利用微藻升級(jí)煤粉的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用微藻對(duì)來(lái)自廢煤堆和原礦粉煤的細(xì)粉煤和超細(xì)粉煤進(jìn)行升級(jí)。
[0002] 本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)"升級(jí)"是指降低粉煤的礦物組分含量（灰分含量）或者提高 粉煤的熱值或二者兼具，而無(wú)論礦物組分的任何期望部分是否將被回收。
【背景技術(shù)】
[0003] 煤是一種復(fù)雜的材料，包含碳基化學(xué)組分和無(wú)機(jī)或礦物組分二者，其中無(wú)機(jī)或礦 物組分在本文中統(tǒng)稱為礦物組分。礦物組分通常構(gòu)成煤的灰分含量并且在確定特定煤的價(jià) 值時(shí)具有顯著作用。通常，煤的灰分含量越高，則其價(jià)值越低，因?yàn)槊旱哪芰亢肯鄳?yīng)減少 并且在煤的使用過(guò)程中產(chǎn)生的廢物量越大。
[0004] 為了將這種礦物組分從煤中分離，現(xiàn)有技術(shù)中已知許多程序和方法，包括重力分 離、沉降和浮選。雖然粗煤易于分離礦物雜質(zhì)，但是粉煤（一般具有小于約〇.5mm的粒徑） 更難以分離礦物組分并且經(jīng)常淪為煤漿壩形式的"廢棄"煤，要么被重新利用或者被直接堆 填廢棄。
[0005] 采礦和加工處理通常產(chǎn)生大量的煤粉，這些煤粉不能用于大多數(shù)正常的煤應(yīng)用， 例如發(fā)電，這是因?yàn)檫@種煤因存在大量礦物組分而導(dǎo)致能量值低的緣故。煤粉一般也難以 處理、加工和運(yùn)輸。
[0006] 本申請(qǐng)人在先的國(guó)際專利申請(qǐng)公報(bào)W02012/025806公開(kāi)了粉煤及其他碳質(zhì)物可 以利用微藻作為粉狀碳顆粒的粘合劑從而可便于通過(guò)團(tuán)聚實(shí)現(xiàn)利用。
[0007] 雖然預(yù)期本發(fā)明將主要應(yīng)用于煤粉本身，但是術(shù)語(yǔ)"煤粉"應(yīng)該被廣義理解為包括 其它碳質(zhì)粉，例如可以用于處理和加工焦炭。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種通過(guò)分離至少部分礦物組分來(lái)升級(jí)煤粉的方法，所述方法 包括利用水介質(zhì)中的微藻處理煤粉，其中在允許微藻吸附在煤粉顆粒上的條件下，將煤粉 與水中的微藻接觸以形成漿液，該方法的特征在于，對(duì)所述漿液進(jìn)行處理分離成第一級(jí)分 和第二級(jí)分，其中第一級(jí)分富含煤粉以及吸附在其上的微藻，第二級(jí)分具有比第一級(jí)分更 多的礦物組分，以及加工處理第一級(jí)分以從中回收升級(jí)的煤粉。
[0009] 本發(fā)明提供的其它特征在于，水介質(zhì)中的微藻為基本完好細(xì)胞形式；利用在淡水 而不是鹽水中生長(zhǎng)的微藻進(jìn)行微藻在煤/碳顆粒上的吸附，以避免存在諸如NaCl的鹽分導(dǎo) 致可通過(guò)靜電競(jìng)爭(zhēng)而干擾藻類在煤表面上的有效吸附；第一級(jí)分與第二級(jí)分通過(guò)沉降、漩 渦分離或浮選進(jìn)行分離；煤粉通常通過(guò)尺寸準(zhǔn)備進(jìn)行分級(jí)以與微藻接觸，使得預(yù)定范圍的 粒徑進(jìn)行微藻在煤粉上的吸附并分離成第一級(jí)分和第二級(jí)分；產(chǎn)生多個(gè)合適的粒徑范圍， 目的是提高由本發(fā)明方法獲得的益處；任選地對(duì)產(chǎn)生的每個(gè)粒徑范圍進(jìn)行不同的處理以利 于微藻在煤粉上的吸附以及在其上吸附微藻后分離成第一級(jí)分和第二級(jí)分；通過(guò)將干煤粉 與藻類水漿混合或者通過(guò)在已放入水中的煤粉例如留在煤處理設(shè)備內(nèi)的煤粉中加入濃縮 藻類水漿來(lái)進(jìn)行接觸；以及進(jìn)行接觸的目的是在煤粉上均勻吸附微藻，使得微藻的負(fù)載量 優(yōu)選為煤粉重量的5~15%。
[0010] 在煤粉進(jìn)行尺寸分級(jí)的情況下，煤粉尺寸分級(jí)的方式不是嚴(yán)格的，可以例如通過(guò) 篩選、漩渦分級(jí)以及基于密度的方法例如螺旋分離、水力旋流和重介質(zhì)旋流分離等方法進(jìn) 行。
[0011] 本發(fā)明不需要對(duì)在吸附微藻后可通過(guò)分離成第一級(jí)分和第二級(jí)分進(jìn)行純化的煤 粉粒徑進(jìn)行任何限制。但是，優(yōu)選對(duì)煤粉進(jìn)行尺寸分級(jí)以提供合理的等粒徑分布，從而允許 有效地分離煤粉和礦物顆粒。本發(fā)明的方法隨著粒徑降低在煤粉和礦物顆粒之間提供的分 離得到改善，因此優(yōu)選較小的粒徑范圍。
[0012] 應(yīng)該注意的是，優(yōu)選利用沒(méi)有預(yù)先使用化學(xué)浮選劑浮選過(guò)的煤進(jìn)行微藻在煤上的 吸附。因此，本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于粗制煤或原煤。
[0013] 在任何情況下，微藻的實(shí)際吸附量取決于煤粉的實(shí)際粒徑，或者在顆粒適當(dāng)小的 情況下，最終使用煤-微藻混合物。這種用途可能在WO 2012/025806中有所提及。在后一 種情況下，為了實(shí)現(xiàn)期望的微藻負(fù)載量，首先確定源水中的微藻量和煤粉量，再以適當(dāng)比例 進(jìn)行混合。
[0014] 含微藻的水可以是任意濃度的，只要能夠?qū)崿F(xiàn)煤粉顆粒與礦物顆粒的有效分離即 可。通常，微藻濃度可以是約1克/升~約200克/升。
[0015] 微藻最通常是來(lái)自于商業(yè)培養(yǎng)系統(tǒng)，例如光-生物反應(yīng)器、池塘或水溝系統(tǒng)，在這 種情況下，接觸構(gòu)成了微藻的收獲，使得收獲的微藻細(xì)胞保持完整性。為了使本發(fā)明發(fā)揮最 優(yōu)的功能，優(yōu)選微藻細(xì)胞在任何處理步驟例如收獲步驟中不被破壞，使得微藻細(xì)胞作為一 個(gè)整體或作為完整細(xì)胞與煤粉接觸。
[0016] 根據(jù)需要，可隨后對(duì)任意漿液進(jìn)行分離步驟以移除礦物顆粒，然后從殘留的水漿 中回收煤-微藻混合物。分離過(guò)程的性質(zhì)在很大程度上取決于煤粉/礦物顆粒的粒徑。因 此，當(dāng)處理相對(duì)粗糙的煤粉/礦物顆粒時(shí)，從水中回收通常可通過(guò)優(yōu)選的含礦物固體的沉 降來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0017] 當(dāng)使用不如前述顆粒沉降那么好的更微細(xì)的煤粉/礦物顆粒時(shí)，可以使用其它技 術(shù)例如泡沫浮選來(lái)分離第一和第二級(jí)分并從漿液中回收粉煤顆粒。在后一種情況下，可以 添加起沫劑來(lái)回收煤-微藻顆粒，或者選擇性地從混合物中回收礦物顆粒。應(yīng)該注意的是， 便于利用靜電絮凝通過(guò)絮凝、沉降和過(guò)濾來(lái)分離出煤-微藻固體。
[0018] 由于微藻攜帶有天然負(fù)電荷以使微藻在水中穩(wěn)定懸浮，所以含有吸附微藻的煤顆 粒也趨于形成更穩(wěn)定的水懸浮體，這使得通過(guò)沉降分離礦物顆粒成為一個(gè)優(yōu)選選擇，因?yàn)?微藻優(yōu)先吸附在碳上而不是礦物顆粒上。
[0019] 為了使本發(fā)明得以被更充分地理解，以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 在附圖中：
[0021] 圖1是示出不同量的微藻生物質(zhì)對(duì)煤粉沉降速率的影響的圖；和
[0022] 圖2是用于測(cè)試不同粒徑范圍的煤粉和礦物顆粒在不同條件下的沉降速率的示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 針對(duì)在煤粉上吸附不同量微藻的處理對(duì)煤粉的沉降速率的影響進(jìn)行多次試驗(yàn)。將 經(jīng)過(guò)任意的尺寸分級(jí)或其它預(yù)處理的煤粉在與微藻的接觸步驟中通過(guò)適合煤粉狀態(tài)的方 法進(jìn)行接觸。因此，可以通過(guò)將干煤粉與藻類水漿混合或通過(guò)在已處于水中的煤粉例如殘 留在煤加工設(shè)備內(nèi)的煤粉中加入濃縮藻類水漿來(lái)進(jìn)行接觸。
[0024] 在兩種情況下，進(jìn)行接觸的目的都是在煤粉上均勻吸附微藻，使得微藻的負(fù)載量 優(yōu)選為煤粉重量的5~15%，在下文中將更清楚地說(shuō)明這一點(diǎn)。
[0025] 在任何情況下，微藻的實(shí)際吸附量至少在某種程度上取決于煤粉的實(shí)際粒徑，或 者在顆粒適當(dāng)小的情況下，最終使用煤-微藻混合物。在后一種如本申請(qǐng)人在先國(guó)際專利 申請(qǐng)公報(bào)WO 2012/025806中提及的后續(xù)團(tuán)聚的情況下，期望的微藻負(fù)載量可以根據(jù)團(tuán)聚 步驟的需要來(lái)計(jì)算。在任何情況下，首先確定源水中的微藻量和煤粉量，再以適當(dāng)比例進(jìn)行 混合。
[0026] 微藻在源水中的濃度可以是任意的，只要能夠?qū)崿F(xiàn)煤粉顆粒與礦物顆粒迅速有效 分離即可。通常，微藻濃度可以是約1克/升~約200克/升。
[0027] 微藻最通常是來(lái)自于商業(yè)培養(yǎng)系統(tǒng)，例如光-生物反應(yīng)器、池塘或水溝系統(tǒng)，在這 種情況下，與煤粉的接觸構(gòu)成了微藻的收獲，其條件是確保收獲的微藻細(xì)胞盡可能保持完 整性。應(yīng)該注意的是，為了使本發(fā)明發(fā)揮最優(yōu)的功能，優(yōu)選微藻細(xì)胞在任何處理步驟例如收 獲步驟中不被破壞，使得微藻細(xì)胞作為一個(gè)整體或作為完整細(xì)胞與煤粉接觸。
[0028] 隨后，對(duì)所得的漿液進(jìn)行分離步驟以提供含有升級(jí)煤粉的第一級(jí)分和含有比第一 級(jí)分更多的礦物組分的第二級(jí)分?？傮w效果是，從第一級(jí)分中移除部分礦物組分，然后從殘 留的水溶液中回收煤-微藻混合物。
[0029] 該分離過(guò)程的性質(zhì)在很大程度上取決于煤粉/礦物顆粒的粒徑以及煤粉中存在 的礦物量。當(dāng)處理相對(duì)粗糙的煤粉/礦物顆粒時(shí)，從水中回收通常可通過(guò)優(yōu)選的含礦物固 體的沉降來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0030]當(dāng)使用不如前述顆粒沉降那么好的更微細(xì)的煤粉