CN105339748A

CN105339748A - 煤和矿物浆料的干燥方法和系统

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Publication number: CN105339748A
Application number: CN201480026719.0A
Authority: CN
Inventors: B·麦克丹尼尔; R·W·布兰德
Original assignee: Vitrinite Services LLC
Current assignee: Vitrinite Services LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-02-17
Also published as: WO2014152289A1; US20160047598A1; CA2905969A1; AU2014239922A1; EP2972032A1; HK1221761A1; RU2015131355A3; RU2015131355A; EP2972032A4

Abstract

本发明提供使用粒状干燥材料降低煤和矿物浆料——特别地含有小直径颗粒的浆料——的水分的方法和系统。本发明也涉及与该过程相关有用的新颖的产品和中间体。该方法和系统通过将浆料与粒状干燥材料接触降低水分。选择粒状干燥材料以使用尺寸分离技术例如筛网容易与干燥的煤或矿物分离。粒状干燥材料是再生的，优选地使用包括热交换和横流空气的过程。粒状干燥材料优选地能够再生并且以最小的损耗在连续过程中再循环。

Description

煤和矿物浆料的干燥方法和系统

技术领域

本发明一般地涉及从煤和矿物浆料以及特别地含有金属的矿物例如铁矿石、或煤例如煤细粉和煤废渣的浆料中去除水分。

背景技术

在清洁技术的继续推动下，同时发生的增长趋势是现有资源的更好利用。常见和丰富的能量资源是煤。但是，存在与煤相关的各种顾虑和问题，其挑战当前工业中的成本效益和产品最大化。

作为用于采煤的技术的结果，处理的煤通常具有高水分含量。基于煤的结构，该水分含量是表面水平的水分。从成本角度和使用角度二者来看煤中包含太多的水分是有问题的。煤被加工成多种尺寸，包括煤、煤细粉和煤废渣。使用经济上可行的方法容易干燥较大尺寸的煤，该方法包括用于大于2”的煤片的振动筛和用于在1/4”和3”之间的片的振动给煤机离心机。对于较小的煤颗粒，必须利用更强烈的方法例如振动离心机，其能够将具有28筛目和1/2”之间尺寸的煤颗粒的水分含量降低至经济上有吸引力的8％水分。目前的技术不能够将具有低于28筛目尺寸的煤降低至8％或更低的水分含量。

在通常的环境中，使用已知的分类技术根据尺寸将煤分类。然后，随着较低品质材料被从较高品质材料分离，煤被分开，例如在湿法中通过比重，将分类的尺寸重新组合并且基于相应水分含量等级销售。对于煤，更大的表面积意味着更高的水分含量，因为煤中的总水分大部分由表面水分组成。因此，按照体积，与较小煤片的相同相应体积相比，较大的煤片具有较低的水分百分比。

煤细粉具有通常大约100至800微米的直径，并且通常更小的直径，例如，在50微米或更小的数量级。干燥煤颗粒的传统方法，包括离心和加热技术，可以容易地干燥那些煤“细粉”至大约30％水分。干燥超过此点的煤细粉的方法通常采用鼓风机和加热器，其需要资本密集型投资，需要大量的能量消耗，并且产生来自能量消耗和煤细粉雾化二者的环境问题和危害。使用超出大约12％的水分含量的煤的现有技术通常采用鼓风机和加热器，其需要资本密集型投资，需要大量的能量消耗，并且产生环境问题和危害。这些危害来自能量消耗和煤雾化二者。

当前的热干燥技术导致一部分最小煤片——也称为煤细粉——的损失以及因此处置，因为基于当前的热干燥技术，缺乏已知的方式以保留这些干燥的最小煤片。而且，已知的热干燥技术要求，一般地所有的可销售的煤，不考虑其尺寸，必须包括在热干燥过程以防止在热干燥器中产生危险和有害的氛围，其由当仅细小的煤放置在热的干燥器中时产生。这需要过量的成本以干燥此煤。在较细小尺寸的煤上最高百分比的水分相关的成本比销售此尺寸的煤本身获得的回报更大。结果，煤细粉已被泵入到煤储池，其代表环境危害和能源的浪费。

从成本角度，顾客按重量支付煤。包括高水分含量增加了煤的重量，因而必须以较低的价格出售。类似地，为了能量目的的煤的使用是基于煤的燃烧。包括过量的水分含量降低了煤的效用，因为蒸发掉水分浪费的能量。当销售煤时，其通常包括水分水平等级，其中一部分价格是基于此等级。水分含量越低，用于购买煤的预期成本越高。因此，长时间存在将煤细粉脱水的期望以便以允许经济使用煤细粉而不是将其作为简单丢弃到储池的副产品处理的方式增加它们的价值。

将煤细粉脱水的问题长期困扰煤工业。全世界遍及煤生产场所丰富的煤储池——由此煤细小的浆料被泵入到沉降池——是此长期存在的问题的证明。例如，美国矿山安全与健康管理局(UnitedStatesMineSafetyandHealthAdministration)监管超过600个煤储池。这些煤细粉储池可以导致安全和来自径流的环境问题以及其他相关的问题。

已经探究了将煤细粉脱水的最近尝试，其包括添加进一步降低滤饼中的水分含量的多种试剂。例如，Eraydin，“EvaluationofNovelFineCoalDewateringAids”，硕士论文，VirginiaPolytechnicalInstituteandStateUniversity，June18，2004。这些处理包括在过滤和/或离心之前将酸/减(以控制矿浆pH)、碳酸钠(Na₂CO₃)、乙二胺四乙酸(EDTA)、沉淀Ca²⁺离子的硅酸钠(Na₂SiO₃)、草酸、琥珀酸、草酸铵、六偏磷酸钠(Na-hexametaphoshate)、氧化钙和过氧化氢(H₂O₂)添加至煤浆料。结果显示用于水处理的螯合试剂与脱水剂的结合使用比单独使用试剂以更大百分比降低了饼水分，其程度依赖于粒径、饼厚度、干燥时间、试剂剂量、调节时间、试剂类型、水化学等等。虽然这些技术成功地降低了煤细粉的水含量，这些技术仍然生产具有大于20％水分的煤细粉。

采矿和矿物资源的利用。如本文所用的，开采矿物资源包括不仅从地面提取，而且处理资源以提取它的原料或者以其他方式可用的形式。矿物资源的开采遵循复杂的过程，其包括产生具有高水分含量的矿物浆料的浆料浓缩物。浆料含有重要矿物，但是需要适当地分离水分含量。

浓缩的矿物浆料已经是脱水过程的主题许多年。生产包括生产矿物浆料的矿物浓缩设备，并且过量的水必须从这些浆料去除以获得有价值的矿物。脱水过程试图达到从浓缩的矿物浆料去除液态水。脱水过程的目标是减小起始矿物浆料浓缩物的残余的液态水含量。将脱水添加剂例如絮凝剂与阴离子表面活性剂的组合添加至浓缩的矿物浆料以减小进行了过滤的处理的浆料的液态水含量。理论上，脱水剂应当增加生产速率以及减小在过滤的矿石或矿物饼固体中存在的水的量。因为过滤的固体含有较少的水，预期总产量会增加。然而，在实践中，这不会总观察到，因为其产生生产设备要求的进一步需要。传统上，聚合物已经用于凝聚固体并且增加过滤速率。然而，聚合物显著增加了成本。在许多情况下，较高的成本不利地影响了矿物的最终用途或处理。

需要降低矿物的生产成本，而不是产品的体积。滤饼或离心的固体中的水分的去除基于重量百分比增加了矿物或矿石固体的量，从而降低运输所需要的货运成本或用于进一步干燥或处理每千克矿物或矿石固体的能量成本。

因而，本领域技术人员已知的是一般地当通过使用某些添加剂有利地降低含水矿物浆料浓缩物的水分含量时，也产生不利，因为以获得有利的脱水为代价所得的滤饼的产量降低。没有背景技术方法已经解决了需要降低浓缩的矿物浆料的残余液态水含量同时增加了从除水过程例如诸如但不限于过滤过程所得的矿物浓缩物滤饼的产量二者。

美国专利号4,207,186(Wang‘186)提供用于将矿物和煤浓缩物脱水的过程，其包括将矿物浓缩物的含水浆料和有效量的脱水剂混合，该脱水剂是具有8至18个碳原子的脂肪烃基的疏水醇和分子式为R-(OCH₂CH₂)_xOH的非离子表面活性剂的组合，其中x是1-15的整数，R是在烷基部分含有6至24个碳原子的支链或直链脂肪烃基，并且将处理的浆料进行过滤。王等‘186陈述，当疏水醇例如癸醇与非离子表面活性剂组合时，铁矿石浓缩物比不采用脱水剂获得更低的水分含量。然而，王等‘186没有关注增加所得滤饼的产量。

美国专利号4,210,531(王‘531)提供用于脱水矿物浓缩物的过程，其基本由下述组成：首先将矿物浓缩物的含水浆料与有效量的聚丙烯酰胺絮凝剂混合，并且接着将絮凝剂处理的浆料与有效量的阴离子表面活性剂组合物和水不溶性有机液体的组合混合，该水不溶性有机液体选自：脂肪烃、芳烃、脂肪醇、芳香醇、脂肪族卤化物、卤代芳烃、植物油和动物油，其中水不溶性的有机液体不同于存在于阴离子表面活性剂组合物中的任何水不溶性有机液体，并且在其后去除作为来自浆料的液体的水。然而，王等‘531没有解决并且没有关注降低浓缩的矿物浆料的残余液态水含量并且增加所得的滤饼的产量，也没有解决由于增加的生产要求扩大的成本。

此外，王‘186和王‘531的干燥技术存在根本的不同，因为这些技术涉及煤的干燥。由于矿物浆料的矿物组分、以及应用于矿物浆料浓缩物与煤的干燥过程的起始，煤干燥技术是不同的。

同时地，存在称为分子筛的已知技术，其包括共同未决的专利申请系列号12/924,570，其向煤细粉提供分子筛的应用。类似于王‘186和王‘531对于煤的缺点，分子筛对于煤细粉与其中含有具有矿物浆料的矿物浆料浓缩物的应用之间存在类似的不同。除了与煤细粉相比矿物浆料较高的起始水分含量，表面水分和内在水分之间也存在不同的水分分布。与镁细粉相比矿物浆料的材料科学的物理性质也存在不同，包括对于以下进一步详细描述的脱水技术的处理的不同。此外，分子筛存在成本限制。

相对于采矿，由于大的环境问题担忧，现有的矿物浆料脱水技术具有有限的好处。因此，存在对于用于干燥矿物浆料以降低水分含量的方法和系统的经济需要，从而提高矿物的产量并且降低环境影响。

在煤的领域之外已经探索了包括使用干燥剂和沸石吸附水的干燥技术。这些技术仅在其中高温的使用使所要干燥的材料退化的情况应用，例如食品和已知用来自热干燥过程的热进行化学反应和/或退化从而使得常规的热干燥技术不可行的材料。例如，1969年12月3日提交的Severinghaus的名称为“MethodofDryingaDampPulverant”的美国专利号3,623,233描述了方解石(CaCO₃)的热干燥。Severinghaus教导了方解石的热干燥导致焙砂(CaO)的煅烧和生产，其对于过滤器和放大器中方解石的使用是有害的。类似地，Kruith2003年7月3日提交的名称为“MethodforDryingFinelyDividedSubstances”的美国专利号6,986,213描述了干燥使用热干燥技术退化的食品，例如小麦粉。还没有探究将这种技术用于干燥可以使用常规技术干燥而不退化的材料例如煤细粉或矿物浆料。

对于用于干燥煤细粉和矿物浆料以降低水分含量并且防止干燥过程中煤和矿物含量的大量损失的经济的方法和系统存在长期需要。从而水分的任何降低增加了煤和矿物浆料处理的成本效益。

发明内容

本发明提供降低浓缩的煤或矿物浆料中残余的液态水含量同时也提供增加从除水过程所得的滤饼的产量，以及用于实施将连续流动操作中的煤和矿物浆料浓缩物脱水的过程。在实施方式中，本发明涉及用于降低煤或矿物浆料的水分含量的方法，其包括：(a)将浆料与粒状干燥介质接触；(b)将水分从浆料转移至粒状干燥介质以产生具有降低的水分含量的干燥产品和潮湿的粒状干燥介质；(c)通过粒径的差异将潮湿的粒状干燥介质与干燥产品分离；(d)通过将潮湿的粒状干燥介质垂直地穿过热交换器板同时将潮湿的粒状干燥介质暴露于空气的横流从潮湿的粒状干燥介质去除水分以生产干燥的粒状干燥介质；和(e)将至少一部分干燥的粒状干燥介质再循环至步骤(a)。在一个方面，控制热交换器板的温度以防止空气的横流中的温度下降。本方法能够降低水分含量，例如，按重量计大于20％，使得在步骤(c)之后干燥产品的最终水分含量是按重量计小于10％。浆料可以包括矿物，例如，铁矿石。可选地，或另外地，浆料可包括煤，更优选地具有28筛目或更小的粒径的煤。

在另一个实施方式中，可以对浆料进行各种尺寸分离或分类步骤。例如，在步骤(a)之前可以对浆料进行尺寸分离步骤。

在步骤(a)之前也可以对浆料进行一个或多个水分降低步骤。在步骤(a)之前的水分降低步骤可以包括在本发明的水分降低过程之前的用于降低水分含量的已知技术。

在一个方面，执行使用筛网进行通过粒径的差异从干燥的产品分离潮湿的粒状干燥介质的步骤(c)。粒状干燥介质可以是球状的并且可以具有在大约2.0mm至大约4.7mm范围内的平均粒径。在一个实施方式中，粒状干燥介质是球状的并且具有大约3.2mm的平均粒径。

在另一个方面，粒状干燥介质具有超过25lbs的抗碎强度和/或粒状干燥介质具有大于或等于340m²/g的表面积。在优选的方面，粒状干燥介质是活性氧化铝。更优选地，粒状干燥介质是具有在大约2.0mm至大约4.7mm范围内的平均粒径、超过25lbs的抗碎强度和大于或等于340m²/g的表面积的活性氧化铝。

本发明提供使用粒状干燥介质干燥煤和矿物浆料的方法和系统。如本文所述，煤和矿物浆料指含有所有可用尺寸的煤和矿物的浆料。对于煤，这些尺寸可包括大于煤细粉的尺寸，例如28筛目和更大，例如但不限于1毫米，煤细粉，例如28筛目和更小，以及煤细废渣。方法和系统使用许多已知技术干燥浆料，但是也可以通过使用本文所述的技术将浆料浓缩物与粒状干燥介质组合而进行。当组合时，处理浆料浓缩物和粒状干燥介质混合物以降低浓缩物水分，并且最大化粒状干燥介质和浆料浓缩物之间的表面接触。当浆料浓缩物接触粒状干燥介质时，然后通过粒状干燥介质吸收浆料内的煤或矿物上的表面水分。粒状干燥介质允许水分子在其内和/或在其上穿过，从而从浆料去除水分子。在一段时间的搅拌之后，方法和系统从而将粒状干燥介质从浆料分离。

方法和系统可以使用用于调节浆料浓缩物和/或粒状干燥介质的体积的另外的技术，以及或另外地调节搅拌以最大化水分去除的百分比。方法和系统也可以干燥粒状干燥介质以去除提取的水分并且从而重新使用粒状干燥介质用于将来的水分去除操作。方法和系统可以操作以允许在从粒状干燥介质分离之后进一步处理浆料浓缩物。

通过允许使用粒状干燥介质去除水分方法和系统改进了浆料浓缩物的水分降低。利用粒状干燥介质显著地降低了在其他的处理技术中发现的处理低效率和成本，以及通过降低来自现有的脱水技术的环境副产物以及降低现有的加热/干燥技术的能量需求是环境友好的。

在另一个方面，本发明涉及用于降低煤水分的系统，其包括：(a)组合单元，其用于使煤的第一体积和粒状干燥介质的第二体积接触以将水分从煤转移至粒状干燥介质；(b)分离单元，其用于通过粒径的差异将粒状干燥材料从煤分离；(c)再生单元，其用于从粒状干燥介质去除水分，再生单元包括热交换和横流空气。再生单元从潮湿的粒状干燥介质去除水分，优选地通过将潮湿的粒状干燥介质垂直地穿过热交换器板同时将潮湿的粒状干燥介质暴露于空气的横流以生产干燥的粒状干燥介质。在另一个优选方面，控制热交换器板的温度以防止空气横流中的温度下降。

在另一个方面，组合单元包括至少一个混合器，其可以是桨式混合器。组合单元可以包括至少两个混合器和旁路单元，例如，触发门(flopgate)，其可以配置为将浆料和粒状干燥介质发送穿过混合单元以便控制接触时间。

附图简述

在附图的各图中图解了本发明，其意欲是示例性的而不是限制性的，其中相似的参考意欲表示相似或相应的部件，并且其中：

图1显示了用于干燥煤或矿物浆料的系统的一个实施方式；

图2是用于干燥煤或矿物浆料的一个实施方式的步骤的流程图；

图3显示了用于干燥煤或矿物浆料的系统的另一个实施方式；

图4是用于干燥煤或矿物浆料的另一个实施方式的步骤的流程图；

图5是用于将煤或矿物浆料与粒状干燥材料组合并且将潮湿的粒状干燥材料从煤或矿物浆料分离的优选的流程；

图6显示了用于在连续的闭合回路过程中干燥粒状干燥介质的优选的设备；

图7是用于在连续的闭合回路过程中干燥粒状干燥介质的优选的设备的详细流程。

图8比较了相对于使用热干燥过程使用本发明的方法干燥煤细粉的相对成本；

图9比较了相对于使用热干燥过程使用本发明的方法的污染物的相对排放。

图10显示了根据本发明重复几个批次的水分的降低。

图11显示了根据本发明的一个实施方式随着时间的水分降低。

具体实施方式

在以下描述中，参考了形成其一部分的附图，并且其中以图解的方式显示了可以实践本发明的具体实施方式。应当理解的是，可以利用其他的实施方式并且可以做出设计改变而不脱离本发明的范围。

在一个实施方式中，对于本发明特别有用的矿物是在热的干燥温度下不分解的金属矿石和其他矿物。通常使用热干燥技术干燥这些材料。本发明克服了热干燥的许多缺陷并且对于这种材料实现了本发明的许多好处。

可以使用本发明的方法有利地干燥的一种特别优选的矿物是铁燧岩，其是其中铁矿物被石英、黑硅石和/或碳酸盐夹层的铁矿石。铁燧岩一般地具有以精细分散的磁铁矿形式以在材料的25至30％范围内的浓度存在的铁。在它们被处理成铁燧岩小球之前在干燥铁燧岩矿物的浆料中本发明是有用的。在粒化铁燧岩的过程中，将矿石研磨成细粉，通过强磁体将磁铁矿从脉石分离，并且粉状的铁精矿与黏合剂例如膨润土和作为助熔剂的石灰石结合。最后步骤，其被滚压成含有大约65％铁、直径大约一厘米的小球。在非常高的温度下烧制小球以使它们硬化并且使它们持久耐用。这是为了确保高炉炉料保持足够多孔以允许加热的气体穿过粒化的矿石并且与粒化的矿石反应。铁燧岩矿物浆料中水分的降低使矿石能够以高效并且环保的方式升级为铁燧岩小球。

可以使用本发明的方法有利地干燥的另一种特别优选的矿物是铁铝氧石，其是铝矿石。铁铝氧石通常作为管道中的矿物浆料从矿井运输至附近的地点和铝精炼厂。这种类型的运输需要传统上使用过滤系统实施的随后的脱水步骤，使用高压过滤技术其能够降低所得材料的水含量，该高压过滤技术仅能够降低水分含量至仅仅低于15％，而蒸汽压力过滤仅能够降低水含量至仅仅低于12％。见Campos等，“DeterminationofaSuitableDewateringTechnologyforFiltrationofBauxiteafterPipelineTransport”，LightMetals2008。本发明能够以高效并且环保的方式进一步降低铁铝氧石矿物浆料的水分含量至期望的水分含量。

本发明的矿物浆料可以是包括一种或多种以下矿物成分的矿物浆料：铁矿石、盐、铁铝氧石、磷酸盐、石膏、氧化铝、锰、铝、钾碱、铬、高岭土、磁铁矿、长石、铜、膨润土、锌、重晶石、钛、氟石、硼酸盐、铅、硫磺、珍珠岩、硅藻土、石墨、石棉、镍、锆、锌。在期望从包括具有相应高表面积的小颗粒的矿物浆料去除水分的情况下本发明特别有效。

使用常规技术可以将大块的煤或矿物分离成各种尺寸的成分。使用常规技术可以将大尺寸的煤或矿物片和颗粒分离并脱水。通过多种已知技术的任意一种或多种可以将煤和矿物细粉与在采矿/回收过程中使用的大量的水(当煤或矿物细粉沉降时与它们缔合的、或者从含水的悬浮液过滤出或离心出的过量的水)分离。这些技术包括，但不限于过滤(例如，基于重力的过滤，或者由离心力、压力或真空力辅助的过滤)、沉降、离心等的一种或多种，其可以单独或组合使用。任选地通过第二轮的这种处理可以从煤或矿物细粉和/或细粉浆料去除进一步量的水。

在去除大量水的一个或多个分离步骤之后，然后将潮湿的煤细粉或矿物浆料与粒状干燥介质混合。粒状干燥介质优选地包括集水材料的颗粒或不同类型集水材料的组合，例如，吸收剂或吸附剂的颗粒，以进一步降低与细粉缔合的水量。在一个实施方式中，干燥介质的单个微粒足够大以通过尺寸从浆料的颗粒分离(例如，用适当尺寸的筛子或筛目筛选)。在各种实施方式中，为了促进它们的干燥，将浆料与一种或多种类型的粒状干燥(即，集水)材料混合。粒状干燥材料包括，但不限于，分子筛、水合聚合物颗粒(例如，聚丙烯酸酯或羧甲基纤维素/聚酯颗粒)、或干燥剂(例如，硅酸盐)。

多种集水材料吸附、吸收或与煤细粉或矿物浆料中存在的水反应的速率可受温度的影响。每种类型的集水材料对于速率可以具有不同的最佳温度，在该温度下它们将聚集来自浆料的水。在某些情况下，对于分子筛，加热/升温带有浆料的分子筛，或在将它们与浆料混合之前立即加热/升温分子筛，可以提高水变得与分子筛缔合的速率。在其他的实施方式中，材料例如氧化铝颗粒可以在室温(例如，大约20-25℃)下以适当的速率聚集来自浆料的水。随后通过多种手段可以将含有以前与浆料缔合的水的集水材料从微粒去除。

图1图解了用于干燥浆料的系统100的一个实施方式。系统100包括粒状干燥介质分配单元102、浆料分配单元104、组合单元106和分离器108。分离器108将干燥的微粒和干燥的介质的组合分类成为干燥的煤或矿物110的流以及粒状干燥介质112。

系统100运转以通过将粒状干燥介质与浆料接触从煤或矿物浆料去除水分。如以下所描述，基于它从浆料吸附和/或吸收水的能力选择粒状干燥介质，并且粒状干燥介质特别适于从浆料去除表面水分。通过促进在粒状干燥介质和煤之间的表面积接触，然后将水分转移出煤。基于粒状干燥介质和浆料之间的尺寸差异，可以容易地将来自浆料的颗粒与粒状干燥介质分离。从而，一旦发生分离，煤的水分含量降低。所述的技术消除了对于能量密集的干燥操作的需要并且不产生在基于加热的干燥技术常见的任何载气微粒。

煤或矿物浆料分配单元104将浆料引入到过程中。基于将提取的煤或矿物分类和分离成各种尺寸，产生将要干燥的浆料。可以从已知的分类技术产生浆料，该分类技术使用任意数量的多种技术将浆料分类成越来越小的片，例如使用多个筛子，其中较小尺寸的颗粒下落通过筛子以便分离。总之，因为降低了将被干燥的煤或矿物的粒径，本发明的优势变得更明显。因此，对于具有其中平均粒径是1.5mm或更小的粒径分布的浆料，本发明是特别有利的。受益于本发明的煤或矿物分布另一种合适的措施是28目筛或更小，即，已经排除了其中不适合穿过28筛目筛子的颗粒的微粒。可选地，根据本发明可以有利地干燥其中相当大部分的颗粒是28筛目或更低或1.5mm或更小的浆料。

组合单元106可以是任意数量的可能装置，其用于将粒状干燥介质与浆料组合。组合单元106包括将浆料与粒状干燥介质接触的功能，加上一定程度的搅拌。如以上所指出，粒状干燥介质通过从煤或矿物去除表面水分而运转。本发明人已经发现增加浆料和干燥介质之间的搅拌通过改进煤或矿物与干燥介质之间的表面接触而加速了干燥过程。

因为浆料中的水分主要作为表面水分存在，表面水分的去除有效地降低了浆料的水分含量。基于其吸引表面水分远离煤或矿物表面，从而克服通过例如氢键或其他的吸引力已经结合至在煤或矿物颗粒上的表面点的任何水的能力，选择粒状干燥介质。

在它们已经吸收水之后分离的粒状干燥介质可以有些灰尘并且可以携带少量的煤或矿物微粒。一旦分离，可以将粒状干燥介质传递至干燥器，其中，如果需要的话，它们可以被干燥并且充分地去除水分以允许它们的再使用。因而，在闭合回路系统中可以采用粒状干燥介质，其中它们与浆料混合，并且在去除水/水分(干燥)之后将它们与煤或矿物分离并且穿过干燥器并再使用。

例如，在一个实施方式中，组合单元106可以是圆形管，其具有煤或矿物浆料和粒状干燥介质的组合混合物穿过其的圆形通道。该圆形管可以以特定的速度旋转并且管延伸特定的距离以便浆料和粒状干燥介质接触一定的时间段。通常，粒状干燥介质和浆料之间的接触时间越长，去除的水分越多。增加接触时间的一种方式是将两个或多个组合单元以串联方式连接。如以下进一步的实施方式中所描述的，可以实施另外的反馈以调节组合单元106的运转条件并且从而调节浆料的水分水平。粒状干燥介质和浆料之间的比率可在4份粒状干燥介质珠对1份浆料至1份粒状干燥介质珠对1份浆料之间的范围内，这取决于最终产品的期望的水分含量。

组合单元106的另一个实施方式可以是搅拌装置或其他的平台，其包括振动或旋转以增加浆料和粒状干燥介质之间的表面积接触。只要它们提供促进浆料和粒状干燥介质之间的接触的以上所描述的功能，可以利用组合单元106的另外实例。

混合器的另外的实施方式可以包括内部转子混合器、连续混合器、搅拌器、双臂混合器、行星混合器、带状混合器和桨式混合器。基于干燥剂和浆料浓缩物的多种特性，不同的混合器实施方式提供不同程度的水分去除。多种类型的混合器允许定制用于水分降低的粒状干燥介质和浆料浓缩物的搅拌，以及在继续的流动过程中为了粒状干燥介质的再使用性而进行处理。

分离器108可以是本领域技术人员公认的任何合适的分离装置。使用已知的分离器技术运转分离器108，包括例如在一个实施方式中振动并垂直放置。在一个实施方式中，通过提供粒状干燥介质不会穿过而浆料可以容易地穿过的合适尺寸的孔或开口，运转分离器108。例如，一个实施方式可以包括高频率、低振幅的圆形筛，其用于从粒状干燥介质过滤干燥的矿物。

相对于图2的流程图描述了系统100的运转的一个实施方式。图2的流程图图解了用于干燥浆料的方法的一个实施方式的步骤。方法包括将第一体积的煤与第二体积的粒状干燥介质组合的步骤120。对于图1的系统100，粒状干燥介质从粒状干燥介质分配单元102分配并且浆料从浆料处理单元104分配。

粒状干燥介质分配单元102以预定的速率释放预定体积的粒状干燥介质珠。该珠的体积与浆料的体积成比例。如以上所指出，粒状干燥介质对浆料的比率一般地在4:1至1:1的范围内。单元102和104二者将相应组分分配到组合单元106。一个实施方式可以依靠重力以促进分配，并且可以使用另外的输送或运输方式将组分从分布单元102和104引导至组合单元106。例如，一个实施方式包括输送带以将浆料和/或粒状干燥介质移动到组合单元106。

一旦组合单元106装填有粒状干燥介质和浆料，图2的方法的下一步骤包括基于将粒状干燥介质和浆料接触而干燥浆料。如以上所描述，粒状干燥介质吸附来自浆料中的颗粒的表面水分，通过在组合单元106中搅拌和浆料与干燥介质的接触其被促进。在旋转组件的实施例中，组合单元106可以包括组合的粒状干燥介质和浆料可以穿过其的通道，组件以预定的速度旋转。通道的速度和长度控制其中粒状干燥介质和浆料接触的时间，在分离之后其直接转变成煤或矿物的相应水分水平。

在组合单元106中的浆料和粒状干燥介质的搅拌之后，混合物被传送至分离器108。在一个实施方式中，可以使用输送带或任何其他的移动方式传送混合物至分离器108。在图2的方法中，下一步骤，124，是将粒状干燥介质与浆料分离。使用图1的分离器108实施该步骤。煤110和粒状干燥介质112从分离器分出。在此实施方式中，干燥浆料的方法从分配单元104取出煤，将其与粒状干燥介质组合，通过将水分从煤或矿物表面转移至粒状干燥介质，干燥浆料，接着基于尺寸差异将较大直径粒状干燥介质与较小的浆料颗粒分离。这种干燥方法的留下产品是具有降低的水分含量水平的煤或矿物110和含有提取的水分的粒状干燥介质112。

图3图解了干燥浆料的系统140的另一个实施方式。图3的系统140包括图1的系统100的组分，粒状干燥介质分配单元102、浆料处理单元104、组合单元106、分离器108以及分离的浆料110和粒状干燥介质112——在此实施方式中以珠的形式。系统140进一步包括水分去除系统142和干燥的粒状干燥介质144，以及带有至组合单元106的反馈回路148的水分分析器146。

水分去除系统142是运转以从粒状干燥介质112去除水分的系统。在一个实施方式中，系统142可以是使用微波以干燥筛子的微波系统。微波的使用加热筛子并且引起水分子从其蒸发。用于去除水分的微波信号强度和持续时间基于计算确定并且可以基于粒状干燥介质的体积。例如，粒状干燥介质的体积越大，可能需要干燥的持续时间越长和/或微波的能量越高。以下讨论的图5-6中显示了水分干燥系统的一个特别优选的实施例。

分析器146是水分分析装置，当浆料穿过分析器时其起作用以确定其水分水平。分析器146可以是本领域技术人员公认的任何合适类型的水分分析装置，例如但不限于SabiaInc的产品，其使用与它们的专有算法组合的瞬发γ中子活化(PGNA)元素分析以使用它们的SABIAX1-S样品蒸汽分析器中含有的整合的分析器部件测量带子上煤的移动流的即时水分含量。SABIAInc.也可以提供它们的煤混合软件CoalFusion以进一步自动化水分含量测量过程。

为了简洁起见，相对于图4的流程图描述了系统140的一个实施方式的运转。图4图解了使用粒状干燥介质干燥浆料并且包括用于连续的浆料干燥过程的另外处理操作的一个实施方式的步骤。

在图4的过程中，第一步骤，步骤150将浆料分离成包括煤或矿物细粉的不同尺寸。可以使用已知的分离技术实施此步骤，将煤或矿物细粉与较大的片分离。例如，可以将煤或矿物分离成比四分之一英尺、四分之一英尺至1.5mm以及1.5mm至0更大的类别。在此实施方式中，提供包括28筛目至0的煤或矿物细粉的浆料至滤饼分配单元104。认识到，煤或矿物不限于28筛目至0的尺寸，而可以是任何其他合适的尺寸，包括进一步细化成更小的增量，举例而言，例如1.5mm至28筛目、28筛目至100mm、100mm至200mm、200mm至325mm以及325mm至0。

图4的方法的下一步骤是，步骤152，将第一体积的浆料和第二体积的粒状干燥介质放置在组合单元中，步骤154，搅拌组合单元，以及步骤156，将浆料与粒状干燥介质分离。这些步骤可以类似于图2的步骤120、122和124。

如在图3的系统140中所图解的，分离器108将粒状干燥介质与煤分离，使得可以分别进一步处理分离的组分。方法的步骤158包括使用分析器146测量浆料的水分含量。

在此实施方式中进一步图解的，系统140是连续的流动系统以便在正常运转中，图4的方法同时回至步骤152以将浆料和粒状干燥介质连续地放置到组合单元。

在干燥浆料中，没有必要完全地去除所有水分，而是干燥寻求达到水分含量的目标范围。然后将此水分含量转变成每重量例如吨数煤或矿物的总水分含量。例如，基于水分含量的煤的销售，此实施方式允许基于准确测量水分含量改良用于煤的煤干燥过程。进一步注意到，不同类型的煤具有不同的干燥特性，其中不同类型的煤通常基于其中煤从土提取的区域和位置变化，因此当为了使用粒状干燥介质进行干燥操作确定所需的水分含量范围时需要考虑煤自身具体特性。

在一个实施方式中，在形成浆料与粒状干燥材料的混合物的步骤之后，组合物中至少25％的水(按重量计)与集水材料缔合。在其他的实施方式中，与集水材料缔合的按重量计水的量是至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％或至少90％。

步骤160是确定是否水分含量是高于或低于预定的水分水平的决策步骤。举例而言并且不意欲是限制性的值，组合单元106可以在标准差范围内寻求9.5％的水分水平。例如，在干燥的煤或矿物中的水分的最终水平可以在7.6％和11.4％之间，优选地在8.5％和10.5％之间，最优选地大约9.5％。如果水分水平高于或低于该值，步骤162将调节搅拌，回复过程回到步骤154。步骤162表示一种用于调节水分水平的可能的实施方式，其中系统140是连续的流动系统，使得反馈回路148将调节组合单元106用于当前浆料干燥操作，而不是干燥已经经过分离器108的煤。

在一些实施方式中，可能期望的是降低浆料的水分含量至基本上0或尽实际可能地接近0。在这些情况下，期望的是终产品包括按重量计大约5％的水分或更少，优选地按重量计大约2.5％水分或更少，更优选地按重量计1％的水分或更少，并且最优选地按重量计0.5％的水分或更少。

在一个实施方式中，组合单元106可以是旋转单元，其包括控制旋转速度的致动器。基于反馈回路148，这可以增加或降低速度。例如，如果水分水平低于期望的百分率，这暗示去除了太多的水分并且因此浆料和粒状干燥介质之间的接触量太长，使得旋转速度增加。相反地，如果水分水平太高，这可暗示需要减缓组合单元10以增加表面接触时间的量。

与通过分析器146的水分水平测量同时发生，图4的方法包括将干燥的煤或矿物与其他较大的片组合，步骤164。如以上所描述，将煤或矿物从其他较大的片中分离出。可以使用其他可用的成本较小的手段干燥这些其他较大的煤或矿物片，举例而言，例如离心机。由于多种原因，处理相对于浆料较大的煤或矿物片的多种干燥技术的应用存在复杂性，因此分别地分离并干燥浆料。在步骤164中，将它们重新组合用于销售。

在图4的方法中，另一个步骤，步骤166，是从粒状干燥介质中去除水分。如图3中所图解，这可以使用水分去除系统142完成。当去除水分时，这产生干燥的粒状干燥介质144，其然后可以被添加回到筛子分配单元102。这允许再使用粒状干燥介质，用于连续的干燥操作。

对于反馈回路148，认识到可以利用其他修改并且反馈并不明确地限于组合单元106。例如，在一个实施方式中粒状干燥介质分配单元可包括流量调节器，其调节释放到组合单元106的粒状干燥介质的体积。可以调节粒状干燥介质的体积调节以改变浆料的水分水平，例如，如果存在较多的粒状干燥介质，它可以提供用于降低更多的水分并且反之亦然。在另一个实施方式中，反馈回路可以提供用于调节来自浆料分布装置104的浆料的分配速率。

从而，多种实施方式提供用于干燥浆料的方法和系统。干燥利用粒状干燥介质。由于在这些筛子中的开口之间穿过和穿过这些筛子中的开口的分子的性质，粒状干燥介质的在前使用主要涉及气体和液体应用，并且因此不适用于固体，例如不适用于煤或矿物。此外，由于用于建造这些干燥系统的基础设施成本，连同已知的目前允许的环境危害，以及与尝试新技术相关联的成本，用于干燥浆料的现有技术主要集中于传统技术。因此除了不能将粒状干燥介质应用于固体，浆料处理技术关于成本和逻辑关注包括对于新技术的固有抵触。如以上所描述，方法和系统克服了新技术形式中应用粒状干燥介质干燥浆料的缺点。

图1至4是允许用于解释本发明的概念图解。显著地，以上的图和实例不意欲将本发明的范围限于单个实施方式，因为通过交换一些或所有的所描述的或图解的组分的方式其他实施方式是可能的。此外，在使用已知的成分可以部分地或全部地实施本发明的某些组分的情况，仅描述了对于理解本发明所必要的这些已知成分的那些部分，并且省略了这些已知成分的其他部分的详细描述以便不使本发明模糊。在本说明书中，显示单独成分的实施方式不应当必要地限于包括多个相同成分的其他实施方式，反之亦然，除非另有明确说明。此外，申请人不意欲将说明书或权利要求中的任何术语归于不常见的或特殊的含义，除非像这样明确地阐述。进一步地，本发明对于本文通过说明的方式引用的已知成分包括现有的或未来的已知等价物。

I.用粒状干燥介质连续干燥煤或矿物浆料

根据本发明，图5-7图解了浆料干燥过程的优选实例的流程。全部过程利用粒状干燥材料的再循环回路，由此连续地供应浆料穿过过程并且将其与粒状干燥材料的再循环回路接触。已经发现，使用活性氧化铝的微粒，此连续的流程对于从浆料去除水分是特别期望的。

图5显示了使用粒状干燥材料用于干燥浆料的闭合回路过程的第一部分。浆料在流506中进入过程。进入过程的浆料一般地具有将从本发明的干燥过程受益的粒径分布和水分含量。例如，将在点506具有低于28筛目的尺寸并且大于20％的水分含量的浆料供应到过程。进入过程的浆料与在连续的过程中存在在流507中的粒状干燥介质混合和/或搅拌，其在干燥之后返回，如图7中所示的流716所示。流506和507在桨式混合器501中组合，其连续地搅拌浆料和粒状干燥介质的混合物。如果期望，可以以一系列的桨式混合器安装另外的桨式混合器，例如图5中显示的第二桨式混合器502和第三桨式混合器503。

当使用如图5中显示的一系列混合器时，连续的混合器优选地与混合器旁路(例如，触发门)连接以便可以引导浆料和粒状干燥介质穿过一个、两个、三个或更多个混合器，以根据需要调整浆料和粒状干燥介质之间接触时间。在进入过程的浆料具有高水含量或带有相应大表面积的细小材料的情况，可能期望的是使用最大量的混合器以便增加接触时间。在进入的浆料开始是相对干的和/或是带有较低表面积的较粗级别的情况，可能期望的是引导浆料和干燥介质仅穿过混合器的一个。调整所利用的混合器的数量的能力增加了过程的灵活水平，其在某些情况下可能是必要的或期望的。如以上所讨论的，通过控制搅拌速率，可以达到浆料和粒状干燥介质之间有效接触时间的另外调整。

在混合之后，使用分离器504将干燥的浆料和潮湿的粒状干燥介质分离。分离器504可以包括一个或多个筛子。如图5中所示，使用第一筛目将过大的煤或矿物从珠或细小的煤或矿物去除。将干燥的细小煤或矿物与潮湿的粒状干燥介质分离，其被引导至流510中的干燥器。在流508中可以将干燥的过大的煤或矿物和细小的煤或矿物重新组合并且将其引导至干净的煤或矿物分离单元505，从而在流511中去除小珠并且在流509中去除根据本发明方法干燥的煤或矿物。

如图5和7中所示将潮湿的粒状干燥介质从分离器504引导至流510中连续的干燥单元(珠再生单元702)。优选的再生单元迫使热空气经过潮湿的粒状干燥材料以蒸发并降低水分。图6中显示了优选的珠再生单元的实例。此设备改自通常用于细粒和处理的干燥器。该干燥器允许粒状干燥介质缓慢地向下穿过通常垂直定向的一系列热交换器板。加热是间接的。加热流体(例如，热水、蒸汽、或废热流)流动穿过热交换器板，同时空气的横流从粒状干燥介质去除水分。可以精确地控制再生珠的水分含量。当其穿过粒状干燥材料时，横流空气的温度不会降低。通过避免温度下降，用于干燥珠的空气不容易变湿。因此，横流空气能够吸收大量的水分。加热的流体可以是来自附近过程的废流。

粒状干燥介质进入流510中的干燥单元，如图7中所示。通过向下的斜槽将粒状干燥介质供应至潮湿珠缓冲仓701。使用圆柱形供料器(centrifeeder)702将材料从缓冲仓供应到珠再生单元703。当将潮湿的粒状干燥材料供应穿过再生单元703时，材料被干燥。将加热的流体流712引导穿过珠再生单元703的热交换器板(未显示)并且以流713离开。将来自鼓风机710的干燥空气引导穿过珠再生单元并且以流711离开。干燥空气从潮湿的粒状干燥介质去除水分。通过冷却部分，珠离开再生单元703，使用在流715中离开再生单元703的冷却流体的流714冷却该冷却部分。然后通过向下的斜槽将珠供应穿过圆筒形进料器706到干料仓707。如图5和7中所示，然后将干燥的粒状干燥介质装载到缓冲料斗708，然后到重力传输器(densiveyor)709，并且在流507中供应回到过程的开始。

如图8中所示，根据本发明的连续过程相对于热干燥大幅地降低干燥细小煤或矿物浆料的相对成本。最显著的效率来自相对于常规的热干燥过程干燥潮湿的浆料所需的燃料和电力的量减小。如显示的，使用本发明的连续过程干燥细小煤或矿物浆料的总成本估计低于使用热的干燥器的成本的35％。另外地，如图9中所示，本连续过程比热干燥器的使用极大地更清洁。如以上所提及，特殊物质的降低，其包括雾化煤粉尘，是相比于热干燥过程的显著改进。进一步地，燃烧副产品例如CO、NOx、SO₂和挥发性物质的降低相对于热干燥是显著的。

本连续过程也优于用于去除水分的传统技术例如沉降过滤机(screenbowl)或Centribaric^TM系统。具体地，本过程允许降低水分至低于10％，不管产品进料中的细小煤材料(小于325筛目)的量如何。例如，当细小煤的水平低于10％时沉降过滤机仅能够达到低于10％的水分含量，然而本发明将降低完全由细小煤(小于325筛目)组成的煤进料的水分含量至低于10％。

如图10中所示，本发明提供用于降低细小煤的水分含量的可预测和可控制的方法。使用本发明的过程，煤水分从21.4％的平均值降低至8.74％的平均值。图10中的数据显示，即使进入煤的水分是变化的，最终产品中的水分水平是一致的。

II.粒状干燥介质

已经发现几种类型的粒状干燥介质对于干燥浆料是有效的。如以上所指出，优选的粒状干燥介质可以吸收显著量的水(例如，高达其本身重量的28％)，能够承受微粒浆料几个循环的搅拌，容易与包括煤或矿物细粉的干燥的煤或矿物分离，具有大容量以从煤或矿物微粒表面去除水，并且可以再生而不需要过多的能量。根据本发明的优选粒状介质是沸石和干燥剂，优选地包括活性氧化铝。当与用于干燥潮湿的煤细粉或矿物浆料的常规过程相比时，当与优选的粒状干燥介质使用时本过程将提供一个或多个期望的好处，例如降低时间、能量、成本和/或不利的环境影响中的一个或多个。此外，此公开的实施方式可以显著降低通过鼓风机的煤细粉的雾化，其可能造成健康、火灾和爆炸的危险。

虽然本文所述的实施方式不需要干燥和再使用粒状干燥介质，期望的是，再使用粒状干燥介质一次或多次。本文所述的实施方式从而采用干燥并再使用集水材料例如吸收剂和吸附剂。在其他的实施方式中可以丢弃所有或一部分集水材料，例如，当吸收剂降级并且不能与煤细粉或矿物有效地分离时。在一个实施方式中，通过筛选或筛分分离集水材料的颗粒以去除降级的颗粒，其可能比煤细粉或矿物的颗粒更大，但比用于处理浆料细粉所期望的更小。在其他的实施方式中，用于从煤或矿物浆料细粉去除水分所采用的一些或所有的吸收剂材料可以是生物可降解的。集水材料也可以与水结合，引起水与材料缔合而不是煤或矿物细粉。

当在煤或矿物浆料水分降低的连续过程中利用时本发明的粒状干燥介质期望地导致低消磨率。

A.分子筛

分子筛是用作气体和液体吸附剂的含有精确而均匀尺寸(孔尺寸通常从大约3至大约10埃)的孔的材料。不希望受到任何理论的束缚，一般地吸附足够小以穿过孔的分子而较大的分子不能进入孔。分子筛不同于普通的过滤，因为它们在分子水平操作。例如，水分子可能不够小以穿过而气体中的较小的分子穿过。因为此，它们通常用作干燥剂。一些分子筛可以吸附高达它们的干重22％的水。分子筛通常包括硅铝酸盐矿物、粘土、多孔玻璃、微孔木炭、沸石、活性炭(活性木炭或活性炭)或合成化合物，其具有小分子例如氮气和水可以通过或进入其中扩散的开口结构。在一些实施方式中，分子筛是硅铝酸盐矿物(例如，红柱石、蓝晶石、硅线石或莫来石)。在其他的实施方式中，分子筛包括大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％或更大(基于重量)的硅铝酸盐矿物。在一些实施方式中，包括其中分子筛包括硅铝酸盐矿物的那些实施方式，分子筛的颗粒可以含有其他矿物、锆或钛的这种氧化物以提高性能例如强度和耐磨性(例如，锆增韧的铝硅酸盐或氧化铝-钛酸-莫来石组合物)。在一些实施方式中，分子筛是3埃分子筛(例如，来自DeltaEnterprises,Roselle,Illinois，2.5-4.5mm珠尺寸和14lb抗碎强度的MS3A4825分子筛)或4埃分子筛(例如，来自DeltaEnterprises,Roselle,Illinois，2.5-4.5mm珠尺寸和18lb抗碎强度的MS4A4810分子筛)。

可以单独或组合采用多种分子筛以从煤或矿物浆料细粉去除水或水分。在一个实施方式中，分子筛可以选自硅铝酸盐矿物、粘土、多孔玻璃、微孔木炭、沸石、活性炭或合成化合物，其具有小分子例如氮气和水可以穿过或进入其扩散的开口结构。在其他的实施方式中，分子筛可以选自硅铝酸盐矿物、粘土、多孔玻璃或沸石。

有利地可以采用这样的分子筛，该分子筛带有足够大的孔以吸收水分子，但足够小以防止任何煤或矿物浆料细粉进入筛颗粒。硬化的分子筛或多个分子筛或者带有特别硬的壳的那些在本文所述的方法中是有用的，因为这种分子筛不容易磨损并且在去除水分之后可以再使用。

在一些实施方式中，分子筛颗粒直径大于1、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25或2.5mm并且小于大约5mm或10mm。在其他的实施方式中，分子筛颗粒直径大于大约12、14、16、18、20、22、24或26mm并且直径小于大约28、30或32。当与具有过量水分的浆料细粉混合时，分子筛快速地从浆料细粉吸收水分。当筛比浆料细粉大时(例如，直径超过1毫米)，筛和浆料细粉的混合物可以轻轻地在细小的筛目网格上弹起，其中干燥的浆料细粉可以与分子筛分离。在它们已经吸收水之后，分离的分子筛可以是有点粉尘的并且可以携带有小量的浆料细粉。一旦分离，可将分子筛传送到加热器，其中它们可以被干燥并且充分地去除水分，如果需要允许它们再使用。因而，可以在闭合回路系统中采用分子筛，其中它们与浆料细粉混合，并且在去除水/水分(干燥)之后，将它们与浆料细粉分离并且穿过加热器并再使用。在干燥筛子期间需要的是最小的搅拌。

B.可水合聚合材料

可水合聚合材料或组合物包括一种或多种可水合聚合物，其可以被采用以降低浆料细粉的水分含量(例如，聚丙烯酸酯或羧甲基纤维素/聚酯颗粒/珠)。

在一个实施方式中，可水合聚合材料是聚丙烯酸酯(例如，聚丙烯酸的钠盐)。聚丙烯酸酯聚合物是超级吸收剂，由于它们吸收高达它们重量的400％的水的能力，其在多种商业产品中例如婴儿尿布中被采用。聚丙烯酸酯可以作为半透明凝胶或雪白微粒形式购买。合适量的足够从浆料细粉吸附期望量的水的聚丙烯酸聚合物(聚丙烯酸酯)可以与细粉混合以快速干燥浆料。膨胀成颗粒或“球”的聚丙烯酸酯可以在合适尺寸的过滤器或筛上与浆料细粉分离。颗粒或“球”可被丢弃或者通过使用任何合适的方法(直接加热、通过暴露于微波能量加热等等)干燥而再循环。

可水合聚合物——包括聚丙烯酸酯聚合物——的性质，可以根据采用来干燥浆料细粉的过程的细节变化。本领域的技术人员将认识到，通过可水合聚合物的制备中采用的交联的类型和范围将性质(凝胶强度、吸收水的能力、生物降解性等等)控制到最大程度。本领域的技术人员也将认识到，可期望将交联度与用于干燥浆料细粉的过程的机械力度以及次数匹配——如果有的话，颗粒意欲在浆料细粉的干燥批次中再使用。通常地，更交联聚合物的使用——其通常机械上更稳定/坚硬——将允许它们在更机械有力的过程中使用以及允许颗粒潜在再使用。

在另一个实施方式中，所采用的可水合聚合物组合物是羧甲基纤维素(CMC)和聚酯的组合(例如，从TexasTerraCeramicSupply,MountVernon,TX可获得的CMC胶)。这些组合物，或其他的超吸附可水合聚合物质可以以与以上所描述的用于分子筛或聚丙烯酸酯聚合物组合物的相同的方式用于从浆料细粉去除水。

C.干燥剂

在其他的实施方式中，干燥剂用作集水材料以干燥浆料细粉。可以采用多种脱水剂(干燥剂)以降低浆料细粉的水分含量，包括，但不限于，二氧化硅、氧化铝、和硫酸钙(Drierite,W.A.HammondDrieriteColLtdXenia,OH)以及类似材料。干燥剂，像以上所述的组合物可以用于以与以上所述的用于分子筛或聚丙烯酸酯聚合物组合物相同的方式从浆料细粉去除水。

在一些实施方式中，干燥剂材料包括活性氧化铝，一种有效吸收水的材料。不希望受到任何理论的束缚，作为干燥剂的活性氧化铝的效率基于活性氧化铝的大的和高度亲水的表面积(在200m²/g的数量级上)以及水对于活性氧化铝表面的吸引力(结合)。考虑具有高表面积、亲水性的其他材料，例如，具有亲水性表面并且表面积大于50m²/g、100m²/g或150m²/g的材料。在一些实施方式中，干燥剂包括大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％或更多(基于重量)的氧化铝。

D.活性氧化铝

活性氧化铝是非常硬的持久耐用的陶瓷，其能够承受相当大的磨蚀和磨损，然而，可以通过将其他材料引入到包括氧化铝的集水材料的颗粒中提高活性氧化铝的耐磨性和机械性能。在一些实施方式中，包括氧化铝的干燥剂可以含有大约0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％或更多的其他矿物、锆或钛的这些氧化物，以提高性能例如强度和耐磨性(例如，氧化锆氧化铝或氧化锆增韧的氧化铝ZTA)。

已经发现，活性氧化铝提供相对于使用分子筛的优势。活性氧化铝的表面是羟基化的，其强烈地吸引水至其表面并且通过氢键与水缔合。这相对于在在先共同未决的美国专利申请序列号12/924,570中讨论的分子筛提供了某些优势，该专利申请描述了使用多种干燥剂，包括分子筛，处理煤细粉。

活性氧化铝由氢氧化铝通过以生产高度多孔材料的方式将其脱水而制成；此材料可以具有显著地超过200平方米/克的表面积。它是由氧化铝(氧化铝；Al2O3)制成。它具有非常高的表面积与重量比。活性氧化铝的多孔性展示了贯穿颗粒的管道状结构，其允许吸收大量水分至多孔表面。

有利地可以采用这样的活性氧化铝，其带有足够大以吸引水分子但又足够小以防止来自浆料的任何细粉进入颗粒的孔。如以下所描述，硬化的活性氧化铝也提供不容易破碎并且一旦吸收的水被去除容易再使用的好处。在另一个实施方式中，活性氧化铝可包括用于使用磁力——如果应用的话——将煤矿物浆料分离的磁性性能。可选地，以其天然无磁性状态提供活性氧化铝而矿物浆料的矿石本身是磁性的。在这种情况下，使用矿石相对于活性氧化铝的磁引力可以将干燥的矿石与潮湿的活性氧化铝分离。使用这些相同的原理，可以将不具有磁性性能的其他粒状干燥介质与具有磁性性能的矿物浆料分离。

如以下进一步地详细描述，可以单独或组合采用多种活性氧化铝以从浆料去除水或水分。如以下所描述，硬化的粒状干燥介质也提供不容易破碎并且一旦吸收的水被去除容易再使用的好处。

在一些实施方式中，活性氧化铝颗粒，以珠的形式，直径大于1、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25或2.5mm并且小于大约5mm或10mm。当与具有过量水分的潮湿浆料混合时，活性氧化铝快速地从浆料吸收水分。因为颗粒比浆料更大(例如，直径超过1毫米)，基于尺寸可以容易地将活性氧化铝和浆料的混合物分离。

根据本发明用作粒状干燥介质的特别期望的活性氧化铝颗粒是球形的活性氧化铝球。活性氧化铝颗粒优选地具有均匀的尺寸和球形，其使得这些颗粒与浆料的随后分离特别有效。氧化铝颗粒的直径优选地在大约0.1mm至10mm直径的范围内，优选地大约2.0mm至大约4.7mm，更优选地在大约3.0和大约3.4mm之间，并且最优选地大约3.2mm。活性氧化铝也优选地具有高抗碎强度，其允许较低的磨损和较长的使用。例如，抗碎强度大于25lbf，更优选地大约30lbf，并且最优选地35lbf或更大。活性氧化铝优选地具有大表面积，其优选地大于340m²/g并且最优选地大约350m²/g。一般地，孔体积为大约0.5cc/g，堆积密度为48lbs/ft³(769kg/m³)，抗碎强度为30lbs(14kg)并且磨耗优选地小于0.1wt％。

E.粒状干燥材料的大小

如以上所描述，在用于从潮湿的(湿润的)浆料细粉去除水的系统中可以采用多种集水材料。这种集水材料包括吸收水的那些，以及与水结合或反应的那些。通常地，集水材料将是颗粒的形式，其可以是适合用于与潮湿的(或湿润的)浆料细粉形成混合物并且能够被恢复的任何形状。这种颗粒在形状上可以是不规则的，或者具有规则的形状。在颗粒在形状上不规则的情况，它们实际上可以是任何形状。在一个实施方式中，可以采用大致或基本上是球状的或者大致或基本上是扁圆的或扁长的颗粒。除了正多边形例如二十面体颗粒、立方体颗粒等等，合适的颗粒形状也包括圆柱形或圆锥形颗粒。在使用和再使用颗粒期间，其可能变得磨损，改变它们的形状。

本文所述的在从浆料细粉去除水(例如，降低水分含量)的方法和系统中使用的颗粒可以是多种尺寸。在一个实施方式中，在集水材料是颗粒的形式的情况，颗粒具有的平均尺寸比浆料细粉的平均尺寸大至少：2、3、4、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25或30倍，其通常在100至800微米的范围内。在一个实施方式中，尺寸的不同基于颗粒和浆料细粉的最大尺寸的平均尺寸的不同。

集水材料的颗粒，包括球状或基本上球状的那些，可以具有以下平均直径(或最大尺寸)：至少1、至少1.25、至少1.5、至少1.75、至少2.0、至少2.25、至少2.5mm或至少4mm，其中平均直径(或最大尺寸)小于大约5mm、7.5mm、10mm或15mm。在另一个实施方式中，系统可以采用平均直径(或最大尺寸)大于大约4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或26mm并且小于大约28、30或32mm的颗粒。

在颗粒具有不规则形状或不是球状或基本上球状的实施方式中，它们可具有以下最大尺寸：至少1、至少1.25、至少1.5、至少1.75、至少2.0、至少2.25、至少2.5mm或至少4mm，并且小于大约5mm、7.5mm、10mm或15mm。在另一个实施方式中，本文所述的方法和系统可以采用不规则的或非球状的颗粒，其具有以下最大尺寸：大于大约4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或26之一并且小于大约28、30或32mm之一。

在一个实施方式中，集水材料是干燥剂，例如活性氧化铝干燥剂，它们以多种形式制造。在一些实施方式中，用于集水材料的干燥剂颗粒，其可以是球状的或基本上球状的，直径大于大约1、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25或2.5mm并且直径小于大约5mm或10mm。在其他的实施方式中，干燥剂颗粒具有大于大约4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或26mm并且小于大约28、30或32mm的平均直径或最大尺寸。在一组实施方式中，干燥剂颗粒是直径(例如，平均直径)在那些尺寸范围的球(或基本上球状的)。在其他的实施方式中，干燥剂颗粒是直径尺寸高达或大约6mm的球(或基本上球状的)。在其他的实施方式中，干燥剂是由氧化铝构成的球状或基本上球状的颗粒，其具有选自以下范围的尺寸：大约2mm至大约4mm、大约4mm至大约8mm、大约8mm至大约16mm、大约16mm至大约32mm、大约5mm至大约10mm、大约8mm至大约20mm以及大约16mm至大约26mm。在仍然其他的实施方式中，集水材料是球状的或基本上球状的氧化铝颗粒，其具有大约4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30或32mm的平均直径。

F.通过尺寸和/或磁性装置分离

通过任何合适的技术，包括过滤、筛选或筛分、或使用气流携带浆料细粉远离较大的和/或较重的颗粒集水材料，可以将集水材料与浆料细粉分离。

所有类型集水材料(例如，分子筛、干燥剂或可水合聚合物)的分离也可以使用磁性分离设备完成，其中集水材料包括能够或易于被磁铁吸引的材料。使集水材料能够被磁铁吸引的材料包括磁性材料和铁磁性材料(例如，铁、钢、或钕-铁-硼)。集水材料仅需要包括充足的磁性材料以允许它们与浆料细粉分离。允许集水颗粒与浆料细粉分离的所采用的磁性材料的量取决于磁铁强度、粒径以及颗粒从其收集的浆料细粉床的深度等而变化。磁性材料的量基于干重可以大于集水材料总重量的大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％。在一些实施方式中，磁性材料将是铁或含有材料例如钢的铁。

不管用于使磁性集水材料易于进行磁性收集所采用的磁性材料如何，可将磁性材料作为集水材料内的固体核或分散的颗粒或层排列在集水材料中。在采用所采用的分散颗粒的情况，它们可以在整个集水材料中均匀地扩散。在一个实施方式中，磁性材料包括含有铁的颗粒，其在形成将被烧制成陶瓷型材料的小球之前与集水材料例如氧化铝或莫来石混合。在仍其他的实施方式中，集水材料可以含有使颗粒易于被磁铁(例如铁或钢)吸引的材料层。可以用作集水材料的磁性氧化铝颗粒的实例可见于授予Pollock的名称为Iron-containingrefractoryballsforretortingoilshale的美国专利号4,438,161。

实施例1

将带有按重量计30％的水分含量的煤或矿物浆料细粉(15g)与具有3埃孔尺寸的分子筛(15g，来自DeltaEnterprises,Inc.,Roselle,Illinois的分公司DeltAbusorbents的产品MS3A48252.5-4.5mm珠尺寸)混合大约60分钟，从而干燥浆料细粉至按重量计<5％的水分。在通过筛分将浆料细粉与分子筛分离之后，称量分子筛并将其在100℃烘箱中干燥。周期性地称量浆料细粉以确定从浆料去除吸收的水必要的时间长度。为第一批次的浆料绘制数据。使用相同的分子筛从第二批次至第六批次的浆料细粉，重复该过程。图11中的图表显示了在干燥第一至第六批的煤细粉之后整个干燥过程的分子筛的重量测量。图11证明了可以有效地再使用分子筛。

实施例2

将带有按重量计30％的水分含量的煤或矿物浆料细粉(15g)与聚丙烯酸酯聚合物(0.5gOnlineScienceMall，Birmingham，Alabama)混合大约1分钟，从而干燥浆料细粉至按重量计<5％的水分。在轻轻地筛分混合物将浆料细粉与聚合物分离之后，在干燥之后回收分子丙烯酸酯聚合物颗粒以再使用。

实施例3

将带有按重量计21％的水分含量的煤或矿物浆料细粉(100g)与活性氧化铝珠(6mm直径，AGMContainerControl，Inc,Tucson,AZ)混合大约10分钟，从而干燥浆料细粉至按重量计大约7％的水分。在轻轻地筛分混合物将浆料细粉与聚合物分离之后，在干燥之后回收活性氧化铝珠以再使用。

具体实施方式的前面描述如此充分地显示了本发明的一般性质，以至于其他人通过应用相关领域(一个或多个)内的知识(包括所引用的以及通过参考并入的文件的内容)容易地修改和/或使其适合用于这种具体实施方的多种应用，无需过量的实验，而不脱离本发明的一般概念。基于本文呈现的教导和指导，这种适应和修改因此意欲在公开的实施方式的等价物的含义和范围内。

Claims

1.一种用于降低煤或矿物浆料的水分含量的方法，其包括：

(a)将所述浆料与粒状干燥介质接触；

(b)将水分从所述浆料转移至所述粒状干燥介质以产生干燥产品和潮湿的粒状干燥介质，所述干燥产品具有降低的水分含量；

(c)通过粒径的不同，将所述潮湿的粒状干燥介质与所述干燥产品分离；

(d)通过将所述潮湿的粒状干燥介质垂直地通过热交换器板，同时暴露所述潮湿的粒状干燥介质至空气横流，从所述潮湿的粒状干燥介质去除水分，以产生干燥的粒状干燥介质；和

(e)再循环至少一部分所述干燥的粒状干燥介质至步骤(a)。

2.权利要求1所述的方法，其中控制所述热交换器板的温度以防止所述空气横流中的温度下降。

3.权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)之前所述浆料已经进行尺寸分离步骤。

4.权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)之前所述浆料已经进行水分降低步骤。

5.权利要求1所述的方法，其中使用筛网进行步骤(c)。

6.权利要求1所述的方法，其中所述粒状干燥介质是球状的并且具有在大约2.0mm至大约4.7mm范围内的平均粒径。

7.权利要求1所述的方法，其中所述粒状干燥介质是球状的并且具有大约3.2mm的平均粒径。

8.权利要求1所述的方法，其中所述粒状干燥介质具有超过25lbs的抗碎强度。

9.权利要求1所述的方法，其中所述粒状干燥介质具有大于或等于340m²/g的表面积。

10.权利要求1所述的方法，其中所述粒状干燥介质是活性氧化铝。

11.权利要求1所述的方法，其中所述粒状干燥介质是活性氧化铝，其具有在大约2.0mm至大约4.7mm范围内的平均粒径、超过25lbs的抗碎强度以及大于或等于340m²/g的表面积。

12.权利要求1所述的方法，其中所述浆料具有大于50％的小于28筛目的颗粒。

13.权利要求1所述的方法，其中所述浆料具有大于80％的小于28筛目的颗粒。

14.权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)之后所述浆料的水分含量是按重量计大于20％，并且所述干燥产品的水分含量是按重量计小于10％。

15.权利要求1所述的方法，其中所述浆料是矿物浆料。

16.权利要求15所述的方法，其中所述矿物包括铁矿石。

17.权利要求1所述的方法，其中浆料是煤浆料。

18.权利要求17所述的方法，其中所述煤具有28筛目或更小的粒径。

19.一种用于降低煤水分的系统，其包括：

(a)组合单元，其用于将第一体积的煤与第二体积的粒状干燥介质接触以将水分从所述煤转移至所述粒状干燥介质；

(b)分离单元，其用于根据粒径的不同将所述粒状干燥材料与所述煤分离；

(c)再生单元，其用于从所述粒状干燥介质去除水分，所述再生单元包括热交换和横流空气。

20.权利要求19所述的系统，其中所述再生单元通过使潮湿粒状干燥介质垂直地穿过热交换器板，同时将所述潮湿粒状干燥介质暴露于空气横流，从所述潮湿粒状干燥介质去除水分，以产生干燥的粒状干燥介质。

21.权利要求19所述的系统，其中控制所述热交换器板的温度以防止空气横流中的温度下降。

22.权利要求19所述的系统，其中所述组合单元包括至少一个混合器。

23.权利要求22所述的系统，其中所述混合器的至少一个是桨式混合器。

24.权利要求19所述的系统，其中所述组合单元包括至少两个混合器和旁路单元。

25.权利要求22所述的系统，其中所述旁路单元包括触发门。