CN106471091A - 用于粉尘控制的组合物和改进的材料处理 - Google Patents

Abstract

本发明提供了甘油和聚乙酸乙烯酯乳液的共混物的方法和组合物，所述共混物有效地减小颗粒材料例如矿物肥料的粉尘形成倾向。这些共混物还减小矿物肥料的结块倾向，有助于保持自由流动的材料。基于这些组分的制剂(可能包含其他添加剂)也可用于其他颗粒材料(包括肥料、矿石、煤、谷物等)的粉尘控制和/或防结块。

Description

用于粉尘控制的组合物和改进的材料处理

背景技术

本发明一般地涉及可用于抑制从颗粒材料释放粉尘和防止颗粒材料结块的一种或更多种方法、物质组合物和/或装置。

颗粒材料倾向于含有细粉或易碎并形成细粉，并且这些细粉可以是粉尘释放物质。另外，由于许多因素，包括暴露于潮湿环境中的湿气，这些材料倾向于硬化并形成大的团聚块，特别是在长期储存期间。这些硬化块通常被称为块状物。一些块状物形成物变得非常坚硬且难以分离，使得颗粒材料非常难以输送，并且在其需要施加和使用时非常难以破裂。

此外，用于处理、输送和应用颗粒材料的方法的经济化和自动化需要其处于可自由流动的形式。例如，在清空含有大量颗粒材料的储存容器时，由于颗粒材料倾向于结块，所以操作费用和潜在危险增加。必须通过昂贵且笨重的机械辅助装置使颗粒材料块状物分解以将其清空或装载。此外，在颗粒材料的商业使用期间，由于结块的程度，任何将团聚或结块的颗粒材料与其他物质一起配料或混合的步骤可能是困难的。

因此，用于减少结块和从颗粒材料释放粉尘的新的改进方法和/或组合物和/或装置具有持续的需求和明确的效用。本节中描述的技术并不意在构成对本文提及的任何专利、出版物或其他信息是本发明的“现有技术”的承认，除非特别地如此指明。此外，本节不应理解为意味着已进行了检索或不存在37CFR§1.56(a)中所限定的其他有关信息。

发明内容

为了满足上述长期存在但未解决的需求，本发明的至少一个实施方案涉及抑制从颗粒材料堆释放粉尘的方法。所述方法包括向所述堆的暴露表面施加包含PVA和甘油的组合物的步骤，所述PVA和所述甘油之比为90:10至10:90和/或100:1至1:100。所述组合物还可以包含水，但不会将显著量的水递送到所述堆。颗粒材料可以排除低阶煤(low-rankedcoal)，和/或可以排除煤。组合物可以排除VAE、粗甘油和/或甘油的聚合物衍生物。

颗粒材料是通过肥料处理工艺流程处理的肥料。肥料处理工艺流程可以被构造和布置为使得若不存在所述组合物，颗粒材料将形成选自以下中的一项：鼠洞(rathole)、拱形物(arch)、夹点(pinch point)及其任意组合。肥料处理工艺流程可以被构造和布置为使得若不存在所述组合物，颗粒材料将会结块。肥料处理工艺流程可以被构造和布置为使得若不存在所述组合物，颗粒材料将会结块但不会形成选自以下中的一项：鼠洞、拱形物、夹点、及其任意组合。

本文描述了另外的特征和优点，并且将由以下具体实施方式而显而易见。

附图说明

下文中具体参照附图对具体实施方式进行描述，其中：

图1A是不存在本发明组合物的颗粒材料中存在起尘的图示。

图1B是用本发明组合物处理的颗粒材料中起尘和结块问题解决的图示。

图1C是不存在本发明组合物的颗粒材料中存在结块的图示。

出于本公开内容的目的，除非另有说明，否则附图中相同的附图标记是指相同的特征。附图仅是本发明原理的例示，并且不旨在将本发明限制于所示的特定实施方案。

具体实施方式

提供以下定义以确定在本申请中使用的术语，以及特别是权利要求如何解读。定义的组织仅仅是为了方便，并且不旨在将任何定义限制于任何特定的类别。

“成拱(Arching)”意指通过颗粒材料处理过程的一部分由已团聚成拱形物形式的颗粒材料形成的颗粒材料流动的阻塞，成拱可以是内聚的(由颗粒与颗粒的结合形成)、互锁的(由相对于颗粒通过的出口尺寸而言较大且通过机械力压紧在一起的颗粒形成(例如坍塌的鼠洞))、或两者。

“粗甘油”意指来自涉及甘油三酯的酯交换反应(包括涉及生物柴油制造过程的酯交换反应)的副产物，其中所述副产物包含甘油和选自以下中的至少一种组分：脂肪酸、酯、盐、甲醇、生育酚、甾醇、甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯。

“固化”意指将包括但不限于聚合物材料的材料从基本上粘稠的状态通过凝胶化过程最终转化为玻璃化状态的过程，在所述凝胶化过程中材料可由于包括但不限于在聚合物链之间形成三维交联键的过程而变得更加刚性，所述玻璃化状态可以是这样的状态：其中所述材料至少与玻璃一样刚性，并且其中可能已形成基本上高达100％的潜在交联键，一些材料在STP下可变得小于100％玻璃化，并且需要额外的能量输入以变得完全玻璃化。其进一步描述于Tim Osswald等的教科书：Materials Science of Polymers forEngineers，Hanser Verlag，第334-335页(2003)中。

“STP固化”意指材料在STP条件下在无额外能量输入的情况下固化的程度，STP固化包括，这样的额外能量不包括STP蒸发的作用，但可包括通过例如但不限于以下的项目的能量输入：电子束、辐射、热、化学添加剂及其任意组合。STP固化常常将材料转变为胶凝状态，但不转变为完全玻璃化状态。

“Mong”意指非甘油有机物质并且通常由皂、游离脂肪酸和其他杂质组成。

“颗粒材料”是指当处理、加工或接触时倾向于形成粉尘颗粒的材料，其包括但不限于煤、泥土、木屑、农产品、果实、肥料、矿石、矿物矿石、细料、沙子、砂砾、土壤、肥料或其他产生粉尘的材料、及其任意组合。

“夹点”意指存在于工业过程中一件设备或其部分，通过其存在颗粒材料的一般流动，但是由于该件设备或其部分的形状，一部分材料的流动变得受冲击并且该部分保持静止一段时间，示例性的工业过程包括但不限于材料加工、材料精炼、材料处理、材料研磨、材料输送、材料装载、材料储存、材料卸载、以及材料的施用，示例性的设备类型包括但不限于斜槽、弯曲或弧形的管道、通道、或导管(弯头)，或足够小使得团聚材料的桥聚集的空间。夹点可引起流动的颗粒材料的成拱和成洞。

“PVA”是指聚乙酸乙烯酯聚合物。

“成洞(Ratholing)”意指通过材料处理过程的一部分由具有内聚强度(由颗粒与颗粒的结合形成)的颗粒材料形成的颗粒材料流动的阻塞，所述内聚强度使得当一些材料沿着材料块内的通道流动时，通道外的材料变得停滞且不流动。在存在外力如振动的情况下，鼠洞可坍塌，并且当它们坍塌时它们可改形成拱形物。

“稳定乳液”意指这样的乳液：其中分散在载体流体中的材料的液滴通过能垒相互排斥(否则其将合并以形成两个或更多个相层)，所述能垒可至少为20kT、更大、或更小，排斥力的半衰期可至少为几年。乳液和稳定乳液的使用说明总体上陈述于Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology,第四版,卷9中，并且特别是在第397-403页。

“VAE”意指乙酸乙烯酯乙烯共聚物(特定种类的PVA)。在至少一个实施方案中，VAE的重复单元选自式I、II、III、IV中的一种及其任意组合，其中：

其中n是交联单元的数目，m是第一链单元的数目，且o是第二链单元的数目，n、m和o中的任一个、一些或全部可以为1或更大，尽管m和o通常为2或3或4或更大，但第一链单元和第二链单元中的任一个或两者可以是聚合物链的左侧端(末端)单元和/或聚合物链的右侧端(末端)单元。VAE还可以包含含有另外的交联单元的共聚物并且可以包含另外的聚合物链。

如果在本申请中的上述定义或其他地方所述的说明与字典中通常使用的或通过引用并入本申请的来源中所述的含义(明示或暗示)不一致，那么本申请并且特别是权利要求术语应理解为根据本申请的定义或说明而不是根据常见定义、字典定义或通过引用并入的定义来解释。鉴于上述内容，在术语仅在由字典解释才能理解的情况下，如果该术语由Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,第5版，(2005)，(Wiley,John&Sons,Inc.出版)定义，则该定义将决定在权利要求中如何定义该术语。所有示出的化学结构还包括所有可能的立体异构体替代物。

在本发明的至少一个实施方案中，将物质组合物添加到颗粒材料中。该组合物包含PVA和甘油。该组合物的应用既减小了颗粒材料释放粉尘的趋势，还减小了颗粒材料结块的趋势。在至少一个实施方案中，组合物是构成材料的共混物。在至少一个实施方案中，PVA是乳液的形式。在至少一个实施方案中，将组合物作为液体施加于颗粒材料。在至少一个实施方案中，将组合物作为泡沫施加于颗粒材料。

如图1A所示，颗粒材料的粒料的样品产生大量的扬尘。这是因为超细颗粒材料的颗粒很轻，使得它们在接触移动的空气时可以悬浮并在空中传播。颗粒材料通常由于在加工或处理期间的过度研磨或由于易碎颗粒材料块的磨损而变得超细。

图1C示出了结块并因此未通过进料槽的颗粒材料的粒料的样品。结块是由许多因素造成的，包括当与水分接触时颗粒材料的吸湿性。

本发明的有效性是相当出人意料的，并且根据现有技术的教导，本发明显示出了意料之外的结果。如美国专利8,465,667中所述，已将PVA与粗甘油组合用作煤中的加工添加剂。具体地，使用这种组合来防止当在流过漏斗的煤中形成拱形物和鼠洞时可能发生的氧化。然而，它没有提供关于防止颗粒材料中的结块和起尘(它们的发生与流动煤的氧化无关)的教导。

事实上，在美国专利8,298,439中，其陈述了“制剂如PVA形成刚性胶壳或硬壳。该刚性胶壳在完整时包含颗粒物质，但是当经受显著的移动或位移时倾向于较脆和破碎”。恰恰当材料移动时发生粉尘释放。此外，如美国专利申请13/826,385中所述，因为结块和粉尘释放倾向于是完全相反的效果的表现，故没有理由期望单一组合物将解决这两个问题。事实上，可以预期，粉尘控制剂将使颗粒材料更好地保持在一起并加剧结块。类似地，可以预期，因为防结块剂减少团聚，故其将加剧粉尘释放。然而，图1B示出了本发明如何同时解决粉尘释放和防结块效应两者。因此，不会预期美国专利8,465,667的抗氧化组合物与本发明一样地起作用。

此外，不会预期甘油作为粉尘控制剂是有效的。如美国公开专利申请2009/0178452中所述，甘油作为粉尘控制剂不是有效的，因为其不能将颗粒材料粘合在一起。这就是为什么当使用甘油时其教导必须已将甘油变成不再是甘油的材料(通过与多元酸反应形成聚合物衍生物)，之后其将有利于粉尘控制。因此，不会预期含甘油的材料防止在快速流动的颗粒材料块中形成粉尘。

在至少一个实施方案中，PVA是共聚物的形式。可存在于共聚物中的代表性单体包括但不限于以下中的任一种或更多种：乙烯、丙烯酸、吡咯烷酮、丙烯酸、丙烯酸丁酯、乙烯醇、丙烯酸2-乙基己酯、乙炔、酰氯、丙烯醛、丙烯酰胺、丙烯酸/盐/酯、醇、醚、酯、烯丙基化合物、胺、酸酐、丁二烯、丁烯、环氧化物、乙烯卤化物、富马酸、富马酸酯、异氰酸酯、内酰胺、马来酸、马来酸酯、丙烯、苯乙烯、乙烯基、及其任意组合，和/或以下一种或更多种教科书中列出的单体和/或聚合物(和/或它们的合成和制备方法)中的任一种或更多种：J.Brandrup等的Polymer Handbook第4版，John Wiley&Sons Inc.，(总体并且特别是第III章)，(1999)，H.Perbil的Vinyl Acetate Emulsion Polymerization and Copolymerization with Acrylic Monomers，CRC出版社(总体并且特别是第5章)，(2000)，以及Herman F.Mark等的Encyclopedia of Polymer Science and Engineering，第2版，John Wiley&SonsInc.，(总体并且特别是第1、11、12、13和17章)，(1990)，及其任意组合。其他单体的添加导致未被美国公开专利申请2009/0178452、美国专利8,465,667和8,298,439以及美国专利申请13/826,385的教导所预期的性质的改变。

在至少一个实施方案中，组合物在施用之前具有比未固化的PVA更高的粘度，但在施用后1小时之后具有比固化的PVA更低的粘度。粘度的差异可能是由于组合物制剂、乳液和/或共聚物对如何形成交联的三维结构的影响。较低的粘度可允许固化的组合物比单独的PVA更大的弯曲和挠曲。因此，固化的乳化PVA比固化的未乳化PVA操作得好得多。这与8,298,439的教导(其表明当固化时单独的PVA总是易碎的)相反。

在至少一个实施方案中，通过一种或更多种乳化剂组合物和或剪切装置形成和/或帮助形成乳液。这样的剪切装置和/或乳化剂组合物的代表性实例包括但不限于美国专利7,938,934和/或美国专利申请13/919,167中描述的那些。

在至少一个实施方案中，使甘油在另一载体相(例如但不限于水)中(以胶束形式)乳化，并使PVA在甘油胶束中以胶束形式乳化。

在至少一个实施方案中，颗粒材料排除低阶煤。

在至少一个实施方案中，颗粒材料排除煤。

在至少一个实施方案中，组合物排除VAE。

在至少一个实施方案中，组合物排除粗甘油。

在至少一个实施方案中，组合物排除甘油的聚合物衍生物。

在至少一个实施方案中，组合物是乳液的形式，其特征在于，甘油部分或完全用作载体相并使PVA分散在胶束中。其他材料可以存在于胶束和/或载体相(包括但不限于水)中。

不受本发明的特定理论或设计或者在解释权利要求中提供的范围的特定理论或设计的限制，认为PVA与甘油的组合导致形成这样的组合物，其属性结合了两种材料的最佳优点而没有任一种的限制。当其固化时，PVA转变成损害流动和粉尘释放的刚性脆性材料。已知甘油具有差的粉尘控制性能，但是出人意料的是，PVA与甘油的组合得到了优异的粉尘控制特性。然而，两者的组合形成了当固化时克服了PVA的刚性并作为理想的粉尘控制剂起作用的混合物。

实施例

参照以下实施例可更好地理解上述内容，示出所述实施例的目的在于举例说明，而非限制本发明的范围。特别地，所述实施例示出了本发明固有原理的代表性实施例并且这些原理不严格限于这些实施例中记载的具体条件。因此，应理解，本发明涵盖对本文所述实施例的各种改变和修改并且可进行这样的改变和修改而不偏离本发明的精神和范围且不会减少其所预期的优点。因此，预期这样的改变和修改包括在所附的权利要求书中。

进行了许多实验室评价。通过如下进行粉尘控制和防结块评价：以指定剂量处理颗粒材料，然后使经处理和未经处理的样品两者经受已知引起扬尘释放或结块(团聚)的条件。在粉尘控制评价的情况下，在受控条件下对经处理和未经处理的样品进行研磨以产生扬尘(其通过重量分析进行量化)。防结块评价使经处理和未经处理的样品两者经受提高的湿度和温度的环境条件，随后进行搅拌和磨损以量化样品结块程度。表1中所述的评价结果证明了甘油/聚乙酸乙烯酯乳液共混物减小磷酸一铵(其易于形成扬尘)的粉尘形成倾向的能力。

表1

使用较低剂量的本发明的组合物进行二次评价。结果证明了甘油/聚乙酸乙烯酯乳液共混物减小氯化钾(其易于结块)的结块倾向的能力。

表2

氯化钾处理	相对于对照的结块减少
		未经处理的对照	-
1:1甘油/聚乙酸乙烯酯-2磅/吨	48％

尽管本发明可以许多不同的形式实施，但本文详细描述了本发明的特定优选实施方案。本公开内容是本发明的原理的示例，并且无意将本发明限于所述的特定实施方案。本文提及的所有专利、专利申请、科学论文和任何其他参考资料均通过引用整体并入。此外，本发明涵盖本文所提及的、本文所述的和/或并入本文的多种实施方案中的一些或全部的任何可能组合。此外，本发明涵盖还特别排除了本文所提及的、本文所述的和/或并入本文的多种实施方案中任何一个或一些的任何可能组合。

上述公开内容旨在说明而非穷举。对本领域普通技术人员而言，本说明书将表明很多改变和替代方案。所有这些替代方案和修改旨在包括于权利要求的范围内，其中术语“包含”意指“包括但不限于”。熟悉本领域的人员可以认识到本文所述的具体实施方案的其他等效方案，这些等效方案也旨在涵盖于权利要求书中。

本文公开的所有范围和参数应理解为涵盖其中所包含的任何和所有子范围，和在端点之间的每个数。例如，所述范围“1至10”应当被认为包括介于(且包含)最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围；即，以最小值1或更大(例如1至6.1)开始并且以最大值10或更小结束(例如2.3至9.4、3至8、4至7)的所有子范围，最后是包含在该范围内的每个数1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。除非另行指出，否则本文中所有百分比、比率和比例是按重量计的。

对本发明的优选和替代实施方案的说明到此为止。本领域技术人员可以认识到本文所述的特定实施方案的其他等效方案，这些等效方案旨在涵盖于所附权利要求书中。

Claims (13)

1.一种抑制从颗粒材料堆释放粉尘的方法，所述方法包括向所述堆的暴露表面施加包含PVA和甘油的组合物的步骤，所述PVA和所述甘油之比为100:1至1:100。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物还包含水，但不将显著量的水递送至所述堆。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料排除低阶煤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料排除煤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物排除VAE。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物排除粗甘油。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物排除甘油的聚合物衍生物。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒材料是通过肥料处理工艺流程处理的肥料。

9.根据权利要求8所述的方法，其中肥料处理工艺流程被构造和布置成使得若不存在所述组合物，所述颗粒材料将形成选自以下中的一项：鼠洞、拱形物、夹点、及其任意组合。

10.根据权利要求8所述的方法，其中肥料处理工艺流程被构造和布置成使得若不存在所述组合物，所述颗粒材料将结块。

11.根据权利要求8所述的方法，其中肥料处理工艺流程被构造和布置成使得若不存在所述组合物，所述颗粒材料将结块但不会形成选自以下中的一项：鼠洞、拱形物、夹点、及其任意组合。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物是特征在于所述PVA在胶束中的乳液，并且所述甘油是所述胶束分散在其中的载体相。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述组合物在STP固化时的粉尘控制和防结块性能优于含非乳化PVA的组合物在STP固化时的粉尘控制和防结块性能。