对细颗粒进行分离和脱水的方法技术

本发明专利技术提供了一种对疏水性颗粒材料进行清洁和脱水的方法。该方法分两步完成：1)在第一疏水性液体/含水混合物中团聚疏水性颗粒；然后2)在第二疏水性液体中分散团聚体以释放被限制在该团聚体内的水和被夹带的亲水性颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对细颗粒进行分离和脱水的方法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。
本专利技术属于从细颗粒，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。
技术介绍
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，inFundamentalsofCoalBeneficiationandUtilization，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(PowderTechnology，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(ColloidsandSurfaces，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，CoalPreparation，vol.8，1990，pp.1-17)。Smith等人(美国专利号4,244,699)和Keller(美国专利号4,248,698；加拿大专利号1,198,704)使用低沸点(40-159°F)的氟化烃油，以便于使用过的凝聚剂可以容易地被回收并被循环利用，众所周知这些试剂对大气臭氧层有不良效应。因此，Keller(美国专利号4,484,928)和Keller等人(美国专利号4,770,766)公开了使用短链烃，例如2-甲基丁烷，戊烷和庚烷作为凝聚剂的方法。像氟化烃，这些试剂具有相对低的沸点，这使其能够被回收并被循环利用。能够循环利用凝聚剂是消除选择性团聚方法商业化的障碍的重要步骤。实现这个目标的另一种方法是大幅减少油的使用量。Capes(ChallengesinMineralProcessing，ed.byK.V.S.SastryandM.C.Fuerstenau，SocietyofMiningEngineers，Inc.，1989，pp.237-251)开发了低油团聚方法，其中在油的低剂量下(0.5-5％)形成的较小的团聚体(＜1mm)通过浮选而不是通过筛选从矿物质中被分离。同样地，Wheelock等人(美国专利号6,632,258)开发了利用显微级别气泡将耗油量限制到煤重量的0.3-3％的选择性团聚粉煤的方法。Chang等人(美国专利号4,613,429)公开了通过在水/液态二氧化碳界面的粒子的选择性运输将矿物质从粉煤中清除的方法。液态二氧化碳可被回收和循环利用。报告显示，使用该液态二氧化碳(LICADO)方法获得的清洁煤产物经过过滤后含有5-15％的水分(Cooper等人，Proceedingsofthe25thIntersocietyEnergyConversionEngineeringConference，1990，August12-17，1990，pp.137-142)。Yoon等人(美国专利号5,459,786)公开了使用可循环利用的非极性液体对粉煤进行脱水的方法。脱水作用通过使该液体替换表面水分来达到。Yoon等人报道了这种通过替换进行脱水(DBD)的方法能够以比加热干燥低得多的能源成本获得相同或更好的水分减少水平，但未说明从煤中去除矿物质。如上所述，Keller(加拿大专利号1,198,704)将从他的选择性团聚方法中获得清洁煤产物的高水分含量归因于大量水珠的存在。因此，仍然需要可用于将具有低含水量的亲水性杂质从疏水性颗粒，特别是煤，中清除的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供将亲水性污染物从疏水性颗粒材料中清除的方法。本专利技术另一个目的是提供水分含量远低于通过常规脱水方法可获得的水分含量的清洁疏水性细颗粒材料。在本专利技术中，所述颗粒材料包括但不限于，直径小于约1mm、优先小于约0.5mm、更优先小于约0.15mm的煤颗粒和矿物。本专利技术的显著益处可使用难以通过浮选被分离的超细颗粒来最优地实现。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将分散于浆液料的疏水性颗粒材料和疏水性颗粒材料的亲水性污染物分离的方法，所述方法包括以下步骤：a在高剪切搅拌、第一疏水性液体存在的条件下，搅拌浆液料，以形成疏水性颗粒材料的团聚体；b从含水液体中分离所述团聚体；c分散所述团聚体在第二疏水性液体中，从而使被限制在构成所述团聚体的颗粒物之间的水从疏水性颗粒中释放；和d将所述疏水性颗粒与所述疏水性液体及于所述团聚体中释放的水分离，从而得到基本不含亲水性污染物和水的疏水性颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.11 US 61/658,153;2013.01.17 US 13/576,0671.一种用于将分散于浆液料的疏水性颗粒材料和疏水性颗粒材料的亲水性污染物分离的方法，所述方法包括以下步骤：a在高剪切搅拌、第一疏水性液体存在的条件下，搅拌浆液料，以形成疏水性颗粒材料的团聚体；b从含水液体和分散的亲水性污染物中分离所述团聚体；c分散从所述含水液体和所述分散的亲水性污染物中分离的所述团聚体在第二疏水性液体中，从而使被限制在构成所述团聚体的颗粒物之间的水从疏水性颗粒中释放；和d将所述疏水性颗粒与所述第二疏水性液体及于所述团聚体中释放的水分离，从而得到具有按重量计小于10％的含水量和小于10％的亲水性污染物含量的疏水性颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一疏水性液体或第二疏水性液体选自包括正烷烃、正烯烃、无支链及支链环烷烃和碳原子数小于8的环烯烃、轻石油、粗汽油、石脑油、石油醚、液态二氧化碳及其混合物组成的组。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一疏水性液体和第二疏水性液体选自汽油、煤油、柴油和取暖油。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一疏水性液体和第二疏水性液体是循环利用的。5.如权利要求1所述的方法，其中所述疏水性颗粒材料是天然疏水的。6.如权利要求1所述的方法，其中所述疏水性颗粒材料是通过用疏水剂涂覆选定的亲水性污染物来制备的。7.如权利要求1所述的方法，其中所述疏水性颗粒材料是通过用选自包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伊还·尹，
申请(专利权)人：弗吉尼亚理工大学知识产权公司，
类型：发明
国别省市：美国;US