JPS6136560B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉砕・精製石炭（炭素）、水および
分散剤を含む組成物（スラリー）ならびにこのよ
うな組成物（スラリー）の製造法に関する。

本発明は特に、炭素に加えて不純物を含む炭素
質原料から、炭素を可能な限り純粋な状態で含む
組成物を製造する方法に関する。

周知のようにたとえば鉱物石炭は、多くの他の
原料と同様に不純物、なかでも有機的に結合した
硫黄、種々の金属硫化物および他の金属不純物を
土ないしは粘土粒子とともに含む。これらの不純
物は環境に対し有害であり、石炭を燃料として使
用するときは不純物を周囲に排出するのは避ける
のが望ましい。石炭の燃焼は、従来、洗浄するな
どの方法がとられる以外は、予め石炭を清浄化す
ることなく行われてきた。そこで不純物を煙道ガ
スから除去することが行われており、これは大規
模かつ高価な精製プラントを要求してきた。この
点が、石炭の代りにエネルギー源として石油を用
いる理由の一つであつた。

石油などの液体燃料の燃焼は、固体燃料の燃焼
とは違つた設計の燃焼設備を要求するので、石油
への転換は石炭への復帰をより困難にし、石油に
対する石炭の競争力を一層低下せしめた。

しかしながら、石炭、特に鉱物石炭はエネルギ
−資源の相当量を占めるので、上記欠点を除いて
石油などの液体燃料に対する競争力を強めること
が非常に望ましい。

固体燃料としての石炭の欠点を除くために、石
炭を微粉化て水あるいは炭化水素などの担体液に
分散することにより、石炭を液体燃料化すること
が提案されている。かくすることにより、石炭は
扱い易くなり、またそうでなければ存在する爆発
および自然発火の危険は除かれるだろう。更に、
固体炭素質燃料の処理に伴う汚染などの環境上の
不都合も除かれるであろう。

水などの担体に分散することにより石炭を液状
に転換する従来の提案の一つとして、スエーデン
特許出願第7613478−２号明細書が挙げられる。
しかし、ここに開示される燃料は、本発明とは異
り、燃料中の結合水を除くために水熱処理に付さ
れ、処理燃料の分散のためには慣用の界面活性剤
を使用する。

また英国特許明細書第1469319号は、液状スラ
リー状態の石炭の輸送方法を開示し、またこの明
細書は石炭から結合水を除くための予備熱処理も
述べられている。アニオン性のアルキルアリルス
ルホネートなどの慣用の表面活性剤を加えること
も述べられている。

また、米国特許明細書第3762887号は、微細石
炭および水からなる液状燃料を開示する。この特
許明細書によれば、いかなる分散剤も添加されな
い。

公知技術に開示されているように、固体燃料と
しての石炭の欠点のいくつかは除かれているが、
石炭原料の清浄化はない。しかしながら、石炭原
料を清浄化する努力をすることは非常に重要であ
る。というのは、石炭を固体原料としてより大幅
に用いない主要な理由の一つが、正に石炭が非常
に多くの汚染物質を含み環境上の観点から不適当
であるというところにあるからである。

本発明によれば、石炭の燃料としての上述の欠
点を全て除くことが可能になつた。すなわち、本
発明によれば、石炭を水に分散することにより液
体燃料に転換し、これにより輸送および貯蔵処理
を容易にするとともに、そうでなければ存在する
爆発および自然発火の危険が除かれる。更に、石
炭原料を精製することにより高価かつ大規模な煙
道ガス浄化ブラントの必要性が減じあるいは完全
に除かれ、環境的に満足な燃料が得られる。

本発明の目的は、炭素に加えて不純物を含む炭
素質原料の分散液に、選択吸着により炭素粒子お
よび不純物粒子に異なる電荷を生起する分散剤を
添加し、この異つた電荷を炭素の分離に用いるこ
とにより達成される。

したがつて本発明によれば、粉砕炭素、水およ
び分散剤を含み、この分散剤が選択吸着により炭
素粒子と他物質の粒子に異なる電荷を生起するこ
とを特徴とする組成物が得られる。

本発明によればまた、炭素に加えて不純物を含
む炭素質原料から粉砕した精製状態の炭素ならび
びに水および分散剤を含む組成物を製造する方法
であつて、前記原料を水と混合し、粉砕とともに
あるいはこれに続いて選択吸着により炭素粒子お
よび不純物粒子に異つた電荷を生起する分散剤を
添加し、この異つた電荷を利用して炭素を不純物
から分離することを特徴とする方法が提供され
る。

本発明は、特許請求の範囲の実施態様項にあら
われる態様を適用することにより特に適切に実現
されるであろう。

本発明において用いられる分散剤は、ポリホス
フエートおよびポリアクリレートなどのポリカル
ボン酸の塩より選ばれる高分子電解質の分散剤で
ある。しかしながら、アルキルスルホネートなど
の慣用の表面活性剤は、炭素粒子と不純物粒子に
異つた電荷を与える能力を欠くように思われ、し
たがつて、このような表面活性剤は本発明に含ま
れない。

本発明で用いられる、ポリホスフエートおよび
ポリアクリレートの分散剤はいずれも多価電解質
であり、これらの分散剤は炭素粒子と不純物粒子
とに電荷を与え、荷電した炭素粒子および不純物
粒子が各々クーロン反発力によつて分散される。

本発明の理解を容易とするために、本発明によ
る液体炭素粉末組成物の製造を以下により詳細に
述べる。

任意の好適な種類の鉱物石炭を水と混合し粉砕
して小粒径とする。粉砕は、爆発およびエネルギ
ー消費を考慮すると、湿式磨砕により行うのが好
適である。炭素質原料に伴われる不純物が後に得
やすくなるように、粉砕は100μｍ以下、好まし
くは50μｍ以下の粒径となるまで行うべきであ
る。更に、水中への石炭の分散をできる限り安定
とするためには、粒径は40μｍ以下であるのがよ
い。40μｍ以下の粒径は、燃焼の観点からも好適
であり、こうすれば燃焼を油と同様に行える。し
かしながら、粉砕を過度に行うのは適当でない。
これは一つには、相当のエネルギー消費を要求す
るからであり、もう一つには、１μ未満の粒径の
コロイド粒子は引き続く精製をより困難とするか
らである。

石炭−水混合物中の石炭含量を、磨砕ととも
に、約１〜20重量％、好適には約10重量％に調整
する。

石炭を水に分散するために分散剤を添加する。
この分散剤を湿式磨砕の後に添加することもでき
る。しかし、磨砕操作を容易とするためには、分
散剤を摩砕とともに添加するのが好適である。

上述したように、本発明の分散剤は炭素粒子お
よび不純物に異つた電荷を与えるものであり、好
ましくは高分子電解質およびポリホスフエートか
ら選ばれる。好適な高分子電解質の例は、たとえ
ばポリアクリル酸などのポリカルボン酸のアルカ
リ金属およびアンモニウム塩である。特に好適な
高分子電解質の例は、DISPEX A40（ポリカル
ボン酸のアンモニウム塩）、DISPEX N40（ポリ
カルボン酸のナトリウム塩）およびDISPEX G40
（ポリアクリル酸のナトリウム塩）など、
DISPEXの商標のものに40％水溶液の形態で販売
されている分散剤である。なかでも、本発明に
は、DISPEX A40およびG40が特に好適であるこ
とが判明した。

分散剤の添加量は、使用する特定の分散剤によ
る。一般的にいつて、石炭の分散をできるだけ安
定とするに充分な量の分散剤を用いるべきであ
る。一般に、分散剤濃度は、水基準で計算して、
0.02〜４重量％の範囲である。ここで、0.02重量
％未満の濃度では効果が少なく、一方約４重量％
を超える量は不経済である。特定の場合について
の最適量は当業者にとつては容易に決定されるで
あろう。

もし分散剤を、前述たような石炭の粉砕ととも
にあるいはこれに続いて添加する場合（すなわ
ち、炭素含量約10重量％）、好適な分散剤濃度は
約0.04〜0.4重量％の範囲、好ましくは約0.12重量
％であることが判つた。

前述したように、本発明の特定の分散剤は、石
炭−水混合物中の粒子を電気的に荷電させ、炭素
粒子と不純物粒子を異る程度に荷電させる性質を
有するものである。本発明においては、この性質
を不純物粒子を炭素粒子から分離するために用い
る。異つた粒子荷電による分離効果を公知の分離
法と組み合せて向上することができる。

石炭−水混合物を精製するために、希釈混合物
を沈降装置、たとえば積層フイルターに移送し、
ここで混合物を沈静させる。荷電後において炭素
粒子は不純物粒子に比べて大きな電荷を有するの
で、不純物粒子は炭素粒子に比べて速く沈降す
る。かくして、石炭−水混合物は不純物粒子から
精製される。

更に、炭素質原料は、たとえば黄鉄鉱硫化物の
形態で磁性不純物を含むので、磁気分離をも実施
するのが便宜である。このそれ自体は公知の操作
を沈降分離の前処理または後処理工程として組み
合せることができる。

上記選択分離技術を適用することにより、硫黄
その他の不純物の半分以上を除去することができ
る。すなわち、選択沈降分離と磁気分離の組み合
せにより、黄鉄鉱硫化物の全てが除去され、硫黄
含量は0.7％から0.3％に低下する。

上記選択沈降分離の代りに、不純物の分離を浮
遊選鉱により行うことができる。炭素粒子に比べ
て不純物は低い電荷を有するため、不純物はより
大なる凝集を起す傾向を有し、次いで生じた凝集
物を浮遊選鉱にかける。

異る電荷を利用して炭素および不純物を分離す
るもう一つの方法は、それらの電界中での異る移
動速度を利用する方法である。しかしながら、液
体中での大きな電気抵抗のため、この分離法は比
較的大量のエネルギーを必要とする。

上記分散および精製法と関連して、精製炭素−
水混合物は、炭素濃度が増加するように水を部分
的に除くことにより好適に濃縮される。もし、混
合物を、たとえば配管によりポンプ移送する場合
には、粘度と関連して、最高約40％までの炭素含
量が適当である。しかしながら、混合物を直ちに
燃焼するのであれば、炭素含量を約50〜80重量
％、好ましくは約55〜70重量％に上昇すべきであ
る。混合物を燃焼に先立つて貯蔵する場合には、
炭素含量を更に上昇することもでき、この場合燃
焼前に上記の適当な炭素含量まで水で希釈する。

炭素含量を上昇するために除去する水中にはあ
る量の分散剤が含まれている。したがつて経済的
理由により、必要に応じて溶解不純物を沈澱させ
たのちに、湿式磨砕の追加水として系に戻すこと
ができる。かくして、系外への分散剤の放出を避
けることができると同時に、新規の分散剤の使用
を低減することができる。

上述したように、炭素−水混合物の水含量は必
要に応じて水を除去しあるいは追加することによ
り調整することができる。貯蔵あるいはバルク輸
送のためには、水含量を最小限とし、その後に配
管輸送あるいは燃焼を考慮して水含量を増すこと
ができる。このように必要に応じて、混合物の水
含量を操作できることは、混合物の取扱いが容易
になり、経済的に好ましい他、いくつかの実質的
利益を伴うものである。水の追加により混合物の
水含量を増加する場合には、混合物中の分散剤濃
度があまり変らないように、追加水に分散剤を含
ませるべきである。

経済的理由により、上記した工程は全て通常の
周囲温度において行う。温度による本質的な影響
はない。ただ一つの要求は、温度がもちろん水の
凝固点以上であるということである。

他方、混合物のPH値は影響がある。一般に混合
物のPH値は約５〜10であり得る。しかしながら、
アルカリを添加してPH値を約７〜10とすることに
より、最終濃縮炭素−水混合物に顕著な安定化効
果を与えることが見出された。

以下、実施例によつてこの発明をより具体的に
説明する。

例 ポーランドの粉炭を24時間、30℃の温風で乾燥
した。その後、１mm以下に粋き、石炭ミル中で３
時間粉砕した。そのミルの内半径は180mm、ボー
ルの直径は33mmであつた。ミルとボールの材料は
セラミツクであつた。

微粒子の大きさがクールター・カウンター型式
TAで測定され、その結果、その微粒子の大きさ
が６μｍから200μｍの間にわたつてあることが
わかつた。

別に、分散媒溶液を準備した。その中には、高
分子電解質（40重量％のアンモニウムポリアクリ
レートと60重量％の水とから成る商標Dispex
A40）がさらに水で薄められ、溶媒で全体として
0.5重量％のアンモニウムポリアクリレートを含
有していた。

高速回転ミキサー（10000prm）に半分まで前
記の分散媒溶液を満し、回転しながら所望の粘度
になるまで粉砕炭の粉末を添加した。しばらく分
散を続けていると粘度は多少減少する。さらに石
炭粉末を添加して結局、粘度は2000CPブルツク
フイールドになつた。得られた混合物は65％の石
炭を含み、石炭のベーストの形状をしていた。

単一ポンプを含む閉鎖型の管システムに前記の
石炭ペーストを充填した。１週間の静止した貯蔵
後、その石炭ペーストをポンプによる通常の減圧
によつて循環させることができた。このペースト
は、直径４mmの管を押されて通過した。

電気泳動の可動度の測定から、高分子電解質
Dispex A40の添加によつて−２（高分子電解質
なし）から−７（0.3ｇ高分子電解質／１ｇ石
炭）に0.1重量％の濃度でポテンシヤルが低下し
た。このポテンシヤルは貯蔵安定性の尺度の確か
な一部である。

分散媒溶液の調製に際して、水の一定部分の代
りに水酸化カルシウム溶液を添加することによつ
て貯蔵安定性が改善され、その結果、それはアル
カリ性（PH10）になる。この分散媒溶液によつて
調製された石炭ペーストを含有する閉じたタンク
で、石炭ペーストの特性を損うことなく、６ケ月
の間安定にすることができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粉砕されかつ精製された石炭と、水と、ポリ
   ホスフエートおよびポリカルボン酸塩から選ばれ
   る高分子電解質分散剤とを含み、この分散剤が選
   択吸着により石炭粒子および他物質粒子に異なる
   電荷を与えて精製石炭を得かつスラリーの安定化
   を保持することを特徴とする安定化石炭スラリ
   ー。 ２ 分散剤がポリホスフエートである上記第１項
   記載のスラリー。 ３ 分散剤がポリカルボン酸の塩である上記第１
   項記載のスラリー。 ４ 粉砕炭素の粒径が100μｍ以下である上記第
   １項ないし第３項のいずれか１項記載のスラリ
   ー。 ５ 粉砕炭素の量が、最大で混合物の80重量％で
   ある上記第１項ないし第４項のいずれか１項記載
   のスラリー。 ６ 分散剤の量が水の0.02〜４重量％である上記
   第１項ないし第４項のいずれか１項記載のスラリ
   ー。 ７ PHが７〜10である上記第１項ないし第６項の
   いずれか１項記載のスラリー。 ８ 石炭に加えて不純物を含む炭素質原料から、
   粉砕・精製形態の石炭、ならびに水および分散剤
   を含む安定化石炭を製造する方法であつて、前記
   原料を水と混合し、粉砕し、粉砕とともにあるい
   はこれに続いて、選択吸着により石炭粒子および
   不純物粒子に異つた電荷を与えかつポリホスフエ
   ートおよびポリカルボン酸塩から選ばれる高分子
   電解質である分散剤を加え、この異つた電荷を利
   用して炭素を不純物から分離し石炭スラリーを安
   定化することを特徴とする方法。 ９ 分散剤としてポリホスフエートを添加する上
   記第８項記載の方法。 １０ 分散剤として、ポリカルボン酸の塩を添加
   する上記第９項記載の方法。 １１ 炭素質原料を100μｍ以下の粉径に粉砕す
   る上記第８項ないし第１０項のいずれか１項記載
   の方法。 １２ 炭素と不純物の分離を沈降、磁界作用によ
   る分離、電界作用による分離および浮遊選鉱のい
   ずれか少くとも一つの方法により行う上記第８項
   ないし第１０項のいずれか１項記載の方法。 １３ 炭素含量が、分離前で最高で10重量％であ
   り、分離とともにあるいはこれに続いて、水の除
   去により最高で80重量％に上昇させる上記第８項
   ないし第１２項のいずれか１項記載の方法。 １４ 分散剤を、水の0.02〜４重量％で加える上
   記第８〜１３項のいずれか１項記載の方法。 １５ スラリーのPH値を７〜10に調整する上記第
   ８項ないし第１４項のいずれか１項記載の方法。