CN108350375A - 聚集疏水性颗粒的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于从进料浆液聚集疏水性颗粒的方法和装置。该方法包括将粘合剂加入进料流并将进料流和粘合剂传送到聚集设备。所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质。向聚集设备中的进料流和粘合剂施加高剪切力，以造成疏水性颗粒碰撞并粘合到粘合剂，从而将疏水性颗粒聚集。从进料流移出聚集疏水性颗粒和粘合剂。本发明还提供一种用于使聚集产物脱水的方法和装置，所述聚集产物包含通过粘合剂保持在一起的聚集疏水性颗粒，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质。

Description

聚集疏水性颗粒的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种使用粘合剂来聚集疏水性颗粒的方法和装置，并且本发明已被特别地设计用于使用浓缩的油包水乳液形式的粘合剂来富集尾矿中的细煤并进行脱水，尽管不是被专门地设计用于这个目的。

背景技术

以下对现有技术的讨论旨在将本发明置于适当的技术背景中，以便能够恰当地认识本发明的优点。但是，本申请文件中对任何现有技术的提及，都不应被解释为明确地或暗含地承认该现有技术是众所周知的或者构成本领域普通常识的一部分。

使用粘合剂液体（如油）对细煤颗粒进行选择性聚集是一种强效的方法，可将超细煤的颗粒（直径小于0.5毫米）生长成直径最高达几毫米的小球，留下粘土和矿物质的超细颗粒。在本申请中，疏水性油选择性地润湿疏水性煤颗粒，造成细煤和油粘附并发展成细煤聚集物。亲水性矸石不能粘附，因而作为颗粒的分散悬浮液留下。然后，在筛子上分离细煤聚集物，聚集物保留在筛子上，而矸石浆液的微细悬浮液则通过筛子。聚集物的强度足以承受煤泥被洗涤通过筛子的过程，从而可以生产出具有适度水分的清洁煤产物。这个富集技术被证明对于细煤尾矿是有效的，但由于所需的油量造成成本高昂，因而不经济而被放弃。

之前已描述了一种更经济的方案，其采用浓缩的油包水乳液取代纯油作为粘合剂来实现细煤颗粒的选择性聚集。这种油包水乳液具有极高的粘度，因为水滴紧密聚集在油相内，该材料大概90%由被分散的水滴组成。通过可溶于油相中的乳化剂的作用来实现稳定性。按相同体积算，这种新型粘合剂看起来几乎与纯油一样有效，但它大部分是水。这种乳化剂的使用已证明对于相同的细煤产率，所需的油减少10倍。

已证实，简单但激烈的混合容器应足以实现疏水性颗粒的聚集。但是，混合容器的缺点在于，由于停留时间分布不定和在其体积中的混合强度水平不定，它的效率水平不如活塞流设备。因此，在要求尽可能小的系统的情况中，可能优选活塞流设备。将混合容器与活塞流设备一起执行，其挑战在于达到正确的混合条件，包括机械搅拌。此外，还有重大的工艺放大问题，以及运动部件如搅拌器，这增加了执行的复杂性和成本。

本发明的一个目的在于克服或改善现有技术的至少一个缺点，或者提供有用的替代方案。本发明的至少一个实施方案的目的在于提供聚集疏水性颗粒的方法和装置，该方法和装置的停留时间极短，没有运动部件，并且可以进行工艺放大。本发明的至少一个实施方案的目的还在于允许在脱水筛子之前的聚集设备自身内进行一定的原位分级过程，使得比脱水筛子的筛孔大的未聚集颗粒被弃去，从而不会与聚集疏水性颗粒一起流到脱水筛子上。

发明内容

本发明的第一方面提供一种从进料浆液聚集疏水性颗粒的方法，该方法包括：

向包含所述进料浆液的进料流加入粘合剂，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质；

将所述进料流和所述粘合剂传送到聚集设备；

向所述聚集设备中的所述进料流和所述粘合剂施加高剪切力，以造成所述疏水性颗粒碰撞并粘合至所述粘合剂，从而聚集所述疏水性颗粒；和

从所述进料流移出所述聚集疏水性颗粒和所述粘合剂。

优选地，该方法包括将所述粘合剂拆分成单独的粘合剂部分。该拆分步骤优选地包括向所述粘合剂施加流体动力。

优选地，所述拆分步骤包括将所述粘合剂直接压出到所述进料流中，从而形成所述粘合剂部分。更优选地，所述拆分步骤包括在多个位置将所述粘合剂压出到所述进料流中。

作为另一种选择，所述拆分步骤优选地包括在溶液中搅拌所述粘合剂以在所述溶液中悬浮所述粘合剂部分。优选地，将所述悬浮的粘合剂部分泵送到所述进料流中。在一个实施方案中，在水中搅拌所述粘合剂以形成包含所述粘合剂部分的浆液。

优选地，所述加入步骤包括将所述粘合剂加入所述进料流的第一区域，该第一区域的压力比所述进料流的第二区域低。更优选地，所述进料流通道(conduit)包括进料泵，并且所述第一区域位于所述进料泵的前面，所述第二区域位于所述进料泵的后面。

优选地，所述剪切力施加步骤包括在所述聚集设备内产生压降。这个压降优选地通过进料流和粘合剂内发展的内部高剪切应力造成。

优选地，该方法还包括将所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中小于10秒。更优选地，所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中小于5秒。还优选的是，所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中小于3秒。在一个实施方案中，所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中小于1秒。在其他实施方案中，所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中小于0.75秒。在其他实施方案中，所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中大约0.6秒。在另外的实施方案中，所述进料流和所述粘合剂保留在所述聚集设备中大约0.2秒。

优选地，所述剪切力施加步骤包括迫使所述进料流和所述粘合剂通过减少的流通截面。更优选地，所述减少的流通截面包括具有比所述聚集设备中的通路(passage)的直径小的直径的开口。

优选地，所述剪切力施加步骤包括改变所述进料流和所述粘合剂的流动方向。

优选地，该方法还包括允许聚集疏水性颗粒和未聚集颗粒在所述聚集设备中原位旋转流动，以促进聚集颗粒与未聚集颗粒的分离。在一些实施方案中，所述分离的未聚集颗粒包括尺寸较粗的未聚集疏水性颗粒。

优选地，该方法包括将所述聚集疏水性颗粒和较微细的未聚集颗粒分别从所述被分离的较粗的未聚集颗粒移出。

优选地，所述聚集设备包括分离室，并且所述剪切力施加步骤包括在所述分离室内引起高剪切旋转流。更优选地，所述高剪切旋转流造成未聚集颗粒的所述分离。

优选地，所述进料流和所述粘合剂相对于所述分离室的横截面在切线方向进入所述分离室。

优选地，所述聚集设备包括通路和具有比所述通路的直径小的直径的开口，并且所述剪切力施加步骤包括迫使所述进料流和所述粘合剂通过所述开口，以造成所述进料流和所述粘合剂流出现压降。在一些实施方案中，所述聚集设备包括产生所述开口的限流设备。在其他实施方案中，所述通路的一部分朝所述开口渐缩以形成文丘里型管子。在另外的实施方案中，所述开口通过安装在所述通路中的孔板形成。

优选地，该方法还包括对所述聚集疏水性颗粒进行初始脱水。更优选地，所述初始脱水步骤包括将所述聚集疏水性颗粒排放到脱水筛子上。

还优选的是，该方法包括后续将所述聚集疏水性颗粒脱水，以从所述粘合剂移出所述非疏水性物质。更优选地，所述后续的脱水步骤包括施加剪切力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质。在一些实施方案中，所述后续脱水步骤包括施加离心力。在这些实施方案中，这将会涉及使所述聚集疏水性颗粒通过离心机。在其他实施方案中，所述后续脱水步骤包括施加压力。在这些实施方案中，这将会涉及产生压降以向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力。

在一个另外的实施方案中，所述后续的脱水步骤还包括迫使所述聚集疏水性颗粒通过减少的流通截面，以向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力。更优选地，所述后续的脱水步骤还包括使所述聚集疏水性颗粒通过剪切设备，该剪切设备包括通路和具有比所述通路的直径小的直径的开口以形成所述减少的流通截面，并包括迫使所述聚集疏水性颗粒通过所述开口。在一些实施方案中，所述开口通过安装在所述通路中的孔板形成。

作为另一种选择，所述后续的脱水步骤包括使所述聚集疏水性颗粒通过过滤器。

优选地，所述后续的脱水步骤重复进行一次或更多次。在一些实施方案中，所述后续的脱水步骤还包括在向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力之后，使所述聚集疏水性颗粒通过离心机。在其他实施方案中，所述后续的脱水步骤还包括在向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力之后，使所述聚集疏水性颗粒通过过滤器。

优选地，所述后续的脱水步骤还包括向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力小于30秒、更优选地小于15秒、甚至更优选地小于5秒，最优选地小于1秒。

优选地，所述粘合剂包含浓缩的油包水乳液。

优选的是，该粘合剂包含60%或更高体积的非疏水性物质。更优选地，该粘合剂包含75%或更高体积的非疏水性物质。又优选的是，该粘合剂包含80%或更高体积的非疏水性物质。还优选的是，该粘合剂包含90%或更高体积的非疏水性物质。

优选地，所述疏水性颗粒具有最大2mm的直径。更优选地，所述疏水性颗粒具有最大500μm (0.5mm)的直径。在一些实施方案中，所述疏水性颗粒具有最大400μm (0.4mm)的直径。在其他实施方案中，所述疏水性颗粒具有最大300μm (0.3mm)的直径。在另外的实施方案中，所述疏水性颗粒具有最大200μm (0.2mm)的直径。在又一个实施方案中，所述疏水性颗粒具有最大45μm (0.045mm)的直径。

优选地，所述进料流包含来自分级设备的底流(underflow)，所述底流包含直径最大2mm的疏水性颗粒。更优选地，所述分级装置包括分级筛子。甚至更优选地，该进料流包含具有远细于2mm的疏水性颗粒的旋流器溢流(overflow)。

优选地，所述进料是来自浮选工艺的稀释的底流。更优选地，所述浮选工艺是反浮选工艺。

本发明的第二方面提供一种从进料浆液聚集疏水性颗粒的装置，该装置包括：

与聚集设备形成流体连接的进料流通道，该进料流通道用于将所述进料浆液传送到所述聚集设备；和

与所述进料流通道形成流体连接的粘合剂通道，该粘合剂通道用于向所述进料浆液加入粘合剂，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质；

其中在所述聚集设备内引起高剪切力，以造成所述疏水性颗粒碰撞并粘合至所述粘合剂，从而聚集所述疏水性颗粒；和

其中所述聚集疏水性颗粒和所述粘合剂在通过所述聚集设备后被移出。

优选地，该装置包括拆分设备，该拆分设备用于将所述粘合剂分离成单独的粘合剂部分。优选的是，所述拆分设备向所述粘合剂施加流体动力。更优选地，所述拆分设备包括压出机，该压出机用于将所述粘合剂压出到所述进料流通道中。在一个实施方案中，沿着所述进料流通道设置有多个压出机，以在多个位置将粘合剂压出到所述进料流中。

作为另一种选择，所述拆分设备包括混合设备，该混合设备用于在溶液中搅拌所述粘合剂以在所述溶液中形成悬浮的粘合剂部分。优选地，所述混合设备包括具有机械搅拌器的混合容器。更优选地，所述混合设备连接到泵，以泵送所述粘合剂部分到所述进料流通道中。

优选地，所述粘合剂通道使所述拆分设备与所述进料流通道形成流体连接。

优选地，所述粘合剂通道与所述进料流通道形成流体连接，以将所述粘合剂加入所述进料流的第一区域，该第一区域的压力比所述进料流的第二区域低。更优选地，所述进料流通道包括进料泵，所述粘合剂通道与位于所述进料泵上游的所述进料流通道形成流体连接。

优选地，所述聚集设备包括减少的流通截面，所述进料流和所述粘合剂流通过该减少的流通截面，以施加所述高剪切力。

优选地，所述聚集设备改变所述进料流和所述粘合剂的流动方向，以施加所述高剪切力。

优选地，所述聚集设备在内部产生压降，以施加所述高剪切力。

优选地，所述聚集设备包括分离室，该分离室包括进口，其中在所述分离室内引起高剪切旋转流。更优选地，所述聚集设备包括出口，以从所述分离室移出所述聚集疏水性颗粒。在一个实施方案中，所述旋转流造成所述聚集疏水性颗粒与未聚集颗粒的分离。在一些实施方案中，所述分离室包括水力旋流器。设想到，在未聚集颗粒大于下游的脱水筛子的筛孔尺寸的情况下，优选使用分离室。优选地，所述分离室具有锥形末端。更优选地，所述锥形末端包括用于移出尺寸较粗的未聚集颗粒的排放出口。

优选地，所述分离室出口定位在所述分离室的顶部。在其他实施方案中，所述分离室出口定位在所述分离室的中心轴上。

优选地，所述聚集设备包括通路、开口和用于限制所述进料流和所述粘合剂流的限流设备，所述限流设备和所述开口配合以在所述流中引起压降，从而造成所述疏水性颗粒对所述粘合剂的所述碰撞和粘合。更优选地，所述限流设备包括阀门。

优选地，所述聚集设备包括通路和具有比所述通路的直径小的直径的开口，并且所述聚集设备迫使所述进料流和所述粘合剂流通过所述开口，以引起所述流中出现压降，从而造成所述疏水性颗粒对所述粘合剂的所述碰撞和粘合。在一个实施方案中，所述开口在安装在所述通路中的孔板中形成。在另一个实施方案中，所述开口通过部分地关闭的阀门形成。在其他实施方案中，所述通路的一部分朝所述开口渐缩以形成文丘里型通路。

本发明的第三方面提供一种用于从进料浆液聚集疏水性颗粒的系统，该系统包括第二方面的装置和用于向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力的剪切设备。

优选地，所述剪切设备包括减少的流通截面，所述聚集疏水性颗粒流动通过该减少的流通截面，以施加所述剪切力。更优选地，所述剪切设备包括通路和开口，该开口具有比所述通路的直径小的直径，以形成所述减少的流通截面。在一个实施方案中，所述开口在安装在所述通路中的孔板中形成。在另一个实施方案中，所述剪切设备包括阀门，所述开口通过部分地关闭所述阀门来形成。在其他实施方案中，所述通路的一部分朝所述开口渐缩以形成文丘里型通路。

优选地，所述剪切设备改变所述聚集疏水性颗粒的流动方向以施加所述剪切力。

优选地，所述剪切设备包括离心机或过滤器。

本发明的第四方面提供一种用于使聚集产物脱水的方法，所述聚集产物包含通过粘合剂保持在一起的聚集疏水性颗粒，该粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质，该方法包括：

向所述聚集产物施加剪切力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质；和

将所述非疏水性物质与所述聚集疏水性颗粒分离。

优选地，所述方法包括施加压力或者离心力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质。更优选地，所述方法包括产生压降以向所述聚集产物施加剪切力。在一些实施方案中，所述方法包括使所述聚集产物通过离心机。在其他实施方案中，所述方法包括使所述聚集产物通过过滤器。

优选地，所述方法包括迫使所述聚集产物通过减少的流通截面，以向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力。更优选地，所述方法还包括使所述聚集产物通过剪切设备，该剪切设备包括通路和具有比所述通路的直径小的直径的开口以形成所述减少的流通截面，并包括迫使所述聚集产物通过所述开口。在一些实施方案中，所述开口通过安装在所述通路中的孔板形成。

优选地，所述的向所述聚集产物施加所述剪切力重复进行一次或更多次。

优选地，所述方法还包括向所述聚集产物施加剪切力小于30秒、更优选地小于15秒、甚至更优选地小于5秒，最优选地小于1秒。

本发明的第五方面提供一种用于使聚集产物脱水的装置，所述聚集产物包含通过粘合剂保持在一起的聚集疏水性颗粒，该粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质，所述装置包括：

与剪切设备形成流体连接的通道，该通道用于将所述聚集产物传送到所述剪切设备；

其中所述剪切设备向所述聚集产物施加剪切力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质；和

至少一个出口，该出口用于将所述非疏水性物质与所述聚集疏水性颗粒分离。

优选地，所述剪切设备包括减少的流通截面，所述聚集产物流动通过该减少的流通截面，以施加所述剪切力。更优选地，所述剪切设备包括通路和开口，该开口具有比所述通路的直径小的直径，以形成所述减少的流通截面。在一个实施方案中，所述开口在安装在所述通路中的孔板中形成。在另一个实施方案中，所述剪切设备包括阀门，所述开口通过部分地关闭所述阀门来形成。在其他实施方案中，所述通路的一部分朝所述开口渐缩以形成文丘里型通路。

优选地，所述剪切设备改变所述聚集产物的流动方向以施加所述剪切力。

优选地，所述剪切设备包括离心机或过滤器。

优选地，所述至少一个出口包括用于从所述装置移出所述非疏水性物质的出口。

优选地，所述至少一个出口包括用于从所述装置移出所述聚集疏水性颗粒的出口。

除非上下文中明确地另有要求，否则在说明书和权利要求书中，词语“包含”、“包括”、“含有”及类似词语应按非排他性的含义而不是按排他性或穷举性的含义来解释；也就是说，按“包括但不限于”的含义来解释。

此外，如本文中所用并且除非另有指明，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等来描述普通物体，仅仅表示同样物体的不同实例被提及，并不意在暗示如此描述的物体必定在时间上、空间上、等级上或者在任何其他方式上处于特定的顺序。

附图说明

现将参照附图描述本发明的优选实施方案，目的仅在于举例说明而非限制本发明。

图1是示出根据本发明的一个实施方案的一种装置的示意图。

图2是示出采用图1的装置的一种系统的示意图。

图3是示出供用于本发明实施方案的一种示例性聚集设备的示意图。

图4是示出供用于本发明实施方案的另一种示例性聚集设备的示意图。

图5A和5B是示出供用于本发明实施方案的又一种示例性聚集设备的示意图。

图6是示出采用图5A和5B的装置的另一种系统的示意图。

图7是示出用于本发明实施方案的一种压出机的示意图。

图8是示出供用于本发明实施方案的用来连续生产粘合剂的一种装置的示意图。

图9是示出根据本发明又一个实施方案的用于聚集疏水性颗粒的一种系统的示意图。

图10A和10B是将常规的油粘合剂和优选地在本发明实施方案中使用的油乳液粘合剂进行比较的示意图。

图11示出对于根据本发明的一个实施方案的连续聚集系统，(a)进料的有价值（可燃）部分的回收率与有机液体投入量的关系，和(b)以灰分（非可燃）含量表示的产物质量与有机液体投入量的关系。

图12是显示通过本发明实施方案生产的最终产物的水分含量的坐标图。

具体实施方式

现将结合下文实施例对本发明进行描述，这些实施例无论如何都应认为是示例性且是非限制性的。本发明的一个具体应用是使用包含50%或更高体积的非疏水性物质（例如水）的粘合剂，来对细煤颗粒进行选择性聚集。进一步优选的是，该粘合剂包含60%或更高体积的该非疏水性物质，更优选地包含75%或更高体积的该非疏水性物质，甚至更优选地包含80%或更高体积的该非疏水性物质，进一步优选地包含90%或更高体积的该非疏水性物质。该粘合剂还最优选地为油包水乳液。已发现，除了极高的粘度、稳定性、与更昂贵的油按体积算有效性相当、按相同细煤收率算所需的油减少10倍等方面的有利特征之外，当使用该油包水乳液粘合剂时，聚集停留时间大大减少，在混合容器中减少到3秒，并且在作为本发明的一部分来执行的聚集设备中通常小于1秒。

参见图1，其中示出了本发明的一个优选实施方案。装置1包括拆分设备2、与聚集设备4形成流体连接的进料流通道3和使拆分设备2与进料流通道3形成流体连接的粘合剂通道5。本实施方案中的拆分设备2是一种混合容器，其使用机械搅拌器6将粘合剂分散在溶液中。但是，在其他实施方案中，粘合剂不经拆分就被加到进料流通道3。

这样，粘合剂通过简单的流体动力破碎过程被拆分，目的是产生独立的宏观的粘合剂部分，而不是像常规的油聚集中所要求的那样追求最大分散度。应指出的是，常规的油聚集要求通过油对疏水性颗粒进行预润湿，而在本发明的实施方案中，宏观的或者分立的粘合剂部分非常粘稠，总体上保持完整，起到收集疏水性细颗粒的接收器(sink)的作用。

在本实施方案中，进料流通道3和粘合剂通道5都呈管道(pipe)的形式。而且，进料流通道3和粘合剂通道5分别具有相关联的泵7和8，以帮助传送进料浆液和粘合剂。应认识到，在其他实施方案中可能省略进料泵7和8。进料浆液通常由油滴、气泡、固体颗粒或半固体颗粒或半液体颗粒形成。

在本实施方案中，粘合剂优选地为上述的浓缩的油包水乳液，不过其他粘合剂也可用于本发明。这些其他粘合剂可包括泡沫状介质、作为该油包水乳液粘合剂中的水的替代物的其他廉价介质、以及其中粘合剂小滴的外表面被表面活性剂覆盖而不是被油覆盖（从而呈现疏水性表面）的粘合剂。

混合容器2通过搅拌器6将该浓缩的油包水乳液破碎成为分立的或者单独的部分，然后由粘合剂管道5和泵8将这些部分传送到包含进料浆液的进料流9，该进料浆液包含疏水性颗粒，例如细煤颗粒。粘合剂部分优选地在进料泵7之前加到进料浆液，但如果粘合剂部分被足够的压力递送的话，粘合剂部分也可在进料泵7之后加入。在这个流动的进料流内，粘合剂部分和进料浆液之间发生的混合相对地很少，至少一开始是如此。

进料浆液和粘合剂部分然后被传送到聚集设备4中，在本实施方案中，聚集设备4包括分离室10，该分离室具有切线进口11、出口管道12和排放出口13。聚集设备4的特征在于进口11和出口12处的缩窄，以及由于分离室壁使进来的进料浆液和粘合剂的流动改向所致的显著方向变化，该显著方向变化产生显著的剪切场和系统压降。单单这个剪切作用就促使疏水性颗粒通过粘合剂部分发生聚集。

分离室10原位定位，作用方式与水力旋流器相似，使得进来的进料浆液和粘合剂部分旋转流动，并且是绕着分离室10的中心轴14螺旋流动，如箭头15所示。因此，切线进口11使进入的进料浆液和粘合剂部分处于绕着内环面旋转的状态，使未聚集颗粒分离，尺寸较粗的未聚集颗粒被迫向外到达圆锥形壁，并向下到达圆锥形或尖形末端16排放口。

在该实施方案中，锥形或尖形末端16是开放的，允许尺寸较粗的未聚集颗粒被弃去。剩余的流径向向内移动，通过出口管道12离开分离室10，作为溢流呈现。装置1中的快速动力学得到呈现到溢流的完全聚集产物。

聚集产物（即聚集疏水性颗粒）的密度与亲水性颗粒或矸石颗粒相比甚至与水相比相对较低，因此它趋向于在分离室10中上升。因此，聚集疏水性颗粒自然就呈现到系统溢流。因而，使用水力旋流器类型的设备，总能得到令人满意的结果。

在其他实施方案中，进口11不必是切线进口。同样，分离室出口不必采取出口管道12的形式，也不必如图1中所示那样位于中央。

在一些实施方案中，尤其是在没有任何未聚集颗粒大于下游的脱水筛子的筛孔的情况下，分离室10的尖形末端16可封闭。此外，在这种情况下，分离室是没有必要的，也就是说可以使用该聚集设备的更简单的构造，这些更简单的构造的另外的实施方案在下文中作更详细的描述。

应认识到，在使用基于密度的分离的情况下，可通过经由阀门18打开排放出口13以移出含有细矸石的底流，来将聚集疏水性颗粒进一步与细矸石的稠密悬浮液分离。可能需要进行一定的调整来使细煤聚集物呈现到底流的可能性减至最低。

细煤聚集物的溢流在离开聚集设备4后，可进行脱水并在筛子（未显示）上清洗，得到最终的清洁煤产物。粘合剂（包括粘合剂内所含的非疏水性物质）在这个初始脱水步骤中存留，而工艺用水所携带的未聚集材料（通常为亲水性颗粒如矸石）则穿过筛子。在其他实施方案中，初始脱水过程可通过下游的室（如倒置式回流分级机(inverted refluxclassifier)）来进行，以使漂浮的聚集物与浆液流的其余部分分开。在这种情况下，未聚集的细颗粒和粗颗粒被洗出产物，因此不需要初始分离室10。在其他情况下，可能将整个溢流送到大的敞开的罐、浓缩机或者尾矿接受池，在其中将清洁产物从表面撇出。作为另一种选择，在溢流的下游可能仅有容器，用于收集聚集疏水性颗粒以待后续脱水。

可按需进行进一步的脱水， 通常，可使用后续的脱水过程来从聚集产物中移出粘合剂的非疏水性物质部分。非疏水性物质从粘合剂的释放涉及强烈的力的作用，如压力驱动或者离心力。因此，可使聚集产物可通过离心机或者过滤器。在任一种情况中，离心机或者过滤器造成粘合剂的破裂，最终释放出非疏水性物质。

已发现，聚集设备4的这个旋转设置能使停留时间低至0.6秒，这比使用混合罐所能实现的要好得多。设想到，当应用于大的制煤厂时，将会需要体积小于1m³的单个聚集设备来处理2000m³/h浆液。但是，设想到，将会使用一排较小的聚集设备4，这些聚集设备通过通道19平行连接和操作，隔开进料流通道3，如图2中最好地显示。在经过脱水过程后，通道19a传送来自该过程的产物流，而通道19b传送来自该过程的被移出的水的流。这个实施方案从工艺放大的角度来看将会更有效，并且可能涉及到的数目最多十个。

据信，本发明可超越其他技术如浮选，相比而言，浮选将会需要300秒的停留时间。因此，本发明所需要的系统体积为目前所需要的系统体积的一千分之一。此外，该聚集设备可同时替代制煤厂中的整个细粒沉降和细粒浮选回路，以及相关联的泵和旋流器。如果应用于尾矿堆，则可使用水力采矿来形成进料浆液，而仅仅使用排出管道内的孔板并结合粘合剂注入就可实现完全富集。

参见图3，图中示出了用于装置1的另一种聚集设备20，图中的相应特征被赋予相同的附图标记。在这个实施方案中，拆分设备2、进料流通道3和粘合剂通道5的设置是相同的。但是，聚集设备20被形成为进料流通道3的一部分，其具有通路21和开口22，开口22的直径小于通路21的直径。开口22通过安装在通路21内的孔板25形成。因为进料浆液和粘合剂部分的流速大，缩窄的或者狭窄的开口22产生显著的压降。这进而造成细煤疏水性颗粒碰撞并粘合至粘合剂部分，从而形成聚集疏水性颗粒。在这个实施方案中，孔板25相对于通路21的纵轴横向设置，但在其他实施方案中并不要求这样。

参见图4，图中示出了用于装置1的另一实施方案的聚集设备30，图中的相应特征被赋予相同的附图标记。同样，拆分设备2、进料流通道3和粘合剂通道5的设置是相同的。差别在于聚集设备30的通路21的一部分呈侧壁33的形式，该侧壁33收窄或者渐缩以形成开口22。这个设置产生文丘里型管子，该管子产生压降，造成细煤颗粒碰撞并粘结至粘合剂部分，从而形成聚集疏水性颗粒。

参见图5A和5B，图中示出了用于装置1的又一实施方案的聚集设备40，图中的相应特征被赋予相同的附图标记。与其他实施方案一样，拆分设备2、进料流通道3和粘合剂通道5的设置与图1相同。但是在这个实施方案中，聚集设备40包括球阀41，该球阀连接到致动器42，该致动器连接到致动轴（未显示）或者手柄（未显示）。球阀41包括内孔42，该内孔连接球阀41的任一侧上的开口22。当如图5A中所示处于闭合位置时，通过致动器42旋转球阀41以关闭开口22。当如图5B中所示处于完全开放的位置时，通过致动器42旋转球阀41，使得浆液和粘合剂部分可通过内孔43流过开口22。同样，开口22的较小直径以及相对于该通道而言流动方向的改变会产生压降，压降造成细煤颗粒碰撞并粘合至粘合剂部分，从而形成聚集疏水性颗粒。还要认识到，球阀41不必完全开放，而是可以部分开放并且仍产生相同的效果。

图6示出了图5A和5B的聚集设备40被结合到具有筛子46形式的初始脱水装置的系统45中，图中相应的特征被赋予相同的附图标记。混合容器2具有机械搅拌器6，该搅拌器将粘合剂分散在溶液中。粘合剂通道5通过蠕动泵8将分散在溶液中的粘合剂递送到进料流通道3，该进料流通道从进料浆液罐47形式的进料浆液源引出，该进料浆液罐具有其自身的机械搅拌器6。进料泵7为双隔膜泵，将进料浆液和粘合剂部分传送到聚集设备40，其中疏水性颗粒结合至粘合剂部分而形成聚集疏水性颗粒。然后将聚集产物传送到收集容器48，接着使聚集产物穿过筛子46而进行初始脱水。然后可将脱水的聚集产物49a进行进一步的加工，包括另外脱水，而矸石49b被移出并且被处理掉或循环回到车间。

在聚集设备20、30和40中的任一者中，由于缩口如孔板25、变窄的通路壁33或者球阀41造成减少的流通截面，可产生有利于聚集的强烈剪切场。而且，进料浆液和粘合剂部分的流动方向的改变，例如当流体穿过部分关闭的阀门时出现的流动方向改变，进一步迫使进料浆液和粘合剂部分进入强烈的剪切场。还已发现，采用这些类型的构造，可使停留时间低至0.2秒，优于聚集设备4和常规的混合罐。

而且，聚集设备20、30和40不必与进料流通道3成为一体，而是每一者都包括界定通道21的单独管道，该单独管道连接至进料流通道3。

还要认识到，在其他的实施方案中使用其他类型的拆分设备，如压出机50，这在图7中最好地显示，图中相应的特征被赋予相同的附图标记。压出机50包括螺旋输送机53和齿轮泵55。螺旋输送机53将粘合剂（如油包水乳液）从料斗57传输到齿轮泵57，该齿轮泵迫使粘合剂在压力下直接进入进料流通道3。这导致在进料流通道3内射出或者形成粘合剂的管状（牙膏状）流60。由于进料流过进料流管道3，粘合剂流60自然断裂。换句话说，由于流体动力应力的缘故，一旦粘合剂超过标称的压出长度，它就自然断裂成分立的部分62，如箭头65所示。应进一步认识到，在其他实施方案（包括工艺放大设置）中，可布置多个压出点（通过沿着进料流通道3设置的多个压出机和/或多个进入点来布置），以将粘合剂递送到进料流通道3。

在一个实施方案中，以连续或恒稳态的方式产生油包水乳液粘合剂，以便递送到装置1，如图8中最好地显示，图中相应的特征被赋予相同的附图标记。生产装置70包括具有进气器72和多个网板75的容器71，进气器72靠近容器底部73，用于从进气道74注入气体（如空气），多个网板75在该进气器的上方沿容器71横向设置。泵77连续地递送油和乳化剂到容器71的顶部78，同时另一个泵80连续地将水相（如水）递送到底部73。来自进气器72（其可为空气分配器）的气体形成气泡，气泡上升经过容器71而穿过网板75，并在这个过程中携带水，水在长度方向上被延长，直到破碎成较小的水滴。这些水滴趋向于在容器中下沉至油和水之间的界面，在该界面处水滴聚集。乳化剂使水滴稳定，防止发生凝聚，而水滴之间的油则向上排。结果，形成了具有泡沫外观的油包水乳液。由于该容器具有敞开的顶部，因此气泡经顶部78离开，如箭头82所示。容器71中形成的油包水乳液然后在84处排放，被送到拆分设备2，如压出机50的料斗57。流体的停留时间通常为1-2分钟，因此是快的。采取通过装置70稳态或连续产生粘合剂的方式，有利于在采矿场中大规模应用，因为这将避免需要提供粘合剂库存，尤其是因为提供足够的粘合剂库存可能太大而不可行。

应指出的是，所有的粘合剂都充当聚集流体，由聚集流体将疏水性颗粒（如微细颗粒）粘合在一起。此外，粘合剂或者（当被拆分时）粘合剂部分在聚集过程中实质上保持其完整性——它们在聚集过程中实际上是不可混溶的。也就是说，粘合剂或粘合剂部分的主体在聚集过程中实质上不分解，并且不分散到进料流中。相反，粘合剂或粘合剂部分在聚集过程中并且理想地在筛子上初始脱水过程中实质上保持其体积，附着于疏水性颗粒，仅在施加更强的力（如压力或离心力）的后续脱水过程中才显著地破碎，此时非疏水性组分从粘合剂或粘合剂部分移走。

参见图9，图中示出了根据本发明的另一个实施方案的系统100，该系统包括聚集设备20和剪切设备102，图中的相应特征被赋予相同的附图标记。系统100使用具有机械搅拌器的进料源105和使用油包水乳液作为粘合剂，该机械搅拌器为径向叶轮106的形式，该油包水乳液使用图8的装置70产生。如针对前面的实施方案所描述，粘合剂使用拆分设备2或压出机50进行拆分，然后通过粘合剂通道5加到正通过进料流通道3被传送到聚集设备20的进料。系统100采用图3的包括通路21和孔板25的聚集设备20，用于对油包水乳液粘合剂和进料浆液的混合物施加剪切力，以按上述的相同方式聚集疏水性颗粒。

聚集设备20的出口107将聚集产物导向阻挡物110，以消散掉所形成的聚集产物的动能。在这个实施方案中，该阻挡物采取倾斜板110的形式，但在其他实施方案中，阻挡物可采取曲度更大的结构的形式，该结构能防止聚集产物撞到该阻挡物时发生“飞溅”。聚集产物然后从倾斜板110落在筛子115上，以移出多余的液体（水）和尾矿，该液体（水）和尾矿然后落在倾斜表面120上并通过出口125排出。聚集产物然后通过通道130送到剪切设备102。

在剪切设备102中，泵135泵送聚集产物通过呈管道140的形式的通路，该管道140具有孔板145以向聚集产物施加极高的剪切力。施加极高的剪切力可以使油包水粘合剂破裂，以释放出被截留的水，使得聚集产物中的这一额外的水分得以移出。聚集产物通过出口150离开管道140，并被通道155导向过滤器160，该过滤器移出从粘合剂释放的水，从而减少聚集产物的水分含量。要认识到，对于这个最后的阶段，除了过滤器160之外，还可使用其他脱水设备，如离心机等。作为另一种选择，或者除此之外，提供出口以将破裂的油包水粘合剂从系统中移出。

在这个实施方案的一个变型中，通过循环通道165（在图9中以短划线显示）将聚集产物循环回到管道140，以再施加剪切力来确保粘合剂完全破裂。这个循环可按需进行多次，例如由于颗粒大小、产物体积等而需要。使用阀门170来控制是将产物再循环通过管道140和孔板145，还是将产物导向过滤器160。

本领域技术人员会认识到，剪切设备102可采取管道140和孔板145以外的形式，如前面在图1至图5B中描述的任何聚集设备。

在其他实施方案中，不是使用搅拌器6或者径向叶轮106，而是使用另一类型的机械搅拌器，例如涡轮机、螺旋桨、锚式搅拌器、桨式搅拌器和螺旋式搅拌器。

如上所描述，可使用剪切过程从聚集产物中移出粘合剂的非疏水性物质部分。在粘合剂为油包水乳液的情况中，施加到聚集产物的极高剪切力的作用造成粘合剂中从油包水状态变成水包油状态。这意味着乳液基本上被破坏；即被反转。因此，油保持与疏水性颗粒在一起，而水滴并入水的其余部分。因此，在施加剪切力后，聚集产物的脱水变得非常有效率。包覆疏水性颗粒的油几乎肯定地实现一定的聚集程度，使得疏水性颗粒更粗并且产物的可渗透性高得多，而疏水性可有效地将固形物与水分离。

还应认识到，这个过程还使聚集产物中的水分最小化并且使车间的水损失最小化。具体地讲，随着颗粒尺寸降低，比表面积增加，这趋向于导致较高的产物水分。另外，进料物料的渗透性随颗粒尺寸的降低而明显降低。最终结果是产物的水分含量比优选的水分含量要高得多。例如，在富集煤时，过量的水分可能造成产物不适合销售，结果要将产物与尾矿一起抛弃。

因此，通过向聚集产物施加剪切力，以最低的成本就减少微细颗粒产物的水分含量。作为脱水过程的一部分施加的剪切力可从小于5秒至小于30秒，优选地小于15秒。理想地，向具有高固形物浓度（大约30%固形物）的产物施加极高剪切力，以在过滤或脱水后得到的产物中产生极低的水分水平。

初次施加剪切力来聚集疏水性颗粒通常实现富集，但也可向已经富集的材料施加剪切力。在已经富集的材料的情况中，使用较少的粘合剂，从而使工艺过程更加经济。在聚集（可从数分钟降低至也许1秒或更少）后，如果目的是富集该材料，则将有必要抛弃过量的水和/或不需要的颗粒（矸石）。然后使浓缩的产物经受强烈剪切力以使乳液反转，让油保持与疏水性颗粒在一起，而水被释放出来并通过脱水工艺（如过滤）移出。

本领域技术人员会理解，一些亲水的颗粒可通过在颗粒表面上吸附特定的试剂（称为捕集剂(collector)）而变成疏水。这些颗粒也可通过相同的方式进行调理(condition)，即添加粘合剂并使所得的混合物经受高剪切速率以实现聚集，并且后续向聚集产物施加剪切力，以使粘合剂破裂和将聚集产物脱水，以在最终产物中获得降低的水分含量。

应理解，添加粘合剂的成本是显著的，但如果产物已通过其他方式进行了富集（团聚），则这个成本可降低。通过使用这个附加的剪切过程所获得的水分含量的显著下降，其结果可能就是所生产的产物是可销售的，而不至于产物完成成为不得不抛弃的废物。在这类情况下，由于水分含量较低，从而能够销售产物，添加粘合剂的成本被有效地抵消。在其他情况中，快速的聚集（富集）可确保整个工艺过程是经济的，因为执行本发明的资本成本低。因此，水分降低的额外好处使得执行本发明的实施方案在经济上要有利得多。

因此，由这个讨论明显得出，本发明的又一方面涉及通过按上述方式施加剪切力以使粘合剂破裂和释放非疏水性组分，来将现有的聚集产物脱水。

图10A和10B是将常规的油基粘合剂和优选地用于本发明实施方案的油包水乳液粘合剂进行比较的示意图。在图10A中，聚集疏水性颗粒200包含疏水性固体颗粒210，该疏水性固体颗粒通过油粘合剂220粘结，该油粘合剂填充疏水性固体颗粒之间的间隙225。在图10B中，聚集疏水性颗粒200也包含疏水性固体颗粒210，该疏水性固体颗粒通过油包水粘合剂240粘结，该油包水粘合剂填充疏水性固体颗粒之间的间隙225。但是，在粘合剂240内，分散的水滴245被油保持，在疏水性固体颗粒210的表面形成连续的油层250。因此，通过粘合剂240内的小水滴245实现粘合剂的空间填充功能，从而降低试剂的消耗。油包水粘合剂的使用有效地使油处于疏水性固体颗粒210的表面上。通过使聚集疏水性颗粒200经受高剪切力，水滴245从粘合剂240中的油中释放出来，因此可通过脱水移出，从而得到低水分含量。

在图6中描绘为系统45的聚集工艺的连续工艺形式中，油包水乳液粘合剂在混合罐2中预先分散，然后通过通道或线路5引入到主通道或线路3，该主通道或线路3中含有来自混合罐47的8重量%固体颗粒浆液。然后将颗粒-粘合剂水混合物以36L/min泵送经过1英寸线路到球阀41，该球阀41被充分关闭以产生压降。在穿过球阀41后，聚集浆液被排放到桶中，以使料流的能量消散。然后立即使用筛子46将浆液过筛，该筛子46为筛网的形式，筛孔度为250μm。在本实施方案中，聚集产物通过筛子46经历初始脱水步骤，形成的产物含有在形成聚集物的粘合剂内的水和一些外部水。然后可使这个材料经历又一个实施方案（如图9），其中粘合剂通过剪切设备或其他脱水设备而经受显著的力。

应指出的是，固体进料由可燃的烃基颗粒、非可燃的颗粒和作为这两类材料的复合物的颗粒的混合物组成。在细煤的情况中，希望回收可燃材料而弃去非可燃材料。术语“可燃物回收率”和“灰分含量”用来定义煤产物的质量。术语“可燃物回收率”定义为进料中呈现到产物的可燃材料的重量(wt) %。术语“灰分含量”定义为该产物的非可燃材料或成灰材料的重量(wt) %。术语“有机液体投入量”是指初始以油包水乳液的形式引入的、被加到进料中的油的量。因此，1重量%的有机液体投入量意指对于每100kg的进料固形物，有1kg的油。

图11显示对于根据本发明的这个实施方案的连续聚集系统而言，(a)进料的有价值（可燃）部分的回收率与有机液体投入量的关系，和(b)以灰分（非可燃）含量表示的产物质量与有机液体投入量的关系。通过改变线路5上的泵8的速率来改变有机液体投入量。应指出的是，进料的原始灰分含量低，为7.3%。如图11(a)中所示，可燃物回收率随着有机液体（粘合剂）投入量的增加而增加，直到投入量为1重量%为止，之后粘合剂足以将所有有价值的材料形成为可回收的聚集物。图11(b)表明产物灰分典型地为3%，小于进料灰分的一半。因此，图11中的数据确认了本发明实施方案中使用的油包水乳液粘合剂具有高度的选择性，并且同时实现高的可燃物回收率。在其他情况中，已使用该粘合剂对含有超过50%的较高进料灰分含量水平的不同进料源进行富集，产生了低于10%的产物灰分含量值。

在分开的研究中，使用该粘合剂，将由细煤和矸石颗粒组成的材料在高速掺合机中在22,000rpm下聚集7秒。然后使用筛孔度为250μm的筛子回收聚集材料。然后将留在筛子上的潮湿材料（其主要为产物和粘合剂）倒入不锈钢过滤容器中。将容器加压到7巴，并让容器操作90秒。在一些情况中，留在筛子上的潮湿材料在进行过滤之前先用掺合机施加高剪切力（22,000rpm下15秒），以破坏粘合剂结构和释放内部水。图12显示所获得的水分值。实心方块符号显示粘合剂形式的含有结合水的材料的产物水分。在这个情况中，筛子上收集到的潮湿产物仅进行过滤。空心方块符号表示当筛子上收集到的潮湿产物经历高剪切力以首先破坏粘合剂和释放结合水、然后经历过滤时，所获得的产物水分。

图12显示含有结合水的产物的直接过滤得到在25 – 35 %范围内的低水分含量值。这个结果并不意外，因为过滤容器中产生的压力不足以破坏粘合剂的结构，因此水保留在乳液-颗粒聚集物结构内。但是，图12也显示，通过在过滤之前使用高剪切力破坏粘合剂，可以得到大约11-12重量%的极低产物水分。这个低水平小于按常规富集技术获得的细微疏水性颗粒典型水平的一半。还要指出的是，滤液是澄清的，并且过滤速率远快于不向细煤施加粘合剂时的过滤速率，这可能是由于一定的残余聚集所致。因此，对聚集产物施加剪切力以减少其水分含量，是有明显的优势的。因此，本发明实施方案中所用的油包水乳液粘合剂与破坏该粘合剂的强烈的力相结合，在降低水分含量方面具有显著的优势。

被聚集并进行水分含量分析的进料中所使用的煤的颗粒尺寸分布具有39.2μm的索特(sauter)平均直径，并且50%的颗粒体积小于164μm。

本发明的实施方案可用于聚集任何疏水性颗粒，但优选地用于聚集细煤颗粒。另外，本发明的实施方案优选地用于聚集直径最高0.5mm、最优选地直径0.2mm的疏水性颗粒。但是，应认识到，取决于所回收的材料的类型，“微细”颗粒可被分级为不同的直径尺寸。因此，本发明还适用于回收直径最高2mm的其他类型的疏水性颗粒。

还要认识到，本发明的优选实施方案中的任何特征都可组合在一起，而不必互相孤立地应用。例如，图2中的多个聚集设备4可用图3至5B的聚集设备20、30、40中的任何一个或者聚集设备4、20、30、40的任何组合来代替。本领域技术人员可容易地作出本发明上述实施方案的两个或更多个特征的类似组合。

还设想到，装置1可与常规的浮选和分级工艺配合使用。为方便指称起见，本发明人在下文中会把本发明的方法称为“3D浮选”。这是为了将本发明与“2D”的正常浮选相对比，正常浮选为“2D”是因为疏水性颗粒附着到气泡的外表面。因此，正常浮选需要析液时间，以便流体相对于气泡向下流。在3D浮选的情况中，疏水性颗粒附着于粘合剂，使材料变形而以让更多的疏水性颗粒保持附着，从而使产物逐渐积累，除了最终聚集物之间的析液之外并不需要缓慢的析液过程。这个3D浮选过程在本发明提供的允许极短停留时间的高剪切力环境中非常有效地发生。

本发明还可用于利用不同的富集技术，以实现远远超出目前使用每种技术本身所能达到的结果。因此，本发明可用于包括(i)常规浮选或更高级形式的浮选及(ii)3D浮选的系统。在这种情况中，常规或2D浮选过程涉及疏水性颗粒附着于上升的空气泡的2D表面，而在3D浮选过程中，疏水性颗粒附着于疏水性粘合剂。在一些实施方案中，第一阶段的常规浮选过程涉及所谓的反浮选，不过本发明同样适用于正常模式的2D浮选。在反浮选中，使矸石颗粒变得具有疏水性并因此被浮选，留下稀释的高档产物，该高档产物中含有一些未能浮选的矸石颗粒。在正常模式的2D浮选中，使产物变得具有疏水性并因此被浮选。

还可通过使用回流浮选池来增强2D浮选过程，该回流浮选池使用位于倾斜板上方的倒流化床，并且其处理速率通常比之前使用常规浮选池所能达到的处理速率高十倍。因此，该回流浮选池以其倾斜沟槽的设置而被用于提高浮选处理速率。

实施例

在本实施例中，使用反浮选来回收和浓缩矸石，留下稀释的亲水性产物流。已知疏水性颗粒直径低于0.020mm时浮选性能差，因为难以使超微细物漂浮。此外，浮选工艺也不擅于使大于0.2mm的相对较粗的疏水性颗粒漂浮。因此，由于不被漂浮的超微细矸石和粗矸石，反浮选通常在产物档次上欠佳。但是，使用本发明，就可以将3D浮选工艺应用于该稀释的流，以有效地移出这些超微细的疏水性颗粒和较粗的疏水性颗粒。

由于浮选已经将疏水性矸石的主体作为浓缩物移出，在该稀释的流中留下的疏水性矸石相对较少。因此，提取剩余的疏水性颗粒所需的粘合剂水平大大减少。此外，疏水性粗颗粒具有低的比表面积，因此对于特定的质量来说，所需的粘合剂要少得多。在粘合剂为油包水乳液的情况中，这意味着所需的油的量变得不显著，从而使得3D浮选工艺在这个应用中更具经济性。因此，通过将初始浮选工艺与3D浮选工艺相结合，移出剩余的疏水性颗粒所需要的粘合剂水平大大减少。

由于3D浮选工艺非常快速且有效，与这个最终阶段相关的资本投入少。因此，尽管将3D浮选工艺应用于稀释的2D浮选工艺流，但其附加于标准的2D浮选工艺并不会显著增加资本成本。

在铁矿的反浮选的情形中，一旦应用3D浮选，就得到稀释的但高档的致密矿物产物，这种产物可通过多种标准方法（包括絮凝和增稠，然后过滤）浓缩至高固形物水平。因此，本发明在回收致密矿物并浓缩至极高档次方面比现有技术具有重大优势。

但是，同样地，当使用标准模式的浮选（即2D浮选）来产生浓缩产物时，后续应用3D浮选会得到额外的高价值材料，包括较粗的复合疏水性颗粒，以及超微细的疏水性颗粒。

总而言之，将本发明与现有的2D浮选工艺应用在一个组合的系统中，能实现强大的协同作用，因为单独应用2D浮选（反浮选或者非反浮选）和3D浮选在很多情况下效果差。但是，通过同时应用2D浮选和3D浮选，可以使用反浮选得到所需的高档产物并且使用标准模式的浮选达到所需的高回收率，而操作成本大大降低。

尽管已针对在煤富集和铁矿富集中的具体应用描述了本发明，但应认识到，本发明可应用于任何目前进行浮选的系统。聚集具有选择性，偏好进料中存在的任何疏水性颗粒。浮选领域公知的是，可使用试剂来促进疏水性，因此可通过添加试剂来使颗粒本身变得选择性疏水。因此，本发明可容易地应用于贱金属矿（如铜）的回收。此外，因为由于颗粒存在一定的疏水性部分，3D浮选能让整个颗粒包埋在粘合剂部分内，所以释放程度不必很高。由于停留时间极短，捕获释放不佳的颗粒的机会很大。因此，颗粒不必研磨至常规浮选通常所需的尺寸。因此，捕获较粗尺寸的铜矿颗粒的机会很大，从而减少粉碎水平和相关的能量消耗。这意味着3D浮选可使研磨操作成本极大地降低。

在本发明的又另一个应用中，可使用油包水乳液粘合剂来从水中捕获极其细微的油滴。这个应用与油气产业相关，并且与为废水处理提供解决方案相关。聚集可被想象为粘合剂就像“拖把”一样有效地移出微小的油滴。

还设想到，本发明还可用于许多其他的应用，包括从水中移出藻类、从水中移出蛋白质废物、处理通过液压破碎法释放的水以及以别的方式回收微细的疏水性颗粒。

通过将包含50%或更高体积的非疏水性物质的粘合剂添加到浆液，并向该浆液和粘合剂施加高剪切力，本发明可实现疏水性颗粒的快速聚集。因此，本发明的实施方案能够达到显著较短的停留时间（短至0.2秒）而使效率提高，并且可容易地进行工艺放大。另外，运动机件极少或者没有，从而可减少装置的维护。本发明的所有这些优点导致比常规的方法和装置具有显著的技术优势和成本优势。此外，由于本发明方法和装置可容易地进行工艺放大或者附加到标准的浮选工艺，因此本发明可容易地实施于现有的系统和车间。在所有这些方面，本发明代表了相对于现有技术的实用且商业上显著的改进。

尽管已参考具体的实施例描述了本发明，但本领域技术人员应认识到，本发明可以许多其他形式来体现。

Claims (57)

1.一种用于从进料浆液聚集疏水性颗粒的方法，其特征在于，包括：

向包含所述进料浆液的进料流加入粘合剂，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质；

将所述进料流和所述粘合剂传送到聚集设备；和

向所述聚集设备中的所述进料流和所述粘合剂施加高剪切力，以造成所述疏水性颗粒碰撞并粘合至所述粘合剂，从而聚集所述疏水性颗粒；和

从所述进料流移出所述聚集疏水性颗粒和所述粘合剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将所述粘合剂拆分成单独的粘合剂部分。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拆分步骤包括向所述粘合剂施加流体动力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述拆分步骤包括在溶液中搅拌所述粘合剂以将所述粘合剂部分悬浮在所述溶液中。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述拆分步骤包括将所述粘合剂直接压出到所述进料流中，从而形成所述粘合剂部分。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚集设备包括分离室，所述剪切力施加步骤包括在所述分离室内引起高剪切旋转流。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进料流和所述粘合剂相对于所述分离室的截面以切线方向进入所述分离室。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚集设备包括通路和具有比所述通路的直径小的直径的开口，并且所述剪切力施加步骤包括迫使所述进料流和所述粘合剂通过所述开口，以造成所述进料流和所述粘合剂流出现压降。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述加入步骤包括将所述粘合剂加入所述进料流的第一区域，所述第一区域的压力比所述进料流的第二区域低。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述进料流通道包括进料泵，并且所述第一区域位于所述进料泵的前面，所述第二区域位于所述进料泵的后面。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括对所述聚集疏水性颗粒进行初始脱水。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括后续将所述聚集疏水性颗粒进行脱水，以从所述粘合剂移出所述非疏水性物质。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述后续的脱水步骤包括施加压力或者离心力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述后续的脱水步骤包括向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括迫使所述聚集疏水性颗粒通过减少的流通截面，以向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括使所述聚集疏水性颗粒通过剪切设备，所述剪切设备包括通路和开口，所述开口具有比所述通路的直径小的直径以形成所述减少的流通截面，并包括迫使所述聚集疏水性颗粒通过所述开口。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述后续的脱水步骤重复进行一次或更多次。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，还包括向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力小于30秒、更优选地小于15秒、甚至更优选地小于5秒，最优选地小于1秒。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘合剂包含浓缩的油包水乳液。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘合剂包含60%或更高体积的所述非疏水性物质，优选地包含75%或更高体积的所述非疏水性物质，更优选地包含80%或更高体积的所述非疏水性物质，最优选地包含90%或更高体积的所述非疏水性物质。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述疏水性颗粒具有最高2mm的直径，优选地最高0.5mm的直径，更优选地最高0.4mm的直径，甚至更优选地最高0.3mm的直径，还优选地最高0.2mm的直径，最优选地最高0.045mm的直径。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述进料流包含来自浮选工艺的稀释的溢流。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述浮选工艺是反浮选工艺。

24.一种用于从进料浆液聚集疏水性颗粒的装置，其特征在于，包括：

与聚集设备形成流体连接的进料流通道，所述进料流通道用于将所述进料浆液传送到所述聚集设备；和

与所述进料流通道形成流体连接的粘合剂通道，所述粘合剂通道用于向所述进料浆液加入粘合剂，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质；

其中在所述聚集设备内引起高剪切力，以造成所述疏水性颗粒碰撞并粘合至所述粘合剂，从而将所述疏水性颗粒聚集在一起；和

其中所述聚集疏水性颗粒和所述粘合剂在通过所述聚集设备后被移出。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，还包括拆分设备，所述拆分设备用于将所述粘合剂分离成单独的粘合剂部分。

26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述粘合剂通道使所述拆分设备与所述进料流通道形成流体连接。

27.根据权利要求25或26所述的装置，其特征在于，所述拆分设备向所述粘合剂施加流体动力。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的装置，其特征在于，所述拆分设备包括混合设备，所述混合设备用于在溶液中搅拌所述粘合剂以在所述溶液中形成悬浮的粘合剂部分。

29.根据权利要求25至27中任一项所述的装置，其特征在于，所述拆分设备包括压出机，所述压出机用于将所述粘合剂压出到所述进料流通道中。

30.根据权利要求24至29中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚集设备包括减少的流通截面，所述进料流和所述粘合剂流通过所述减少的流通截面，以施加所述高剪切力。

31.根据权利要求24至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚集设备改变所述进料流和所述粘合剂流的方向，以施加所述高剪切力。

32.根据权利要求24至31中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚集设备包括分离室，所述分离室包括进口，其中在所述分离室内引起高剪切旋转流。

33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述旋转流造成所述聚集疏水性颗粒和未聚集颗粒的分离。

34.根据权利要求32或33中任一项所述的装置，其特征在于，所述分离室具有锥形末端，所述锥形末端具有用于移出尺寸较粗的未聚集颗粒的排放出口。

35.根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述分离室包括水力旋流器。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的装置，其特征在于，所述分离室出口定位在所述分离室的顶部附近。

37.根据权利要求32至36中任一项所述的装置，其特征在于，所述分离室出口定位在所述分离室的中心轴上。

38.根据权利要求32至37中任一项所述的装置，其特征在于，所述分离室包括所述分离室中的用于移出矸石底流的排放出口。

39.根据权利要求24至31中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚集设备包括通路、开口和用于限制所述进料流和所述粘合剂流通过所述开口的限流设备，所述限流设备和所述开口配合以在所述流中引起压降，从而造成所述疏水性颗粒对所述粘合剂的所述碰撞和粘合。

40.根据权利要求39所述的装置，其特征在于，所述限流设备包括阀门。

41.根据权利要求24至31中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚集设备包括通路和具有比所述通路的直径小的直径的开口，并且所述聚集设备迫使所述进料流和所述粘合剂流通过所述开口，以引起所述流中出现压降，从而造成所述疏水性颗粒对所述粘合剂的所述碰撞和粘合。

42.根据权利要求41所述的装置，其特征在于，所述开口在横向安装于所述通路中的孔板中形成。

43.根据权利要求41所述的装置，其特征在于，所述通路的一部分朝所述开口渐缩以形成文丘里型通路。

44.根据权利要求24至43中任一项所述的装置，其特征在于，所述进料流包含来自浮选工艺的稀释的底流。

45.根据权利要求44所述的装置，其特征在于，所述浮选工艺是反浮选工艺。

46.一种用于从进料浆液聚集疏水性颗粒的系统，其特征在于，具有根据权利要求24至45中任一项所述的装置和用于向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力的剪切设备。

47.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，所述剪切设备包括减少的流通截面，所述聚集疏水性颗粒流动通过所述减少的流通截面，以施加所述剪切力。

48.根据权利要求47所述的系统，其特征在于，所述剪切设备包括通路和开口，所述开口具有比所述通路的直径小的直径，以形成所述减少的流通截面。

49.一种用于使聚集产物脱水的方法，其特征在于，所述聚集产物包含通过粘合剂保持在一起的聚集疏水性颗粒，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质，所述方法包括：

向所述聚集产物施加剪切力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质；和

将所述非疏水性物质与所述聚集疏水性颗粒分离。

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述方法包括施加压力或者离心力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质。

51.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，还包括迫使所述聚集产物通过减少的流通截面，以向所述聚集疏水性颗粒施加剪切力。

52.根据权利要求49至51中任一项所述的方法，其特征在于，还包括向所述聚集产物施加剪切力小于30秒、更优选地小于15秒、甚至更优选地小于5秒，最优选地小于1秒。

53.一种用于使聚集产物脱水的装置，其特征在于，所述聚集产物包含通过粘合剂保持在一起的聚集疏水性颗粒，所述粘合剂包含50%或更高体积的非疏水性物质，所述装置包括：

与剪切设备形成流体连接的通道，所述通道用于将所述聚集产物传送到所述剪切设备；

其中所述剪切设备向所述聚集产物施加剪切力以使所述粘合剂破裂，从而从所述粘合剂释放所述非疏水性物质；和

至少一个出口，所述出口用于将所述非疏水性物质与所述聚集疏水性颗粒分离。

54.根据权利要求53所述的装置，其特征在于，所述剪切设备包括减少的流通截面，所述聚集疏水性颗粒流动通过所述减少的流通截面，以施加所述剪切力。

55.根据权利要求54所述的装置，其特征在于，所述剪切设备包括通路和开口，所述开口具有比所述通路的直径小的直径，以形成所述减少的流通截面。

56.根据权利要求55所述的装置，其特征在于，所述开口在安装在所述通路中的孔板中形成。

57.根据权利要求55所述的装置，其特征在于，所述剪切设备包括阀门，所述开口通过部分地关闭所述阀门来形成。