增强浆料脱水的替代添加剂的制作方法

本发明涉及用于提高矿物浆料脱水的组合物、方法和装置。采矿作业通常涉及用水或浸出溶液(水中的化学品)对矿石进行研磨和制浆，然后经历一系列过程以获得更纯形式的矿物。矿物加工中一个重要的常常是最终的步骤是从过程浆料中除去水，产生固体“干”形式的最终块状物(矿物或尾矿)。添加脱水助剂的脱水过程如过滤常常用于从矿物浆料中除去水。脱水助剂通常是在临过滤之前添加到矿物浆料中(或者在一些情况下添加到在经过滤的矿物浆料饼之上添加的洗涤水中)的目的在于帮助降低经过滤固体的最终含水量的化学添加剂。矿物固体的含水量降低可导致更高的矿物产品品质、更高的过滤和矿物运输通量以及浸出溶液或水的更多回收。因此，对改善可以用于矿物加工应用的脱水助剂的范围和性能的方法具有明确的需求和应用。

除非本身具体地指定，否则该部分中描述的技术并不旨在承认本文所提及的任何专利、公开或其他信息是关于本发明的现有技术。此外，该部分不应理解为意指已进行了检索或者不存在37 C.F.R.§1.56(a)中所限定的其他有关信息。

技术实现要素：

为了满足上述长期存在但未解决的需求，本发明的至少一个实施方案涉及增强矿物脱水的方法。所述方法包括向浆料中或者向添加到所述浆料的洗涤水中添加至少一种R-琥珀酸化合物的步骤。

R-琥珀酸化合物可为选自以下的一项：十八碳烯基琥珀酸、十六碳烯基琥珀酸、十二碳烯基琥珀酸及其任意组合。组合物还可包含碱。组合物作为脱水剂可比类似组合物更有效，所述类似组合物包含与组合物中R-琥珀酸化合物的摩尔量相比类似或更大的摩尔量的磺基琥珀酸二辛酯、脂肪酸或其任意组合。可向矿物加工操作的过滤阶段上游的矿物浆料中添加组合物。可向添加到浆料中或在过滤过程中使用的洗涤流体中添加组合物。R-琥珀酸化合物可在浆料或洗涤流体中原位形成。R-琥珀酸化合物可由添加到浆料或洗涤流体中的酸酐形成。

本文中描述了另外的特征和优点，所述另外的特征和优点通过以下的详细说明将变得明显。

附图说明

下文中具体参照附图对本发明的详细说明进行了描述，其中：

图1是本发明在矿物加工过程的过滤阶段中的应用的图示，其示出了添加脱水助剂(DWA)的选择。

图2是合成具体“R-琥珀酸化合物”(其中R＝C12链烯基)的图示。

图3是合成多种形式的具体“R-琥珀酸化合物”(其中R＝C12链烯基)的图示。

出于本公开内容的目的，除非另有说明，否则附图中相同的附图标记应当指相同的特征。附图仅是本发明原理的例示，并且不旨在将本发明限制于所示的特定实施方案。

具体实施方式

定义

提供以下定义以确定应如何解释本申请中所使用的，并且特别是权利要求中所使用的术语。定义的结构仅是为了方便起见，而不旨在将任何定义限制于任何特定类别。

“R-琥珀酸化合物”意指其结构符合式1、式2的一般结构的任何一种或更多种分子(包括但不限于十八碳烯基琥珀酸、十六碳烯基琥珀酸和/或十二碳烯基琥珀酸)，其共轭酸碱，及其任意组合，其中式1和式2为：

其中R和R’是独立的、不同的，并且代表包含1至30个碳原子的烷基、烯基或芳族烃基。

“十八碳烯基琥珀酸”意指具有如下一般结构的分子及其酸-碱缀合物：

“十六碳烯基琥珀酸”意指具有如下一般结构的分子及其酸-碱缀合物：

“十二碳烯基琥珀酸”意指具有如下一般结构的分子及其酸-碱缀合物：

“基本上由...组成”意指方法和组合物可包括另外的步骤、组分、成分等，但前提是另外的步骤、组分和/或成分不实质上改变所要求保护的方法和组合物的基本特征和新特征。

“脱水”意指除去经历矿物加工应用的含水矿浆、矿泥或矿物浆料所吸收或含有的水，脱水可出于许多原因进行，包括但不限于使得能够进行矿石处理、易于运输、便于进一步加工、和/或处理脉石，脱水至少部分地通过包括但不限于以下的一种或更多种的项目来实现：脱水筛、真空处理、抽吸、沉降、过滤和热干燥，以及一般在Daniel Flynn，McGraw Hill(2009)的The Nalco Water Handbook(第3版)中，并且特别地在第26.1至26.20页中描述的任何方法/装置。

“过滤器”意指构造并布置成从通过其的液体中除去悬浮物质的结构，过滤器和过滤的更详细描述一般在Daniel Flynn，McGraw Hill(2009)的The Nalco Water Handbook(第3版)中，并且特别地在第6.1至8.30页中进行了描述。

“滤饼”意指保留在过滤器上的积累的固体物质，其在过滤过程中增多并随着更多的颗粒物质被保留而变得更厚，随着层厚度的增加，滤饼的流动阻力增大，并且如果不很快除去，最终厚的滤饼可以使过滤中断，原因是滤饼的流动阻力变得太高，使得正在过滤的浆料中过少的液体可以通过滤饼并且使过滤器堵塞。

“矿物加工应用”意指这样的过程，其步骤包括从岩石、矿石或矿石衍生物中分离一种或更多种商业上有价值的矿物，所述矿物加工应用包括但不限于用于加工具有以下物质作为成分的材料的操作：金属矿物、非金属矿物、锌、锡、铝、长石、煤、铁、铜、金、银、稀土金属、金刚石、硫、贵金属、含铁矿物、钴、镍、金属硫化物、金属氧化物、锂、铅、钼、镉、钴、硫化物、氧化物、黄铁矿、水合物、铬、锰、石灰、钙、碳酸盐、固体、硅酸盐、网硅酸盐、页硅酸盐、链硅酸盐、环硅酸盐、俦硅酸盐、正硅酸盐、岛硅酸盐、非硅酸盐、硝酸盐、自然元素矿物、硫化物、氧化物、卤化物、硫酸盐、石膏、方解石、磷酸盐、有机矿物，及其任意组合和/或B.A.Wills的Wills’Mineral ProcessingTechnology：An Introductionto the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery，(第7版)，Elsevier Ltd，(2006)的“引申意义”中描述的另外的代表性矿物和/或过程。

“膜”意指通过其可发生传质的横向尺寸远大于其厚度的结构，膜可用于过滤液体。

“分离”和“分离方法”意指这样的传质过程：将物质的混合物转变成两种或更多种不同的产物混合物，所述两种或更多种不同的产物混合物中的至少一种富含混合物成分中的一种或更多种，其包括但不限于这样的过程：吸附、离心、旋风分离、基于密度的分离、色谱法、结晶、倾析、蒸馏、干燥、电泳、淘析、蒸发、萃取、浸出萃取、液-液萃取、固相萃取、浮选、溶气浮选、泡沫浮选、絮凝、过滤、筛网过滤、膜过滤、微滤、超滤、纳滤、反渗透、分馏、分级冷冻、磁性分离、沉淀、重结晶、沉降、重力分离、筛分、汽提、升华、气-液分离、风选、区域精制及其任意组合。

“浆料”意指包含其中分散有或悬浮有细微固体的液体介质的混合物，所述液体介质可以完全是水，部分是水，或者可根本不包含任何水。

“表面活性剂”为包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的广义术语。Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，第三版，卷8，第900至912页和McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents中陈述了表面活性剂的详细说明，两者均通过引用并入本文。

“增稠器”或“沉淀器”意指用于实现浆料的固-液分离的容器，常常需要添加絮凝剂，所述容器被构造并布置成接收浆料，保留浆料持续足以允许浆料的固体部分离开浆料的更多液体的部分(溢流)向下沉降(底流)的一段时间，倾析出溢流并移除底流。通常使增稠器底流和增稠器溢流经过过滤器以进一步分离固体与液体。

“水溶性”意指在25℃下可溶于水至按重量计至少3％的材料。

如果上述定义或本申请其他地方所提及的说明与通常使用的含义、词典中的含义或在通过引用并入本申请的资料中所述的含义(明示或暗示)不一致，那么本申请并且特别是权利要求中的术语应被理解为根据本申请的定义或说明来解释，而不是根据常用的定义、词典的定义或通过引用并入的定义来解释。鉴于上述内容，如果术语仅可以按照词典的解释来理解，如果术语在Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第5版，(2005)，(Wiley，John&Sons，Inc.出版)中有定义，则该定义在权利要求中的定义以上述定义为准。所有示例的化学结构还包括所有可能的立体异构体替代物。

实施方案

本发明的至少一个实施方案涉及向矿物加工应用的脱水阶段中添加脱水组合物。所述组合物包含至少一种R-琥珀酸化合物。R-琥珀酸化合物可为选自以下的一种物质：十八碳烯基琥珀酸、十六碳烯基琥珀酸、十二碳烯基琥珀酸及其任意组合。以下参考文献中描述了矿物加工应用的一些代表性实例及其细节：Dictionary of Mining，Mineral，and RelatedTerms，American Geological Institute，第2版(1997年6月)；Raymond L.Lowrie的SME Mining Reference Handbook，Society for Mining Metallurgy and Exploration，(2002)；HowardL.Hartman的IntroductoryMining Engineering，John Wiley&Sons，(2002)；以及Thomas F.Torries的Evaluating Mineral Projects：Applications and Misconceptions，Society for Mining Metallurgy and Exploration，(1998)。脱水阶段可以在其中描述的多个加工阶段的任一个、一些或所有阶段之前、期间和/或之后发生。

如图1所示，在至少一个实施方案中，在分离之前、期间和/或之后，将洗涤流体添加到浆料中。洗涤流体可包含水和/或可基本上由水组成。组合物可添加到洗涤流体中，可与洗涤流体一起添加到浆料中，可在洗涤流体之前添加到浆料中，可在洗涤流体之后添加到浆料中，及其任意组合。

该组合物的效力是相当出乎意料的。如参考文献如美国专利5,011,612、5,454,329和5,167,831，美国公开专利申请2012/0288438 A1和欧洲专利文献EP0417360B1、EP0672620B1、EP1406711B1、EP0460811A1、EP0286034A1中所述，已知脂肪酸(例如油酸)和磺基琥珀酸烷基酯化合物(例如，磺基琥珀酸二辛酯)是有效的脱水剂。然而，该组合物的效力与先前的预期形成对照。在现有技术的组合物中，推定需要强羧酸以抓获水分子并且脂肪区域用于处理酸所面临的空间和亲脂性障碍。相比之下，开环结构并且特别是两个映像羧基的存在产生了总pKa低于现有技术的那些但是比现有技术更有效的酸。此外，由于其较低的pKa，与现有技术的脂肪酸脱水剂相比，R-琥珀酸化合物具有更少的不期望的下游反应。在至少一个实施方案中，组合物包含pKa低于磺基琥珀酸二辛酯和/或油酸但是作为脱水剂更有效的R-琥珀酸化合物。

不受本发明的特定理论或设计或者在解释权利要求书时提供的范围的特定理论或设计的限制，认为R-琥珀酸化合物的独特结构是引起出乎意料有效的脱水效果的原因。R-琥珀酸化合物包含含有羰基和氢氧化物基团的开环，其独特的电荷分布可能够更有效地“抓”和“附着”到矿物表面，从而用来替代原本仍通过氢结合至表面的水分子。因此，环结构和酸位点的“双头”性质比更低pKa所预期的更好地起作用。

在至少一个实施方案中，组合物还包含开环剂。在某些化学条件下，在R-琥珀酸化合物的开环可因氢氧化物基团之间形成酸酐键而闭合。开环剂用于防止这样的环闭合。在至少一个实施方案中，开环剂是碱。所述碱可选自：氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氨、氢氧化铵、有机碱(包括但不限于三乙胺)及其任意组合。开环剂可为催化剂和/或可为反应性组合物。在至少一个实施方案中，组合物包含处于开环和闭环平衡状态的R-琥珀酸化合物，并且开环剂有利地使平衡移动以有利于开环构型。在至少一个实施方案中，如果过量的话，开环剂将水解环的至少一部分，并且开环剂的用量足以有利地使平衡移动以有利于开环构型但基本上不水解环的任何部分。

在至少一个实施方案中，R-琥珀酸化合物通过打开R-琥珀酸酐化合物的环形成。例如，如图2所示，十二碳烯基琥珀酸酐(其是任何C1-C100琥珀酸酐的代表)可以用于制备R-琥珀酸化合物。R-琥珀酸化合物可由于碱驱动反应而形成。

在至少一个实施方案中，R-琥珀酸化合物以酸酐形式储存并且在临将其引入到浆料或洗涤流体中之前或者与此同时使其环打开。

在至少一个实施方案中，组合物减少了从浆料中除去相同量的水所需的洗涤流体的量。

在至少一个实施方案中，组合物减少了进一步干燥固体所需的能量的量。

在至少一个实施方案中，相对于使用现有技术的脱水剂，需要较低用量的组合物(和/或R-琥珀酸化合物)以从浆料中除去相同量的水。

在至少一个实施方案中，组合物减少了由浆料经受的分离方法产生的滤饼中残留的水的量。

在至少一个实施方案中，R-琥珀酸化合物的酸式盐也可通过将碱添加到酸或酸酐中来制备。所形成的酸式盐的抗衡离子将取决于所使用的碱。如图3所示，使用氢氧化钠得到Na+盐，但是也可形成钾、锂、铵或任何其他各自离子的盐。

在至少一个实施方案中，R-琥珀酸化合物是以下形式：酸酐形式、酸形式、酸式盐形式及其任意组合。

在至少一个实施方案中，矿物加工应用不包括包括加工铝的方法。在至少一个实施方案中，矿物加工应用不包括拜耳法(Bayer Process)的一些或所有步骤。

实施例

参照以下实施例可更好地理解上述内容，示出所述实施例的目的在于举例说明，而非限制本发明的范围。特别地，所述实施例示出了本发明固有原理的代表性实施例并且这些原理不严格限于这些实施例中记载的具体条件。因此，应理解，本发明涵盖本文所述实施例的各种改变和修改，并且这样的改变和修改可以在不偏离本发明的精神和范围且不减少其预期优点的情况下做出。因此，这样的改变和修改旨在包括在所附的权利要求中。

制备了多种制剂以模拟本发明组合物的脱水效力。表1总结了所述制剂。

表1

样品经历的测试工序如下：

锂矿物浆料

获得来自运行的锂矿物加工设备的过滤器进料浆料并将其用于测试。在准备测试时，首先过滤该浆料。收集滤液并将滤饼在室温下风干。将滤液(25g)和过程滤饼(25g)添加到100mL聚碳酸酯瓶中以制备已知浓度的浆料。制备去离子水中浓度为1％和2％的脱水助剂测试溶液。制剂C以未稀释的纯的形式应用。

将已知体积的脱水助剂测试溶液添加到锂浆料样品中并充分混合。然后将浆料倒入布氏漏斗(70mm直径，Whatman粗滤纸)中并使其静置20秒，然后施加真空20秒。然后对滤饼取样，并且通过于110℃下在烘箱中干燥用重量分析法测定含水量。

磁铁矿产物浆料

获得来自运行的磁铁矿矿物加工设备的过滤器进料浆料并将其用于测试。在准备测试时，首先过滤该浆料。收集滤液并将滤饼在室温下风干。将滤液(17g)和磁铁矿滤饼(33g)添加到100mL聚碳酸酯瓶中以制备已知浓度的浆料。制备去离子水中浓度为1％和2％的脱水助剂测试溶液。

将已知体积的脱水助剂测试溶液添加到磁铁矿浆料样品中并充分混合。然后将浆料倒入布氏漏斗(70mm直径，Whatman粗滤纸)中并使其静置20秒，然后施加真空20秒。然后对滤饼取样，并且通过于110℃下在烘箱中干燥用重量分析法测定含水量。

铜产物浆料

获得来自运行的铜矿物加工设备的过滤器进料浆料并将其用于测试。在准备测试时，首先过滤该浆料。收集滤液并将滤饼在室温下风干。将滤液(15g)和铜滤饼(35g)添加到100mL聚碳酸酯瓶中以制备已知浓度的浆料。

将已知体积的纯的形式的脱水助剂添加到铜浆料样品中并充分混合。然后将浆料倒入布氏漏斗(70mm直径，Whatman粗滤纸)中并使其静置20秒，然后施加真空70秒。然后对滤饼取样，并且通过于110℃下在烘箱中干燥用重量分析法测定含水量。

测试结果如下：

脱水助剂测试

表2：制剂对锂产物浆料脱水的影响

表3：HDSA制剂对磁铁矿产物浆料脱水的影响

表4：烯基琥珀酸酐对铜产物浆料脱水的影响

在所有测试中，用烯基琥珀酸或酸酐处理的滤饼中的水分减少相当大。

虽然本发明可以以许多不同的形式实施，但是本文中详细描述了本发明的具体优选实施方案。本公开内容是本发明原理的示例，并且不旨在将本发明限制于所举例说明的特定实施方案。本文所提及的所有专利、专利申请、科学论文和任何其他参考资料均通过引用整体并入。此外，本发明涵盖本文所提及的、本文所述的和/或并入本文的多个实施方案中的一些或全部的任何可能组合。此外，本发明还涵盖明确地排除本文所提及的、本文所述的和/或并入本文的多个实施方案中的任何一个或一些的任何可能组合。

上述公开内容旨在说明而非穷举。本说明书向本领域普通技术人员建议了多种变型和替代方案。所有的这些替代方案和变型旨在包括于权利要求的范围内，其中术语“包含”意指“包括但不限于”。本领域技术人员可认识到本文所述的具体实施方案的其他等同方案，这些等同方案也旨在涵盖在权利要求中。

本文公开的所有范围和参数应理解为涵盖其中所包括的任何和所有子范围以及在端点之间的每个数字。例如，指定范围“1至10”应被认为包括最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围(并且包括最小值1和最大值10)；即，以最小值1或更大开始(例如，1至6.1)并且以最大值10或更小结束(例如，2.3至9.4、3至8、4至7)的所有子范围，并且最终每个数字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10包括在该范围中。除非另外指出，否则本文中所有百分比、比率和比例是按重量计的。

这完成了对本发明的优选和替代实施方案的说明。本领域技术人员可认识到本文所述的具体实施方案的其他等同方案，这些等同方案也旨在涵盖在本文所附的权利要求中。