许多工业加工过程，包括采矿和矿物加工，通常依赖絮凝剂以帮助 无机和有机固体从淤浆中分离出来，以便加工用水可以循环利用。絮 凝剂通常是通过电荷中和作用或桥连机制聚集固体从而产生作用的有 机聚合物，因此，它们在淤浆中沉降，形成沉淀的固体层和澄清的液 体层，后者在该过程中可以循环利用。絮凝剂可以通过商业途径以油 包水乳状液的形式获得，该乳状液中含有盘旋在水相中的絮凝剂聚合 物。
然而，絮凝剂对淤浆中的固体发生作用之前，乳状液必须经过转化 --在这一过程中，乳状液的体相由油转化成水，且絮凝剂聚合物被释放 到含水体系中，在此能够发挥其絮凝剂活性。转化通常要求把表面活 性剂加入到水中，并搅拌制成的混合物直至油相转化。当高分子絮凝 剂被释放到水中时，转化完成。
通常，转化过程既费工又费时，因为需要一小时或更长的时间使用 特殊设备，例如油罐、进料器和泵，和人力小心称出成分并监控加工 过程来完成。
Anderson等人的美国专利US3,734,873公开了一种使水溶性乙烯基 加成聚合物较该聚合物的固体形态更快地溶解在水中的方法。该方法 包括制备一种含有表面活性剂且在搅拌一小时内转化的油包水乳状 液。Heitner等人的美国专利US5,679,740阐释了使用羟基化乙氧基化 壬基苯酚和醇作为乳液聚合物的机械稳定转化剂。Heitner乳状液在用 桨式搅拌机“搅拌”至少5分钟后转化。然而，这些方法都不能实现 几乎直接的转化。这些方法也都没有提及用量或高剪切条件或将该聚 合物直接注射到特定的应用中。这些方法也都没有消除传统方法所需 的人力、时间或设备。
因此，仍然需要一种使乳化絮凝剂快速转化并分散到固液分离应用 中的方法。
发明概述
本发明涉及一种通过协同使用湍流和乳状液中的表面活性剂使含 絮凝剂的乳状液快速且几乎直接(immediately)转化的方法。
在一个主要方面，本发明提供了一种使含絮凝剂的乳状液快速转化 并使该絮凝剂分散在淤浆中的方法。该方法包括：(a)在水中加入有 效絮凝量的至少一种油包水乳状液，该油包水乳状液含有至少一种絮 凝剂和至少一种亲水性表面活性剂，该表面活性剂在乳状液中的浓度 为大约1至大约10wt％；(b)在足够的压力和时间下对水和乳状液施 加高剪切作用，包括反向湍流，使该至少一种乳状液转化并将该至少 一种絮凝剂释放到水中；和(c)将释放出的至少一种絮凝剂加入含水 淤浆以进行淤浆中的固液分离。
本发明的第二方面是一种将絮凝剂直接注入或加入固液分离应用 的方法。该方法使含絮凝剂的乳状液原地快速转化，由此絮凝剂直接 释放到应用过程中。该方法包括在含水淤浆中加入有效絮凝量的至少 一种油包水乳状液，每种乳状液含有至少一种水溶性有机絮凝剂聚合 物和至少一种亲水表面活性剂；在足够的时间和压力下使淤浆和该至 少一种乳状液经受足量的高剪切，使得该至少一种乳状液原地转化并 将该至少一种絮凝剂释放到淤浆中以进行固液分离。该絮凝剂包括选 自含0.01至100mol％的任何含乙烯基官能单体(例如丙烯酰胺或丙烯 酸钠)的共聚物、均聚物和三元共聚物的聚合物。该聚合物具有低于1 至大约50分升每克或更大的比浓粘度。
附图的简要说明
图1表明剪切量对煤泥中固体沉降速度的影响。
图2表明含表面活性剂的各种掺合物的絮凝剂产品
本发明的详细说明
为了本专利申请，下列术语具有下列定义：
“聚集体”是指砂子和砂砾的混合物。
“烷基”是指含大约1至40个碳原子的完全饱和烃基，它可以是 线型或支链的。
“阴离子聚合物”是指含净负电荷的聚合物，例如丙烯酰胺和丙烯 酸钠的共聚物。
“APTAC”是指丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵。
“阳离子聚合物”是指含净正电荷的聚合物，例如包括二烯丙基二 甲基氯化铵、二甲氨基乙基/丙烯酸酯甲基氯化季铵盐、丙烯酰胺、胺、 酰氨基胺、吖丙啶、EDC/NH3、丙烯酸、丙烯酸酯、乙烯胺、乙烯基 甲酰胺、乙烯基乙酸酯和乙烯醇的均聚物、共聚物和三元共聚物。
“DADMAC”是指二烯丙基二甲基氯化铵。
“DMAEM·MCQ”是指甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐。
“DMAEA·MCQ”是指丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐。
“EDC/NH3”是指含二氯化乙烯和铵盐的聚合物。
“EO”是指环氧乙烷。
“HLB”是指疏水-亲油平衡。
“曼尼希反应”是指活性亚甲基化合物与甲醛和氨或伯氨基或仲氨 基的反应以生成β-甲酰胺基成分。
“MAPTAC”是指甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵。
“矿物淤浆”是指矿物和来自矿物与采矿操作的其它微粒的含水悬 浮液，其中这样的固体选自煤、净煤、铝土矿、铁矿、铜矿、砂子、 砂砾、粘土、浮渣(dirt)、铅/锌、磷酸盐岩、南美贫铁矿、铍、二碳 酸氢三钠、高岭土、二氧化钛、铀、贵金属，等等。
“单体”是指碳基分子或化合物，其具有特殊的官能团、简单的结 构和相对低的分子量，以使其能够与自身或其它类似的分子或化合物 结合转化成聚合物。
“PO”是指1，2-环氧丙烷。
“聚丙烯酸盐”是指聚丙烯酸的盐中和形态(盐可以是钠、钾等)。
“聚丙烯酸”是指丙烯酸的聚合物或聚丙烯酸酰胺的水解产物。
“聚胺”是指含胺官能团的聚合物，例如二甲胺-氯甲代氧丙环聚 合物。这些聚合物可以与氨“交联”，或可以是线型的。
“聚(DADMAC)”是指二烯丙基二甲基氯化铵的聚合物。
“聚(DMAEM·MCQ”)是指甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季 盐的均聚物。
“聚(DMAEA·MCQ”)是指丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐的 均聚物。
“聚乙烯胺”是指由N-乙烯基甲酰胺的聚合制成的聚合物，聚合物 然后水解。这还包括含有例如乙烯基甲酰胺、乙烯基乙酸酯、乙烯醇 和丙烯酰胺的单体的乙烯胺的共聚物。
“RSV”代表了“比浓粘度”。RSV是聚合物链长度和平均分子量 的指征，后者又表明聚合的程度。RSV是在标准电解质溶液和温度中 在特定聚合物浓度下测量的，并按照下述公式计算：
$\mathrm{RSV}=\underset{\frac{-1}{c}}{\left[(\eta /{\eta }_0)\right]}$
η＝聚合物溶液的粘度，基于流动时间(秒)
η0＝在相同温度下溶剂的粘度，基于流动时间(秒)
c＝溶液中聚合物的浓度
在本专利申请中，浓度“c”的单位是克/100毫升(g/mL)或克/ 分升(g/dL)，RSV的单位是分升/克(dL/g)。RSV是在pH值为8-9、 聚合物浓度为0.045wt％、以1M硝酸钠溶液作为溶剂时测量的。粘度 η和η0是使用佳能乌伯娄德半微量粘度计、型号75，在调节到30± 0.02摄氏度的恒温浴中，将粘度计安装在完全垂直的位置测量的。RSV 计算的固有误差为大约2dL/g。在相同的条件下测量的，相同组分的两 种聚合物具有相似的RSV，这一发现表明聚合物具有相似的分子量， 因此应该在特定的应用中具有相同的性能或活性。
“表面活性剂”是指溶解于水或水溶液中时降低表面张力，或降 低两种液体之间或液体与固体之间的界面张力的任何化合物。
正如所指出的，本发明的第一方面涉及一种使含絮凝剂的乳状液快 速转化并因此容易地释放出用于淤浆固体分离的絮凝剂的方法。该方 法包括在水中加入有效絮凝量的至少一种油包水乳状液，每种乳状液 含有至少一种絮凝剂和至少一种亲水性表面活性剂，在足够的压力和 时间下使含乳状液的水经受足量的剪切，以使该至少一种乳状液转化 并使至少一种絮凝剂释放到水中。然后将释放出的絮凝剂——例如， 通过注射——加入含水淤浆中以实现固体与淤浆水的分离。该表面活 性剂是水溶性的或水分散性的。
传统地，转化包括在制备罐中加入小心称量或计量的水、表面活性 剂(通常浓度为水重量的大约0.5至大约1.0wt％，以活性表面活性剂 为基准)、和足量的油包水型含絮凝剂的乳状液以使最终絮凝剂浓度为 低于水重量的0.15wt％至大约0.4wt％或更多，以活性表面活性剂为基 准。将混合物搅拌大约1小时或更长，直至乳状液完全转化并向水中 释放出絮凝剂。然后将絮凝剂溶液转移至稀释罐中(通常通过重力)， 在此将其进一步稀释至少十倍。将稀释的溶液--通常经25至500英尺 的管道--加入含含水淤浆的增稠器中，在此絮凝剂促进固液分离。
本发明加速了转化过程。在本发明的方法中，转化乳状液所需的时 间很短：通常为低于10秒至30秒或更大。典型地，在本发明的实施 中，这些方法在大约5至大约60秒内完成转化；优选为大约10至大 约30秒；最优选为大约15至大约25秒。此外，采用本发明，可以在 比传统方法所需的管道长度短得多的管道长度内实现转化并提供所用 的絮凝剂；例如，小于3英尺至大约20英尺或更长。
高剪切和根据其适合的化学物品选用的，并以适当的浓度使用的表 面活性剂的结合，还消除了传统转化法中典型的劳动力和设备。不再 需要制备罐；也不需要稀释罐。相反地，释放出的絮凝剂可以直接注 射入淤浆原料输送管中。
本发明中使用的絮凝剂是高分子量、阴离子的、水溶性或可分散的 聚合物。絮凝剂在乳状液的水相中微胶粒化。在微胶粒中，絮凝剂卷 曲，但在释放入主体(bulk)水相中时伸长。适用于本发明的油包水乳状 液的制备对于那些熟知本领域的人是公知的。
本发明中可以使用一种以上的絮凝剂和一种以上的含絮凝剂的乳 状液。特定的实际应用所需的絮凝剂的化学品和用量取决于淤浆的性 能，例如其性质、固体百分比、固体的粒度范围、所需的脱水率、沉 降率、pH值，和所需的滤液浊度。
本发明中的絮凝剂通常选自含0.01至100mol％的含乙烯基官能单 体的共聚物、均聚物和三元共聚物。含乙烯基官能单体包括，例如， 丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸及其 盐、丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基 氯季盐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸及其盐、丙烯酰胺丙基三甲基氯 化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、和由曼尼希反应制得的胺。 例如，在一个实施方案中，絮凝剂含有丙烯酰胺和丙烯酸钠，其摩尔 比为99∶1至1∶99，优选为99∶1至50∶50，最优选为95∶5至60∶ 40。在另一实施方案中，该絮凝剂是含10-30mol％2-丙烯酰胺-2-甲基 丙烷磺酸的丙烯酰胺共聚物。
该絮凝剂可以是阴离子、阳离子、两性或非离子聚合物。阳离子絮 凝剂通常包括，但不限于下列聚合物：例如，聚(DMAEM.MCQ)、聚 (DMAEA.MCQ)、丙烯酰胺/DMAEA.MCQ共聚物、丙烯酰胺/ DMAEM.MCQ共聚物、丙烯酰胺/APTAC共聚物、丙烯酰胺/MAPTAC 共聚物、丙烯酰胺/DADMAC共聚物、丙烯酰胺/DADMAC/ DMAEA.MCQ三元共聚物、AcAm/DMAEA.BCQ/DMAEA.MCQ三元 共聚物、和乙烯胺/乙烯基甲酰胺共聚物。可以加入阳离子絮凝剂的阳 离子官能团的其它例子包括胺、酰胺基胺、吖丙啶、EDC/NH3、乙烯 胺、乙烯基甲酰胺、等等。
适用的非离子絮凝剂包括，但不限于例如聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡 咯烷酮和聚乙烯基甲酰胺。
如上所述，可以使用几乎任何合适的阴离子絮凝剂。阴离子絮凝剂 的例子包括，但不限于，聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸 酯、丙烯酸胺/丙烯酸钠共聚物、丙烯酰胺/(甲基)丙烯酸钠共聚物、 丙烯酰胺/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物和丙烯酰胺/丙烯酰胺甲基丙 烷磺酸/丙烯酸钠三元共聚物。
适用于本发明的两性絮凝剂的例子是丙烯酰胺/丙烯酸钠 /DADMAC和丙烯酰胺/DMAEA.MCQ丙烯酸钠。
絮凝剂的分子量可以不同，通常为低于大约250,000至大约 30,000,000，或更高。优选地，分子量为大约10,000,000至高于大约 20,000,000，最优选为大约15,000,000至大约20,000,000。
在1M硝酸钠中，絮凝剂的比浓粘度为大约1至大约50分升/克。 比浓粘度优选为10至45分升/克，最优选为大约30至36分升/克。
加入乳状液中的絮凝剂的量可以优化以适应淤浆体系的特定要求。 以活性聚合物为基准，乳状液通常含有大约5至大约70wt％的絮凝剂。 优选地，以活性聚合物为准，絮凝剂占乳状液重量的大约15至50wt％， 最优选为大约25至大约40wt％。
絮凝剂产品中的表面活性剂对产品的体相从油转化成水是必须。适 用的表面活性剂可以是阴离子的、阳离子的、非离子的或两性的。选 择适当的表面活性剂时必须小心，因为一些表面活性剂会破坏乳状液 的稳定。在一个可选择的实施方案中，乳化的絮凝剂产物可以含有至 少一种表面活性剂。
尽管各种表面活性剂都可以用于转化，适用于本发明的表面活性剂 是亲水的，且HLB为低于10至40或更高。优选地，HLB为大约10 至大约30。适用的阴离子表面活性剂包括，但不限于，例如，获自Stepan Co.，Northfield，Ill.的含有40％烯烃磺酸酯的Bioterge AS-40；获自Cytec Industries，West Paterson，N.J.的含有70％磺基琥珀酸钠的二辛酯的 Aerosol GPG，；和获自Stepan Co.，Northfield，Ill.的含有60％月桂基乙 氧基硫酸钠的Steol。
适用的非离子表面活性剂包括，例如，乙氧基化辛基苯酚、乙氧基 化线型醇、环氧乙烷和1，2-环氧丙烷的嵌段共聚物(后文称“EO/PO 共聚物”)、仲脂肪醇乙氧基化物、改性苯酚、聚氧乙烯化烷基苯酚、 聚氧乙烯化直链醇、聚氧乙烯化聚氧化丙二醇、聚氧乙烯化硫醇、长 链羧酸酯、链烷醇酰胺、叔炔二醇、聚氧乙烯化硅氧烷，等等。
非离子表面活性剂可以通过商业途径获得，或使用本领域已知的技 术简便地制得。仲脂肪醇乙氧基化物的一个例子是来自Union Carbide Corp.，South Charleston，W.Va.的Tergitol 15-s-3，其HLB为大约8。适 用的含100活性物且HLB为大约15的EO/PO共聚物的一个例子是来 自BASF Corp.，Mt.Olive，N.J.的Pluronic L-64。
优选的非离子表面活性剂包括，例如，乙氧基化辛苯酚和线型脂肪 醇乙氧基化物。获自Rohm & Haas，Philadelphia，Pa.的HLB为12.7、商 标为TRITON X-114的乙氧基化辛苯酚；获自位于Houston，Tex.的 Condea Vista Chemical的线型脂肪醇乙氧基化物，商标为ALFONIC 1412-7。
适用的阳离子表面活性剂包括，但不限于，例如EthomeenC/15， 一种含100％活性物的乙氧基化胺，获自Akzo Nobel Chemicals Inc.， Chicago，Ill.；和Marlazin T 50/45，一种含50mol％的牛油脂肪胺聚乙二 醇醚，获自Condea Vista Co.，Houston，Tex.。
两性表面活性剂的例子包括，但不限于，AmphotergeSB，一种取 代的咪唑啉磺酸酯，获自位于Fair Lawn，N.J.的Lonza Inc.；和含有50％ 椰油两性二醋酸二钠(disodium cocoamphodiacetate)活性物的Montaric CLV，获自Uniquema(Paterson)，Paterson，N.J.。
乳状液中表面活性剂的浓度可以根据需要调整。然而，加入到乳状 液的表面活性剂的浓度通常为大约1至大约10wt％，优选为大约2至 大约6wt％。
典型地，如果乳状液中含有一种表面活性剂，选择密度基本接近乳 液基质的表面活性剂，以使其不会从乳状液中沉出。例如，当乳状液 的密度在大约1至大约1.1克/立方厘米(g/cc)的范围之内时，表面活 性剂的密度应该在此范围内，或者在大约1.02至大约1.06g/cc之间。
表面活性剂不溶解于在乳状液中。否则，表面活性剂会溶液化或与 水相中的微胶粒化的絮凝剂反应。事实上，直到乳状液被引入含水体 系中并经受反向湍流时，表面活性剂才与湍流协同结合使乳状液转化 并将絮凝剂释放到水中。
在另一实施方案中，乳状液还可以含有至少一种高萜含量天然油。 这种高萜含量天然油通常是松油或选自橙油、柠檬油、圆柚油和梨莓 油的桔皮油。例如，在一种实施方案中，乳状液含有占乳状液产品重 量大约3％的线型脂肪醇乙氧基化物(商标为ALFONIC 1412-7)和大 约1％的橙油(商标为COLD PRESSED ORANGE OIL)。作为一个基 团，天然油——具体地说是高萜天然油——在特定应用中与表面活性 剂协同作用，促进聚合物的转化。此外，高萜含量天然油的果香味使 使用者感觉该絮凝剂配方在环境方面更加舒适。
该乳状液可以通过任何适当的方式加入水中，尽管它优选以控制速 度，例如通过在线注射器，注射或用其他方式直接加入水中。
含絮凝剂的乳化产品加入水中后，形成的产品溶液中含大约 0.01wt％至大约2wt％乳液产品。产品溶液中表面活性剂的量为 0.0001wt％至0.2wt％。
加入水中的絮凝剂的剂量应该是实现淤浆中固体从水中聚集或分 离的有效量。通常，以活性聚合物为基准，加入水中的絮凝剂的量为 水重量的大约0.0025至大约0.8wt％。
为了发挥其絮凝剂活性，以活性聚合物为基准，已转化的絮凝剂加 入含水淤浆的浓度为低于淤浆重量的0.025份/百万份至大约为淤浆重 量的40份/百万份，或更高。释放的絮凝剂可以通过任何适当的方式加 入淤浆，包括，例如，直接注射或直接加入淤浆系统中。
使含乳状液的水经受高剪切，其压力和时间应足以使乳状液转化。 通常，当含乳液的水通过在线转化装置或其它流体动力学混合装置时 提供高剪切，这些装置可以是在线静态混合器，例如由在Houston，Tex. 的Flow Process Technologies，Inc.生产的Aqua-Shear，Models M300 和M400。其它适用的转化装置包括Cary，Ill.的Koflo Motionless Mixers Corp.生产的Koflo混合器设备和由Naperville，Ill.的Nalco Chemical Co.进行内部设计的Dynafloccer。由于这些剪切装置在本领 域是本领域所公知的，所以这里不作进一步描述。剪切装置的直径和 长度可以根据具体操作定制。装置中的元件在某些点产生反向湍流， 该湍流与通过管道的流体的层流具有相反的旋转方向。在乳状液转化 中，湍流被认为和表面活性剂产生协同作用。
此处，术语“高剪切”是指转化产品所需的有效量的剪切，包括反 向湍流。转化所需的剪切量是变化的，但通常为流动通过内径为3/4 英寸的管道，范围为低于5psi至大约50psi，或更高的水压提供的剪切， 其是在水进入剪切装置的标准水压计上测量的。
图1是沉降速度对剪切力的关系图，其中“剪切力”根据含有经絮 凝剂处理过的煤泥的容器的“圆筒反转的次数”量化。絮凝剂产物含 有96.5wt％的絮凝剂和3.5wt％的表面活性剂乙氧基化辛基苯酚(商标 TRITON X-114)。所用的絮凝剂是含有30mol％丙烯酸钠和70mol％丙 烯酰胺的共聚物，其在胶乳的水相中微胶粒化。
图1所示沉降速度是由实验室研究方法测定的，该方法首先在一个 一升带刻度的玻璃混合筒中加入淤浆。该圆筒的开口端至架台粘贴有 遮蔽胶带，将该筒盖上并翻转以使固体悬浮。将预定剂量的絮凝剂产 品加入淤浆中，将圆筒翻转X轴所示的预定次数，从而对该处理淤浆 施加剪切力。最后一次翻转后，将圆筒恢复到直立位置，允许固体沉 降。监视作为时间函数的固体/液体界面的位置，每隔30秒在遮蔽胶带 上做标记。沉降速度是固体沉降所需的时间，测量速度直到固体界面 的下降减缓(阻滞沉降)。更快的沉降速度与更快速转化的絮凝剂产品 相关。
图1表明对处理淤浆施加的剪切量影响含絮凝剂的产品的转化和性 能。更具体地，图1表明将絮凝剂产品快速转化并获得较快沉降速度 需要的适当的剪切量。图1还表明过量剪切可能会通过破坏形成的絮 状物来降低絮凝剂的效力。例如，将用10微升絮凝剂产品处理的淤浆 圆筒翻转30次产生大约1.8英寸/分钟的沉降速度；圆筒翻转40次使 沉降速度增加了几乎5倍，也就是大约8.5英寸/分钟。然而，圆筒翻 转50次却降低了沉降速度。
淤浆的性能——例如其中固体的粒度和浓度——会影响转化所需 的剪切量。在任何实际应用中，所需剪切的最优量可以由熟知本领域 的人通过实验的方法测定。
本发明的方法也可以用来转化含絮凝剂的乳状液以进行淤浆中的 固液分离，淤浆中的固体选自煤、净煤、铝土矿、铁矿、铜矿、砂子、 砂砾、粘土、浮渣、铅/锌、磷酸盐岩、南美贫铁矿、铍、二碳酸氢三 钠、高岭土、二氧化钛、铀、贵金属，等等。淤浆中可以存在一种以 上的固体。通常，本发明对分离浓度为占淤浆重量大约低于1至大约 70％、粒度为大约小于1微米至大约600微米的固体是有效的。
本发明的第二个方面提供了一种使含絮凝剂的乳状液原地快速转 化，以将絮凝剂直接释放到如矿物固液分离等操作中的方法。该方法 包括：(a)在含水淤浆中加入有效絮凝量的至少一种油包水乳状液， 该乳状液含有至少一种水溶性絮凝剂聚合物和至少一种亲水表面活性 剂；和(b)在足够的时间和压力下使淤浆和该至少一种乳状液经受高 剪切，使得该至少一种乳状液原地转化并将该至少一种絮凝剂释放到 淤浆中以进行固液分离。如上所述进行淤浆中的固体和液体分离。术 语“高剪切”与上述相同。
在本发明的这一方面，絮凝剂具有与上述相同的特性和使用浓度。 也就是说，该絮凝剂含有含0.01至100mol％的含乙烯基官能单体的共 聚物、均聚物和三元共聚物，而且比浓粘度为大约1至大约50分升/ 克。在一个实施方案中，该絮凝剂优选为含有摩尔比为95∶5至60∶ 40、最优选为70∶30的丙烯酰胺/丙烯酸钠共聚物。
相似地，在本发明的这一方面和给定的浓度范围内使用了与上述 相同的表面活性剂。在另一实施方案中，该乳状液进一步含有至少一 种高萜含量天然油，这在上文有所描述。
含絮凝剂的乳状液可以通过各种适当的方式加入淤浆中，例如通 过直接注射或直接加入，包括，例如在线加入。通常，将该乳状液加 入非常接近剪切点(shear)的那部分淤浆中，而且在经受剪切前不需要从 加入点分散相当的距离。
适用于本发明这一方面的剪切/转化装置是本领域中公知的，因此 这里不作进一步描述。这样的装置包括，例如上述的那些，如在线静 态混合器、其它流体动力学混合装置，等等。
本发明的这一方面，在固/液分离应用中，在用絮凝剂凝聚固体的 同时，允许絮凝剂产品在溶液中转化。如果有必要，含絮凝剂的乳状 液的原地转化也允许将絮凝剂产品逐滴加入高剪切应用中，而不需要 进料泵。
本发明的方法可以用于几乎或完全没有电力的远距池塘澄清。可以 将该技术引入高剪切淤浆的其它应用包括，例如带压、泥浆堆积、和 裱糊技术(paste technology)。
下列实施例与前述说明书一起，仅仅是阐明本发明及其应用。前述 说明书和实施例都不是为了限制本发明，因为许多改变对熟知本领域 的技术人员而言是显而易见的。
实施例1
一种阴离子聚合物的三种配方，标记为产品A、B和C，对他们聚 集体淤浆的能力进行测定以确定哪种最适合于用Dynafloccer装置在线 注射到固液应用中。这些配方列在下表1中。产品A是图1评测的产 品。
表1.测试絮凝剂化合物的配方   测试产品     组成     RSV 化合物百分比     ％     A  30mol％丙烯酸钠和70mol％丙   烯酰胺在胶乳中的共聚物     30-36     96.5     乙氧基化辛基苯酚1     3.5     B  30mol％丙烯酸钠和70mol％丙 烯酰胺在胶乳中的共聚物(通     过水解)     30-36     98.3     乙氧基化壬基苯酚2     1.7     C  30mol％丙烯酸钠和70mol％丙 烯酰胺在胶乳中的共聚物(更     高活性物)     30-36     98   线型脂肪醇乙氧基化物3     2     D  30mol％丙烯酸钠和70mol％丙     烯酰胺干共聚物     30-36     100
1商标为TRITRON X-114
2商标为TERGITOL NP-C49
3商标为ALFONIC 1412-7
结果见在表2A，沉降速度在表2B中进行比较。在沉降速度为10 英寸/分钟时进行比较，数据表明产品A--含有30mol％丙烯酸钠和 70mol％丙烯酰胺在胶乳中的共聚物及3.5％乙氧基化辛基苯酚的快速 转化/分散阴离子聚合物--胜过产品B大约25％，胜过产品C大约40％。 如表2A所示，从视觉上，化合物A也具有最澄清的上清液。
使用LMI泵(型号A151-85HV，生产商为Liquid Metronics Inc.， Milton Roy，Ivyland，Pa.)在进入Dynafloccer装置之前将聚合物注射入 止回阀时，Dynafloccer装置作为这些产品的在线转化装置表现良好。 将Dynafloccer装置中流出的经转化的聚合物溶液直接加入淤浆原料输 送管。处理的淤浆水平流过大约50英尺、直径12英寸的管道，该管 道在沉降池上方5英尺处将淤浆排出。。
如下所述，在管道排放口放置一个一升带刻度圆筒并测量一定时间 间隔的沉降量，以测定沉降速度。
在设备中测量固体的沉降速度
利用沉降试验来测量各种絮凝剂测试产品的活性，该沉降试验使用 矿物淤浆。在每个试验中，在一个一升塑料带刻度圆筒中加入处理的 淤浆。将遮蔽胶带粘贴在每个圆筒上，从开口端延伸至架台，与圆筒 刻度线平行。
将该筒放置在直立位置，开始计时，监控作为时间函数的固体界面 的位置，每隔30秒在遮蔽带上作记号。界面下降速度降低(阻滞沉降) 时停止作记号。通过将30秒沉降测量结果加倍，计算每个试验的沉降 速度，单位是英寸/分钟。沉降速度越快，该试验中絮凝剂的活性就越 有效。
从视觉上测定透明度，用样品中外观混浊的程度进行记录。
表2A.用Dynafloccer装置对聚集体淤浆进行的快速转化絮凝测试 的结果     产品1   剂量(cc/min)   沉降(in/min) 上清液透明度(视     觉)     A     40     20     清澈     ″     60     30     ″     ″     80     50     ″     ″     25     8     微浊     B     80     50     混浊     ″     60     40     ″     ″     40     12     ″     ″     25     8     ″     C     60     16     NA2     ″     40     8     ″     ″     40     13     ″     ″     200     26     混浊     ″     100     ″     ″     40     9     ″     ″     60     12     ″     ″     80     20     ″
1组成列示在表1中
2未提供
表2B.用Dynafloccer装置对聚集体淤浆进行的絮凝测试中测定的沉降 速度比较                                     沉降速度(in/min)   剂量(cc/min)     A     B     C     25     8     8     40     20     12     9     60     30     40     12     80     50     50     20     200     26
实施例2
使用Aqua-Shear装置对聚集体淤浆测试表1中所示产品A、B和 C。结果列在表3中。
表3.用Aqua-Shear装置对聚集体淤浆进行的快速转化絮凝测试 的结果     产品1   剂量(cc/min)   沉降(in/min) 上清液透明度(视     觉)     A     60     20     清澈     ″     42     14     ″     ″     25     8     微浊     B     80     15     微浊     ″     60     12     ″     ″     40     8     ″     C     80     14     混浊     ″     60     12     微浊     ″     40     7     ″
1组成列示在表1中
在沉降速度为10英寸/分钟时进行比较，这些数据表明含有3.5％乙 氧基化辛基苯酚的快速转化/分散阴离子聚合物产品A胜过产品B和C 大约40％。从视觉上，化合物A也具有最澄清的上清液。
在这些试验中，Aqua-Shear装置作为这些测试产品的在线转化装 置表现良好。使用LMI泵(型号A151-85HV，生产商为Liquid Metronics Inc.，Milton Roy，Ivyland，Pa.)在进入Aqua-Shear装置之前将聚合物注 射入止回阀中。将Aqua-Shear装置中流出的经转化的聚合物溶液直接 加入淤浆平衡罐中，并在加入到增稠器前与淤浆混合。
如上所述，将一个一升带刻度圆筒没入增稠器中央井中(这时用一 个污油泵周期性地产生湍流)并测量30秒的沉降量，然后将测量结果 加倍转换成英寸/分钟，从而测定沉降速度。
实施例3
使用Koflo在线静态混合器对两种煤泥评测产品A、B、和D，其 组成如表1所示。使用Ramsey Technology Inc.，Minneapolis，Minn.生产 的Clarometer分析淤浆的沉降速度。由这些数据测定置换比，称为 “RR”。
置换比是聚合物功效的指征，即与对照物(基准)相比，需要多少 聚合物以得到某种程度的性能。此处，置换比是在活性物相同的基础 上，快速转化聚合物所需的量与产物D，本研究中的标准聚合物，的 比值。所选的性能水平是Clarometer读数为105。
表4.用Koflo在线静态混合器对煤泥进行的快速转化的测试结果     淤浆 测试絮凝剂产品1   剂量(cc/min)     RR2     1     A     93.6     0.5     B     93.6     0.5     2     A     35.0     0.3     B     55.0     0.5
1组成列示在表1中
2与产物D相比的置换率
表4表明对两种煤泥测试时，计算出的相对于传统聚合物体系产品 D的，产品A和产品B的置换比的比较结果。在淤浆No.1中，在活性 聚合物的基础上，与产品D相比，需要大约50％含3.5％乙氧基化辛基 苯酚的阴离子絮凝剂聚合物(即产品A)。
在淤浆No.2中，絮凝剂产品A的置换比是0.3，也是基于活性聚合 物。这些结果表明快速转化絮凝剂产品A在反乳化技术上具有显著进 步，因为它可以在由于稀释补充条件(dilute make up condition)的低 剂量下有效使用。通常的胶乳乳液聚合物或干聚合物产品不具有这一 优点。
实施例4
评测了四种含表面活性剂的不同掺合物的快速转化/分散絮凝剂产 品的可转化性，其组分如表5所示。在所有测试的产品中，絮凝剂是 丙烯酰胺与丙烯酸钠的摩尔比为70∶30的阴离子聚合物。在0.25％的 产品溶液中测试这些产品。化合物A含有3.5wt％乙氧基化辛基苯酚作 为表面活性剂，化合物E含有4wt％乙氧基化的线型醇。化合物F合G 含有乙氧基化的线型醇作为表面活性剂，并且还含有橙油，其中线型 脂肪醇乙氧基化物与橙油的重量比为3∶1。
表5.絮凝剂产品的配方     化合物                                                   组成     成分 浓度(wt％)     A 摩尔比70∶30的丙烯酰胺与丙烯酸 钠的聚合物，在胶乳中     96.5     乙氧基化辛基苯酚1     3.5     E 摩尔比70∶30的丙烯酰胺与丙烯酸     钠的聚合物，在胶乳中     96.0     线型脂肪醇乙氧基化物2     4.0     F 摩尔比70∶30的丙烯酰胺与丙烯酸     钠的聚合物，在胶乳中     96.0 重量比为3∶13的线型脂肪醇乙氧基     化物与橙油     4.0     G 摩尔比为70∶30的丙烯酰胺与丙烯     酸钠的聚合物，在胶乳中     96.5  3∶1重量比的线型脂肪醇乙氧基化     物与橙油3     3.5
1商标为TRITRON X-114
2商标为ALFONIC 1412-7
3商标为COLD-PRESSED ORANGE OIL
每种转化的含絮凝剂的乳状液将聚合物释放到溶液中，其中聚合物 释放出负电荷。对转化的溶液进行的电导率测量与高分子絮凝剂产品 的转化程度有关。快速地达到越高的电导率，表示絮凝剂产品的转化 越快速快。
结果在图2中示出。如图所示，30秒后，含3.5wt％乙氧基化辛基 苯酚的絮凝剂化合物A显示出较好的转化性，其次是含3wt％线型脂肪 醇乙氧基化物与1wt％橙油的化合物F。1分钟后，含线型脂肪醇乙氧 基化物与橙油(重量比为3∶1)(表示为化合物F和G)的絮凝剂产品 显示出最满意的转化性能，其次是含乙氧基化辛基苯酚的产品，化合 物A。请注意，与仅使用线型脂肪醇乙氧基化物的化合物E相比，橙 油的加入明显产生了更快速的转化。
在不背离下列权利要求所限定的本发明的构思和范围的基础上，可 以改变本文所述的本发明方法中的组成、操作和排列。