliminado sea
sometido a otra sedimentación y evaporación para obtener un
sedimento arcilloso substancialmente sólido en una o más lagunas
finales.
3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual el pozo ha sido excavado en una laguna primaria el
cual contiene un sedimento arcilloso substancialmente sólido a
partir del proceso de recuperación del mineral.
4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
3, en el cual el sobrenadante fluye por encima del sedimento
arcilloso substancialmente sólido en la laguna primaria antes de que
sea reciclado a la etapa de separación principal.
5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual la etapa de separación principal incluye por lo menos
una etapa de flotación y el reciclado del sobrenadante comprende el
reciclado por lo menos a una etapa de flotación.
6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual la capa de sedimento arcilloso espesado tiene un
contenido en sólidos de 5 a 100 veces el contenido en sólidos de las
aguas residuales arcillosas diluidas.
7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual las aguas residuales arcillosas diluidas tienen un
contenido en sólidos del 0,1 al 7% y la capa de sedimento arcilloso
espesado tiene un contenido en sólidos del 10 al 30%.
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
4, en el cual la laguna primaria está substancialmente llena con un
sedimento arcilloso substancialmente sólido a partir del proceso de
recuperación del mineral.
9. Un proceso de acuerdo con la
reivindicación 2, en el cual una o más lagunas de decantación y una
o más lagunas finales están substancialmente llenas con un sedimento
arcilloso substancialmente sólido a partir del proceso de
recuperación del mineral.
10. Un proceso de acuerdo con la
reivindicación 1, en el cual las aguas residuales arcillosas
diluidas contienen cantidades apreciables de mineral en partículas
que se sedimentan a partir de las aguas residuales arcillosas
diluidas antes de que las aguas residuales arcillosas diluidas sean
conducidas dentro del pozo.
11. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual el proceso de recuperación del mineral es un proceso
de recuperación de fosfato.
12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
11, en el cual el floculante es un polímero catiónico soluble en
agua que tiene una viscosidad intrínseca de por lo menos 4 dl/g.
13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
11, en el cual la etapa de separación principal comprende una etapa
de flotación que utiliza un agente de flotación aminado y las aguas
residuales arcillosas diluidas se tratan con un ácido mineral y el
floculante es un polímero aniónico soluble en agua.
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