CN101815582A - 煤的提选 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤的提选，特别涉及精炼原煤的方法。本发明是商业规模的用于精炼煤的工艺，包括如下步骤：将煤粉碎至可获得分离的煤素质的粒径；从粉碎的煤中提取反应性煤素质，所述反应性煤素质为深柱浮选室顶端的泡沫；以及将提取的煤素质脱水。在另一个方面，本发明涉及商业规模的原煤加工厂。

Description

煤的提选

技术领域

本发明涉及煤的提选，特别涉及精炼原煤的方法。在另一个方面，本发明涉及商业规模的原煤加工厂。在另一个方面，本发明是用所述精炼煤制造的汽车轮胎。

背景技术

煤是重要的化石燃料，例如，用于燃煤发电厂的大规模发电。煤主要由碳组成，燃烧时会释放二氧化碳，一种公认的温室气体。煤还包含其他外来材料，因此，其燃烧产生其他气体和灰作为副产品，且其中一些会污染环境。

煤的最终用途可以参照其煤素质组成来确定。煤素质是最初形成煤的植物物质的变质残余物。在煤中主要鉴定出的有三组煤素质：镜质组、壳质组(以前称壳质煤素质)和惰性煤素质。这些组是根据煤素质材料的详细特征依次再分的。

世界上煤的主要类型，腐殖煤和腐泥煤，涵盖烛煤和藻煤，根据它们含有的上述三种煤素质的数量和组合来定义和鉴别。

三种煤素质组中的每一种都具有不同特性和性能，如密度、比能、挥发物、固定碳和灰分含量。煤素质一般根据它们对煤燃烧的贡献分为两类：反应性的和惰性的。反应性的煤素质，镜质组和壳质组，显示出高比能和非常低的灰分含量。惰性煤素质也积极参与了煤的燃烧，但程度较低，因为它具有较高的灰分含量。

发明内容

本发明是一种商业规模的精炼煤的方法，包括如下步骤：

将煤粉碎至可获得分离的煤素质的粒径；

从粉碎了的所述煤中提取反应性煤素质，所述反应性煤素质为深柱浮选室顶端的泡沫；

将提取的所述煤素质脱水。

术语“商业规模”意为区别于实验室规模的方法。

这一方法的目的是使释放和回收的煤的反应性煤素质比例比平常更高。这提供了一种可销售的最终产品，该产品具有降低的灰分含量，从而得到燃烧产生等量的功率时产生灰更少的材料。

粉碎过程优选只包括干磨阶段，尽管不排除湿处理。其目的是在开始“提取”步骤之前将粒径降低到最大尺寸为75至100微米的颗粒大小。将某种材料循环至干磨阶段，以确保最优的煤素质释放。

干分级器可以接收来自该干磨阶段的煤颗粒。在干分级器之后通常会是湿式旋风分离，并在湿式旋风分离之后可进行筛分过程。这些过程中的任何一个或多个中得到的煤颗粒也可以再次循环通过干磨阶段。

提取步骤使用一个或多个深柱浮选室。通过加入有助于浮选过程的试剂对进入浮选室的料浆进行化学处理。整个过程中根据需要监测并调整这些试剂的加入。浮选室利用在控制的压力和流速下引入该室中的压缩空气来产生便于煤素质浮选的气泡大小。

将该浮选过程释放的煤素质产品干燥，然后造粒至便于运输和后续使用的大小。另外，浮选过程产物的小粒径使之适合作为预磨发电站(pre-milledpower station)的燃料。这可能使发电站能够完全省略其自身的室内粉碎机。

这个过程中产生的煤具有低挥发性、低含水率和中性pH值。因此，只要是将其磨到中值粒径为约5微米，就可以用作汽车轮胎生产的填料。本发明的另一个方面为使用这种煤制造的汽车轮胎。

浮选工艺的副产品是一种高矿物质含量的材料，可在农业中用于土壤改良。此外，该副产品可在设计用于释放选定的矿物质或金属的串联的浮选室中进一步处理。

另一个方面，本发明是一个煤炭加工厂，包括：

粉碎站，以将煤粒径减少至可获得分离的煤素质的程度；

深柱浮选室，以从粉碎的煤中提取反应性煤素质，所述反应性煤素质为上升到浮选室顶部的泡沫；

脱水站。

以及，可选的造粒设备。

在另一个方面，本发明为使用所述精炼的煤制造的汽车轮胎。其他可能制备的产品包括煤填料、碳纤维、活性碳、涂料、密封剂和填缝剂。

附图说明

现在参照附图说明本发明的实施例，其中：

图1是煤加工厂的工艺流程图，用表示所述提取过程流程的箭头来描述。

图2A是继续图1过程的泡沫处理过程的工艺流程图。

图2B是继续图1过程的尾矿处理过程的工艺流程图。

具体实施方式

首先参见图1，在煤矿地点“原位”，或在远离煤矿地点，也许靠近使用地点，建设试验工厂，用于处理煤10的碳释放。该工厂有70吨/小时的额定产量。

煤可以在“洗涤过”的条件下提供给该工厂。如果是在开采地进行洗涤，例如，因大规模的预洗过程而可能会有经济节约。

另外，煤可以在其“原始”或刚开采出的条件下供应给该工厂。然后煤可以通过“洗煤机”14，以去除无关或有害材料。这一过程可去除15至35％的上述材料。废弃的材料没有商业价值，但是其去除通过降低灰分含量增加了价值。

一旦运送到工厂，这些煤给料成堆储存，通常将允许工厂连续加工，比方说，2至3天，这只是为了克服任何不可预见的原材料输送中断。

随后不管是“刚开采出的”煤还是“洗涤过的”煤，都通过该工厂以同样的方式依次处理。但是，取决于给料条件的不同，该工厂的产量和运营成本会有所区别。预洗工厂一般将煤预先筛分或粉碎，使其最大粒径为50毫米，并将去掉较硬材料。

然后以大约70吨/小时的速度取出储存的最大粒径为50mm的煤，并将其倾倒入储料器20中，进料储料器20安装在可变速的弹簧装配的振动进料器30上。

该工厂进料器以可变的速度将其内容物排放到倾斜的输送器40上，其速度由单惰轮、称重传感器型带式计量秤50控制。此设备在排放点的稍稍下游的位置安装在该输送器下面。

输送器40输送煤材料至排放煤的顶送料槽60。顶送料槽60安装在分叉斜槽70上方的升高的平台上，分叉斜槽70将给料输送器的排放物等分为两个支流，并使煤材料沉降到粉碎机80的两个进料口斜槽中。

棒磨粉碎机80由含有多个钢条的转筒组成。当转筒围绕其水平轴旋转时，钢条反过来旋转并研磨(或粉碎)进料到转筒两端的煤材料。用这一操作降低煤颗粒的大小直至排出，理想地减小至最大粒径为约75～100微米。

高容量风扇90输送约220摄氏度的热空气到粉碎机80的每一端。将热空气不断循环通过上述转筒，并在约80摄氏度时排出。这些热量防止了煤颗粒聚集和“成球”，特别是当给料中存在粘土时。高体积气流对所述转筒施压，并且在排出时气动导出由粉碎机的研磨操作产生的微细煤灰尘粒。

“释放”的灰尘，通常其最大粒径为75～100微米，通过干燥的或气动的分级器100。大于75～100微米的过大颗粒从分级器100返回到转筒80进行进一步研磨。其余的颗粒由空气流携带，并通过耐磨管道导入到大容量(25立方米)充满水的分级旋风进料贮槽110中。

在分级旋风进料贮槽110，来自粉碎机80的煤尘通过“喷射器”120，在那里与水混合。“打湿”微细煤颗粒表面并避免“漂浮”是必需的，此时微细煤颗粒聚集并漂浮，仅仅因为它们太轻而不能克服空气/水界面的表面张力。研磨过的微细煤颗粒冲破水表面，继续沉降并进入分级旋风分离器进料泵的排出管130，以向上泵到1000毫米直径的分级旋风分离器140中。

补给水通过“喷射器”120自动添加到进料贮槽110中，以在该贮槽中保持恒定水平。补给水的量用位于该贮槽上的压力传感器112控制，压力传感器112监测其位置以上的水深。这种恒定水平的条件确保了恒定的泵作用条件存在，进而，导致旋风分离器140内恒定的工作条件。

变速进料泵150从进料贮槽110输送煤和水料浆至分级旋风分离器140。该料浆将包含约150t/h的煤炭，相当于14.3wt％，或取决于固体的密度，约10.3vol％的固体浓度。

此时，料浆中可能仍有最大粒径高达750微米的颗粒。分级旋风分离器140的任务是将其进料分成两个流，一个具有标定的100微米的最大粒径，另一个具有最大为750微米的较大颗粒，这些较大颗粒太大，将难以用后续的下游浮选过程有效回收。

分开收集该分级旋风分离器的溢流的流和底流的流。从旋风分离器140的较小端142排出的底流料浆主要包括粗粒径的颗粒。立即将底流料浆通过适当尺寸的管道回到粉碎机80来再循环以进一步粉碎。分级旋风分离器的底流的流的过大颗粒可以在被认为大小可以接受并最终释放到溢流的流中之前再完成几个循环。

溢流料浆，主要由水和超细颗粒组成，在旋风分离器140的较大端146处从旋风分离器140排出。溢流料浆中的固体物质一般不会超过约100微米大小，但是可以预计仍然会存在一些在粒度分离过程中放错位置的最大粒径为200～350微米的颗粒。为了确保在后续的浮选过程中最好的产品回收，分级旋风分离器溢流料浆再从其收集箱经过集流管到达静态弯曲的横向流动的筛弯管160上进行最后的筛分，以去除任何过大的材料。

筛160由250微米孔径的楔形丝筛面组成，该楔形丝筛面可以翻转反穿(counter wear)。筛160顶上留下的过大材料最终通过管道排回粉碎机80进行进一步粉碎。

分级旋风分离器的溢流料浆由75～100微米大小的超细颗粒组成。在这个尺寸可以获得分离的煤素质。这些煤素质穿过筛弯管的楔形丝筛面，并被收集，然后沉降进入深柱浮选室170。深柱浮选室单元170的工作是将更需要的反应性煤素质与惰性煤素质和其他不需要的材料分离开。

在进入深柱浮选室之前通过用各种活化剂、促进剂、捕集剂或发泡剂化学处理溢流料浆，可以控制“浮起的”煤素质的产量和质量。

深柱浮选室170由一个约16至17米高的大直径(4.88米)直立罐构成，例如Jamieson cel。高流速、低压力的空气压缩机172将空气输送入位于浮选室柱170下端的环形管路174中。然后将空气通过喷射管道中的小喷嘴注入到浮选室中，所述小喷嘴将空气“破碎(shred)”为微米大小的气泡。此外，高流量循环泵176从浮选室底部不断抽出料浆，再将其直接注回到浮选室中以保持该室中的高度湍流。

由于受循环泵产生的湍流和大量的微米大小的气泡存在的影响，在浮选室170中颗粒和一个或多个气泡碰撞的概率高。

浮选过程利用了煤素质和尾料颗粒两者的表面化学。煤是疏水的(憎水的)，而尾料、粘土和其他非煤材料是亲水的。

一旦碰撞发生，反应性煤素质的表面特性允许气泡或泡沫粘附其上。如果有足够的气泡粘附到煤素质上，它们将提供足够的浮力，使颗粒漂浮在浮选室的水面上。随着越来越多的颗粒漂浮上来，携带煤的厚泡沫形成在水面上。这种泡沫最终积聚，并从浮选室170溢流进入位于浮选室柱顶端的环绕的洗矿槽180。

现参见图2A，泡沫下降至过滤进料调节箱186，在那里低剪切搅拌器188打破泡沫并用絮凝剂包被得到的煤素质。经过充分的保留时间，将煤浆散布在50平方米面积的水平带式真空过滤器190上的整个带宽上。真空泵192不断从缓慢移动的过滤带表面形成的料浆饼抽气。这种气流从滤饼中除去水，直至滤饼最终从过滤带末端完全卸料。

然后用输送器将脱水的滤饼运输送到产品储存处以备以后处置。另外，可以将这种低灰分含量的高能产物煤造粒，以提供比非常易碎的滤饼更硬、更易处理的产品。推荐的工艺是一种完全不含粘合剂的系统，从而使CLP工厂的低灰分含量的终产品不受污染，例如不受水泥粉尘粘结剂的污染。

尾料和其他非煤亲液材料，也与浮选室中存在的众多气泡碰撞。然而，他们不能像目的煤颗粒那样容易粘附到泡沫上。由于浮力较小，通常这种高灰分含量的材料会慢慢沉到浮选室的底部。然后会从浮选室泵回到工厂的尾料增稠器中以备以后回收。

参见图2B，增稠器进料最初排放在小直径的脱气罐200中，以使得料浆中任何残存空气能够得以释放。在尾料料浆经过位于罐中间的尾料增稠器进料腔215之前，也可以向该罐中加入絮凝剂。

尾矿增稠器210具有事先形成的用作过滤器的床212，从而使其能够快速脱水并具有高进料速度。随着该床脱水并增稠，水从增稠器脱出并溢出到环绕的洗矿槽中。被再循环回工厂再利用之前，这水被收集在澄清水箱中。

底流泵216将不断从增稠器中抽出增稠的尾料。这种材料具有非常高的矿物质含量，并可以作为农业使用的副产品出售。另外，尾矿可以进行金属分离工业的常规处理，例如串联浮选室、磁分离器等，来回收有价值的金属。

虽然已经参考具体实施例说明了本发明，应理解的是，本发明可以以许多其他形式实现，以及与上面未曾提及的其他特征联合使用来实现。例如，有可能消除粉碎机的热空气。另一种方法是使用球磨粉碎机，整个粉碎过程可以是湿的。

这个过程可以更大的、商业化导向的规模进行，比方说高达600吨/小时。这种工厂可分为多个150或200吨/小时的平行流模块，这取决于执行该任务的商业制造设备的供应情况。更大容量工厂的主要区别在于用来输送和分发煤到个别模块或过程流的方法。

Claims (14)

1.一种商业规模的精炼煤的方法，包括如下步骤：

将煤粉碎至可获得分离的煤素质的粒径；

从粉碎的煤中提取反应性煤素质，所述反应性煤素质为深柱浮选室顶端的泡沫；以及

将提取的煤素质脱水。

2.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中，在进行所述“提取”步骤之前，所述粉碎过程只包括将粒径降低至最大尺寸为75至100微米的干磨。

3.根据权利要求2所述的商业规模的精炼煤的方法，其中干分级器接收来自所述干磨阶段的煤颗粒，在所述干分级器之后进行湿旋风分离，并且在湿旋风分离器之后进行筛分过程。

4.根据权利要求3所述的商业规模的精炼煤的方法，其中，来自所述干磨阶段、干分级器、湿旋风分离器和筛中任何一个或多个过程的煤颗粒，再次循环通过所述干磨阶段。

5.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中所述提取步骤利用一个或多个深柱浮选室。

6.根据权利要求5所述的商业规模的精炼煤的方法，其中对进入所述浮选室的料浆根据其组成进行化学处理，而且在整个浮选过程中根据需要对所述化学处理进行监测和调整。

7.根据权利要求5或6所述的商业规模的精炼煤的方法，其中在用于“漂浮”选定的反应性煤素质设定的气压、流速和气泡大小下操作所述浮选室。

8.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中，所述粉碎过程一直持续到所述煤粒径降至中值粒径为约5微米。

9.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中，对所述反应性煤素质进行造粒。

10.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中从所述浮选室中回收具有高矿物质含量的副产物。

11.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中，所述副产物是含金属的。

12.根据权利要求1所述的商业规模的精炼煤的方法，其中，所述副产物具有适用于农业应用的矿物质含量。

13.一种商业规模的煤加工厂，包括：

粉碎站，以将煤粒径减少至可获得分离的煤素质的程度；

一个或多个深柱浮选室，以从粉碎的煤中提取反应性煤素质，所述反应性煤素质为上升至所述深柱浮选室顶端的泡沫；和

脱水站。

14.一种汽车轮胎，用包括权利要求8所述方法制得的煤的填料制造。

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