使用官能化聚合物在尾礦中進行礦物回收的製作方法

2023-10-08 21:49:59 1

使用官能化聚合物在尾礦中進行礦物回收的製作方法
【專利摘要】本文公開了一種用於捕集尾礦中的礦物顆粒的設備和方法。所述設備可採用過濾器、傳送帶、捕集板或葉輪的形式，所述過濾器、傳送帶、捕集板或葉輪被配置成在將浮選工藝的尾礦排放到尾礦庫中之前和/或之後與所述尾礦接觸。所述過濾器、傳送帶、捕集板或葉輪具有由合成材料製成或塗有所述合成材料的捕集區域或表面，所述合成材料具有官能團，所述官能團例如具有吸引所述目標礦物顆粒的電離鍵。或者，所述合成材料具有使得所述捕集區域具有疏水性的疏水性分子。當將所述尾礦中的所述目標礦物顆粒與捕集劑分子組合時，所述目標礦物顆粒也可能變得具有疏水性。所述疏水性目標礦物顆粒會被吸引到所述疏水性捕集區域或表面上。所述過濾器、傳送帶、捕集板以及葉輪可具有多個通道或合成珠粒，以便增加接觸表面。
【專利說明】使用官能化聚合物在尾礦中進行礦物回收
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年5月25日提交的美國臨時專利申請號61/489，893和2011年9月12日提交的美國臨時專利申請號61/533，544的權益，所述申請均以引用的方式整體併入本文。
[0003]本申請還涉及以下八項PCT申請，所述PCT申請都於2012年5月25日同時提交，並且都要求上述於2011年5月25日提交的美國臨時專利申請號61/489，893和上述於2011年9月12日提交的美國臨時專利申請號61/533，544的權益，並且都以引用的方式整體併入以便包括彼此的主題在內，所述PCT申請如下:
[0004]PCT 申請號_(代理人案號 712-002.356-1)，名稱為 「Flotation
separation using lightweight synthetic bubbles and beads，，；
[0005]PCT 申請號__(代理人案號 712-002.359-1)，名稱為 「Mineral separation using functionalized polymer membranes，，；
[0006]PCT 申請號__(代理人案號 7I2-OO2.359-2)，名稱為 「Mineral
separation using sized, weighted and magnetized beads，，；
[0007]PCT 申請號__(代理人案號 712-002.382)，名稱為 「Synthetic
bubbles/beads functionalized with molecules for attracting or attaching to mineralparticles of interest，，；
[0008]PCT 申請號_(代理人案號 712-002.383)，名稱為 「Method and system
for releasing mineral from synthetic bubbles and beads，，；
[0009]PCT 申請號_(代理人案號 712-002.384)，名稱為「Synthetic bubbles
and beads having hydrophobic surface，，；
[0010]PCT申請號_(代理人案號712-002.385)，名稱為「Mineral
separation using functionalized filters and membranes，，；以及
[0011]PCT 申請號_(代理人案號 712-002.387)，名稱為 「Techniques for
transporting synthetic beads or bubbles In a flotation cell or column，，。
【技術領域】
[0012]本發明總體上涉及一種用於將混合物(如浮選工藝的尾礦)中有價值的材料與不需要的材料相分離的方法和設備。
【背景技術】
[0013]在許多工業過程中，使用浮選法將有價值或所需的材料與不需要的材料相分離。舉例來說，在這個過程中，將水、有價值的材料、不需要的材料、化學品以及空氣的混合物放入浮選池中。使用所述化學品使所需的材料具有疏水性，而使用空氣將所述材料攜帶到浮選池的表面。當疏水性材料與氣泡相碰撞時，它們會彼此粘附。氣泡會攜帶所需材料與之一起上升到表面。[0014]浮選池的性能取決於池中捕集區內的氣泡表面積通量。氣泡表面積通量取決於氣泡的尺寸和空氣注入速率。控制氣泡表面積通量從傳統上來講十分困難。這是個多變量控制問題並且不存在用於控制的可靠的實時反饋機制。
[0015]泡沫浮選法是一種用於選擇性分離疏水性材料與親水性材料的方法。所述方法適於並且應用於多種多樣有待分離的材料，並且已針對不同的應用採用了另外的捕集劑，包括表面活性劑和合成化合物在內。浮選法用於在進一步精煉之前對多種硫化物、碳酸鹽以及氧化物進行分離。也可以通過浮選技術來提高磷酸鹽和煤的品位(純化)。泡沫浮選法開始是進行破碎(即粉碎和研磨)，用於增加礦石的表面積以進行隨後的處理。礦石包括所需的礦物和其它不需要的材料(被稱為脈石)。將礦石研磨成精細粉末的過程被稱為解離。然後將精細粉末礦石與水混合以形成礦漿漿料。通過添加表面活性劑或捕集劑化學品來使所需的礦物具有疏水性。具體的化學品取決於正精煉何種礦物。然後將這種含疏水性礦物顆粒和親水性脈石顆粒的漿料(更恰當地被稱為礦漿)放入浮選柱或水平管線中，在所述浮選柱或水平管線中將精礦與含有脈石的尾礦分離。為了有效用於給定的礦石漿料，基於捕集劑對有待分離的顆粒類型的選擇性潤溼作用來選擇捕集劑。良好的捕集劑將與所述類型顆粒中的一種發生物理或化學吸附。在用於選礦的浮選迴路中，將不同的浮選試劑添加到調和槽中的礦石與水的混合物(被稱為礦漿)中。流速和槽尺寸經過設計以給予礦物足夠的時間來活化。將調和礦漿送入一組粗選池中，所述粗選池以精礦形式提取大部分的所需礦物。將粗選礦漿通到一組掃選池中，在所述掃選池中可能添加了另外的試劑。通常使掃選池泡沫返回到粗選池中以進行另外的處理，但在某些情況下，可能送到特殊的精選池中。掃選礦漿通常是足夠貧瘠的而可以作為尾礦被丟棄。更複雜的浮選迴路具有幾組精選池和再精選池，並且中間對礦漿或精礦進行再研磨。在圖1中描繪了一種典型的漿料處理系統。如圖1中所示，通過多個浮選池10對礦漿漿料8進行處理並且將尾礦12丟棄在尾礦庫或尾礦壩100中。如果可對處理過的漿料9進行進一步處理以回收礦物，那麼可使用另一個浮選池10來重複所述過程。當在最後一個浮選池10中對處理過的漿料9進行處理時，泡沫浮選法對於礦物捕集來說總體上不再是一種有效或可行的方法。由於多種其它因素，多達15%的解離礦物沒有被回收而作為脈石被丟棄在尾礦庫或尾礦壩100中。
[0016]在工業中需要提供一種更好的方式來將所丟棄的尾礦中有價值的材料與不需要的材料相分離。

【發明內容】

[0017]方法
[0018]根據一些實施方案，本發明可採用如下方法的形式，所述方法包括以下步驟:提供經過合成材料官能化的捕集設備，所述合成材料包含多個分子，所述分子具有被配置成將目標礦物顆粒捕集到捕集設備的表面上的官能團；以及使捕集設備與具有目標礦物顆粒的尾礦接觸，所述尾礦例如包括來自浮選工藝的尾礦。
[0019]根據本發明的一些實施方案，所述官能團可包括用於使目標礦物顆粒與所述分子鍵合的離子或電荷物質。官能團可包括但不限於羧酸、硫酸鹽、磺酸鹽、黃原酸鹽、二硫代磷酸鹽、硫氨酯、硫脲、黃原、單硫代磷酸鹽、氫醌以及聚胺中的一種或多種離子。合成材料可選自由以下組成的組:聚醯胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚縮醛、聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛樹脂以及聚二甲基矽氧烷。所述清單未必詳盡。
[0020]根據本發明的一些實施方案，所述官能團可以被配置成使得捕集設備的表面具有疏水性。舉例來說，合成材料可選自由以下組成的組:聚苯乙烯、聚((1，1-丙交酯)、聚(二甲基矽氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸物、聚乙烯、疏水改性乙基羥乙基纖維素、聚矽氧烷、烷基矽烷以及氟烷基矽烷。所述清單未必詳盡。目標礦物顆粒上可粘附有一個或多個疏水性分子鏈段。所述方法還可進一步包括在尾礦中提供捕集劑分子，每個捕集劑分子包含第一端和第二端，所述第一端包含被配置成粘附目標礦物顆粒的官能團，所述第二端包含疏水性分子鏈段，包括捕集劑分子為黃原酸鹽的情況在內。合成材料可包括矽氧烷衍生物或聚矽氧烷或羥基封端的聚二甲基矽氧烷。
[0021]根據本發明的一些實施方案，所述方法可包括將尾礦排放到排放區域中，並且使捕集設備在排放尾礦之前或之後與尾礦接觸。
[0022]根據本發明的一些實施方案，捕集設備在捕集區域中可包括多個通道，其中所述通道包括用合成材料配置的捕集表面，並且所述方法可進一步包括使至少一部分尾礦移動穿過所述通道，以便允許目標礦物顆粒與所述通道中的捕集表面上的分子接觸。舉例來說，所述通道可包括用於提供捕集表面的多種纖維。
[0023]根據本發明的一些實施方案，捕集設備可包括捕集板，所述捕集板具有用合成材料配置的捕集表面，並且所述方法可進一步包括使至少一部分尾礦在所述捕集板上移動，以便允許目標礦物顆粒與捕集表面上的分子接觸。
[0024]根據本發明的一些實施方案，捕集設備可包括用於提供用合成材料配置的捕集表面的多個固相體。
[0025]根據本發明的一些實施方案，捕集設備可被配置成與尾礦接觸一段時間，以提供含有礦物顆粒的富集的捕集表面，並且所述方法可進一步包括使捕集設備與尾礦分離；以及從所述富集的捕集表面釋放目標礦物顆粒。舉例來說，釋放步驟可包括使富集的捕集表面與PH值在O至7範圍內的液體接觸，或將所述富集的捕集表面至少部分地浸沒在液體中並且在所述液體中施加超聲波，以在所述g集的捕集表面上提供超聲波振湯。
[0026]系統
[0027]根據一些實施方案，本發明可採用如下系統的形式，所述系統的特點在於:捕集處理器，所述捕集處理器被配置成接收浮選工藝的尾礦，所述尾礦具有目標礦物顆粒；以及位於所述捕集處理器中的至少一個捕集設備，所述捕集設備包括用官能化聚合物配置的捕集表面，所述官能化聚合物包含多個分子，所述分子具有被配置成將目標礦物顆粒吸引到捕集表面上的官能團。
[0028]根據本發明的一些實施方案，所述官能團可包括用於使目標礦物顆粒與所述分子鍵合的電離鍵。舉例來說，合成材料可選自由以下組成的組:聚醯胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚縮醛、聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛樹脂以及聚二甲基矽氧烷。
[0029]根據本發明的一些實施方案，所述官能團可被配置成使得捕集區域具有疏水性。舉例來說，合成材料可選自由以下組成的組:聚苯乙烯、聚(d，1-丙交酯)、聚(二甲基矽氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸物、聚乙烯、疏水改性乙基羥乙基纖維素、聚矽氧烷、烷基矽烷以及氟烷基矽烷。此外，目標礦物顆粒上可粘附有一個或多個疏水性分子鏈段，並且尾礦具有多個分子，每個捕集劑分子包含第一端和第二端，所述第一端包含被配置成粘附目標礦物顆粒的官能團，所述第二端包含疏水性分子鏈段。合成材料可包括矽氧烷衍生物或聚矽氧烷或羥基封端的聚二甲基矽氧烷。
[0030]根據本發明的一些實施方案，捕集表面可被配置成與尾礦接觸一段時間，以提供捕集設備中含有目標礦物顆粒的富集的捕集表面，並且所述系統可進一步包括釋放處理器，所述釋放處理器被配置成接收具有富集的捕集表面的捕集設備，所述釋放處理器進一步被配置成提供用於從富集的捕集表面釋放目標礦物顆粒的釋放介質。舉例來說，所述釋放介質可包括被配置成與富集的捕集表面接觸的液體，所述液體的PH值的範圍為O至7。所述釋放介質還可包括被配置成與富集的捕集表面接觸的液體，並且所述系統可進一步包括超聲源，所述超聲源被配置成向富集的捕集區域施加超聲波，以從富集的捕集表面釋放目標礦物顆粒。
[0031]至少部分基於官能化聚合物的實施方案
[0032]根據本發明的一些實施方案，本發明可提供使用官能化聚合物進行的礦物分離技術。舉例來說，本發明可採用使用這類官能化聚合物從尾礦中回收有價值的材料或礦物的新型機器和方法的形式。具體來說，可使用各種官能化聚合物來吸引尾礦中有價值的材料或目標礦物顆粒，這與本文所闡述的內容相符。可使所述尾礦與已經過設計來吸引目標礦物的官能化聚合物表面接觸。官能化聚合物表面可包括例如合成氣泡或珠粒，這與專利申
請序列號_中所闡述的內容相符，所述專利申請於_提交，要求上
述美國臨時專利申請號61/489，893的權益，並且薄膜或薄膜結構可以採用葉輪、傳送帶、過濾器組件或平板的形式，這與上述美國臨時專利申請號61/533，544中所述內容相符。
[0033]可以洗掉不需要的材料而在官能化聚合物表面上僅留下需要的材料或礦物，或者可以將含有官能化聚合物表面的薄膜結構與不需要的材料相分離。可以通過與浮選、粒選、重力分離和/或磁力分離相關的技術進行這種分離。然後對富集的表面進行處理以便釋放和捕集礦物。然後可以將官能化聚合物表面重複使用。
[0034]根據本發明的一些實施方案，可在塗有官能化聚合物的構件上提供官能化聚合物表面。塗有官能化聚合物的構件可採用塗有官能化聚合物的傳送帶的形式，所述傳送帶被配置成在回收處理器與釋放處理器之間運行。塗有官能化聚合物的傳送帶可由網狀材料製成。在回收處理器中，塗有官能化聚合物的傳送帶被配置成增加尾礦與官能化聚合物之間的接觸。
[0035]塗有官能化聚合物的構件可採用塗有官能化聚合物的捕集過濾器的形式，所述捕集過濾器被配置成放置在回收處理器中或在回收處理器中移動以便增加尾礦與官能化聚合物之間的接觸。塗有官能化聚合物的構件可採用薄膜或柔軟易彎曲的薄片或薄層的形式。
[0036]塗有官能化聚合物的構件可採用塗有官能化聚合物的捕集板的形式，所述捕集板被配置成放置在回收處理器中或在回收處理器中移動以便增加尾礦與官能化聚合物之間的接觸。塗有官能化聚合物的構件可採用易彎曲的薄片或剛性板的形式。[0037]塗有官能化聚合物的構件可採用塗有官能化聚合物的葉輪葉片的形式，所述葉輪葉片被配置成放置在回收處理器中或在回收區與釋放區之間移動。
[0038]組合的捕集劑/疏水性珠粒/氣泡
[0039]根據本發明的一些實施方案，合成氣泡或珠粒的一部分表面可被配置成連接有分子，其中所述分子包含捕集劑。
[0040]根據本發明的一些實施方案，合成氣泡或珠粒的一部分表面可被配置成連接有分子，其中所述分子包含捕集劑，而合成氣泡或珠粒的另一部分表面可被配置成具有疏水性。
[0041]根據本發明的一些實施方案，合成氣泡或珠粒的一部分表面可被配置成具有疏水性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]現參考附圖，所述附圖未必按比例繪製，根據以下說明性實施方案的詳細描述結合附圖將更充分理解本發明的前述和其它特點和優點，在附圖中，相同元件的標號相同:
[0043]圖1是現有技術的漿料處理系統的示意圖。
[0044]圖2a至圖2d是根據本發明的一些實施方案的用於尾礦處理的總體方案的示意圖。
[0045]圖3a是根據本發明的一些實施方案的被配置成具有結合釋放處理器一起操作的塗有官能化聚合物的傳送帶的回收處理器的示意圖。
[0046]圖3b是根據本發明的一些實施方案的被配置成具有多個過濾器的回收處理器的示意圖，所述過濾器具有官能化聚合物表面以在分批方法中捕集有價值的材料。
[0047]圖3c是根據本發明的一些實施方案的被配置成具有多個捕集板的回收處理器的示意圖，所述捕集板具有官能化聚合物表面以在分批方法中捕集有價值的材料。
[0048]圖4是根據本發明的一些實施方案的釋放處理器的示意圖。
[0049]圖5a是根據本發明的一些實施方案的一段傳送帶的圖示。
[0050]圖5b是根據本發明的一些實施方案的過濾器的圖示。
[0051]圖5c是根據本發明的一些實施方案的捕集板的圖示。
[0052]圖6a至圖6d圖解了根據本發明的一些實施方案的捕集板的各種表面特徵。
[0053]圖7a至圖7f圖解了根據本發明的一些實施方案的過濾器和傳送帶的各種表面特徵。
[0054]圖8a圖解了根據本發明的一些實施方案的用於吸引礦物顆粒的連接至纖維的多個官能團。
[0055]圖Sb圖解了根據本發明的一些實施方案的用於吸引礦物顆粒的連接至纖維的多個疏水性分子。
[0056]圖Sc圖解了根據本發明的一些實施方案的用於吸引非礦物顆粒的連接至纖維的多個疏水性分子。
[0057]圖9a圖解了根據本發明的一些實施方案的用於吸引礦物顆粒的連接至邊緣或表面的多個官能團。
[0058]圖9b圖解了根據本發明的一些實施方案的用於吸引礦物顆粒的連接至邊緣或表面的多個疏水性分子。[0059]圖9c圖解了根據本發明的一些實施方案的用於吸引非礦物顆粒的連接至邊緣或表面的多個疏水性分子。
[0060]圖1Oa圖解了根據本發明的一些實施方案的使用多個合成珠粒或氣泡捕集浮選工藝的尾礦中有價值的材料的過濾器。
[0061]圖1Ob圖解了根據本發明的一些實施方案的使用多個合成珠粒或氣泡捕集浮選工藝的尾礦中有價值的材料的捕集板。
[0062]圖1Oc圖解了根據本發明的一些實施方案的可用作過濾器捕集浮選工藝的尾礦中有價值的材料的一袋合成珠粒。
[0063]圖1la圖解了根據本發明的一些實施方案的經過官能化以吸引疏水性顆粒的合成珠粒。
[0064]圖1lb是根據本發明的一些實施方案的經過官能化以吸引潤溼的礦物顆粒的合成珠粒的放大的表面部分。
[0065]圖1lc是根據本發明的一些實施方案的經過官能化以吸引非礦物疏水性顆粒的合成珠粒的放大的表面部分。
[0066]圖12a圖解了根據本發明的一些實施方案的具有用於吸引礦物顆粒的官能團的合成珠粒。
[0067]圖12b是根據本發明的一些實施方案的經過官能化以吸引礦物顆粒的合成珠粒的放大的表面部分。
[0068]圖13圖解了根據本發明的一些實施方案的尾礦庫，其中多個塗有官能化聚合物的表面被配置成在所述尾礦庫中吸引有價值的材料。
[0069]圖14包括圖14a，圖14a是根據本發明的一些實施方案的分離處理器的呈示意圖形式的局部剖面側視圖，所述分離處理器被配置成具有內部布置有塗有官能化聚合物的葉輪的兩個腔室、儲槽或管柱；並且包括圖14b，圖14b是根據本發明的一些實施方案的塗有官能化聚合物的葉輪的呈示意圖形式的局部截面頂視圖，所述塗有官能化聚合物的葉輪在粘附腔室、儲槽或管柱內所容納的富於粘附的環境中移動，並且還在釋放腔室、儲槽或管柱內所容納的富於釋放的環境中移動。
[0070]圖15是根據本發明的一些實施方案的分離處理器的示意圖，所述分離處理器被配置成具有內部布置有塗有官能化聚合物的傳送帶的兩個腔室、儲槽或管柱。
[0071]圖16是根據本發明的一些實施方案的分離處理器的示意圖，所述分離處理器被配置成具有塗有官能化聚合物的過濾器組件，所述過濾器組件在半連續分批方法中在兩個腔室、儲槽或管柱之間移動。
[0072]圖17a示出了根據本發明的一些實施方案，大礦物顆粒被吸引至過濾器表面上所提供的多個官能團上。
[0073]圖17b示出了根據本發明的一些實施方案，大礦物顆粒被吸引至分子主鏈上所提供的多個官能團上。
[0074]圖17c示出了根據本發明的一些實施方案，潤溼的大礦物顆粒被吸引至過濾器表面上的多個疏水性分子上。
[0075]圖18a圖解了根據本發明的一些實施方案的同時粘附多個小得多的合成珠粒的礦物顆粒。[0076]圖18b圖解了根據本發明的一些實施方案的同時粘附多個略微更大的合成珠粒的礦物顆粒。
[0077]圖19a圖解了根據本發明的一些實施方案的同時粘附多個小得多的疏水性合成珠粒的潤溼的礦物顆粒。
[0078]圖19b圖解了根據本發明的一些實施方案的同時粘附多個略微更大的疏水性合成珠粒的潤溼的礦物顆粒。
【具體實施方式】
[0079]圖2a至圖2d:尾礦處理
[0080]舉例來說，可在尾礦庫中或在浮選工藝結束與尾礦庫之間的位置中對來自浮選工藝的尾礦進行處理。根據本發明的一些實施方案，提供了一種方法或技術來使用可經過合成材料官能化的捕集設備來回收尾礦中或形成尾礦的一部分的有價值的材料或目標礦物顆粒，所述合成材料包含多個分子，所述分子具有被配置成將目標礦物顆粒吸引到捕集設備的表面上的官能團。所述方法或技術包括使捕集設備與具有目標礦物顆粒的尾礦接觸，所述尾礦包括來自浮選工藝的尾礦。本文闡述了用於使捕集設備與尾礦接觸的眾多技術或方式。
[0081]根據本發明的一些實施方案，所述官能團可包括用於使礦物顆粒與所述分子鍵合的電離鍵。根據本發明的一些實施方案，所述官能團可使得捕集區域或表面具有疏水性，以便吸引疏水性目標礦物顆粒。在本說明書中，術語「官能化合成材料」、「合成材料」以及「官能化聚合物」可互換使用。術語「有價值的材料」、「有價值的礦物」以及「目標礦物顆粒」也可互換使用。術語「聚合物」意指由具有相同或相似結構的多個單元連接於一起所構成的大分子。
[0082]在圖2a所示的實施方案中，在從最後一個浮選池10向尾礦庫或尾礦壩100排放尾礦12之後，可將官能化聚合物20放入尾礦庫中，以便捕集尾礦庫中有價值的目標材料。
[0083]在圖2b所示的實施方案中，可在位於最後一個浮選池10附近的回收處理器50中使用官能化聚合物30以處理尾礦12，以便在回收處理器50中捕集有價值的目標材料。然後，將處理過的尾礦14運送到尾礦庫或尾礦壩100中。
[0084]在圖2c所示的實施方案中，可將回收處理器50安置在尾礦庫100附近。回收處理器50可使用官能化聚合物30來處理尾礦12。然後，可將處理過的尾礦14排放到尾礦庫或尾礦壩100中。
[0085]在圖2d所示的實施方案中，可使用官能化聚合物30在回收處理器50中捕集目標礦物顆粒並且可在尾礦庫100中使用官能化聚合物20。
[0086]舉例來說，官能化聚合物20、30可包括圖3a_3c、圖5a_5c、圖6a_6d、圖7a_7f、圖8a_9c、圖11a、圖12a中所示的塗有官能化聚合物的捕集區域或表面。
[0087]圖3a至圖3c:回收處理器中的官能化聚合物
[0088]舉例來說，可在回收處理器中的捕集設備上提供根據一些實施方案的官能化聚合物30(圖2c至圖2d)。捕集設備可包括塗有官能化聚合物的捕集區域或表面。捕集設備可採用許多不同的形式，並且本發明的範圍並不意圖受限於其目前已知或者未來將開發的任何具體類型或種類。舉例來說，捕集設備可採用傳送帶、過濾器以及捕集板的形式。[0089]在圖3a所示的實施方案中，傳送帶120的一面或兩面可塗有官能化聚合物或由官能化聚合物製成。在將尾礦12接收到回收處理器50中時，使得尾礦與傳送帶120的表面接觸，所述傳送帶沿回收處理器50與釋放處理器70之間的連續環路移動。在釋放處理器70中將藉助於低pH值環境和/或藉助於超聲波振蕩從傳送帶上釋放在回收處理器50中粘附到傳送帶120的表面上的有價值的材料或目標礦物顆粒。如圖3a中所示，可在釋放處理器70中提供一個或多個超聲源72，以便向傳送帶的表面施加超聲波振蕩。釋放處理器中的PH值的範圍可為O至7。在回收處理器50中處理後，可將處理過的尾礦14運送到尾礦庫中或直接排放到尾礦庫中。或者，可將處理過的尾礦14接收到另一個回收處理器50中以進行進一步處理。
[0090]在圖3b所示的實施方案中，可以使用一組多個過濾器220。過濾器220中的每一個可具有多個通道(參見圖7a至圖7e)，以便允許尾礦12穿過。所述通道可用於提供捕集區域或表面(參見圖8a至圖9c)，所述捕集區域或表面被配置成在尾礦穿過通道時與尾礦接觸。通道中的捕集區域或表面可塗有官能化聚合物或由官能化聚合物製成。當尾礦從回收處理器50的一端穿過過濾器220移動至另一端時，官能化聚合物的分子被配置成吸引尾礦中的目標礦物顆粒。當過濾器220已捕集了一定量的目標礦物顆粒時，可以每次從回收處理器50中取出一個或一些過濾器220，以便釋放所述過濾器上所捕集的礦物顆粒。
[0091]在圖3c所示的實施方案中，多個捕集板320可以被布置成某種型態，以便增加回收處理器50中的尾礦與捕集板320之間的接觸。捕集板320中的每一個可塗有官能化聚合物或由官能化聚合物製成。當尾礦從回收處理器50的一端穿過捕集板320移動至另一端時，官能化聚合物的分子被配置成吸引尾礦中的目標礦物顆粒。當捕集板320已捕集了一定量的礦物顆粒時，可以每次從回收處理器50中取出一個或一些捕集板320，以便釋放所述捕集板上所捕集的礦物顆粒。可以多種不同的方式釋放粘附到過濾器220或捕集板320上的礦物顆粒。舉例來說，可在低PH值環境中、通過超聲波振蕩、通過微波、通過紫外光照射或用熱的方式釋放所述礦物顆粒。舉例來說，可將捕集有礦物顆粒的過濾器220或捕集板320放入如圖4中所示的釋放站400中。可將過濾器200或捕集板放置在釋放設備410中，以便用由水容器424和酸容器422提供的酸與水的混合物進行洗滌。可使用一個或多個超聲源432從過濾器220或捕集板230上抖下所粘附的礦物顆粒。可將回收水427通回以重複使用。可從釋放設備410中獲取精礦440。
[0092]圖5a、圖5b以及圖5c:傳送帶、過濾器以及捕集板
[0093]舉例來說，傳送帶120 (圖3a)可被配置成具有捕集區域123以支撐官能化聚合物(圖5a)。過濾器220 (圖3b)可被配置成具有捕集區域223以支撐官能化聚合物(圖5b)。捕集板320 (圖3c)可被配置成具有捕集區域323以支撐官能化聚合物(圖5c)。當使傳送帶120、過濾器220以及捕集板320無論是在尾礦庫100中(圖2a至圖2d)還是在回收處理器50中(圖2b至圖2d、圖3a至圖3c)與尾礦接觸時，捕集區域123、223以及323可採用多種形式並且具有各種表面特徵(圖7a至圖7f)，以便捕集目標礦物顆粒。
[0094]圖6a至圖6d:表面結構
[0095]捕集板320的捕集區域323可採用多種不同的形式。舉例來說，如圖6a中所示，捕集板323的一面或兩面上的捕集區域323可為平滑表面。如圖6b中所示，捕集板323的一面或兩面上的捕集區域323可為具有不規則高度和型態的粗糙表面。如圖6c中所示，捕集板323的一面或兩面上的捕集區域323可具有凹槽和凹陷。捕集板323的一面或兩面上的捕集區域323可具有如圖6d中所示的毛髮狀結構。所述捕集區域可塗有官能化聚合物或由官能化聚合物製成，以便吸引目標礦物顆粒。圖6b至圖6d上的表面結構可被配置成增加捕集區域上的官能化聚合物與尾礦之間的接觸。
[0096]圖7a至圖7f:表面特徵
[0097]舉例來說，捕集區域123、223以及323(圖5a至圖5c)中的每一個可具有多個開口以允許尾礦12 (圖3a至圖3c)穿過，同時捕集所述尾礦中的至少一部分有價值的材料或目標礦物顆粒。開口內部的表面與開口周圍的表面或邊緣可具有官能化聚合物的分子，以便吸引礦物顆粒。那些表面被稱為捕集表面。舉例來說，捕集區域123、223以及323上的開口可採用如圖7a中所示的洞或圓柱形通道701的形式。捕集區域123、223以及323上的開口可採用如圖7b中所示被布置成蜂窩狀的六邊形通道702的形式。捕集區域123、223以及323可具有如圖7c中所示的矩形網格703。捕集區域123、223以及323可包括如圖7d中所示的波紋狀薄片704的堆疊。捕集區域123、223以及323可包括如圖7e中所示的纖維狀結構705的不規則排列。捕集區域123和323可包括如圖7f中所示的平坦表面706。平坦表面706可以是平滑表面、紙狀表面或不光潔表面，而無較大的結構。捕集區域23、123以及223可由合成材料(如經過官能化而能夠吸引礦物顆粒的聚合物)製成。或者，僅捕集表面可塗有這種官能化聚合物，而傳送帶120、過濾器220以及捕集板320的大多數部分可由金屬、陶瓷、玻璃或不同的聚合物製成。
[0098]圖8a至圖9c:表面分子
[0099]舉例來說，纖維狀結構705 (圖7e)可經過官能化，以使得它們與分子73連接(圖8a、圖8b)。如圖7e中所示的纖維狀結構705可由如圖8a至圖8c中所示的單個纖維401、401』製成。在本發明的一個實施方案中，纖維401(圖8a)可由聚合物製成，所述聚合物具有多個分子73，以便提供官能團78和連接的分子鏈段76。黃原酸鹽例如同時具有有待併入到用於製造纖維401的聚合物中的官能團78和分子鏈段76兩者。官能團78也被稱為捕集劑，所述捕集劑以離子鍵或非離子鍵與礦物顆粒72鍵合。離子可以是陰離子或陽離子。陰離子包括但不限於氫氧基，如羧基、硫酸根和磺酸根；以及氫硫基，如黃原酸根和二硫代磷酸根。可用來提供官能團78的其它分子或化合物包括硫氨酯、硫脲、黃原、單硫代磷酸鹽、氫醌以及聚胺。在本發明的另一個實施方案中，纖維401塗有聚合物，所述聚合物具有分子73以便提供官能團78和連接的分子鏈段76。在具有這種塗層的情況下，纖維401可由玻璃、陶瓷、金屬、尼龍、棉或不同的聚合物製成。在圖8a中示出了纖維401和所連接的分子73的不意圖。
[0100]在本發明的一個不同的實施方案中，纖維401』(圖8b)可由聚合物製成，所述聚合物具有多個分子79，以使得纖維401』 (以及因此使得圖5a至圖5c中的捕集區域123、223以及323)具有疏水性。所述聚合物可以是疏水性材料,如聚苯乙烯、聚((1，1-丙交酯)、聚(二甲基矽氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸物、聚乙烯等。所述聚合物也可以是疏水改性聚合物，如疏水改性乙基羥乙基纖維素。或者，纖維401』可由玻璃、陶瓷、金屬、尼龍、棉或其它織物材料製成，並且塗有疏水性分子，如聚矽氧烷、烷基矽烷以及氟烷基矽烷。分子79使得纖維401』變得具有疏水性。因而，可將疏水改性的礦物顆粒72』吸引到疏水性纖維401』上。疏水改性或潤溼的礦物顆粒72』可包括礦物顆粒71和其上所粘附的一個或多個分子73。分子73或捕集劑可具有粘附礦物顆粒71的官能團78和疏水鏈或分子鏈段76。示出了疏水鏈或分子鏈段76與疏水性纖維401』之間的吸引作用的示意圖示出於圖Sb中。應了解，顆粒72』可與礦物無關並且可以是水體中的一些有害的顆粒。此外，疏水性纖維401』也可用於吸引非礦物顆粒。舉例來說，如果非礦物顆粒71』具有一個或多個疏水鏈或分子鏈段76，那麼非礦物顆粒71』也可被吸引到疏水性纖維401』上。示出了非礦物顆粒71』與疏水性纖維401』之間的吸引作用的示意圖示出於圖Sc中。因此，可在過濾器、葉輪或傳送帶(與圖4至圖6中所示的那些類似)中使用疏水性纖維401』以用於水汙染控制、水純化等。
[0101]開口或表面結構701、702、703、704(圖7a至圖7d)周圍的表面和邊緣可經過官能化以提供分子73(圖9a、圖％)。開口或表面結構701、702、703、704周圍的暴露表面和邊緣由如圖9a至圖9c中所示的表面部分403、403』來表示。表面部分403、403』的長度L可等於傳送帶120、過濾器220以及捕集板320的厚度(圖5a至圖5c)。正如圖8a中所示的纖維401 —樣，表面部分403可由聚合物製成，所述聚合物具有多個分子73以提供官能團78和連接的分子鏈段76。在一個不同的實施方案中，表面部分403可塗有聚合物，所述聚合物具有分子73以提供官能團78和連接的分子鏈段76。表面部分403可由玻璃、陶瓷、金屬、尼龍、棉或不同的聚合物製成。官能團78可用於吸引目標礦物顆粒72。在圖9a中示出了表面部分403和所連接的分子73的示意圖。
[0102]在本發明的一個不同的實施方案中，表面部分403』可由聚合物製成，所述聚合物具有多個分子79，所述分子使得表面部分403』 (以及因此使得圖5a至圖5c中的捕集區域123、223以及323)具有疏水性。正如圖8b和圖8c中所示的疏水性纖維401』 一樣，所述聚合物可以是疏水性材料，如聚苯乙烯、聚(d，1-丙交酯)、聚(二甲基矽氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸物、聚乙烯等。所述聚合物也可以是疏水改性聚合物，如疏水改性乙基羥乙基纖維素。或者，表面部分403』可由玻璃、陶瓷、金屬、尼龍、棉或其它織物材料製成，並且塗有疏水性分子，如聚矽氧烷、烷基矽烷以及氟烷基矽烷。分子79使得表面部分403』變得具有疏水性。因而，疏水改性的礦物顆粒72』會被吸引到疏水性表面部分403』上。示出了分子鏈段76與疏水性表面部分403』之間的吸引作用的示意圖示出於圖9b中。應了解，顆粒72』可以是非礦物顆粒並且可以是水體中的一些有害的顆粒。此外，疏水性表面部分403』也可用於吸引非礦物顆粒。舉例來說，如果非礦物顆粒71』具有一個或多個疏水鏈或分子鏈段76，那麼非礦物顆粒71』也可被吸引到疏水性表面部分403』上。示出了非礦物顆粒71』與疏水性表面部分403』之間的吸引作用的示意圖示出於圖9c中。因此,具有疏水性表面部分403』的過濾器、捕集板或傳送帶(與圖5a至圖5c中所示的那些類似)也可用於水汙染控制、水純化等，以便清除疏水改性的顆粒72』，所述顆粒可能不是目標礦物，但是對環境有害的一些金屬或其它材料或化學物質。
[0103]可類似於圖9a至圖9c中所示的表面部分403、403』對平坦表面706 (圖7f)進行處理。也就是說，可將平坦表面706官能化，以提供如圖9a中所示的官能團78。也可將平坦表面706官能化以如圖9b和圖9c中所示具有疏水性。
[0104]應了解，當傳送帶120的捕集區域或表面123 (圖5a)、過濾器220的捕集區域或表面223 (圖5b)以及捕集板320的捕集區域323 (圖5c)經過官能化以具有疏水性時，須將回收處理器50中的尾礦12 (圖2b至圖2d、圖3a至圖3c)和尾礦庫100中的尾礦(圖2a和圖2d)與捕集劑分子(如黃原酸鹽)混合，以使得所述尾礦中的礦物顆粒71 (圖Sb和圖9b)可經過捕集劑分子73疏水改性以變成潤溼的礦物顆粒72』。
[0105]圖1Oa至圖1Oc:不同的實施方案
[0106]在本發明的不同實施方案中，可使用官能化合成材料在珠粒或氣泡上提供那些特定的分子或者製造所述珠粒或氣泡(參見圖1la至圖12b)。具有特定的分子的氣泡或珠粒在本文被稱為合成氣泡或珠粒，所述分子具有被配置成吸引目標礦物顆粒的官能團。舉例來說，可在過濾器220中使用合成珠粒或氣泡170來捕集礦物顆粒72、72』(參見圖8a至圖9b、圖1la至圖12b)。如圖1Oa中所示,所述過濾器可使用籠狀物等來容納多個合成珠粒，以便在捕集區域223中提供捕集表面。如圖1Ob中所示，所述捕集板使用籠狀物等來容納多個合成珠粒170，以便在捕集區域323中提供捕集表面。當使用合成珠粒或氣泡170在尾礦庫100中捕集有價值的材料(圖13)時，可如圖1Oc中所示將它們放入袋420中。正如捕集表面403、403』(圖9a至圖9c)上所使用的合成材料一樣，有待用於合成珠粒或氣泡170上的合成材料可具有用於吸引礦物顆粒72的官能團78或可具有疏水性分子79。
[0107]圖1la圖解了經過官能化以吸引疏水性顆粒的合成珠粒。如圖1la中所示，合成氣泡或珠粒170具有用於提供珠粒表面174的固相珠粒體。所述珠粒體中至少外部由合成材料(如疏水性聚合物或疏水性化學品的塗層)製成。如圖1la和Ilb所示，合成氣泡或珠粒的表面174包含使得表面174具有疏水性的多個分子79。舉例來說，表面174可以是塗有聚矽氧烷的玻璃表面，所述聚矽氧烷可與所述玻璃表面的羥基結合。聚矽氧烷(如羥基封端的聚二甲基矽氧烷)具有矽氧鏈以提供疏水性分子79。疏水性顆粒72』(如圖1lb中所示)可以是粘附有一個或多個捕集劑73的礦物顆粒71。捕集劑73的一端(78)具有粘附礦物顆粒71的電離鍵。捕集劑73的另一端具有傾向於移入疏水性分子79中的疏水鏈76。因此，疏水性顆粒72』可以是潤溼的礦物顆粒。捕集劑(如黃原酸鹽)同時具有官能團78和分子76兩者。疏水性顆粒72(如圖1lc中所示)可以是具有疏水鏈76的顆粒71』。這種顆粒可能與礦物無關，但它可以被布置成與本發明的疏水性合成氣泡或珠粒170接觸。同樣，顆粒71可能與礦物無關並且可能對環境有害。因此，根據本發明的疏水性氣泡或珠粒170可用於非採礦應用(如水汙染控制)中。合成珠粒的尺寸可能小於礦物顆粒的最小尺寸(其為約150 μ m)，並且可能大於所述礦物顆粒的最大尺寸。在某些應用中，合成珠粒的尺寸可為Icm或更大。
[0108]圖12a圖解了具有吸引目標礦物顆粒的官能團的合成珠粒。合成珠粒170具有珠粒體，以便提供用於吸引目標礦物顆粒72的珠粒表面174。圖12b是經過官能化以吸引目標礦物顆粒的合成珠粒的放大表面。所述珠粒體中至少外部可以由合成材料(如聚合物)製成，以便在表面174上提供多個分子或分子鏈段76。分子76可用於將化學官能團78連接至表面174。一般來說，分子76可以是例如烴鏈，並且官能團78可具有用於將礦物(如銅)吸引到表面174上的陰離子鍵。黃原酸鹽例如同時具有有待併入到用於製造合成珠粒70的聚合物中的官能團78和分子鏈段76兩者。官能團78也被稱為捕集劑，所述捕集劑是離子或非離子的，用於與礦物顆粒72鍵合。類似地，可將螯合劑併入到聚合物中或聚合物上作為用於吸引礦物(如銅)的捕集位點。
[0109]使礦物顆粒從合成珠粒上釋放類似於使礦物顆粒從捕集板、傳送帶或過濾器上釋放。舉例來說，在捕集區域223或323中或袋320中的合成珠粒170 (圖1Oa至IOc)已捕集了一定量的礦物顆粒之後，可使合成珠粒170與低pH值溶液接觸和/或經受超聲波振蕩(例如圖4)，以便釋放礦物顆粒。
[0110]圖13圖解了尾礦庫，在所述尾礦庫中多個塗有官能化聚合物的表面可被配置成吸引所述尾礦庫中有價值的目標材料。如圖13中所示，可將尾礦12(圖2a)或處理過的尾礦(圖2b至圖3c)在排放點16處排放到尾礦庫100中。可將多個過濾器220放置在排放點16附近，以便在尾礦庫中捕集尾礦12或處理過的尾礦14中的有價值的目標材料。也有可能將多個捕集板320和多個袋420放置在尾礦庫中，以便將有價值的材料捕集於其中。可使過濾器220、捕集板320以及袋420來回移動，以便增加有價值的材料與過濾器220、捕集板320以及袋420中所提供的官能化聚合物之間的接觸。
[0111]圖14、圖 14a、圖 14b
[0112]舉例來說，圖14示出了本發明呈機器、裝置、系統或設備610的形式，所述機器、裝置、系統或設備610例如使用第一處理器612和第二處理器614將混合物611 (如尾礦)中有價值的材料與不需要的材料相分離。根據本發明的一些實施方案，第一處理器612和第二處理器614可被配置成具有例如被示為塗有官能化聚合物的葉輪620 (圖14a)、620』 (圖14b)的塗有官能化聚合物的構件。在操作中，葉輪620、620』相對於第一處理器612和第二處理器614緩慢旋轉，葉輪葉片緩慢穿過第一處理器612中的富於粘附的環境616，在所述富於粘附的環境中，有價值的材料粘附至葉片，並且在穿過第二處理器614中的富於釋放的環境618時從葉片釋放出來。舉例來說，如箭頭a所指示，葉輪620被示出沿逆時針方向旋轉，但是本發明的範圍並不意圖受限於葉輪旋轉的方向或相對於第一處理器612和第二處理器614布置、安裝或配置塗有官能化聚合物的葉輪620 (圖14a)、620』 (圖14b)的方式。
[0113]第一處理器612可採用容納富於粘附的環境(總體上指示為616)的第一腔室、儲槽、儲池或管柱的形式。第一腔室、儲槽或管柱612可被配置成在富於粘附的環境616中經由管道613接收呈流體(例如水)、有價值的材料以及不需要的材料的形式的混合物或尾礦611，所述富於粘附的環境例如具有高pH值，從而有助於使有價值的材料粘附。第二處理器614可採用容納富於釋放的環境(總體上指示為618)的第二腔室、儲槽、儲池或管柱的形式。第二腔室、儲槽、儲池或管柱614可被配置成在富於釋放的環境618中經由管道615接收例如水622，所述富於釋放的環境例如可具有低pH值或接收超聲波以有助於釋放有價值的材料。有助於使有價值的目標材料粘附的富於粘附的環境，如形成元件環境616的一部分的富於粘附的環境，以及有助於釋放有價值的目標材料的富於釋放的環境，如形成環境618的一部分的富於釋放的環境在本領域是已知的，並且本發明的範圍不意圖受限於其目前已知或者未來將開發的任何具體類型或種類。此外，本領域技術人員將能夠基於本文針對形成任何特定混合物或尾礦的一部分的任何特定的有價值的目標礦物(例如銅)所公開的分離技術來配製如環境616的富於粘附的環境和如環境618的相應的富於釋放的環境。
[0114]在操作中，第一處理器612可被配置成在富於粘附的環境616中接收水、有價值的材料和不需要的材料的混合物或尾礦611以及被配置成粘附有價值的材料的塗有官能化聚合物的構件。在圖14中，塗有官能化聚合物的構件被示為塗有官能化聚合物的葉輪620 (圖14a)、620』(圖14b)。在圖14a中，塗有官能化聚合物的葉輪620具有軸621和至少一個葉輪葉片620a、620b、620c、620d、620e、620f、620g並且被配置成在第一處理器612和第二處理器614內部緩慢旋轉。在圖14b中，塗有官能化聚合物的葉輪620』具有軸621』和葉輪葉片 620a，、620b』、620c，、620d』、620e』、620f』、620g』 以及 620h，。應了解，圖 14 中
的每個葉輪葉片被配置成並且經過官能化而具有聚合物塗層，以便在富於粘附的環境616中粘附有價值的材料。(本發明的範圍不意圖受限於葉輪620、620』上葉片的數目並且圖14a和圖14b中的實施方案被示出具有帶有不同數目的葉片的葉輪621、621』。)
[0115]在圖14中，第一處理器612被配置成接收塗有官能化聚合物的葉輪620 (圖14a)、620』(圖14b)的至少一個葉輪葉片。在圖1b中，至少一個葉輪葉片被示為葉輪葉片620g』，所述葉輪葉片620g』正被接收於由壁30a、30b界定的形成富於粘附的環境616的一部分的粘附區630中。第一處理器612還可被配置成具有第一過渡區(總體上指示為640)，以便如圖14a中所示從管道641排放例如處理過的尾礦642。
[0116]第一處理器612還可被配置成提供在穿過富於粘附的環境616後粘附了有價值的材料的至少一個富集的葉輪葉片。在圖14b中，所述至少一個富集的葉輪葉片被示為至少一個富集的葉輪葉片620c』，所述至少一個富集的葉輪葉片620c』正準備從第一處理器612中的富於粘附的環境616進入第二處理器614中的富於釋放的環境618中。
[0117]第二處理器614可被配置成在富於釋放的環境618中經由管道615接收流體622 (例如水)和富集的塗有官能化聚合物的構件以便釋放有價值的材料。在圖14b中，第二處理器614被示為在釋放區650中接收富集的葉輪葉片620c』，所述釋放區例如形成富於釋放的環境618的一部分並且例如由壁630c和630d界定。
[0118]第二處理器614還可被配置成提供從富集的塗有官能化聚合物的構件釋放到富於釋放的環境618中的有價值的材料。舉例來說，在圖14b中，示出了第二處理器614被配置成具有由壁630a和630d界定的第二過渡區660以經由管道661排放呈精礦662 (圖14a)形式的有價值的材料。
[0119]圖15:塗有官能化聚合物的傳送帶
[0120]舉例來說，圖15示出了本發明呈機器、裝置、系統或設備700的形式，所述機器、裝置、系統或設備700例如使用第一處理器702和第二處理器704將混合物701 (如尾礦)中有價值的材料與不需要的材料相分離。根據本發明的一些實施方案，第一處理器702和第二處理器704被配置成具有塗有官能化聚合物的構件，所述塗有官能化聚合物的構件例如被示為在第一處理器702與第二處理器704之間運行的塗有官能化聚合物的傳送帶720。箭頭A1、A2、A3指示了塗有官能化聚合物的傳送帶720的移動。用於使傳送帶(如元件720)在兩個處理器(如元件702與704)之間運行的技術(包括發動機、傳動裝置等)在本領域中是已知的，並且本發明的範圍不意圖受限於其目前已知或者未來將開發的任何具體類型或種類。根據本發明的一些實施方案，塗有官能化聚合物的傳送帶720可由網狀材料製成。
[0121]第一處理器702可採用容納富於粘附的環境(總體上指示為706)的第一腔室、儲槽、儲池或管柱的形式。第一腔室、儲槽或管柱702可被配置成在富於粘附的環境706中接收呈流體(例如水)、有價值的材料和不需要的材料的形式的混合物或尾礦701，所述富於粘附的環境例如具有高PH值，從而有助於使有價值的材料粘附。第二處理器704可採用容納富於釋放的環境(總體上指示為708)的第二腔室、儲槽、儲池或管柱的形式。第二腔室、儲槽、儲池或管柱704可被配置成在富於釋放的環境708中接收例如水722，所述富於釋放的環境例如可具有低PH值或接收超聲波以有助於釋放有價值的材料。與上述相符，有助於使有價值的目標材料粘附的富於粘附的環境，如形成元件環境706的一部分的富於粘附的環境，以及有助於釋放有價值的目標材料的富於釋放的環境，如形成環境708的一部分的富於釋放的環境在本領域是已知的，並且本發明的範圍不意圖受限於其目前已知或者未來將開發的任何具體類型或種類。此外，本領域技術人員將能夠基於本文針對形成任何特定混合物或尾礦的一部分的任何特定的有價值的目標礦物(例如銅)所公開的分離技術來配製如環境106的富於粘附的環境和如環境708的相應的富於釋放的環境。
[0122]在操作中，第一處理器702可被配置成在富於粘附的環境706中接收水、有價值的材料和不需要的材料的混合物或尾礦701以及被配置成粘附有價值的材料的塗有官能化聚合物的傳送帶720。應了解，在圖15中，傳送帶720被配置成並且經過官能化而具有聚合物塗層，以在富於粘附的環境706中粘附有價值的材料。
[0123]第一處理器702還可被配置成如圖15中所示從管道741排放例如處理過的尾礦742。
[0124]第一處理器702還可被配置成提供在穿過富於粘附的環境706後粘附了有價值的材料的富集的塗有官能化聚合物的傳送帶。在圖15中，富集的塗有官能化聚合物的傳送帶例如被示為傳送帶720的區段或部分720a，所述區段或部分正準備從第一處理器702中的富於粘附的環境106進入第二處理器704中的富於釋放的環境708。應了解，傳送帶720的一些其它區段或部分可以經過富集，包括即將離開富於粘附的環境706的區段或部分以及即將進入富於釋放的環境708的區段或部分。
[0125]第二處理器704可被配置成在富於釋放的環境708中接收流體722 (例如水)和富集的塗有官能化聚合物的傳送帶720的區段720a，以便釋放有價值的材料。
[0126]第二處理器704還可被配置成提供從富集的塗有官能化聚合物的構件釋放到富於釋放的環境708中的有價值的材料。舉例來說，在圖15中，示出了第二處理器704被配置成經由管道761排放呈精礦762形式的有價值的材料。
[0127]在圖15中，第一處理器702被配置成具有僅通過兩次轉彎穿過富於粘附的環境706內部的塗有官能化聚合物的傳送帶720。然而，已設想如下的實施方案，在所述實施方案中第一處理器702可被配置成使用使傳送帶720在第一處理器內往返來回迂迴前進或轉彎的蛇形技術來使塗有官能化聚合物的傳送帶720行進以使傳送帶在處理器702內的表面積達到最大並且使傳送帶720在富於粘附的環境706中的暴露達到最大。
[0128]圖16:塗有官能化聚合物的過濾器
[0129]舉例來說，圖16示出了本發明呈機器、裝置、系統或設備800的形式，所述機器、裝置、系統或設備800例如使用第一處理器802、802』和第二處理器804、804』將混合物801 (如尾礦)中有價值的材料與不需要的材料相分離。根據本發明的一些實施方案，第一處理器802和第二處理器804被配置成對塗有官能化聚合物的構件進行處理，所述塗有官能化聚合物的構件例如被示為塗有官能化聚合物的捕集過濾器820，作為分批型方法的一部分，所述塗有官能化聚合物的捕集過濾器被配置成如圖16中所示在第一處理器802與第二處理器804』之間移動。在圖16中，例如，分批型方法被示為具有兩個第一處理器802、802』和兩個第二處理器804、804，但是本發明的範圍不意圖受限於第一或第二處理器的數目。此外，設想出使用不同數目的第一和第二處理器、不同類型或種類的處理器以及目前已知或未來將開發的不同類型或種類的處理器的實施方案。根據本發明的一些實施方案，塗有官能化聚合物的捕集過濾器820可採用薄膜或柔軟易彎曲的薄片或薄層的形式。箭頭BI指示塗有官能化聚合物的過濾器820從第一處理器202移動，而箭頭B2指示塗有官能化聚合物的捕集過濾器820移動到第二處理器802中。使過濾器(如元件820)從一個處理器移動到另一個處理器(如元件802和804)中的技術(包括發動機、傳動裝置等)在本領域中是已知的，並且本發明的範圍不意圖受限於其目前已知或者未來將開發的任何具體類型或種類。
[0130]第一處理器802可採用容納富於粘附的環境(總體上指示為806)的第一腔室、儲槽、儲池或管柱的形式。第一腔室、儲槽或管柱802可被配置成在富於粘附的環境806中接收呈流體(例如水)、有價值的材料和不需要的材料形式的混合物或尾礦801，所述富於粘附的環境例如具有高PH值，從而有助於使有價值的材料粘附。第二處理器804可採用容納富於釋放的環境(總體上指示為808)的第二腔室、儲槽、儲池或管柱的形式。第二腔室、儲槽、儲池或管柱804可被配置成在富於釋放的環境808中接收例如水822，所述富於釋放的環境例如可具有低PH值或接收超聲波以有助於釋放有價值的材料。與上述相符，有助於使有價值的目標材料粘附的富於粘附的環境，如形成元件環境806的一部分的富於粘附的環境，以及有助於釋放有價值的目標材料的富於釋放的環境，如形成環境808的一部分的富於釋放的環境在本領域是已知的，並且本發明的範圍不意圖受限於其目前已知或者未來將開發的任何具體類型或種類。此外，本領域技術人員將能夠基於本文針對形成任何特定混合物或尾礦的一部分的任何特定的有價值的目標礦物(例如銅)所公開的分離技術來配製如環境806的富於粘附的環境和如環境808的相應的富於釋放的環境。
[0131]在操作中，第一處理器802可被配置成在富於粘附的環境806中接收水、有價值的材料和不需要的材料的混合物或尾礦101以及被配置成粘附有價值的材料的塗有官能化聚合物的捕集過濾器820。應了解，在圖16中，塗有官能化聚合物的捕集過濾器620被配置成並且經過官能化而具有聚合物塗層以在富於粘附的環境中粘附有價值的材料。
[0132]第一處理器802還可被配置成如圖16中所示從管道841排放例如處理過的尾礦842。
[0133]第一處理器802還可被配置成提供在浸泡在富於粘附的環境中之後粘附了有價值的材料的富集的塗有官能化聚合物的捕集過濾器。在圖16中，富集的塗有官能化聚合物的捕集過濾器820被示為例如正準備從第一處理器202中的富於粘附的環境806進入第二處理器204中的富於釋放的環境808中。
[0134]第二處理器804可被配置成在富於釋放的環境808中接收流體822 (例如水)和富集的塗有官能化聚合物的捕集過濾器820以便釋放有價值的材料。
[0135]第二處理器804還可被配置成提供從富集的塗有官能化聚合物的捕集過濾器220釋放到富於釋放的環境808中的有價值的材料。舉例來說，在圖16中，示出了第二處理器804被配置成經由管道861排放呈精礦862形式的有價值的材料。
[0136]第一處理器802』還可被配置成具有管道880和泵880，以便將尾礦842再循環回第一處理器802』中。本發明的範圍還意圖包括被配置成具有相應管道和泵以將精礦862再循環回第二處理器804』中的第二處理器804』。可以對於上文關於圖14至圖15所公開的實施方案實行類似的再循環技術。
[0137]本發明的範圍不意圖受限於所實現的分批方法的類型或種類。舉例來說，已設想如下的實施方案，在所述實施方案中分批方法可包括第一處理器802和第二處理器804,所述處理器被配置成針對一種類型或種類的有價值的材料處理富集的塗有官能化聚合物的捕集過濾器820 ;以及第一處理器802』和第二處理器804』，所述處理器被配置成針對相同類型或種類的有價值的材料或不同類型或種類的有價值的材料處理富集的塗有官能化聚合物的捕集過濾器820。此外，本發明的範圍意圖包括目前已知和未來將開發的分批方法。
[0138]具有官能團的聚合物表面
[0139]術語「聚合物」在本公開中意指由具有相同或相似結構的多個單元連接在一起所構成的大分子。在本發明的一些實施方案中，過濾器上的聚合物表面具有多個分子73(圖8a、圖9a)，所述分子具有吸引礦物顆粒72 (圖8a、圖9a)的官能團78 (圖8a、圖8b)。在這些實施方案中，所述單元可為單體或低聚物，所述單體或低聚物形成例如以下各項的基礎:聚醯胺(尼龍)、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚縮醛、聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛樹脂、聚二甲基矽氧烷以及其它有機或無機聚合物。因此，所述合成材料可以是硬質或剛性的(如塑料)或柔軟且柔性的(如彈性體)。雖然合成珠粒的物理特性可能有所不同，但可對合成珠粒的表面進行化學官能化，以便提供多個吸引礦物顆粒的官能團。術語「有價值的材料」和「礦物顆粒」在本文中可互換使用。有可能使用分子或分子鏈段76 (圖8a、圖9a)來使官能團78連接至聚合物表面。一般來說，分子76可以是例如烴鏈，並且官能團78可以是用於使礦物(如銅)與表面74鍵合的離子或電荷物質。黃原酸鹽例如同時具有有待併入到用於製造合成珠粒70的聚合物中的官能團78和分子鏈段76兩者。官能團78也被稱為離子型或非離子型捕集劑。離子可以是陰離子或陽離子。陰離子包括但不限於氫氧基，如羧基、硫酸根和磺酸根；以及氫硫基，如黃原酸根和二硫代磷酸根。可用來提供官能團78的其它分子或化合物包括硫氨酯、硫脲、黃原、單硫代磷酸鹽、氫醌以及聚胺。類似地，可將螯合劑併入聚合物中作為用於吸引礦物(如銅)的捕集位點。具有官能化聚合物的表面在本文也被稱為合成表面。
[0140]具有使得表面具有疏水性的分子的聚合物
[0141]在本發明的一些實施方案中，至少對過濾器的表面進行官能化以使得所述表面具有疏水性。有可能對聚合物表面進行官能化，以便具有多個分子79 (圖8b、圖8c、圖％、圖9c)以使得所述表面具有疏水性。疏水性表面傾向於吸引疏水性分子。
[0142]在化學上，疏水性是被水團排斥的分子(被稱為疏水物)的物理特性。疏水性分子傾向於具有非極性，並且因此偏好其它中性分子和非極性溶劑。水中的疏水性分子經常集聚在一起。根據熱力學，物質設法處於低能態，並且鍵合會降低化學能。水是可以電極化的，並且能夠在內部形成氫鍵，這賦予它許多獨特的物理特性。但由於疏水物是非電極化的，並且因為它們不能形成氫鍵，因此水排斥疏水物，這有利於與其本身鍵合。正是這種效應引起了疏水性相互作用。
[0143]所述疏水性效應是所觀察到的非極性物質在水溶液中聚集並且排斥水分子的傾向。這可以作為水與非極性物質之間的分離和明顯的排斥而被觀測到。所述疏水性相互作用主要是由非極性溶質使液體水分子之間的高度動態的氫鍵斷裂所引起的熵效應。烴鏈或類似的非極性區域或大分子不能與水形成氫鍵。將這種非氫鍵鍵合表面引入到水中會導致水分子之間的氫鍵鍵合網狀結構斷裂。使氫鍵重新定向成與這種表面相切，從而使得水分子的氫鍵鍵合的3D網狀結構的斷裂減到最少並且因此在非極性表面周圍形成結構化的水「籠狀結構」。形成「籠狀結構」(或溶劑化層)的水分子具有限制的遷移率。舉例來說，在較大的非極性分子的情況下，水分子在溶劑化層中的重新定向和平移運動可能被限制了二至四倍。一般來說，這會使得水分子的平移熵和轉動熵顯著降低並且使得所述過程在系統的自由能方面是不利的。通過聚集在一起，非極性分子減少了暴露於水的表面積並且使得它們的破壞作用減到最小。
[0144]通過添加表面活性劑或捕集劑化學品來使所需的礦物具有疏水性。為了有效用於尾礦，基於捕集劑對有待分離的顆粒類型的選擇性潤溼作用來選擇捕集劑。良好的捕集劑將與所述類型顆粒中的一種發生物理或化學吸附。
[0145]捕集劑
[0146]捕集劑以化學方式鍵合於疏水性礦物表面上(化學吸附)，或在例如通過物理吸附進行煤浮選的情況下吸附到所述表面上。捕集劑提高了表面的疏水性，從而提高了疏水性顆粒與親水性顆粒的可分離性。根據本發明的疏水性目標顆粒在圖Sb、圖Sc、圖9b以及圖9c中描繪為顆粒71』、72』。
[0147]圖17a至圖17c:大的礦物顆粒
[0148]應指出的是，尾礦中的礦物顆粒與在浮選工藝中回收的礦物顆粒相比可能相對較大。一些礦物顆粒可能大於例如200 μ m。大的礦物顆粒可能需要更大的鍵合力，以使其可粘附到官能化表面上。如圖17a中所示，礦物顆粒72通過多個官能團78的吸引力粘附到過濾器表面403上。為了增加過濾器表面403與礦物顆粒72之間的鍵合力，有可能用分子67對表面403進行官能化，所述分子包含與柔性骨架或鏈69連接的多個官能團78。因而，可將更多的官能團78吸引到礦物顆粒72的表面上，如圖17b中所示。圖17c示出了潤溼的大礦物顆粒72』被吸引或粘附到過濾器表面403上，所述過濾器表面由於分子79而具有疏水性。
[0149]圖18a圖解了礦物顆粒72同時粘附多個合成珠粒74的情形。因此，雖然合成珠粒74的尺寸比礦物顆粒72要小得多，但多個合成珠粒74能夠將礦物顆粒72在浮選池中向上提升。同樣，也可通過多個合成珠粒74將一個較小的礦物顆粒72向上提升，如圖18b中所示。為了增加這種「協作性」提升作用發生的可能性，可將大量合成珠粒74混合到漿料中。與氣泡不同，合成珠粒的密度可經過選擇以使得合成珠粒可在它們在浮選池中上升到表面之前一起保持在漿料中。
[0150]圖19a和圖19b圖解了類似的情形。如所示，潤溼的礦物顆粒172同時粘附多個疏水性合成珠粒174。
[0151]應用
[0152]關於包括從礦石中分離銅在內的礦物分離描述了本發明範圍。
[0153]舉例來說，所設想的應用包括生產流中的粗選機、掃選機、精選機和粗選/掃選分離池，代替傳統的浮選機。
[0154]尾礦掃選池用於對尾礦流中未回收的礦物進行掃選。
[0155]尾礦精選池用於在將尾礦流送到處理池之前將尾礦流中不需要的材料清除。
[0156]被放入尾礦庫中以回收已被送到尾礦庫中的有價值的礦物的尾礦回收機。
[0157]應了解，無論是經過官能化以具有捕集劑還是經過官能化以具有疏水性的根據本發明的合成珠粒也可以被配置成用於油砂分離，即在油砂開採操作中使浙青與砂和水相分離以回收浙青。同樣，根據本發明的一些實施方案的官能化過濾器和薄膜也可以被配置成用於油砂分離。
[0158]根據本發明的一些實施方案，可以將合成珠粒的表面官能化以具有捕集劑分子。捕集劑具有帶有能夠與礦物顆粒形成化學鍵的離子的官能團。與一個或多個捕集劑分子相締合的礦物顆粒被稱為潤溼的礦物顆粒。根據本發明的一些實施方案，可以將合成珠粒官能化以具有疏水性以便捕集一種或多種潤溼的礦物顆粒。
[0159]其它類型或種類的有價值的材料或目標礦物包括金、鑰等。
[0160]然而，本發明的範圍意圖包括目前已知或未來將開發的其它類型或種類的應用。
[0161]發明範圍
[0162]應進一步了解的是，針對本文具體實施方案描述的任何特點、特徵、替代方案或修改也可以與本文描述的任何其它實施方案一起應用、使用或結合。此外，在此考慮了雖然本文描述的實施方案可用於均勻流，但本文描述的實施方案也可用於具有擴散特性的擴散流(例如層流)。雖然已針對本發明的示例性實施方案描述並且說明了本發明，但可以在不背離本發明的精神和範圍的情況下在其中和對其進行上述和各種其它的增添和省略。
【權利要求】
1.一種方法，所述方法包括: 提供用合成材料官能化的捕集設備，所述合成材料包含具有官能團的多個分子，所述官能團被配置成將目標礦物顆粒捕集到所述捕集設備的表面；以及 使得所述捕集設備與具有所述目標礦物顆粒的尾礦相接觸，所述尾礦包括來自浮選工藝的尾礦。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述官能團包含用於使所述目標礦物顆粒與所述分子鍵合的尚子。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述官能團包含羧酸、硫酸鹽、磺酸鹽、黃原酸鹽、二硫代磷酸鹽、硫氨酯、硫脲、黃原、單硫代磷酸鹽、氫醌以及聚胺中的一種或多種離子。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述合成材料選自由以下項組成的組:聚醯胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚縮醛、聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛樹脂以及聚二甲基矽氧烷。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述官能團被配置成使得所述捕集設備的表面具有疏水性。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述合成材料選自由以下項組成的組:聚苯乙烯、聚(d，1-丙交酯)、聚(二甲基矽氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸物、聚乙烯、疏水改性乙基羥乙基纖維素、聚矽氧烷、烷基矽烷以及氣烷基矽烷。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述目標礦物顆粒上附著有一個或多個疏水性分子鏈段。
8.根據權利要求7所述的方法，所述方法進一步包括: 在所述尾礦中提供捕集劑分子，每個捕集劑分子包含第一端和第二端，所述第一端包含被配置成附著所述目標礦物顆粒的官能團，所述第二端包含疏水性分子鏈段。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述捕集劑分子包含黃原酸鹽。
10.根據權利要求5所述的設備，其中所述合成材料包含矽氧烷衍生物。
11.根據權利要求5所述的設備，其中所述合成材料包含聚矽氧烷或羥基封端的聚二甲基矽氧烷。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包括向排放區域排放所述尾礦，並且使得所述捕集設備在排放所述尾礦之前與所述尾礦接觸。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包括向排放區域排放所述尾礦，並且使得所述捕集設備在排放所述尾礦之後與所述尾礦接觸。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所述捕集設備包括多個通道，其中所述通道包括用所述合成材料配置的捕集表面，所述方法進一步包括: 使得所述尾礦的至少一部分移動穿過所述通道，以便允許所述目標礦物顆粒在所述通道中與所述捕集表面上的所述分子接觸。
15.根據權利要求14 所述的方法，其中所述通道包括用於提供所述捕集表面的多種纖維。
16.根據權利要求1所述的方法，其中所述捕集設備包括捕集板，所述捕集板具有用所述合成材料配置的捕集表面，所述方法進一步包括:使得所述尾礦的至少一部分在所述捕集板之上移動，以便允許所述目標礦物顆粒與所述捕集表面上的所述分子接觸。
17.根據權利要求1所述的方法，其中所述捕集設備包括用於提供用所述合成材料配置的捕集表面的多個固相體。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述捕集設備被配置成與所述尾礦接觸一段時間，以提供含有所述礦物顆粒的富集的捕集表面，所述方法進一步包括: 使所述捕集設備與所述尾礦分離；以及 從所述富集的捕集表面釋放所述目標礦物顆粒。
19.根據權利要求17所述的方法，其中所述釋放包括使所述富集的捕集表面與pH值在O至7範圍內的液體接觸。
20.根據權利要求17所述的方法，其中所述釋放包括將所述富集的捕集表面至少部分地浸沒在液體中並且在所述液體中施加超聲波以在所述富集的捕集表面之上提供超聲波振蕩。
21.—種系統,所述系統包括: 捕集處理器，所述捕集處理器被配置成接收浮選工藝的尾礦，所述尾礦具有目標礦物顆粒； 位於所述捕集處理器中的至少一個捕集設備，所述捕集設備包括用官能化聚合物配置的捕集表面，所述官能化聚合物包含具有官能團的多個分子，所述官能團被配置成將所述目標礦物顆粒吸引到所述捕集表面上。
22.根據權利要求21所述的系統，其中所述官能團包含用於使所述目標礦物顆粒與所述分子鍵合的電離鍵。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述合成材料選自由以下項組成的組:聚醯胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚縮醛、聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛樹脂以及聚二甲基矽氧烷。
24.根據權利要求21所述的系統，其中所述官能團被配置成使得所述捕集區域具有疏水性。
25.根據權利要求24所述的系統，其中所述合成材料選自由以下項組成的組:聚苯乙烯、聚(d，1-丙交酯)、聚(二甲基矽氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸物、聚乙烯、疏水改性乙基羥乙基纖維素、聚矽氧烷、烷基矽烷以及氣烷基矽烷。
26.根據權利要求24所述的系統，其中所述目標礦物顆粒上附著有一個或多個疏水性分子鏈段，並且所述尾礦具有多個分子，每個捕集劑分子包含第一端和第二端，所述第一端包含被配置成附著所述目標礦物顆粒的官能團，所述第二端包含疏水性分子鏈段。
27.根據權利要求24所述的系統，其中所述合成材料包含矽氧烷衍生物。
28.根據權利要求24所述的系統，其中所述合成材料包含聚矽氧烷或羥基封端的聚二甲基矽氧烷。
29.根據權利要求21所述的系統，其中所述捕集表面被配置成與所述尾礦接觸一段時間，以在所述捕集設備中提供含有所述目標礦物顆粒的富集的捕集表面，所述系統進一步包括:釋放處理器，所述釋放處理器被配置成接收具有所述富集的捕集表面的所述捕集設備，所述釋放處理器進一步被配置成提供用於從所述富集的捕集表面釋放所述目標礦物顆粒的釋放介質。
30.根據權利要求29所述的系統，其中所述釋放介質包含被配置成與所述富集的捕集表面接觸的液體，所述液體具有O至7範圍內的pH值。
31.根據權利要求29所述的系統，其中所述釋放介質包含被配置成與所述富集的捕集表面接觸的液體，所述系統進一步包括: 超聲源，所述超聲源被配置成向所述富集的捕集區域施加超聲波以從所述富集的捕集表面釋放所述目標礦物顆粒。
32.根據權利要求21所述的系統，其中所述捕集表面的一部分被配置成附著所述分子，其中所述分子包含捕集劑。
33.根據權利要求32所述的系統，其中所述捕集表面的另一部分被配置成具有疏水性。
34.根據權利要求21所述的 系統，其中所述捕集表面的一部分被配置成具有疏水性。
【文檔編號】B01D15/08GK104010708SQ201280025341
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年5月25日 優先權日:2011年5月25日
【發明者】P·J·羅思曼, M·R·費納爾德, F·K·迪登, C·V·奧科菲, A·D·克西, D·H·亞當森 申請人:錫德拉企業服務公司