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CN120535056A - 用于水系统中的矿物颗粒的选择性分离的、开孔或网状泡沫的官能化开放网络结构 - Google Patents

用于水系统中的矿物颗粒的选择性分离的、开孔或网状泡沫的官能化开放网络结构

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CN120535056A
CN120535056A CN202510662199.2A CN202510662199A CN120535056A CN 120535056 A CN120535056 A CN 120535056A CN 202510662199 A CN202510662199 A CN 202510662199A CN 120535056 A CN120535056 A CN 120535056A
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CN
China
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beads
collection media
mineral particles
bubbles
synthetic
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Application number
CN202510662199.2A
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P·J·罗思曼
M·R·费纳尔德
P·多兰
T·J·贝利
M·里安
K·R·拉希拉
M·D·科波拉
A·K·格林
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Cidra Corporated Services LLC
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Abstract

本文描述了一种用于矿物分离的工程化收集介质。工程化收集介质具有固相体，其被配置有诸如泡沫或海绵的三维开孔结构，以提供收集表面。表面用疏水性化学品官能化，该化学品具有带有官能团的分子，用于将矿物颗粒附着到收集表面。工程化收集介质可以是泡沫块、过滤器或传送带，其被放置在浆料中，以收集浆料中的矿物颗粒。将携带矿物颗粒的工程化收集介质提供给释放装置，其中矿物颗粒能够通过使用机械搅动、声波搅动等被释放。

Description

用于水系统中的矿物颗粒的选择性分离的、开孔或网状泡沫 的官能化开放网络结构
本申请为申请号为201780015513.1、申请日为2017年1月9日的发明名称为“用于水系统中的矿物颗粒的选择性分离的、开孔或网状泡沫的官能化开放网络结构”的中国专利申请的分案申请。
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2016年1月7日提交的发明名称为“NovelRecovery Media forMineral Processing(用于矿物处理的新型回收介质)”的美国临时申请No.62/276,051(712-2.428(CCS-0158)、和2016年10月7日提交的发明名称为“Three DimensionalFunctionalized Open-Network Structure for Selective Separation of MineralParticles in an Aqueous System(水系统中的矿物颗粒的选择性分离的三维功能化开放网络结构)”的美国临时申请No.62/405,569(712-2.439(CCS-0175)的权益，两者的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及将例如液体浆料(pulp slurry)的混合物中的有价值的材料与不需要的材料分离的技术；更具体地说，涉及一种例如使用工程化收集介质用于将例如液体浆料的混合物中的有价值的材料与不需要的材料分离的方法和装置。
背景技术
在许多工业过程中，浮选被用于将有价值或所需材料与不需要的材料分离。举例来说，在该过程中，将水、有价值的材料、不需要的材料，化学品和空气的混合物放入浮选槽中。化学品被用于使所需材料疏水，并且空气被用于将材料携带到浮选槽的表面。当疏水材料和空气泡碰撞时，它们彼此附着。空气泡携带着所需材料上升到该表面。
浮选槽的性能取决于气泡表面积通量和装置的收集区中的气泡尺寸分布。气泡表面积通量取决于气泡的尺寸和空气注入速率。控制气泡表面积通量传统上非常困难。这是一个多变量的控制问题，并且没有可靠的实时反馈机制以用于控制。
工业上需要提供一种更好的方式来将有价值的材料与不需要的材料分离，例如，包括在这种浮选槽中，以便消除与在这种分离过程中使用气泡相关的问题。
发明内容
CCS-0158和0175
根据一些实施例，本发明可包括或采取工程化收集介质的形式，其特征在于固相体和多个分子，该固相体被配置有三维开孔(open-cell)结构，以提供多个收集表面；该多个分子被设置在收集表面上，该分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的一种或多种矿物颗粒吸附到分子，以使得矿物颗粒附着到收集表面。
工程化收集介质也可包括一个或多个以下特征：
工程化收集介质可包括被配置有疏水化学品的涂层，疏水化学品选自由包括聚硅氧烷酸盐、聚(二甲基硅氧烷)、氟烷基硅烷或通常所知的具有低表面能的压敏粘合剂组成的组，以提供分子。
固相体可以由选自聚氨酯、聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强聚氨酯、涂覆有PVC的聚氨酯、硅树脂，聚氯丁二烯、聚异氰脲酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、环氧树脂、乳胶、含氟聚合物、聚丙烯、酚醛树脂、EPDM和腈的材料制成。
固相体可包括涂层或层，例如可用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、六甲基二硅氮烷、二氧化硅或疏水二氧化硅来改性的涂层或层。
固相体可包括涂层或层，该涂层或层由选自丙烯酸树脂、丁基橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯、天然橡胶、腈、具有乙烯、丙烯和异戊二烯的苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯和聚乙烯醚的材料制成。
工程化收集介质可包括粘合剂，粘合剂配置成促进固相体和涂层之间的粘合。
固相体可以由塑料、陶瓷、碳纤维或金属制成。
三维开孔结构可包括范围从每英寸10个至200个气孔的气孔(pore)。
固相体可包括或采取提供三维开孔结构的网状泡沫块(reticulated foamblock)的形式。
固相体可包括提供三维开孔结构的过滤器，该结构具有开孔，以允许含水混合物中的流体流过过滤器。
固相体可包括传送带，该传送带具有被配置有三维开孔结构的表面。
工程化收集介质可包括具有不同比表面积的不同开孔泡沫，不同开孔泡沫被混合以回收(recover)浆料中矿物颗粒的具体尺寸分布。
开孔泡沫及其特性
三维开孔结构可以采用开孔泡沫的形式。
开孔泡沫可以由一种或多种材料制成，材料选自包括聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强聚氨酯、如涂覆有PVC的PU的复合材料、非聚氨酯，以及金属、陶瓷、碳纤维泡沫和硬质多孔塑料的组，以增强机械耐久性。
开孔泡沫可涂覆有聚氯乙烯，并且继而涂覆有低表面能的柔顺粘性聚合物，以增强化学和机械耐久性。
在施加官能化聚合物涂层之前，可以用高能底漆对开孔泡沫进行涂底漆，以增加官能化聚合物涂层与开孔泡沫的表面的粘合。
开孔泡沫的表面可以化学或机械研磨，以在表面上提供“抓握点(grip point)”，以保留官能化聚合物涂层。
开孔泡沫的表面可以用涂层处理，该涂层与表面共价地键合，以增强官能化聚合物涂层和表面之间的粘合。
开孔泡沫的表面可以被涂覆有官能化聚合物涂层，官能化聚合物涂层呈低表面能的柔顺的粘性聚合物的形式，并且具有被选择用于捕获某些矿物颗粒并收集某些颗粒尺寸的厚度，包括其中薄涂层被选择用于按比例收集较小的粒度分数，并且厚涂层被选择用于收集附加的大的粒度分数。
比表面积可以被配置成每英寸具有特定数量的气孔，该数量被确定为针对浆料中的矿物颗粒的特定尺寸范围。
装置
根据一些实施例，本发明可以采用装置形式，其特征在于处理器和释放装置。
处理器可以被配置成接收携带矿物颗粒的一种或多种工程化收集介质，一种或多种工程化收集介质中的每一种工程化收集介质包括固相体和多个分子，该固相体被配置有三维开孔结构以提供多个收集表面，并且该多个分子被附着到收集表面，该分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的矿物颗粒的一种或多种矿物颗粒吸附到分子，以使得矿物颗粒附着到收集表面。
释放装置可以被配置成中断官能团的化学键，从而从收集表面除去矿物颗粒。
该装置还可包括以下特征中的一个或多个特征：
工程化收集介质可包括被配置有疏水化学品的涂层，疏水化学品选自由聚硅氧烷酸盐、聚(二甲基硅氧烷)和氟烷基硅烷中的组，或通常所知具有低表面能的压敏粘合剂组成的组，以提供分子。
释放装置可包括搅拌器，该搅拌器被配置成提供机械搅动，从而中断官能团的化学键。
固相体可包括承载矿物颗粒的传送带，释放装置包括刷洗设备，该刷洗设备被配置成摩擦传送带，从而中断官能团的化学键。
该装置还可以包括本文所述的一个或多个特征，例如，包括与上述工程化收集介质有关的那些阐述。
方法
根据一些实施例，本发明可以采用方法的形式，其特征在于：用于提供处理器的步骤，该处理器配置成接收携带矿物颗粒的一种或多种工程化收集介质，所述一种或多种工程化收集介质中的每一种工程化收集介质包括固相体和多个分子，该固相体被配置有三维开孔结构以提供多个收集表面，并且该多个分子被附着到收集表面，该分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的矿物颗粒中的一种或多种矿物颗粒吸附到分子，以使得矿物颗粒附着到收集表面；并且中断官能团的化学键，从而从收集表面除去矿物颗粒。
该方法还可以包括以下特征中的一个或多个特征：
工程化收集介质可包括被配置有疏水化学品的涂层，疏水化学品选自由聚硅氧烷酸盐、聚(二甲基硅氧烷)、氟烷基硅烷或通常所知具有低表面能的压敏粘合剂组成的组，以提供分子。
该方法还可包括提供搅拌器的步骤，该搅拌器被配置成提供机械搅动，从而便于所述中断，并且其中所述中断在表面活性剂中进行。
固相体可包括承载矿物颗粒的传送带，其中该方法还包括使刷洗设备摩擦传送带以进行所述中断的步骤。
该方法还可以包括提供声波源的步骤，该声波源配置成为所述中断提供超声波，其中所述中断在液体介质中进行。
母案申请(CCS-0090/712-2.383-1)
本文所述的本发明还可以与2013年11月15日提交的早期母案申请美国专利申请No.14/117,912中公开的各种实施例结合使用，例如，包括使用本文公开的工程化收集介质单独使用或与母案申请公开的实施例结合使用。例如，如下：
母案申请中公开的方法
例如，根据一些实施例，本发明可采用方法的形式，其特征在于：用于在处理器中接收多个携带矿物颗粒的合成珠粒的步骤，每个合成珠粒包括表面和附着到表面的多个分子，分子包括具有化学键的官能团，用于将一种或多种矿物颗粒吸附或附着到分子，以使得矿物颗粒附着在合成珠粒上；以及中断官能团的化学键，从而从合成珠粒除去矿物颗粒。在该方法中，多个合成珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
该方法还可以包括以下特征中的一个或多个特征：
携带矿物颗粒的合成珠粒可以被接收在具有第一温度的混合物中，并且中断的步骤可以包括使携带矿物颗粒的合成珠粒与具有高于第一温度的第二温度的介质接触。
携带矿物颗粒的合成珠粒可被使得与液体接触，并且中断的步骤可以包括将声波搅动施加到液体来使矿物颗粒与合成珠粒分离，或者中断的步骤可以包括施加微波到液体中来使矿物颗粒与合成珠粒分离。用于中断的步骤可包括提供超声波源以将声波搅动施加到液体，和/或布置超声波源以产生用于声波搅动的超声波信号，例如用于声波搅动的在20KHz到300HKz范围内的超声波信号。中断的步骤可包括提供在珠粒的共振频率下所选择的超声波信号，以使矿物颗粒与合成珠粒分离。
携带矿物颗粒的合成珠粒可以与具有第一pH值的混合物一起被接收，并且用于中断的步骤可以包括使携带矿物颗粒的合成珠粒与具有比第一pH值低的第二pH值的介质接触，包括其中第二pH值的范围为从0到7。
中断步骤可包括机械地使合成珠粒彼此相对移动，包括布置旋转装置或设备以搅拌合成珠粒。
合成珠粒可以由具有玻璃化转变温度的聚合物制成，第二温度可以基本上等于或高于该玻璃化转变温度。
携带矿物颗粒的部分合成珠粒可以由磁性材料制成，并且中断的步骤可以包括布置磁力搅拌器来搅拌合成珠粒。
携带矿物颗粒的合成珠粒可以与混合物一起被接收，其中所述中断包括选择以下中断技术中的两种或更多种：1)降低混合物的pH值；2)对混合物施加超声波；3)提高混合物的温度和4)机械搅拌混合物。所选择的中断技术可以同时或按顺序地在混合物上使用。
在所有这些实施例中，多个合成珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
在母案申请装置中所公开的装置
根据一些实施例，借助于另一个实施例，本发明可以采用装置的形式，其特征在于：处理器，其配置为接收携带矿物颗粒的多个合成珠粒，每个合成珠粒包含表面和附着在表面上的多个分子，分子包含具有化学键的官能团，用于将一种或多种矿物颗粒吸附或附着到分子上，使矿物颗粒附着在合成珠粒上；和释放装置，其配置成中断官能团的化学键，从而从合成珠粒中除去矿物颗粒。在该装置中，多个合成珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
该装置还可包括以下特征中的一个或多个特征：
释放装置可以被配置为实现本文阐述的特征中的一个或多个特征。
本发明可以采用装置的形式，其特征在于：处理隔室、合成珠粒和控制器，处理隔室用于接收携带矿物颗粒的多个合成珠粒，每个合成珠粒包括表面和附着到表面的多个分子，分子包括具有化学键的官能团，用于将一种或多种矿物颗粒吸附或附着到分子，以使得矿物颗粒附着在合成珠粒；合成珠粒携带矿物颗粒，矿物颗粒被接收在具有一pH值的混合物中；控制器被布置成释放酸性材料，以降低混合物的pH值。
本发明可以采用装置的形式，其特征在于：处理隔室、合成珠粒和声波源，处理隔室用于接收携带矿物颗粒的多个合成珠粒，每个合成珠粒包括表面和附着到表面的多个分子，分子包括具有化学键的官能团，用于将一种或多种矿物颗粒吸附或附着到分子，以使得矿物颗粒附着在合成珠粒；合成珠粒携带矿物颗粒，矿物颗粒被接收在具有物理条件的混合物中；声波源被布置成向混合物施加超声波。
实际上，本发明提供了使用合成珠粒或气泡的矿物分离技术，包括基于尺寸、重量、密度和磁性的聚合物气泡或珠粒。本说明书中的术语“聚合物”是指由连接在一起的许多相同或相似结构的单元组成的大分子。
本发明可以包括用现有技术中目前使用的浮选槽中的气泡替换或辅助具有非常可控尺寸特征的类似密度材料。通过控制尺寸和注入速率，可以实现非常精确的表面积通量。这种类型的控制将使珠粒或气泡尺寸能够被调节或选择到目标颗粒尺寸，以便更好地将有价值的或需要的材料与混合物中的不需要的材料分离。另外，可选择气泡或珠粒的浮力以在浮选槽内提供所需的上升速率，以优化对目标矿物颗粒的吸附和附着。举例来说，材料或介质可以是聚合物或基于聚合物的气泡或珠粒。这些聚合物或基于聚合物的气泡或珠粒的制造非常便宜并且具有非常低的密度。它们可以起到与泡沫非常相似的作用，但不常用。
由于该提升介质尺寸不依赖于浮选槽中的化学品，因此可以定制化学品以优化疏水性。不需要牺牲起泡剂的性能以产生所需的气泡尺寸。可以定制受控的介质的尺寸分布，以在矿石质量改变时最大化给浮选的不同进料衬底的回收。
可能存在空气和轻质珠粒或气泡的混合物。轻质珠粒或气泡可用于提升有价值的材料，并且空气可用于产生所需的泡沫层，以实现所需的材料等级。
还开发了珠粒或气泡化学品，以最大化轻质珠粒或气泡与有价值的材料的附着力。
还开发了珠粒回收过程，以使得能够在闭环过程中重复使用轻质珠粒或气泡。该过程可以由刷洗站构成，由此有价值的矿物从轻质珠粒或气泡中以机械、化学、热力或电磁方式被去除。特别地，去除过程可以通过控制嵌入富集的聚合物珠粒或气泡的介质的pH值、控制介质的温度、给介质施加机械或声波搅动、用一定频率的光照射富集的聚合物、或者在富集的聚合物珠上施加电磁波以减弱或中断有价值的材料与聚合物珠粒或气泡表面之间的结合的方式来执行。
在所有这些实施例中，多个合成珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
母案申请中公开的分离过程或处理器
根据本发明的一些实施例，并且举例来说，分离过程可以利用现有的采矿工业设备，包括传统的柱单元和增稠剂。轻质合成气泡或珠粒可以提供到例如柱的中间。这种传统的柱或单元具有促进释放矿物颗粒的环境。矿物颗粒落到底部，合成气泡或珠粒漂浮或到达表面。可以回收合成气泡或珠粒，然后通过在第一传统柱或单元中发生的过程将其送回。增稠剂可用于在该过程的两个阶段回收过程用水。在该实施例中，多个合成珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
母案申请中公开的采矿中的粗矿石颗粒的浮选回收
根据一些实施例，本发明可用于采矿中的粗矿石颗粒的浮选回收。
例如，该概念可采取在浮选回收中产生轻质合成珠粒或气泡的形式，用于将例如大于150微米的颗粒提升到浮选槽或柱中的表面。
基本概念是产生预定尺寸的壳或“半多孔”结构珠粒或气泡，并将其用作“工程”气泡，以改善例如采矿中粗矿石颗粒的浮选回收。
浮选回收可以在多个阶段实施，例如，第一阶段在恢复正确尺寸(<150微米)的研磨矿石时效果良好，但是矿石颗粒太小或太大而无法传递到后期阶段，并且更难回收。
本发明包括产生“气泡”，并设计它们以使用例如聚合物壳或结构携带矿石到表面，适当地化学活化以吸附或附着到矿石上。
依赖于“工程化”气泡的方法，在表面处或表面附近，壳可以溶解(时间被激活(time activated))，并释放进一步促进起泡的试剂。
在这些实施例中，多个合成珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
具有结合空气或轻质材料的聚合物块
根据一些实施例，本发明可以采用合成浮选气泡的形式，使用诸如将气泡结合到聚合物块中的概念，其被设计成将富含矿物的矿石吸附或附着到其表面上然后漂浮到浮选槽的顶部。还可以将诸如聚苯乙烯泡沫塑料的轻质材料结合到聚合物块中以有助于浮力。
这种方法的好处包括聚合物中的“工程化气泡”可以使更大范围的矿石颗粒被提升到表面，从而提高回收效率。
根据一些实施例，具有高百分比空气的最佳尺寸的聚合物块可以用适当的捕收剂化学品生产，也可以被封装在聚合物中。
一旦块体在例如浆料浆之类的混合物中，捕收剂化学品可以被释放，以最初吸附或附着到富含矿物的矿石颗粒上，然后上升到表面。
举例来说，在这些实施例中，聚合物块，包括聚苯乙烯泡沫塑料，可包括或采用本文公开的工程化收集介质的形式。
在母案申请中公开的形式为槽(cell)或柱的装置
根据一些实施例，本发明可以采用装置的形式，其特征在于：槽或柱，配置成接收流体(例如水)和有价值的材料以及不需要的材料的混合物；接收合成气泡或珠粒，其配置成当浸没在混合物中时是漂浮的，并且被官能化以控制在槽或柱中进行的过程的化学过程；以及提供富集的合成气泡或珠粒，其上具有有价值的物质。
合成气泡或珠粒可以由聚合物或基于聚合物的材料、或者二氧化硅或二氧化硅基材料、或者玻璃或玻璃基材料制成。
槽或柱可以采用浮选槽或柱的形式，并且合成气泡或珠粒可以被官能化以附着到混合物中的有价值的材料，该有价值的材料形成在浮选槽或柱中进行的浮选分离过程的一部分。
合成气泡或珠粒可以被官能化以释放化学品以控制浮选分离过程的化学过程。
合成气泡或珠粒可以配置有坚固的外壳，其用化学品官能化以附着到混合物中的有价值的材料上。备选地，合成气泡或珠粒可包括可被释放以附着到混合物中的有价值的材料的化学品。
合成气泡或珠粒可以配置成具有坚固的外壳，其配置成包含气体、包括空气，以便当浸没在混合物中时增加浮力。备选地，合成气泡或珠粒可以由低密度材料制成，以便当浸没在混合物中时是漂浮的，包括合成气泡被配置为没有内腔的固体。
合成气泡或珠粒可包括多个空心物体、主体、元件或结构，每个配置有相应的空腔、未填充的空间或孔以捕获并保持内部的气泡。空心物体、主体、元件或结构可包括空心圆柱体、球体、或小球、或毛细管、或它们的一些组合。每个空心物体、主体、元件或结构可以配置有尺寸，以便不吸收包括水在内的液体，其中尺寸在约20-30微米范围内。多个空心物体、主体、元件或结构可以配置有化学品，用于防止液体迁移到相应的腔体中，其中化学品是疏水化学品。由二氧化硅或二氧化硅基材料、或者玻璃或玻璃基材料制成的合成气泡或珠粒可以采用使用拉伸和切割工艺制造的空心玻璃圆筒的形式。
本发明的范围不旨在限制合成珠粒或气泡的尺寸或形状，以增强它们在混合物中的上升或下降。
本发明的范围还旨在包括配置和官能化合成气泡或珠粒的其他类型或种类的方式，这些合成气泡或珠粒现在已知或将来开发，以便执行上述在浸没在混合物中时漂浮的功能并附着在混合物中的有价值的物质上。
该混合物可以采用含有例如水和需要的有价值的材料的浆料浆的形式。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
在母案申请中公开的浮选分离设备的实现方法
本发明还可以采用一种方法的形式，例如，用于在具有浮选槽或柱的浮选分离装置中实施。该方法可包括用于在浮选槽或柱中接收流体和有价值的材料的混合物的步骤；在浮选槽或柱中接收合成气泡或珠粒，配置成当浸没在混合物中时漂浮，并官能化以附着到混合物中的有价值的材料上；从浮选槽或柱中提供富集的合成气泡或珠粒，其上附着有价值的材料。该方法可以包括与本文阐述的一个或多个特征一致地实现。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
在母案申请中公开的形式为浮选分离设备的装置
根据一些实施例，本发明可以采用设备的形式，诸如浮选分离装置，包括浮选槽或柱，其配置成接收水、有价值的材料和不需要的材料的混合物；接收聚合物或基于聚合物的材料，包括聚合物或聚合物气泡或珠粒，配置成附着在混合物中的有价值的材料上；并提供富集聚合物或基于聚合物的材料，包括富集聚合物或基于聚合物的气泡或珠粒，其上附着有价值的材料。根据一些实施例，聚合物或基于聚合物的材料可通过控制聚合物或基于聚合物的材料的尺寸的一些组合和/或在浮选槽中接收混合物的注入速率来配置表面积通量；或者，聚合物或基于聚合物的材料可以配置成低密度，以便表现得像气泡；或者聚合物或基于聚合物的材料可以配置有受控的介质尺寸分布，该介质可以被定制以当有价值的材料质量变化，包括矿石质量变化时，最大化回收不同的进料衬底；或其一些组合。
本发明可以采用在分离处理器技术中实施的分离过程中使用或形成其一部分的装置的形式，该装置的特征在于：合成气泡或珠粒，其配置有聚合物或基于聚合物的材料，官能化以附着于混合物中的有价值的材料，以便形成富集的合成气泡或珠粒，其上附着有价值的材料，并且还配置成至少部分地基于其上附着有价值的材料的富集的合成气泡或珠粒与混合物之间的物理性质的差异，而与混合物分离。
分离过程可以在分离处理器技术中实施，该技术将合成气泡或珠粒与混合物组合，并且提供富集的合成气泡或珠粒，其具有附着于其上的有价值的材料，其至少部分地基于其上附着有价值的材料的富集的合成气泡或珠粒与混合物之间的物理性质的差异而与混合物分离。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
母案申请中公开的基于尺寸的分离
分离过程可以使用基于尺寸的分离来实施，其中合成气泡或珠粒可以被配置成至少部分地基于其上附着有价值的材料富集的合成气泡或珠粒的尺寸与混合物中不需要的物质的尺寸之间的差异，而与混合物分离。
合成气泡或珠粒可以被配置成使得合成气泡或珠粒的尺寸大于混合物中的最大磨碎矿石颗粒尺寸，或者使得合成气泡或珠粒的尺寸小于混合物中最小磨碎的矿石颗粒尺寸。
合成气泡或珠粒可以被配置为固体聚合物气泡或珠粒。
合成气泡或珠粒可以配置有砂、二氧化硅或其他合适材料的芯材料，并且被还配置有聚合物封装。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
母案申请中公开的基于重量的分离
分离过程可以使用基于重量的分离来实施，其中合成气泡或珠粒可以被配置成至少部分地基于其上附着有价值的材料富集的合成气泡或珠粒的重量与混合物中不需要的物质的重量之间的差异，而与混合物分离。
合成气泡或珠粒可以被配置成使得合成气泡或珠粒的重量大于混合物中的最大磨碎矿石颗粒重量，或者使得合成气泡或珠粒的重量小于混合物中的最小磨碎矿石颗粒的重量。
合成气泡或珠粒可以被配置为固体聚合物气泡或珠粒。
合成气泡或珠粒可以被配置有磁铁矿、空气或其他合适材料的芯材料，并且还被配置有聚合物封装。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
基于磁性的分离
分离过程可以使用基于磁性的分离来实施，其中合成气泡或珠粒可以被配置成至少部分地基于其上附着有价值的材料的富集的合成气泡或珠粒的对磁性、亚铁磁性、铁磁性与混合物中不需要的物质的对磁性、亚铁磁性、铁磁性之间的差异，而与混合物分离。
合成气泡或珠粒可以被配置成使得合成气泡或珠粒的对磁性、亚铁磁性、铁磁性大于混合物中不需要的研磨矿石颗粒的对磁性、亚铁磁性、铁磁性。
合成气泡或珠粒可以被配置有铁磁或亚铁磁芯，其吸附到顺磁表面并且还配置有聚合物封装。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
母案申请中公开的基于密度的分离
分离过程可以使用基于密度的分离来实施，其中合成气泡或珠粒可以被配置成至少部分地基于其上附着有价值的材料的富集的合成气泡或珠粒的密度与混合物的密度之间的差异而与混合物分离，这与2012年5月25日提交的PCT申请No.PCT/US12/39528(代理卷号712-002.356-1)、发明名称为“Flotation separation using lightweight syntheticbubbles and beads(使用轻质合成气泡和珠粒的浮选分离)”，其全部内容通过引用并入本文。
在这些实施例中，合成气泡或珠粒可包括或采取本文公开的工程化收集介质的形式。
附图说明
现在参照附图，从以下结合附图的说明性实施例的详细描述中将更全面地理解本发明的前述和其他特征和优点，附图不一定按比例绘制，附图中相同的元件编号是相同的：
图1是根据本发明一些实施例的浮选系统、过程或装置的图。
图2是备选的浮选槽或柱的图，该浮选槽或柱可以被使用，以代替形成根据本发明的一些实施例的图1中所示的浮选系统、过程或装置的一部分的浮选槽或柱。
图3a显示了根据本发明的一些实施例的通用合成珠粒，其可以是基于尺寸的珠粒或气泡、基于重量的聚合物珠粒和气泡、以及基于磁性的珠粒和气泡。
图3b示出了根据本发明的一些实施例的合成珠粒的放大部分，其显示了用于将官能团附着到合成珠粒的表面的分子或分子段。
图4a示出了根据本发明的一些实施例的具有由合成材料制成的主体的合成珠粒。
图4b示出了根据本发明的一些实施例的具有合成壳的合成珠粒。
图4c示出了根据本发明的一些实施例的具有合成涂层的合成珠粒。
图4d示出了根据本发明的一些实施例的采用多孔块、海绵或泡沫形式的合成珠粒。
图5a示出了根据本发明的一些实施例的具有凹部和/或杆的合成珠粒的表面。
图5b示出了根据本发明的一些实施例的具有凹痕和/或孔的合成珠粒的表面。
图5c示出了根据本发明的一些实施例的具有堆叠珠粒的合成珠粒的表面。
图5d示出了根据本发明的一些实施例的具有毛发状物理结构的合成珠粒的表面。
图6是根据本发明的一些实施例的珠粒回收处理器的图，其中有价值的材料从聚合物气泡或珠粒中以热力方式被去除。
图7是根据本发明的一些实施例的珠粒回收处理器的图，其中有价值的材料从聚合物气泡或珠粒中以声波方式被去除。
图8是根据本发明的一些实施例的珠粒回收处理器的图，其中有价值的材料从聚合物气泡或珠粒中以化学方式被去除。
图9是根据本发明的一些实施例的珠粒回收处理器的图，其中有价值的材料从聚合物气泡或珠粒中以电磁方式被去除。
图10是根据本发明的一些实施例的珠粒回收处理器的图，其中有价值的材料从聚合物气泡或珠粒中以机械方式被去除。
图11是根据本发明的一些实施例的珠粒回收处理器的图，其中有价值的材料在两个或更多个阶段中从聚合物气泡或珠粒中被去除。
图12是根据本发明的一些实施例的使用逆流流动使基于尺寸的气泡或珠粒与混合分离以便进行矿物分离的装置的图。
图13a显示了根据本发明的一些实施例，被官能化为疏水的通用合成珠粒，其中珠粒可以是基于尺寸的珠粒或气泡、基于重量的聚合物珠粒和气泡、以及基于磁性的珠粒和气泡。
图13b示出了疏水性合成珠粒的放大部分，显示了附着合成珠粒的疏水表面的润湿矿物颗粒。
图13c示出了疏水性合成珠粒的放大部分，显示了附着合成珠粒的疏水表面的疏水性非矿物颗粒。
图14a示出了矿物颗粒同时附着在许多很小的合成珠粒。
图14b示出了矿物颗粒同时附着在许多略大的合成珠粒。
图15a示出了润湿的矿物颗粒同时被附着到许多很小的疏水性合成珠粒。
图15b示出了润湿的矿物颗粒同时被附着到许多略大的疏水性合成珠粒。
图16a和16b示出了本发明的一些实施例，其中合成珠粒或气泡的一部分被官能化以具有捕收剂分子，而另一部分被官能化为疏水。
图17a示出了采用立方体形状的开孔泡沫形式的收集介质。
图17b示出了根据本发明一些实施例的过滤器。
图17c示出了根据本发明实施例的膜或传送带的截面。
图17d示出了根据本发明另一个实施例的膜或传送带的截面。
图18示出了根据本发明的一些实施例的分离处理器，其配置有布置在其中的官能化的聚合物涂覆的传送带。
图19示出了根据本发明的一些实施例的配置有涂覆有官能化聚合物的过滤器组件的分离处理器。
图20示出了根据本发明的一些实施例的并流(co-current)转筒单元，其被配置为增强收集介质与浆料中的矿物颗粒之间的接触。
图21示出了根据本发明的一些实施例的叉流(cross-current)转筒单元，其配置成增强收集介质与浆料中的矿物颗粒之间的接触。
图22是显示在整个结构中夹带Cu矿物的网状泡沫的照片。
具体实施方式
CIP申请
该CIP申请包括图1至图22，例如包括示出来自较早提交的母案申请的主题的图1至图16b和示出形成该CIP申请的基础的主题的图17a至图22。
该CIP申请关于图17a至图22进一步详细扩展并发展了与使用泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料等形式的工程化收集介质的各种发明，其描述如下。
图17a至图17d
如上面结合图4d所述，合成珠粒70可以是多孔块或采用具有多个分离的充气室的海绵或泡沫的形式。根据本发明的一些实施例，泡沫或海绵可以采用过滤器、膜或传送带的形式，如2012年5月21日提交的发明名称为“Mineral separation using functionalizedmembranes”的PCT申请No.PCT/US12/39534(代理卷号712-002.359-1)，其全部内容通过引用并入本文。因此，本文描述的合成珠粒被概括为工程化收集介质。同样，多孔材料、泡沫或海绵可以被概括为具有三维开孔结构的材料、开孔泡沫或网状泡沫，其可以由软聚合物、硬塑料、陶瓷、碳纤维、玻璃和/或金属制成，并且可包括具有分子的疏水化学品，以将矿物颗粒吸附并附着到工程化收集介质的表面。
开孔泡沫或网状泡沫通过具有更高的表面积与体积比而提供优于非开孔材料的优点。使用官能化聚合物涂层促进矿物与泡沫“网络”的附着，可以提高矿物回收率，并且还可以提高比传统工艺释放的矿物更少的回收率。例如，工程泡沫块中的开孔允许流体和小于孔的尺寸的颗粒通过，但捕获与开孔上的官能化聚合物涂层接触的矿物颗粒。这也允许根据浆料性质和应用来选择泡孔尺寸。
根据本发明的一些实施例，工程化收集介质采用如图17a所示的矩形块或立方体形状70a的开孔泡沫/结构的形式。取决于被用于制造收集介质的材料，收集介质的比重可小于、等于或大于浆料。因此，当收集介质与用于矿物回收的浆料混合时，使用如图20和图21所示的转筒单元是有利的。这些转筒单元已在2016年12月28日提交的发明名称为“Tumbler cellform mineralrecovery using engineered media”的PCT申请No.PCT/US16US/68843(代理卷号712-002.427-1/CCS-0157)中公开，其要求2015年12月28日提交的临时申请No.62/272,026的权益，两者均以引用的方式整体并入本文。
根据本发明的一些实施例，工程化收集介质可以采用如图17b所示的具有三维开孔结构的过滤器70b的形式。例如，过滤器70b可以被用在如图19所示的过滤组件中。
根据本发明的一些实施例，工程化收集介质可以采取膜70c的形式，膜70c的一部分显示在图17c中。如图17c所示，膜70c可具有附着于衬底或基底的开孔泡沫层。衬底可以由比开孔泡沫层更少孔的材料制成。例如，衬底可以是柔韧聚合物片以增强膜的耐久性。例如，膜70c可用作传送带，如图18所示。
根据本发明的一些实施例，工程化收集介质可以采取膜70d的形式，其一部分在图17d中示出。如图17d所示，膜70d可具有被连接到衬底或基底的两侧的两个开孔泡沫层。衬底可以由比开孔泡沫层更少孔的材料制成。例如，膜70d也可以用作如图18所示的传送带。
在本发明的各种实施例中，如图17a至图17d中所示的工程化收集介质可包括或采取被配置有三维开孔结构的固相体的形式，以提供多个收集表面；并且涂层可以被配置成在收集表面上提供多个分子，分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的一种或多种矿物颗粒吸附到分子上，这使矿物颗粒被附着到收集表面。
在本发明的一些实施例中，开孔结构或泡沫可包括附着于其上的涂层，以提供多个分子以吸附矿物颗粒，该涂层包括选自聚硅氧烷酸盐、聚(二甲基硅氧烷)、氟烷基硅烷的疏水化学品，或通常被熟知为具有低表面能的压敏粘合剂的物质。
在本发明的一些实施例中，固相体可以由选自聚氨酯、聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强聚氨酯、涂覆有PVC的PU、硅树脂、聚氯丁二烯、聚异氰脲酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、环氧树脂、乳胶、含氟聚合物、聚丙烯、酚醛树脂、EPDM和腈的材料制成。
在本发明的一些实施例中，固相体可包括涂层或层，例如可用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、六甲基二硅氮烷、二氧化硅或疏水二氧化硅改性的涂层或层。
在本发明的一些实施例中，固相体可包括涂层或层，例如，由选自丙烯酸树脂、丁基橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯、天然橡胶、腈、具有乙烯的苯乙烯嵌段共聚物、丙烯和异戊二烯、聚氨酯和聚乙烯醚的材料制成。
在本发明的一些实施例中，可以在固相体和涂层之间提供粘合剂，以促进固相体和涂层之间的粘合。
在本发明的一些实施例中，固相体可以由塑料、陶瓷、碳纤维或金属制成。
在本发明的一些实施例中，三维开孔结构可包括每英寸10个至200个气孔的气孔。
在本发明的一些实施例中，工程化收集介质可以被包裹在笼状结构中，该笼状结构允许含矿物的浆料穿过笼状结构，以促进浆料中的矿物颗粒与工程化收集介质之间的接触。
在本发明的一些实施例中，可以从处理器中去除笼状结构或携带矿物颗粒的过滤器，使得它们可以被剥离矿物颗粒、清洁和再使用。
图18：涂覆有官能化聚合物的传送带
举例来说，图18示出了本发明是例如用于使用第一处理器402和第二处理器404将混合物401(例如液体浆料)中的有价值材料与不需要的材料分离的机器、设备、系统或装置400的形式。根据本发明的一些实施例，第一处理器402和第二处理器404可以被配置有涂覆有官能化的聚合物的构件，其被示出为例如在第一处理器402和第二处理器404之间延伸的涂覆有官能化聚合物的传送带420。箭头A1、A2、A3表示涂覆有官能化聚合物的传送带420的运动。用于使传送带状元件420在诸如元件402和元件404的两个处理器之间运行的技术，包括马达、传动装置等，在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在知道或将来后期开发的任何特定类型或种类。根据本发明的一些实施例，涂覆有官能化聚合物的传送带420可包括如图17c或17d所示的层结构。
第一处理器402可采取第一室、罐、槽或柱的形式，其包含通常表示为406的富附着的环境。第一室、罐或柱402可配置成接收形式为流体(例如水)、有价值的材料和不需要的材料的混合物或液体浆料401，其存在于例如具有高pH值的富附着的环境406中，高pH值有助于有价值的材料的附着。第二处理器404可采取第二室、罐、槽或柱的形式，其包含通常表示为408的富释放环境。第二室、罐、槽或柱404可被配置成接收例如存在于富释放环境408中的水422(其可具有低pH值)，或接收有助于释放有价值的材料的超声波。备选地，例如，可以在富释放环境408中使用表面活性剂，以在机械搅动或声波搅动下将有价值的材料从传送带420上分离。声波搅动可以通过例如如图7所示的超声波发生器164的声波源而实现。机械搅动可以通过例如如图10所示的搅拌器188的搅拌设备而实现，或者当传送带420移动通过富释放环境时，通过刷子(未示出)来摩擦传送带420的表面而实现。
在操作中，第一处理器402可以被配置成接收水、有价值的材料和不需要的材料的混合物或液体浆料401以及涂覆有官能化聚合物的传送带420，传送带420可以配置成附着到富附着环境中的有价值的材料的。在图18中，带420被理解为配置并用聚合物涂层官能化为附着到富附着环境406中的有价值的材料。
第一处理器402还可以配置成从例如如图18所示的尾矿442的管道441提供排出物。第二处理器404还可以被配置成提供有价值的材料，其从富集的涂覆有官能化聚合物的构件释放到富释放环境408中。例如，在图18中，第二处理器404被示出为配置成通过管道461排出以浓缩物462的形式的有价值的材料。
图19：涂覆有官能化聚合物的过滤器
举例来说，图19示出了本发明是例如用于使用第一处理器502、502'和第二处理器504、504'将有价值的材料与混合物501(例如液体浆料)中的不需要的材料分离的机器、设备、系统或装置500的形式。根据本发明的一些实施例，第一处理器502和第二处理器504可以被配置为处理涂覆有官能化聚合物的构件，其被示出为例如被配置为在如图19所示的作为批量类型过程的一部分的第一处理器502和第二处理器504'之间移动的涂覆有官能化聚合物的收集过滤器520。在图19中，并且作为示例，批量类型过程被示为具有两个第一处理器502、502'和两个第二处理器504、504，但是本发明的范围不旨在限于第一或第二处理器的数量。根据本发明的一些实施例，涂覆有官能化聚合物的收集过滤器520可以采用具有开孔结构的工程化收集介质的形式或由泡沫块制成，如图17b所示。箭头B1表示涂覆有官能化聚合物的过滤器520从第一处理器502的移动，箭头B2表示涂覆有官能化聚合物的收集过滤器520移动到第二处理器502中。用于将类似于过滤器的元件520从诸如元件502和504的一个处理器移动到另一个处理器的技术(包括马达，传动装置等)在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在知道或将来后期开发的任何特定类型或类型。
第一处理器502可以采用第一室、罐、槽或柱的形式，其包含具有高pH的富附着环境，高pH有助于附着有价值的材料。第二处理器504可以采取第二室、罐、槽或柱的形式，其包含可具有低pH或接收超声波的富释放环境，这有助于释放有价值的材料。备选地，第二处理器504可以配置为剥离罐，其中表面活性剂用于在机械搅动或声波搅动下从过滤器522释放有价值的材料。
第一处理器502还可以配置成从例如如图19所示的尾矿542的管道541提供排出物。第二处理器504可以配置成接收流体522(例如水)和富集的涂覆有官能化聚合物的收集过滤器520，以在富释放环境中释放有价值的材料。例如，在图19中，第二处理器504被示出为配置成通过管道561排出以浓缩物562的形式的有价值的材料。
第一处理器502'还可被配置有管道580和泵280，以将尾矿542再循环回第一处理器502'。本发明的范围还旨在包括配置有相应的管道和泵的第二处理器504'，以将浓缩物562再循环回第二处理器504'。
图20和21：转筒单元
根据本发明的一些实施例，如图17a所示的工程化收集介质可用于如图20所示的并流装置中的矿物回收。图20示出了配置为增强在工程化收集介质和浆料中的矿物颗粒之间的接触的并流转筒单元。
如图20所示，转筒单元600可包括容器602，容器602被配置成保持包含工程化收集介质70a和液体浆料或浆料677的混合物。浆料677可含有矿物颗粒(参见图3a和3b)。容器602可包括配置成接收工程化收集介质70a的第一输入614和配置成接收浆料677的第二输入618。在容器602的另一侧，可提供输出620，以在使工程化收集介质70a与容器中的浆料677中的矿物颗粒相互作用之后，从容器602排出至少部分的混合物681。混合物681可以包含矿物负载介质或装载介质和矿石残渣或尾矿679。如图20所示的容器602上的输入和输出的布置被称为并流配置。工程化收集介质70a可包括用化学品官能化的收集表面，化学品具有将矿物颗粒吸附到收集表面以形成矿物负载介质的分子。通常，如果工程化收集介质70a的比重小于浆料677，则容器602中的大量工程化收集介质70a可以漂浮在浆料677的顶部。如果收集介质70a的比重大于浆料677，则大量的工程化收集介质70a可下沉到容器602的底部。由此，工程化收集介质70a与浆料677中的矿物颗粒之间的相互作用对于形成矿物负载介质可能不是高效的。为了增加或增强工程化收集介质70a与浆料677中的矿物颗粒之间的接触，可以使容器602转动，例如，由此使得容器的上部中的至少一些混合物可以与容器602下部的至少一些混合物相互作用。在从容器602中排出之后，具有矿物负载介质和矿石残渣的混合物681可以通过诸如筛网的分离设备被处理，使得矿物负载介质和矿石残渣可以分离。例如，容器602可以是水平管或圆柱形鼓，其配置成沿着水平轴线旋转，如标号610所示。
图21示出了根据本发明的一些实施例的叉流转筒单元，其被配置为增强收集介质与浆料中的矿物颗粒之间的接触。如图21所见，转筒单元600'的容器602、第一输入614、第二输入618、第一输出622和第二输出624。第一输入614可以被布置成接收工程化收集介质70a并且第二输出624被布置成排出矿石残渣679。第二输入618可以被布置成接收浆料677并且第一输出622被布置成排放矿物负载介质670。容器602上的输入和输出的布置被称为逆流(counter-current)配置。在逆流配置中，可以使用诸如筛网的内部分离设备来防止容器602中的载有介质的介质和工程化收集介质70a通过第二输出624排出。由此，通过第二输出624排出的是矿石残渣或尾矿679。通过沿着旋转轴线691旋转容器602，可以使容器602上部中的至少一些混合物与容器602下部中的至少一些混合物相互作用，以增加或增强工程化收集介质70a与浆料677中的矿物颗粒之间的接触。
三维官能化的开放网络结构
表面积是矿物回收过程中的一个重要特性，因为它定义了可以捕获和回收的质量。高的表面积与体积比允许添加到槽中的每单位体积介质的更高回收率。如图17a至图17d所示，工程化收集介质显示为具有开孔结构。开孔或网状泡沫通过具有更高的表面积与体积比而提供优于其他介质形状(例如球形)的优点。与常规过程相比，应用促进矿物附着到泡沫“网络”的官能化聚合物涂层能够实现更高的回收率和提高更少释放出的矿物的回收率。例如，开孔允许流体和未吸附的小于泡孔尺寸的颗粒通过，但捕获与官能化聚合物涂层接触的含矿物颗粒。泡孔尺寸的选择取决于浆料性质和应用。
涂覆的泡沫可以切割成各种形状和形式。例如，涂覆有聚合物的泡沫带可以移动通过浆料，以收集所需的矿物，然后被清洁以除去所收集的所需矿物。清洁后的泡沫带可以重新引入浆料中。不同尺寸的涂覆泡沫的条带、块和/或片材也可以用在其与浆料在混合室中随机混合的地方。泡沫的厚度和泡孔尺寸的大小可以被设计成用作盒状过滤器，其可以被去除、清除回收的矿物并且可以重复使用。
如前所述，当用疏水化学品涂覆或浸泡时，开孔或网状泡沫通过具有更高的表面积与体积比而提供优于其他介质形状(如球)的优势。表面积是矿物回收过程中的一个重要特性，因为它定义了可以捕获和回收的质量。高的表面积与体积比允许添加到槽中的每单位体积介质的更高回收率。
开孔或网状泡沫提供官能化的三维开放网络结构，其具有高表面积，具有广泛的内表面和曲折路径，防止磨损和附着的矿物颗粒的过早释放。这提供了增强的收集和增加的功能耐久性。球形回收介质，例如珠粒以及带和过滤器，表面积与体积比差—这些介质不能提供高表面积以便最大限度地收集矿物。此外，某些介质如珠粒、带和过滤器可能会受到功能的快速降级。
与常规过程相比，应用促进矿物附着到泡沫“网络”的官能化聚合物涂层能够实现更高的回收率和提高更少释放出的矿物的回收率。该泡沫是开孔的，因此它允许流体和未吸附的小于泡孔尺寸的颗粒通过，但捕获与官能化聚合物涂层接触的含矿颗粒。泡孔尺寸的选择取决于浆料性质的和应用。
三维开孔结构被优化以提供低能量的柔顺、粘性表面，增强了疏水性或疏水化的矿物颗粒的收集，其粒度尺寸范围广泛。该结构可包括或采用开孔泡沫的形式，其涂覆有低表面能的柔顺、粘性聚合物。泡沫可以包括或采取网状聚氨酯或其他合适的开孔泡沫材料的形式，例如硅树脂、聚氯丁二烯、聚异氰脲酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、环氧树脂、胶乳、含氟聚合物、酚醛树脂、EPDM、腈、复合泡沫等等。涂层可以是聚硅氧烷衍生物，例如聚二甲基硅氧烷，并且可以用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、如六甲基二硅氮烷的疏水剂和/或如二氧化硅或疏水二氧化硅的无机颗粒改性。备选地，涂层可以包括或采取通常称为压敏粘合剂的材料的形式，例如丙烯酸树脂、丁基橡胶、乙烯醋酸乙烯酯、天然橡胶、腈、苯乙烯嵌段共聚物与乙烯、丙烯和异戊二烯、聚氨酯和聚乙烯醚，只要它们配制成具有低表面能的柔顺和粘性。
可以用底漆或其他粘合剂涂覆三维开孔结构，以促进外收集涂层与下面结构的粘合。
除了软聚合物泡沫之外，还可以使用其他三维开孔结构，例如硬塑料、陶瓷、碳纤维和金属。实例包括并包括由American生产的金属和陶瓷泡沫，以及多孔硬塑料，例如聚丙烯蜂窝等。必须对这些结构进行类似的优化，以提供通过如上所述的涂层提供柔顺、粘性的低能量表面。
上面的三维开孔结构可以被涂覆或可以直接反应，以形成低能量的柔顺、粘性表面。
三维开孔结构本身可以通过例如直接从如上所述的涂层聚合物形成这种结构而形成柔顺、低粘性的低能表面。这通过形成本领域已知的开孔聚合物泡沫的方法来实现。
该结构可以是片状、立方体、球体或其他形状以及密度(由每英寸孔数和孔径分布来描述)的形式，以及优化表面通路、表面积、矿物附着/分离动力学和耐用性的曲折度水平。可以另外优化这些结构以针对某些矿物粒度范围，更密集的结构获得更小的粒度尺寸。通常，单元密度可以为每英寸10个至200个气孔，更优选每英寸30个至90个气孔，最优选每英寸30个至60个气孔。
可以选择结构的具体形状或形式，以用于特定应用的最佳性能。例如，结构(例如涂覆的泡沫)可以切割成各种形状和形式。例如，涂覆有聚合物的泡沫带可以移动通过浆料，除去所需的矿物，从而将其清洁并重新引入浆料中。不同尺寸的涂覆泡沫的条带、块和/或片材也可以被用在其与浆料在混合室中随机混合的地方。根据本发明，备选地，可以形成输送机结构，其中泡沫被包裹在笼状结构中，该笼状结构允许含矿物的浆料通过笼状结构以被引入下面的泡沫结构，其中矿物可以与泡沫反应，然后被进一步处理。可以将厚度和泡孔尺寸改变为类似过滤器的形式盒，从而过滤器被去除、清除回收的矿物并重复使用。图22是用于回收黄铜矿矿物的聚合物涂覆的网状泡沫的一部分的实例。在整个泡沫网络中可以看到从铜矿石浆料中捕获的矿物颗粒。
泡沫存在许多可能是重要的并也应该被考虑的特征，如下：
机械耐久性：理想情况下，泡沫在矿物分离过程中将是耐用的。例如，在工厂系统中超过30,000次循环的寿命将是有益的。如上所述，存在许多能够提供所需耐久性的泡沫结构，包括聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强的聚氨酯，更耐用的形状(球体和圆柱体)，如涂覆有PVC的PU的复合材料、和非聚氨酯。其他潜在的机械耐用泡沫候选物包括金属、陶瓷和碳纤维泡沫以及硬质多孔塑料。
化学耐久性：矿物分离过程可能涉及高pH值环境(高达12.5)、水和研磨剂。氨酯经历水解降解，尤其是在极端pH值下的水解降解。虽然官能化聚合物涂层为下面的泡沫提供保护，但理想情况是，泡沫载体系统在其暴露的情况下抵抗化学环境。
对涂层的粘附性：如果泡沫表面能太低，则官能化聚合物涂层与泡沫的粘附将非常困难，并且可能会磨损掉。然而，如上所述，在施加官能化聚合物涂层之前，低表面能泡沫可以用高能底漆涂底漆，以改善涂层与泡沫载体的粘附性。备选地，可以对泡沫载体的表面进行化学研磨，以在表面上提供“抓握点”，以保持聚合物涂层，或者可以使用更高表面能的泡沫材料。而且，可以改性官能化聚合物涂层，以改善其对较低表面能泡沫的粘附性。备选地，可以使官能化聚合物涂层与泡沫共价地键合。
表面积：较高的表面积为矿物提供了更多的位点，以结合到泡沫基材所承载的官能化聚合物涂层上。在较大的表面积(例如使用小孔单元泡沫)和涂覆的泡沫结构捕获矿物的能力之间存在权衡，同时允许脉石材料通过而不是被捕获，例如由于小的泡孔尺寸将高效地驻留脉石材料。选择泡沫尺寸，以优化所需矿物的捕获并使不希望的脉石材料的机械夹带最小化。
泡孔尺寸分布：泡孔直径需要足够大以允许脉石和矿物被去除，但又需要足够小以提供高表面积。应该有一个最佳的泡孔直径分布，用于特定的矿物颗粒尺寸的捕获和去除。
曲折度：完全笔直的圆柱体具有非常低的曲折度。在整个泡沫中扭曲和转动的泡孔具有“曲折的路径”并产生高曲折度的泡沫。可以选择曲折度以优化矿物颗粒与泡沫基材的涂覆部分的潜在相互作用，同时不太曲折以至于不需要的脉石材料被泡沫基材截留。
官能化泡沫：可以将官能性化学基团共价地键合到泡沫表面。这可以包括将官能化聚合物涂层共价地键合到泡沫上，或将小分子键合到泡沫表面上的官能团，从而使矿物粘合功能更耐用。
泡沫的泡孔尺寸(每英寸的孔数(PPI))是一个重要的特性，其可施加作用以改善矿物回收和/或针对特定尺寸范围的矿物。随着PPI的增加，泡沫的比表面积(SSA)也增加。提供给该过程的高SSA增加了颗粒接触的可能性，这导致所需停留时间的减少。这进而可以导致更小尺寸的反应器。同时，较高的PPI泡沫由于较小的气孔尺寸而起到过滤器的作用，并且仅允许小于气孔的颗粒进入其核心。这使得能够针对例如粗颗粒靶向矿物细粉，或者开启混合不同PPI泡沫的组合的可能性，以优化跨过特定尺寸分布的恢复性能。
母案申请t的图1至图16b
母案申请的图1至图16b描述如下：
图1
举例来说，图1显示了本发明是装置10的形式，其具有浮选槽或柱12，配置成接收流体(例如水)、有价值的材料和不需要的材料(例如液体浆料14)的混合物；接收合成气泡或珠粒70(图3a至图5d)，其被构造成当浸没在液体浆料或混合物14中时漂浮，并且被官能化以控制在浮选槽或柱中进行的过程的化学过程，包括附着到液体浆料或混合物14中的有价值的材料；并提供富集的合成气泡或珠粒18，其上附着有价值的材料。术语“合成气泡或珠粒”和“聚合物气泡或珠粒”在本公开中可互换使用。术语“有价值的材料”，“有价值的矿物”和“矿物颗粒”也可互换使用。举例来说，合成气泡或珠粒70可以由聚合物或基于聚合物的材料、或者二氧化硅或二氧化硅基材料、或者玻璃或玻璃基材料制成，尽管本发明的范围旨在包括或者现在已知的或者将来后开发的其他类型或种类的材料。为了描述本发明的一个实例，在图1中，合成气泡或珠粒70和富集的合成气泡或珠粒18被显示为标记为18的富集聚合物或基于聚合物的气泡。浮选槽或柱12被配置具有顶部或管道20，以提供来自浮选槽或柱12的富集聚合物或基于聚合物的气泡18，用于与本文所述的气泡进一步一致处理。
浮选槽或柱12可被配置有例如具有阀22a的顶部或管道22，以接收液体浆料或混合物14，并且还具有底部或管道24，以接收合成气泡或珠粒70。在操作中，合成气泡或珠粒70的浮力使它们通过浮选槽或柱12中的液体浆料或混合物14从浮选槽或柱12的底部朝顶部向上浮动，从而与液体浆料或混合物14中的水、有价值的材料和不需要的材料碰撞。合成气泡或珠粒70的官能化使它们附着在液体浆料或混合物14中的有价值的材料上。如本文所用，术语“官能化”是指构成合成气泡或珠粒70的材料的性质选择(基于材料选择)或在制造和制造期间改变，以“吸附”到有价值的材料，所以在合成气泡或珠粒70与有价值的材料之间形成键，使得有价值的材料由于合成气泡或珠粒70的浮力而被提升通过浮选槽或柱12。例如，合成气泡的表面或珠粒具有用于收集有价值的材料的官能团。备选地，合成气泡或珠粒被官能化为疏水性的，以吸附润湿的矿物颗粒—那些收集分子附着其上的矿物颗粒。由于合成气泡或珠粒70与液体浆料或混合物14中的水、有价值的材料和不需要的材料之间的碰撞，以及合成气泡或珠粒70与液体浆料或混合物14中的有价值材料的附着，其上附着有有价值材料的富集聚合物或基于聚合物的气泡18将漂浮到浮选槽12的顶部并形成浮选槽12顶部形成的泡沫的一部分。浮选槽12可包括顶部或管道20，配置成提供富集的聚合物或基于聚合物的气泡18，其具有附着于其上的有价值的材料，其可以进一步处理，这与本文所述的一致。实际上，富集的聚合物或基于聚合物的气泡18可以从浮选槽12的顶部取出，或者可以通过顶部或管道20排出。
浮选槽或柱12可以被配置成包含富附着环境，包括富附着环境具有高pH值，以便促进其中的浮选回收过程。浮选回收过程可包括回收采矿中的矿石颗粒，包括铜。本发明的范围不限于现在已知的或将来后开发的任何特定类型或种类的浮选回收过程。本发明的范围也不限于任何特定类型或种类的目标矿物，其可以形成现在已知或将来后开发的浮选回收过程的一部分。
根据本发明的一些实施例，通过控制聚合物或基于聚合物的气泡的尺寸和/或液体浆料或混合物被接收在浮选槽或柱12中的注入速率的一些组合，合成气泡或珠粒70可以被配置有表面积通量。合成气泡或珠粒70也可以配置成低密度，以便表现得像气泡。合成气泡或珠粒70还可以配置有受控的介质尺寸分布，其可以被定制，以随着有价值的材料质量变化(包括矿石质量变化)使不同进料基质到浮选的回收最大化。
根据本发明的一些实施例，浮选槽或柱12可以被配置成将合成气泡或珠粒70与空气一起接收，其中空气被用于在浮选槽或柱12中的混合物中产生所需的泡沫层，以便获得有价值材料所需的等级。合成气泡或珠粒70可以被配置成将有价值的材料提升到浮选槽或柱中的混合物表面。
增稠器28
装置10还可以包括管道26，管道26具有阀门26a，用于向增稠器28提供尾矿，增稠器28被配置成从浮选槽或柱12接收尾矿。增稠器28包括管道30，管道30具有阀门30a以提供增稠的尾矿。增稠器28还包括合适的管道32，用于将经收回的水提供回浮选槽或柱12，以便在该过程中重复使用。类似于增稠器的元件28在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在已知的或将来后开发的任何特定类型或种类。
珠粒回收过程或处理器50
根据本发明的一些实施例，装置10可进一步包括珠粒回收过程或处理器，其总体上表示为50，其被配置成接收富集的聚合物或基于聚合物的气泡18，并提供回收的聚合物或基于聚合物的气泡52而没有有价值材料附着其上，以便能够在闭环过程中重复使用聚合物或基于聚合物的气泡52。举例来说，珠粒回收过程或处理器50可采取刷洗站的形式，由此有价值的矿物从聚合物或基于聚合物的气泡18中机械地、化学地或静电地去除。
珠粒回收过程或处理器50可以包括第二浮选槽或柱54形式的释放装置，第二浮选槽或柱54具有带阀门56a的管道56，配置成接收富集的聚合物气泡或珠粒18；从聚合物气泡或珠粒18中基本上释放有价值的材料，并且还具有配置成提供回收的聚合物气泡或珠粒52的顶部或管道57，基本上没有附着在其上的有价值的材料。第二浮选槽或柱54可以是配置为包含富释放环境，其中包括富释放环境具有低pH值，或者其中包括富释放环境由脉冲进入第二浮选槽或柱54的超声波产生。
珠粒回收过程或处理器50还可以包括管道58，管道58具有阀56a，用于向增稠器60提供浓缩矿物，增稠器60配置成从浮选槽或柱54接收浓缩矿物。增稠器60包括具有阀62a的管道62以提供增稠浓缩物。增稠器60还包括合适的管道64，用于将收回的水提供回第二浮选槽或柱54，以便在该过程中重复使用。类似于增稠器的元件60在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在已知的或将来后开发的任何特定类型或种类。
还设想了这样的实施例，其中将富集的合成珠粒或气泡置于化学溶液中以使有价值的材料溶解掉，或者将其送至熔炼有价值材料的冶炼厂，其中包括其后合成珠粒或气泡再利用。
剂量控制
根据本发明的一些实施例，合成珠粒或气泡70可以被官能化，以控制在槽或柱中进行的过程的化学过程，例如，以释放化学品来控制浮选分离过程的化学过程。
特别地，图1中的浮选槽或柱12可以被配置成接收基于聚合物的块，如含有一种或多种化学品的合成珠粒，化学品用于浮选分离有价值的材料，包括采矿矿石，其被封装到聚合物中，一旦被释放到浮选槽或柱12中，用以提供化学品的缓慢或有针对性的释放。举例来说，一种或多种化学品可包括现在已知的和将来后开发的化学混合物，包括典型的起泡剂、捕收剂和其他用于浮选分离添加剂。本发明的范围不限于可以被释放到使用根据本发明的合成气泡的浮选槽或柱12中的化学品或化学混合物的类型或种类。
本发明的范围旨在包括合成珠粒或气泡的其他类型或种类的官能化，以提供对在槽或柱中进行的过程的化学过程的其他类型或种类的控制，包括现在已知的以及将来后开发的官能化和控制。例如，合成珠粒或气泡可以被官能化，以控制形成浮选分离过程的一部分的混合物的pH值，所述浮选分离过程在浮选槽或柱中进行。
图2：碰撞技术
图2示出了根据本发明的一些实施例的备选装置，其通常以备选浮选槽201的形式表示为200，其至少部分地基于混合物与合成气泡或珠粒之间的碰撞技术。例如液体浆料的混合物202可以容纳在顶部或管道204中，合成气泡或珠粒206可以容纳在底部或管道208中。浮选槽201可以配置成包括用于接收混合物202的第一设备210，并且还可以配置为包括用于接收基于聚合物的材料的第二设备212。第一设备210和第二设备212被配置成面向彼此，以便使用碰撞技术提供混合物202和合成气泡或珠粒206，例如聚合物或基于聚合物的材料。在图2中，箭头210a表示喷射的混合物，箭头212a表示在浮选槽201中朝向彼此喷射的合成气泡或珠粒206。
在操作中，碰撞技术使用足够的能量引起涡流和碰撞，以增加聚合物或基于聚合物的材料206和混合物202中的有价值材料的接触的可能性，但是没有太多的能量来破坏聚合物或基于聚合物的材料206与混合物中有价值的材料之间形成的键。未示出的泵可用于为混合物202和合成气泡或珠粒206提供适当的压力，以实施碰撞技术。
举例来说，第一设备210和第二设备212可以采用淋浴头状设备的形式，其具有带有多个孔的穿孔喷嘴，用于将混合物和合成气泡或珠粒朝向彼此喷射。淋浴头状设备在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在已知的或将来后开发的任何特定类型或种类。此外，基于本专利申请中所公开的内容，本领域技术人员无需过多实验就能够确定用于将混合物202和合成气泡或珠粒206朝向彼此喷射的孔的数量和尺寸，以及确定适当的泵送压力以提供足够的能量来增加聚合物或基于聚合物的材料206与混合物202中的有价值的材料接触的可能性，但是没有太多能量来破坏聚合物或基于聚合物的材料206与混合物202中的有价值材料之间形成的键。
由于合成气泡或珠粒206与混合物之间的碰撞，富集的合成气泡或其上附着有价值材料的珠粒将漂浮到顶部并形成浮选槽201中的泡沫的一部分。浮选槽201可以包括顶部或管道214，其配置成提供富集的合成气泡或珠粒216，例如富集的聚合物气泡如图所示，其具有有价值材料附着其上，其可以与本文所述的进一步一致处理。
替代装置200可用于代替浮选柱或槽，并插入图1所示的装置或系统中，并且可证明比使用浮选柱或槽更高效。
图3a至图5d：合成气泡或珠粒
用于矿物分离的气泡或珠粒在本文中称为合成气泡或珠粒。至少合成气泡或珠粒的表面具有聚合物层，其被官能化以吸附或附着于混合物中的有价值材料或矿物颗粒。术语“聚合物气泡或珠粒”和术语“合成气泡或珠粒”可互换使用。本说明书中的术语“聚合物”是指由连接在一起的许多相同或相似结构的单元制成的大分子。该单元可以是单体或低聚物，其形成例如聚酰胺(尼龙)、聚酯、聚氨酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚缩醛、聚乙烯、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚(乙烯基)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛树脂、聚二甲基硅氧烷和其他有机或无机聚合物的基础。该清单不一定是穷尽的。因此，合成材料可以像塑料那样是硬的或刚性的，或者像弹性体那样柔软和柔韧。虽然合成珠粒的物理性质可以变化，但合成珠粒的表面被化学官能化以提供多个官能团来吸附或附着到矿物颗粒。(举例来说，术语“官能团”可以理解为负责特定化合物的特征反应的一组原子，包括那些定义化合物族的结构并确定其性质的原子。)
为了帮助本领域普通技术人员理解本发明的各种实施例，图3a示出了通用合成珠粒，图3b示出了表面的放大部分。合成珠粒可以是基于尺寸的珠粒或气泡、基于重量的聚合物珠粒和气泡，和/或基于磁性的珠粒和气泡。如图3a和图3b所示，合成珠粒70具有珠体以提供珠表面74。珠体的至少外部部分由例如聚合物的合成材料制成，以便提供表面74上的多个分子或分子链段76。分子76用于将化学官能团78附着到表面74。通常，分子76可以是例如烃链，并且官能团78可以具有阴离子键，用于吸附或附着例如铜的矿物到表面74。例如，黄原酸盐具有官能团78和分子链段76，以结合到用于制造合成珠粒70的聚合物中。官能团78也称为离子或非离子的捕收剂(collector)。离子可以是阴离子或阳离子。阴离子包括氢氧基，如羧基，硫酸根和磺酸根，和巯基，如黄原酸根和二硫代磷酸根。可用于提供官能团78的其他分子或化合物包括但不限于硫代氨基甲酸酯、硫脲、黄原胶、单硫代磷酸酯、氢醌和多胺。类似地，螯合剂可以掺入聚合物中或聚合物上，作为吸收例如铜的矿物的捕收剂位点。如图3b所示，矿物颗粒72附着到分子76上的官能团78。通常，矿物颗粒72比合成珠粒70小得多。许多矿物颗粒72可被吸附或附着于合成珠粒70的表面74上。
在本发明的一些实施例中，合成珠粒具有由合成材料如聚合物制成的固相体。聚合物可以是刚性的或弹性的。弹性体聚合物可以是例如聚异戊二烯或聚丁二烯。合成珠粒70具有珠体80，珠体80具有包含多个分子的表面，分子具有一个或多个用于将矿物颗粒吸附到表面的官能团。具有用于收集矿物颗粒的官能团的聚合物被称为官能化聚合物。在一个实施例中，合成珠粒80的整个内部部分82由相同的官能化材料制成，如图4a所示。在另一个实施例中，珠体80包括壳84。壳84可以通过膨胀形成，例如热膨胀或减压。外壳84可以是微气泡或气球。在图4b中，由官能化材料制成的壳体84具有内部部分86。例如，内部部分86可填充有空气或气体以辅助浮力。内部部分86可用于容纳在矿物分离过程中要释放的液体。封装的液体可以是例如极性液体或非极性液体。例如，封装的液体可含有抑制剂组合物，用于增强浮选阶段中硫化物矿石中铜、镍、锌、铅的分离。例如，壳84可用于封装粉末，该粉末可具有磁性，从而使合成珠粒具有磁性。封装的液体或粉末可含有单体、低聚物或短聚合物链段，用于在从珠粒释放时润湿矿物颗粒的表面。例如，每种单体或低聚物可含有一个用于附着到矿物颗粒的官能团和一个用于将润湿的矿物颗粒附着到合成珠粒上的离子。例如，壳84可用于封装固体芯，例如聚苯乙烯泡沫塑料，以辅助浮力。在又一个实施例中，仅珠体的涂层由官能化聚合物制成。如图4c所示，合成珠粒具有由陶瓷、玻璃或金属制成的芯90，并且仅芯90的表面具有由官能化聚合物制成的涂层88。取决于应用，芯90可以是空心芯或填充芯。芯90可以是微泡、球体或气球。例如，由金属制成的填充芯使合成珠粒的密度高于例如液体浆料的密度。芯90可以由磁性材料制成，使得合成珠粒的对磁性、亚铁磁性、铁磁性大于混合物中不需要的研磨矿石颗粒的对磁性、亚铁磁性、铁磁性。在不同的实施例中，合成珠粒可以配置有吸附到顺磁表面的铁磁或亚铁磁芯。由玻璃或陶瓷制成的芯90可用于使合成珠粒的密度基本上等于液体浆料的密度，使得当合成珠粒混合到用于矿物收集的液体浆料中时，珠粒可以处于悬浮状态。
根据本发明的不同实施例，合成珠粒70可以是多孔块或采用具有多个分离的充气室的海绵或泡沫的形式，如图4d所示。可以将空气和合成珠粒或气泡70的组合添加到传统的自然吸气浮选槽中。
应当理解，术语“珠粒”不限制本发明的合成珠粒的形状为如图3所示的球形。在本发明的一些实施例中，合成珠粒70可具有椭圆形状、圆柱形、块状。此外，合成珠粒可具有不规则形状。
还应该理解，根据本发明，合成珠粒的表面不限于整体光滑表面，如图3a所示。在本发明的一些实施例中，表面可以是不规则和粗糙的。例如，表面74可以具有如凹部或杆的一些物理结构92，如图5a所示。表面74可以具有如孔或凹痕的一些物理结构94，如图5b所示。表面74可以具有由堆叠的珠粒形成的一些物理结构96，如图5c所示。表面74可具有一些毛发状物理结构98，如图5d所示。除了将矿物颗粒吸附到珠粒表面上的合成珠粒上的官能团之外，物理结构可以帮助将矿物颗粒捕获在珠粒表面上。表面74可以配置成蜂窝状表面或海绵状表面，用于捕获矿物颗粒和/或增加接触表面。
还应注意，本发明的合成珠粒可以通过不同的方式实现以达到相同的目的。即，使用不同的方法将矿物颗粒吸附到合成珠粒的表面是可能的。例如，聚合物珠粒、壳的表面可以用疏水化学分子或化合物官能化。备选地，由玻璃、陶瓷和金属制成的珠粒表面可涂有疏水性化学分子或化合物。使用玻璃珠的涂层作为实例，聚硅氧烷酸盐可用于使玻璃珠粒官能化以制备合成珠粒。在液体浆料中，黄原酸盐和异羟肟酸盐捕收剂还可以加入其中，以收集矿物颗粒并使矿物颗粒疏水。当合成珠粒用于收集pH值约为8-9的液体浆料中的矿物颗粒时，可以在例如硫酸溶液的酸性溶液中从合成珠粒表面释放富集的合成珠粒上的矿物颗粒。还可以通过声波搅动，例如超声波，释放携带富集合成珠粒的矿物颗粒。
多个空心物体、主体、元件或结构可包括空心圆柱或球体，以及毛细管，或它们的一些组合。本发明的范围不限于空心物体、主体、元件或结构的类型、种类或几何形状或其混合物的均匀性。每个空心物体、主体、元件或结构可以配置有尺寸，以便不吸收包括水在内的液体，其中尺寸在约20-30微米范围内。每个空心物体、主体、元件或结构可以由玻璃或玻璃状材料以及现在已知或将来后开发的一些其他合适的材料制成。
举例来说，接收在混合物中的多个空心物体、主体、元件或结构可包括每立方英尺混合物数千个气泡或珠粒的数量，但本发明的范围不是本身旨在限制特定数量的气泡。例如，约三千立方英尺的混合物可包括数百万个气泡或珠粒，例如，尺寸为约1毫米，在三千立方英尺的混合物中。
多个空心物体、主体、元件或结构可以配置有化学品，用以防止液体在湿混凝土混合物固化之前迁移到相应的空腔、未填充的空间或孔中，其中化学品是疏水化学品。
一个或多个气泡可以采取包括空气的少量气体的形式，其被捕获或保持在多个空心物体、主体、元件或结构的空腔、未填充空间或孔中。
本发明的范围旨在包括本文所示的合成气泡或珠粒，其由聚合物或基于聚合物的材料、或二氧化硅或基于二氧化硅的材料、或玻璃或基于玻璃的材料制成。
图6至图11：释放机构
设想本发明的各种实施例作为示例，以显示有价值的矿物可以以机械、化学、热力、光学或电磁方式从富集的合成珠粒或气泡中除去或释放。
举例来说，如图1中所示的珠粒回收过程或处理器50可以适于以不同方式从富集的合成珠粒或气泡中去除有价值的矿物。释放装置可以包括或采取加热器150(图6)的形式，加热器150被配置成提供热量以用于有价值的矿物从富集的合成珠粒或气泡的去除；超声波发生器164(图7)被配置成提供超声波以用于有价值的矿物从富集的合成珠粒或气泡的去除，容器168(图8)被配置成提供酸或酸性溶液170以用于有价值的矿物从富集的合成珠粒或气泡的去除；微波源172(图9)被配置为提供微波以用于有价值的矿物从富集的合成珠粒或气泡的去除，马达186和搅拌器188(图10)被配置为搅拌富集的合成珠粒或气泡以用于有价值的矿物从富集的合成珠粒或气泡的去除；和多个释放或回收处理器(图11)，配置成使用多种释放或回收技术以用于有价值的矿物从富集的合成珠粒或气泡的去除。根据本发明的一些实施例，前述释放装置可以响应于例如来自控制器或控制处理器的信令。鉴于前述内容，并且作为示例，下面详细阐述了释放技术：
热释放有价值的材料
如图3a至5c所示，合成珠粒或气泡70可由聚合物制成，该聚合物在经受高温时软化。已知聚合物在某一温度以上可能变成橡胶状。这是由于玻璃化转变温度Tg下的聚合物—玻璃转变。通常，聚合物的物理性质取决于聚合物链的大小或长度。在高于一定分子量的聚合物中，增加的链长趋向于增加玻璃化转变温度Tg。这是链相互作用增加的结果，例如范德华引力和可能随链长增加而产生的纠缠。诸如聚氯乙烯(PVC)的聚合物具有约83摄氏度的玻璃化转变温度。如果聚合物气泡或珠粒70具有毛发状表面结构98(参见图5d)以捕获矿物颗粒72(参见图3b)，则毛发状表面结构98可变软。因此，在橡胶状态的某种聚合物中，毛发状表面结构98可能丧失保持矿物颗粒的能力。由于如图1和图2所示的分离过程可能在室温或约23摄氏度下进行。任何温度，例如高于50摄氏度，都可以软化毛发状表面结构98(参见图5d)。对于由PVC制成的合成气泡或珠粒70，可以使用大约或高于83摄氏度的温度来从合成气泡或珠粒的表面结构中去除矿物颗粒。根据本发明的一个实施例，如图1中所示的珠粒回收过程或处理器50可以适于除去富集的聚合物气泡18中的矿物颗粒。例如，当收回的水移出增稠器60时通过管道64，加热器150可用于加热收回的水，如图6所示。这样，加热的收回的水152可以布置成清洗浮选柱54内的富集的聚合物气泡18，从而释放至少一些附着在富集的聚合物气泡18上的有价值的材料或矿物颗粒到管道58中。可以将收回的水加热到或超过用于制造聚合物气泡的聚合物的玻璃化转变温度。加热的收回的水152的升高的温度也会削弱捕收剂78和矿物颗粒72之间的键(参见图3b)。可以使用加热器将水煮沸成蒸汽并将蒸汽施加到富集的聚合物气泡上。还可以在压力下产生过热蒸汽并将过热蒸汽施加到富集的聚合物气泡上。
声波释放有价值的材料
当超声波在含有富集的聚合物气泡或珠粒的溶液或混合物中施加时，可以在中断有价值材料与聚合物气泡或珠粒表面的附着中发生至少两种可能的影响。声波可以使附着的矿物颗粒快速地朝聚合物气泡或珠粒表面的反向(against)移动，从而震动矿物颗粒从表面上松开。声波还可以导致合成气泡的形状变化，影响合成气泡表面上的物理结构。众所周知，超声波是一种循环声压，其频率大于人类听觉的上限。因此，通常，超声波从刚好超过20千赫兹(KHz)一直到约300KHz。在超声波清洁器中，低频超声波清洁器具有比更高的操作频率更有效地去除更大颗粒尺寸的趋势。然而，较高的操作频率倾向于产生更具穿透力的擦洗作用并且更有效地去除较小尺寸的颗粒。在涉及小于100μm至1mm或更大的矿物颗粒的矿物释放应用中，根据本发明的一些实施例，超声波频率范围为10Hz至10MHz。举例来说，如图1所示的珠粒回收过程或处理器50可以适于通过对浮选柱54中的溶液施加超声波来去除富集的聚合物气泡18中的矿物颗粒。例如，作为来自管道64的收回的水用于清洗浮选柱54内的富集的聚合物气泡18，可以使用超声波发生器164施加超声波166以从富集的聚合物气泡18中释放有价值的材料(矿物颗粒72，图3b)。图7示出了超声波应用的示意图。根据本申请的一些实施例，选择作为合成珠粒或气泡的共振频率的超声频率用于矿物释放应用。
化学释放有价值的材料
在物理吸附中，有价值的矿物与合成气泡或珠粒可逆地结合，由于静电吸附和/或范德华键合和/或疏水吸附和/或粘合剂附着而附着。如果溶液的pH值改变，则物理吸附的矿物颗粒可以从合成气泡或珠粒的表面解吸或释放。此外，大多数矿物的表面化学性质受pH的影响。一些矿物在酸性条件下产生正表面电荷，在碱性条件下产生负电荷。pH变化的影响通常取决于捕收剂和收集的矿物。例如，黄铜矿在比方铅矿更高的pH值下解吸，并且方铅矿在比黄铁矿更高的pH值下解吸。如果在8至11的pH下收集有价值的矿物，则可以通过将pH值降低至7和更低来削弱有价值的矿物与聚合物气泡或珠粒的表面之间的结合。然而，pH值为5或更低的酸性溶液在从富集的聚合物气泡或珠粒中释放有价值的矿物方面更高效。根据本发明的一个实施例，如图1所示的珠粒回收过程或处理器50可以适于通过改变浮选柱54中溶液的pH来除去富集的聚合物气泡18中的矿物颗粒。例如当来自管道64的收回的水用于刷洗浮选柱54内的富集聚合物气泡18时，可以使用容器168将酸或酸性溶液170释放到收回的水中，如图8所示。有许多酸可以很容易地改变pH。例如，硫酸(HCl)、盐酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、高氯酸(HClO4)、氢溴酸(HBr)和氢碘酸(HI)是在水中完全离解的强酸。但是，硫酸和盐酸可以以最低的成本提供更大的pH值变化。用于矿物释放的pH值范围为7至0。使用非常低的pH可能导致聚合物珠粒发生降解。然而，应该注意的是，当有价值的材料例如是铜时，可以为矿物颗粒的附着提供较低的pH环境，并为矿物颗粒从合成珠粒或气泡中的释放提供较高的pH环境。
通常，选择pH值以促进最强的附着，并选择不同的pH值以促进释放。因此，根据本发明的一些实施例，选择一个pH值用于矿物附着，并选择不同的pH值用于矿物释放。不同的pH值可以更高或更低，这取决于具体的矿物和捕收剂。
如果引入表面活性剂而干扰颗粒与表面之间的粘合剂结合，则物理吸附的矿物颗粒可从合成气泡或珠粒的表面解吸或释放。在一个实施例中，当表面活性剂与机械能结合时，颗粒容易从该表面脱离。
电磁释放有价值的材料
可以使用一种以上的方式来电磁地中断矿物颗粒与合成气泡或珠粒之间的结合。例如，可以使用微波加热富集的合成气泡或珠粒和浮选柱中的水。还可以使用激光束来弱化官能团与聚合物表面本身之间的键。因此，可以提供微波源或激光光源，其中处理富集的合成气泡或珠粒。举例来说，如图1所示的珠粒回收过程或处理器50可以适于通过使用电磁源向浮选柱54中的溶液或混合物提供电磁波，来去除富集的聚合物气泡18中的矿物颗粒。例如，当来自管道64的收回的水用于刷洗浮选柱54内的富集的聚合物气泡18时，可以使用微波源172施加微波束174，以从富集的聚合物气泡18释放有价值的材料(矿物颗粒72，图3b)。示出超声波应用的图显示于图9中。
机械释放有价值的材料
当富集的合成气泡或珠粒密集地堆积，使得它们彼此非常接近时，相邻合成气泡或珠粒之间的摩擦作用可能导致附着在富集的合成气泡或珠粒上的矿物颗粒被分离。举例来说，如图1中所示的珠粒回收过程或处理器50可以适于机械地去除富集的聚合物气泡18中的矿物颗粒。例如，马达186和搅拌器188用于使富集的聚合物气泡四处移动，使得浮选柱54内的富集的聚合物气泡或珠粒18彼此摩擦。如果合成气泡或珠粒是磁性的，则搅拌器188可以是磁力搅拌器。有价值的材料的机械释放的图显示在图10中。
其他类型或种类的释放技术
类似元件150的加热器(图6)、类似元件164的超声波发生器(图7)、类似元件168的容器(图8)、类似元件172的微波源(图9)、类似元件186、188的马达和搅拌器(图10)在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在已知的或将来后开发的任何特定类型或种类。
本发明的范围还旨在包括符合现在已知的或将来后开发的本发明的精神的其他类型或种类的释放装置。
有价值的材料的多级去除
可以在相同的珠粒回收过程或处理器中同时使用用于从富集的合成气泡或珠粒中释放有价值材料的多于一种的方法。例如，当富集的合成气泡或珠粒18经受超声波搅动时(参见图7)，收回的水也可以通过热水器加热，例如图6中所示的加热器150。此外，酸性溶液也可以将其加入水中，以降低浮选柱54中的pH值。在本发明的另一个实施例中，在不同的阶段中依次使用相同或不同的释放方法。举例来说，来自分离装置200(参见图2)的富集的聚合物气泡216可以在如图11所示的多阶段处理器203中处理。装置200具有第一回收处理器218，其中酸性溶液是用于从富集的聚合物气泡216中至少部分地释放有价值的材料。过滤器219用于将释放的矿物226与聚合物气泡220分离。在第二回收处理器222处，使用超声波源来为聚合物气泡220施加超声波搅动，以便从聚合物气泡中释放剩余的有价值的材料(如果有的话)。过滤器223用于将释放的矿物226与回收的聚合物气泡224分离。应理解，可以进行两个以上的处理阶段，并且释放方法的不同组合是可能的。
图12：水平管路
根据本发明的一些实施例，分离过程可以在如图12所示的水平管路中进行。如图12所示，合成气泡或珠粒308可以使用和混合一起的逆流流动以用于基于尺寸的分离过程，或者形成其一部分，该混合在诸如水平管路之类的通常表示为300的装置中实施。在图12中，水平管路310配置有筛网311，以至少部分地基于尺寸差异从混合物中分离富集的合成气泡或珠粒302，富集的合成气泡或珠粒302具有附着于其上有价值材料。水平管路310可以配置为和混合一起使用逆流流动，从混合物中分离富集的合成气泡或珠粒302，富集的合成气泡或珠粒302具有附着于其上的有价值材料，以便在水平管路310中接收沿第一方向A流动的浆料304，在水平管路300中接收在与第一方向A相反的第二方向B上流动的合成气泡或珠粒308，从水平管路308提供富集的合成气泡或珠粒302，其具有附着于其上的有价值材料并沿第二方向B流动，并且从水平管路310提供废物或尾矿306，其使用筛网311与混合物分离并沿第二方向B流动。在水平管路310中，不需要合成珠粒或气泡308比浆料304轻。合成珠粒或气泡308的密度可以基本上等于浆料304的密度，使得合成珠粒或气泡在其与水平管路310中的浆料304混合时可以处于悬浮状态。
应该理解的是，如结合图3a至图5d所述的基于尺寸的珠粒或气泡、基于重量的珠粒或气泡、基于磁性的珠粒或气泡可以被官能化为是疏水的，以便吸附矿物颗粒。图13a显示了一般化的疏水性合成珠粒，图13b显示了珠粒表面和矿物颗粒的放大部分，图13b显示了珠粒表面和非矿物颗粒的放大部分。如图13a所示，疏水性合成珠粒170具有聚合物表面174和附着于聚合物表面174的多个颗粒172、172'。图13b示出了聚合物表面174的放大部分，多个分子179在其上使聚合物表面174疏水。
浆料中的矿物颗粒171在与一个或多个捕收剂分子73键合后，变成润湿的矿物颗粒172。捕收剂分子73具有附着到矿物颗粒171的官能团78和疏水末端或分子链段76。疏水末端或分子链段76被吸附到聚合物表面174上的疏水分子179。图13c显示聚合物表面174的放大部分，其具有多个疏水分子179，用于吸附非矿物颗粒172'。非矿物颗粒172'具有颗粒体171'，其上附着有一个或多个疏水分子链段76。疏水末端或分子链段76被吸附到聚合物表面174上的疏水分子179。本说明书中的术语“聚合物”是指由连接在一起的许多相同或相似结构的单元组成的大分子。此外，与图13a至图13c相关的聚合物可以是天然疏水的，或者是被官能化以疏水的。例如，具有长烃链或硅氧主链的一些聚合物倾向于是疏水的。疏水聚合物包括聚苯乙烯、聚(d,l-丙交酯)、聚(二甲基硅氧烷)、聚丙烯、聚丙烯酸、聚乙烯等。例如合成珠粒170的气泡或珠粒可由玻璃制成，以被涂覆有包括聚硅氧烷酸盐的疏水性硅氧烷聚合物，这使气泡或珠粒变得疏水。例如，气泡或珠粒可由金属制成，以被涂覆有有机硅醇酸共聚物，以使气泡或珠粒疏水。例如，气泡或珠粒可以由陶瓷制成，以涂覆氟代烷基硅烷，以使气泡和珠粒疏水。气泡或珠粒可以由疏水聚合物制成，例如聚苯乙烯和聚丙烯，以提供疏水表面。附着于疏水性合成气泡或珠粒的润湿矿物颗粒可以以热力、超声、电磁、机械方式或在低pH环境中释放。
图14a示出了矿物颗粒72同时被附着到多个合成珠粒74的情况。因此，尽管合成珠粒74在尺寸上比矿物颗粒72小得多，但是许多合成珠粒74可能能够在浮选槽中向上提升矿物颗粒72。同样，较小的矿物颗粒72也可以通过许多合成珠粒74向上提升，如图14b所示。为了增加发生这种“协同”提升的可能性，可以将大量合成珠粒74混合到浆料中。与气泡不同，可以选择合成珠粒的密度，使得合成珠粒在它们在浮选槽中上升到表面之前可以保持在浆料中。
图15a和图15b示出了类似的情况。如图所示，润湿的矿物颗粒172同时被附着在许多疏水性合成珠粒174上。
根据本发明的一些实施例，合成珠粒的仅一部分表面被官能化为疏水的。这具有以下好处：
1.保持太多珠粒不会结块在一起—或限制珠粒的结块，
2.一旦矿物被附着，矿物的重量可能会迫使珠粒旋转，当珠粒上升通过浮选槽时，允许珠粒位于珠粒下面；
a.更好的清洁，因为它可以让脉石通过
b.保护附着的一个或多个矿物颗粒不被撞掉，并且
c.提供到浮选槽中的顶部收集区的更通畅的上升。
根据本发明的一些实施例，合成珠粒的仅一部分表面用捕收剂官能化。这也有好处：
1.一旦矿物被附着，矿物的重量可能会迫使珠粒旋转，当珠粒上升通过浮选槽时，允许珠粒位于珠粒下面；
a.更好的清洁，因为它可以让脉石通过
b.保护附着的一个或多个矿物颗粒不被撞掉，并且
c.提供到浮选槽中的顶部收集区的更通畅的上升。
根据本发明的一些实施例，合成珠粒的一部分用捕收剂官能化，而相同合成珠粒的另一部分官能化为疏水，如图16a和图16b所示。如图16a所示，合成珠粒74具有表面部分，其中聚合物被官能化以具有带有官能团78的捕收剂分子73和附着于珠粒74表面的分子链段76。合成珠粒74也具有不同的表面部分，其中聚合物被官能化以具有疏水分子179。在如图16b所示的实施例中，合成珠粒74的整个表面可以被官能化以具有捕收剂分子73，但是表面的一部分被官能化，以使得疏水分子179导致它疏水。
这种“混合”合成珠粒可以捕收润湿和不润湿的矿物颗粒。
应用
关于矿物分离描述了本发明的范围，包括从矿石中分离铜。应该理解的是，根据本发明的合成珠粒，无论是官能化以具有捕收剂还是被官能化为疏水，也被配置用于油砂分离—在油砂开采作业中，在沥青回收中将沥青与沙子和水分开。同样地，根据本发明的一些实施例，官能化的过滤器和膜也配置用于油砂分离。根据本发明的一些实施例，合成珠粒的表面可以被官能化以具有捕收剂分子。捕收剂具有官能团，其具有能够与矿物颗粒形成化学键的离子。与一种或多种捕收剂分子相关的矿物颗粒称为润湿的矿物颗粒。根据本发明的一些实施例，合成珠粒可以被官能化为疏水，以便收集一种或多种润湿的矿物颗粒。
本发明的范围旨在包括现在已知的或将来后开发的其他类型或种类的应用，例如包括浮选回路、浸出、熔炼、重力回路、磁路或水污染控制。
相关同族
本申请还涉及九项PCT同族申请，这些申请均于2012年5月25日同时提交，具体如下：
PCT申请号PCT/US12/39528(代理卷号712-002.356-1)，发明名称为“Flotationseparation using lightweight synthetic bubbles and beads(使用轻质合成气泡和珠粒的浮选分离)”；
PCT申请号PCT/US12/39524(代理卷号712-002.359-1)，发明名称为“Mineralseparation using functionalized polymer membranes(使用官能化聚合物膜的矿物分离)”；
PCT申请号PCT/US12/39540(代理卷号712-002.359-2)，发明名称为“Mineralseparation using sized,weighted and magnetized beads(使用有尺寸的、加重的和磁化的珠粒进行矿物分离)”；
PCT申请号PCT/US12/39576(代理卷号712-002.382)，发明名称为“Syntheticbubbles/beads functionalized with molecules for attracting or attaching tomineral particles ofinterest(用吸附或附着于需要的矿物颗粒的分子官能化的合成气泡/珠粒)”，其对应于美国专利No.9,352,335；
PCT申请序列号PCT/US12/39591(712-2.383-1/CCS-0090)，发明名称为“Methodand system for releasing mineral from synthetic bubbles and beads(用于从合成气泡和珠粒释放矿物的方法和系统)”，2012年5月25日提交，其本身要求2011年5月25日提交的美国临时专利申请No.61/489,893和2011年9月12日提交的美国临时专利申请No.61/533,544的权益。美国临时专利申请No.61/533,544对应于2013年11月15日提交的共同未决的美国专利申请No.14/117,912；
PCT申请号PCT/US/39596(代理卷号712-002.384)，发明名称为“Syntheticbubbles and beads having hydrophobic surface(具有疏水表面的合成气泡和珠粒)”；
PCT申请号PCT/US/39631(代理卷号712-002.385)，发明名称为“Mineralseparation using functionalized filters and membranes(使用官能化过滤器和膜进行矿物分离)”，其对应于美国专利No.9,302,270；
PCT申请号PCT/US12/39655(代理卷号712-002.386)，发明名称为“Mineralrecovery in tailings using functionalized polymers(使用官能化聚合物在尾矿中进行矿物回收)”；和
PCT申请号PCT/US12/39658(代理卷号712-002.387)，发明名称为“(用于在浮选槽或柱中输送合成珠粒或气泡的技术)”，所有这些专利通过全文引用并入本文。
该申请还涉及2013年5月22日提交的PCT申请号no.PCT/US2013/042202(代理卷号712-002.389-1/CCS-0086)，发明名称为“Charged engineered polymer beads/bubblesfunctionalized with molecules for attracting and attaching to mineralparticles ofinterest for flotation separation(带电的工程化聚合物珠粒/气泡用分子官能化，用于吸附和附着到需要的矿物颗粒上以进行浮选分离)”，其要求2012年5月22日提交的美国临时专利申请No.61/650,210的权益，其通过全文引用并入本文。
本申请还涉及2014年5月13日提交的发明名称为“Polymer surfaces having asiloxane functional group(具有硅氧烷官能团的聚合物表面)”的PCT/US2014/037823，其要求2013年5月13日提交的美国临时专利申请No.61/822,679(代理卷号712-002.395/CCS-0123)，以及2014年1月27日提交的美国专利申请No.14/118,984(代理卷号712-002.385/CCS-0092)的权益，并且是2012年5月25日提交的PCT申请no.PCT/US12/39631(712-2.385//CCS-0092)的部分继续申请，其通过全文引用并入本文。
该申请还涉及2013年2月28日提交的PCT申请no.PCT/US13/28303(代理卷号712-002.377-1/CCS-0081/82)，发明名称为“Method and system for flotation separationin a magnetically controllable and steerable foam(用于磁性可控和可转向泡沫中的浮选分离的方法和系统)”，其也通过全文引用并入本文。
该申请还涉及2016年10月17日提交的PCT申请no.PCT/US16/57334(代理卷号712-002.424-1/CCS-0151)，发明名称为“Opportunities for recovery augmentationprocess as applied to molybdenum production(适用于钼生产的回收增强过程的因素)”，其也通过全文引用并入本文。
该申请还涉及2016年10月17日提交的PCT申请no.PCT/US16/37322(代理卷号712-002.425-1/CCS-0152)，发明名称为“Mineral beneficiation utilizing engineeredmaterials for mineral separation and coarse particle recovery(矿物选矿利用工程化材料进行矿物分离和粗颗粒回收)”，其也通过全文引用并入本文。
该申请还涉及2016年11月16日提交的PCT申请no.PCT/US16/62242(代理卷号712-002.426-1/CCS-0154)，发明名称为“Utilizing engineered media for recovery ofminerals in tailings stream at the end of a flotation separation process(利用工程化介质在浮选分离过程结束时回收尾矿流中的矿物)”，其也通过全文引用并入本文。
本申请涉及2016年12月28日提交PCT申请，序列号PCT/US16US/68843(代理卷号712-002.427-1/CCS-0157)，发明名称为“Tumbler cell form mineral recovery usingengineered media(使用工程介质的转筒单元形式矿物回收)”，其要求获得2015年12月28日提交的临时申请no.62/272,026的权益，发明名称为“Tumbler Cell Design forMineral Recovery Using Engineered Media(使用工程化介质的用于矿物回收的转鼓单元设计)”，其都通过全文引用并入本文。
发明范围
应进一步了解，关于本文中的特定实施例所描述的任何特征、特性、替代或修改还可应用、使用或并入本文中所描述的任何其他实施例。应该注意的是，例如具有如图17a所示的开孔结构的工程化收集介质可以由比重小于、等于或大于浆料的比重的材料制成。工程化收集介质可以由磁性聚合物制成或具有磁芯，使得工程化收集介质的对磁、亚铁磁、铁磁性大于浆料中不需要的研磨的矿石颗粒的对磁、亚铁磁、铁磁性。因此，尽管已经关于本发明的示例性实施例描述和说明了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行前述和各种其他的添加和省略。

Claims (30)

1.一种工程化收集介质，包括
固相体，被配置有三维开孔结构，以提供多个收集表面；和
多个分子，被设置在所述收集表面上，所述分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的一种或多种矿物颗粒吸附到所述分子，以使得所述矿物颗粒附着到所述收集表面，
其中所述固相体包括涂层或层，所述涂层或层被配置有疏水化学品，所述疏水化学品选自聚硅氧烷衍生物，并且其中所述涂层或层用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、六甲基二硅氮烷、二氧化硅或疏水二氧化硅来改性，其中所述聚硅氧烷衍生物是聚(二甲基硅氧烷)，
所述工程化收集介质采取膜的形式，所述膜具有附着于衬底或基底的开孔泡沫层，并且所述衬底由比所述开孔泡沫层更少孔的材料制成。
2.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体由聚氨酯制成。
3.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体具有涂层或层，所述涂层或层由选自丙烯酸树脂、丁基橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯、天然橡胶、腈、具有乙烯、丙烯和异戊二烯的苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯和聚乙烯醚的材料制成。
4.根据权利要求1所述的工程化收集介质，还包括粘合剂，所述粘合剂被配置为促进所述固相体和所述涂层或层之间的粘合。
5.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体由塑料、陶瓷、碳纤维或金属制成。
6.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述三维开孔结构包括范围从每英寸10个至200个气孔的气孔。
7.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体包括提供所述三维开孔结构的网状泡沫块。
8.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体包括提供所述三维开孔结构的过滤器，所述结构具有开孔，以允许所述含水混合物中的流体流过所述过滤器。
9.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体包括传送带，所述传送带具有被配置有所述三维开孔结构的表面。
10.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述三维开孔结构包括开孔泡沫。
11.根据权利要求10所述的工程化收集介质，其中所述开孔泡沫由一种或多种材料制成，所述材料选自包括聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强聚氨酯、如涂覆有PVC的PU的复合材料、非聚氨酯，以及金属、陶瓷和碳纤维泡沫和硬质多孔塑料的组，以增强机械耐久性。
12.根据权利要求10所述的工程化收集介质，其中所述开孔泡沫涂覆有聚氯乙烯，并且继而涂覆有低表面能的柔顺粘性聚合物，以增强化学耐久性。
13.根据权利要求10所述的工程化收集介质，其中在施加官能化聚合物涂层之前，用高能底漆对所述开孔泡沫进行涂底漆，以增加所述官能化聚合物涂层与所述开孔泡沫的所述表面的粘合。
14.根据权利要求13所述的工程化收集介质，其中所述开孔泡沫的所述表面经化学或机械研磨，以在所述表面上提供“抓握点”，以保留所述官能化聚合物涂层。
15.根据权利要求10所述的工程化收集介质，其中所述开孔泡沫的所述表面被涂覆有官能化聚合物涂层，所述官能化聚合物涂层共价地键合到所述表面，以增强所述官能化聚合物涂层与所述表面之间的粘合。
16.根据权利要求10所述的工程化收集介质，其中所述开孔泡沫的所述表面被涂覆有官能化聚合物涂层，所述官能化聚合物涂层呈低表面能的柔顺粘性聚合物的形式，并且具有被选择用于捕获某些矿物颗粒并收集某些颗粒尺寸的厚度，包括其中薄涂层被选择用于按比例收集较小的粒度分数，并且厚涂层被选择用于收集附加的大的粒度分数。
17.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中比表面积被配置成每英寸具有特定数量的气孔，所述数量被确定为针对所述浆料中的矿物颗粒的特定尺寸范围。
18.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述工程化收集介质包括具有不同的比表面积的不同开孔泡沫，所述不同开孔泡沫被混合以回收所述浆料中的特定尺寸分布的矿物颗粒。
19.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述三维开孔结构包括低能量的柔顺粘性表面，以提供所述分子。
20.根据权利要求19所述的工程化收集介质，其中所述低能量的柔顺粘性表面由选自聚氨酯、网状聚氨酯、聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强聚氨酯、涂覆有PVC的PV、硅树脂、聚氯丁二烯、聚异氰脲酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、环氧树脂、乳胶、含氟聚合物、聚丙烯、酚醛树脂、EPDM和腈的材料制成。
21.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述三维开孔结构被反应以形成低能量的柔顺粘性表面。
22.根据权利要求19所述的工程化收集介质，其中所述三维开孔结构由选自聚酰胺(尼龙)、聚酯、聚氨酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、聚缩醛、聚乙烯、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚(乙烯基)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚(碳酸酯)、酚醛树脂、硅醇酸共聚物、氟烷基硅烷、聚硅氧烷酸盐和聚二甲基硅氧烷的材料制成。
23.根据权利要求4所述的工程化收集介质，其中所述层包括所述三维开孔结构。
24.根据权利要求22所述的工程化收集介质，其中所述三维开孔结构用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、六甲基二硅氮烷、二氧化硅或疏水二氧化硅来改性。
25.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述聚硅氧烷衍生物选自由聚硅氧烷酸盐、聚(二甲基硅氧烷)、氟烷基硅烷组成的组。
26.根据权利要求1所述的工程化收集介质，其中所述固相体由选自聚酯氨酯、聚醚氨酯、增强聚氨酯、涂覆有PVC的PV、硅树脂、聚氯丁二烯、聚异氰脲酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、环氧树脂、乳胶、含氟聚合物、聚丙烯、酚醛树脂、EPDM和腈的材料制成。
27.根据权利要求4所述的工程化收集介质，其中所述粘合剂包括具有低表面能的压敏粘合剂。
28.一种装置，包括：
处理器，被配置为接收携带矿物颗粒的一种或多种工程化收集介质，所述一种或多种工程化收集介质中的每一种工程化收集介质包括固相体和多个分子，所述固相体被配置有三维开孔结构以提供多个收集表面，所述多个分子被附着到所述收集表面，所述分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的所述矿物颗粒中的一种或多种矿物颗粒吸附到所述分子，以使得所述矿物颗粒附着到收集表面，其中所述固相体包括涂层或层，所述涂层或层被配置有疏水化学品，所述疏水化学品选自聚硅氧烷衍生物，并且其中所述涂层或层用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、六甲基二硅氮烷、二氧化硅或疏水二氧化硅来改性，其中所述聚硅氧烷衍生物是聚(二甲基硅氧烷)；和
释放装置，被配置成中断所述官能团的所述化学键，从而从所述收集表面去除所述矿物颗粒，
所述工程化收集介质采取膜的形式，所述膜具有附着于衬底或基底的开孔泡沫层，并且所述衬底由比所述开孔泡沫层更少孔的材料制成。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述工程化收集介质还包括涂层，所述涂层被配置有疏水化学品，所述疏水化学品选自由聚硅氧烷酸盐、聚(二甲基硅氧烷)、氟烷基硅烷和/或具有低表面能的压敏粘合剂组成的组，以提供所述分子。
30.一种用于矿物回收方法，包括
提供处理器，所述处理器被配置成接收携带矿物颗粒的一种或多种工程化收集介质，所述一种或多种工程化收集介质中的每一种工程化收集介质包括固相体和多个分子，所述固相体被配置有三维开孔结构以提供多个收集表面，所述多个分子被附着到所述收集表面，所述分子包括具有化学键的官能团，用于将含水混合物中的所述矿物颗粒中的一种或多种矿物颗粒吸附到所述分子，以使得所述矿物颗粒附着到收集表面，其中所述固相体包括涂层或层，所述涂层或层被配置有疏水化学品，所述疏水化学品选自聚硅氧烷衍生物，并且其中所述涂层或层用增粘剂、增塑剂、交联剂、链转移剂、扩链剂、粘合促进剂、芳基或烷基共聚物、氟化共聚物、六甲基二硅氮烷、二氧化硅或疏水二氧化硅来改性，其中所述聚硅氧烷衍生物是聚(二甲基硅氧烷)；和
中断所述官能团的所述化学键，从而从所述收集表面去除所述矿物颗粒，
所述工程化收集介质采取膜的形式，所述膜具有附着于衬底或基底的开孔泡沫层，并且所述衬底由比所述开孔泡沫层更少孔的材料制成。
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