煤和礦物漿料的干燥方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及從煤和礦物漿料以及特別地含有金屬的礦物例如鐵礦石、或煤例如煤細(xì)粉和煤廢渣的漿料中去除水分。
【背景技術(shù)】
[0002]在清潔技術(shù)的繼續(xù)推動(dòng)下，同時(shí)發(fā)生的增長趨勢是現(xiàn)有資源的更好利用。常見和豐富的能量資源是煤。但是，存在與煤相關(guān)的各種顧慮和問題，其挑戰(zhàn)當(dāng)前工業(yè)中的成本效益和產(chǎn)品最大化。
[0003]作為用于采煤的技術(shù)的結(jié)果，處理的煤通常具有高水分含量?；诿旱慕Y(jié)構(gòu)，該水分含量是表面水平的水分。從成本角度和使用角度二者來看煤中包含太多的水分是有問題的。煤被加工成多種尺寸，包括煤、煤細(xì)粉和煤廢渣。使用經(jīng)濟(jì)上可行的方法容易干燥較大尺寸的煤，該方法包括用于大于2”的煤片的振動(dòng)篩和用于在1/4”和3”之間的片的振動(dòng)給煤機(jī)離心機(jī)。對于較小的煤顆粒，必須利用更強(qiáng)烈的方法例如振動(dòng)離心機(jī)，其能夠?qū)⒕哂?8篩目和1/2”之間尺寸的煤顆粒的水分含量降低至經(jīng)濟(jì)上有吸引力的8%水分。目前的技術(shù)不能夠?qū)⒕哂械陀?8篩目尺寸的煤降低至8%或更低的水分含量。
[0004]在通常的環(huán)境中，使用已知的分類技術(shù)根據(jù)尺寸將煤分類。然后，隨著較低品質(zhì)材料被從較高品質(zhì)材料分離，煤被分開，例如在濕法中通過比重，將分類的尺寸重新組合并且基于相應(yīng)水分含量等級銷售。對于煤，更大的表面積意味著更高的水分含量，因?yàn)槊褐械目偹执蟛糠钟杀砻嫠纸M成。因此，按照體積，與較小煤片的相同相應(yīng)體積相比，較大的煤片具有較低的水分百分比。
[0005]煤細(xì)粉具有通常大約100至800微米的直徑，并且通常更小的直徑，例如，在50微米或更小的數(shù)量級。干燥煤顆粒的傳統(tǒng)方法，包括離心和加熱技術(shù)，可以容易地干燥那些煤“細(xì)粉”至大約30%水分。干燥超過此點(diǎn)的煤細(xì)粉的方法通常采用鼓風(fēng)機(jī)和加熱器，其需要資本密集型投資，需要大量的能量消耗，并且產(chǎn)生來自能量消耗和煤細(xì)粉霧化二者的環(huán)境問題和危害。使用超出大約12%的水分含量的煤的現(xiàn)有技術(shù)通常采用鼓風(fēng)機(jī)和加熱器，其需要資本密集型投資，需要大量的能量消耗，并且產(chǎn)生環(huán)境問題和危害。這些危害來自能量消耗和煤霧化二者。
[0006]當(dāng)前的熱干燥技術(shù)導(dǎo)致一部分最小煤片也稱為煤細(xì)粉的損失以及因此處置，因?yàn)榛诋?dāng)前的熱干燥技術(shù)，缺乏已知的方式以保留這些干燥的最小煤片。而且，已知的熱干燥技術(shù)要求，一般地所有的可銷售的煤，不考慮其尺寸，必須包括在熱干燥過程以防止在熱干燥器中產(chǎn)生危險(xiǎn)和有害的氛圍，其由當(dāng)僅細(xì)小的煤放置在熱的干燥器中時(shí)產(chǎn)生。這需要過量的成本以干燥此煤。在較細(xì)小尺寸的煤上最高百分比的水分相關(guān)的成本比銷售此尺寸的煤本身獲得的回報(bào)更大。結(jié)果，煤細(xì)粉已被栗入到煤儲池，其代表環(huán)境危害和能源的浪費(fèi)。
[0007]從成本角度，顧客按重量支付煤。包括高水分含量增加了煤的重量，因而必須以較低的價(jià)格出售。類似地，為了能量目的的煤的使用是基于煤的燃燒。包括過量的水分含量降低了煤的效用，因?yàn)檎舭l(fā)掉水分浪費(fèi)的能量。當(dāng)銷售煤時(shí)，其通常包括水分水平等級，其中一部分價(jià)格是基于此等級。水分含量越低，用于購買煤的預(yù)期成本越高。因此，長時(shí)間存在將煤細(xì)粉脫水的期望以便以允許經(jīng)濟(jì)使用煤細(xì)粉而不是將其作為簡單丟棄到儲池的副產(chǎn)品處理的方式增加它們的價(jià)值。
[0008]將煤細(xì)粉脫水的問題長期困擾煤工業(yè)。全世界遍及煤生產(chǎn)場所豐富的煤儲池一一由此煤細(xì)小的漿料被栗入到沉降池一一是此長期存在的問題的證明。例如，美國礦山安全與健康管理局(United States Mine Safety and Health Administrat1n)監(jiān)管超過 600個(gè)煤儲池。這些煤細(xì)粉儲池可以導(dǎo)致安全和來自徑流的環(huán)境問題以及其他相關(guān)的問題。
[0009]已經(jīng)探究了將煤細(xì)粉脫水的最近嘗試，其包括添加進(jìn)一步降低濾餅中的水分含量的多種試劑。例如，Eraydin，“Evaluat1n of Novel Fine Coal Dewatering Aids，，，石頁士論文，Virginia Polytechnical Institute and State University, June 18，2004。這些處理包括在過濾和/或離心之前將酸/減(以控制礦漿pH)、碳酸鈉(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(H)TA)、沉淀Ca2+離子的硅酸鈉(Na 2Si03)、草酸、琥珀酸、草酸錢、六偏磷酸鈉(Na-hexametaphoshate)、氧化|丐和過氧化氫(H2O2)添加至煤楽料。結(jié)果顯示用于水處理的螯合試劑與脫水劑的結(jié)合使用比單獨(dú)使用試劑以更大百分比降低了餅水分，其程度依賴于粒徑、餅厚度、干燥時(shí)間、試劑劑量、調(diào)節(jié)時(shí)間、試劑類型、水化學(xué)等等。雖然這些技術(shù)成功地降低了煤細(xì)粉的水含量，這些技術(shù)仍然生產(chǎn)具有大于20%水分的煤細(xì)粉。
[0010]采礦和礦物資源的利用。如本文所用的，開采礦物資源包括不僅從地面提取，而且處理資源以提取它的原料或者以其他方式可用的形式。礦物資源的開采遵循復(fù)雜的過程，其包括產(chǎn)生具有高水分含量的礦物漿料的漿料濃縮物。漿料含有重要礦物，但是需要適當(dāng)?shù)胤稚兴趾俊?br>[0011]濃縮的礦物漿料已經(jīng)是脫水過程的主題許多年。生產(chǎn)包括生產(chǎn)礦物漿料的礦物濃縮設(shè)備，并且過量的水必須從這些漿料去除以獲得有價(jià)值的礦物。脫水過程試圖達(dá)到從濃縮的礦物漿料去除液態(tài)水。脫水過程的目標(biāo)是減小起始礦物漿料濃縮物的殘余的液態(tài)水含量。將脫水添加劑例如絮凝劑與陰離子表面活性劑的組合添加至濃縮的礦物漿料以減小進(jìn)行了過濾的處理的漿料的液態(tài)水含量。理論上，脫水劑應(yīng)當(dāng)增加生產(chǎn)速率以及減小在過濾的礦石或礦物餅固體中存在的水的量。因?yàn)檫^濾的固體含有較少的水，預(yù)期總產(chǎn)量會增加。然而，在實(shí)踐中，這不會總觀察到，因?yàn)槠洚a(chǎn)生生產(chǎn)設(shè)備要求的進(jìn)一步需要。傳統(tǒng)上，聚合物已經(jīng)用于凝聚固體并且增加過濾速率。然而，聚合物顯著增加了成本。在許多情況下，較高的成本不利地影響了礦物的最終用途或處理。
[0012]需要降低礦物的生產(chǎn)成本，而不是產(chǎn)品的體積。濾餅或離心的固體中的水分的去除基于重量百分比增加了礦物或礦石固體的量，從而降低運(yùn)輸所需要的貨運(yùn)成本或用于進(jìn)一步干燥或處理每千克礦物或礦石固體的能量成本。
[0013]因而，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的是一般地當(dāng)通過使用某些添加劑有利地降低含水礦物漿料濃縮物的水分含量時(shí)，也產(chǎn)生不利，因?yàn)橐垣@得有利的脫水為代價(jià)所得的濾餅的產(chǎn)量降低。沒有【背景技術(shù)】方法已經(jīng)解決了需要降低濃縮的礦物漿料的殘余液態(tài)水含量同時(shí)增加了從除水過程例如諸如但不限于過濾過程所得的礦物濃縮物濾餅的產(chǎn)量二者。
[0014]美國專利號4，207, 186 (Wang ‘ 186)提供用于將礦物和煤濃縮物脫水的過程，其包括將礦物濃縮物的含水漿料和有效量的脫水劑混合，該脫水劑是具有8至18個(gè)碳原子的脂肪烴基的疏水醇和分子式為R-(OCH2CH2)xOH的非離子表面活性劑的組合，其中X是1-15的整數(shù)，R是在烷基部分含有6至24個(gè)碳原子的支鏈或直鏈脂肪烴基，并且將處理的漿料進(jìn)行過濾。王等‘186陳述，當(dāng)疏水醇例如癸醇與非離子表面活性劑組合時(shí)，鐵礦石濃縮物比不采用脫水劑獲得更低的水分含量。然而，王等‘186沒有關(guān)注增加所得濾餅的產(chǎn)量。
[0015]美國專利號4，210，531 (王‘531)提供用于脫水礦物濃縮物的過程，其基本由下述組成:首先將礦物濃縮物的含水漿料與有效量的聚丙烯酰胺絮凝劑混合，并且接著將絮凝劑處理的漿料與有效量的陰離子表面活性劑組合物和水不溶性有機(jī)液體的組合混合，該水不溶性有機(jī)液體選自:脂肪烴、芳烴、脂肪醇、芳香醇、脂肪族鹵化物、鹵代芳烴、植物油和動(dòng)物油，其中水不溶性的有機(jī)液體不同于存在于陰離子表面活性劑組合物中的任何水不溶性有機(jī)液體，并且在其后去除作為來自漿料的液體的水。然而，王等‘531沒有解決并且沒有關(guān)注降低濃縮的礦物漿料的殘余液態(tài)水含量并且增加所得的濾餅的產(chǎn)量，也沒有解決由于增加的生產(chǎn)要求擴(kuò)大的成本。
[0016]此外，王‘186和王‘531的干燥技術(shù)存在根本的不同，因?yàn)檫@些技術(shù)涉及煤的干燥。由于礦物漿料的礦物組分、以及應(yīng)用于礦物漿料濃縮物與煤的干燥過程的起始，煤干燥技術(shù)是不同的。
[0017]同時(shí)地，存在稱為分子篩的已知技術(shù)，其包括共同未決的專利申請系列號12/924，570，其向煤細(xì)粉提供分子篩的應(yīng)用。類似于王‘186和王‘531對于煤的缺點(diǎn)，分子篩對于煤細(xì)粉與其中含有具有礦物漿料的礦物漿料濃縮物的應(yīng)用之間存在類似的不同。除了與煤細(xì)粉相比礦物漿料較高的起始水分含量，表面水分和內(nèi)在水分之間也存在不同的水分分布。與鎂細(xì)粉相比礦物漿料的材料科學(xué)的物理性質(zhì)也存在不同，包括對于以下進(jìn)一步詳細(xì)描述的脫水技術(shù)的處理的不同。此外，分子篩存在成本限制。
[0018]相對于采礦，由于大的環(huán)境問題擔(dān)憂，現(xiàn)有的礦物漿料脫水技術(shù)具有有限的好處。因此，存在對于用于干燥礦物漿料以降低水分含量的方法和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)需要，從而提高礦物的產(chǎn)量并且降低環(huán)境影響。
[0019]在煤的領(lǐng)域之外已經(jīng)探索了包括使用干燥劑和沸石吸附水的干燥技術(shù)。這些技術(shù)僅在其中高溫的使用使所要干燥的材料退化的情況應(yīng)用，例如食品和已知用來自熱干燥過程的熱進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和/或退化從而使得常規(guī)的熱干燥技術(shù)不可行的材料。例如，1969年12 月 3 日提交的 Severinghaus 的名稱為“Method of Drying a Damp Pulverant” 的美國專利號3，623，233描述了方解石(CaCO3)的熱干燥。Severinghaus教導(dǎo)了方解石的熱干燥導(dǎo)致焙砂(CaO)的煅燒和生產(chǎn)，其對于過濾器和放大器中方解石的使用是有害的。類似地，Kruith 2003年7月 3 日提交的名稱為“Method for Drying Finely Divided Substances”的美國專利號6，986，213描述了干燥使用熱干燥技術(shù)退化的食品，例如小麥粉。還沒有探究將這種技術(shù)用于干燥可以使用常規(guī)技術(shù)干燥而不退化的材料例如煤細(xì)粉或礦物漿料。
[0020]對于用于干燥煤細(xì)粉和礦物漿料以降低水分含量并且防止干燥過程中煤和礦物含量的大量損失的經(jīng)濟(jì)的方法和系統(tǒng)存在長期需要。從而水分的任何降低增加了煤和礦物漿料處理的成本效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021 ] 本發(fā)明提供降低濃縮的煤或礦物漿料中殘余的液態(tài)水含量同時(shí)也提供增加從除水過程所得的濾餅的產(chǎn)量，以及用于實(shí)施將連續(xù)流動(dòng)操作中的煤和礦物漿料濃縮物脫水的過程。在實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及用于降低煤或礦物漿料的水分含量的方法，其包括:(a)將漿料與粒狀干燥介質(zhì)接觸；(b)將水分從漿料轉(zhuǎn)移至粒狀干燥介質(zhì)以產(chǎn)生具有降低的水分含量的干燥產(chǎn)品和潮濕的粒