專利名稱：精選的方法和組合物的制作方法
精選的方法和組合物相關申請的交叉引用這是要求享有2006年2月16日提交的申請號11/355，468的優先權的部分繼續申請。有關聯邦資助的研究或開發的聲明不適用發明背景·
本發明大體涉及精選技術。更具體地說，本發明涉及精選組合物和使用該精選組合物的方法。精選是一種從廢棄物中分離有用物質的方法。通常，精選利用各組分的疏水性的差異。用精選組合物混合各組分，其中精選組合物促使疏水性組分與親水性組分分離。在一種工藝中，礦物礦石被粉碎到一定的小的尺寸并用水制漿。將漿料引入用空氣吹掃過的浮選裝置內。空氣優先附著到漿料的疏水性顆粒，使得疏水性顆粒漂浮到裝置的頂部。所浮選的顆粒被收集、脫水并聚集成可銷售的最終產物。親水性顆粒傾向于遷移到接觸容器的底部，從接觸容器的底部它們可以作為尾料被去除并處理到尾料堆置區中。在其他工藝中，諸如反浮選，可銷售的最終產物可以遷移到底部。為了促進精選，使用了若干種類型的常規試劑，諸如起泡劑、浮選促集劑、促進劑(promoter)、調節劑以及脫水助劑。但這些試劑可能是昂貴的且有毒的，由此降低了精選工藝的成本效益。因此，期望提供并利用有成本效益的且有效的精選組合物。本部分描述的技術并不意圖構成對本文提到的任何專利、公布或其他信息相對于本發明是“現有技術”的承認，除非明確這樣表示。此外，本部分不應該被解釋為意味著已經進行了檢索或不存在如37CFR§ I. 56(a)中定義的其他相關信息。發明簡要概述在至少一個實施方案中，本發明提供了一種使第一材料與第二材料分離的方法。在至少一個實施方案中，該方法可以包括用精選組合物將第一材料與第二材料混合成漿料。精選組合物可以包含來源于生物柴油制造工藝的一種或多種脂肪酸副產物。精選組合物還可以包含來源于涉及甘油三酯的酯交換反應的一種或多種脂肪酸副產物。可以在所述漿料中提供氣泡以與所述第一材料形成氣泡-顆粒聚集體且可以允許所述氣泡-顆粒聚集體與所述第二材料分離。在至少一個實施方案中，脂肪酸副產物可以在制造生物柴油期間的若干階段處被產生，包括粗甘油處理階段。脂肪酸副產物可以來源于，但不唯一地，在生物柴油制造工藝期間向粗脂肪酸烷基酯相的脂肪酸鹽溶液中添加酸和/或來源于在生物柴油制造工藝期間向粗甘油相的脂肪酸鹽溶液中添加酸。例如，脂肪酸副產物可以來源于通過向酯化階段的底部流出物添加酸和/或通過向酯產物的洗滌水(如，肥皂水)添加酸的生物柴油制造工藝。脂肪酸副產物還可以來源于含有一種或多種脂肪酸鹽組分的任何一股生物柴油制造工藝流的酸化。在至少一個實施方案中，脂肪酸副產物包含約I到約50重量百分比的一種或多種甲酯和約50到約99重量百分比的一種或多種脂肪酸。
在至少一個實施方案中，脂肪酸副產物還包含選自由甲酯、鹽、甲醇、甘油、水及其組合組成的組的一種或多種組分。在至少一個實施方案中，游離脂肪酸包含選自由棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、二十碳烯酸、山崳酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其組合組成的組的一種或多種組分。在至少一個實施方案中，脂肪酸副產物包含選自由C6-C24飽和的和不飽和的脂肪酸、C6-C24飽和的和不飽和的脂肪酸鹽、甲酯、乙酯及其組合組成的組的一種或多種組分。在至少一個實施方案中，脂肪酸副產物還包含選自由C2-C6 —元醇、二元醇和三元醇及其組合組成的組的一種或多種組分。在至少一個實施方案中，脂肪酸副產物還包含一種或多種無機鹽。
在至少一個實施方案中，精選組合物還包含燃料油。在至少一個實施方案中，燃料油選自由煤油、柴油及其組合組成的組。在至少一個實施方案中，本發明提供了一種在含水漿料中分離疏水性顆粒與親水性顆粒的方法。在至少一個實施方案中，該方法可以包括向含水漿料中添加精選組合物以增強疏水性顆粒的疏水性。精選組合物可以包含來源于生物柴油制造工藝的一種或多種脂肪酸副產物。含水漿料可以被混合以有助于脂肪酸副產物吸附到疏水性顆粒的表面上，以便增強疏水性顆粒的疏水性。可以向含水漿料提供氣泡，使得疏水性顆粒收集在氣泡的表面上，形成氣泡-顆粒聚集體。氣泡-顆粒聚集體可以被允許漂浮到含水漿料的表面以與親水性顆粒分離。在至少一個實施方案中，本發明提供了一種包含來源于生物柴油制造工藝的一種或多種脂肪酸副產物的精選組合物。精選組合物還可以包含作為添加劑的燃料油。在至少一個實施方案中，本發明提供了一種包含涉及甘油三酯的酯交換反應的一種或多種脂肪酸副產物的精選組合物。本發明的一個優勢是提供分離兩種或更多種材料的有成本效益的方法。本發明的另一個優勢是提供可以用于具有改善的成本節約的浮選工藝的增強疏水性的組合物。另外的特征和優勢在本文中下面的詳述中被描述，且另外的特征和優勢從下面的詳述中將變得明顯。發明詳述本發明大體涉及精選技術。更具體地說，本發明涉及精選組合物和使用精選組合物的方法。在本說明書中，術語“精選”應該被理解為意指從廢棄物中分離出有用的物質，尤其是從親水性物質中分離出疏水性物質。用于實現此的合適工藝包括但不限于浮選、反浮選和類似的技術。在本說明書中，術語“副產物”應該被理解成意指來源于生物柴油制造工藝和/或涉及甘油三酯的酯交換反應的副產物。在本說明書中，術語“不合規格的材料”應該被理解成意指來自生物柴油制造工藝和/或酯交換反應的、因為它們是工藝的殘渣、受污染的、副產物和/或從工藝沖洗產生的而不滿足工業質量標準的產物。不合規格的材料可以包括與副產物相同的組分。在一些情形中，不合規格的材料與副產物混合。在本說明書中，術語“綠色浮選促集劑”應該被理解成意指選自由具有低HLB數的非離子型表面活性劑、天然存在的脂類、改性脂類、疏水性聚合物及其組合組成的組的一種或多種組分。“綠色”意指環境友好的、可生物降解的和/或無毒的化學。在一個實施方案中，本發明提供了包含生物柴油制造的副產物的精選組合物。生物柴油制造的副產物可以包括如含有6到24個碳原子的直鏈、單羧酸的混合物。在一個實施方案中，副產物包括不合規格的材料。令人驚奇地發現本發明的生物柴油制造的副產物是有效地作為用于精選技術(諸如浮選工藝)的試劑。此外，這些副產物通常是環境友好的且無害的。副產物還是不可燃燒的且可以在“高”閃點需求的應用中提供益處。副產物可以用于補充或替代用于浮選工藝的常規的、有害的浮選促集劑，諸如柴油，由此降低對這樣的環境不友好的材料的依 賴。柴油在礦物加工產業中是普遍使用的。這些加工產生的很大一部分廢柴油被注入地下，這造成環境和人類健康危害。本發明提供了被排放到地下時不會造成任何環境和/或人類健康危害的額外的益處。生物柴油是由天然的可再生資源制成的更清潔燃燒的柴油替代燃料。例如，生物柴油可以包括用作由諸如新的和使用過的植物油和動物脂肪的來源制成的更清潔燃燒的柴油替代燃料的脂肪酸烷基酯。根據美國能源署的美國燃料數據中心，約55%的生物柴油目前由回收的脂肪或油原料，包括回收的蒸煮油脂(cooking grease)來生產。該產業的另一部分被限制于植物油，最便宜的植物油是豆油。由于過量的生產能力、產品過剩以及降低的價格，大豆產業一直是生物柴油商業化背后的推動力。類似的問題適用于回收的油脂和動物脂肪產業，即使這些原料不如豆油貴。基于兩個產業的總資源，存在足夠的原料來供給19億加侖的生物柴油。生物柴油可以通過稱為酯交換的化學工藝來制造，其中植物油、植物性油或動物脂肪被轉化成脂肪酸烷基酯、甘油和產生脂肪酸副產物的其余的化合物。這樣的油和動物脂肪包括，如牛脂、粗妥爾油、椰子油、菜籽油、芥花籽油、棕櫚仁油和大豆油。動物脂肪和植物油的主要組分甘油三酯是甘油(一種三元醇)與具有不同分子量的脂肪酸的酯。三種合成途徑可以用于由油和脂肪產生脂肪酸烷基酯油的堿催化的酯交換；油的直接酸催化的酯化；以及油轉化成脂肪酸且隨后酯化成生物柴油。通過堿催化方法產生了大多數脂肪酸烷基酯。一般而言，商業上用于油的酯交換以產生生物柴油的催化劑通常可以是任何堿，最優選氫氧化鈉或氫氧化鉀。在生物柴油制造工藝中，可以過濾并預處理油和脂肪以去除水和污染物。如果存在游離脂肪酸，那么可以使用專門的預處理技術，諸如酸催化酯化，將它們去除或轉化成生物柴油。隨后，預處理過的油和脂肪可以與醇和催化劑(如堿)混合。用于該反應的堿通常是氫氧化鈉或氫氧化鉀，借助標準的攪動或混合溶解在所使用的醇(通常是乙醇或甲醇)內以形成相應的醇鹽。應理解，可以使用任何合適的堿。醇鹽可以隨后被裝填到密閉的反應容器中，并添加油和脂肪。然后密閉該系統并維持在約71°C (160° F)下約I到8小時時段，盡管一些系統推薦反應在室溫下進行。反應完成后，油分子(如甘油三酯)斷裂且產生兩種主要產物1)粗脂肪酸烷基酯相(即，生物柴油相)和2)粗甘油相。通常，粗脂肪酸烷基酯相在密度較大的粗甘油相之上形成層。由于甘油相比生物柴油相密度大，因此可以重力分離這兩相，例如通過簡單地從沉降器的底部抽取甘油相。在一些情形中，可以采用離心來加速這兩相的分離。在一個實施方案中，脂肪酸副產物可以源自生物柴油制造工藝期間粗脂肪酸烷基酯相和/或粗甘油相的精煉。例如，粗脂肪酸烷基酯相通常包含脂肪酸烷基酯、水以及脂肪酸鹽組分的混合物。這些脂肪酸鹽組分通常與水相(如肥皂水)形成溶液，其中脂肪酸鹽組分可以進一步與脂肪酸烷基酯組分分離。與脂肪酸烷基酯組分分離后，可以向含有脂肪酸鹽組分的水相中添加任何合適的酸，諸如，如鹽酸以產生本發明的脂肪酸副產物。類似地，粗甘油相通常包含甘油、水以及脂肪酸鹽組分的混合物。該脂肪酸鹽組分與水相形成溶液或懸浮液，其中脂肪酸鹽組分可以通過添加任何合適的酸而進一步與甘油組分分離以回收適于本發明的脂肪酸副產物。
應理解，本發明的脂肪酸副產物可以來源于包含脂肪酸鹽組分的任意生物柴油制造工藝流/階段(如肥皂水)的酸化，包括例如洗滌水。來源于生物柴油制造工藝的任意不同階段/流的這些脂肪酸副產物可以被用作本發明的精選組合物的有價值的組分。可以以日益增加的量產生生物柴油的脂肪酸副產物。因此，生物柴油制造副產物是廉價的且它們的使用對于多種精選工藝來說可以是經濟的和高度有效的。在一個實施方案中，由生物柴油制造或酯交換反應產生的脂肪酸副產物可以包含脂肪酸以及甲酯和乙酯。副產物的額外組分可以包括鹽、甲醇、乙醇、甘油、單酸甘油酯、甘油二酯和甘油三酯、生育酚、固醇、mong、部分反應的甘油酯和未反應的甘油酯以及水分(如水)。脂肪酸的混合物可以包括棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、二十碳烯酸、山崳酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其組合。其余組分可以包括水分和不皂化物。在可選擇的實施方案中，脂肪酸副產物組合物可以包含一種或多種C6-C24飽和的和不飽和的脂肪酸、它們的鹽以及甲酯和/或乙酯。副產物還可以包含一種或多種C2-C6 —元醇、二元醇或三元醇，諸如，如乙醇、甘油和乙二醇。在一個實施方案中，副產物可以包含約O. 01到約15重量百分比的C2-C6 —元醇、二元醇或三元醇。副產物還可以包含一種或多種無機鹽，諸如，如鈉鹽、鉀鹽和/或鈣鹽(如氯化物和硫酸鹽)。在一個實施方案中，副產物可以包含約O. 05到約15重量百分比的無機鹽。上述組合物意味著所述的副產物可以成為適于用作浮選工藝或類似工藝中的浮選促集劑或促進劑的完美的疏水試劑。例如，已知副產物中包含的極強疏水性的C6-C24脂肪酸促進浮選期間氣泡的附著。此外，脂肪酸副產物可以富含不飽和油酸、不飽和亞油酸和不飽和脂肪亞麻酸。一旦這些脂肪酸包覆處理的顆粒(如，在浮選期間)，它們就可以在空氣存在下緩慢地交聯，從而形成粘的疏水層。在可選擇的實施方案中，脂肪酸副產物還可以與改進這些精選組合物的分離特性的添加劑混合。在一個實施方案中，這樣的添加劑可以包括燃料油，諸如，如煤油、柴油及其組合。通常，燃料油可以包含脂族烴和芳香烴的混合物。此外，燃料油可以包含少量的硫、氧、氮化合物以及其他物質。在一個實施方案中，本發明的精選組合物包含脂肪酸副產物與綠色浮選促集劑的共混物。在一個實施方案中，精選組合物包含脂肪酸副產物與一種或多種C4-C16醇、醛或酯的共混物。在一個實施方案中，C4-C16醇、醛或酯是I-丙烯加氫甲酰基化反應產物。在一個實施方案中,C4-C16醇是4-甲基環己烷甲醇(MCHM)。C4-C16醇、醛或酯的存在促進浮選促集劑分布在浮選漿料中。在一個實施方案中，浮選促集劑包含約70到約80重量百分比的脂肪酸副產物、約10到約20重量百分比的綠色浮選促集劑以及約I到約20重量百分比的C4-C16醇、醛或酯。在一個實施方案中，本發明提供了一種在某些精選工藝中增強化合物的疏水性的方法。例如，包含脂肪酸副產物的精選組合物可以用于下述材料的精選中，所述材料包括但不限于由煤、塑料、砂和沙礫、磷酸鹽、金剛石以及其他礦物礦石或人造物質組成的組。在可選擇的實施方案中，精選組合物可以用在增強粒狀材料的疏水性的工藝中，尤其是用在諸如浮選的、導致煤、金剛石礦石以及類似物的精選的工藝中。精選組合物還可以與其他合適的浮選促集劑和促進劑結合使用。浮選工藝是分離如以顆粒或細粒存在的有價值的材料與無價值的材料的最廣泛使用的方法中的一種。例如，在此工藝中，細顆粒被分散在水中或其他合適的溶液中，且 小氣泡被引入漿料中，使得疏水性顆粒可以被選擇性地收集到氣泡的表面上并離開漿料(如，通過上升到表面)，而留下親水性顆粒。親水性顆粒也可以沉降到漿料的底部以作為淤渣被收集。脂肪酸副產物可以被用于在如任何合適的浮選工藝中分離材料。應理解，期望的最終產物可以在浮選期間上升到表面和/或沉降到底部，諸如在反浮選工藝中。例如，在二氧化硅浮選工藝中，期望的最終產物可以沉降到漿料的底部而廢產物可以上升到漿料的頂部。在可選擇的實施方案中，本發明提供了一種使第一材料與第二材料分離的方法。例如，該方法可以包括用精選組合物將第一材料與第二材料混合成漿料。精選組合物可以包含來源于生物柴油制造工藝的一種或多種脂肪酸副產物。精選組合物還可以包含涉及甘油三酯的酯交換反應的一種或多種脂肪酸副產物。可以在漿料中提供氣泡以與第一材料形成氣泡-顆粒聚集體且氣泡-顆粒聚集體可以被允許與第二材料分離。精選組合物還可以包含與所述脂肪酸副產物混合的燃料油添加劑。燃料油添加劑可以是，如煤油、柴油及其組
口 ο在可選擇的實施方案中，脂肪酸副產物可以來源于在生物柴油制造工藝期間向粗脂肪酸烷基酯相的脂肪酸鹽溶液中添加酸和/或來源于在生物柴油制造工藝期間向粗甘油相的脂肪酸鹽溶液中添加酸。在另一個實施方案中，本發明提供了一種在含水漿料中分離疏水性顆粒與親水性顆粒的方法。例如，該方法可以包括向含水漿料中添加精選組合物以增強疏水性顆粒的疏水性。精選組合物可以包含來源于生物柴油制造工藝的一種或多種脂肪酸副產物。含水漿料可以被混合以有助于脂肪酸副產物吸附到疏水性顆粒的表面上，以便增強疏水性顆粒的疏水性。待分離的材料可以具有任何合適的尺寸。通過舉例且不是限制，材料的尺寸可以在2mm到O. 04mm的范圍內。衆料還可以具有高達50%的固體。任何合適的機械力或化學力可以用于使漿料顆粒與本發明的精選組合物接觸。可以由本發明的方法收集浮選產物和未被浮選的尾料。
雖然本發明可以體現為許多不同的形式，但是本文詳細描述了本發明的具體的優選實施方案。本公開內容是本發明原理的示例且不意圖將本發明限于所闡釋的特定實施方案。本文提到所有專利、專利申請、科學論文以及任何其他參考材料在此通過引用全文并入。此外，本發明包括本文描述的和本文并入的一些或所有的不同實施方案的任何可能的組合。上述公開內容意圖是闡釋性的且不是無遺漏的。本描述將使本領域技術人員想到許多的變化和可選方案。所有這些可選方案和變化意圖被包括在權利要求的范圍內，其中術語“包括”意指“包括，但不限于”。本領域技術人員可以認識到本文描述的具體實施方案的其他等同物，該等同物也意圖由權利要求所包括。本文公開的所有范圍和參數應理解為包括其中所包含的任何和所有的子范圍以及端點之間的每個數。例如，所陳述的范圍“I到10”應被認為包括最小值I與最大值10之間(且包括I和10)的任何和所有的子范圍；即，以最小值I或更大開始的(如，I到6. I) 且以最大值10或更小結束的(如2. 3到9. 4、3到8，4到7)所有子范圍，以及最后被認為是該范圍內所包含的每一個數1、2、3、4、5、6、7、8、9以及10。這完成了本發明的優選的和可選擇的實施方案的描述。本領域技術人員可以認識到本文描述的具體實施方案的其他等同物，該等同物意圖由所附于此的權利要求所包括。
權利要求
1.一種使第一材料與第二材料分離的方法，所述方法包括用精選組合物將所述第一材料與所述第二材料混合成漿料，其中所述精選組合物包含來源于生物柴油制造工藝的至少一種脂肪酸副產物或來源于涉及甘油三酯的酯交換反應的至少一種脂肪酸副產物；在所述漿料中提供氣泡以與所述第一材料形成氣泡-顆粒聚集體；和允許所述氣泡-顆粒聚集體與所述第二材料分離，其中所述脂肪酸副產物包含至少一種甲酯或乙酯且所述脂肪酸副產物還包含甘油和不皂化物且所述組合物還包含水和無機鹽。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述精選組合物還包含至少一種綠色浮選促集劑。
3.如權利要求I所述的方法，其中所述脂肪酸副產物包括不合規格的材料。
4.一種使第一材料與第二材料分離的方法，包括以下步驟 收集可漂浮的可銷售的顆粒， 借助采用精選組合物的浮選工藝使所收集的顆粒脫水， 其中所述精選組合物利用所述第一材料的疏水性來使其與所述第二材料分離，以及 其中所述精選組合物包含來源于生物柴油制造工藝的至少一種脂肪酸副產物或來源于涉及甘油三酯的酯交換反應的至少一種脂肪酸副產物，且所述脂肪酸副產物包含至少一種甲酯或乙酯且所述脂肪酸副產物還包含甘油和不皂化物且所述組合物還包含水和無機鹽。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述脂肪酸副產物包括不合規格的材料。
6.一種精選組合物，包含來源于生物柴油制造工藝或涉及甘油三酯的酯交換反應的至少一種脂肪酸副產物，其中所述脂肪酸副產物包含至少一種甘油酯和不皂化物，且所述組合物還包含水和無機鹽，其中所述脂肪酸副產物還包含至少一種甲酯或乙酯。
7.如權利要求6所述的組合物，其中所述脂肪酸副產物包括不合規格的材料。
8.一種使第一材料與第二材料分離的方法，所述方法包括用精選組合物將所述第一材料與所述第二材料混合成漿料，其中所述精選組合物包含來源于生物柴油制造工藝的至少一種脂肪酸副產物或來源于涉及甘油三酯的酯交換反應的至少一種脂肪酸副產物，其中所述脂肪酸副產物包含至少一種甲酯或乙酯且所述脂肪酸副產物還包含甘油和不皂化物且所述組合物還包含水和無機鹽。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述脂肪酸副產物包括不合規格的材料。
全文摘要
提供了用于分離材料的方法和組合物。在一個實施方案中，本發明提供了一種使第一材料與第二材料分離的方法。例如，該方法可以包括用精選組合物將第一材料與第二材料混合成漿料。精選組合物可以包括來源于生物柴油制造工藝的一種或多種脂肪酸副產物。可以在漿料中提供氣泡以與第一材料形成氣泡-顆粒聚集體且氣泡-顆粒聚集體可以被允許與第二材料分離。
文檔編號C02F1/24GK102946963SQ201180029817
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月17日 優先權日2010年6月17日
發明者B·特朗 申請人:納爾科公司