材料分選方法

專利名稱：：材料分選方法
技術領域：
：本申請涉及煤炭分選領域，具體而言，涉及一種利用X射線線性吸收系數的差異來處理礦石并將原子數較高的元素從原子數較低的元素中除去的方法。
背景技術：
：天然煤炭是碳、烴類、水分和具有較高原子數的污染礦物的混合物。煤炭產生美國電力的一半，但公用事業公司面臨減少其碳足跡(carbonfootprint)和來自汞、硫及煤灰污染的壓力。對于公用事業公司而言，清潔煤灰濺泄物和提供必要污染控制的成本過高。美國環保局現正要求對汞和硫的排放進行更嚴格的控制。此外，新規則將對硫排放強制執行每小時限制，而非24小時內的平均限制。通常，在黃鐵礦中，60%80%的汞與硫伴生。根據開采煤炭所在區域，美國所用的煤炭中污染物的典型天然含量為約3%約30%，平均為約10%。公用事業公司和工業鍋爐中的煤炭燃燒產生上百萬噸的煤灰、礦渣和污泥。燃燒除去了可燃的有機組分但濃縮了煤灰中天然存在的放射性核素，包括鈾、鐳、釷和鉀。煤灰還含有硅、鋁、鐵和鈣。事實上，這些元素構成約90%的煤灰組分。為遵守環保局法規必須減少汞排放。減少汞排放的選擇包括選擇性開采煤炭(避免硫和汞較高的煤床層部分)、煤炭洗滌(除去含有煤炭中60%80%的汞的黃鐵礦)、燃燒后從煙道排放物中除去汞或使用天然氣代替煤炭。目前的煤炭處理利用煤炭和污染物的密度差異來除去非可燃物。約95%的煤炭處理目前采用濕法。煤炭的比重通常為1.2，而巖石和較重礦物的平均值為2.5。原煤(rimoftheminecoal)通常首先被減小至低于2英寸(5cm)的尺寸，隨后將其導入水-磁鐵礦漿料浮選介質中。所述水漿料具有使液體比重升高至高于煤炭比重的化學物質。水漿料中的磁鐵礦比例控制密度。較重的硫和硅酸鹽沉下而較輕的煤炭浮出。濕法處理能減少煤炭的灰和硫含量，但其將所處理的煤炭打濕。而且，液體介質需要在廢水處理設備中進行處理。煤粉和水產生帶來環境問題的污泥。一些工藝使用酸來去除污染物并對水產生污染。濕煤中水的潛熱將來自煤炭燃燒的可回收能量減少了2%。這種可用能量的減少增加了發電的碳足跡。
發明內容本發明公開了材料分選方法。所公開的方法使用X射線來將諸如煤礦石的礦石從諸如硫的污染物中分選出來。還公開了在X射線分選方法中使用指示桿(calibrationbar)的方法。在某些實施方式中，材料分選方法包括提供樣品；將樣品尺寸減小至10厘米以下；測定樣品的最厚床層深度的最小X射線吸收；測定樣品塊的X射線吸收；鑒定X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊；從剩余樣品中分選出X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊。本發明的其它實施方式包括鑒定與樣品的最厚床層深度(thickestbeddepth)的最小X射線吸收的X射線透射百分比相比X射線透射百分比減少20%以上的樣品塊。本發明的仍然其它的實施方式包括測定在高于硫的K吸收邊沿(Kabsorptionedge)的能量處的X射線吸收。本發明的另一個實施方式是減少煤炭中的硫的方法，所述方法包括提供煤礦石樣品；將樣品尺寸減小至10厘米以下；對于高于硫的K吸收邊沿的X射線能量范圍測定樣品的最厚床層深度的最小X射線吸收；測定高于硫的K吸收邊沿的X射線能量范圍內的樣品塊的X射線吸收；鑒定X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊；從剩余樣品中分選出X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊。本發明的其它實施方式包括通過將樣品運送至氣動排出陣列(airejectionarray)和對該氣動排出陣列的至少一個氣動排出器(airejector)供能以便基于所述確定來分選樣品，從而分選樣品塊。本發明的其它實施方式包括利用燃燒煙道氣來減少火災和爆炸危險。本發明的再一個實施方式是從礦石分選材料的方法，所述方法包括提供樣品，其中樣品包括礦石和其它材料；用多種χ射線能量照射樣品；檢測礦石和材料在第一X射線能量和第二X射線能量處的X射線吸收值；給予第一X射線能量和第二X射線能量處的X射線吸收值來測定礦石的原子數范圍；基于第一X射線能量和第二X射線能量處的X射線吸收值來測定每一種材料的原子數范圍；測定樣品塊的原子數是否大于礦石的原子數；根據該測定來分選樣品塊。本發明的其它實施方式包括測定樣品塊的原子數是否比礦石的原子數至少大4。在本發明的其它實施方式中，分選樣品塊還包括將樣品運送至氣動排出陣列和對該氣動排出陣列的至少一個氣動排出器供能以便基于所述測定來分選樣品。在本發明的其它實施方式中，檢測X射線吸收值還包括將樣品在X射線源與X射線檢測器之間輸送。在某些實施方式中，所述礦石是煤炭，且所述材料是礦石中的金屬夾雜物(metallicinclusion)。本發明的又一個實施方式是提供具有與所處理的煤炭的最大床層深度相同的X射線吸收的指示桿的方法，所述方法通過測定煤炭的原子組成和用相同比例原子組成的原子數小于10的元素制成“清潔煤炭”裝置而實現。本發明的另一個實施方式是材料分選方法，包括提供指示桿；用X射線照射指示桿；標定X射線傳感裝置，使得當檢測到X射線透射百分比低于指示桿的X射線透射百分比的樣品時確定所述樣品有待分選；分析樣品；并分選樣品。該方法的其它實施方式包括測定X射線傳感裝置的床層深度。本發明的其它實施方式包括根據所述床層深度的測定來選擇指示桿。在本發明的其它實施方式中，分析樣品還包括檢測樣品塊的X射線吸收值；測定是否任何樣品塊均具有與指示桿的X射線透射百分比相比減少了20%以上的X射線透射百分比；鑒定具有與指示桿的X射線透射百分比相比減少了20%以上的X射線透射百分比的樣品塊，從而將此類樣品塊分選出來。在本發明的其它實施方式中，指示桿具有與原子數為10以下的樣品元素的分布成正比的原子量吸收系數。因此，本發明的一個方面是提供從污染物中分選煤礦石的方法。本發明的另一個方面是提供使用X射線能量以分選材料的方法。本發明的再一個方面是提供在所述材料分選方法過程中使用的指示桿。圖1顯示了本文所公開方法的一個實施方式的流程圖。其中所示為材料分選方法的步驟。圖2顯示了用于實踐本文所公開方法的裝置的一個實施方式的側視示意圖。其中所示為用于在X射線源和X射線檢測器之間運送煤炭的傳送帶。此外還顯示了用于將煤炭分離至所示區域內的計算機和排出系統。圖3是用于實踐本文所公開方法的裝置的一個實施方式的示意側視圖。具體而言，其中所示為用于從較大的煤炭樣品顆粒中分離常稱為煤粉(coalfine)的極小煤炭顆粒的氣刀。如圖所示，煤炭樣品被分為3個不同組。圖4是用于實踐本文所公開方法的裝置的一個實施方式的示意側視圖。就煤粉的分離而言，所述實施方式包括用于進一步將具有金屬污染物的煤粉從不具有金屬污染物的煤粉中分離的氣動工作臺(airtable)。由此，煤炭樣品被分為圖中所示的4個組。圖中所示的另一個實施方式是使用燃燒空氣來減少煤塵的火災和爆炸危險。圖5是圖4中所示氣動工作臺的示意性截面圖。其中所示為振動器、空氣噴射器和磁鐵。圖6是X射線測量裝置的端視圖橫截面的示意圖，該裝置在其傳送帶的適當位置具有指示桿。該指示桿位于X射線源與檢測器陣列之間。圖7顯示了來自theNationalInstituteofStandardsandTechnology的在一定范圍的X射線能量中的黃鐵礦(FeS)、煤炭和二氧化硅(SiO2)的線性吸收系數。此外還顯示了它們的密度。煤炭在不同的礦山之間甚至在相同的煤炭礦脈內都有所不同；對于煤炭沒有標準定義。所示的煤炭吸收是折合為典型煙煤(bituminouscoal)的1.2密度的石墨的NIST值。m8theNationalInstituteofStandardsandTechnology的口及&系數信息計算的所列材料在一定X射線能量范圍內的透射百分比。圖9顯示了實施例4中進行的分析的結果。圖10顯示了實施例5中進行的分析的結果。具體實施例方式本發明公開了從煤炭分選出污染物的方法。所述方法公開了使用特定的X射線能量來檢測煤炭塊內的污染物如硫、汞和鐵，從而可以將此類污染物從沒有污染物的其它煤炭塊中分選出。簡言之，本文所公開的方法包括以下步驟根據需要將較大的煤炭塊破碎，以極快速率分析煤炭塊，并分選出具有不合需要的污染物夾雜物的煤炭塊。本文所公開的方法可以用于“清潔”煤炭，從而在煤炭用于燃煤發電廠時減少硫和汞等。使用從煤炭除去污染物的方法具有若干優點以便提供可將污染物(例如硫)的量顯著減少至低于目前的洗滌技術可達到水平的成本有效的干法。例如，更清潔的煤炭通過減6少礦渣和腐蝕問題而改善了鼓風機的性能。同樣，本文所公開的干式處理法減少了對煤炭進行洗滌處理中使用的水量，從而減少了對廢水處理的需要。此外，“清潔”煤炭的更高熱值增加了鍋爐的容量。另外，總灰量減少且更少的顯熱(sensibleheat)損失至水分和底灰中。煙道氣脫硫(FGD)的能量需求可高達燃煤工廠的電力產量的10%。FGD系統通常具有更好的運轉和更低的功率損失及更清潔的低硫煤炭。恒定的低硫水平使得FGD系統更容易遵從EPA的每小時硫排放限制。因此，據預期，由本文所公開方法預期的能量效率的增加可提供每千瓦碳足跡的直接減少。本文所公開方法提供了從煤炭除去污染物的成本有效的方法，這種煤炭在燃燒時將顯著減少發電的污染和碳足跡。作為背景，材料中的X射線吸收是材料密度和原子數的函數，其也是入射X射線能量的函數。給定的材料件將會根據入射X射線的能量而不同程度地吸收X射線。原子數不同的材料會有差異地吸收X射線。例如，原子數較高的材料對X射線的吸收將遠比原子數較低的材料更容易。此外，給定材料在一定X射線能量范圍內的吸收曲線會不同于另一種材料在相同能量范圍內的吸收曲線。穿過材料的X射線透射由等=Ncie^pt給出，其中Νω是在初始的Ntl光子行進穿過密度為P的材料的厚度t之后剩余的光子數。質量衰減系數n是給定材料的性質且依賴于光子能量。值nP是指給定材料的線性吸收系數(μ)。對于大多數材料來說系數μ的值已由研究人員確立且這些值依賴于入射X射線光子的能量。大多數元素的μ/Ρ(=n)的值可見于theNationalInstituteofStandardsandTechnology(NIST)的互聯網網站。所述值的列表詳盡涵蓋了所有穩定元素的各種光子能量值(例如，千電子伏，簡稱為KeV)。給定材料的P值就是其以克/cm3計的密度，且可見于許多教科書中，也可見于NIST網站。Νω/Χ之比是光子穿過厚度為t的材料的透射率，且通常以百分比給出，即光子傳輸透過所述材料的百分比。材料的吸收曲線可證明足以用于鑒定和分選。然而，通過熒光信息可提高鑒定過程中的確定性。當X射線通過材料時，某些能量高于組分元素電子激發能的X射線被吸收，而受激發的原子中的一些能量作為帶熒光的光子再次發射。具有足以將電子從原子射出的能量的這種X射線吸收的急劇跳躍被稱為“吸收邊沿(absorptionedge)”。熒光輻射是各向同性的并且具有比該吸收邊沿更低的能量。本發明利用具有高于硫的吸收邊沿的能量的X射線，但不利用X射線熒光。在本發明的某些實施方式中，材料分選方法包括提供樣品，將樣品塊減小至適當尺寸，設定檢測閾值，和根據分選參數來分選樣品。本文公開了用于實踐所公開方法的各種實施方式。作為背景，針對各種X射線測定系統的美國專利包括于2009年7月21日授予Sommer等的7，564，943；于2006年8月29日授予Sommer等的7，099,433；于2000年2月1日授予Sommer等的RE36537；于1998年4月14日授予Sommer等的5，738，224；于2010年2月16日授予Klein的7,664，225；于2002年1月15日授予McHenry等的6，338，305；于2009年6月2日授予Vince等的7，542,873；于2007年4月3日授予Laurila等的7，200,200；于1998年10月6日授予Connolly等的5，818，899；于1984年12月4日授予Page等的4，486，894；于1978年5月16日授予Watt等的4，090，074；和于1983年3月22日授予Massey等的4，377，392，本文通過參考并入其每一篇的全部內容。現參考圖1，圖中顯示了從煤炭分選污染物的方法的一個實施方式。該方法從提供樣品100開始。樣品由煤炭塊的混合物構成。某些塊具有較大的污染物夾雜物，而其它則沒有或僅有極小的夾雜物。通過說明性而非限制性的方式，污染物的實例包括硫、汞、硅酸鹽、碳酸鹽、鐵、鈣和鋁等。然后樣品經過調整尺寸102步驟以便將樣品塊的尺寸減小至適當尺寸，如本文所進一步說明般。為設定分析參數，選擇代表最厚的塊或最厚的床層深度的個體樣品件進行照射104。最厚床層深度(thickestbeddepth)是指用于進行處理的機器的床層深度。如本領域技術人員所知的，床層(bed)是指樣品所通過的機器部分。因此，在本文公開的某些實施方式中，所述方法包括測定樣品的最厚床層深度的X射線吸收。如下完成排出閾值(ejectionthreshold)的測定106首先如所公開的那樣以一定范圍的X射線能量照射最厚的樣品塊或最厚的床層深度，并使用最大信號來標定檢測器陣列中的像素。在該方法的某些實施方式中，X射線能量范圍是大于硫的K吸收邊沿的X射線能量范圍。檢測器閾值可定義為來自不帶任何污染物夾雜物的煤炭樣品的最厚區域的信號電壓的百分比(例如，80%)。然后將排出閾值設定為測量循環期間的信號低于檢測器閾值的像素讀數的百分比。具有小于閾值的水平的像素信號的數目設定了排出的污染物的最小尺寸。25像素/cm的檢測器能檢測0.4mm的物體。基于單次低像素讀數的排出能將污染物減少至lOOppm。盡管基于像素的排出可用于從基巖提取金，對于煤炭的更典型的需求可為在典型的650像素信號/平方厘米樣品中具有帶有低信號的250像素。其后，如本文所公開的，進入傳感區108的樣品受到照射，由此進行X射線透射的測量110。在測定X射線透射后，下一步是測定是否達到排出閾值112。如果達到排出閾值，則發生樣品的排出114。如果未達到排出閾值，則為不排出樣品116。在某些實施方式中，提供樣品可包括提供來自煤礦的原煤。在其他實施方式中，樣品可為已執行過某些清潔方法或步驟的煤炭。在其它實施方式中，待執行本文所公開方法的樣品可以是含有污染物的任何礦石材料。例如，可對含金礦石執行本方法以便分離金。在某些實施方式中，本文所公開方法可用于針對加工礦石的礦物和金屬的開采應用中。開采的礦石通常是具有金屬夾雜物的硅酸鹽。金屬夾雜物具有較高的線性X射線吸收系數。因此，如果將金礦破碎，則通過使用本方法可檢測并排出小的金夾雜物。就樣品的尺寸調節(sizing)而言，破碎較大的礦塊或減小其尺寸從而將其調節至適當尺寸以如本文所述般通過X射線機器或裝置進行處理的方法在工業上是公知的。本領域普通技術人員熟悉這類易于商購的破碎機或尺寸調整機。在本發明的某些實施方式中，有利的是將樣品調節尺寸為厚度為IOcm以下的塊。在本發明的其它實施方式中，適宜的是將樣品調節尺寸為厚度為3英寸、2英寸或1英寸以下的塊。尺寸通常不是分選出的煤炭的質量因素，這是因為煤炭在用于發電廠之前通常被研磨成細粉(常稱為煤粉)。此外值得注意的是，煤炭比黃鐵礦和硅酸鹽更易斷裂。在某些實施方式中，將煤炭厚度減小至小于5cm使其更易使用。在本發明的某些實施方式中，所用的X射線能量范圍取決于樣品的厚度或床層深度的厚度。在某些實施方式中，X射線能量范圍可為約6KeV約lOOKeV。在其它實施方式中，X射線能量范圍可為約SKeV約20KeV。在其它實施方式中，X射線能量范圍可為約50KeV約lOOKeV。在其它實施方式中，X射線能量范圍高于所排出元素的吸收邊沿。在其它實施方式中，可使用的X射線能量是本申請的表中所提供的那些X射線能量。各種裝置可適于供給本文所公開方法中所用的X射線能量和X射線檢測器。在本發明的某些實施方式中，此類裝置可以是可商購自NationalRecoveryTechnologies,Inc.,Nashville,TN的第二代zSort機。在其它實施方式中，適當的X射線裝置可獲自Feldstrasse128,22880ffedel,Hamburg,德國的CommodasMiningGmbH,稱為CommodasUltrasort。它使用與機場行李掃描器類似的雙能量檢測算法。在所述方法的其它實施方式中，可使用能夠從尺寸為IOcm0.004cm的煤炭混合物中排出小污染物的裝置。在其它實施方式中，適合的X射線傳感裝置可以是商購自NationalRecoveryTechnologies,Inc.,Nashville,TN的型號為DXRT的裝置。X射線傳感器可以是雙能量裝置。在本發明的其它實施方式中，X射線裝置可以是寬帶X射線裝置，例如，可商購自NationalRecoveryTechnologies,Inc.,Nashville,TN的乙烯循環型裝置(vinylcyclemodel)。在本發明的其它實施方式中，X射線傳感裝置可適當裝配有惰性空氣過濾系統以確保煤塵被除去而不會被大意點燃。因此，使用來自其它裝置的燃燒廢氣是能確保避免點燃的安全預防措施。在本發明的其它實施方式中，包括使用加熱器以減少ROM煤炭中的水分和來自柴油機的廢氣。在某些實施方式中，雙能量檢測器的使用允許不依賴煤炭厚度而測定相對組成。在本發明的某些實施方式中，不必進行復雜模式的煤炭樣品的匹配尺寸測定，但優選的是樣品塊的尺寸小于煤炭樣品的平均床層深度。換言之，本文所公開的方法通過X射線吸收的差異來工作以對材料進行鑒定并可靠地為快速排出器械裝置提供信號。就測定排出閾值106而言，申請人注意到排出(ejection)僅是樣品塊物理分離的幾種合適方法之一。在本發明的某些實施方式中，分離可通過使用氣動排出器陣列來進行，如本文所進一步描述般。在本發明的其它實施方式中，分離可通過推動、移動或猛推已達到排出閾值的樣品塊從而將其從未達到排出閾值的樣品塊中物理分離出來而進行。這種推動或移動可通過使用快速反應活塞、機械杠桿或鰭板(flipper)來進行。本領域普通技術人員熟悉各種可用于將已達到排出閾值的樣品塊物理移動的臂或液壓夾具(hydraulics)。在本發明的某些實施方式中，作為污染物存在的指征的閾值(即排出閾值)由顯著低于最厚礦石樣品塊的透射百分比的樣品塊的透射百分比來測定。在本發明的某些實施方式中，所述顯著更低的穿過樣品的X射線透射百分比被表達為減少20%以上。在本發明的其它實施方式中，比最厚樣品塊的透射百分比低50%的透射百分比表明達到了排出閾值。在本發明的其它實施方式中，40KeV的X射線具有穿過1.Ocm的硅酸鹽巖石的0.04cm銅夾雜物的61%透射。申請人:注意到，材料的相對原子數與該材料的X射線吸收相關。因此，當提及X射線吸收時，可通過評述穿過該材料的X射線透射百分比或通過評述材料對與該材料接觸的X射線的吸收來表達。為清楚起見，如污染物等具有較低X射線透射百分比的材料是具有較高X射線吸收的材料。在本發明的某些實施方式中，可使用雙能量X射線檢測器來測定在兩種能量范圍內的穿過材料的X射線透射值。在某些實施方式中，可使用任何一種X射線透射值來如上所述般測定通過減少透射百分比而指示污染物存在的閾值。在替代性實施方式中，可使用兩個能量范圍處的X射線透射值來測定其中可見材料的原子數范圍。然后，通過測定材料的原子數是否高于待分離的煤炭的原子數來作出是否應將樣品塊排出的決定。在本方法的其它實施方式中，可使用測定多種能量的裝置來測定材料原子數所處的范圍。本文所述的X射線檢測系統具有可記錄裝置，例如，微處理器、控制器或計算機等，從而允許及其作出決定并執行功能。本領域普通技術人員熟悉對此類裝置的調節、操控或編程以便實現本文所述的方法。作為實例，可商購自NationalRecoveryTechnologies,Inc.，Nashville,TN的DXRT型裝置可編程，從而可設定排出閾值。在該實例中，DXRT機計算出對氣動排出陣列中的下游排出器裝置精確地供能所需的樣品塊到達氣動排出陣列的位置和時機信息，并在正確的時間發出必要命令以對適當的排出器供能從而將具有污染物的樣品塊從沒有污染物的其它樣品塊流中排出。因此，具有足夠高的透射百分比的樣品塊不會被氣動排出陣列排出。在替代性實施方式中，可對機器進行設定以使其與上述相反。艮口，排出不含污染物的礦石，而不排出含有污染物的礦石塊。本領域普通技術人員可認識到，可對本文所公開的方法進行這種變化。仍就本文所公開方法而言，在測定存在污染物且應將其排出時，其后的決定涉及需要排出的區域的量。某些X射線傳感裝置具有32線性像素/英寸的容量。其它X射線傳感裝置的容量為64線性像素/英寸。排出區域尺寸可基于檢測污染物所需的像素數而設定。例如，如果使用具有32線性像素/英寸的裝置且期望排出1平方英寸的區域，則可能要求必須有1000連續像素來檢測污染物以便氣動排出器被觸發而開始運作。在某些實施方式中，如果對于每25個像素存在一個空氣噴射器且回收時間為毫秒，則對于以2米/秒移動的每平方厘米的傳送帶而言，可能有500次測定。具有啟動排出用空氣噴發所需的較低X射線透射的像素讀數的數目確定了所排出污染物的最小尺寸。所需像素數是本發明中的可調節參數。利用上述實例，本領域普通技術人員可將參數調節至其特定需求。因此，如果通過除去較小的污染物夾雜物而提供了經濟價值，則可使用本文所公開的方法。參照圖2，其中顯示了實踐本文所公開方法的裝置的一個實施方式的側視圖。圖中所示為位于分選機外殼210內部的傳送帶215上的煤炭218。隨著煤炭218在X射線源214和X射線檢測器211之間通過，煤炭受到照射。X射線檢測器211與計算機212可操作地連接，計算機212引導氣動排出器213以將受污染的煤炭送至污染煤炭傳送機216。未被排出的煤炭218收集于傳送帶217上。如本文此前所公開的，計算機帶有軟件或其它工具以便執行本文所指示的步驟。在某些實施方式中，決定可簡化至如將原子數大于10的材料排出。現參照圖3，所示為用于實踐本文公開方法的裝置的一個實施方式。具體而言，側視圖顯示了圖2所描述的裝置。除圖2中所示元件以外，圖3還包括了氣刀321的加入，氣刀321用于引導被稱為煤粉的樣品小顆粒離開較大的樣品塊流。氣刀利用薄空氣層來做到這一點，以便將那些小樣品塊轉向至用于煤粉的第三傳送機310。這些極小顆粒的去除提供了獲取至傳送帶217上的更清潔的處理后煤炭。在運行中，氣刀321包含風扇322、過濾器320和空氣輸送管323。由氣刀排出的樣品小顆粒收集至過濾器320上并落到傳送帶310上。其后可以將分離的樣品小顆粒進一步通過本文所述的各種方法進行處理。參照圖4，所示為用于實踐本文公開方法的一個替代性實施方式。本實施方式顯示了氣動工作臺412和利用來自發動機和加熱器的燃燒煙道氣316來減少火災危險的裝置的加入。在其它實施方式中，氣動工作臺412的使用是獨立的，且與燃燒煙道氣316的使用分開。在其它實施方式中，燃燒煙道氣316的使用是獨立的，且與氣動工作臺412的使用分開。如圖所示，氣動工作臺412與帶有管314的空氣輸送管323相連，管314包含磁體和小空氣噴射器以收集煤粉中較重的磁性組分(即污染物)并將其滑動至用于污染煤粉的傳送帶410。由振動器413對氣動工作臺的振動有助于將工作臺上沉積的煤粉除去。過濾器320收集非磁性煤粉，后者落至傳送帶411上。來自廢氣鼓風機322的部分循環空氣被通入氣氛317中，而剩余空氣318與煙道氣316混合并通過風扇315重新循環。來自用于煤炭處理的發動機和加熱器的燃燒氣可用于提供耐火氣氛以減小來自分選裝置中的煤塵爆炸的危險。其后可將更清潔的煤粉與已通過本文公開的X射線法處理的較大的煤炭合并。參照圖5，所示為氣動工作臺412的放大示意截面圖。圖中所示為振動器413、空氣管314和磁體510及空氣噴射器511。在本發明的一個替代性實施方式中，不同于進行測定最厚樣品塊的透射百分比的第一步，第一步可為使用指示桿600。現參照圖6，所示為X射線測定裝置的端視圖的橫截面，所示裝置在其傳送帶602的適當位置具有指示桿600。指示桿600位于X射線源604和具有像素608的檢測器陣列606之間。盡管基于給定的X射線能量范圍和X射線機床層深度，指示桿600用于提供某種透射百分比，低于該透射百分比則被認為是污染物值。由于不同的X射線能量范圍和X射線機床層深度參數要求指示桿600以不同材料構建，因而指示桿600的組成會變化。在某些實施方式中，指示桿600可由烴類和糖類的塑性混合物與石墨構成。如本領域普通技術人員所知，可使用成型技術來使指示桿600的塑料和石墨組合物成型為適當尺寸和形狀，從而使其適配于X射線測定裝置內并且長度足以覆蓋傳送帶的寬度以便到達所有傳感器。在某些實施方式中，可使用任何圖中的信息來構建用于給定X射線能量范圍和X射線機床層深度參數的指示桿600。本文所公開的方法包括測定X射線傳感裝置的床層深度以便測定床層深度的步驟，因為床層深度與指示桿600的使用有關。在本發明的某些實施方式中，指示桿600將具有與不帶污染物的煤炭的最大床層深度相同的X射線吸收。在其他實施方式中，指示桿600的原子量吸收系數與原子數為10以下的元素的分布成正比。經空氣干燥的原煤的元素組成可由標準方法測定，并用于從烴類、糖類和碳的混合物構建如下裝置該裝置具有與原子數小于10的較輕元素的樣品床層深度相同的X射線吸收。例如，如果經空氣干燥的原煤的平均元素組成為55%碳、8%氫、28%氧、7%硅、以及4%硫和金屬，則不含硅酸鹽、硫酸鹽和金屬的空氣干燥的組成是67%碳、7.3%氫和25.6%氧，且具有該原子組成和床層深度的指示桿600允許對所述原煤進行快速標定(calibration)。指示桿600用于標定煤炭分選器。在替代性的處理金礦的實施方式中，將指示桿設計用于殘余花崗巖的床層深度的X射線吸收。如圖6所見，通過將指示桿600置于X射線的路徑中來使用它。透射百分比信息由機器存儲并用于校正X射線檢測器陣列中的每個像素的電壓輸出。閾值的像素數和百分比是能在X射線測定裝置中手動或自動設定的可調節參數。實施例實施例1線性吸收系數Hl7ψΜ7^自theNationalInstituteofStandardsandTechnology(NIST)的在一定X射線能量范圍中的黃鐵礦(FeS)、煤炭和二氧化硅(SiO2)的質量吸收系數(μ)。此外還顯示了它們的密度。注意煤炭是碳和烴類的混合物，且不存在對于煤炭的NIST“標準”。于是，煤炭的X射線吸收系數是針對校正至1.2克/立方厘米(g/cc)的煤炭密度的石墨的NIST數據。如本文其它部分所示，對于820千電子伏(KeV)的X射線，煤炭的吸收比硅酸鹽中的黃鐵礦的吸收小得多。使用圖7中的信息說明了如何能從煤炭中區分出污染物。實施例2不同能量處的X射線透射百分比本文所公開方法使用允許選擇污染物以將其排出同時提供可檢測的透過煤炭的透射的X射線能量。作為第一步，將原煤的尺寸減小至小于5厘米，以便提供透過煤炭樣品的顯著透射，同時如硫化物和硅酸鹽等不透明污染物通過透過這些材料的X射線的透射百分比的減小而得到檢測。圖8中顯示了由NIST吸收系數信息計算的透射百分比。如圖8中最佳可見，與其他材料所允許的透射相比，煤炭使得X射線能量極為容易透射。例如，據計算使用15KeV水平的X射線能量導致56.6%的穿過厚度為Icm的煤炭的透射，而厚度僅為Imm的污染物卻具有較低的透射百分比0%(FeS),20.5%(SiO2)。通過第二實例，計算出對于厚度為Icm的煤炭使用20KeV水平的能量的X射線具有73.2%的透射百分比，與之相比，如FeS和SiO2等污染物的透射百分比分別為0%和50%。實施例3從煤炭分離污染物對100磅經濕式洗滌的煤炭樣品執行如下方法以便從煤炭中分離污染物。將樣品在陽光下干燥以便除去由濕式洗滌步驟殘留的水分。在陽光干燥后，將樣品縮小至尺寸小于IOcm的個體塊。將一塊樣品置于X射線掃描裝置(商購自SmithsDetection,Danbury,CT的第7555型行李掃描機)。將X射線裝置調節來檢測高達160KeV的X射線能量。在兩個能量范圍處測定穿過各個樣品塊的透射。將接收X射線能量透射的X射線檢測器設定來使得穿過煤炭的透射產生與兩個能量范圍處的給出大致小于10的原子數的透射的關聯。如本申請中所注，這些污染物會導致透過材料的X射線的透射百分比減小，從而在掃描裝置中產生更高的原子數。將煤炭樣品置于掃描機中以便掃描樣品塊的透射百分比值。煤炭樣品內具有X射線透射減小的夾雜物的塊被置于“排除”部分中。約10%的樣品具有可檢測的夾雜物且被置于“排除”群中。兩部分樣品均如下文進一步所述進行分析。這類分析通常可商業性實現。一個這類提供商是HawkmtnLabs，Inc.，HazleTownship，PA。樣品的“排除”部分含有如所參考的ASTM國際標準方案所測定的以下特征水分百分比(ASTMD5142)6.05%;灰分百分比(ASTMD5142):12·62%;BTU/磅(ASTMD5865):11834；硫百分比(ASTMD4239):6.59%；和汞0.552毫克/克。相反，未被排出的煤炭樣品部分具有以下特性水分百分比(ASTMD5H2):5.75%;灰分百分比(ASTMD5142):7.05%;BTU/磅(ASTMD5865)12846；硫百分比(ASTMD4239)1.32%;和汞0.091毫克/克。可以注意到，“排除”部分具有更高的灰分百分比、硫百分比和汞水平。此外，未被排除的煤炭樣品部分中的硫為1.027磅/MBTU，而“排除”部分為5.569磅/MBTU。實施例4從煤炭分離巖石對包含煤炭和巖石的混合物的尺寸為1/4英寸1英寸的樣品進行分析。在設定好閾值后，如下文進一步所述，將樣品通過差示X射線分選機進料。這類機器可作為稱作zSort的型號商購自NationalRecoveryTechnologies,Inc.,Nashville,TN0將樣品以6英尺/秒的處理速度通過該機器進行處理。在一個實施方式中，機器的閾值的設定包括以下步驟將所述指示桿置于傳送帶上，測定平均信號電壓，并將所有檢測器像素的信號電壓歸一化為來自透射穿過所述指示桿的X射線的所述平均像素信號電壓信號。實驗結果最佳可見于圖9中。受測樣品由約27.5盎司煤炭和42盎司巖石構成。這約為40%的煤炭和60%的巖石。隨著樣品經機器進料，將其設定為將煤炭分選至一個終點而將巖石分選至另一個終點。如圖9中最佳可見，煤炭終點由96.4%的煤炭和3.6%的巖石構成。實施例5從煤炭分離巖石根據實施例4所述的步驟分析由378盎司的煤炭和42盎司的巖石組成的另一個樣品。樣品混合物為約90%的煤炭和約10%的巖石。如圖10中最佳可見，分選導致材料被置于煤炭終點，該材料為96.4%的煤炭和3.6%的巖石。此外還顯示到達巖石終點的材料為85.7%的巖石和14.3%的煤炭。據信未被排出至巖石終點的14.3%的巖石主要是由于閥門時機問題而非檢測問題。顯而易見，本發明公開的方法有效且一致性地將巖石從煤炭中分開。就機器的通量而言，注意到樣品(1.7磅)以單層密度散布于整個表面。這種樣品的加料對于24英寸寬的zSort機產生約9噸/小時的通量速率，或對96英寸寬的zSort機產生36噸/小時的通量速率。假設在進料流表面有1平方英寸的空氣噴射的排出足跡。傳送帶速度為72英寸/秒，從而進料流以0.072英寸/毫秒移動。假設約10毫秒的閥門開啟時間，從而進料流在排出過程中移動約0.7英寸，給出1.7英寸長的排出路線。其后，對于每次排出都排出1.7平方英寸的進料流表面積。在此情形中，每28英寸長的傳送帶具有24次這類排出，從而排出24X1.7平方英寸的材料。相應的進料流表面積是672平方英寸，因此可估計排出了6%的進料流面積。在任何一次排出時，假設1/3的排出面積是巖石，2/3是煤炭。如果煤炭均勻分布，則可以估計對于96英寸寬的zSort單元上36噸/小時的處理速率而言，約4%的煤炭將隨著95%99%的巖石排出率而排出。因此，參照圖10，排出的煤炭產品將為98.4%的煤炭和1.6%的巖石。就更大尺寸的樣品塊而言，處理能力將隨著顆粒尺寸的增加而有效地線性增加。例如，如果材料的正常尺寸為1.5英寸，則處理能力將以兩倍增加。如果煤炭尺寸為3英寸，則處理能力將以4倍增加。因此，據估計處理1.5英寸的顆粒尺寸將對96英寸單元產生72噸/小時的能力。此外，據估計處理3英寸的顆粒尺寸將對96英寸單元產生144噸/小時的能力。通過參考特地并入本文所公開的所有參考文獻、出版物和專利。因此可見，本發明的方法輕易實現了所提及的和其中固有的那些目標和優點。盡管已經處于本公開的目的對本發明的某些優選實施方式進行了說明和描述，但本領域技術人員可以對所述方法進行多種變化，所述變化涵蓋于由以下權利要求所限定的本發明的范圍和主旨之內。權利要求1.一種材料分選方法，包括提供樣品；將樣品尺寸減小至10厘米以下；測定樣品的最厚床層深度的最小X射線吸收；測定樣品塊的X射線吸收；鑒定X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊；從剩余樣品中分選出X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊。2.如權利要求1所述的方法，其中鑒定樣品塊是鑒定與樣品的最厚床層深度的最小X射線吸收的X射線透射百分比相比X射線透射百分比減少20%以上的樣品塊。3.如權利要求1所述的方法，其中測定X射線吸收是測定在高于硫的K吸收邊沿的能量處的X射線吸收。4.一種減少煤炭中的硫的方法，包括提供煤礦石樣品；將樣品尺寸減小至10厘米以下；對于高于硫的K吸收邊沿的X射線能量范圍測定樣品的最厚床層深度的最小X射線吸收；測定高于硫的K吸收邊沿的X射線能量范圍內的樣品塊的X射線吸收；鑒定X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊；從剩余樣品中分選出X射線吸收大于最厚床層深度的最小X射線吸收的樣品塊。5.如權利要求4所述的方法，其中分選樣品塊還包括將樣品運送至氣動排出陣列；和對該氣動排出陣列的至少一個氣動排出器供能以便基于所述測定來分選樣品。6.如權利要求4所述的方法，還包括利用燃燒煙道氣來減少火災和爆炸危險。7.—種從礦石分選材料的方法，包括提供樣品，其中所述樣品包括礦石和其它材料；用多種X射線能量照射樣品；檢測所述礦石和材料在第一X射線能量和第二X射線能量處的X射線吸收值；基于所述第一X射線能量和第二X射線能量處的X射線吸收值來測定礦石的原子數范圍；基于所述第一X射線能量和第二X射線能量處的X射線吸收值來測定每種材料的原子數范圍；測定樣品塊的原子數是否大于礦石的原子數；根據該測定來分選樣品塊。8.如權利要求7所述的方法，其中測定樣品塊的原子數是否大于礦石的原子數是測定樣品塊的原子數是否比礦石的原子數至少大4。9.如權利要求7所述的方法，其中分選樣品塊還包括將樣品運送至氣動排出陣列；和對該氣動排出陣列的至少一個氣動排出器供能以便基于所述測定來分選樣品。10.如權利要求7所述的方法，其中檢測X射線吸收值還包括將樣品在X射線源與X射線檢測器之間輸送。11.如權利要求7所述的方法，其中所述礦石是煤炭。12.如權利要求7所述的方法，其中所述材料是礦石中的金屬夾雜物。13.一種材料分選方法，所述方法包括提供指示桿；用X射線照射指示桿；標定X射線傳感裝置，使得當檢測到X射線透射百分比低于指示桿的X射線透射百分比的樣品時確定所述樣品有待分選；分析樣品；分選樣品。14.如權利要求13所述的方法，還包括測定X射線傳感裝置的床層深度。15.如權利要求14所述的方法，還包括根據對所述床層深度的測定來選擇指示桿。16.如權利要求15所述的方法，其中分析樣品還包括檢測樣品塊的X射線吸收值；測定是否任何樣品塊均具有與指示桿的X射線透射百分比相比減少了20%以上的X射線透射百分比；鑒定具有與指示桿的X射線透射百分比相比減少了20%以上的X射線透射百分比的樣品塊從而將此類樣品塊分選出來。17.如權利要求13所述的方法，其中所述指示桿具有與原子數為10以下的樣品元素的分布成正比的原子量吸收系數。全文摘要材料分選方法。本發明公開了利用X射線線性吸收系數的差異來處理礦石并將原子數較高的元素從原子數較低的元素中除去。在礦山使用這種干法減少了污染和運輸成本。本發明的一個實例是從煤炭中排出具有硫、硅酸鹽、汞、砷和放射性元素的夾雜物。這減少了煤灰的量和毒性。這也減少了空氣排放和清潔來自煤炭燃燒的煙道氣所需的能量。所述排出元素的去除提高了熱效率并減少了污染和發電的碳足跡。文檔編號B07C5/346GK102166572SQ201010222089公開日2011年8月31日申請日期2010年6月30日優先權日2010年2月25日發明者小愛德華·J·薩默,查爾斯·E·魯斯申請人:塞萊克特技術有限責任公司