專利名稱：煤的提選的制作方法
技術領域：
本發明涉及煤的提選，特別涉及精煉原煤的方法。在另一個方面，本發明涉及商業 規模的原煤加工廠。在另一個方面，本發明是用所述精煉煤制造的汽車輪胎。
背景技術：
煤是重要的化石燃料，例如，用于燃煤發電廠的大規模發電。煤主要由碳組成，燃 燒時會釋放二氧化碳，一種公認的溫室氣體。煤還包含其他外來材料，因此，其燃燒產生其 他氣體和灰作為副產品，且其中一些會污染環境。煤的最終用途可以參照其煤素質組成來確定。煤素質是最初形成煤的植物物質的 變質殘余物。在煤中主要鑒定出的有三組煤素質鏡質組、殼質組(以前稱殼質煤素質)和 惰性煤素質。這些組是根據煤素質材料的詳細特征依次再分的。世界上煤的主要類型，腐殖煤和腐泥煤，涵蓋燭煤和藻煤，根據它們含有的上述三 種煤素質的數量和組合來定義和鑒別。三種煤素質組中的每一種都具有不同特性和性能，如密度、比能、揮發物、固定碳 和灰分含量。煤素質一般根據它們對煤燃燒的貢獻分為兩類反應性的和惰性的。反應性 的煤素質，鏡質組和殼質組，顯示出高比能和非常低的灰分含量。惰性煤素質也積極參與了 煤的燃燒，但程度較低，因為它具有較高的灰分含量。
發明內容
本發明是一種商業規模的精煉煤的方法，包括如下步驟將煤粉碎至可獲得分離的煤素質的粒徑；從粉碎了的所述煤中提取反應性煤素質，所述反應性煤素質為深柱浮選室頂端的 泡沫；將提取的所述煤素質脫水。術語“商業規模”意為區別于實驗室規模的方法。這一方法的目的是使釋放和回收的煤的反應性煤素質比例比平常更高。這提供了 一種可銷售的最終產品，該產品具有降低的灰分含量，從而得到燃燒產生等量的功率時產 生灰更少的材料。粉碎過程優選只包括干磨階段，盡管不排除濕處理。其目的是在開始“提取”步驟 之前將粒徑降低到最大尺寸為75至100微米的顆粒大小。將某種材料循環至干磨階段，以 確保最優的煤素質釋放。干分級器可以接收來自該干磨階段的煤顆粒。在干分級器之后通常會是濕式旋風 分離，并在濕式旋風分離之后可進行篩分過程。這些過程中的任何一個或多個中得到的煤 顆粒也可以再次循環通過干磨階段。提取步驟使用一個或多個深柱浮選室。通過加入有助于浮選過程的試劑對進入浮 選室的料漿進行化學處理。整個過程中根據需要監測并調整這些試劑的加入。浮選室利用在控制的壓力和流速下引入該室中的壓縮空氣來產生便于煤素質浮選的氣泡大小。將該浮選過程釋放的煤素質產品干燥，然后造粒至便于運輸和后續使用的大小。 另外，浮選過程產物的小粒徑使之適合作為預磨發電站(pre-milledpower station)的燃 料。這可能使發電站能夠完全省略其自身的室內粉碎機。這個過程中產生的煤具有低揮發性、低含水率和中性pH值。因此，只要是將其磨 到中值粒徑為約5微米，就可以用作汽車輪胎生產的填料。本發明的另一個方面為使用這 種煤制造的汽車輪胎。浮選工藝的副產品是一種高礦物質含量的材料，可在農業中用于土壤改良。此外， 該副產品可在設計用于釋放選定的礦物質或金屬的串聯的浮選室中進一步處理。另一個方面，本發明是一個煤炭加工廠，包括粉碎站，以將煤粒徑減少至可獲得分離的煤素質的程度；深柱浮選室，以從粉碎的煤中提取反應性煤素質，所述反應性煤素質為上升到浮 選室頂部的泡沫；脫水站。以及，可選的造粒設備。在另一個方面，本發明為使用所述精煉的煤制造的汽車輪胎。其他可能制備的產 品包括煤填料、碳纖維、活性碳、涂料、密封劑和填縫劑。
現在參照
本發明的實施例，其中圖1是煤加工廠的工藝流程圖，用表示所述提取過程流程的箭頭來描述。圖2A是繼續圖1過程的泡沫處理過程的工藝流程圖。圖2B是繼續圖1過程的尾礦處理過程的工藝流程圖。
具體實施例方式首先參見圖1，在煤礦地點“原位”，或在遠離煤礦地點，也許靠近使用地點，建設試 驗工廠，用于處理煤10的碳釋放。該工廠有70噸/小時的額定產量。煤可以在“洗滌過”的條件下提供給該工廠。如果是在開采地進行洗滌，例如，因 大規模的預洗過程而可能會有經濟節約。另外，煤可以在其“原始”或剛開采出的條件下供應給該工廠。然后煤可以通過“洗 煤機” 14，以去除無關或有害材料。這一過程可去除15至35%的上述材料。廢棄的材料沒 有商業價值，但是其去除通過降低灰分含量增加了價值。一旦運送到工廠，這些煤給料成堆儲存，通常將允許工廠連續加工，比方說，2至3 天，這只是為了克服任何不可預見的原材料輸送中斷。隨后不管是“剛開采出的”煤還是“洗滌過的”煤，都通過該工廠以同樣的方式依 次處理。但是，取決于給料條件的不同，該工廠的產量和運營成本會有所區別。預洗工廠一 般將煤預先篩分或粉碎，使其最大粒徑為50毫米，并將去掉較硬材料。然后以大約70噸/小時的速度取出儲存的最大粒徑為50mm的煤，并將其傾倒入 儲料器20中，進料儲料器20安裝在可變速的彈簧裝配的振動進料器30上。
該工廠進料器以可變的速度將其內容物排放到傾斜的輸送器40上，其速度由單 惰輪、稱重傳感器型帶式計量秤50控制。此設備在排放點的稍稍下游的位置安裝在該輸送 器下面。輸送器40輸送煤材料至排放煤的頂送料槽60。頂送料槽60安裝在分叉斜槽70 上方的升高的平臺上，分叉斜槽70將給料輸送器的排放物等分為兩個支流，并使煤材料沉 降到粉碎機80的兩個進料口斜槽中。棒磨粉碎機80由含有多個鋼條的轉筒組成。當轉筒圍繞其水平軸旋轉時，鋼條反 過來旋轉并研磨(或粉碎)進料到轉筒兩端的煤材料。用這一操作降低煤顆粒的大小直至 排出，理想地減小至最大粒徑為約75 100微米。高容量風扇90輸送約220攝氏度的熱空氣到粉碎機80的每一端。將熱空氣不斷 循環通過上述轉筒，并在約80攝氏度時排出。這些熱量防止了煤顆粒聚集和“成球”，特別 是當給料中存在粘土時。高體積氣流對所述轉筒施壓，并且在排出時氣動導出由粉碎機的 研磨操作產生的微細煤灰塵粒。“釋放”的灰塵，通常其最大粒徑為75 100微米，通過干燥的或氣 動的分級器 100。大于75 100微米的過大顆粒從分級器100返回到轉筒80進行進一步研磨。其余 的顆粒由空氣流攜帶，并通過耐磨管道導入到大容量(25立方米)充滿水的分級旋風進料 貯槽110中。在分級旋風進料貯槽110，來自粉碎機80的煤塵通過“噴射器” 120，在那里與水混 合。“打濕”微細煤顆粒表面并避免“漂浮”是必需的，此時微細煤顆粒聚集并漂浮，僅僅因 為它們太輕而不能克服空氣/水界面的表面張力。研磨過的微細煤顆粒沖破水表面，繼續 沉降并進入分級旋風分離器進料泵的排出管130，以向上泵到1000毫米直徑的分級旋風分 離器140中。補給水通過“噴射器” 120自動添加到進料貯槽110中，以在該貯槽中保持恒定水 平。補給水的量用位于該貯槽上的壓力傳感器112控制，壓力傳感器112監測其位置以上 的水深。這種恒定水平的條件確保了恒定的泵作用條件存在，進而，導致旋風分離器140內 恒定的工作條件。變速進料泵150從進料貯槽110輸送煤和水料漿至分級旋風分離器140。該料漿 將包含約150t/h的煤炭，相當于14. 3wt%，或取決于固體的密度，約10. 3vol%的固體濃度。此時，料漿中可能仍有最大粒徑高達750微米的顆粒。分級旋風分離器140的任 務是將其進料分成兩個流，一個具有標定的100微米的最大粒徑，另一個具有最大為750微 米的較大顆粒，這些較大顆粒太大，將難以用后續的下游浮選過程有效回收。分開收集該分級旋風分離器的溢流的流和底流的流。從旋風分離器140的較小端 142排出的底流料漿主要包括粗粒徑的顆粒。立即將底流料漿通過適當尺寸的管道回到粉 碎機80來再循環以進一步粉碎。分級旋風分離器的底流的流的過大顆粒可以在被認為大 小可以接受并最終釋放到溢流的流中之前再完成幾個循環。溢流料漿，主要由水和超細顆粒組成，在旋風分離器140的較大端146處從旋風分 離器140排出。溢流料漿中的固體物質一般不會超過約100微米大小，但是可以預計仍然 會存在一些在粒度分離過程中放錯位置的最大粒徑為200 350微米的顆粒。為了確保在后續的浮選過程中最好的產品回收，分級旋風分離器溢流料漿再從其收集箱經過集流管到 達靜態彎曲的橫向流動的篩彎管160上進行最后的篩分，以去除任何過大的材料。篩160由250微米孔徑的楔形絲篩面組成，該楔形絲篩面可以翻轉反穿(counter wear)。篩160頂上留下的過大材料最終通過管道排回粉碎機80進行進一步粉碎。
分級旋風分離器的溢流料漿由75 100微米大小的超細顆粒組成。在這個尺寸 可以獲得分離的煤素質。這些煤素質穿過篩彎管的楔形絲篩面，并被收集，然后沉降進入深 柱浮選室170。深柱浮選室單元170的工作是將更需要的反應性煤素質與惰性煤素質和其 他不需要的材料分離開。在進入深柱浮選室之前通過用各種活化劑、促進劑、捕集劑或發泡劑化學處理溢 流料漿，可以控制“浮起的”煤素質的產量和質量。深柱浮選室170由一個約16至17米高的大直徑(4. 88米)直立罐構成，例如 Jamieson eel。高流速、低壓力的空氣壓縮機172將空氣輸送入位于浮選室柱170下端的 環形管路174中。然后將空氣通過噴射管道中的小噴嘴注入到浮選室中，所述小噴嘴將空 氣“破碎(shred) ”為微米大小的氣泡。此外，高流量循環泵176從浮選室底部不斷抽出料 漿，再將其直接注回到浮選室中以保持該室中的高度湍流。由于受循環泵產生的湍流和大量的微米大小的氣泡存在的影響，在浮選室170中 顆粒和一個或多個氣泡碰撞的概率高。浮選過程利用了煤素質和尾料顆粒兩者的表面化學。煤是疏水的(憎水的)，而尾 料、粘土和其他非煤材料是親水的。一旦碰撞發生，反應性煤素質的表面特性允許氣泡或泡沫粘附其上。如果有足夠 的氣泡粘附到煤素質上，它們將提供足夠的浮力，使顆粒漂浮在浮選室的水面上。隨著越來 越多的顆粒漂浮上來，攜帶煤的厚泡沫形成在水面上。這種泡沫最終積聚，并從浮選室170 溢流進入位于浮選室柱頂端的環繞的洗礦槽180。現參見圖2A，泡沫下降至過濾進料調節箱186，在那里低剪切攪拌器188打破泡沫 并用絮凝劑包被得到的煤素質。經過充分的保留時間，將煤漿散布在50平方米面積的水平 帶式真空過濾器190上的整個帶寬上。真空泵192不斷從緩慢移動的過濾帶表面形成的料 漿餅抽氣。這種氣流從濾餅中除去水，直至濾餅最終從過濾帶末端完全卸料。然后用輸送器將脫水的濾餅運輸送到產品儲存處以備以后處置。另外，可以將這 種低灰分含量的高能產物煤造粒，以提供比非常易碎的濾餅更硬、更易處理的產品。推薦的 工藝是一種完全不含粘合劑的系統，從而使CLP工廠的低灰分含量的終產品不受污染，例 如不受水泥粉塵粘結劑的污染。尾料和其他非煤親液材料，也與浮選室中存在的眾多氣泡碰撞。然而，他們不能像 目的煤顆粒那樣容易粘附到泡沫上。由于浮力較小，通常這種高灰分含量的材料會慢慢沉 到浮選室的底部。然后會從浮選室泵回到工廠的尾料增稠器中以備以后回收。參見圖2B，增稠器進料最初排放在小直徑的脫氣罐200中，以使得料漿中任何殘 存空氣能夠得以釋放。在尾料料漿經過位于罐中間的尾料增稠器進料腔215之前，也可以 向該罐中加入絮凝劑。尾礦增稠器210具有事先形成的用作過濾器的床212，從而使其能夠快速脫水并 具有高進料速度。隨著該床脫水并增稠，水從增稠器脫出并溢出到環繞的洗礦槽中。被再循環回工廠再利用之前，這水被收集在澄清水箱中。底流泵216將不斷從增稠器中抽出增稠的尾料。這種材料具有非常高的礦物質含量，并可以作為農業使用的副產品出售。另外，尾礦可以進行金屬分離工業的常規處理，例 如串聯浮選室、磁分離器等，來回收有價值的金屬。雖然已經參考具體實施例說明了本發明，應理解的是，本發明可以以許多其他形 式實現，以及與上面未曾提及的其他特征聯合使用來實現。例如，有可能消除粉碎機的熱空 氣。另一種方法是使用球磨粉碎機，整個粉碎過程可以是濕的。這個過程可以更大的、商業化導向的規模進行，比方說高達600噸/小時。這種工 廠可分為多個150或200噸/小時的平行流模塊，這取決于執行該任務的商業制造設備的 供應情況。更大容量工廠的主要區別在于用來輸送和分發煤到個別模塊或過程流的方法。
權利要求
一種商業規模的精煉煤的方法，包括如下步驟將煤粉碎至可獲得分離的煤素質的粒徑；從粉碎的煤中提取反應性煤素質，所述反應性煤素質為深柱浮選室頂端的泡沫；以及將提取的煤素質脫水。
2.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中，在進行所述“提取”步驟之 前，所述粉碎過程只包括將粒徑降低至最大尺寸為75至100微米的干磨。
3.根據權利要求2所述的商業規模的精煉煤的方法，其中干分級器接收來自所述干磨 階段的煤顆粒，在所述干分級器之后進行濕旋風分離，并且在濕旋風分離器之后進行篩分 過程。
4.根據權利要求3所述的商業規模的精煉煤的方法，其中，來自所述干磨階段、干分級 器、濕旋風分離器和篩中任何一個或多個過程的煤顆粒，再次循環通過所述干磨階段。
5.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中所述提取步驟利用一個或多 個深柱浮選室。
6.根據權利要求5所述的商業規模的精煉煤的方法，其中對進入所述浮選室的料漿 根據其組成進行化學處理，而且在整個浮選過程中根據需要對所述化學處理進行監測和調整 ο
7.根據權利要求5或6所述的商業規模的精煉煤的方法，其中在用于“漂浮”選定的反 應性煤素質設定的氣壓、流速和氣泡大小下操作所述浮選室。
8.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中，所述粉碎過程一直持續到 所述煤粒徑降至中值粒徑為約5微米。
9.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中，對所述反應性煤素質進行 造粒。
10.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中從所述浮選室中回收具有 高礦物質含量的副產物。
11.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中，所述副產物是含金屬的。
12.根據權利要求1所述的商業規模的精煉煤的方法，其中，所述副產物具有適用于農 業應用的礦物質含量。
13.—種商業規模的煤加工廠，包括粉碎站，以將煤粒徑減少至可獲得分離的煤素質的程度；一個或多個深柱浮選室，以從粉碎的煤中提取反應性煤素質，所述反應性煤素質為上 升至所述深柱浮選室頂端的泡沫；和脫水站。
14.一種汽車輪胎，用包括權利要求8所述方法制得的煤的填料制造。
全文摘要
本發明涉及煤的提選，特別涉及精煉原煤的方法。本發明是商業規模的用于精煉煤的工藝，包括如下步驟將煤粉碎至可獲得分離的煤素質的粒徑；從粉碎的煤中提取反應性煤素質，所述反應性煤素質為深柱浮選室頂端的泡沫；以及將提取的煤素質脫水。在另一個方面，本發明涉及商業規模的原煤加工廠。
文檔編號B03D1/02GK101815582SQ200880106423
公開日2010年8月25日 申請日期2008年8月18日 優先權日2007年9月10日
發明者格蘭特·弗萊明, 格雷格·弗里曼 申請人:國際煤處理有限公司