專利名稱：用于干燥油砂熟化細(xì)尾礦的沉積和耕整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及處理油砂細(xì)尾礦的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油砂細(xì)尾礦已成為技術(shù)的、作業(yè)的、環(huán)境的、經(jīng)濟(jì)的和公共政策的問題。
油砂尾礦產(chǎn)生于提取烴的工藝作業(yè)，所述工藝作業(yè)從油砂礦石中分離有價(jià)值的烴。所有商業(yè)化的提取烴的方法都使用Clark熱水法的變體，其中，向油砂中加入水以從油砂礦石中分離有價(jià)值的烴部分。工藝用水也起到作為礦物碎片的承載流體的作用。一旦回收了烴餾分，殘留的水、未回收的烴以及礦石通常便稱為“尾礦”。關(guān)于礦物顆粒分級(jí)，油砂工業(yè)中使用以下慣例。粒徑大于44微米的礦物碎片稱為“砂”。粒徑小于44微米的礦物碎片稱為“細(xì)?！?。粒徑小于2微米的礦物碎片一般稱為“粘土”，不過某些場(chǎng)合，“粘土”可指實(shí)際的微粒礦物。在尾礦中砂與細(xì)粒的關(guān)系反映了油砂礦石的組成、工藝用水的化學(xué)及提取工藝中的變化。常規(guī)上將尾礦輸送至通常稱為“尾礦池”的沉積地點(diǎn)，它位于接近油砂開采和提取工廠的地方，以便于尾礦的管道運(yùn)輸、卸料和控制。由于其作業(yè)規(guī)模，油砂尾礦池占地巨大，并且必須依照規(guī)劃構(gòu)造和控制。對(duì)尾礦池的位置、充填、水位控制和回收的控制是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，對(duì)油砂處理造成了地理上的、技術(shù)上的、規(guī)章上的和經(jīng)濟(jì)上的約束。每個(gè)尾礦池均包含在一套溝渠結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)通常通過將尾礦砂碎片置于池內(nèi)或置于灘涂上構(gòu)造。工藝用水及未回收的烴與未被收集在溝渠結(jié)構(gòu)中的砂和細(xì)小礦石一同流入尾礦池。最初排入尾礦池的尾礦流通常具有相當(dāng)?shù)偷拿芏群凸腆w含量，例如約0. 5-10重量％。在尾礦池中，工藝用水、未回收的烴和礦石自然地沉淀，形成不同的層。上層主要是水，能夠作為提取工藝的工藝用水循環(huán)利用。下層包括沉淀的殘留烴和礦物，其中主要是細(xì)粒。這一下層常被稱作“熟化細(xì)尾礦”(MFT)。熟化細(xì)尾礦具有很低的固結(jié)率，并且在油砂工業(yè)中對(duì)尾礦控制構(gòu)成主要的挑戰(zhàn)。熟化細(xì)尾礦的組成是高度可變的。接近層的頂部處礦物含量約為10重量％，而在層的底部隨時(shí)間變長(zhǎng)固結(jié)至高達(dá)50重量％?？傮w說來，熟化細(xì)尾礦具有約30重量％的礦物含量。當(dāng)?shù)V物含量中主要顆粒尺寸部分為細(xì)粒時(shí)，砂含量可占固體物的15重量％，而粘土含量可達(dá)固體物的75重量％，這反映了油砂原料礦石和提取方法?？梢苑稚⒃诘V石中的或可以分離進(jìn)入烴的墊料層中的殘余烴能夠?qū)е赂郊拥淖兓２粌H從池面至池底，池中的熟化細(xì)尾礦具有寬泛的成分分布變化，而且在整個(gè)池中，在隨機(jī)位置也存在不同組成的區(qū)域。熟化細(xì)尾礦的行為像是類流體的膠狀的物質(zhì)。熟化細(xì)尾礦的行為類似流體這一事實(shí)明顯地限制了開墾尾礦池的選擇。此外，熟化細(xì)尾礦不具有牛頓流體的行為，這使持續(xù)地在商業(yè)規(guī)模上進(jìn)行尾礦脫水處理更加是個(gè)挑戰(zhàn)。如果不對(duì)熟化細(xì)尾礦進(jìn)行脫水或凝固，隨著時(shí)間進(jìn)行，尾礦池會(huì)產(chǎn)生越來越嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響。已有若干種通過嘗試對(duì)熟化細(xì)尾礦進(jìn)行凝固或脫水以處理或回收油砂尾礦的方法被提出。如果能夠?qū)⑹旎?xì)尾礦充分脫水，使得廢品轉(zhuǎn)化成可開墾的堅(jiān)固土地，那么許多與這種材料有關(guān)的問題就能夠得以減少或者完全避免。作為普遍的方針目標(biāo)，獲得固體含量為75重量％的熟化細(xì)尾礦即可認(rèn)為對(duì)于開墾來講已經(jīng)充分“干燥”了。已經(jīng)嘗試了一些已知的方法以在化學(xué)試劑的添加下處理油砂尾礦，以形成可以沉積的改性材料。通常將化學(xué)改性的油砂尾礦送至地下，或是根據(jù)沉積區(qū)域的可用性和與化學(xué)試劑添加位置的鄰近性將其傾倒或堆積在沉積區(qū)域上，并且靜置干燥。原始油砂細(xì)尾礦的可變性和化學(xué)添加劑的工藝操作條件可以導(dǎo)致所沉積的所得改性尾礦材料的物理性質(zhì)的不同。因此用于處理并隨后沉積細(xì)尾礦的已知技術(shù)具有很多困難和缺點(diǎn)。對(duì)沉積和干燥的控制必須處理大量具有不同成分和性質(zhì)的細(xì)尾礦。例如，袋式過 濾器、列式袋過濾(track-packing)、壓濾和其它技術(shù)對(duì)于油砂細(xì)尾礦的沉積和后沉積處理是不適用的。用于處理過的油砂尾礦的沉積和后沉積的已知方法具有多種缺點(diǎn)，包括對(duì)土地和能量的使用效率低，工藝過程中的瓶頸，不受控制的脫水，機(jī)械設(shè)備堵塞，在釋放、排出和回收水中的困難，以及對(duì)干燥機(jī)械裝置低效率的使用。以上給出了油砂處理中關(guān)于細(xì)尾礦的重要發(fā)明和正在進(jìn)行的制備，在細(xì)尾礦干燥中仍需要技術(shù)和改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述需要，本發(fā)明的目的是提供干燥油砂細(xì)尾礦的方法。因此，本發(fā)明提供了一種用于干燥油砂細(xì)尾礦的方法，所述方法包括化學(xué)處理所述細(xì)尾礦以產(chǎn)生包含絮凝的細(xì)尾礦的改性細(xì)尾礦；提供具有傾斜的底部的沉積池；將所述改性細(xì)尾礦沉積至所述沉積池中，以致所述傾斜的底部表面使得所述絮凝的細(xì)尾礦形成經(jīng)過沉積物，所述沉積物在所述傾斜的底部表面上積累并無溝流前進(jìn)，并且使得釋出水可以從所述沉積物中依靠重力排出；以及使所述沉積物在所述沉積池內(nèi)維持原狀并使其干燥。池的傾斜的底部與絮凝的細(xì)尾礦有益地結(jié)合，使重力可以誘導(dǎo)沉積物在沉積池中逐漸地前進(jìn)，并使釋出的水從前進(jìn)中的沉積物流走，從而避免了溝流，并且使絮凝物可以保持對(duì)細(xì)粒的俘獲，以顯著地改善沉積物的初始脫水，這加速了整體干燥。傾斜的底部表面使得在原始細(xì)尾礦中所含的釋出水和由于沉積池位于戶外而可能出現(xiàn)的降水的排水改善。本發(fā)明還提供了一種用于干燥油砂細(xì)尾礦的方法，所述方法包括提供沉積池，所述沉積池包括頭部區(qū)；趾部區(qū)，所述趾部區(qū)與所述頭部區(qū)間隔開；傾斜的底部表面，所述傾斜的底部表面從所述頭部區(qū)延伸至所述趾部區(qū)，以使得所述趾部區(qū)位于低于所述頭部區(qū)的高度；在所述沉積池的頭部區(qū)沉積絮凝的細(xì)尾礦，以形成經(jīng)過積累并在所述傾斜的底部表面向下移動(dòng)的沉積物，所述沉積物形成積累區(qū)域和較低區(qū)域；以及在潮濕的時(shí)候犁耕所述沉積物以將所述改性細(xì)尾礦從所述積累區(qū)域向所述較低區(qū)域鋪展，以確保水釋出調(diào)節(jié)，同時(shí)避免過度剪切，并且保持所述絮凝的細(xì)尾礦的足夠的剪切強(qiáng)度以使其維持原狀。對(duì)沉積物的犁耕與絮凝的細(xì)尾礦有益地結(jié)合，提高了所述細(xì)尾礦的屈服強(qiáng)度，還能夠使其在沉積時(shí)具有可變的性質(zhì)，以確保充足的水釋出調(diào)節(jié)，改善土地的利用并加速整體干燥。本發(fā)明還提供了一種用于干燥油砂細(xì)尾礦的方法，包括將包含絮凝的細(xì)尾礦的化學(xué)改性的細(xì)尾礦沉積至沉積池中，以便形成維持原狀的沉積物；使所述維持原狀的沉積物可以部分脫水并干燥以形成干燥的上硬殼；以及耙耕所述維持原狀的沉積物以破壞所述干燥的上硬殼，暴露其下的潮濕區(qū)域，并且在所述維持原狀的沉積物中形成犁溝。當(dāng)沉積物形成干燥的上硬殼時(shí)，對(duì)所述沉積物的耙耕與絮凝的細(xì)尾礦有益地結(jié)合，從而促進(jìn)了蒸發(fā)干燥機(jī)制并形成溝流以增強(qiáng)從沉積物的潮濕部分滲透出的釋出水的排水和因?yàn)槌练e池位于戶外而可能發(fā)生的降水的排水，從而改善了油砂細(xì)尾礦的整體干燥。


圖I為一張可以與本發(fā)明所述方法一同使用的沉積池的各種實(shí)施方案的地形圖示意圖。圖2為一張具有普遍代表性的屈服剪切應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系圖，示出了 MFT絮凝技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的各工藝階段。
圖3為一張具有普遍代表性的屈服剪切應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系圖，示出了絮凝技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方案的各工藝階段。圖4是示出了一個(gè)MFT樣品的剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系的圖，說明了高固體含量的MFT的非牛頓特性。圖5為用于本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的管道式反應(yīng)器的側(cè)視剖面圖。圖6為用于本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的管道式反應(yīng)器的局部透視圖。圖7為圖6的管道式反應(yīng)器的局部透視圖，其中橫截面表示在距離注入位置的兩個(gè)不同距離處的絮凝劑溶液和MFT的相對(duì)濃度。圖8為圖7中VIII截面的特寫視圖。圖9為圖7中IX截面的特寫視圖。圖10為用于本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的管道式反應(yīng)器的一種變體的側(cè)視剖面圖。圖11為用于本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的管道式反應(yīng)器的另一種變體的側(cè)視剖面圖。圖12為用于本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的管道式反應(yīng)器的另一種變體的側(cè)視剖面圖。圖13為用于本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的管道式反應(yīng)器的另一種變體的局部透視圖。圖14為在利用絮凝劑溶液處理的熟化細(xì)尾礦的攪動(dòng)槽中，屈服剪切應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系圖，比較了不同混合速度。圖15為利用絮凝劑溶液處理的熟化細(xì)尾礦的水釋出百分比與混合速度關(guān)系的柱狀圖。圖16為利用絮凝劑溶液處理的熟化細(xì)尾礦在管道中處于不同管道流速的屈服剪切應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系圖。圖17為一個(gè)利用絮凝劑溶液處理熟化細(xì)尾礦的示意圖。圖18為另一個(gè)利用絮凝劑溶液處理熟化細(xì)尾礦的示意圖。圖19為另一個(gè)利用絮凝劑溶液處理熟化細(xì)尾礦的示意圖。圖20和21為沉積的MFT中固體百分?jǐn)?shù)作為時(shí)間的函數(shù)圖，示出了根據(jù)試驗(yàn)得到的干燥時(shí)間。圖22為不同混合器中，二階矩M與MFT流量的關(guān)系圖。圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的干燥中的沉積物的固體百分含量與時(shí)間的關(guān)系圖。圖24是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的干燥中的沉積物的固體百分含量與時(shí)間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方案

開發(fā)本文描述的方法以克服對(duì)于處理油砂細(xì)尾礦干燥操作的過程中產(chǎn)生的物質(zhì)的眾多挑戰(zhàn)。為方便起見，整體的干燥操作將被稱作“MFT干燥工藝”。與化學(xué)改性原始油砂細(xì)尾礦相結(jié)合使用本發(fā)明的方法，以產(chǎn)生改性的細(xì)尾礦。一種產(chǎn)生改性細(xì)尾礦的技術(shù)是通過絮凝和后續(xù)的管線處理和調(diào)節(jié)，下文將對(duì)它們作進(jìn)一步描述以介紹本發(fā)明的沉積和耕整方法的具體內(nèi)容?，F(xiàn)在簡(jiǎn)要地指出，優(yōu)選通過管線內(nèi)分散用絮凝溶液處理油砂細(xì)尾礦，并隨后通過輸入足夠的能量調(diào)節(jié)以引起絮凝的細(xì)尾礦固體的形成和重排，以提高屈服剪切強(qiáng)度，同時(shí)使水能夠在不過度剪切絮凝的固體結(jié)構(gòu)的情況下釋出。于是，改性細(xì)尾礦已準(zhǔn)備好被沉淀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所處理的材料由油砂細(xì)尾礦構(gòu)成?！坝蜕凹?xì)尾礦”指從油砂提取作業(yè)中得到的尾礦，包含細(xì)粒部分。它們包括來自尾礦池的熟化細(xì)尾礦、來自正在進(jìn)行的提取作業(yè)的可不經(jīng)過尾礦池的細(xì)尾礦，以及二者的混合物。在本說明書中，普遍使用MFT這一縮寫，但是應(yīng)理解為，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理的細(xì)尾礦不一定獲得自尾礦池。對(duì)改性細(xì)尾礦的沉積和后沉積兩者的操作包括許多挑戰(zhàn)。不恰當(dāng)?shù)某练e或后沉積操作會(huì)降低沉積物的干燥效率，甚至阻止沉積物干燥。非系統(tǒng)性地在多個(gè)表面區(qū)域沉積改性的尾礦并簡(jiǎn)單地使其維持原狀對(duì)于連續(xù)和大規(guī)模作業(yè)是不可取的。因而，開發(fā)了一種適合于油砂細(xì)尾礦并且考慮到釋出水的品質(zhì)和數(shù)量、干燥速率和土地使用效率的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法提供沉積池，所述沉積池使得可以有效地排出釋出水，絮凝的細(xì)尾礦可以在沉積池內(nèi)可控地堆疊并前進(jìn)同時(shí)避免“形成溝流”。對(duì)于給定的池設(shè)計(jì)，剪切強(qiáng)度不足的沉積材料將在釋出水中帶走絮凝的尾礦，導(dǎo)致流體的溝流。溝流對(duì)于沉積和整個(gè)干燥處理具有多個(gè)負(fù)面影響。關(guān)于溝流的更多內(nèi)容將在下面進(jìn)一步討論。參看圖1，沉積池100可以具有數(shù)種不同的設(shè)計(jì)。每個(gè)池100優(yōu)選具有在該處沉積改性細(xì)尾礦的頭部區(qū)102以及與頭部區(qū)102間隔一定長(zhǎng)度的趾部區(qū)104。傾斜的底部表面從頭部區(qū)102延伸至趾部區(qū)104，以使趾部區(qū)104位于比頭部區(qū)102低的高度。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法首先包括化學(xué)處理原始細(xì)尾礦以產(chǎn)生包含絮凝的細(xì)尾礦的改性細(xì)尾礦。提供包括具有斜坡的底部表面的沉積池。將化學(xué)改性細(xì)尾礦沉積至池中，以致使所述斜坡引起釋出水從絮凝的細(xì)尾礦的排出并使絮凝的細(xì)尾礦可以在底部表面上向前堆疊并前進(jìn)，同時(shí)在所述斜坡上具有足夠的剪切強(qiáng)度以抵抗伴隨釋出水的排出的溝流夾帶。關(guān)于處理通過MFT絮凝過程產(chǎn)生的材料并最大化所述材料的干燥速率方面存在許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)與以下各項(xiàng)有關(guān)剪切強(qiáng)度與通過絮凝方法產(chǎn)生的改性MFT材料的粘度的變化性之間的相互作用、沉積厚度、改性MFT材料的滲透性、釋出水和降水的排水、以及池斜坡的設(shè)計(jì)。歸因于向MFT絮凝設(shè)備的原始MFT進(jìn)料品質(zhì)以及工藝操作條件的可變性，所產(chǎn)生的改性MFT材料的物理性質(zhì)會(huì)變化。性質(zhì)如剪切強(qiáng)度、粘度和滲透性的可變性會(huì)影響沉積、脫水和干燥性能。對(duì)于給定的沉積池坡度設(shè)計(jì)，剪切強(qiáng)度影響絮凝的MFT在沉積物表面上堆疊的能力。更具體地，對(duì)于給定的所放置材料的量，池坡度設(shè)計(jì)影響該材料將在較小的表面積上形成較厚的隆起，或者，相反，在較大的表面積上形成較薄的隆起。附加的實(shí)際操作考慮影響材料的數(shù)量并且，因此，影響對(duì)于給定的剪切強(qiáng)度材料在給定的操作時(shí)間內(nèi)放置的隆起厚度。因?yàn)镸FT干燥工藝的一部分依賴蒸發(fā)，更厚的隆起在最大化MFT整體干燥率 上造成挑戰(zhàn)。絮凝的MFT在池坡度上的積聚和前進(jìn)的能力對(duì)于將絮凝的MFT與初始釋出水分離也是重要的。具有不足夠高剪切強(qiáng)度的改性MFT材料將使絮凝的MFT在釋出水中被帶走，引起流體的“溝流”。溝流對(duì)于MFT干燥工藝的性能具有若干有害的影響。首先，改性MFT將不能有效地分布在池的頭部(沉積)端，導(dǎo)致出現(xiàn)未放置材料的區(qū)域。土地利用上的這種減少降低了整體工藝效率,并使對(duì)于給定的生產(chǎn)能力需要更大的土地需求。其次,形成溝流的材料會(huì)流到池的趾部，在那里它將被排出或被泵回池塘，從而降低了池內(nèi)的細(xì)粒捕獲效率。第三，形成溝流的材料可以帶走或沖蝕之前放置的潮濕的絮凝的MFT或之前放置的干燥的絮凝的MFT，并且將這些附加的材料帶至池的趾部，在該處它將被排回至池塘中，再一次影響細(xì)粒捕獲效率。在一個(gè)實(shí)施方案中，沉積的絮凝細(xì)尾礦經(jīng)過積聚和無溝流前進(jìn)，同時(shí)使釋出水可以排出?！盁o溝流前進(jìn)”意指沉積物作為一個(gè)基本上統(tǒng)一的整體最小化溝流或無溝流地在底部表面上前進(jìn)。當(dāng)對(duì)于給定的池設(shè)計(jì)和操作條件絮凝的尾礦的一部分具有不足的剪切強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生不可接受的溝流，導(dǎo)致污染的大量絮凝尾礦在釋出水中被帶走，這形成了一條或多條局部的流體溝流，所述溝流穿過沉積物并且貫穿沉積池，并且從而導(dǎo)致排出水的污染。相反，在進(jìn)行操作性上的考慮，如池的頭部處的隆起厚度、池中所放置材料的力過早終止或低于標(biāo)準(zhǔn)的水釋出之前，具有過高剪切強(qiáng)度的改性MFT材料可能無法有效地鋪展至池表面的較低區(qū)域。這同樣降低了可用表面積的有效利用和脫水潛能。來自沉積物區(qū)域的釋出水和降水兩者的排水是MFT干燥技術(shù)有效和成功的另一個(gè)重要方面。處于積水中的改性MFT材料將具有很小直至沒有釋出更多的水或蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力。池坡度的設(shè)計(jì)以及池排水通道的形成在控制水的移除上是有益的。對(duì)于給定的池設(shè)計(jì)，排水還會(huì)被原始MFT進(jìn)料的變化性和導(dǎo)致具有不平坦表面形貌的不均勻沉積物形成的工藝條件進(jìn)一步阻礙。不平坦的表面導(dǎo)致形成局部積水的機(jī)會(huì)并且對(duì)干燥速率造成負(fù)面影響。池坡度設(shè)計(jì)能夠一定程度上改善排水，但是在某些情況下該問題仍然存在。關(guān)于池坡度的設(shè)計(jì)，隨著池坡度增加，高剪切強(qiáng)度和高堆積角度的材料將更容易擴(kuò)散，帶來更薄的有效沉積隆起高度，這可以提高干燥速率并改善自由水的排出。然而，過大的池坡度引起絮凝材料溝流的剪切強(qiáng)度的閾值降低，并因此增加了池沉積物的沖蝕并且降低了細(xì)粒捕獲效率。相反，降低池坡度可以導(dǎo)致相反的挑戰(zhàn)，包括表面積水量的增加以及在池頭部端形成更厚的隆起物。這兩個(gè)問題均使得沉積材料的干燥速率下降。
本發(fā)明的方法是池設(shè)計(jì)和后沉積操作的控制的進(jìn)步，在跨越由MFT的絮凝和干燥過程產(chǎn)生的絮凝的MFT的性質(zhì)的可變范圍內(nèi)，提供了統(tǒng)一的并且一致的結(jié)果，使在MFT干燥操作中具有操作上有益的靈活性，并具有最小化的對(duì)干燥速率的不利影響。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，盡管材料的剪切強(qiáng)度上可變，該方法使沉積的MFT可以在固定的池坡度設(shè)計(jì)下無溝流前進(jìn)。現(xiàn)在將更具體地描述沉積池的設(shè)計(jì)和沉積技術(shù)。沉積池可以具有多種尺寸。在一個(gè)實(shí)施方案中，該池為約200-250m長(zhǎng)，具有1%至7%的池坡度。優(yōu)選地，該坡度可以是2%至5%。池坡度設(shè)計(jì)與絮凝和沉積條件相結(jié)合，在沉積材料的典型性質(zhì)的范圍內(nèi)，使絮凝的MFT可以堆疊并且可以將釋出水從絮凝的MFT中分離出。該坡度優(yōu)選是固定的并且一般從給定的池的頭部至趾部是常數(shù)。然而，底部表面可以在池的不同方向上具有不同的坡度，并且可以是直的或彎曲的。
隨著絮凝的MFT的剪切強(qiáng)度增加，它的堆疊角度也增加。對(duì)于給定的池坡度和給定的所放置材料的數(shù)量，這轉(zhuǎn)化為在沉積點(diǎn)(頭部)隆起厚度的增加和沿池長(zhǎng)度方向向下鋪展距離的降低。用于在池中建立用于收集和排出釋出水的趾部區(qū)而不影響沉積MFT的附加考慮被算在池長(zhǎng)度的整體設(shè)計(jì)之內(nèi)。對(duì)于坡度為1%至7%的池和給定的目標(biāo)隆起厚度，發(fā)現(xiàn)200-250m長(zhǎng)的池對(duì)于控制MFT沉積物和釋出水是有益的。根據(jù)該方法的實(shí)施方案，平緩坡度還能夠節(jié)約建造和修整上的成本。對(duì)于更淺的坡度也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并且發(fā)現(xiàn)，這導(dǎo)致明顯的積水和排水問題，導(dǎo)致干燥速率的降低。也使用約9%的高坡度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其中觀察到了明顯的流體溝流以及材料在池頭部端低效率的分散(降低了土地使用效率)。對(duì)池寬度的設(shè)計(jì)基本上沒有限制。在池內(nèi)使用相當(dāng)多的沉積點(diǎn)以使絮凝的MFT在給定的池寬度上最大分散。在給定池中的沉積點(diǎn)之間的距離，以及因此沉積點(diǎn)的數(shù)量，取決于具體的沉積裝置并且可以從Im至50m變化。在給定時(shí)間操作的具體的沉積點(diǎn)的數(shù)量取決于所使用的具體操作裝置的理想操作條件(目標(biāo)流)和MFT干燥工藝的整體流量。典型地使用二至三個(gè)沉積點(diǎn)。在一個(gè)方面，沉積經(jīng)由分布在單個(gè)池頭部區(qū)寬度方向上的多個(gè)出口進(jìn)行。在一個(gè)任選的方面，可以操作所述出口以使絮凝的MFT每次從一個(gè)出口排出。以這種方式，所述絮凝的MFT被從第一出口排出以在頭部區(qū)形成第一堆絮凝的細(xì)尾礦。當(dāng)?shù)谝欢训谋砻嫫露茸阋砸鸪练e于其上的改性細(xì)尾礦的溝流時(shí)，終止從第一出口的排出，并且之后操作第二出口排出絮凝的MFT以在第一堆旁形成第二堆絮凝的細(xì)尾礦。應(yīng)當(dāng)明白第一和第二以及隨后的堆可以按所需彼此直接相鄰或彼此遠(yuǎn)離。還應(yīng)注意可以操作一組出口以同時(shí)排出絮凝的MFT直至多個(gè)堆達(dá)到一定的高度和表面坡度，之后再操作另一組出口。池在給定區(qū)域內(nèi)的布置方案可以采用各種配置以進(jìn)一步提高整體效率，特別是用于在給定的可用空間內(nèi)干燥MFT的土地使用效率。優(yōu)選將該布置方案配置為以最小化不必要的堤岸、建立公用的排水溝、建立并最小化公用道路出入路徑、并且利用已存在的坡度以最小化土方工程需求。還可以將該布置方案配置為使得矩形池的頭部一端相鄰排列，以使得能夠從沿中央堤岸的公用分配管道中排出。根據(jù)一些實(shí)施方案，還可以將該布置方案配置為使得輸送絮凝的MFT的管線段賦予足夠的剪切條件以達(dá)到水釋放區(qū)(參見圖2和3)。在一些管道區(qū)間賦予剪切將絮凝的MFT僅帶至絮凝條件區(qū)的情況下，可以對(duì)相應(yīng)的管道段的出口提供機(jī)械剪切裝置，或者可以將該位置的沉積物根據(jù)在下文將進(jìn)一步描述的多種后沉積“耕整”技術(shù)犁耕。在圖I中所示的池設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施方案中，池100可以是矩形的并且可以代表性地為約50m寬200-250m長(zhǎng)?？梢詫⑦@些池100在給定的灘涂表面區(qū)域上并排排列，并且也可以將其沿著池塘邊緣排列以將釋出的水直接排入池塘中。這種排列允許經(jīng)由池塘灘涂區(qū)域108朝向池塘106排放。池100也可以以彼此相互鄰接的池100的趾部端104成排排列，以共用共同的排水溝110。在同樣于圖I中所示的池設(shè)計(jì)的另一個(gè)實(shí)施方案中，池100可以是以徑向弧排放的具有一個(gè)中心沉積點(diǎn)的“放射狀的”。該弧如圖所示可以達(dá)到180°，或者在當(dāng)將池配置為基本上圓錐形的小丘時(shí)的某些情況下可以達(dá)到360°。最好將沉積池坡度描述為圓錐型，因?yàn)樗哂袕某练e點(diǎn)沿線性方向向外1-7%的坡度，很像圓錐體。池表面區(qū)域可以在第二方向上向著圓錐形池的一個(gè)共用角附加地傾斜，用于經(jīng)由單一的收集點(diǎn)累積并排出釋出水。這些放射性池通過具有隨著深入池的長(zhǎng)度增加的池寬，增強(qiáng)了 MFT在池表面區(qū)域 上的分散。歸因于單點(diǎn)排出機(jī)制，絮凝的MFT流隨著其流過池的長(zhǎng)度緩慢地向外鋪展。這導(dǎo)致在鋪展最小的池頭部處的未利用區(qū)域。放射狀池因此可以將表面區(qū)域利用提高至高于矩形池。平均沉積物隆起厚度的目標(biāo)為20cm至50cm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這在最優(yōu)化干燥速率與實(shí)際操作之間具有有益的平衡。上限由材料的強(qiáng)度和對(duì)于產(chǎn)生足夠薄的隆起以能夠在合理的時(shí)限內(nèi)干燥的需要所限制。下限由實(shí)際可操作性和包括在池之間閥門開關(guān)的頻率和管道數(shù)量的設(shè)計(jì)因素所限制。更薄層等價(jià)于較短的沉積鋪展長(zhǎng)度，其進(jìn)而轉(zhuǎn)化為每個(gè)給定表面積上更多的池以及因此更多的管道以將各池相連，并且伴有歸因于增加的管道通道和道路連接點(diǎn)的土地利用減少。也用Im深的隆起進(jìn)行了試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)，這一厚度不像20cm至50cm的隆起那樣有利于干燥。還有一些后沉積“耕整”技術(shù)，其可以用于改善MFT干燥。后沉積技術(shù)同時(shí)增強(qiáng)了在池區(qū)域上絮凝的MFT的分散和沉積材料的干燥速率。優(yōu)選地，犁耕和耙耕均在進(jìn)行如本文所述的沉積之后適當(dāng)?shù)臅r(shí)間使用。然而，應(yīng)當(dāng)明白可以在其它MFT沉積方案之后進(jìn)行犁耕或耙耕。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，該方法進(jìn)行包括犁耕設(shè)備和圓盤耙的機(jī)械設(shè)備的使用，以應(yīng)對(duì)與厚沉積物和表面水排出相關(guān)的挑戰(zhàn)。當(dāng)未將MFT最優(yōu)地絮凝或剪切時(shí)，這些技術(shù)也可以提供益處。優(yōu)選當(dāng)沉積物在其上表面處還是潮濕的時(shí)候進(jìn)行犁耕。優(yōu)選使用犁耕裝置進(jìn)行犁耕，這起到將絮凝的MFT在沉積之后均勻地鋪展在池區(qū)域上的作用，從而將材料放置在絮凝的MFT未鋪展至的區(qū)域中，包括池的底部/趾部處的區(qū)域以及池的頭部端沿寬度的區(qū)域，并且將放置在頭部端厚隆起中的材料向?qū)雍癖〉枚嗟闹翰慷艘苿?dòng)。犁耕具有當(dāng)在給定的沉積物中需要時(shí)使得能夠進(jìn)行釋出水調(diào)節(jié)的額外的有益效果，同時(shí)避免過度剪切并保持絮凝的細(xì)尾礦的充足的剪切強(qiáng)度以使其維持原狀。因此，進(jìn)行犁耕優(yōu)選使用能夠在沉積物中均勻地提供受控的剪切量的機(jī)械裝置，而不是高剪切局部攪拌裝置。犁耕裝置可以包括延伸越過沉積池的橫梁，和用于將橫梁向池的趾部移置的移置工具，同時(shí)它將較高的材料向趾部拖曳并使所述材料填充池的較低區(qū)域。犁耕裝置可以具有面向趾部的凹入表面以改善沉積材料的挖掘作用，并且可以具有合適的剪切量和剪切分布。例如，犁耕裝置可以由沿長(zhǎng)度方向切開形成半圓形半管段的管構(gòu)成。該半管被連接至導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿將半管支撐在給定高度，如地表之上8至18英寸，并且使該組件可以被連接至推土機(jī)或其它移置機(jī)械。半管沒入沉積物至適當(dāng)?shù)纳疃?，并且推土機(jī)將半管犁耕拖曳通過沉積物，從而將材料從其較厚的位置拖曳至存在較少材料的位置，從而建立基本上均勻厚度的沉積物。對(duì)材料的犁耕和鋪展可以通過多種作用提高干燥速率。首先，它提高土地利用率。未放置MFT的區(qū)域現(xiàn)在也被利用了，從而增加了用于蒸發(fā)的表面積。其次，在非最理想絮凝的MFT中，它提供了用于使陷入絮凝的MFT的表面之下的釋出水到達(dá)表面并蒸發(fā)的機(jī)會(huì)，從而提高了干燥速率。第三，在剪切不足的MFT沉積物中，犁耕活動(dòng)足以向沉積物提供額外的 剪切，并使材料達(dá)到脫水(水釋出)狀態(tài)。否則，如果保持為未犁耕，將僅能使混合不足或剪切不足的沉積物經(jīng)歷蒸發(fā)過程。通過MFT干燥的操作已經(jīng)看到，大多數(shù)水通過在沉積之后最初幾天出現(xiàn)的脫水階段釋出。在最初幾天之后，脫水速率逐漸變小并且蒸發(fā)過程開始主導(dǎo)干燥速率。在一些實(shí)施方案中，因?yàn)檫^度激烈的犁耕具有過度剪切絮凝的MFT潛在可能，從而阻礙脫水過程，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有益的是對(duì)沉積池進(jìn)行犁耕不早于沉積后兩天。對(duì)于這些實(shí)施方案，這使得能夠在進(jìn)行犁耕操作以促進(jìn)蒸發(fā)過程之前最大化脫水速率。在極少數(shù)情況下，如果將很高剪切強(qiáng)度的材料放置在淺的傾斜區(qū)域中，在操作過程中在沉積點(diǎn)可能形成非常厚的層，并因此較早的犁耕可能是合適的。出于實(shí)際考慮也可能導(dǎo)致在沉積的過程中進(jìn)行犁耕以有助于材料的鋪展。根據(jù)另一種耕整技術(shù)，當(dāng)在沉積物的上表面形成干燥的硬殼時(shí)進(jìn)行耙耕。在MFT干燥技術(shù)的脫水階段完成并且蒸發(fā)過程開始之后，硬殼開始在MFT沉積物上形成。絮凝的MFT的滲透性導(dǎo)致硬殼層下被捕獲的水和沉積物水分不能容易地移動(dòng)至表面以排出并蒸發(fā)。與含有更高含量的砂或粗顆粒的粗尾料相比，沉積物具有相對(duì)低的滲透性，導(dǎo)致在過程中的特定點(diǎn)處更慢的水遷移速率，從而使蒸發(fā)機(jī)制變得更為主導(dǎo)。對(duì)于更厚隆起的沉積物，硬殼下被捕獲的釋出水和沉積物水分會(huì)導(dǎo)致過長(zhǎng)的干燥時(shí)間。在理想的試劑添加和理想的混合/剪切的MFT中，所沉積的物質(zhì)將形成建立排水溝的裂紋并暴露更多的表面積用于蒸發(fā)。這有助于加快蒸發(fā)速率。然而，使用某些化學(xué)添加技術(shù)理想的試劑劑量和混合范圍可能是狹窄的，對(duì)于在所有的操作條件下達(dá)到理想劑量和混合造成實(shí)踐上的挑戰(zhàn)。在包括MFT密度、MFT流量、浙青含量和到特定池的管道距離的多種過程波動(dòng)的情況下，劑量與混合中的一個(gè)或兩者可能不合標(biāo)準(zhǔn)，帶來某些劑量不足或劑量過度的材料或某些剪切不足或過度剪切的絮凝的MFT。作為結(jié)果，裂紋能形及其對(duì)MFT干燥速率提供的益處不總是可得的。為了加快在非理想劑量或混合情形下的干燥速率，本發(fā)明提供了一種絮凝的MFT沉積物中的耙耕方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，將常規(guī)的農(nóng)場(chǎng)圓盤耙裝置連接至推土機(jī)，并且將其拖曳穿過沉積物。當(dāng)干燥硬殼層形成時(shí)，使用圓盤耙，并用其將沉積物的表面層翻轉(zhuǎn)并將硬殼層下的潮濕物質(zhì)暴露。這用以最大化水從沉積物中蒸發(fā)的總速率。如果在長(zhǎng)度方向上穿過沉積物進(jìn)行圓盤耙耕，它具有建立犁溝的附加益處，所述犁溝充當(dāng)通向沉積池趾部的排水路徑，有助于減少淺的傾斜區(qū)域或沉積物的不均勻區(qū)域的積水，從而提高干燥速率。
耕整技術(shù)已經(jīng)提供了眾多可以觀察到的益處。它們?cè)谡麄€(gè)池區(qū)域上建立均勻的沉積物厚度，從而最大化表面利用率并且最大化整個(gè)池上的干燥速率。它們促進(jìn)了表面積水的排出，以及陷入在沉積物干燥表面下的自由水的釋出和排出。它們使得可以翻轉(zhuǎn)干燥的表面材料以暴露下面的潮濕材料，從而提高蒸發(fā)機(jī)制的速率。它們使得能夠協(xié)同地提高基本上由重力控制的排水脫水的時(shí)間和基本上由蒸發(fā)控制的沉積MFT的干燥。本發(fā)明還提供了許多選項(xiàng)用于沉積的絮凝的MFT的最終處理，以使得MFT干燥工藝適合于現(xiàn)場(chǎng)具體條件和可用的固體處理選擇。一種沉積處理的選擇稱為原位沉積。所沉積的材料被留在沉積池中的原位，并且使用上述方法將后續(xù)的沉積層置于頂部。在后續(xù)隆起之前，干燥中的池中的材料優(yōu)選達(dá)到少于約25重量％的水分含量，以促進(jìn)土工技術(shù)穩(wěn)定性。依賴于用于改性MFT的具體化學(xué)試齊U，土工技術(shù)性能與水分含量之間的關(guān)系可以改變?？梢詫⒃坏牟牧蠠o限期地留在原地。另一個(gè)沉積物處理選項(xiàng)是挖掘。早在進(jìn)行了四天的后沉積時(shí)，絮凝的MFT具有足夠的剪切強(qiáng)度以被作為固體材料挖掘。取決于具體的目的，可將該材料放置在泥漿堆存處， 或是將其鋪展在第二干燥區(qū)域用于上述使用圓盤耙技術(shù)的機(jī)械操作。者使得能夠?qū)⒊练e池快速周轉(zhuǎn)用于重新使用，從而對(duì)于給定的操作最小化使用中的池的數(shù)量。也可以在干燥至超過75重量％固體時(shí)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行挖掘。在另一個(gè)實(shí)施方案中，控制沉積改性尾礦的循環(huán)時(shí)間周期以使得每個(gè)沉積池在不超過約一天的時(shí)間期間內(nèi)被填充至預(yù)期的隆起。當(dāng)沉積發(fā)生在更長(zhǎng)的期限時(shí)，初始沉積的材料開始在所述材料頂部釋出水，形成20-40mm的液膜，在其上面后續(xù)的沉積物流動(dòng)得快得多。因此，改性的細(xì)尾礦優(yōu)選在足以避免在沉積的過程中在材料的頂部形成釋水膜的時(shí)限內(nèi)沉積，使得可以將沉積物作為基本上單一的集合體脫水并干燥。如前文所述，本發(fā)明的沉積和耕整方法與對(duì)原始油砂細(xì)尾礦的化學(xué)改性生成改性細(xì)尾礦結(jié)合使用。現(xiàn)在將描述一種通過絮凝和后續(xù)管線處理和調(diào)節(jié)而生成改性細(xì)尾礦的優(yōu)選技術(shù)。在下文中。這種優(yōu)選技術(shù)將被稱為“絮凝方法”或“絮凝技術(shù)”。參照?qǐng)D2和圖3，將對(duì)所述絮凝方法的一般階段進(jìn)行描述。通過絮凝劑溶液在管線內(nèi)向細(xì)尾礦中的分散，利用絮凝劑溶液對(duì)油砂細(xì)尾礦進(jìn)行處理，隨后通過輸入充足的能量對(duì)細(xì)尾礦進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得絮凝的細(xì)尾礦固體形成和重排，以提高屈服剪切應(yīng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水分釋出，而不對(duì)絮凝的固體結(jié)構(gòu)進(jìn)行過度剪切，所述固體結(jié)構(gòu)隨后能夠形成非流動(dòng)性的沉積物。之后可以將絮凝的細(xì)尾礦沉積，并且可以將其耕整以促進(jìn)水的釋放并且可以使其干燥。根據(jù)下列附加定義閱讀在下文使用的特定術(shù)語“管線內(nèi)流”指連續(xù)的流體輸運(yùn)線路，諸如管道或另一種流體輸運(yùn)結(jié)構(gòu)中所含的流體，所述流體輸運(yùn)結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有封閉的管狀結(jié)構(gòu)?！昂行跄齽┑男跄齽┤芤骸敝负腥軇┖椭辽僖环N絮凝劑的溶液。絮凝劑溶液中可含有不同種類絮凝劑的組合，還可含有附加的化學(xué)試劑。溶劑中含有水，但也可根據(jù)要求含有其它組分。絮凝劑是具有如下結(jié)構(gòu)的化合物，所述結(jié)構(gòu)在顆粒間形成橋接、并將顆粒合并為被稱作“絮凝物”的隨機(jī)的三維多孔結(jié)構(gòu)。因此，絮凝劑不包括那些僅僅通過降低膠體內(nèi)部雙電層的排斥電勢(shì)，起靜電作用的化學(xué)試劑。所述絮凝劑具有在MFT中分散之后構(gòu)成絮凝物構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，且當(dāng)處于特別的調(diào)節(jié)窗口區(qū)時(shí)，能夠?qū)π跄镞M(jìn)行重排及水釋出。優(yōu)選的絮凝劑可根據(jù)給定的工藝條件和MFT的組成來選擇?！胺肿恿俊敝竿ㄟ^本領(lǐng)域公知的測(cè)量方法所確定的平均分子量?！胺稚ⅰ迸c引入MFT管線內(nèi)流的絮凝劑溶液有關(guān)，指在絮凝劑溶液引入MFT中后，由液滴轉(zhuǎn)變成分散狀態(tài)，其足以避免在MFT的局部發(fā)生反應(yīng)不足或過度反應(yīng)，反應(yīng)不足或過度反應(yīng)將阻止在后續(xù)調(diào)節(jié)階段中，為了能夠可靠地進(jìn)行脫水和干燥所需的絮凝的完成?！靶跄{(diào)節(jié)”發(fā)生在管線內(nèi)，包括絮凝劑與MFT固體生成絮凝物的反應(yīng)，以及通過重排反應(yīng)增加正在絮凝的MFT的強(qiáng)度?！八尦稣{(diào)節(jié)”指向絮凝的MFT中輸入能量以啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的重排和破壞，以使水從絮凝的母體中釋出。能量輸入可通過管線內(nèi)的剪切或其它方法進(jìn)行。本文中的“水釋出”指水從絮凝的母體中選擇性地分離出來，同時(shí)十分完整地保留絮凝物以便沉積。 “過度剪切”是水釋出調(diào)節(jié)的極限的階段，應(yīng)當(dāng)避免，“過度剪切”指將附加能量輸入絮凝的MFT造成了結(jié)構(gòu)的消散，并且使細(xì)粒在水中再次懸浮。過度剪切的MFT將一度被絮凝物捕獲的細(xì)粒和細(xì)屑重新釋放回并懸浮于水中，基本上回到其原始的流體性質(zhì)，只不過含無效的試劑而已?！胺橇鲃?dòng)性的細(xì)尾礦沉積物”指未被過度剪切的且在干燥時(shí)具有充足強(qiáng)度以在池中維持原狀的沉積的絮凝的MFT。盡管通過調(diào)節(jié)已觸發(fā)從絮凝物中水釋出，MFT沉積物仍可具有在其沉積后繼續(xù)釋出水的部分。MFT沉積物的干燥可通過重力排水、蒸發(fā)和滲入而發(fā)生。從絮凝的MFT中脫水也可發(fā)生在沉積之前，例如當(dāng)為了沉積將其排出時(shí)，一股釋放出的水流從絮凝的MFT中分離的情況?！扒羟袘?yīng)力”指引起MFT流動(dòng)所需的剪切應(yīng)力或壓力。在所述絮凝技術(shù)中，油砂細(xì)尾礦主要為從尾礦池得到的MFT,這些物質(zhì)量龐大，需要回收。根據(jù)下游工藝條件，可對(duì)原始MFT進(jìn)行預(yù)處理。例如，可將尺寸過大的物質(zhì)從原始MFT中移除。此外，取決于所使用的絮凝劑，可選擇性地除去特定的成分。例如，當(dāng)使用陽離子型絮凝劑時(shí)，可對(duì)原始MFT進(jìn)行處理，以減少會(huì)導(dǎo)致絮凝失活的殘余浙青的含量。為了MFT的處理或?yàn)榱?MFT的液壓性能，還可對(duì)原始MFT進(jìn)行預(yù)處理，以提供一定的MFT固體含量或MFT細(xì)粒含量。細(xì)尾礦也可由正在進(jìn)行的油砂提取作業(yè)得到。MFT可通過管道供應(yīng)，或通過專門泵補(bǔ)給。絮凝技術(shù)優(yōu)選在“管道式反應(yīng)器”中進(jìn)行，其后沉積到沉積區(qū)上。所述管道式反應(yīng)器可有多種形式的配置，其中一些將在下文中具體描述。優(yōu)選將待處理的MFT以管道式反應(yīng)器上游部分中的管線內(nèi)流的形式予以提供。MFT的性質(zhì)及其特定的流動(dòng)特性將顯著取決于其組成。在低礦物濃度的情況下，使MFT流體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的屈服應(yīng)力小，且液壓分析中可將流體特性近似為牛頓流體。但是，當(dāng)?shù)V物濃度上升時(shí)，為了啟動(dòng)流動(dòng)必須克服屈服應(yīng)力。這種流體是一類非牛頓流體，通常用諸如Bingham流體、Herschel-Bulkley屈服值冪律模型或是Casson流體等模型擬合。其流變學(xué)關(guān)系如圖4中所示，說明了在MFT樣品中不同的礦物濃度下屈服應(yīng)力對(duì)剪切速率的響應(yīng)，認(rèn)為MFT是Bingham流體。也可在粘度研究中作為Herschel-Bulkley流體或Casson流體對(duì)MFT建模。管線內(nèi)MFT的流變學(xué)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)通過傳統(tǒng)側(cè)面注入法向Bingham流體態(tài)的MFT中加入絮凝劑溶液時(shí)，溶液分散對(duì)流量、直徑比和流體性質(zhì)非常敏感。特別是當(dāng)絮凝劑溶液配方表現(xiàn)非牛頓流體行為時(shí)，可以進(jìn)行導(dǎo)致兩種非牛頓流體迅速混合的絮凝技術(shù)的分散步驟。非牛頓流體的迅速混合可通過提供混合區(qū)并引入絮凝劑溶液實(shí)現(xiàn)，該混合區(qū)中具有湍流渦流，所述湍流渦流流入順流區(qū)，由此湍流渦流便將絮凝劑溶液混合入順流區(qū)。優(yōu)選將絮凝劑溶液引入湍流渦流，之后再混合入順流區(qū)。圖5和6示出一種管道式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)圖，其能夠進(jìn)行非牛頓流體的這種迅速混合。上游管10補(bǔ)給的MFT進(jìn)入混合區(qū)12?；旌蠀^(qū)12包含一個(gè)用以注入絮凝劑溶液的注入裝置14。該注入裝置也可視為一個(gè)“混合器”。注入裝置14可包含環(huán)形板16，圍繞環(huán)形板16分布的注入器18，以及限定在環(huán)形板16內(nèi)的中心銳孔20。MFT加速通過中心銳孔20，并形成順流區(qū)24和由湍流渦流構(gòu)成的環(huán)形渦流區(qū)22。注入器18將絮凝劑溶液直接引入渦流區(qū)22，使其與湍流的MFT相混合。MFT渦流向銳孔20的反向再循環(huán)使得絮凝劑溶液混合入MFT的順流。順流區(qū)24順下游管26繼續(xù)前進(jìn)并不斷擴(kuò)展。在某些混合器的實(shí)施方案中，順 流區(qū)可以是利用銳孔或折流板形成的噴射流的反靜脈區(qū)(vena-contra region)。MFT的主流因此汲取絮凝劑溶液并與之混合，導(dǎo)致絮凝劑溶液的分散，而且在管道中短距離之內(nèi)便開始絮凝。在圖5和6中所示的注入裝置14也可視為一“孔板混合器”。對(duì)于圖4和5的混合器，孔直徑“d”與下游管直徑“D”之比的優(yōu)選范圍為0. 25-0. 75。圖7-9基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模型和由設(shè)于MFT管道式反應(yīng)器上的試驗(yàn)裝置得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)孔反應(yīng)器的性能進(jìn)行說明。在直徑為2英寸的管道中，MFT流量為30LPM，而絮凝劑溶液以大約3LPM速率注入。長(zhǎng)為2英寸的孔板混合器具有銳孔下游管直徑比d/D = O. 32，帶有6個(gè)直徑為0. 052英寸、位于直徑為I. 032英寸的節(jié)距圓上的注入器。由于MFT和絮凝劑溶液密度不同，因此一種有效確定混合程度的方法是，利用下式確定濃度C對(duì)管道截面A的二階矩M，其中，f為完全混合情況(此時(shí)直接要求M = 0)下的平均密度。
I廣廠 VM=丄ft—I dA在圖7-9中，暗區(qū)表示了尚未與絮凝劑溶液混合的MFT(下文稱之為“未混合MFT”)。在緊鄰混合器的下游，未混合MFT區(qū)局限在管道中心，并被該區(qū)域內(nèi)不同的表現(xiàn)出局部湍流的絮凝劑溶液-MFT混合物所圍繞。當(dāng)絮凝劑溶液易于混合入MFT時(shí)，向下游的湍流區(qū)噴射絮凝劑溶液，可導(dǎo)致絮凝劑溶液先將連續(xù)相剪切為液滴，由此擴(kuò)散混合將絮凝劑分散進(jìn)入MFT。CFD模型是基于絮凝劑溶液為冪律流體而MFT為Bingham流體且不發(fā)生反應(yīng)。Bingham流體近似考慮到了 MFT的非牛頓特性，即需要屈服應(yīng)力以引起其流動(dòng)。Bingham流體還具有時(shí)間無關(guān)性，其剪切應(yīng)力與時(shí)間或剪切持續(xù)時(shí)間無關(guān)。優(yōu)選將CFD模型主要用于確定和改善絮凝劑溶液和MFT間的初始混合。注入裝置14可在管道式反應(yīng)器中使用多種其它的構(gòu)造，亦可包含各種元件如折流板(未示出)。在圖10中示出的注入裝置的一個(gè)任選方面中，至少有部分注入器方向以向內(nèi)的角度定向，以使絮凝劑溶液經(jīng)過湍流渦流混合，而且還噴向MFT流的中心。在圖11中示出的另一個(gè)方面中，銳孔的直徑減小，注入器可位于距離銳孔比距離管壁更近的地方?；旌掀鞯淖⑷肫鬟€可位于距管道中心的徑向距離不同的位置。在另一方面中，代替帶有中心銳孔的環(huán)形板，所述裝置可包含折流板或帶有一個(gè)或多個(gè)用以使MFT流經(jīng)混合區(qū)，同時(shí)形成湍流渦流的開口的板。在圖12中示出的另一個(gè)方面中，注入器朝向MFT流動(dòng)方向，以達(dá)到逆流注入的目的。圖13示出了另一種可進(jìn)行與所述絮凝方法有關(guān)的操作的注入裝置的設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)注意到，注入裝置可包含沿管道的流動(dòng)方向串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)注入器。例如，可設(shè)置一個(gè)上游注入器和一個(gè)下游注入器，其具有足以導(dǎo)致混合的構(gòu)造和間隔。在一種優(yōu)選的混合方式中，混合系統(tǒng)能夠打碎Bingham流體的活塞流動(dòng)特性,這通過使用一個(gè)孔或相對(duì)的“T”字形混合器進(jìn)行，其中MFT和絮凝劑溶液進(jìn)入T形物的各臂，順著主干排出。在此，密度差別(MFT密度取決于濃度 30重量％，相當(dāng)于比重 I. 22而絮凝劑的密度可大約為1.00)與注入管嘴的取向共同起作用，并將它們?cè)O(shè)置為使湍流渦流能夠混合入絮凝劑溶液并且分散。下表比較了在相同的MFT流與絮凝劑溶液流的條件下，使用孔板混合器(圖4)和套管混合器(圖13)時(shí)，在注入位置下游的各個(gè)位置處的二階矩。
下游距離 I.......................................................................................................................................................M......................................................................................................................................................
M)I 孔植漏合器(_4)[套管混合器(圖
111.755.75
23.173.65
31.752.89 5 1.10 2,24
100.651.39在如圖8所示的孔板混合器注入點(diǎn)附近，存在圍繞強(qiáng)的MFT噴射流的圍繞更大未混合聚合物區(qū)，“M”值為11.75。但是，與MFT噴射流的混合迅速發(fā)生，因而在注入點(diǎn)下游5個(gè)直徑距離處，二階矩M的值為I. 10，如圖9所示。相反，對(duì)于圖13所示的套管混合器，二階矩M的值在開始混合時(shí)為5. 75，而在注入點(diǎn)下游5個(gè)直徑處僅改善為2. 24。相比于使用套管混合器，優(yōu)選使用孔板混合器進(jìn)行混合。優(yōu)選混合充分以在L/D = 5處達(dá)到M < 2，對(duì)于管道式反應(yīng)器，還優(yōu)選混合充分以在L/D = 5處達(dá)到M < I. 5。以優(yōu)選程度控制混合允許改善分散、絮凝及脫水的性能。在該絮凝技術(shù)中，絮凝劑溶液向MFT中的初始混合對(duì)絮凝反應(yīng)而言非常重要。在引入絮凝劑溶液后，它首先迅速地與細(xì)尾礦混合，以增強(qiáng)和確保遍布于下游管中的絮凝反應(yīng)。當(dāng)絮凝劑溶液與MFT接觸時(shí)，它開始反應(yīng)，形成由許多鏈型結(jié)構(gòu)和MFT礦物組成的絮凝物。如果當(dāng)絮凝劑溶液被引入管道后未充分混合，則絮凝反應(yīng)可能只在尾礦管線內(nèi)流中的小片區(qū)域進(jìn)行。因此，如果尾礦在聚合物注入的下游混合，因?yàn)槲驳V的流變性將發(fā)生改變，混合將困難得多。另外，如果后續(xù)混合向凝絮物施加過大的剪切，最初在小片區(qū)域中形成的絮凝物會(huì)被不可逆地破壞。過度剪切凝絮物導(dǎo)致細(xì)粒懸浮在水中，重新形成為膠體混合物，從而阻礙水釋出和干燥。因此，如果在引入絮凝劑溶液后不充分混合，由于必須在為絮凝的尾礦提供所需的高混合能量與避免由于過度剪切引起的絮凝物破壞的要求之間尋求平衡，后續(xù)混合將有問題。所述初始混合能夠通過該絮凝方法的多個(gè)任選方面達(dá)成和改良。一方面，設(shè)計(jì)和操作注入裝置提供湍流渦流，該湍流渦流將絮凝劑溶液混合和分散入MFT的前進(jìn)流中。另一方面，選擇絮凝劑，使得絮凝劑溶液的粘度降低，以易于分散。還可配制絮凝劑溶液并定量加入MFT以促進(jìn)其向MFT中分散。優(yōu)選配合混合器的注入條件選擇和定量加入絮凝劑溶液，以使絮凝劑溶液含有足量的與MFT反應(yīng)所需的試劑，并且擁有易于通過混合器結(jié)構(gòu)分散的液壓性能。例如，當(dāng)使用表現(xiàn)出塑性或假塑性非牛頓特性的粘性絮凝劑溶液時(shí)，可在混合器中用高剪切注入條件進(jìn)行操作，以充分降低粘度，使得在給定的液壓混合條件下，得以分散進(jìn)入MFT。且另一方面，將絮凝劑選擇為形成具有增加抗剪性的絮凝物。增加的抗剪性使得能實(shí)現(xiàn)更激烈、更苛刻的混合，并且降低生成的絮凝物過早發(fā)生過度剪切的可能性。增加的抗剪性可通過提供具有特定電荷特性、鏈長(zhǎng)、官能團(tuán)、互聯(lián)或內(nèi)聯(lián)結(jié)構(gòu)的絮凝劑得到。另一方面，選擇含有促進(jìn)重排及選擇性水釋出的官能團(tuán)的絮凝劑。另一方面，選擇絮凝劑以 形成大塊絮凝物，促進(jìn)所述大塊絮凝物的重排和局部破壞以水釋出。另一方面，絮凝劑可以是有機(jī)聚合物絮凝劑。聚合物絮凝劑可具有高的分子量，如超過10，000, 000,或低分子量。高分子量的聚合物可傾向于形成抗剪切性更高的絮凝物，但也在預(yù)期用量下形成更具粘性的絮凝劑溶液。因此，可對(duì)這種絮凝劑溶液進(jìn)行高剪切的注入以減少粘度，而且湍流渦流可有充足的尺寸和間距以使絮凝劑溶液在管道混合區(qū)內(nèi)分散。另一方面，可選擇并定量加入適合于MFT中粘土濃度的絮凝劑。根據(jù)MFT的組成及其液壓參數(shù)，絮凝劑可為陰離子型的、陽離子型的或非離子型的，也可擁有各種各樣的分子量和結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意到，與在MFT凝固和回收領(lǐng)域中的常規(guī)教導(dǎo)相反，干燥工藝的改良與可預(yù)言性更多取決于工藝步驟，而非選擇的特殊絮凝劑。當(dāng)然，在工業(yè)規(guī)模上，取決于多種因素，某些絮凝劑將優(yōu)于另一些。但是，通過根據(jù)工藝步驟進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌吓c調(diào)節(jié)，該絮凝方法使得非常多樣的絮凝劑應(yīng)用成為可能。作為例子，絮凝劑可以為有機(jī)聚合物絮凝劑。它們可以為聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酰胺、陰離子型聚合物、聚電解質(zhì)、淀粉、可以基于聚丙烯酰胺-聚丙烯酸酯的共聚物，或其它有機(jī)聚合物絮凝劑。有機(jī)聚合物絮凝劑可由絮凝劑供應(yīng)商處獲得，并加以選擇，以決定其對(duì)特定商業(yè)應(yīng)用的適合性。在傳統(tǒng)的攪動(dòng)式混合槽中，進(jìn)一步通過改變混合器的初始速度評(píng)估初始混合。圖14示出了代表性的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果，比較了迅速混合(230RPM)和緩慢混合(100RPM)。對(duì)比采用混合器以較低初始速度進(jìn)行的試驗(yàn)，使用混合器以較高初始速度進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果為，明顯更快生成具有高屈服剪切強(qiáng)度的絮凝的MFT。在較低速度下，延時(shí)可歸因于將絮凝劑溶液向MFT中分散。此外圖15顯示，迅速的初始混合還導(dǎo)致高的水釋出速率，從而得以縮短干燥時(shí)間。盡管在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的攪拌槽中已證明迅速混合的益處，但其它結(jié)果也證明了過度混合和過度剪切的效果，它們將破壞絮凝的MFT，導(dǎo)致MFT將不脫水。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的攪拌槽本質(zhì)上是一種間歇回流式的反應(yīng)器，其中，混合器首先施加剪切以使物質(zhì)混合，其次，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行直至完成時(shí)，將正在絮凝的顆粒維持在懸浮狀態(tài)。因?yàn)椴僮鲄?shù)很容易調(diào)節(jié)，所以攪拌槽便提供了很有價(jià)值的手段，用以評(píng)估可能的絮凝劑的效能。對(duì)于該絮凝方法的連續(xù)管線內(nèi)工藝的實(shí)施方案，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的攪拌槽的數(shù)據(jù)可方便地與實(shí)驗(yàn)室管道式反應(yīng)器試驗(yàn)以及CFD模型相聯(lián)系，以選擇特殊的操作參數(shù)和絮凝劑。向管道式反應(yīng)器中加入的MFT可配有連續(xù)流量計(jì)、連續(xù)密度計(jì)以及通過任何標(biāo)準(zhǔn)儀器方法控制MFT流的裝置。根據(jù)密度計(jì)的算法可計(jì)算MFT中的物質(zhì)濃度，將其作為輸入流量計(jì)的數(shù)據(jù)，則確定了進(jìn)入管道式反應(yīng)器的礦物的質(zhì)量流量。將管道式反應(yīng)器的操作數(shù)據(jù)與特性數(shù)據(jù)相比較，便能夠調(diào)節(jié)流量以改善干燥MFT的加工條件，所述數(shù)據(jù)由具體的絮凝劑性質(zhì)、具體的MFT性質(zhì)和具體的管道式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)得到。在管長(zhǎng)90米的12英寸的管道中，利用混合器對(duì)固體含量為40%的MFT脫水作業(yè)，MFT處理速度為2000USgpm。再參照?qǐng)D5和6，在向混合區(qū)12中引入絮凝劑之后，正在絮凝的MFT連續(xù)進(jìn)入調(diào)節(jié)區(qū)28。通常將該絮凝方法的調(diào)節(jié)階段描述為含有兩個(gè)部分絮凝調(diào)節(jié)和水釋出調(diào)節(jié)。
在此還要注意，對(duì)于牛頓流體系統(tǒng)，對(duì)絮凝系統(tǒng)的研究已經(jīng)得到了一些手段和關(guān)系，用以幫助預(yù)報(bào)和設(shè)計(jì)工藝。例如，一個(gè)已經(jīng)形成的，應(yīng)用于一些絮凝系統(tǒng)的關(guān)系是一個(gè)稱為“Camp數(shù)”的無量綱數(shù)。Camp數(shù)關(guān)聯(lián)到在物質(zhì)流量方面的功率輸入以及體積摩擦以及流體絕對(duì)粘度。在非牛頓系統(tǒng)如MFT聚合物混合中，用于Camp數(shù)的管道摩擦項(xiàng)和絕對(duì)粘度項(xiàng)均取決于具體的流動(dòng)型態(tài)。對(duì)管道調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的初始估計(jì)意味著，能量輸入可與修正Camp數(shù)有關(guān)。修正Camp數(shù)除了流動(dòng)和摩擦因素外，還考慮了正絮凝劑、絮凝的MFT的流變學(xué)。絮凝調(diào)節(jié)發(fā)生在管線內(nèi)，引起了絮凝物的形成和重排，并且增大了 MFT屈服剪切應(yīng)力。參考圖5和6，一旦MFT通過了混合區(qū)12，它便直接到達(dá)了管道式反應(yīng)器的絮凝調(diào)節(jié)區(qū)28。絮凝調(diào)節(jié)區(qū)28通常是帶有特殊內(nèi)徑的向MFT施以管壁剪切的下游管26。在所述工藝的一方面，絮凝調(diào)節(jié)將屈服剪切應(yīng)力增大到上限。所述上限可以是某單獨(dú)的最大值，如圖
2中所示，或是波浪形的高臺(tái)，含有多個(gè)隨時(shí)間變化的局部最大值。如圖3中所示。曲線的形狀可視為絮凝劑溶液的主函數(shù)，帶有數(shù)個(gè)二次函數(shù)，這些二次函數(shù)歸因于分散和輸入管道的能量，例如通過折流板等。脫水調(diào)節(jié)優(yōu)選發(fā)生在所述絮凝調(diào)節(jié)之后。參考圖2和3，當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力上限之后，附加的能量輸入引起屈服應(yīng)力下降，并伴以從絮凝的MFT母體母體中水釋出。優(yōu)選在絮凝調(diào)節(jié)之后和沉積之前，在管線內(nèi)以一種連續(xù)的方式對(duì)水釋出進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這種情況下，水釋出可在管道中開始，導(dǎo)致一股水流沿著管道出口排出，以及沉積絮凝的MFT。釋出水將很快從MFT沉積物中流走，特別是在傾斜的沉積池中，而MFT沉積物有足夠的強(qiáng)度逐漸前進(jìn)并隨后在沉積池內(nèi)維持原狀。此處，優(yōu)選在下游管中沒有高剪切裝置，例如泵。MFT管道式反應(yīng)器入口處的液壓優(yōu)選設(shè)定為，不需要用以克服沉積之前的靜態(tài)和差分管道壓頭損失的附加泵送，所述的泵送將過度剪切絮凝物。在一些方面，在沉積后不用進(jìn)一步剪切擾動(dòng)沉積的MFT，而是在適當(dāng)?shù)奈恢弥髮⑵浞胖酶稍?。備選地，水釋出調(diào)節(jié)可發(fā)生在一套受控的裝置(未示出)中，該裝置包括折流板、攪拌器、混合器、或旋轉(zhuǎn)式分離器，或是它們的組合體，而不是在管內(nèi)進(jìn)行。水釋出調(diào)節(jié)也能夠發(fā)生在絮凝的MFT沉積之后，例如以有序形式利用機(jī)械機(jī)制進(jìn)行。在這種情況下，絮凝的MFT將作為類似凝膠的物質(zhì)沉積，其屈服剪切強(qiáng)度允許其保持其形態(tài)，但并不傾向于促進(jìn)水釋出，直到施以附加的能量輸入。通過將絮凝的MFT從屈服應(yīng)力上限回落調(diào)節(jié)，所述的方法避免了保水的類凝膠沉積物的形成，可靠地令MFT能夠水釋出和加速干燥。還應(yīng)注意不要將MFT從高處排出，這樣將由于在沉積池或以前沉積的MFT上的碰撞沖擊而加速過度剪切。絮凝調(diào)節(jié)和水釋出調(diào)節(jié)能夠在管道中通過改變MFT的流量得到控制。優(yōu)選流量應(yīng)盡可能高，以增加正在絮凝的MFT的屈服應(yīng)力發(fā)展速率，同時(shí)避免基于管道對(duì)沉積區(qū)的液壓剪切的過度剪切。為了確定調(diào)節(jié)響應(yīng)，在管道式反應(yīng)器中進(jìn)行試驗(yàn)。圖16確定了對(duì)改變管道流量的響應(yīng)。將34%重量固體的MFT以約26LPM的流量泵送通過直徑為2英寸的管道，以進(jìn)行低流量試驗(yàn)，而以約100LPM的流量進(jìn)行高流量試驗(yàn)。對(duì)低流量試驗(yàn)將0. 45%的絮凝劑溶液以大約2. 6LPM注入，而對(duì)高流量試驗(yàn)以大約10LPM注入。與低流量情況相比，在高流量時(shí)，絮凝的MFT的最大屈服剪切應(yīng)力出現(xiàn)較早。這一觀測(cè)到的響應(yīng)顯示，總體能量輸入是一個(gè)重要的參數(shù)，其中在此情況下輸入能量是由于流體與管壁的相互作用導(dǎo)致的液壓損失。
參照?qǐng)D5和6，調(diào)節(jié)區(qū)28可包含折流板、孔板、管線內(nèi)靜態(tài)混合器或縮小的管道直徑(未示出)，特別在管道配置可能限制管道式反應(yīng)器長(zhǎng)度的情況下，用于限制能量輸入，以使絮凝的MFT不被過度剪切。如果過度剪切絮凝的MFT，絮凝物將再度破碎，且礦物固體復(fù)原為初始的膠狀MFT流體，將不會(huì)脫水。當(dāng)釋出時(shí)的絮凝的MFT的屈服應(yīng)力低于200Pa時(shí)，在所述絮凝技術(shù)的某些實(shí)施方案中，對(duì)于將沉積的MFT進(jìn)行脫水或回收而言，絮凝的MFT的強(qiáng)度可能不足。因此，絮凝的MFT的屈服剪切應(yīng)力應(yīng)保持在此極限之上。不過，應(yīng)當(dāng)理解，其它絮凝劑可能使絮凝的MFT能夠在較低的屈服應(yīng)力下被脫水和回收。因此，盡管圖2和3顯示，低于200Pa的屈服應(yīng)力處在過度剪切區(qū)中，這些代表性的附圖并不將本工藝局限在這一精確值。當(dāng)本工藝的實(shí)施方案中使用20% -30%荷電的陰離子聚丙酰胺高分子量聚合物時(shí)，屈服剪切應(yīng)力窗口的下限大約為200Pa，且絮凝的MFT優(yōu)選在300Pa至500Pa范圍內(nèi)沉積，取決于混合過程和MFT的固體含量。還應(yīng)注意到，在管道式反應(yīng)器中觀測(cè)到屈服剪切應(yīng)力上限達(dá)到400-800Pa。還應(yīng)注意到，觀測(cè)到MFT的屈服剪切應(yīng)力在初始水釋放后，當(dāng)MFT沉積時(shí)已超過lOOOPa。通常，工藝階段對(duì)給定的絮凝劑和MFT的響應(yīng)受到絮凝劑類型、絮凝劑溶液液壓性質(zhì)、MFT的性質(zhì)包括其濃度、其顆粒尺寸分布、其礦物學(xué)和其流變學(xué)、定量給料量和能量輸入的影響。所述絮凝技術(shù)提供了有利能力，以預(yù)言和優(yōu)化給定的絮凝劑和絮凝劑溶液用于沉積和將MFT脫水而言的性能?；旌蠀^(qū)確保了絮凝劑的有效應(yīng)用，而管道的長(zhǎng)度、流量條件和應(yīng)所需而設(shè)的折流板提供了對(duì)于水釋出最大化所必需的剪切，并避免了當(dāng)MFT從管道式反應(yīng)器中排出時(shí)的過度剪切。在管道中水釋出調(diào)節(jié)之后，可以將絮凝的MFT沉積。按照本發(fā)明所述方法，適合于將調(diào)節(jié)后的MFT直接沉積至一個(gè)或多個(gè)沉積池中，在其中水由固體中釋出，在重力作用下排出，并最終通過蒸發(fā)移除至空氣并任選地滲透至沉積池壩中。沉積池可以由利于排水和滲透的材料制成。可以通過如本文所述的步驟對(duì)MFT沉積物進(jìn)行耕整，以使沉積物干燥以致達(dá)到穩(wěn)定的MFT固體濃度用于開墾目的?？梢栽诔练e之前使用固液分離設(shè)備，而不是從管道反應(yīng)器直接向池中沉積，條件是所賦予的剪切不使絮凝的MFT過度剪切?？墒褂肕FT管道式反應(yīng)器處理MFT或其他具有非牛頓流體性質(zhì)的尾礦或膠質(zhì)流體用于沉積和耕整?？梢詫⒊氐脑O(shè)計(jì)、犁耕和圓盤耙耕的應(yīng)用對(duì)其它處理過的尾料流進(jìn)行以用于脫水，所述尾料流包括由濃縮機(jī)、旋風(fēng)除塵器和離心機(jī)生產(chǎn)的漿液，聚合物處理過的薄細(xì)尾礦，或選池堤尾料流等。原始油砂細(xì)尾礦可以由尾礦池提供或持續(xù)供給的MFT，或是從持續(xù)提取作業(yè)并繞過尾礦池提供的薄細(xì)尾礦。在該方法的一個(gè)優(yōu)選方面，它是從駁船由尾礦池挖掘或泵取的MFT,以致所述MFT具有超過20重量％的固體，優(yōu)選在30-40%之間，并且具有基于固體至少75重量％的細(xì)粒含量，優(yōu)選基于固體75-95重量％。優(yōu)選不將這種MFT稀釋，以使得既不單獨(dú)地也不作為砂的載體加入水。這些固體和細(xì)粒含量與MFT絮凝方法協(xié)同作用，并且還與MFT沉積和耕整方法協(xié)同作用，以使得除增加有益的前和后沉積脫水以及沉積物最終干燥之外，在絮凝物中還能夠捕獲細(xì)粒。這樣高的細(xì)粒含量還使得能夠改善MFT的絮凝和沉積物脫水。備選地，當(dāng)細(xì)尾礦是薄細(xì)尾礦時(shí)，細(xì)粒含量?jī)?yōu)選為基于固體至少50重量％，這 也有益于脫水和干燥。實(shí)施例實(shí)施例I :圖23提供了一組操作條件和在示例性MFT沉積中獲得的干燥速率的細(xì)節(jié)。條件
概括如下
池尺.、』■ mxmI 165>43
池丨.(ii 積_m26110—
池坡度_%2
MFT 流量 I gpm2000
所沉積的全部MFT m32800
聚合物絮凝劑劑呈 ppm1870
耕整_.未犁耕或耙耕_實(shí)施例2 圖24提供了另一組操作條件和在示例性MFT沉積中獲得的干燥速率的細(xì)節(jié)。所
述條件概括如下池 I《寸mxm_ 180>-36_池面積_m2........................................................................................................................................ 6632............................................................................................................................
池坡度_%2
MFT 流 M_^gpm[2000
所沉._ 令部 MFT in32000—
^ppm[1040
耕整/I:笫9大犁耕并/I:第15大耙耕實(shí)施例3 對(duì)于沉積和耕整方法，將本發(fā)明的方法的實(shí)施方案與其它可能的技術(shù)對(duì)比。本方法具有在固定的池斜坡設(shè)計(jì)中處理不同剪切強(qiáng)度材料的能力，使得最小化由MFT干燥工藝得到的材料的溝流作用。沉積后耕整技術(shù)與池坡度設(shè)計(jì)相結(jié)合的共同實(shí)施進(jìn)一步改善了干燥，而且還解決了與厚沉積物和表面水排水的挑戰(zhàn)。相對(duì)于其它可能的技術(shù)如袋式過濾器、壓濾機(jī)和列式袋濾器而言，本發(fā)明的方法實(shí)施方案改善了材料處理。實(shí)施例4:試驗(yàn)顯示如果將沉積物保持為未犁耕，水從頭部區(qū)(最厚)流至趾部區(qū)(最薄)，根據(jù)由池坡度設(shè)計(jì)決定的水力梯度流動(dòng)。這由強(qiáng)度和固體含量的觀測(cè)所證實(shí)。淺層區(qū)域的快速干燥通常受助于在犁耕期間產(chǎn)生的排水路徑短路的作用。實(shí)施例5 如上文描述中所述，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的攪拌槽試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)絮凝劑溶液向MFT中的混合。實(shí)驗(yàn)室攪拌器初始運(yùn)行速度為100RPM或230RPM。30%荷電的陰離子聚丙烯酸胺-聚丙烯酸酯抗剪切性共聚物的劑量為每干燥噸大約1000g。圖14和15顯示，迅速初步混合縮短了屈服應(yīng)力的進(jìn)程，以使脫水成為可能，并且增加了從MFT中釋出水。實(shí)施例6:
如上文描述中所述，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的攪拌槽試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)不同劑量的絮凝劑溶液向MFT中的混合。對(duì)含有不同劑量溶解絮凝劑的絮凝劑溶液，實(shí)驗(yàn)室攪拌器的運(yùn)行速度為100RPM或230RPM。絮凝劑的計(jì)量范圍為每噸干燥的MFT使用800至1200g，顯示了對(duì)脫水而言充分的混合和絮凝。此處絮凝劑為30%荷電的陰離子聚丙烯酸胺-聚丙烯酸酯抗剪切性共聚物，分子量超過10，000，000。對(duì)用于含有50到75%粘土含量的MFT的各種30%荷電的聚丙烯酰胺，劑量范圍為每干燥噸1000g±20%是合適的。實(shí)施例7:如上文描述中所述，進(jìn)行連續(xù)流管道式反應(yīng)器試驗(yàn)。結(jié)果示于圖16中，比較了高的和低的流量。為進(jìn)行低流量試驗(yàn)，將固體含量為34%重量的MFT以26LPM的流量泵送通過2英寸直徑的管道，在高流量試驗(yàn)中以100LPM泵送。為進(jìn)行低流量試驗(yàn)將0. 45%有機(jī)聚合物絮凝劑溶液以2. 6LPM注入，在高流量試驗(yàn)中以10LPM注入。從注入到沉積的距離為753英寸或376. 5倍管道直徑。長(zhǎng)度為2英寸的孔板混合器具有銳孔下游管直徑比d/D =0. 32，帶有六個(gè)位于直徑為I. 032英寸的節(jié)距圓上的直徑為0. 052英寸的注入器。對(duì)高流量試驗(yàn)，所述六個(gè)注入器直徑增加至0.100英寸。實(shí)施例8:如上文描述中所述，使用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模型。CFD建模將混合區(qū)中的絮凝劑溶液認(rèn)為是冪律流體并將MFT認(rèn)為是Bingham流體，并且證實(shí)，正如在背景技術(shù)章節(jié)中討論過的，在相同條件下圖4和5的注入裝置均充分混合而常規(guī)的側(cè)面分支管均為不充分混合。在2英寸直徑管道中，MFT的流動(dòng)速度為30LPM，且聚合物溶液以3LPM注入。2英寸長(zhǎng)的孔板混合器具有銳孔下游管直徑比d/D = 0. 32，帶有六個(gè)位于直徑為I. 032英寸的節(jié)距圓上的直徑為0. 052英寸的注入器。MFT的密度為1250kg/m3，屈服應(yīng)力為2Pa，而聚合物溶液的密度為1000kg/m3，冪律指數(shù)n = 0. 267，稠度指數(shù)為2750kg Sn_2/m。此外，在圖7-9中所示的圖像只能通過CFD建模出現(xiàn)，因?yàn)閷?shí)際MFT是不透明的。對(duì)于MFT，CFD模型將非牛頓流體特性合并至液壓分析中，以求為各種不同MFT性質(zhì)和絮凝劑溶液之間可能的組合和改變，發(fā)展健全的設(shè)計(jì)。 實(shí)施例9:如上文所述，相比于選定特定的絮凝劑，該絮凝技術(shù)更依賴于其工藝步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠選擇各種各樣的絮凝劑，其能夠使管內(nèi)分散、絮凝、釋水和非流動(dòng)沉積發(fā)生。一種選擇方針的方法包括取得工業(yè)應(yīng)用的MFT的代表性樣品并且用快-慢攪拌器試驗(yàn)以觀測(cè)絮凝物的釋水能力。在快-慢混合器試驗(yàn)中，將絮凝物注入以高攪拌速度運(yùn)行的混合器中，延遲7秒后將攪拌器切換至低速攪拌。由此可評(píng)定水釋出。例如，試驗(yàn)中用230RPM(相應(yīng)剪切速率為131. 5s—1)進(jìn)行快速混合并用100RPM(相應(yīng)剪切速率為37. s-1)進(jìn)行低速混合。快-慢攪拌器試驗(yàn)用10^^20^^30%和40%荷電的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑進(jìn)行，結(jié)果30%荷電的陰離子聚丙烯酰胺使得水釋出更佳。將這樣的30%荷電的陰離子聚丙烯酰胺應(yīng)用于管道式反應(yīng)器并進(jìn)行CFD建模，驗(yàn)證了這一方法。此外，快-慢攪拌器試驗(yàn)用高分子量和低分子量線型陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑進(jìn)行，結(jié)果高分子量聚丙烯酰胺使得水釋出更佳?？?慢攪拌器試驗(yàn)可以與CFD模型聯(lián)合使用，用于對(duì)具有所需配方的密度的絮凝劑溶液混合進(jìn)行試驗(yàn)。這樣的絮凝劑和絮凝劑溶液的交互確認(rèn)有助于改進(jìn)絮凝方法和沉積/耕整方法的作業(yè)條件以及驗(yàn)證首選的絮凝劑和絮凝劑溶液。實(shí)施例10 進(jìn)行試驗(yàn)，顯示了能夠在將絮凝劑注入管線內(nèi)的MFT，之后進(jìn)行管道調(diào)節(jié)、沉積和干燥。圖17-19示意性示出了所使用的不同的試驗(yàn)設(shè)置。對(duì)圖17-18,絮凝的MFT沉積在灘涂上，而對(duì)圖19，沉積在沉積池內(nèi)。該MFT為36%重量的固體，從池中以300至720gal/min的流量泵出。絮凝劑溶液在不同的位置注入管線內(nèi)。所用絮凝劑中一種為30%荷電的陰離子聚丙烯酰胺-聚丙烯酸鈉共聚物，其分子量超過10，000，000。沿著管道對(duì)絮凝的MFT進(jìn)行調(diào)節(jié)并且將其從串聯(lián)安置的套管噴出。為了監(jiān)控干燥過程，獲取樣品并分析固體百分比。取決于樣品位置，達(dá)到75重量％的固體的干燥時(shí)間從5到7. 5天。具有斜坡的沉積區(qū)顯示出更快的干燥。圖20和21顯示了沉積的MFT的干燥時(shí)間的兩個(gè)不同樣品點(diǎn)的結(jié)果。在每噸干燥MFT中0. 6Kg到I. IKg之間的劑量提供了優(yōu)選的排水結(jié)果，且排出的水比使用此范圍之外的劑量時(shí)更加干凈。試驗(yàn)顯示，由于多種原因，錯(cuò)誤的劑量會(huì)減少脫水。如果劑量太低，一些MFT未絮凝且總體上缺乏脫水性能。應(yīng)用過多劑量的絮凝也會(huì)導(dǎo)致減少脫水，因?yàn)閷?dǎo)致水分聚集成含有固體的半凝膠塊，使得在所給的管道尺寸和液壓條件下，更加難以提供充分的調(diào)節(jié)以使其水釋出。這兩種情況均被觀察到，并且對(duì)劑量進(jìn)行了補(bǔ)償調(diào)節(jié)。此外，水質(zhì)取決于劑量控制。劑量過度或不充分混合(造成局部劑量過度)導(dǎo)致差的水質(zhì)，有時(shí)其中含有超過I重量％的固體。加強(qiáng)劑量控制，優(yōu)選劑量范圍和迅速初始混合有助于解決水質(zhì)問題并促進(jìn)MFT的脫水和干燥。其它觀測(cè)資料記錄到了盡管有明顯的降水，沉積的MFT仍脫水和干燥，因此耐受由于降水導(dǎo)致的再水合。此外，觀測(cè)了 MFT沉積物上的開墾，在沉積區(qū)域播種植物，后來記錄到其健康生長(zhǎng)。實(shí)施例11 成功處理MFT的挑戰(zhàn)之一是在作業(yè)中遭遇到的工藝變化?？善谕褂脗?cè)面注入噴 嘴用于將液體混合入MFT。利用為MFT管道式反應(yīng)器模型而發(fā)展的混合過程算法，對(duì)于MFT流量的范圍，圖22比較了典型的側(cè)面注入噴嘴與圖5中在2英寸管道上的帶孔噴嘴，基于-MFT為30重量％的固體且作為Herschel-Bulkley流體進(jìn)行建模，屈服應(yīng)力2Pa和高剪切速率粘度為lOmPas。密度為1250kg/m3。-絮凝劑溶液作為n= 0. 267且稠度指數(shù)(k)為2750kg sn_2/m的冪律流體進(jìn)行建模。密度為1000kg/m3，且流量為MFT體積流量的1/10。-孔板混合器孔徑比0.32。-注入聚合物溶液的流動(dòng)區(qū)域?qū)煞N混合器都是相同的。圖22說明，圖5的孔板混合器相比于常規(guī)的側(cè)面注入噴嘴來說，在MFT流量范圍內(nèi)提供了明顯優(yōu)選的混合。
權(quán)利要求
1.一種用于干燥油砂細(xì)尾礦的方法，所述方法包括 化學(xué)處理所述細(xì)尾礦以產(chǎn)生包含絮凝的細(xì)尾礦的改性細(xì)尾礦； 提供具有傾斜的底部表面的沉積池； 將所述改性細(xì)尾礦沉積至所述沉積池中，以使所述傾斜的底部表面允許所述絮凝的細(xì)尾礦形成沉積物，所述沉積物在所述傾斜的底部表面上積累并無溝流前進(jìn)，并且允許釋出水可以從所述沉積物中重力排出； 使所述沉積物在所述沉積池內(nèi)維持原狀并使其干燥。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述改性細(xì)尾礦產(chǎn)生于管線中并且在沉積之前在所述管線內(nèi)包含所述絮凝的細(xì)尾礦和一部分的釋出水。
3.權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述沉積池包括 頭部區(qū)，在所述頭部區(qū)處沉積所述改性細(xì)尾礦； 趾部區(qū)，所述趾部區(qū)與所述頭部區(qū)隔開一段長(zhǎng)度，所述傾斜的底部表面從所述頭部區(qū)延伸至所述趾部區(qū)，允許所述趾部區(qū)位于低于所述頭部區(qū)的高度。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述沉積池具有側(cè)壁，并且從上方看具有基本上矩形的形狀。
5.權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述傾斜的底部表面通常是具有從所述頭部區(qū)到所述趾部區(qū)通常恒定的坡度的平面。
6.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述頭部區(qū)比所述趾部區(qū)窄。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述底部表面通常是橫向凸起的。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中所述沉積池的底部表面具有直至180°的部分圓錐形形狀。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中所述沉積池的底部表面具有直至360°的圓錐形形狀。
10.權(quán)利要求3至9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述頭部區(qū)與所述趾部區(qū)之間的長(zhǎng)度為約200m至約250m。
11.權(quán)利要求3至10中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積經(jīng)由橫跨所述頭部區(qū)分布的多個(gè)出口進(jìn)行。
12.權(quán)利要求3至10中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積通過以下步驟操作 從第一出ロ排出所述改性細(xì)尾礦，以在所述頭部區(qū)形成第一堆絮凝的細(xì)尾礦； 當(dāng)所述第一堆的表面坡度足以引起沉積于其上的改性細(xì)尾礦的溝流時(shí)，停止從第一出ロ的排出； 從第二出ロ排出所述改性細(xì)尾礦，以在所述第一堆的旁邊形成第二堆絮凝的細(xì)尾礦。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二堆在鄰近或遠(yuǎn)離所述第一堆處形成。
14.權(quán)利要求3至13中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括在所述趾部區(qū)處或所述趾部區(qū)附近提供排水溝用于接收所述釋出水的排出。
15.權(quán)利要求14所述的方法，所述方法包括提供一對(duì)沉積池，以使得所述池趾對(duì)趾地鄰接并且共用共同的排水溝。
16.權(quán)利要求3至14中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括提供一對(duì)沉積池，以使得所述池頭對(duì)頭地鄰接并且經(jīng)由同一組出口在兩個(gè)池中發(fā)生沉積。
17.權(quán)利要求I至16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行所述沉積以使得所述沉積物具有約20cm至約50cm的隆起。
18.權(quán)利要求I至17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述底部表面傾斜約1%至約7%。
19.權(quán)利要求I至18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述底部表面傾斜約2%至約5%。
20.權(quán)利要求I至19中的任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述改性細(xì)尾礦以約IOOOgal/min至約3000gal/min的流量排出用于沉積。
21.權(quán)利要求I至20中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述沉積物中的所述絮凝的細(xì)尾礦在沉積時(shí)具有高于約200Pa的剪切強(qiáng)度。
22.權(quán)利要求I至21中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述改性細(xì)尾礦向一個(gè)沉積池中的沉積發(fā)生在直至一天的一段時(shí)間內(nèi)。
23.權(quán)利要求I至22中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括犁耕所述改性細(xì)尾礦以將所述改性細(xì)尾礦鋪展在所述沉積池上。
24.權(quán)利要求23所述的方法，其中進(jìn)行所述犁耕以形成基本上均勻厚度的沉積物。
25.權(quán)利要求23或24所述的方法，其中所述犁耕通過提供犁耕設(shè)備進(jìn)行，所述犁耕設(shè)備包括橫梁和移置工具，所述橫梁延伸通過所述沉積池沉積物較高處，所述移置工具用于將所述橫梁向沉積物較低處移置，以改變一部分的改性細(xì)尾礦的位置。
26.權(quán)利要求25所述的方法，其中所述橫梁包括面向移置方向的凹面。
27.權(quán)利要求25或26所述的方法，其中操作所述犁耕設(shè)備以提供単一的犁耕掃掠。
28.權(quán)利要求I至27中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使所述沉積物形成干燥的上硬殼，并且之后耙耕所述沉積物以破壞所述干燥的上硬売。
29.權(quán)利要求28所述的方法，其中進(jìn)行所述耙耕以翻轉(zhuǎn)所述干燥的上硬売。
30.權(quán)利要求28或29所述的方法，其中進(jìn)行所述耙耕以在所述沉積物中建立排水犁溝。
31.權(quán)利要求28至30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中當(dāng)耙耕時(shí)所述上硬殼具有約I英寸至約4英寸的厚度。
32.權(quán)利要求28至31中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述耙耕通過以下方式進(jìn)行提供耙耕設(shè)備并將所述耙耕設(shè)備縱向移置，以使得所述排水犁溝在與所述傾斜的底部表面基本上相同的方向上縱向延伸。
33.權(quán)利要求28至32中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述耙耕設(shè)備是圓盤耙，所述圓盤耙包括多個(gè)一定尺寸的圓盤，所述尺寸使得所述圓盤穿透至所述干燥的上硬殼下面并進(jìn)入至其下的潮濕區(qū)域中。
34.權(quán)利要求I至33中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使所述沉積物維持原狀，直到所述沉積物具有足以用于進(jìn)行所述沉積物的濕挖掘的剪切強(qiáng)度；以及在第二干燥區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行處理。
35.權(quán)利要求I至34中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使所述沉積物在所述沉積池內(nèi)維持原狀并干燥至至少約75重量％固體。
36.權(quán)利要求I所述的方法，所述方法還包括 將絮凝劑引入至所述細(xì)尾礦中，以使所述絮凝劑溶液分散并且開始所述細(xì)尾礦的絮凝; 在沉積之前，對(duì)所述細(xì)尾礦進(jìn)行絮凝調(diào)節(jié)，以使絮凝物形成并重排，并增加屈服剪切應(yīng)力，從而產(chǎn)生絮凝的細(xì)尾礦；以及 對(duì)所述絮凝的細(xì)尾礦進(jìn)行水釋出調(diào)節(jié)，以刺激水的釋出，同時(shí)避免所述絮凝物的過度剪切。
37.權(quán)利要求36所述的方法，其中在絮凝之前以管線內(nèi)流形式提供所述油砂細(xì)尾礦，將包含所述絮凝劑的絮凝劑溶液連續(xù)地引入至所述管線內(nèi)流中，并且在管線內(nèi)也進(jìn)行絮凝調(diào)節(jié)。
38.權(quán)利要求36或37所述的方法，其中所述水釋出調(diào)節(jié)的至少一部分在管線內(nèi)進(jìn)行。
39.權(quán)利要求36或37所述的方法，其中所述水釋出調(diào)節(jié)的至少一部分對(duì)所述沉積池內(nèi)的所述沉積物進(jìn)行。
40.權(quán)利要求36或37所述的方法，其中 將所述絮凝劑經(jīng)由管線內(nèi)混合器引入至所述細(xì)尾礦中； 提供多個(gè)沉積池，每個(gè)沉積池與所述混合器經(jīng)由相應(yīng)的管線流體連接； 對(duì)于所述沉積池中的至少ー個(gè)，所述相應(yīng)的管線提供充分的管線內(nèi)水釋出調(diào)節(jié)以刺激水的釋出，同時(shí)避免在沉積所述絮凝的細(xì)尾礦之前所述絮凝物的過度剪切；以及 對(duì)于所述沉積池中的至少另ー個(gè)，相應(yīng)的其它管線在沉積之前提供不充分的管線內(nèi)水釋出調(diào)節(jié)，并且因此所述水釋出調(diào)節(jié)還包括在相應(yīng)的沉積池中機(jī)械剪切所述沉積物。
41.權(quán)利要求40所述的方法，其中機(jī)械剪切所述沉積物包括犁耕所述絮凝的細(xì)尾礦，從而將所述改性細(xì)尾礦鋪展在所述沉積池上并提供水釋出調(diào)節(jié)。
42.一種用于干燥油砂細(xì)尾礦的方法，所述方法包括 提供沉積池，所述沉積池包括 頭部區(qū)； 趾部區(qū)，所述趾部區(qū)與所述頭部區(qū)隔開；以及 傾斜的底部表面，所述傾斜的底部表面從所述頭部區(qū)延伸至所述趾部區(qū)，以使得所述趾部區(qū)位于低于所述頭部區(qū)的高度； 在所述沉積池的頭部區(qū)沉積絮凝的細(xì)尾礦，以形成經(jīng)過積累并在所述傾斜的底部表面向下移動(dòng)的沉積物，所述沉積物形成積累區(qū)域和較低區(qū)域；以及 當(dāng)沉積物潮濕時(shí)犁耕所述沉積物以將所述改性細(xì)尾礦從所述積累區(qū)域向所述較低區(qū)域鋪展，以確保水釋出調(diào)節(jié)，同時(shí)避免過度剪切，并且保持所述絮凝的細(xì)尾礦的足夠的剪切強(qiáng)度以使其維持原狀。
43.權(quán)利要求42所述的方法，其中所述犁耕通過提供犁耕設(shè)備進(jìn)行，所述犁耕設(shè)備包括橫梁和移置工具，所述橫梁在所述積累區(qū)域延伸穿越所述沉積池，所述移置工具用于將所述橫梁向所述較低區(qū)域移置，從而使絮凝的細(xì)尾礦與所述橫梁，以改變所述絮凝的細(xì)尾礦的位置。
44.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述橫梁包括面向所述移置方向的凹面。
45.權(quán)利要求43或44所述的方法，其中操作所述犁耕設(shè)備以提供從所述積累區(qū)域至所述較低區(qū)域的單次犁耕掃掠。
46.權(quán)利要求42至45中的任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行所述犁耕以形成從所述頭部區(qū)至所述趾部區(qū)的基本上均勻厚度的沉積物。
47.權(quán)利要求42至46中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述絮凝的細(xì)尾礦是在管線中生產(chǎn)的，并且在沉積之前在所述管線內(nèi)包含一部分的釋出水。
48.權(quán)利要求42至47中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括在所述犁耕之后，允許所述沉積物部分干燥以形成干燥的上硬殼，并且之后耙耕所述沉積物以破壞所述干燥的上硬殼。
49.權(quán)利要求42所述的方法，所述方法還包括 將絮凝劑引入至所述細(xì)尾礦中，以使所述絮凝劑溶液分散并且開始所述細(xì)尾礦的絮凝; 在沉積之前，對(duì)所述細(xì)尾礦進(jìn)行絮凝調(diào)節(jié)，以使絮凝物形成并重排，并增加屈服剪切應(yīng)力，從而產(chǎn)生絮凝的細(xì)尾礦；以及 對(duì)所述絮凝的細(xì)尾礦部分地在管線中進(jìn)行水釋出調(diào)節(jié)，以刺激水的釋出，同時(shí)避免所述絮凝物的過度剪切。
50.權(quán)利要求49所述的方法，其中作為管線內(nèi)流提供所述油砂細(xì)尾礦，將包含所述絮凝劑的所述絮凝劑溶液連續(xù)地引入至所述管線內(nèi)流中，并且所述絮凝調(diào)節(jié)在管線內(nèi)進(jìn)行。
51.權(quán)利要求49或50所述的方法，其中 將所述絮凝劑在管線內(nèi)混合器處引入至所述細(xì)尾礦中； 提供多個(gè)沉積池，每個(gè)沉積池與所述混合器經(jīng)由相應(yīng)的管線流體連接； 對(duì)于所述沉積池中的至少ー個(gè)，所述相應(yīng)的管線在沉積所述絮凝的細(xì)尾礦之前提供充分的管線內(nèi)水釋出調(diào)節(jié)，以刺激水的釋出，同時(shí)避免所述絮凝物的過度剪切；以及 對(duì)于所述沉積池中的至少另ー個(gè)，相應(yīng)的其它管線在沉積之前提供不充分的管線內(nèi)水釋出調(diào)節(jié)，并且因此所述水釋出調(diào)節(jié)還包括犁耕以同時(shí)鋪展并機(jī)械剪切所述的沉積池內(nèi)的所述沉積物。
52.權(quán)利要求51所述的方法，其中在每個(gè)沉積池中選擇性地進(jìn)行所述犁耕以對(duì)每個(gè)相應(yīng)的沉積物提供充分的水釋出調(diào)節(jié)。
53.一種用于干燥油砂細(xì)尾礦的方法，所述方法包括 將包含絮凝的細(xì)尾礦的化學(xué)改性的細(xì)尾礦沉積至沉積池中，以便形成維持原狀的沉積物； 使所述維持原狀的沉積物部分脫水并干燥以形成干燥的上硬売； 耙耕所述維持原狀的沉積物以破壞所述干燥的上硬殼，暴露其下的潮濕區(qū)域，并且在所述維持原狀的沉積物中建立犁溝。
54.權(quán)利要求53所述的方法，其中所述上硬殼具有約I英寸至約4英寸的厚度。
55.權(quán)利要求53或54所述的方法，其中通過所述耙耕建立的所述犁溝是用于來自所述潮濕區(qū)域的水釋出和降水排水的排水犁溝。
56.權(quán)利要求55所述的方法，其中所述沉積池包括 頭部區(qū)，在所述頭部區(qū)處沉積所述改性的細(xì)尾礦； 趾部區(qū)，所述趾部區(qū)與所述頭部區(qū)隔開一定長(zhǎng)度；以及 傾斜的底部表面，所述傾斜的底部表面從所述頭部區(qū)延伸至所述趾部區(qū)，以使得所述趾部區(qū)位于低于所述頭部區(qū)的高度。
57.權(quán)利要求56所述的方法，其中所述排水犁溝在與所述傾斜的底部表面基本上相同的方向縱向延伸。
58.權(quán)利要求57所述的方法，其中通過提供耙耕設(shè)備進(jìn)行所述耙耕，并且從所述沉積池的頭至趾縱向移置所述耙耕設(shè)備，以使得所述排水犁溝在與所述傾斜的底部表面基本上相同的方向上延伸。
59.權(quán)利要求53至58中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述耙耕設(shè)備是圓盤耙，所述圓盤耙包括多個(gè)一定尺寸的圓盤，所述尺寸使得所述圓盤穿透至所述干燥的上硬殼下方并進(jìn)入至其下的潮濕區(qū)域中。
60.權(quán)利要求53至59中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述改性細(xì)尾礦是在管線中產(chǎn)生的，并且在沉積之前在所述管線內(nèi)包含絮凝的細(xì)尾礦和一部分的釋出水。
61.權(quán)利要求53至60中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括在耙耕之前，當(dāng)沉積物潮濕時(shí)犁耕所述沉積物以將所述改性細(xì)尾礦從積聚區(qū)域向較低區(qū)域鋪展，同時(shí)保持所述改性細(xì)尾礦的足夠的剪切強(qiáng)度以使其維持原狀。
62.權(quán)利要求I至61中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法與在本文中進(jìn)ー步描述、說明或定義的相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于通過沉積和耕整技術(shù)干燥被處理為包含絮凝的細(xì)尾礦的油砂細(xì)尾礦的方法。本發(fā)明提供具有傾斜的底部表面的沉積池，并將絮凝的細(xì)尾礦沉積以使其在池中經(jīng)歷無溝流前進(jìn)，同時(shí)能夠?qū)⑨尦龅乃懦觥．?dāng)沉積物不平坦時(shí)，可以將它犁耕?？梢栽跐竦臅r(shí)候犁耕沉積物用于鋪展并確保對(duì)其進(jìn)行水釋出調(diào)節(jié)，同時(shí)避免過度剪切，并保持足夠的剪切強(qiáng)度以使其維持原狀。一旦形成干燥的上硬殼，可以耙耕所述沉積物以破壞所述硬殼，暴露其下的潮濕區(qū)域，并且在所述維持原狀的沉積物中形成犁溝。該方法改善了油砂中熟化細(xì)尾礦的脫水和干燥。
文檔編號(hào)C10G1/04GK102695551SQ200980163191
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者帕特里克·肖恩·韋爾斯, 托馬斯·查理·哈恩, 斯蒂芬·約瑟夫·揚(yáng), 特雷弗·巴格, 胡格斯·羅伯特·奧尼爾, 賈米·伊斯特伍德, 阿德里安·彼得·雷溫頓, 馬文·哈維·韋斯 申請(qǐng)人:順科能源公司