[发明专利]细小煤颗粒与成灰颗粒的浮选分离

说明书

煤粉通过浮选分离被处理，以将煤颗粒与成灰组分颗粒分离。煤粉在高剪切混合条件下为混合水，以形成含有在15wt.％与55wt.％之间的煤粉的煤粉的浆液料。浆液料被引入到煤浮选槽中以通过浮选分离将煤颗粒与成灰组分颗粒分离，其中煤粉具有小于500μm的粒度，更优选地小于300μm。在煤浮选槽中产生具有被选择为使煤颗粒浮起且形成含有至少15wt.％的固体颗粒的煤泡沫的气泡尺寸和气泡量的气泡。固体颗粒包括煤颗粒和成灰组分颗粒。煤泡沫被捕收以用于进一步处理。

技术领域

本公开内容涉及用于将细小颗粒与成灰组分颗粒浮选分离、从而能够将要处理的细小煤颗粒回收成商业价值提高的煤产品的系统和方法。

背景技术

煤主要基于材料(例如，煤的显微组分和固定碳与挥发性物质)的碳组成以及作为成灰矿物质和含水量的函数的BTU值被分类：

无烟煤是最高排名的煤，并通过诸如冶金煤应用中的粉煤注入的工艺被钢铁工业用作焦炭替代品。所述无烟煤是一种具有金属光泽的致密的硬岩石。所述无烟煤含有重量百分比在85％在98％之间的固定碳。无烟煤含有约14,000+BTU/lb(32+MJ/Kg)。

沥青是排名第二的煤并用于发电和焦炭生产。所述沥青是一种通常是黑色而有时是深棕色的相对较硬的煤。所述沥青含有重量百分比在45％与 85％之间的固定碳。沥青煤含有约9,000-13,000BTU/lb(21-30MJ/Kg)。

次烟煤是主要用于发电的较低级煤。所述次烟煤含有重量百分比在35％与45％之间的固定碳。次烟煤含有约4,000-9,000BTU/lb(9-21MJ/Kg)。

褐煤是专门用于发电的最低级煤。所述褐煤含有重量百分比在15％与 35％之间的固定碳。褐煤产生少于4,000BTU/lb(＜9MJ/Kg)。

冶金煤有时被称为炼焦煤，这是因为冶金煤被用于铁和钢制造所需的生产焦炭的过程中。热煤有时被称为蒸汽煤，这是因为热媒用于点燃为电力和工业用途产生蒸汽的发电厂。

煤是世界上最重要的能源之一。美国每年生产大约10亿吨煤。煤通常被压碎。在采矿和压碎操作期间，产生煤废物细粉，也称为煤尘。此外，煤通常在运输之前被洗涤以除去表面灰尘。煤粉被限定为尺寸小于1毫米的煤，而煤超细细粉被限定为尺寸小于500微米的煤。当前的回收尺寸小于1mm的煤颗粒的工业过程比其他煤处理更昂贵。颗粒越小，则加工成本越高。此外，目前还没有可回收和销售小于100微米(0.1mm)的颗粒的商业工艺。美国每年生产和没收约二亿至三亿吨的煤废物细粉的罚款。据估计，中国每年生产超过30亿吨的煤，并且每年没收超过5亿吨的相关煤粉。

总而言之，基于含灰量、水分、煤的显微组分、固定碳和挥发性物质，存在多种等级的煤。然而，不管等级如何，煤的能量含量与煤的水分和成灰矿物质含量直接相关。煤的成灰矿物质和含水量越低，则能量含量越高，并且煤的价值越高。可以通过减少所述煤的成灰组分含量来提高任何等级的任何煤。

虽然煤粉是较大尺寸的采煤产品的相同化学成分，但是由于常规的煤回收工艺没有设计成处理小颗粒，所以所述煤粉被认为是废物。废弃的煤粉被剩下而未使用，这是因为煤粉通常太湿而不能燃烧、太脏而不值得干燥以及太细而不能运输。在世界各地数以千万计的煤矿中，有数十亿吨的废弃煤被没收。据估计，美国和中国有超过100亿吨，澳大利亚、印度、印度尼西亚、俄罗斯、哥伦比亚和其他国家还有数十亿吨。

煤粉通常含有三种成分：(1)煤颗粒(碳)；(2)成灰组分颗粒，例如粘土、石灰石和砂；和(3)水。这些煤粉通常具有大于30％的重量百分比(约15％的体积百分比)的成灰组分含量和大于30％的重量百分比的含水量。煤粉经常被认为是危害环境的。

煤工业中特别的挑战在于燃烧具有典型的成灰组分的煤。这些成分是大多数有害排放物的主要来源，例如SOx，并且降低能量值和传热效率。在煤中将成灰组分减少到小于5％的重量百分比将会消除大约2/3的有害排放物。这种更清洁的燃烧煤将是能源部门的重大进步。