MECHANICAL DEWATERABILITY LIMIT OF OIL SANDS FLUID FINE TAILINGS

Alebachew Demoz

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: La remise en état des bassins de résidus fins fluides (FFT) en tant que terres arides est entravée car les fines dont le rapport surface/volume est très élevé se lient fortement à l'eau. Le but de cette étude est de différencier les formes que l'eau distribue physiquement dans les FFT et de déterminer leurs propensions à la déshydratation par les procédés mécaniques industriels. Deux méthodes thermiques et deux méthodes mécaniques ont été utilisées dans l'étude. L'analyse thermogravimétrique dynamique et isotherme de la FFT a donné une transition d'un dégagement d'eau principalement en vrac à une coévolution de l'eau à enthalpie de vaporisation plus élevée à 81 % (p/p) de solides. Un calorimètre différentiel à balayage a été utilisé pour déterminer la quantité d'eau non congelable en partant du principe que l'eau qui ne gèle pas à -30 oC est également peu susceptible d'être éliminée par séparation mécanique. Le pourcentage en poids de solides de FFT avec l'eau non congelable était de 79,6 %. La simulation d'un modèle de déformation finie utilisant les relations constitutives du rapport des vides et de la contrainte effective et du rapport des vides et de la conductivité hydraulique montre que les fosses profondes remplies de cette FFT épaissie ne se consolideront qu'à 74 % (p/p) de solides. Pour la séparation à l'aide d'une centrifugation sur paillasse, la teneur en solides s'est stabilisée à une moyenne de 74 % (p/p) avec une force g croissante et un temps d'exécution égal ou supérieur à 30 x 106 N de sommation de la force centripète. Ces teneurs en solides représentent des seuils supérieurs de déshydratation mécanique.

ABSTRACT: Reclamation of fluid fine tailing (FFT) ponds as dryland is hampered because the fines whose surface-area-to-volume ratio is very high bind water strongly. The purpose of this study is to differentiate the forms water physically distributes in FFT and determine their propensities for dewatering by the industrial mechanical processes. Two thermal and two mechanical methods were used in the study. Dynamic and isothermal thermogravimetric analysis of FFT gave a transition from predominately bulk water evolution to coevolution of the higher vaporization enthalpy water at 81% (w/w) solids. Differential scanning calorimeter was used to determine the non-freezable water amount with the premise that water that does not freeze by -30 oC is also unlikely to be removable by mechanical separation. The solids weight percent of FFT with the non-freezable water was 79.6%. Finite-strain model simulation using the constitutive relations of void ratio and effective stress and void ratio and hydraulic conductivity show that deep-pits filled with this thickened FFT will only consolidate to 74% (w/w) solids. For separation using benchtop centrifugation the solids content plateaued to a mean of 74% (w/w) with increasing g-force and run time equal or greater than 30*106 N centripetal force summation. These solid contents represent upper mechanical dewatering thresholds.

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