[发明专利]对细颗粒进行分离和脱水的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年1月17日提交的美国临时申请13/576,067的部分继续申请(CIP)，该部分继续申请是2011年1月31日提交的PCT/US2011/023161的美国国家阶段申请，该PCT申请要求2010年2月1日提交的美国临时申请61/300,270和2012年6月11日提交的美国临时申请61/658,153的优先权；上述申请通过引用的方式并入本申请。

技术领域

本发明属于从细颗粒，特别是疏水性颗粒，例如煤，中清除其在水介质中的杂质，并从产物中除去工艺用水，以达到通常可通过热力干燥来实现的水平的方法。

背景技术

煤是燃烧产生用于发电和用于工业和家庭应用的热量的有机材料。它具有矿物质夹杂物并可能含有不想要的元素，如硫和汞。煤燃烧后产生大量需要妥善处理的灰烬和难捕捉的粉尘。因此，粗煤在被利用之前先清除掉矿物质，这也有助于提高燃烧效率从而减少二氧化碳排放。一般来说，大块煤(50×0.15mm)可以通过利用煤炭和矿物质之间的比重差异有效清洁，而粉煤(约0.15mm和更小)通过泡沫浮选清洁。

在浮选过程中，气泡在水中分散，粉煤和矿物质在水中悬浮。疏水性煤颗粒通过气泡的上升流被选择性收集并在水相的表面形成泡沫相，留下亲水性矿物质。较高煤级的煤颗粒通常是疏水性的，因此可以通过被称为疏水相互作用的机制被也是疏水性的气泡吸引。到达所述泡沫相并随后到达最终产物流的所述疏水性煤颗粒基本上不含矿物质，但含有大量工艺用水。湿煤难以处理，并会产生高昂的运输成本和较低的燃烧效率。因此，使用各种装置如旋风分离器、增稠剂、过滤器、离心机和/或热干燥机对清洁煤产物进行脱水。

较细颗粒的浮选变得低效。在另一方面，低品位矿通常需要细磨以充分解离。在矿物浮选过程中，矿物浮选效力迅速恶化到大约10到15μm以下，而在约44μm以下煤浮选就变得困难。此外，由于大的比表面积和被限制在细颗粒之间的水的高毛细管压力，对浮选产物进行脱水困难。当矿物粒径大于约150μm以及煤的粒径大于约500μm时，浮选也变得低效。

许多研究者探索从粉煤中分离矿物质的替代方法，其中选择性团聚受到很大关注。在这个也被称为油团聚或球状团聚的方法中，将油加入到含水悬浮液中，同时进行搅拌。在高剪切搅拌条件下，油分解成小液滴，与颗粒碰撞，通过疏水相互作用选择性地吸附在煤上，与邻近的煤颗粒形成摆动桥，并形成团聚体。高剪切搅拌对于团聚体的形成至关重要，其也被称为相转化。Nicol等人(美国专利号4,209,301)公开了不强烈搅拌、在不稳定的水包油乳剂的形态中加入油可产生团聚体。通过这些方法所形成的团聚体通常足够大，足以通过简单的筛选从分散在水中的矿物质中分离。通过使浆液料在受到高剪切搅拌后再受到低剪切搅拌可增大团聚体尺寸。

一般来说，选择性团聚比泡沫浮选产生更低水分的产物和更高的煤回收率。在另一方面，选择性团聚消耗高剂量油。

用于选择性团聚方法中的油量通常在原料煤重量的5％至30％范围内(S，C.Tsai，in Fundamentals of Coal Beneficiation and Utilization，Elsevier，2982，p.335)。在低剂量下，团聚体在构成被充满水的团聚体的颗粒之间具有空隙，其中细矿物质如粘土被分散，这反过来使得获得低水分和低灰分产物困难。尝试通过使用足够大的油量使得空隙充满了油，从而将细矿物质的限制最小化来克服这个问题。Capes等人(Powder Technology，vol.40，184，pp.43-52)公开了当油使用量低于5％时水分含量以重量计超过50％。通过增加油剂量至35％，水分含量大幅降低至17-18％的范围内。

Keller等人(Colloids and Surfaces，vol.22，1987，pp.37-50)增加油剂量以体积计至55-56％以更完全地填满空隙，这实际上消除了限制问题并产生含有灰分低于1-2％的超清洁煤。然而，水分含量仍然很高。Keller(加拿大专利号1198704)采用氟化烃类作为凝聚剂，获得40％水分的产物。根据测试煤的种类，约7-30％的水分来自于附着到煤的表面上的水，而其余的是来自于被限制在团聚体内的大量的水珠(Keller等人，Coal Preparation，vol.8，1990，pp.1-17)。