CN102946963A - 精选的方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

提供了用于分离材料的方法和组合物。在一个实施方案中，本发明提供了一种使第一材料与第二材料分离的方法。例如，该方法可以包括用精选组合物将第一材料与第二材料混合成浆料。精选组合物可以包括来源于生物柴油制造工艺的一种或多种脂肪酸副产物。可以在浆料中提供气泡以与第一材料形成气泡-颗粒聚集体且气泡-颗粒聚集体可以被允许与第二材料分离。

Description

精选的方法和组合物
相关申请的交叉引用
这是要求享有2006年2月16日提交的申请号11/355,468的优先权的部分继续申请。
有关联邦资助的研究或开发的声明
不适用
发明背景
本发明大体涉及精选技术。更具体地说，本发明涉及精选组合物和使用该精选组合物的方法。精选是一种从废弃物中分离有用物质的方法。通常，精选利用各组分的疏水性的差异。用精选组合物混合各组分，其中精选组合物促使疏水性组分与亲水性组分分离。在一种工艺中，矿物矿石被粉碎到一定的小的尺寸并用水制浆。将浆料引入用空气吹扫过的浮选装置内。空气优先附着到浆料的疏水性颗粒，使得疏水性颗粒漂浮到装置的顶部。所浮选的颗粒被收集、脱水并聚集成可销售的最终产物。亲水性颗粒倾向于迁移到接触容器的底部，从接触容器的底部它们可以作为尾料被去除并处理到尾料堆置区中。在其他工艺中，诸如反浮选，可销售的最终产物可以迁移到底部。
为了促进精选，使用了若干种类型的常规试剂，诸如起泡剂、浮选促集剂、促进剂(promoter)、调节剂以及脱水助剂。但这些试剂可能是昂贵的且有毒的，由此降低了精选工艺的成本效益。因此，期望提供并利用有成本效益的且有效的精选组合物。
本部分描述的技术并不意图构成对本文提到的任何专利、公布或其他信息相对于本发明是“现有技术”的承认，除非明确这样表示。此外，本部分不应该被解释为意味着已经进行了检索或不存在如37CFR§1.56(a)中定义的其他相关信息。
发明简要概述
在至少一个实施方案中，本发明提供了一种使第一材料与第二材料分离的方法。在至少一个实施方案中，该方法可以包括用精选组合物将第一材料与第二材料混合成浆料。精选组合物可以包含来源于生物柴油制造工艺的一种或多种脂肪酸副产物。精选组合物还可以包含来源于涉及甘油三酯的酯交换反应的一种或多种脂肪酸副产物。可以在所述浆料中提供气泡以与所述第一材料形成气泡-颗粒聚集体且可以允许所述气泡-颗粒聚集体与所述第二材料分离。
在至少一个实施方案中，脂肪酸副产物可以在制造生物柴油期间的若干阶段处被产生，包括粗甘油处理阶段。脂肪酸副产物可以来源于，但不唯一地，在生物柴油制造工艺期间向粗脂肪酸烷基酯相的脂肪酸盐溶液中添加酸和/或来源于在生物柴油制造工艺期间向粗甘油相的脂肪酸盐溶液中添加酸。例如，脂肪酸副产物可以来源于通过向酯化阶段的底部流出物添加酸和/或通过向酯产物的洗涤水(如，肥皂水)添加酸的生物柴油制造工艺。脂肪酸副产物还可以来源于含有一种或多种脂肪酸盐组分的任何一股生物柴油制造工艺流的酸化。
在至少一个实施方案中，脂肪酸副产物包含约1到约50重量百分比的一种或多种甲酯和约50到约99重量百分比的一种或多种脂肪酸。
在至少一个实施方案中，脂肪酸副产物还包含选自由甲酯、盐、甲醇、甘油、水及其组合组成的组的一种或多种组分。
在至少一个实施方案中，游离脂肪酸包含选自由棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、二十碳烯酸、山嵛酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其组合组成的组的一种或多种组分。
在至少一个实施方案中，脂肪酸副产物包含选自由C6-C24饱和的和不饱和的脂肪酸、C6-C24饱和的和不饱和的脂肪酸盐、甲酯、乙酯及其组合组成的组的一种或多种组分。
在至少一个实施方案中，脂肪酸副产物还包含选自由C2-C6一元醇、二元醇和三元醇及其组合组成的组的一种或多种组分。
在至少一个实施方案中，脂肪酸副产物还包含一种或多种无机盐。
在至少一个实施方案中，精选组合物还包含燃料油。
在至少一个实施方案中，燃料油选自由煤油、柴油及其组合组成的组。
在至少一个实施方案中，本发明提供了一种在含水浆料中分离疏水性颗粒与亲水性颗粒的方法。在至少一个实施方案中，该方法可以包括向含水浆料中添加精选组合物以增强疏水性颗粒的疏水性。精选组合物可以包含来源于生物柴油制造工艺的一种或多种脂肪酸副产物。含水浆料可以被混合以有助于脂肪酸副产物吸附到疏水性颗粒的表面上，以便增强疏水性颗粒的疏水性。可以向含水浆料提供气泡，使得疏水性颗粒收集在气泡的表面上，形成气泡-颗粒聚集体。气泡-颗粒聚集体可以被允许漂浮到含水浆料的表面以与亲水性颗粒分离。
在至少一个实施方案中，本发明提供了一种包含来源于生物柴油制造工艺的一种或多种脂肪酸副产物的精选组合物。精选组合物还可以包含作为添加剂的燃料油。
在至少一个实施方案中，本发明提供了一种包含涉及甘油三酯的酯交换反应的一种或多种脂肪酸副产物的精选组合物。
本发明的一个优势是提供分离两种或更多种材料的有成本效益的方法。
本发明的另一个优势是提供可以用于具有改善的成本节约的浮选工艺的增强疏水性的组合物。
另外的特征和优势在本文中下面的详述中被描述，且另外的特征和优势从下面的详述中将变得明显。
发明详述
本发明大体涉及精选技术。更具体地说，本发明涉及精选组合物和使用精选组合物的方法。
在本说明书中，术语“精选”应该被理解为意指从废弃物中分离出有用的物质，尤其是从亲水性物质中分离出疏水性物质。用于实现此的合适工艺包括但不限于浮选、反浮选和类似的技术。
在本说明书中，术语“副产物”应该被理解成意指来源于生物柴油制造工艺和/或涉及甘油三酯的酯交换反应的副产物。
在本说明书中，术语“不合规格的材料”应该被理解成意指来自生物柴油制造工艺和/或酯交换反应的、因为它们是工艺的残渣、受污染的、副产物和/或从工艺冲洗产生的而不满足工业质量标准的产物。不合规格的材料可以包括与副产物相同的组分。在一些情形中，不合规格的材料与副产物混合。
在本说明书中，术语“绿色浮选促集剂”应该被理解成意指选自由具有低HLB数的非离子型表面活性剂、天然存在的脂类、改性脂类、疏水性聚合物及其组合组成的组的一种或多种组分。“绿色”意指环境友好的、可生物降解的和/或无毒的化学。
在一个实施方案中，本发明提供了包含生物柴油制造的副产物的精选组合物。生物柴油制造的副产物可以包括如含有6到24个碳原子的直链、单羧酸的混合物。
在一个实施方案中，副产物包括不合规格的材料。
令人惊奇地发现本发明的生物柴油制造的副产物是有效地作为用于精选技术(诸如浮选工艺)的试剂。此外，这些副产物通常是环境友好的且无害的。副产物还是不可燃烧的且可以在“高”闪点需求的应用中提供益处。副产物可以用于补充或替代用于浮选工艺的常规的、有害的浮选促集剂，诸如柴油，由此降低对这样的环境不友好的材料的依赖。柴油在矿物加工产业中是普遍使用的。这些加工产生的很大一部分废柴油被注入地下，这造成环境和人类健康危害。本发明提供了被排放到地下时不会造成任何环境和/或人类健康危害的额外的益处。
生物柴油是由天然的可再生资源制成的更清洁燃烧的柴油替代燃料。例如，生物柴油可以包括用作由诸如新的和使用过的植物油和动物脂肪的来源制成的更清洁燃烧的柴油替代燃料的脂肪酸烷基酯。
根据美国能源署的美国燃料数据中心，约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)来生产。该产业的另一部分被限制于植物油，最便宜的植物油是豆油。由于过量的生产能力、产品过剩以及降低的价格，大豆产业一直是生物柴油商业化背后的推动力。类似的问题适用于回收的油脂和动物脂肪产业，即使这些原料不如豆油贵。基于两个产业的总资源，存在足够的原料来供给19亿加仑的生物柴油。
生物柴油可以通过称为酯交换的化学工艺来制造，其中植物油、植物性油或动物脂肪被转化成脂肪酸烷基酯、甘油和产生脂肪酸副产物的其余的化合物。这样的油和动物脂肪包括，如牛脂、粗妥尔油、椰子油、菜籽油、芥花籽油、棕榈仁油和大豆油。动物脂肪和植物油的主要组分甘油三酯是甘油(一种三元醇)与具有不同分子量的脂肪酸的酯。三种合成途径可以用于由油和脂肪产生脂肪酸烷基酯：油的碱催化的酯交换；油的直接酸催化的酯化；以及油转化成脂肪酸且随后酯化成生物柴油。
通过碱催化方法产生了大多数脂肪酸烷基酯。一般而言，商业上用于油的酯交换以产生生物柴油的催化剂通常可以是任何碱，最优选氢氧化钠或氢氧化钾。
在生物柴油制造工艺中，可以过滤并预处理油和脂肪以去除水和污染物。如果存在游离脂肪酸，那么可以使用专门的预处理技术，诸如酸催化酯化，将它们去除或转化成生物柴油。随后，预处理过的油和脂肪可以与醇和催化剂(如碱)混合。用于该反应的碱通常是氢氧化钠或氢氧化钾，借助标准的搅动或混合溶解在所使用的醇(通常是乙醇或甲醇)内以形成相应的醇盐。应理解，可以使用任何合适的碱。醇盐可以随后被装填到密闭的反应容器中，并添加油和脂肪。然后密闭该系统并维持在约71℃(160°F)下约1到8小时时段，尽管一些系统推荐反应在室温下进行。
反应完成后，油分子(如甘油三酯)断裂且产生两种主要产物：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较大的粗甘油相之上形成层。由于甘油相比生物柴油相密度大，因此可以重力分离这两相，例如通过简单地从沉降器的底部抽取甘油相。在一些情形中，可以采用离心来加速这两相的分离。
在一个实施方案中，脂肪酸副产物可以源自生物柴油制造工艺期间粗脂肪酸烷基酯相和/或粗甘油相的精炼。例如，粗脂肪酸烷基酯相通常包含脂肪酸烷基酯、水以及脂肪酸盐组分的混合物。这些脂肪酸盐组分通常与水相(如肥皂水)形成溶液，其中脂肪酸盐组分可以进一步与脂肪酸烷基酯组分分离。与脂肪酸烷基酯组分分离后，可以向含有脂肪酸盐组分的水相中添加任何合适的酸，诸如，如盐酸以产生本发明的脂肪酸副产物。
类似地，粗甘油相通常包含甘油、水以及脂肪酸盐组分的混合物。该脂肪酸盐组分与水相形成溶液或悬浮液，其中脂肪酸盐组分可以通过添加任何合适的酸而进一步与甘油组分分离以回收适于本发明的脂肪酸副产物。
应理解，本发明的脂肪酸副产物可以来源于包含脂肪酸盐组分的任意生物柴油制造工艺流/阶段(如肥皂水)的酸化，包括例如洗涤水。来源于生物柴油制造工艺的任意不同阶段/流的这些脂肪酸副产物可以被用作本发明的精选组合物的有价值的组分。可以以日益增加的量产生生物柴油的脂肪酸副产物。因此，生物柴油制造副产物是廉价的且它们的使用对于多种精选工艺来说可以是经济的和高度有效的。
在一个实施方案中，由生物柴油制造或酯交换反应产生的脂肪酸副产物可以包含脂肪酸以及甲酯和乙酯。副产物的额外组分可以包括盐、甲醇、乙醇、甘油、单酸甘油酯、甘油二酯和甘油三酯、生育酚、固醇、mong、部分反应的甘油酯和未反应的甘油酯以及水分(如水)。脂肪酸的混合物可以包括棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、二十碳烯酸、山嵛酸、二十四烷酸、二十四碳烯酸及其组合。其余组分可以包括水分和不皂化物。
在可选择的实施方案中，脂肪酸副产物组合物可以包含一种或多种C6-C24饱和的和不饱和的脂肪酸、它们的盐以及甲酯和/或乙酯。副产物还可以包含一种或多种C2-C6一元醇、二元醇或三元醇，诸如，如乙醇、甘油和乙二醇。在一个实施方案中，副产物可以包含约0.01到约15重量百分比的C2-C6一元醇、二元醇或三元醇。
副产物还可以包含一种或多种无机盐，诸如，如钠盐、钾盐和/或钙盐(如氯化物和硫酸盐)。在一个实施方案中，副产物可以包含约0.05到约15重量百分比的无机盐。
上述组合物意味着所述的副产物可以成为适于用作浮选工艺或类似工艺中的浮选促集剂或促进剂的完美的疏水试剂。例如，已知副产物中包含的极强疏水性的C6-C24脂肪酸促进浮选期间气泡的附着。
此外，脂肪酸副产物可以富含不饱和油酸、不饱和亚油酸和不饱和脂肪亚麻酸。一旦这些脂肪酸包覆处理的颗粒(如，在浮选期间)，它们就可以在空气存在下缓慢地交联，从而形成粘的疏水层。
在可选择的实施方案中，脂肪酸副产物还可以与改进这些精选组合物的分离特性的添加剂混合。在一个实施方案中，这样的添加剂可以包括燃料油，诸如，如煤油、柴油及其组合。通常，燃料油可以包含脂族烃和芳香烃的混合物。此外，燃料油可以包含少量的硫、氧、氮化合物以及其他物质。
在一个实施方案中，本发明的精选组合物包含脂肪酸副产物与绿色浮选促集剂的共混物。在一个实施方案中，精选组合物包含脂肪酸副产物与一种或多种C4-C16醇、醛或酯的共混物。在一个实施方案中，C4-C16醇、醛或酯是1-丙烯加氢甲酰基化反应产物。在一个实施方案中，C4-C16醇是4-甲基环己烷甲醇(MCHM)。C4-C16醇、醛或酯的存在促进浮选促集剂分布在浮选浆料中。在一个实施方案中，浮选促集剂包含约70到约80重量百分比的脂肪酸副产物、约10到约20重量百分比的绿色浮选促集剂以及约1到约20重量百分比的C4-C16醇、醛或酯。
在一个实施方案中，本发明提供了一种在某些精选工艺中增强化合物的疏水性的方法。例如，包含脂肪酸副产物的精选组合物可以用于下述材料的精选中，所述材料包括但不限于由煤、塑料、砂和沙砾、磷酸盐、金刚石以及其他矿物矿石或人造物质组成的组。在可选择的实施方案中，精选组合物可以用在增强粒状材料的疏水性的工艺中，尤其是用在诸如浮选的、导致煤、金刚石矿石以及类似物的精选的工艺中。精选组合物还可以与其他合适的浮选促集剂和促进剂结合使用。
浮选工艺是分离如以颗粒或细粒存在的有价值的材料与无价值的材料的最广泛使用的方法中的一种。例如，在此工艺中，细颗粒被分散在水中或其他合适的溶液中，且小气泡被引入浆料中，使得疏水性颗粒可以被选择性地收集到气泡的表面上并离开浆料(如，通过上升到表面)，而留下亲水性颗粒。亲水性颗粒也可以沉降到浆料的底部以作为淤渣被收集。
脂肪酸副产物可以被用于在如任何合适的浮选工艺中分离材料。应理解，期望的最终产物可以在浮选期间上升到表面和/或沉降到底部，诸如在反浮选工艺中。例如，在二氧化硅浮选工艺中，期望的最终产物可以沉降到浆料的底部而废产物可以上升到浆料的顶部。
在可选择的实施方案中，本发明提供了一种使第一材料与第二材料分离的方法。例如，该方法可以包括用精选组合物将第一材料与第二材料混合成浆料。精选组合物可以包含来源于生物柴油制造工艺的一种或多种脂肪酸副产物。精选组合物还可以包含涉及甘油三酯的酯交换反应的一种或多种脂肪酸副产物。可以在浆料中提供气泡以与第一材料形成气泡-颗粒聚集体且气泡-颗粒聚集体可以被允许与第二材料分离。精选组合物还可以包含与所述脂肪酸副产物混合的燃料油添加剂。燃料油添加剂可以是，如煤油、柴油及其组合。
在可选择的实施方案中，脂肪酸副产物可以来源于在生物柴油制造工艺期间向粗脂肪酸烷基酯相的脂肪酸盐溶液中添加酸和/或来源于在生物柴油制造工艺期间向粗甘油相的脂肪酸盐溶液中添加酸。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种在含水浆料中分离疏水性颗粒与亲水性颗粒的方法。例如，该方法可以包括向含水浆料中添加精选组合物以增强疏水性颗粒的疏水性。精选组合物可以包含来源于生物柴油制造工艺的一种或多种脂肪酸副产物。含水浆料可以被混合以有助于脂肪酸副产物吸附到疏水性颗粒的表面上，以便增强疏水性颗粒的疏水性。
待分离的材料可以具有任何合适的尺寸。通过举例且不是限制，材料的尺寸可以在2mm到0.04mm的范围内。浆料还可以具有高达50％的固体。任何合适的机械力或化学力可以用于使浆料颗粒与本发明的精选组合物接触。可以由本发明的方法收集浮选产物和未被浮选的尾料。
虽然本发明可以体现为许多不同的形式，但是本文详细描述了本发明的具体的优选实施方案。本公开内容是本发明原理的示例且不意图将本发明限于所阐释的特定实施方案。本文提到所有专利、专利申请、科学论文以及任何其他参考材料在此通过引用全文并入。此外，本发明包括本文描述的和本文并入的一些或所有的不同实施方案的任何可能的组合。
上述公开内容意图是阐释性的且不是无遗漏的。本描述将使本领域技术人员想到许多的变化和可选方案。所有这些可选方案和变化意图被包括在权利要求的范围内，其中术语“包括”意指“包括，但不限于”。本领域技术人员可以认识到本文描述的具体实施方案的其他等同物，该等同物也意图由权利要求所包括。
本文公开的所有范围和参数应理解为包括其中所包含的任何和所有的子范围以及端点之间的每个数。例如，所陈述的范围“1到10”应被认为包括最小值1与最大值10之间(且包括1和10)的任何和所有的子范围；即，以最小值1或更大开始的(如，1到6.1)且以最大值10或更小结束的(如2.3到9.4、3到8，4到7)所有子范围，以及最后被认为是该范围内所包含的每一个数1、2、3、4、5、6、7、8、9以及10。
这完成了本发明的优选的和可选择的实施方案的描述。本领域技术人员可以认识到本文描述的具体实施方案的其他等同物，该等同物意图由所附于此的权利要求所包括。

Claims (9)

1.一种使第一材料与第二材料分离的方法，所述方法包括：用精选组合物将所述第一材料与所述第二材料混合成浆料，其中所述精选组合物包含来源于生物柴油制造工艺的至少一种脂肪酸副产物或来源于涉及甘油三酯的酯交换反应的至少一种脂肪酸副产物；在所述浆料中提供气泡以与所述第一材料形成气泡-颗粒聚集体；和允许所述气泡-颗粒聚集体与所述第二材料分离，其中所述脂肪酸副产物包含至少一种甲酯或乙酯且所述脂肪酸副产物还包含甘油和不皂化物且所述组合物还包含水和无机盐。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述精选组合物还包含至少一种绿色浮选促集剂。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸副产物包括不合规格的材料。
4.一种使第一材料与第二材料分离的方法，包括以下步骤：
收集可漂浮的可销售的颗粒，
借助采用精选组合物的浮选工艺使所收集的颗粒脱水，
其中所述精选组合物利用所述第一材料的疏水性来使其与所述第二材料分离，以及
其中所述精选组合物包含来源于生物柴油制造工艺的至少一种脂肪酸副产物或来源于涉及甘油三酯的酯交换反应的至少一种脂肪酸副产物，且所述脂肪酸副产物包含至少一种甲酯或乙酯且所述脂肪酸副产物还包含甘油和不皂化物且所述组合物还包含水和无机盐。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述脂肪酸副产物包括不合规格的材料。
6.一种精选组合物，包含来源于生物柴油制造工艺或涉及甘油三酯的酯交换反应的至少一种脂肪酸副产物，其中所述脂肪酸副产物包含至少一种甘油酯和不皂化物，且所述组合物还包含水和无机盐，其中所述脂肪酸副产物还包含至少一种甲酯或乙酯。
7.如权利要求6所述的组合物，其中所述脂肪酸副产物包括不合规格的材料。
8.一种使第一材料与第二材料分离的方法，所述方法包括：用精选组合物将所述第一材料与所述第二材料混合成浆料，其中所述精选组合物包含来源于生物柴油制造工艺的至少一种脂肪酸副产物或来源于涉及甘油三酯的酯交换反应的至少一种脂肪酸副产物，其中所述脂肪酸副产物包含至少一种甲酯或乙酯且所述脂肪酸副产物还包含甘油和不皂化物且所述组合物还包含水和无机盐。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述脂肪酸副产物包括不合规格的材料。
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