[发明专利]材料分选方法

说明书

本申请是于2010年6月30日提交的题为“材料分选方法”的中国发明专利申请第201010222089.8号的分案申请。

技术领域

本申请涉及煤炭分选领域，具体而言，涉及一种利用X射线线性吸收系数的差异来处理矿石并将原子数较高的元素从原子数较低的元素中除去的方法。

背景技术

天然煤炭是碳、烃类、水分和具有较高原子数的污染矿物的混合物。煤炭产生美国电力的一半，但公用事业公司面临减少其碳足迹(carbon footprint)和来自汞、硫及煤灰污染的压力。对于公用事业公司而言，清洁煤灰溅泄物和提供必要污染控制的成本过高。美国环保局现正要求对汞和硫的排放进行更严格的控制。此外，新规则将对硫排放强制执行每小时限制，而非24小时内的平均限制。通常，在黄铁矿中，60％～80％的汞与硫伴生。根据开采煤炭所在区域，美国所用的煤炭中污染物的典型天然含量为约3％～约30％，平均为约10％。

公用事业公司和工业锅炉中的煤炭燃烧产生上百万吨的煤灰、矿渣和污泥。燃烧除去了可燃的有机组分但浓缩了煤灰中天然存在的放射性核素，包括铀、镭、钍和钾。煤灰还含有硅、铝、铁和钙。事实上，这些元素构成约90％的煤灰组分。为遵守环保局法规必须减少汞排放。减少汞排放的选择包括选择性开采煤炭(避免硫和汞较高的煤床层部分)、煤炭洗涤(除去含有煤炭中60％～80％的汞的黄铁矿)、燃烧后从烟道排放物中除去汞或使用天然气代替煤炭。

目前的煤炭处理利用煤炭和污染物的密度差异来除去非可燃物。约95％的煤炭处理目前采用湿法。煤炭的比重通常为1.2，而岩石和较重矿物的平均值为2.5。原煤(run of the mine coal)通常首先被减小至低于2英寸(5cm)的尺寸，随后将其导入水-磁铁矿浆料浮选介质中。所述水浆料具有使液体比重升高至高于煤炭比重的化学物质。水浆料中的磁铁矿比例控制密度。较重的硫和硅酸盐沉下而较轻的煤炭浮出。

湿法处理能减少煤炭的灰和硫含量，但其将所处理的煤炭打湿。而且，液体介质需要在废水处理设备中进行处理。煤粉和水产生带来环境问题的污泥。一些工艺使用酸来去除污染物并对水产生污染。湿煤中水的潜热将来自煤炭燃烧的可回收能量减少了1％～2％。这种可用能量的减少增加了发电的碳足迹。

发明内容

本发明公开了材料分选方法。所公开的方法使用X射线来将诸如煤矿石的矿石从诸如硫的污染物中分选出来。还公开了在X射线分选方法中使用指示杆(calibration bar)的方法。在某些实施方式中，材料分选方法包括：提供样品；将样品尺寸减小至10厘米以下；测定样品的最厚床层深度的最小X射线吸收；测定样品块的X射线吸收；鉴定X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块；从剩余样品中分选出X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块。本发明的其它实施方式包括鉴定与样品的最厚床层深度(thickest bed depth)的最小X射线吸收的X射线透射百分比相比X射线透射百分比减少20％以上的样品块。本发明的仍然其它的实施方式包括测定在高于硫的K吸收边沿(K absorption edge)的能量处的X射线吸收。

本发明的另一个实施方式是减少煤炭中的硫的方法，所述方法包括：提供煤矿石样品；将样品尺寸减小至10厘米以下；对于高于硫的K吸收边沿的X射线能量范围测定样品的最厚床层深度的最小X射线吸收；测定高于硫的K吸收边沿的X射线能量范围内的样品块的X射线吸收；鉴定X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块；从剩余样品中分选出X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块。本发明的其它实施方式包括：通过将样品运送至气动排出阵列(air ejection array)和对该气动排出阵列的至少一个气动排出器(air ejector)供能以便基于所述确定来分选样品，从而分选样品块。本发明的其它实施方式包括利用燃烧烟道气来减少火灾和爆炸危险。