ФЛОТАЦИОННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ УГЛЯ ОТ ЗОЛООБРАЗУЮЩИХ ЧАСТИЦ Российский патент 2019 года по МПК B03D1/02 B03D103/08 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

[0001] Это изобретение относится к устройствам и способам флотационного отделения мелких частиц угля от частиц золообразующих компонентов, делающих тем самым возможным извлечение мелких частиц угля, подлежащих обработке в модернизированные, коммерчески ценные угольные продукты.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Угли классифицируют в первую очередь на основании состава углеродного материала (например, содержания органических составляющих и связанного углерода по отношению к летучему веществу) и величины БТЕ (британских термических единиц) как функции содержания золообразующего минерала и содержания влаги.

[0003] Антрацит является углем высшего ранга и применяется в сталеплавильной промышленности в качестве заменителя кокса посредством таких процессов, как инжекция пылевидного угля в видах применения спекающегося угля. Он является плотной, твердой породой с металлическим блеском. Он содержит от 85% до 98% связанного углерода по массе. Антрацитовый уголь содержит примерно 14000+ БТЕ/фунт (32+ МДж/кг).

[0004] Битуминозный уголь является вторым углем высшего ранга, и его применяют как для выработки электроэнергии, так и для производства кокса. Он является сравнительно твердым углем, который является обычно черным, иногда темно-коричневым. Он содержит от 45% до 85% связанного углерода по массе. Битуминозный уголь содержит примерно 9000-13000 БТЕ/фунт (21-30 МДж/кг).

[0005] Полубитуминозный уголь является углем более низкого ранга, применяемым в основном для выработки электроэнергии. Он содержит от 35% до 45% связанного углерода по массе. Полубитуминозный уголь содержит примерно 4000-9000 БТЕ/фунт (9-21 МДж/кг).

[0006] Лигнит является углем наиболее низкого ранга, применяемым единственно для выработки электроэнергии. Он содержит от 15% до 35% связанного углерода по массе. Лигнитовый уголь производит менее чем 4000 БТЕ/фунт (<9 МДж/кг).

[0007] Спекающийся уголь иногда требуется в качестве коксующегося угля, поскольку его применяют в процессе создания кокса, необходимого для производства железа и стали. Энергетический уголь иногда называют паровичным углем, поскольку его применяют на электростанциях, работающих на угле, которые производят пар для выработки электроэнергии и промышленных видов применения.

[0008] Уголь является одним из наиболее важных источников энергии в мире. Примерно 1 миллиард тонн угля добывают в Соединенных Штатах Америки каждый год. Уголь является обычно измельченным. Во время добычи и операции дробления образуются отходы угля в виде мелких фракций, также называемые как угольная пыль. Кроме того, уголь обычно промывают перед транспортировкой, чтобы удалить поверхностную пыль. Угольную мелочь определяют как уголь, частицы которого имеют размер менее чем 1 мм, и ультрамелкие частицы угля определяют как уголь, частицы которого имеют размер менее чем 500 микрон. Современный промышленный процесс извлечения частиц угля размером менее чем 1 мм является более дорогим, чем другие виды обработки угля. Чем меньше частицы, тем выше затраты на обработку. Кроме того, в настоящее время отсутствуют промышленные способы извлечения и реализации частиц размером менее чем 100 микрон (0,1 мм). Примерно от 200 до 300 миллионов тонн отходов угля в виде мелких фракций производятся и складируются каждый год в Соединенных Штатах Америки. Согласно оценкам, более 3 миллиардов тонн угля производится в Китае каждый год, и более 500 миллионов тонн сопутствующей угольной мелочи складируется каждый год.

[0009] Подводя итог вышесказанному, имеется множество классов угля, основанных на зольности, влажности, органических составляющих, связанном углероде и летучих веществах. Независимо от класса, однако, энергосодержание угля непосредственным образом связано с его влажностью и содержанием золообразующих минеральных компонентов. Чем ниже содержание золообразующих минеральных компонентов и влаги в угле, тем больше энергосодержание и выше ценность угля. Любой уголь любого класса может быть улучшен посредством уменьшения содержания золообразующих компонентов в данном угле.

[0010] Несмотря на то, что угольная мелочь имеет тот же самый химический состав, что и крупноразмерный добытый уголь, она рассматривается как отходы, поскольку обычный процесс добычи угля не рассчитан на обращение с частицами малых размеров. Угольная мелочь в качестве отходов остается неиспользованной, поскольку она обычно является слишком влажной, чтобы ее сжигать, слишком грязной, чтобы ее стоило сушить, и слишком мелкой для транспортировки. Имеются миллиарды тонн угольной мелочи в качестве отходов, складированные на тысячах угольных шахтах по всему миру. Согласно оценкам, имеются более 10 миллиардов тонн в Соединенных Штатах Америки и Китае и миллиарды дополнительных тонн в Австралии, Индии, Индонезии, России, Колумбии и других странах.

[0011] Угольная мелочь обычно содержит три компонента: (1) частицы угля (углерод); (2) частицы золообразующих компонентов, таких как глина, известняк и песок; и (3) воду. Эта угольная мелочь обычно имеет содержание золообразующих компонентов более чем 30% по массе (примерно 15% по объему) и содержание влаги более чем 30% по массе. Она часто складируется как экологически опасные отходы.

[0012] Специфической проблемой в угольной промышленности является сжигание угля с типичными золообразующими компонентами. Данные компоненты являются основным источником крайне вредных выбросов, таких как SO_x, и уменьшают теплоту сгорания и эффективность теплопередачи. Уменьшение содержания золообразующих компонентов до менее чем примерно 5% по массе в угле устраняло бы примерно 2/3 вредных выбросов. Этот более чистый сжигаемый уголь может являться значительным прогрессом в энергетическом секторе.

[0013] Наряду с тем, что технологии отделения, классификации и сушки угольной мелочи известны, они являются слишком неэффективными и дорогостоящими по отношению к частицам размером менее чем 150 микрон, чтобы быть коммерчески подходящими. Эффективный процесс для преобразования угольной мелочи в экономически выгодный коммерческий продукт не был разработан. Дополнительные значительные денежные средства теряются при транспортировке и обработке влажной фракции и фракции золообразующих минеральных компонентов угля.

[0014] Промышленное флотационное отделение в качестве средства для отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов применялось на практике в течение десятилетий. Частицы угля, не содержащие частиц золообразующих компонентов, являются по существу углеродом. Обычно флотационная камера имеет узлы для создания пузырьков в нижней части камеры. Вода заполняет не менее чем 90% или более объема флотационной камеры. Вода аэрируется пузырьками с образованием области вода-пузырьки. Область вода-пузырьки в целом часто называют пульпой флотационной камеры. Небольшое количество пенообразующей добавки, чтобы способствовать образованию мелких воздушных пузырьков, смешивают с водой, чтобы стабилизировать размер пузырьков в пульпе. После того, как пенообразующая добавка добавлена, размер пузырьков и их количество определяют методом, посредством которого создают пузырьки. Суспензию угольной мелочи закачивают в область для пульпы флотационной камеры в месте несколько выше генераторов пузырьков. Отделение частиц угля от частиц золообразующих компонентов происходит в пульпе. Область выше пульпы, куда пузырьки переносят флотированные частицы угля, называют областью для пены. На границе раздела между областью для пульпы и областью для пены, небольшие пузырьки на поверхности воды коалесцируют в более крупные пузырьки, образуя угольную пену. Пена перетекает в систему сбора, в которой под действием силы тяжести подается в бункер для сбора [Flint 2000].

[0015] Процесс отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов при флотационном отделении может быть описан следующим образом. Частицы угля, которые являются преимущественно неокисленным углеродом, являются гидрофобными по своей природе. Собиратель может быть добавлен к суспензии, чтобы покрывать частицы угля и увеличивать природную гидрофобность поверхности частиц угля. Оболочка пузырьков является гидрофобной. Частицы угля присоединяются к поднимающимся пузырькам посредством гидрофобного притяжения. Пузырьки с достаточной плавучестью поднимают присоединенные частицы угля вверх через пульпу во флотационной камере к границе раздела между пульпой и областью для пены, после чего пузырьки коалесцируют в более крупные пузырьки, называемые угольной пеной. Преимущественно частицы золообразующих компонентов являются гидрофильными по своей природе и не всплывают вместе с пузырьками. Поэтому, большинство частиц золообразующих компонентов остаются суспендированными в воде пульпы. Более крупные частицы золообразующих компонентов и частицы угля, которые слишком крупные, чтобы всплывать, опускаются к дну флотационной камеры против восходящего потока пузырьков в качестве осадка. Соответственно, полезно измельчать или дробить частицы до надлежащего размера. В пене частицы угля остаются присоединенными к пузырькам пены большего размера. По мере того как все больше пузырьков с присоединенным углем достигают границы раздела между пульпой и угольной пеной, образование увеличенной пены создает результирующее, направленное вверх усилие, которое выталкивает массу угольной пены вверх и из флотационной колонны. Тремя параметрами для характеризации флотационного отделения угольной мелочи являются эффективность флотации, извлечение горючей массы и интенсивность флотации.

[0016] Эффективность флотации представляет собой содержание в массовых процентах частиц угля в угольной пене в расчете на сухую массу. Угольная пена состоит из пузырьков, частиц угля на пузырьках и воды от пульпы, которая увлечена пеной. Часть воды от пульпы содержит суспендированные частицы золообразующих компонентов и некоторые частицы угля, которые находятся в суспензии. Чем больше воды от пульпы, которая включена в угольную пену, тем больше частиц золообразующих компонентов включается в образованную угольную пену. В результате, сушилка для угольной пены имеет более высокую эффективность флотации, поскольку она имеет меньше воды от пульпы и суспендированных частиц золообразующих компонентов в воде.

[0017] Извлечение горючей массы указывает на углерод, флотированный в угольной пене, отделенной посредством введения углерода в суспензию. Например, извлечение 90% горючей массы указывает, что 90% массы частиц углерода в суспензии выпускается из флотационной колонны в виде угольной пены и отбирается.

[0018] Скорость, при которой образованная угольная пена выпускается из флотационной камеры, называют интенсивностью флотации и выражают в метрических тоннах сухой пены в час (метрических тонн/час), деленных на площадь поперечного сечения флотационной колонны (метрических тонн/час/м²). Максимальная интенсивность флотации, которая может иметь место, является пропускной способностью флотационной камеры.

[0019] Флотационное отделение является продуктом по меньшей мере четырех возможностей: возможности сталкивания частиц угля с пузырьками, возможности присоединения частиц угля к пузырькам при сталкивании, возможности отделения от пузырьков вследствие турбулентности и возможности всплывания частиц через пену к зоне сбора [Klima 2012]. Когда размер частиц увеличивается, возможности присоединения, отделения и всплывания уменьшаются, наряду с увеличением возможности сталкивания. Конечным результатом является то, что извлечение горючей массы и интенсивность флотации увеличиваются с уменьшением размера частиц [Tao 2004]. Дополнительным преимуществом уменьшения размера частиц угля является то, что, чем меньше частицы угля, тем меньше вовлеченных золообразующих компонентов в частицах угля, что, соответственно, увеличивает эффективность флотации.

[0020] Общее представление заключается в том, что извлечение горючей массы уменьшается значительным образом для размера частиц менее 0,05 мм и более 0,5 мм [Yoon 1995 и Jameson 2007]. Было представлено, что, когда размер пузырьков уменьшается, интенсивность флотации увеличивается при высокой скорости [Ahmed 1985, Yoon 1986]. Соответственно, идеальная система флотации должна иметь как небольшой размер частиц (например, ультрамелкий уголь с размером частиц менее чем 0,05 мм в диаметре) и небольшой размер пузырьков, например, пузырьки должны быть всего лишь достаточно плавучими, чтобы поднимать частицы угля через флотационную камеру.

[0021] Как указано выше, теория предполагает, что извлечение горючей массы и интенсивность флотации должны увеличиваться при меньших размерах частиц и меньших размерах пузырьков. Однако сообщения в литературе и патентах не доказывают данную теорию, вместо этого они показывают, что извлечение горючей массы увеличивается с увеличением размера частиц [Yoon 1995, Vapur 2010, Peng 2013]. Извлечения горючей массы вплоть до 90% были представлены, однако показали величины зольности более чем 10 масс.% [Yoon 1995, Vapur 2010, Peng 2013]. Обычно, как сообщается, интенсивность флотации (и подобным образом пропускная способность) уменьшаются с уменьшением размера частиц [Patwardhan 2000].

[0022] Подводя итог вышесказанному, угольная промышленность предназначала указанный процесс для частиц размером менее чем 1 мм, выпускаемых в качестве отходов. Количество этих отходов составляет от 20% до 30% от всего произведенного угля. Даже с учетом последних достижений в некоторых угольных процессах, включающих попытки извлечения угольной мелочи посредством процессов флотации угля, угольная промышленность не обладает эффективным способом модернизации и обработки угольной мелочи с размером частиц менее чем 500 микрон (0,5 мм), более конкретно менее чем 300 микрон (0,3 мм), менее чем 150 микрон (0,15 мм), менее чем 100 микрон (0,1 мм) и непременно менее чем 50 микрон (0,05 мм). Эти значительные количества мелких отходов являются неэффективными и являются проблемой для окружающей среды и проблемой удаления.

[0023] Являлось бы значительным прогрессом в данной области техники предоставление эффективного способа отделения мелких частиц угля от частиц золообразующих компонентов, посредством чего устраняется опасность вредного воздействия на окружающую среду и создается коммерчески ценный угольный продукт. Кроме того, являлось бы дополнительным прогрессивным решением предоставление способа отделения мелких частицы угля от частиц золообразующих компонентов, обладающего улучшенной эффективностью флотации и улучшенным извлечением горючей массы. Другим прогрессивным решением являлось бы предоставление способа отделения мелких частицы угля от частиц золообразующих компонентов, который предоставляет улучшенную интенсивность захвата мелких частиц со средним размером менее чем 300 микрон.

ССЫЛКИ НА ПЕРВОИСТОЧНИКИ:

[0024] [1] I. M. Flint and M. A. Burstein, ʺEncyclopedia of Separation Science,ʺ in Encyclopedia of Separation Science, I. D. Wilson, Ed. Elsevier, 2000, pp. 1521-1527.

[0025] [2] M. S. Klima, B. J. Arnold, and P. J. Bethell, Challenges in Fine Coal Processing, Dewatering, and Disposal. Englewood, CO: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc., 2012.

[0026] [3] D. Tao, ʺRole of Bubble Size in Flotation of Coarse and Fine Particles-A Review,ʺ Sep. Sci. Technol., vol. 39, no. 4, pp. 741-760, Jan. 2005.

[0027] [4] R.-H. Yoon, G. T. Adel, and G. H. Luttrell, ʺApparatus for the separation of hydrophobic and hydrophilic particles using microbubble column flotation together with a process and apparatus for generation of microbubbles,ʺ U.S. Patent No. 5,397,001, 1995.

[0028] [5] G. J. Jameson and N. W. A. Lambert, ʺFroth flotation process and apparatus,ʺ U.S. Patent No. 7,163,105 B2, 2007.

[0029] [6] N. Ahmed and G. J. Jameson, ʺThe effect of bubble size on the rate of flotation of fine particles,ʺ Int. J. Miner. Process., vol. 14, no. 3, pp. 195-215, Apr. 1985.

[0030] [7] R.-H. Yoon and G. H. Luttrell, ʺThe Effect of Bubble Size on Fine Coal Flotation,ʺ Coal Prep., vol. 2, no. 3, pp. 179-192, Jan. 1986.

[0031] [8] H. Vapur, O. Bayat, and M. Uçurum, ʺCoal flotation optimization using modified flotation parameters and combustible recovery in a Jameson cell,ʺ Energy Convers. Manag., vol. 51, no. 10, pp. 1891-1897, Oct. 2010.

[0032] [9] F. F. Peng and Y. Xiong, ʺThe Development and Optimization of Column Flotation with Pico-Nano Bubble Generation for the Operation of Coarse and Ultrafine Coal Separation,ʺ 2013.

[0033] [10] A. Patwardhan and R. Honaker, ʺDevelopment of a carrying-capacity model for column froth flotation,ʺ Int. J. Miner. Process., vol. 59, no. 4, pp. 275-293, Jul. 2000.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0034] Это описание относится к системам и способам флотационного отделения мелких частиц угля от частиц золообразующих компонентов. Как использовано в данном документе, угольная мелочь включает уголь, который имеет размер частиц менее чем примерно 750 микрон (мкм) или средний размер частиц менее чем 500 мкм в диаметре. Угольная мелочь может содержать агломерированные частицы угля и частицы золообразующих компонентов. Соответственно, угольная мелочь включает частицы угля и частицы золообразующих компонентов. Частицы угля содержат углерод (включая содержание органических составляющих угля). Частицы золообразующих компонентов вносят вклад в содержание минеральных или неорганических компонентов угля.

[0035] Раскрыт способ отделения частиц золообразующих компонентов от частиц угля. В одном неограничивающем варианте осуществления способ включает стадию получения угольной мелочи. Угольная мелочь может быть сухой или влажной. Угольную мелочь смешивают с водой при смешивании с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии, чтобы образовать водную суспензию угольной мелочи. Смешивание с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии служит, чтобы разделять агломераты частиц угольной мелочи меньшего размера на отдельные частицы угля и золообразующие компоненты, чтобы увеличивать общую площадь поверхности твердых частиц и суспендировать и диспергировать частицы во всей суспензии. Соответственно, водная суспензия угольной мелочи является смесью воды, дискретных частиц угля и дискретных частиц золообразующих компонентов.

[0036] Неограничивающие примеры смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий включает комбинацию смесителя с лопастной мешалкой и смесителя ударного типа. Смеситель с лопастной мешалкой может иметь окружную скорость конца лопасти более чем 0,5 м/с. Смеситель ударного типа может иметь окружную скорость конца лопасти более чем 11,5 м/с. Неограничивающие примеры смешивания с приложением высокой энергии включает обработку ультразвуком. Обработка ультразвуком может быть выполнена при частоте от 10 до 50 Гц. Обработка ультразвуком может также быть выполнена в комбинации со смесителем с лопастной мешалкой, чтобы предоставлять подходящую дисперсию угольной мелочи в воде. Смеситель с лопастной мешалкой может иметь окружную скорость конца лопасти более чем 0,5 м/с.

[0037] Вследствие смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии, видимый или фактический размер частиц угольной мелочи может быть уменьшен. В то время как исходная или необработанная угольная мелочь может иметь размер частиц менее чем 750 микрон (мкм) в диаметре, в некоторых вариантах осуществления угольная мелочь, включающая дискретные частицы угля и частицы золообразующих компонентов, в водной суспензии, имеет размер частиц менее чем примерно 500 мкм. В некоторых вариантах осуществления угольная мелочь, включающая дискретные частицы угля и частицы золообразующих компонентов, в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 300 мкм. В других вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 150 мкм. В еще одних вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 100 мкм. В еще одних вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 50 мкм.

[0038] В одном варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 15 масс.% угольной мелочи. В другом варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 25 масс.% угольной мелочи. В еще одном варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 35 масс.% угольной мелочи. В другом варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 45 масс.% угольной мелочи. В другом варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит примерно 40±15 масс.% угольной мелочи.

[0039] Водная суспензия угольной мелочи, имеющая содержание твердых веществ более чем 15 масс.%, является значительно улучшенной по сравнению с обычными суспензиями. Kilma описывает типичную суспензию с содержанием твердых веществ от 2,5 до 6,0 масс.%, однако он упоминает некоторые камеры с величинами от 10 до 14 масс.%. [Kilma 2012]. Peng описывает суспензии от 2 до 10 масс.% при суспензии с 3,5 масс.%, являющейся оптимальной. [Peng 2013]. Эти суспензии приготавливают посредством промывания угольной мелочи посредством одного или нескольких сит. Причина, почему суспензии известного уровня техники имеют такое низкое содержание твердых веществ, заключается в том, что они получены посредством промывания мелких фракций через сита с применением большого количества промывочной воды. [Kilma 2012]. Суспензия дискретных частиц с высоким содержанием твердых веществ, описанная в данном документе, может быть получена вследствие стадии с приложением высоких сдвиговых усилий или смешивания с приложением высокой энергии, которая делает возможным протекание дискретных частиц через вибрационное обесшламливающее сито с водой, имеющейся в суспензии, устраняя тем самым необходимость в значительном разбавлении, вызываемом промывочной водой.

[0040] Водную суспензию угольной мелочи вводят во флотационную камеру для угля. Пузырьки образуются в воде, размещенной во флотационной камере для угля. Пузырьки имеют размер и количество, выбранные, чтобы захватывать и флотировать частицы угля определенного размера в водной суспензии, отделяя тем самым частицы угля от частиц золообразующих компонентов посредством флотационного отделения.

[0041] Угольная пена образуется в верхней области флотационной камеры для угля. В одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 15 масс.% твердых частиц, при этом твердые частицы содержат частицы угля и частицы золообразующих компонентов. В другом варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 20 масс.% твердых частиц. В еще одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 25 масс.% твердых частиц. В еще одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 30 масс.% твердых частиц. В другом варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 35 масс.% твердых частиц. В еще одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 40 масс.% твердых частиц. В другом варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 45 масс.% твердых частиц. В еще одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 50 масс.% твердых частиц. В противоположность способу флотационного отделения, раскрытому в данном документе, типичная угольная пена в коммерчески доступных системах флотации угля содержит от 10 до 12 масс.% твердых частиц.

[0042] В одном неограничивающем варианте осуществления собранные твердые частицы в угольной пене содержат менее чем 8% по массе частиц золообразующих компонентов, и соответствующая эффективность флотации составляет более чем 92%. В другом варианте осуществления собранные твердые частицы в угольной пене содержат менее чем 5% по массе частиц золообразующих компонентов, и соответствующая эффективность флотации составляет более чем 95%. В еще одном варианте осуществления собранные твердые частицы в угольной пене содержат менее чем 3% по массе частиц золообразующих компонентов, и соответствующая эффективность флотации составляет более чем 97%.

[0043] Как использовано в данном документе, угольная пена включает комбинацию мелких частиц, обогащенную углем, которая переливается через верх флотационной камеры. Как правило, угольная пена включает от 25 до 50 масс.% твердых веществ, исходя из диаметра флотационной камеры и скорости подачи воздуха. Угольная пена обычно содержит более чем 92 масс.% угля или содержания углерода в расчете на сухую массу. Угольная пена часто содержит 95 масс.% или более угля или содержания углерода в расчете на сухую массу, т.е. эффективность флотации составляет 95% или более.

[0044] Один неограничивающий раскрытый способ отделения частиц золообразующих компонентов от частиц угля предпочтительно выполняют таким образом, чтобы поддерживать сравнительно низкую высоту угольной пены, менее чем примерно 18 дюймов (0,45 м), в противоположность стандартным промышленным флотационным камерам для угля, которые функционируют при высоте угольной пены от 1 до 2 м. В данном раскрытом способе пузырьки образуются внутри воды во флотационной камере для угля. Водную суспензию угольной мелочи, содержащую частицы угля и частицы золообразующих компонентов, вводят в пузырьки внутри флотационной камеры для угля таким образом, чтобы сделать возможным захватывание пузырьками и флотацию частиц угля и образование угольной пены. Высоту угольной пены поддерживают при менее чем примерно 18 дюймов (0,45 м).

[0045] Угольную пену отбирают для дополнительной обработки. Такая дополнительная обработка включает, без ограничения, обезвоживание, чтобы образовать фильтрационный кек, гранулирование фильтрационного кека, чтобы образовать угольные гранулы, и дополнительную обработку угольных гранул, чтобы придать им влагостойкость, устойчивость к образованию пыли и устойчивость к дроблению, и т.п.

[0046] Раскрытый способ флотационного отделения предпочтительно выполняют таким образом, чтобы объем водной суспензии, вводимой во флотационную камеру, уравновешивал объем угольной пены, выводимой из флотационной камеры. Таким образом, флотационная камера может функционировать при условиях сравнительно устойчивого состояния. В результате этого, содержание твердых веществ в водной суспензии, вводимой во флотационную камеру, примерно уравновешивает содержание твердых веществ в выводимой угольной пене. В противоположность этому, типичные коммерчески доступные системы флотации угля требуют непрерывного дренирования жидкости из флотационной камеры, поскольку количество жидкости, добавляемой в камеру, превышает ее вместимость и тем самым создает необходимость в дренировании некоторой части пульпы для того, чтобы поддерживать объемный баланс во флотационной камере.

[0047] В одном описанном варианте осуществления способ флотационного отделения включает стадию приостановления введения водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля, однако при продолжении образования пузырьков и угольной пены в течение некоторого периода времени. Эту стадию продолжения образования пузырьков и угольной пены иногда называют как период «очистки». Продолжительность периода очистки может варьироваться в зависимости от количества частиц угля, остающихся во флотационной камере, которые требуется флотировать, после того, как введение водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля приостановлено. В одном неограничивающем варианте осуществления период очистки находится в интервале от 15 секунд до 10 минут. После периода очистки воду во флотационной камере для угля выпускают. Эта слитая вода или отходы могут быть дополнительно обработаны, чтобы отделить и извлечь твердые частицы из слитой воды. Твердые частицы, извлеченные из слитой воды, являются преимущественно частицами золообразующих компонентов и небольшой долей частиц окисленного угля.

[0048] В одном описанном варианте осуществления способ флотационного отделения включает стадию контроля содержания твердых частиц в воде внутри флотационной камеры для угля. Твердые частицы включают частицы золообразующих компонентов и частицы угля. Когда содержание твердых частиц в воде во флотационной камере для угля превышает заданную величину в массовых процентах, то введение водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля приостанавливают.

[0049] В одном описанном варианте осуществления введение водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля приостанавливают после прохождения заданного периода времени или после того, как заданное количество водной суспензии угольной мелочи введено во флотационную камеру для угля.

[0050] Как использовано в данном документе, отходы включают комбинацию воды, частиц золообразующих компонентов и любые нефлотированные частицы угля, выпускаемую из флотационной камеры при завершении рабочего цикла флотационной камеры для угля. Типично отходы включают от 2 до 6 масс.% твердых веществ. Золообразующие компоненты отходов могут достигать 90 масс.% или более частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу. Остающиеся 10 масс.% или около того твердых веществ являются углем или углеродистым остатком, остающимся после процесса флотации.

[0051] Описанный способ может также включать стадию рециркулирования очищенной воды, из которой твердые частицы удалены, для применения повторно во флотационной камере для угля.

[0052] В одном описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет 7 масс.%. В другом описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет 5 масс.%. В еще одном описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет 3 масс.%. В дополнительно описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет от 3 масс.% до 6 масс.%.

[0053] В одном аспекте описанного способа добавку для флотации добавляют к водной суспензии угольной мелочи. Добавки для флотации известны в области техники, относящейся к флотации минералов. Некоторые добавки для флотации включают пенообразующие добавки и собиратели. Пенообразующие добавки способствуют образованию мелких воздушных пузырьков. Пенообразующие добавки являются обычно поверхностно-активными веществами, которые регулируют и уменьшают размер пузырьков и предоставляют способность к образованию пены. Собиратели увеличивают природную гидрофобность поверхности частиц угля, увеличивая разделяемость гидрофобных частиц угля и гидрофильных частиц золообразующих компонентов. Собиратели особенно применимы там, где поверхность частиц угля может быть частично окислена и иметь гидрофильные кислородсодержащие группы. Неограничивающие примеры таких кислородсодержащих групп включают гидроксильные группы, кетоновые группы, группы карбоновой кислоты и эфирные группы. Добавка для флотации может быть смешана с водной суспензией угольной мелочи. Может быть использован любой процесс смешивания, который адекватным образом диспергирует добавку для флотации с водой и угольной мелочью. Процесс смешивания должен делать возможным покрывание в достаточной мере собирателями угольной мелочи.

[0054] В одном неограничивающем варианте осуществления добавку для флотации смешивают с угольной мелочью при смешивании с приложением высокой энергии. Это особенно выгодно для собирателя в качестве добавки для флотации, поскольку смешивание с приложением высокой энергии способствует получению равномерных, полностью покрытых собирателем частиц угля, что увеличивает гидрофобность частиц угля и тем самым улучшает флотацию частиц угля.

[0055] Добавка для флотации типично присутствует в количестве менее чем примерно 0,03% по массе от первоначального количества угольной мелочи. Трудно флотируемые частицы угля, которые могут включать окисленные частицы угля или частицы угля, которые слишком крупные или слишком малые для данных рабочих условий, могут требовать более чем 0,03 масс.% добавки для флотации. В одном неограничивающем варианте осуществления добавка для флотации содержит собиратель. В другом варианте осуществления добавка для флотации содержит пенообразующую добавку. В еще одном варианте осуществления добавка для флотации содержит комбинацию собирателя и пенообразующей добавки. В еще одном неограничивающем варианте осуществления добавка для флотации является наночастицами, которые селективным образом соединены с углеродом.

[0056] Описанный способ флотационного отделения предназначен для функционирования эффективным образом при минимальном количестве воды. Рециркулирование воды, из которой извлечены твердые частицы, для повторного применения во флотационной камере для угля не только уменьшает потребность в воде, но также, поскольку рециркулированная вода уже содержит добавку для флотации, это уменьшает количество добавки для флотации, такой как пенообразующая добавка, подлежащей добавлению в водную суспензию угольной мелочи. В одном неограничивающем варианте осуществления данное изобретение включает стадию контроля и поддержания количества пенообразующей добавки в воде при количестве, достаточном для промотирования желательного формирования пузырьков.

[0057] Флотационная камера для угля включает один или несколько генераторов пузырьков, которые создают пузырьки внутри флотационной камеры для угля. Инжектор угольной суспензии расположен выше одного или нескольких генераторов пузырьков, чтобы вводить водную суспензию угольной мелочи в пузырьки. Инжектор угольной суспензии предпочтительно содержит множество отверстий, чтобы предоставить водной суспензии угольной мелочи возможность постепенным и непрерывным образом вводиться в пузырьки при такой скорости, что частицы угля переносятся вверх пузырьками, чтобы образовать угольную пену.

[0058] В одном неограничивающем варианте осуществления генератор пузырьков содержит пористый материал. Пористый материал будет типично иметь средний размер пор. В одном неограничивающем варианте осуществления средний размер пор может находиться в интервале от 3 мкм до 30 мкм. В более конкретных вариантах осуществления средний размер пор может составлять примерно 3 мкм. В другом варианте осуществления средний размер пор может составлять примерно 6 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пор составляет от 5 до 7 мкм. В другом варианте осуществления средний размер пор составляет менее чем 10 мкм. В еще одном варианте осуществления средний размер пор может составлять примерно 15 мкм. В другом варианте осуществления средний размер пор составляет менее чем 15 мкм. В еще одних вариантах осуществления средний размер пор может составлять 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пор составляет менее чем 30 мкм. Более крупные поры склонны создавать пузырьки большего размера. Пузырьки большего размера могут захватывать и флотировать более крупные частицы. Поры меньшего размера склонны образовывать больше пузырьков. Генератор пузырьков приводится в действие источником воздуха. В одном неограничивающем варианте осуществления воздух может иметь высокую величину расхода (в кубических футах в минуту или CFM) при сравнительно низком давлении. При функционировании, обычно желательно максимизировать поток воздуха или формирование пузырьков наряду с минимизированием турбулентности, создаваемой пузырьками, которая может вызывать коалесценцию пузырьков. Неограничивающие примеры пористого материала, который может быть применен в генераторах пузырьков, включают пористые керамические и гидрофобные пластиковые материалы.

[0059] В одном неограничивающем варианте осуществления способ флотационного отделения выполняют таким образом, чтобы предоставлять интенсивность флотации угольной пены более чем 1,5 метрических тонны/час/м² в расчете на сухую массу. В описанном способе отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов один или несколько генераторов пузырьков создают пузырьки внутри воды во флотационной камере для угля. Генераторы пузырьков могут содержать пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 30 мкм. Водную суспензию угольной мелочи, содержащую частицы угля и частицы золообразующих компонентов, вводят в пузырьки внутри флотационной камеры для угля таким образом, чтобы вызывать захватывание пузырьками и флотацию частиц угля и образование угольной пены. Угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 500 мкм. Пузырьки образуют и водную суспензию вводят в пузырьки таким образом, что интенсивность флотации угольной пены составляет более чем 1,5 метрических тонн/час/м² в расчете на сухую массу.

[0060] В другом неограничивающем варианте осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 300 мкм. В еще одном неограничивающем варианте осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 150 мкм. В еще одном неограничивающем варианте осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 100 мкм. В другом неограничивающем варианте осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 75 мкм.

[0061] В другом неограничивающем варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 25 масс.% угольной мелочи. В еще одном неограничивающем варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 35 масс.% угольной мелочи. В еще одном неограничивающем варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи содержит более чем 45 масс.% угольной мелочи.

[0062] В другом неограничивающем варианте осуществления генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 15 мкм. В еще одном неограничивающем варианте осуществления генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 10 мкм. Данный пористый материал содержит материал, выбранный из керамических и гидрофобных пластиковых материалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0063] Для того, чтобы средства, с помощью которых получены вышеуказанные и другие особенности и преимущества данного изобретения, могли быть легко поняты, более конкретное описание данного изобретения, кратко описанного выше, будет представлено при ссылках на конкретные варианты его осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Следует иметь в виду, что эти чертежи отображают лишь типичные варианты осуществления данного изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, данное изобретение будет описано и разъяснено с дополнительными особенностями и деталями посредством применения данных сопроводительных чертежей, среди которых:

[0064] Фиг. 1 показывает схематическое представление флотационной камеры для угля.

[0065] Фиг. 2 представляет собой график степени извлечения горючей массы в процентах в зависимости от зольности угольной пены (масс.%), показывающий высокую степень извлечения горючей массы в сочетании с низкой зольностью угольной пены.

[0066] Фиг. 3 представляет собой график степени извлечения горючей массы в процентах в зависимости от объема пузырьков во флотационной камере.

[0067] Фиг. 4 представляет собой график седиментации в процентах (осадки/общий нижний продукт) в расчете на сухую массу в зависимости от объема пузырьков во флотационной камере.

[0068] Фиг. 5 представляет собой график среднего размера частиц осадка в зависимости от среднего диаметра пор генераторов пузырьков.

[0069] Фиг. 6 представляет собой график извлечения горючей массы в зависимости от зольности отходов, показывающий, что зольность отходов может быть применена, чтобы прогнозировать извлечение горючей массы.

[0070] Фиг. 7 представляет собой график среднего размера частиц угольной пены, которая флотирована, в зависимости от среднего диаметра пор генератора пузырьков, показывающий, что пузырьки большего размера могут флотировать более крупные частицы.

[0071] Фиг. 8 представляет собой график пропускной способности в зависимости от среднего размера частиц пены.

[0072] Фиг. 9 представляет собой график распределения частиц по размерам для суспензии, угольной пены, отходов и осадка для флотаций с применением неизмельченной суспензии.

[0073] Фиг. 10 представляет собой график распределения частиц по размерам для суспензии, угольной пены и отходов для флотаций с применением измельченной суспензии.

[0074] Фиг. 11 представляет собой график зольности угольной пены и содержания твердых веществ в пульпе в масс.% в зависимости от времени добавления суспензии.

[0075] Фиг. 12 представляет собой график зольности пены в текущий момент времени в зависимости от содержания твердых веществ в пульпе.

[0076] Фиг. 13 представляет собой график содержания твердых веществ в угольной пене в зависимости от объема пузырьков во флотационной камере.

[0077] Фиг. 14 представляет собой график содержания твердых веществ в угольной пене в зависимости от противотока промывочной воды.

[0078] Фиг. 15 представляет собой график содержания твердых веществ в угольной пене в зависимости от диаметра флотационной камеры.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0079] Представленные варианты осуществления данного изобретения будут лучше поняты посредством ссылок на чертежи, где одинаковые части обозначены одними и теми же цифровыми обозначениями на всех чертежах. Легко понять, что компоненты данного изобретения, как в целом описано и проиллюстрировано на фигурах в данном документе, могут быть расположены и сконструированы в виде широкого множества различных конфигураций. Соответственно, представленное ниже более подробное описание вариантов осуществления данного изобретения не предназначено для ограничения объема данного изобретения, как представлено в формуле изобретения, а является единственно представлением вариантов осуществления данного изобретения.

[0080] Один аспект описанного изобретения относится к отделению и извлечению частиц угля от частиц золообразующих компонентов, присутствующих в угольной мелочи. В описанном способе получают некоторое количество угольной мелочи, которая содержит частицы угля, частицы золообразующих компонентов и воду. В одном неограничивающем варианте осуществления угольная мелочь имеет размер частиц менее чем примерно 750 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь имеет размер частиц менее чем примерно 500 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь имеет размер частиц менее чем примерно 300 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь имеет размер частиц менее чем примерно 150 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь имеет размер частиц менее чем примерно 100 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь имеет размер частиц менее чем примерно 50 мкм.

[0081] В описанном способе угольную мелочь приготавливают для отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов посредством смешивания такого количества угольной мелочи с водой при смешивании с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии, чтобы образовать водную суспензию угольной мелочи. Смешивание с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии служит, чтобы разделять крупные агломераты частиц угольной мелочи на отдельные частицы угля и золообразующие компоненты и суспендировать и диспергировать частицы во всей суспензии. В результате смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии размер угольной мелочи может быть уменьшен. Без намерения установления связи с теорией, этот процесс смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии может служить, чтобы разделять крупные агломераты частиц угля и частицы золообразующих компонентов на дискретные, индивидуальные частицы и суспендировать их равномерным образом по всей суспензии.

[0082] Водная суспензия дискретных, индивидуальных частиц угля и частиц золообразующих компонентов, служит, чтобы максимизировать извлечение горючей массы и эффективность флотации. Если суспензия получена без приложения значительной энергии, агломераты частиц угля и частиц золообразующих компонентов остаются в угольной мелочи. Наряду с тем, что некоторые из этих агломерированных угольных частиц и частиц золообразующих компонентов могут быть диспергированы в дискретные, индивидуальные частицы внутри флотационной камеры, крупные агломераты опускаются к нижней части камеры, поскольку они являются слишком большими, чтобы всплывать, а другие агломераты остаются в суспензии или выводятся флотированием и собираются в качестве части угольной пены. Частицы угля в агломератах, которые опускаются или остаются в суспензии, не собираются в угольной пене, и, соответственно, уменьшают извлечение горючей массы. Частицы золообразующих компонентов в агломератах, которые всплывают, становятся включенными в пену и уменьшают эффективность флотации.

[0083] Водная суспензия может необязательно быть пропущена через дробилку, микроизмельчитель или мельницу и затем через сито, чтобы обеспечить удаление из водной суспензии любых крупных частиц, которые могут потенциально засорять трубы в нижнем течении и отверстия для инжекции суспензии угля.

[0084] Имеют место определенные преимущества при выполнении описанного процесса флотационного отделения с применением угольной мелочи меньшего размера. Например, разделение больших агломератов частиц на частицы угля и частицы золообразующих компонентов меньшего размера делает возможным увеличение количества захваченных частиц золообразующих компонентов, подлежащих удалению. Кроме того, частицы угля меньшего размера имеют площадь поверхности большей величины для данной массы. Площадь поверхности большей величины увеличивает возможность для частиц угля быть захваченными и флотироваться пузырьками. Кроме того, площадь поверхности большей величины увеличивает количество угля, которое может быть эффективным образом обработано для удаления соединений серы из угля.

[0085] Важным преимуществом описанного способа флотации является возможность применения водной суспензии угольной мелочи с высоким содержанием твердых веществ. Это предоставляет по меньшей мере два определенных преимущества. Во-первых, суспензия с высоким содержанием твердых веществ означает, что меньше воды требуется, чтобы обработать угольную мелочь. Во-вторых, суспензия с высоким содержанием твердых веществ облегчает поддержание объемного баланса вводимой суспензии и выводимой угольной пены. В одном варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи может содержать более чем 15 масс.% угольной мелочи. В другом варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи может содержать более чем 25 масс.% угольной мелочи. В еще одном варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи может содержать более чем 35 масс.% угольной мелочи. В другом варианте осуществления водная суспензия угольной мелочи может содержать примерно 40±15 масс.% угольной мелочи.

[0086] В некоторых вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии, после смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии, имеет размер частиц менее чем примерно 750 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем 500 мкм. В другом варианте осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем 300 мкм. В других вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 150 мкм. В еще одних вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 100 мкм. В еще одних вариантах осуществления угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 50 мкм.

[0087] Стадия приготовления может необязательно содержать смешивание угольной мелочи и воды с добавкой для флотации. В одном варианте осуществления добавку для флотации смешивают с водной суспензией угольной мелочи в промежуточном резервуаре перед введением во флотационную камеру. В одном варианте осуществления добавка для флотации содержит собиратель. В другом варианте осуществления добавка для флотации содержит пенообразующую добавку. В еще одном варианте осуществления добавка для флотации содержит комбинацию собирателя и пенообразующей добавки. В некоторых случаях может являться желательным комбинирование более чем одной пенообразующей добавки и более чем одного собирателя. В еще одном неограничивающем варианте осуществления добавка для флотации является наночастицами, которые селективным образом соединены с углеродом.

[0088] Добавки для флотации известны в области техники, относящейся к флотации минералов. Например, пенообразующие добавки способствуют образованию мелких воздушных пузырьков. Пенообразующие добавки являются обычно поверхностно-активными веществами, которые регулируют и уменьшают размер пузырьков и предоставляют способность к образованию пены. Неограничивающие примеры распространенных пенообразующих добавок включают алифатические спирты и полигликоли, включая полипропиленгликоли и алкилэфиры полипропиленгликоля, имеющие ряд алкильных групп и пропиленоксидных групп. Собиратели увеличивают природную гидрофобность поверхности частиц угля, посредством чего увеличивается разделяемость гидрофобных частиц угля и гидрофильных частиц золообразующих компонентов. Собиратели особенно применимы там, где поверхность частиц угля может быть частично окислена и иметь гидрофильные функциональные группы. Неограничивающие примеры распространенных собирателей включает жидкие углеводороды, такие как керосин, дизельное топливо, льняное масло, ореховое масло и т.п.

[0089] Добавка для флотации может присутствовать в количестве менее чем примерно 0,3% по массе от первоначального количества угольной мелочи. В другом варианте осуществления добавка для флотации может присутствовать в количестве менее чем примерно 0,1% по массе от первоначального количества угольной мелочи. В другом варианте осуществления добавка для флотации может присутствовать в количестве менее чем примерно 0,01% по массе от первоначального количества угольной мелочи.

[0090] В описанном способе частицы угля отделяют от частиц золообразующих компонентов при применении флотационного отделения. Соответственно, водную суспензию угольной мелочи вводят во флотационную камеру для угля в нескольких точках и при такой скорости и концентрации, чтобы обеспечивать эффективный захват пузырьками.

[0091] Пузырьки образуются в воде, размещенной во флотационной камере для угля. Пузырьки имеют размер, выбранный, чтобы захватывать и флотировать частицы угля определенного размера, отделяя тем самым частицы угля от частиц золообразующих компонентов посредством флотационного отделения. Количество пузырьков предпочтительно максимизируют до объема воды без вызывания коалесценции пузырьков. Пузырьки большего размера требуются, чтобы захватывать и флотировать более крупные частицы угля. Пузырьки меньшего размера требуются, чтобы захватывать и флотировать более мелкие частицы угля. Без намерения установления связи с теорией, полагают, что пузырьки меньшего размера предоставляют увеличенную площадь поверхности, чтобы контактировать с частицами угля. Это, как полагают, улучшает интенсивность флотации частиц для частиц меньшего размера.

[0092] Фиг. 1 показывает неограничивающее схематическое представление флотационной камеры 100 для угля. Флотационная камера для угля включает один или несколько генераторов 105 пузырьков, которые образуют пузырьки в зоне 110 выше генераторов 105 пузырьков внутри флотационной камеры 100 для угля. В одном неограничивающем варианте осуществления генераторы 105 пузырьков содержат пористый материал. Пористый материал будет иметь средний размер пор. В одном неограничивающем варианте осуществления средний размер пор может находиться в интервале от 3 мкм до 30 мкм. В более конкретных вариантах осуществления средний размер пор может составлять примерно 3 мкм. В другом варианте осуществления средний размер пор может составлять примерно 6 мкм. В еще одном варианте осуществления средний размер пор может составлять примерно 15 мкм. В еще одних вариантах осуществления средний размер пор может составлять 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пор составляет от 5 до 7 мкм. В другом варианте осуществления средний размер пор составляет менее чем 10 мкм. В другом варианте осуществления средний размер пор составляет менее чем 15 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пор составляет менее чем 30 мкм. Более крупные поры склонны создавать пузырьки большего размера. Пузырьки большего размера могут флотировать более крупные частицы. Поры меньшего размера склонны образовывать больше пузырьков. Неограничивающие примеры пористых материалов, которые могут быть применены в генераторах пузырьков, включают пористые керамические и гидрофобные пластиковые материалы.

[0093] В одном неограничивающем варианте осуществления генераторы пузырьков изготовлены из микропористого или керамического материала с пористостью примерно 45%. Генераторы пузырьков могут иметь любую подходящую форму, при условии, что воздух может принудительно продуваться через них. Одной предпочтительной в настоящее время формой является цилиндр с внешним диаметром 1 дюйм (25,4 мм) и высотой 3 дюйма (76,2 мм). Боковые стенки данного цилиндра имеют толщину 3/16 дюйма (4,8 мм). Один конец цилиндра закрыт. Другой конец установлен вертикально в общей распределительной коробке 117.

[0094] Генераторы пузырьков приводятся в действие источником 115 воздуха через распределительную коробку 117. В одном неограничивающем варианте осуществления источник 115 воздуха может иметь высокую величину расхода при сравнительно низком давлении. В одном варианте осуществления давление составляет менее чем 10 фунтов на кв. дюйм (69 кПа) и предпочтительно от 6 до 7 фунтов на кв. дюйм (41-48 кПа). В одном варианте осуществления величина расхода составляет от 200 до 500 куб. футов в минуту (5,67-14,2 м³/мин). При функционировании, обычно желательно максимизировать поток воздуха или формирование пузырьков наряду с минимизированием турбулентности, создаваемой пузырьками. Турбулентность смеси вода-пузырьки может влиять на эффективность флотации угля. Без намерения установления связи с теорией, полагают, что высокая турбулентность вызывает коалесценцию пузырьков и образование пузырьков более крупного размера. Пузырьки более крупного размера имеют меньшую относительную площадь поверхности, с которой контактируют и всплывают частицы угля. В связи с этим полагают, что пузырьки более крупного размера уменьшают эффективность флотации угля. Полагают, что формирование пузырьков должно создавать минимальную коалесценцию пузырьков, даже в турбулентных зонах, после захватывания частиц. Соответственно, пузырьковый поток является предпочтительно ламинарным, чтобы избегать потери частиц из пузырьков.

[0095] Четыре различные флотационные камеры в соответствии с компоновкой, описанной выше, были применены: флотационная камера лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м) с 24 генераторами пузырьков, имеющими размер пор 6 мкм, флотационная камера лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 20 футов (6,1 м) с 24 генераторами пузырьков, имеющими размер пор 6 мкм, флотационная камера полупромышленного масштаба диаметром 4 фута (1,22 м) и высотой 10 футов (3,05 м) с 40 генераторами пузырьков, имеющими размер пор 6 мкм, и флотационная камера промышленного масштаба диаметром 8,5 фута (2,59 м) и высотой 14 футов (4,27 м) с 200 генераторами пузырьков, имеющими размер пор 6 мкм. Многократные флотации угольной мелочи выполняли в разных флотационных камерах.

[0096] Размер пор генератора пузырьков изменяли в двух флотационных камерах диаметром 17,5 дюйма (0,444 м), описанных выше. Некоторые испытания флотационного отделения выполняли при применении 24 генераторов пузырьков, имеющих размер пор 3 мкм. Некоторые испытания флотационного отделения выполняли при применении 6 генераторов пузырьков, имеющих размер пор 15 мкм. Некоторые испытания флотационного отделения выполняли при применении 4 генераторов пузырьков, имеющих размер пор 30 мкм.

[0097] Инжектор 120 угольной суспензии расположен выше одного или нескольких генераторов 105 пузырьков, чтобы вводить водную суспензию угольной мелочи 125 в пузырьки внутри пузырьковой зоны 110. Инжектор 120 угольной суспензии предпочтительно содержит множество отверстий 130, чтобы предоставить водной суспензии угольной мелочи 125 возможность постепенным и непрерывным образом вводиться в пузырьки при такой скорости, что частицы угля переносятся вверх пузырьками, чтобы образовать угольную пену 135. При функционировании, пузырьковая зона 110 вытягивается вверх от генераторов 105 пузырьков к угольной пене 135. Отверстия 130 инжектора угольной суспензии предпочтительно расположенные на определенном расстоянии друг от друга, чтобы равномерно распределять водную суспензию угольной мелочи 125 в пузырьковую зону 110.

[0098] Когда угольную суспензию добавляют во флотационную камеру, угольная пена 135 создается и формируется в верхней области флотационной камеры 100 для угля, когда гидрофобный уголь флотирует на поверхности пузырьков к верхней части камеры 100. Небольшие количества частиц золообразующих компонентов могут также присутствовать в угольной пене 135. Это может происходить вследствие небольшого количества частиц золообразующих компонентов, агломерированных с флотированными частицами угля. Кроме того, вода от пульпы также включена в пену. Вода от пульпы содержит суспендированные частицы угля и частицы золообразующих компонентов. Соответственно, угольная пена включает твердые частицы, содержащие частицы угля, частицы золообразующих компонентов и воду. В одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 15 масс.% твердых частиц. В другом варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 20 масс.% твердых частиц. В еще одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 30 масс.% твердых частиц. В еще одном варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 40 масс.% твердых частиц. В другом варианте осуществления угольная пена содержит по меньшей мере 45 масс.% твердых частиц.

[0099] В одном неограничивающем варианте осуществления собранные твердые частицы в угольной пене содержат менее чем 8% по массе частиц золообразующих компонентов. В другом варианте осуществления собранные твердые частицы в угольной пене содержат менее чем 5% по массе частиц золообразующих компонентов. В еще одном варианте осуществления собранные твердые частицы в угольной пене содержат менее чем 3% по массе частиц золообразующих компонентов.

[0100] Угольную пену 135 удаляют из камеры через выпускное отверстие 140 для угольной пены. Угольная пена может быть собрана в подходящем промежуточном резервуаре, пока она не будет дополнительно обработана. Такая дополнительная обработка включает, без ограничения, обезвоживание, чтобы образовать фильтрационный кек, гранулирование фильтрационного кека, чтобы образовать угольные гранулы, и дополнительную обработку угольных гранул, чтобы придать им влагостойкость, устойчивость к образованию пыли и устойчивость к дроблению, и т.п.

[0101] Раскрытый способ флотационного отделения предпочтительно выполняют таким образом, чтобы объем водной суспензии 125, вводимой во флотационную камеру, уравновешивал объем угольной пены, выводимой из флотационной камеры через выпускное отверстие 140 для угольной пены. Таким образом, флотационная камера 100 может функционировать при условиях сравнительно устойчивого состояния. В противоположность этому, типичные коммерчески доступные системы флотации угля требуют непрерывного дренирования жидкости из флотационной камеры, чтобы поддерживать постоянный уровень воды, поскольку количество жидкости, добавляемой в камеру, превышает ее вместимость.

[0102] В одном описанном варианте осуществления способ флотационного отделения включает стадию приостановления введения водной суспензии 125 угольной мелочи во флотационную камеру для угля, однако при продолжении образования пузырьков и угольной пены в течение некоторого периода времени. Эту стадию продолжения образования пузырьков и угольной пены иногда называют как период «очистки». Продолжительность периода очистки может варьироваться в зависимости от количества частиц угля, остающихся во флотационной камере, которые требуется флотировать, после того, как введение водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля приостановлено. В одном неограничивающем варианте осуществления период очистки находится в интервале от 15 секунд до 10 минут.

[0103] В одном описанном варианте осуществления введение водной суспензии угольной мелочи 125 во флотационную камеру для угля приостанавливают после прохождения заданного периода времени или после того, как заданное количество водной суспензии угольной мелочи введено во флотационную камеру для угля.

[0104] В одном описанном варианте осуществления способ флотационного отделения включает стадию контроля содержания твердых частиц в воде внутри флотационной камеры 100 для угля. Твердые частицы включают частицы золообразующих компонентов и частицы угля. Один или несколько датчиков 145 могут быть применены для этой цели. Датчики 145 могут также быть использованы для контроля других рабочих условий процесса. Датчики 145 могут быть связаны с подходящим контроллером 150 технологического процесса, который функционирует, чтобы регулировать величины скорости на входе, величины расходов на входе и выходе, насосы, воздуходувки, и т.п. Когда содержание твердых частиц в воде во флотационной камере 100 для угля превышает заданную величину содержания в массовых процентах, тогда способ флотационного отделения модифицируют посредством прекращения введения водной суспензии 125 угольной мелочи во флотационную камеру для угля и продолжения образования пузырьков угольной пены в течение периода времени очистки.

[0105] После периода очистки воду во флотационной камере для угля выпускают через спускной патрубок 155 флотационной камеры. Эта слитая вода может быть дополнительно обработана, чтобы отделить и извлечь твердые частицы из слитой воды. Твердые частицы, извлеченные из слитой воды, являются преимущественно частицами золообразующих компонентов. Твердые частицы, извлеченные из слитой воды, могут также включать небольшое измеримое количество частиц угля.

[0106] В одном описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет 7 масс.%. В другом описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет 5 масс.%. В еще одном описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет 3 масс.%. В еще одном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет от 4 масс.% до 7 масс.%. В другом описанном варианте осуществления заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет от 5 масс.% до 6 масс.%.

[0107] Описанный способ флотационного отделения может также включать стадию рециркулирования воды, из которой твердые частицы удалены, для применения повторно во флотационной камере для угля. Рециркулированная вода, свежая вода или комбинация рециркулированной и свежей воды может быть введена во флотационную камеру 100 через впускное отверстие 160 для воды до уровня воды, показанного пунктирной линией 165.

[0108] Описанный способ предназначен для функционирования эффективным образом при минимальном количестве воды. Рециркулирование воды, из которой извлечены твердые частицы, для повторного применения во флотационной камере для угля не только уменьшает потребность в воде, но также, поскольку рециркулированная вода уже содержит добавку для флотации, это уменьшает количество добавки для флотации, такой как пенообразующая добавка, подлежащей добавлению в водную суспензию угольной мелочи.

[0109] В одном неограничивающем варианте осуществления данное изобретение включает стадию контроля и поддержания количества пенообразующей добавки в воде при количестве, достаточном для промотирования желательного формирования пузырьков. Одним из методов измерения количества пенообразующей добавки в воде является измерение объемного содержания газа в воде. Объемное содержание газа равно объему пузырьков, деленному на общий объем, т.е. пузырьки плюс вода.

[0110] Как указано ранее, извлечение горючей массы является показателем, применяемым для характеризации рабочих характеристик флотационной камеры. Извлечение горючей массы определяют как C_out/C_in, где C_out представляет общее содержание частиц угля (углерода) в выводимой угольной пене (измеренное в расчете на сухую массу) и C_in представляет общее содержание частиц угля (углерода) во вводимой водной суспензии угольной мелочи (измеренное в расчете на сухую массу). В некоторых неограничивающих вариантах осуществления способа флотационного отделения извлечение горючей массы составляет более чем 90%. В других вариантах осуществления извлечение горючей массы составляет более чем 93%. В еще одних вариантах осуществления извлечение горючей массы составляет более чем 95%. В еще одних вариантах осуществления извлечение горючей массы составляет 97% или более.

[0111] Представленные ниже неограничивающие примеры приведены для иллюстрирования нескольких вариантов осуществления, относящихся к описанному способ флотационного отделения угля и соответствующему устройству. Следует понимать, что эти примеры являются ни всеобъемлющими, ни исключающими многие виды вариантов осуществления, которые могут быть применены на практике в соответствии с описанным здесь изобретением.

[0112] ПРИМЕР 1

[0113] Измерение содержания влаги и содержания золообразующих компонентов в образце угля.

[0114] Содержание влаги и содержание золообразующих компонентов любого образца угля, в данном случае суспензии, получали посредством приведенной ниже процедуры, представленной в стандарте ASTM D7582 - Стандартные методы испытаний для определения содержания компонентов в угле и коксе посредством макротермогравиметрического анализа и стандарте ASTM D3173-11 - Метод определения влажности в анализируемом образце угля и кокса.

[0115] Для определения влажности определяли массу суспензии. Суспензию затем сушили в печи при 110°C при протекании, сухим воздухом в течение от одного до двух часов. Массу образца получали после полной сушки. Масса, остающаяся после сушки, представляет собой содержание твердых веществ в образце, и потерянная масса представляет собой влагосодержание материала. Масс.% твердых веществ и масс.% влажности рассчитывали для данного образца. Масс.% содержания твердых веществ = масса влажного образца/масса сухого образца. Масс.% влажности = 100% - масс.% твердых веществ образца.

[0116] Для определения величины содержания золообразующих компонентов образца измеряли массу высушенной суспензии образца. Образец затем нагревали в муфельной печи при протекании сухого воздуха, повышая температуру от комнатной температуры до 750° C на протяжении двух часов. Температуру поддерживали при 750° C в течение двух часов, после чего образец извлекали из муфельной печи. В альтернативном испытании образец угля нагревали при 950° C в течение четырех часов при протекании сухого воздуха. Образец охлаждали в эксикаторе до комнатной температуры. Во время процесса нагревания частицы угля были сожжены, и оставались лишь окисленные содержащиеся минеральные вещества. Содержание угля или углерода представляет собой горючее углеродное основное вещество, которое содержится в образце. В результате получали массу остаточного образца. Из массы остающихся окисленных содержащихся минеральных веществ и исходной массы рассчитывали содержание в масс.% золообразующих компонентов. Масс.% золы = масса сухой золы после обработки в печи/масса сухого образца перед обработкой в печи. Масс.% угля или содержание углерода = 100% - масс.% содержания золы.

[0117] Эти процедуры могут быть последующими, чтобы получить влажность и содержание золообразующих компонентов для любого образца на любой стадии процесса (например, для первоначально полученной угольной мелочи, водной суспензии угольной мелочи, угольной пены, фильтрационного кека, сухого угля в виде гранулированного продукта и т.п.).

[0118] ПРИМЕР 2

[0119] Приготовление суспензии с приложением высоких сдвиговых усилий или с приложением высокой энергии и обесшламливающий узел с вибрационным ситом.

[0120] Регулярную неизмельченную водную суспензию изготавливают из угольной мелочи посредством введения угольной мелочи в смеситель с лопастной мешалкой. Лопастная мешалка гомогенизирует образец, и приобретается определенное содержание влаги. Воду добавляют к угольной мелочи, чтобы уменьшить содержание твердых веществ до величины между 45 масс.% и 50 масс.% твердых веществ. Наряду с тем, что смесители с лопастной мешалкой все еще вращаются, смесители с приложением высокой энергии также включают на период времени до двух минут. Смесители с приложением высоких сдвиговых усилий разделяют комки и агломераты угля и частиц золообразующих компонентов, создавая суспензию дискретных частиц угля и частиц золообразующих компонентов.

[0121] Смешивание с приложением высокой энергии было первоначально разработано при применении оборудования лабораторного масштаба посредством тестирования смешивания с приложением сдвиговых усилий. Первоначально, водную суспензию угольной мелочи изготавливали при применении лопастного смесителя Хобарта на 0,13 м³ с диаметром лопасти 0,42 м. Окружная скорость конца лопасти является мерой скорости конца смешивающего элемента и применяется для характеризации смешивающего действия вращающегося элемента. Лопастной смеситель Хобарта имел окружную скорость конца лопасти 1,5 м/с. Когда суспензию заливали поверх сита с отверстиями 500 мкм, агломераты частиц угля и золообразующих компонентов оставались на сите. Более высокую скорость смешивания с приложением сдвиговых усилий затем предпринимали при лабораторном масштабе при применении обычного домашнего блендера с максимальной окружной скоростью конца лопасти примерно 130 м/с. Было найдено, что суспензия, полученная с помощью блендера, установленного при окружной скорости конца лопасти 130 м/с, может быть перелита через сито с отверстиями 500 мкм без агломератов частиц угля и золообразующих компонентов, остающихся на сите. Успешное смешивание с приложением сдвиговых усилий создает ударную силу, достаточную, чтобы разделять агломераты меньших частиц угольной мелочи на индивидуальные частицы угля и золообразующих компонентов. Как использовано здесь, смешивание с приложением высоких сдвиговых усилий создает ударную силу, достаточную, чтобы создавать дискретные частицы угля и частицы золообразующих компонентов.

[0122] Смешивание с приложением высоких сдвиговых усилий, кроме того, испытывали в полупромышленном масштабе при применении смесителей большего объема. Испытывали смеситель 1,7 м³ с диаметром лопастной мешалки 1,06 м и двумя ножевыми лопастями диаметром 10 см. Смеситель с лопастной мешалкой функционировал при максимальной окружной скорости конца лопасти 2,0 м/с. Смесители ударного типа функционировали при максимальной окружной скорости конца лопасти 19 м/с. В испытаниях полупромышленного масштаба 0,794 метрических тонн (MT) загружаемой угольной мелочи подавали в в смеситель с лопастной мешалкой с помощью дозирующей конвейерной ленты. Измеренное содержание влаги составляло 24,5 масс.%. Угольная мелочь содержала примерно 25 масс.% частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу. Было вычислено, что 0,405 метрических тонн воды требуется добавить в смеситель, чтобы получить суспензию с влагосодержанием 50 масс.%.

[0123] При применении одних лишь смесителей с лопастной мешалкой при максимальной окружной скорости конца лопасти 2,0 м/с в течении 2 минут не могут быть полностью суспендированы все частицы угля и частицы золообразующих компонентов с образованием суспензии дискретных или индивидуальных частиц. Значительное количество агломератов, содержащих частицы угля и частицы золообразующих компонентов отбирали на ситах с размером отверстий 1,4 мм и 0,7 мм обесшламливающего узла с двухрядным вибрационным ситом.

[0124] В том же самом смесителе полупромышленного масштаба два смесителя ударного типа диаметром 10 см были включены при их максимальной окружной скорости конца лопасти 19 м/с совместно со смесителем с лопастной мешалкой при их максимальной окружной скорости конца лопасти в течение периода времени, составляющего две минуты. Смеситель с лопастной мешалкой служит, чтобы вводить агломераты частиц угольной мелочи в виде суспензии в смесители ударного типа, после чего смесители ударного типа измельчают агломераты угольной мелочи. Суспензию, полученную с применением смесителей ударного типа с высокоскоростными ножевыми лопастями и смесителя с лопастной мешалкой, как описано, подавали поверх сита (1,4 мм) обесшламливающего узла с двухрядным вибрационным ситом. Материал не оставался поверх сита, поскольку отсутствовали частицы более чем 1,4 мм в угольной мелочи, применяемой для получения суспензии. Водная суспензия легко протекает через сито. Водная суспензия также проходит через сито 0,7 мм без накапливания, за тем исключением, что определенное количество дискретных частиц угля и частиц золообразующих компонентов из суспензии удерживаются на сите, поскольку они имели размер более чем 0,7 мм. Эти удерживаемые частицы размером 0,7 мм удаляли от сита в соответствии с обычным функционированием узла. Водную суспензию, содержащую дискретные частиц угля и частицы золообразующих компонентов размером менее чем 0,7 мм получали во время этого двухминутного периода смешивания.

[0125] Минимальную окружную скорость конца лопасти, требующуюся для получения суспензии индивидуальных частиц угля и частиц золообразующих компонентов, определяли в смесителе ударного типа меньшего размера полупромышленного масштаба. Этот смеситель имел бункер объемом 0,23 м³, установленный на трубе. Труба имеет внутренний диаметр 0,17 м и длину 0,36 м. Внутри трубы установлен смеситель ударного типа диаметром 0,15 м с одной ножевой лопастью. Смеситель ударного типа имеет максимальную окружную скорость конца лопасти 28,5 м/с. Смеситель ударного типа включали при выбранной окружной скорости конца лопасти. Воду и угольную мелочь добавляли в смеситель ударного типа, чтобы заполнить трубу и начать заполнять бункер. Воду и угольную мелочь добавляли в количестве, необходимом для получения суспензии с содержанием 50 масс.% твердых веществ. Угольная мелочь содержала примерно 25 масс.% золообразующих компонентов в расчете на сухую массу. После двухминутного периода смешивания суспензию выпускали поверх сита с отверстиями 300 мкм вибрационного обесшламливающего узла. Остатки на сите затем анализировали в отношении агломератов частиц угля и частиц золообразующих компонентов. Было найдено, что окружная скорость конца лопасти по меньшей мере 11,5 м/с создает суспензию с дискретными частицами углерода и частицами золообразующих компонентов таким образом, что агломераты частиц не были найдены в остатках на сите с отверстиями 0,3 мм.

[0126] Минимальная окружная скорость конца лопасти 11.5 м/с для получения дискретных частиц дополнительно испытывали при применении угольной мелочи, которая содержала 70 масс.% частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу. Применяли тот же самый смеситель ударного типа меньшего размера полупромышленного масштаба, описанный выше. Такую же процедуру, что описана выше, также выполняли, чтобы получить суспензию с 50 масс.% твердых веществ. После двухминутного периода смешивания суспензию выпускали поверх вибрационного обесшламливающего сита с отверстиями 0,3 мм. Анализ остатков на сите с отверстиями 0,3 мм показал отсутствие агломератов частиц угля и частиц золообразующих компонентов.

[0127] Разные размеры и скорости ножевых лопастей могут быть применены, чтобы предоставить смешивание с приложением высоких сдвиговых усилий. Например, ножевые лопасти в интервале от 3 до 6 дюймов (7,62-15,24 см) могут функционировать при скорости в интервале от 1800 до 3600 об/мин. Размер и скорость подходящих ножевых лопастей могут быть масштабированы в соответствии с требованиями к рабочим характеристикам. Успешное смешивание с приложением высоких сдвиговых усилий создает ударную силу, достаточную, чтобы разделять агломераты меньших частиц угольной мелочи на индивидуальные частицы угля и золообразующих компонентов.

[0128] Суспензию с 15 масс.% твердых веществ с использованием угольной мелочи, которая содержала 25 масс.% частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу, получали в смесителе ударного типа меньшего размера полупромышленного масштаба при окружной скорости конца лопасти 11,5 м/с. Анализ остатков на сите с отверстиями 0,3 мм показал отсутствие агломератов частиц угля и частиц золообразующих компонентов. Эту суспензию применяли для флотационного отделения в различных флотационных колоннах: флотационной камере лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м), лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и флотационной камере полупромышленного масштаба высотой 20 футов (6,1 м) и диаметром 4 фута (1,22 м) и высотой 10 футов (3,05 м).

[0129] Суспензию с 30 масс.% твердых веществ с использованием угольной мелочи, которая содержала 25 масс.% частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу, получали в смесителе ударного типа меньшего размера полупромышленного масштаба при окружной скорости конца лопасти 11,5 м/с. Анализ остатков на сите с отверстиями 0,3 мм показал отсутствие агломератов частиц угля и частиц золообразующих компонентов. Эту суспензию применяли для флотационного отделения в различных флотационных колоннах: флотационной камере лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м), лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и флотационной камере полупромышленного масштаба высотой 20 футов (6,1 м) и диаметром 4 фута (1,22 м) и высотой 10 футов (3,05 м).

[0130] Из вышеизложенного следует, что водная суспензия дискретных частиц может быть получена при применении смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий при окружной скорости конца лопасти по меньшей мере 11,5 м/с из угольной мелочи с некоторым интервалом содержания частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу и интервалом содержания твердых веществ.

[0131] Смешивание с приложением высокой энергии, чтобы создавать водную суспензию угольной мелочи, содержащей дискретные частицы угля и золообразующие компоненты, было также проверено в лабораторном масштабе посредством комбинации смесителя с лопастной мешалкой с окружной скоростью конца лопасти 1,5 м/с и обработки ультразвуком частотой 40 кГц в смесительном резервуаре 0,004 м³. Водная суспензия угольной мелочи содержала 50 масс.% твердых веществ и имела 25 масс.% золообразующих компонентов в расчете на сухую массу. Время смешивания составляло 2 минуты. Суспензия могла быть перелита через вибрационное сито с размером отверстий 300 мкм, при этом агломераты не были обнаружены в материале, оставшемся на сите. Смешивание с помощью смесителя только с лопастной мешалкой создавало суспензию, содержащую агломераты частиц угля и частиц золообразующих компонентов.

[0132] Преимущество суспензии, полученной посредством смешивания с приложением высокой энергии и содержащей дискретные частицы, заключается в том, что суспензия легко проходит через сита, особенно когда вибрацию прикладывают к ситам, оставляя после себя остатки на сите, которые больше размера ситовых отверстий указанного сита. Частицы меньше ситовых отверстий протекали через сито подобно воде, поскольку они являются дискретными и суспендированными в воде, проходящей через сито. Максимальный размер частиц в суспензии может быть выбран в соответствии с ситом с наименьшим размером отверстий, применяемом в вибрационном обесшламливающем узле. Суспензии получали, когда сито с размером отверстий 0,75 мм являлось ситом с наименьшими отверстиями, применяемом в вибрационном обесшламливающем узле. Суспензии получали, когда сито с размером отверстий 0,5 мм являлось ситом с наименьшими отверстиями, применяемом в вибрационном обесшламливающем узле. Суспензии получали, когда сито с размером отверстий 0,3 мм являлось ситом с наименьшими отверстиями, применяемом в вибрационном обесшламливающем узле. Суспензии получали, когда сито с размером отверстий 0,025 мм являлось ситом с наименьшими отверстиями, применяемом в вибрационном обесшламливающем узле. Остатки на сите(ах) вибрационного обесшламливающего узла могут быть переданы в мельничный контур для уменьшения размера и затем поданы во флотационный контур, или они могут быть удалены из процесса и проданы как есть, в зависимости от зольности остатков.

[0133] Стадия смешивания с приложением высокой энергии делает возможным высокоэффективное, быстрое просеивание суспензии, поскольку она создает водную суспензию дискретных частиц угля и золообразующих компонентов. Дискретные частицы в суспензии делают возможным применение обесшламливающего ситового узла меньшего размера (например, по площади) для данного объема обрабатываемой суспензии по сравнению с обесшламливающими ситовыми узлами, обычно применяемым в данной области техники. В качестве результата, может быть обработана суспензия с высоким содержанием твердых веществ, что уменьшает применение избытка воды.

[0134] Кроме того, вследствие дискретной природы твердых частиц в суспензии отсутствует необходимость в применении промывочной воды для обеспечения того, чтобы все частицы малых размеров в суспензии проходили через сито с отверстиями большего размера, данное применение является обычной практикой в промышленности. Применение промывочной воды поверх обесшламливающего сита требует увеличенного количества воды в процессе, разбавляя получаемую суспензию. Без применения смешивания с приложением высоких сдвиговых усилий, было бы затруднено или невозможно получение суспензии, которая проходит через сито с отверстиями желательного размера (например, менее чем 500 мкм), с высокой концентрацией твердых веществ (например, более 25 масс.% и вплоть до 50 масс.% или более твердых веществ).

[0135] ПРИМЕР 3

[0136] Мельничный контур для получения измельченной суспензии.

[0137] Частицы, оставшиеся на ситах с размером отверстий 0,7 мм и 1,4 мм обесшламливающего узла с вибрационным ситом, обрабатывали посредством мельницы для мокрого измельчения, чтобы уменьшить их размер до 0,3 мм или менее. Получали частицы со средним размером частиц менее чем 0,15 мм. В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц измельченной суспензии составлял менее чем 0,04 мм. В других вариантах осуществления средний размер частиц измельченной суспензии составлял 16,5 мкм. Измельченная суспензия предпочтительно не имеет частиц размером более чем примерно 200 мкм. Целевой средний размер частиц может быть получен посредством варьирования размеров на выходе мельницы, времени пребывания в мельнице, размера среды в мельнице и объема среды в мельнице.

[0138] Частицы золообразующих компонентов являются захваченными в частицы угля. Захваченные частицы золообразующих компонентов имеют средний размер частиц в интервале менее чем 0,01 мм. В одном из примеров измеренный средний размер частиц золообразующих компонентов составлял 0,004 мм. Средний размер частиц угля, поступающих из мельничного контура, выбирали, чтобы они были достаточно малыми, таким образом, чтобы захваченные частицы золообразующих компонентов были минимизированы. Теоретически, частицы угля, измельченные до того же самого размера, что и захваченные частицы золообразующих компонентов, будут минимизировать захватывание. Однако, чем меньше целевой размер частиц угля, тем больше требуемое время измельчения.

[0139] Было найдено, что измельчение до средних размеров частиц, более чем в 10 раз и более чем в 100 раз превышающих средние размеры частиц золообразующих компонентов, приводит к минимизированному захвату золообразующих компонентов в интервале от 2 до 4 масс.%, в зависимости от размера угля и размера измельченных частиц. В результате, целевой размер частиц угля после мельничного контура превышает от 1 до 10 раз и вплоть до 100 раз размер захваченных частиц золообразующих компонентов. В случае захваченных частиц золообразующих компонентов, имеющих средний размер 0,004 мм, частицы угля могут иметь средний размер частиц 4 микрона, 40 микрон и вплоть до 500 микрон, при выпуске из мельницы для мокрого измельчения. Имеются две причины для установления верхнего предела размера частиц 500 микрон после мокрого измельчения. Во-первых, для некоторых углей содержание захваченных золообразующих компонентов начинает достигать уровней более чем от 4 до 5 масс.%, когда средний размер частиц угля превышает 500 микрон. Во-вторых, частицы угля более чем 500 микрон не флотируют достаточным образом в системе флотации, описанной в данном документе.+Соответственно, средний размер частиц угля составляет предпочтительно менее чем 500 микрон, чтобы улучшать флотирование частиц угля и уменьшать содержание золообразующих компонентов.

[0140] ПРИМЕР 4

[0141] Флотация.

[0142] Флотационную камеру промышленного масштаба конфигурировали в основном как показано на Фиг. 1. Она имела резервуар диаметром 8,5 фута (2,59 м) и высотой 14 футов (4,27 м), изготовленный литьем в форме из полиэтилена высокой плотности (HDPE). Флотационная камера содержала несколько генераторов пузырьков (105) в нижней части. Каждый генератор пузырьков содержит цилиндр, изготовленный из микропористой керамики или гидрофобного пластика. Цилиндры имели 3 дюйма (76,2 мм) в высоту и внешний диаметр 1 дюйм (25,4 мм) при толщине стенки 3/16 дюйма (4,8 мм). Один конец цилиндра закрыт. Другой конец цилиндра установлен вертикально в общей распределительной коробке, расположенной в нижней части флотационной камеры. Число дискретных генераторов пузырьков, установленных вертикально в распределительной коробке, будет варьироваться в зависимости от диаметра флотационной камеры и размера пор генераторов. Для флотационной камеры промышленного масштаба, описанной в данном документе, может иметься от 100 до 200 генераторов пузырьков, связанных с распределительной коробкой. Неограничивающие примеры среднего размера пор составляют 3 мкм, 6 мкм, 15 мкм и 30 мкм. Когда размер пор генераторов пузырьков увеличен, средний размер частиц для флотированных частиц угля увеличивается. Генераторы пузырьков с разными размерами пор могут быть смешаны и совмещены с распределительной коробкой, чтобы регулировать средний размер частиц угля, флотирующих в угольной пене.

[0143] Воздух нагнетают в распределительную коробку посредством воздуходувки. Воздух проходит через поры всех генераторов пузырьков, установленных вертикально в распределительной коробке, и создает пузырьки в воде вблизи основания флотационной камеры. Воздуходувка нагнетает воздух в распределительную коробку и через генераторы пузырьков при давлении и объемном расходе, подходящих для размера флотационной камеры и числа и размера примененных генераторов пузырьков. В одном неограничивающем примере воздуходувка функционирует при давлении менее чем 10 фунтов на кв. дюйм (69 кПа), предпочтительно между 6 и 7 фунтами на кв. дюйм (41-48 кПа), и при объемном расходе между 200 и 500 куб. футов в минуту (5,67-14,2 м³/мин).

[0144] Флотационную камеру заполняют очищенной водой вплоть до уровня воды ниже верха камеры, как обозначено пунктирной линией 165. Водную суспензию угольной мелочи закачивают через трубопровод 120, вводя ее в камеру через отверстия, обозначенные 130. Когда суспензию закачивают во флотационную камеру, пузырьки переносят частицы угля к линии 165 уровня воды. На линии уровня воды небольшие пузырьки на поверхности воды коалесцируют в более крупные пузырьки, образуя угольную пену. Частицы угля остаются присоединенными к коалесцированным пузырькам в угольной пене. Направленное вверх усилие от поступающих снизу пузырьков выталкивает угольную пену вверх в область 135 и из выпускного отверстия 140 для угольной пены.

[0145] Флотационная камера промышленного масштаба диаметром 8,5 фута (2,59 м) и высотой 14 футов (4,26 м) функционировала в периодическом режиме, как описано в данном документе. Первоначально, воздуходувку включали при 300 куб. футов/мин (8,50 м³/мин), чтобы вдувать воздух через распределительную коробку и генераторы пузырьков из микропористой керамики в нижней части камеры. Воздух всегда вдувался через генераторы пузырьков, чтобы предотвратить любое потенциальное засорение пор суспендированными частицами в воде. Флотационную камеру заполняли до высоты примерно 13 футов (3,96 м) водой. Водную суспензию угольной мелочи, содержащей примерно 70 масс.% частиц угля и 30 масс.% частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу, закачивали в камеру при 170 л/мин в течение 44 минут, после чего подачу суспензии прекращали. Частицы угля, которые были все еще суспендированы в области пузырьков, выводились флотированием из камеры во время периода очистки продолжительностью 10 минут. Угольная пена перетекала из верхней части флотационной камеры во время последних 42 минут инжекции суспензии и всего, за исключением последней минуты, периода очистки. После периода очистки в течение 10 минут, 12 футов (3,66 м) от воды высотой 13 футов (3,96 м) во флотационной камере выпускали в течение 1,8 минуты и передавали в концентратор. Флотационную камеру затем заполняли снова до уровня, соответствующего высоте 13 футов (3,96 м), в течение 1,8 минуты. Порционный процесс начинали еще раз, когда суспензию закачивали во флотационную камеру при 170 л/мин. Данный порционный процесс имеет продолжительность цикла 1 час.

[0146] Во время рабочего цикла, описанного выше, 5,4 метрических тонн угольной пены отбирали при 50,7 масс.% твердых веществ, что соответствовало 2,7 метрическим тоннам угольной пены в расчете на сухую массу. Угольная пена содержала 5,1 масс.% частиц золообразующих компонентов в расчете на сухую массу. Кроме того, 21,5 метрических тоннах отходов выпускали в качестве нижнего продукта при содержании 5,7 масс.% твердых веществ, что составляло 1,22 метрических тонн отходов в расчете на сухую массу. Отходы содержали 85,7 масс.% частиц золообразующих компонентов. Извлечение горючей массы в качестве результата порционного цикла, представленного и поясненного выше, составляло более 93%.

[0147] На основании представленных результатов, приведенных выше, для функционирования флотационной камеры промышленного масштаба диаметром 8,5 фута (2,59 м) и высотой 14 футов (4,26 м) с подачей суспензии с содержанием 50 масс.% твердых веществ при содержании 30 масс.% частиц золообразующих компонентов, в расчете на сухую массу, от 36 до 37 флотационных камер потребуется, чтобы производить 100 метрических тонн/час гранулированного угольного продукта. Каждые 100 метрических тонн будут состоять из 93,1 метрических тонн частиц угля, 4,9 метрических тонн частиц золообразующих компонентов и 2,0 метрических тонн воды. Нижний продукт для каждых 100 метрических тонн будет составлять 44 метрические тонны сухих твердых веществ при 85 масс.% частиц золообразующих компонентов. Извлечение горючей массы для каждых 100 метрических тонн будет составлять более чем 90%.

[0148] ПРИМЕР 5

[0149] Сравнение водопотребления

[0150] Описанные системы и способы флотационного отделения мелких частиц угля от частиц золообразующих компонентов используют значительно меньше воды, чем конкурирующие процессы флотации угля. В качестве примера, данные в Таблице 1 ниже сравнивают применение воды в соответствии с раскрытыми системами и способами флотационного отделения мелких частиц угля по отношению к оборудованию для обработки угля при применении коммерчески доступных колонн для флотации угля. Оба вида оборудования могут производить 100 метрических тонн/час сухого продукта.

[0151] Таблица 1

Водопотребление для промышленных колонн флотационного отделения с масштабом вывода до 100 метрических тонн/час сухого продукта Ввод Вывод Метрических тонн/час воды Метрических тонн/час воды Водная суспензия 2668,5 Угольная пена 733,1 Промывочная вода 865,7 Отходы (зола) 2801,1 Суммарная вода 3534,2 Суммарная вода 3534,2 Водопотребление для раскрытой здесь камеры флотационного отделения с масштабом вывода до 100 метрических тонн/час сухого продукта Ввод Вывод Метрических тонн/час воды Метрических тонн/час воды Водная суспензия 101 Угольная пена 120 Мельничный контур 11 Отходы (зола) 824 Во флотационную камеру 795 Суммарная вода 944 В загружаемом угле 37 Суммарная вода 944

[0152] Устройство с применением коммерчески доступных флотационных колонн использовало бы примерно в 3,75 раза больше воды, чем раскрытая здесь система. Экономия воды является в первую очередь результатом различий в подаче вводимой водной суспензии и в выводе угольной пены. Подаваемый материал при промышленной флотации содержит примерно 5 масс.% твердых веществ. В противоположность этому, в раскрытой здесь системе он обычно содержит примерно 50 масс.% твердых веществ. При промышленной флотации выводимая угольная пена содержит примерно 12 масс.% твердых веществ, а в раскрытой здесь системе обычно примерно 45% твердых веществ. Кроме того, отходы или нижний продукт при промышленной флотации содержат примерно 1 масс.% твердых веществ, в то время как в раскрытой здесь системе они обычно содержат примерно от 5 до 6 масс.% твердых веществ.

[0153] Уменьшение применения воды приводит к значительному сбережению капитальных затрат (меньшего размера насосы, меньшего размера трубы, обесшламливающий узел с меньшим размером сита, меньшая буферная емкость, меньшее оборудование для обезвоживания, и т.п.) и эксплуатационных расходов (меньше электроэнергии для эксплуатации оборудования меньшего размера, меньше денег для обезвоживания продуктов, меньше затраты на воду, и т.п.).

[0154] ПРИМЕР 6

[0155] Общее функционирование флотационной камеры лабораторного масштаба

[0156] Применяли флотационную камеру лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м). Нижняя часть флотационной камеры имела общую воздушную распределительную коробку, в которой были установлены вертикально 24 генератора пузырьков. Распределительная коробка имела размер 24 дюйма (0,61 м) на 24 дюйма (0,61 м) и 4 дюйма (0,10 м) в высоту. Для некоторых экспериментов 24 керамических генератора пузырьков имели поры размером 6 мкм и среднюю пористость 45%. Для других экспериментов керамические генераторы пузырьков имели средний размер пор 3 мкм, 15 мкм и 30 мкм. Труба для подачи воздуха размером 2,5 дюйма (0,063 м) соединяет распределительную коробку с воздуходувкой. Воздуходувка подает воздух в распределительную коробку, и соответственно ко всем генераторам пузырьков равным образом, при давлении между 4 и 7 фунтами на кв. дюйм (28-48 кПа) с расходом воздуха в интервале от 10 до 40 куб. футов в минуту (0,28-1,13 м³/мин).

[0157] Воздуходувку включали при желательном расходе (куб. футов в минуту). Воду добавляли во флотационную камеру до высоты 4 фута (1,22 м). 4,2 грамма пенообразующей добавки добавляли в камеру. Пенообразующая добавка была полностью смешана по прохождении 2 минут. После добавления пенообразующей добавки пузырьки стабилизировались до характеристического размера для генераторов пузырьков. Воду добавляли, чтобы увеличить область для пульпы до высоты уровня 5 футов (1,52 м) во флотационной камере. Белая пена показывает границу раздела, где угольная пена будет образовываться, когда угольную суспензию вводят во флотационную камеру. Область для пульпы заполняют до уровня 5 футов (1,52 м) флотационной камеры, оставляя высоту пены примерно 1 фут (0,305 м).

[0158] Водную суспензию угольной мелочи закачивали в камеру насосом при примерно 5 кг/мин в течение 30 минут. Угольную пену отбирали, когда она переливалась через колонну посредством водостока. Через 30 минут подачу суспензии прекращали. Пузырьки продолжали создавать. Любому избыточному углероду в камере предоставляли возможность продолжать перебрасываться с пеной в течение 10 минут. В конце цикла флотации, как описано в данном документе, область вода-пузырьки была коричневого цвета, характерного для золообразующих компонентов, которые оставались в пульпе во время процесса флотационного отделения. Пульпу затем выпускали в два цилиндрических контейнера объемом 55 галлонов (208 л). Осадок, который не флотировал и не был отведен вместе со слитыми отходами, оставляли на плите основания флотационной камеры. Эти осадки отбирали.

[0159] Содержание твердых веществ в масс.%, содержание золы в масс.% и общую массу (вода+твердые вещества) измеряли для добавленной водной суспензии, собранной угольной пены, слитых отходов и осадка. Количество углерода в каждом материале рассчитывали из масс.% твердых веществ, масс.% золы и общей массы. Из этих данных рассчитывали извлечение горючей массы. Интенсивность флотации, при которой сухой уголь или углеродный продукт выпускается из флотационной камеры, рассчитывали и представляли в метрических тоннах в час на квадратный метр площадь поверхности флотационной колонны (метрических тонн/час/м²). Также рассчитывали эффективность флотации.

[0160] Экспериментальные результаты для лабораторных испытаний, описанных в данном документе, представлены в Таблицах 2A-2F ниже. Как отмечено в таблицах, флотации выполняли с применением суспензий, проходящих через сито с размером отверстий 0,75 мм, сито с размером отверстий 0,5 мм и сито с размером отверстий 0,3 мм. Дополнительная суспензия, которая была измельчена в шаровой мельнице для мокрого помола, была также использована для флотационного отделения угольной мелочи. Параметры введения для флотационной камеры повторены в каждой таблице для того, чтобы можно было видеть, каким образом разные параметры введения влияют на результаты флотации (выпускаемые продукты).

[0161] Большинство из данных флотации, представленных в Таблицах 2A-2F, было получено при применении измельченной суспензии, прошедшей через сито с размером отверстий 0,75 мм, которую затем подавали во флотационную камеру. Некоторые частицы угля были удержаны на сите с размером отверстий 0,75 мм и удалены из суспензии. Средний размер частиц в неизмельченной суспензии составлял примерно 20 микрон, однако суспензия имела в себе более крупные частицы, такие большие как 300 микрон (Таблица 2A) в одном измерении. Частицы осадка для флотаций с применением суспензий, которые проходили через сито с размером отверстий 0,75 мм, достигали таких больших размеров, как 1,2 мм (Таблица 2F), показывая, что частицы этого размера имелись в суспензии, однако при такой низкой концентрации, что они не были представлены в образце, использованном для анализа анализе гранулометрического состава суспензии. Наличие частиц размером 1,2 мм в осадке, которые должны также иметься в суспензии, может быть объяснено тем фактом, что сито с размером отверстий 0,75 мм будет иметь некоторые отверстия больше чем 0,75 мм, и частицы в суспензии могут быть иногда вытянутыми или игольчатыми по форме, что делает возможным их прохождение через сито, однако они показывают более крупный размер при анализе гранулометрического состава.

[0162] Две флотации, представленные в Таблицах 2A-2F, выполняли при применении измельченной суспензии в качестве исходного материала, вводимого во флотационную камеру. Средний размер частиц измельченной суспензии составлял 17 мкм при отсутствии частиц крупнее 140 мкм. Отсутствовали осадки на нижней части камеры после того, как флотационная камера была слита, что означает то, что все флотированные частицы угля и все частицы в пульпе имели такой малый размер, что турбулентность поддерживала их в суспензии, так что они не осаждались на дно флотационной камеры.

[0163] Одна флотация, представленная в Таблицах 2A-2F, была выполнена при применении суспензии, которая проходила через сито с размером отверстий 0,5 мм. Средний размер частиц составлял 50 микрон при отсутствии частиц больше чем 245 микрон (Таблица 2A). Количество осадка на дне камеры было незначительным, с размером частиц не более чем 1000 микрон (Таблица 2F). По той же самой причине, которая уже обсуждалась в отношении прохождения суспензии через сито с размером отверстий 0,75 мм, осадки показывают, что в суспензии имеются более крупные частицы, чем те, что определены гранулометрическим анализом.

[0164] Одна флотация, представленная в Таблицах 2A-2F, была выполнена при применении суспензии, которая проходила через сито с размером частиц 0,3 мм. Средний размер частиц составлял 20 микрон при отсутствии частиц больше чем 223 микрон (Таблица 2A). Количество осадка на дне камеры было незначительным, с размером частиц не более чем 550 микрон (Таблица 2F). По той же самой причине, которая уже обсуждалась в отношении прохождения суспензии через сито с размером отверстий 0,75 мм, осадки показывают, что в суспензии имеются более крупные частицы, чем те, что определены гранулометрическим анализом.

[0165] Таблица 2A. Параметры введения суспензии

Параметры введения во флотационную камеру Параметры введения суспензии Скорость работы насоса (об/мин) Объемная скорость воздуха (фактических куб. футов/мин) Обрабатываемая суспензия Размер пор генератора пузырьков (мкм) Число генераторов пузырьков Содержание твердых веществ (%) Зольность (%) Средний размер частиц (мкм) Стандартное отклонение размера частиц (мкм) Наибольший размер частиц (мкм) 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 38,7 25,9 21 27,1 245 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 38,1 25,9 26,9 45,6 300 625 22,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 37,4 24,2 19,4 26,4 200 650 25,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 37,1 26 19,4 26,4 200 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 43,2 25,1 19,6 32,3 220 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 43,2 25,1 19,6 32,3 220 575 17,5 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 43,2 25,1 19,6 32,3 220 600 20,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 38,5 25,6 16 21,5 220 500 10,00 измельченная 6 24 48,6 24,6 16,5 21,4 140 550 15,00 измельченная 6 24 43,1 24,6 16,5 21,4 140 550 15,00 Проходит через сито 0,3 мм 6 24 47,2 26,3 19,8 31,7 223 550 15,00 Проходит через сито 0,5 мм 6 24 49,5 25,3 50,15 60 245 450 5,00 Проходит через сито 0,75 мм 15 6 38,3 25,5 27,5 42,6 270 400 1,00 Проходит через сито 0,75 мм 30 4 38,3 25,5 27,5 42,6 270

[0166] Таблица 2B. Рабочие параметры выпуска флотационной камеры

Параметры введения во флотационную камеру Рабочие параметры выпуска флотационной камеры Скорость работы насоса (об/мин) Объемная скорость воздуха (фактических куб. футов/мин) Обрабатываемая суспензия Размер пор генератора пузырьков (мкм) Число генераторов пузырьков Скорость подачи суспензии в расчете на сухую массу (кг/ч) Время очистки (мин) Интенсивность флотации (метрических тонн/час/м²) Извлечение горючей массы (%) Эффективность флотации (%) 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 127,8 20 0,27 33,7 94,3 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 125,8 10 0,90 90,8 93,0 625 22,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 124,1 5 1,09 95 94,2 650 25,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 194,2 2 1,85 96,7 90,5 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 120,9 10 0,91 94,6 94,6 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 115,8 8 0,92 95,1 94,6 575 17,5 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 124,5 6 1,05 94,9 93,9 600 20,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 126,9 6 1,04 93,2 93,5 500 10,00 измельченная 6 24 111,8 1,5 1,24 97 94,0 550 15,00 измельченная 6 24 114,6 1,5 1,13 96,8 93,8 550 15,00 Проходит через сито 0,3 мм 6 24 210,5 2,7 1,96 96,9 92,1 550 15,00 Проходит через сито 0,5 мм 6 24 282,3 10 2,13 95,1 91,5 450 5,00 Проходит через сито 0,75 мм 15 6 137,8 10 1,00 91,62 88,1 400 1,00 Проходит через сито 0,75 мм 30 4 134 10 0,93 87,8 84,7

[0167] Таблица 2C. Выходные параметры для характеризации пузырьков

Параметры введения во флотационную камеру Выходные параметры для характеризации пузырьков Скорость работы насоса (об/мин) Объемная скорость воздуха (фактических куб. футов/мин) Обрабатываемая суспензия Размер пор генератора пузырьков (мкм) Число генераторов пузырьков Скорость подачи суспензии в расчете на сухую массу (кг/ч) Объемное содержание газа (об.%) Объем воздуха в камере (м³) 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 127,8 1,2 0,007 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 125,8 5,3 0,013 625 22,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 124,1 14,4 0,025 650 25,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 194,2 17,9 0,039 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 120,9 5,9 0,019 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 115,8 13,2 0,028 575 17,5 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 124,5 17,0 0,031 600 20,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 126,9 19,5 0,034 500 10,00 измельченная 6 24 111,8 5,9 0,019 550 15,00 измельченная 6 24 114,6 13,2 0,028 550 15,00 Проходит через сито 0,3 мм 6 24 210,5 13,2 0,028 550 15,00 Проходит через сито 0,5 мм 6 24 282,3 13,2 0,028 450 5,00 Проходит через сито 0,75 мм 15 6 137,8 7,7 0,019 400 1,00 Проходит через сито 0,75 мм 30 4 134 9,9 0,024

[0168] Таблица 2D. Параметры вывода пены

Параметры введения во флотационную камеру Параметры вывода пены Скорость работы насоса (об/мин) Объемная скорость воздуха (фактических куб. футов/мин) Обрабатываемая суспензия Размер пор генератора пузырьков (мкм) Число генераторов пузырьков Содержание твердых веществ (%) Зольность (%) Средний размер частиц (мкм) Наибольший размер частиц (мкм) 500 10,0 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 30,8 5,7 13,9 130 550 15,0 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 26,0 7,0 21,2 140 625 22,0 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 18,6 5,8 61,3 400 650 25,0 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 14,0 9,5 50,8 300 500 10,0 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 26,3 5,4 32,2 115 550 15,0 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 25,6 5,4 67,8 125 575 17,5 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 23,9 6,1 32,1 220 600 20,0 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 17,4 6,5 37,3 200 500 10,0 измельченная 6 24 26,3 6,0 18,6 200 550 15,0 измельченная 6 24 25,7 6,2 18,4 200 550 15,0 Проходит через сито 0,3 мм 6 24 22,7 7,9 79,3 350 550 15,0 Проходит через сито 0,5 мм 6 24 20,7 8,5 61,2 600 450 5,0 Проходит через сито 0,75 мм 15 6 15,0 11,9 55,0 100 400 1,0 Проходит через сито 0,75 мм 30 4 15,3 15,3 70,0 750

[0169] Таблица 2E. Параметры вывода отходов

Параметры введения во флотационную камеру Параметры вывода отходов Скорость работы насоса (об/мин) Объемная скорость воздуха (фактических куб. футов/мин) Обрабатываемая суспензия Размер пор генератора пузырьков (мкм) Число генераторов пузырьков Содержание твердых веществ (%) Зольность (%) Средний размер частиц (мкм) Наибольший размер частиц (мкм) 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 5,4 42,2 13,7 130 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 4,1 89,6 7,6 73 625 22,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 2 88,9 8,7 30 650 25,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 2,7 90,4 7,8 60 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 2,1 87,8 7 115 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 2,5 88,4 6,2 60 575 17,5 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 2,1 91,3 7 35 600 20,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 3 90 7,1 32 500 10,00 измельченная 6 24 2,1 89,3 7,6 60 550 15,00 измельченная 6 24 1,7 89,9 7,2 40 550 15,00 Проходит через сито 0,3 мм 6 24 3,3 90,1 7,2 40,0 550 15,00 Проходит через сито 0,5 мм 6 24 6,8 90,0 9,5 40,0 450 5,00 Проходит через сито 0,75 мм 15 6 4,3 82,5 8 35 400 1,00 Проходит через сито 0,75 мм 30 4 2,7 80,1 9,3 40

[0170] Таблица 2F. Параметры вывода осадка

[0171] Параметры введения во флотационную камеру Параметры вывода осадка Скорость работы насоса (об/мин) Объемная скорость воздуха (фактических куб. футов/мин) Обрабатываемая суспензия Размер пор генератора пузырьков (мкм) Число генераторов пузырьков Содержание твердых веществ (%) Зольность (%) Средний размер частиц (мкм) Наибольший размер частиц (мкм) Осадок в качестве процентной доли общих отходов (масс.%) 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 66,1 55 247,5 1200 15,4 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 71,1 56,9 464,6 1200 19,7 625 22,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 70,4 64,1 517,9 1200 24,7 650 25,00 Проходит через сито 0,75 мм 3 24 71,4 74,4 446 1200 14,6 500 10,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 44,3 45,5 371,1 1100 11,7 550 15,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 67,4 43,7 416,3 1100 13,2 575 17,5 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 73,2 44,7 387,6 1100 26 600 20,00 Проходит через сито 0,75 мм 6 24 75,2 66,7 457,3 1100 29,2 500 10,00 измельченная 6 24 нет нет нет нет нет 550 15,00 измельченная 6 24 нет нет нет нет нет 550 15,00 Проходит через сито 0,3 мм 6 24 74,7 81,9 168,5 550 4,7 550 15,00 Проходит через сито 0,5 мм 6 24 84,7 69,4 460,9 1000 4,8 450 5,00 Проходит через сито 0,75 мм 15 6 66,2 43,4 412,5 1200 2,9 400 1,00 Проходит через сито 0,75 мм 30 4 68,8 39,2 332,4 1200 13,6

[0172] ПРИМЕР 7

[0173] Извлечение горючей массы

[0174] Извлечение горючей массы флотационной камеры для угля определяют как C_out/C_in, где C_out представляет общее содержание частиц угля (углерода) в выводимой угольной пене (измеренное в расчете на сухую массу) и C_in представляет общее содержание частиц угля (углерода) во вводимой водной суспензии угольной мелочи (измеренное в расчете на сухую массу). Как правило, извлечение горючей массы показывает увеличение при увеличении зольности угольной пены. В этих предшествующих системах, для того чтобы извлечь более высокий процент угля, система должна быть «функционирующей с протягиванием более интенсивным образом». Тем самым, больше золы вытесняется из верхней части флотационной камеры с переливанием угольной пены. Одним из путей «функционирования с протягиванием более интенсивным образом» в системе флотации является введение большего количества воздуха в колонну в единицу времени.

[0175] В противоположность этому, как показано посредством данных на Фиг. 2 для различных циклов, полученных при применении технологии флотации, описанной в данном документе, где мелкие пузырьки образуются с помощью микропористых генераторов пузырьков, извлечение горючей массы уменьшается незначительно с увеличением зольности. В способе флотации, описанном в данном документе, мелкие и ультрамелкие частицы угля флотируются эффективным и селективным образом, что означает то, что гидрофобные ультрамелкие частицы угля флотировать в колонне и отбираются при переливании угольной пены, наряду с тем, что гидрофильные частицы золообразующих компонентов остаются в области вода-пузырьки. Кроме того, в интервале ультрамелких размеров золообразующие компоненты практически не захватываются в частицы угля. Соответственно, возможность эффективного флотирования ультрамелких частиц угля приводит к высокой эффективности флотации.

[0176] Фиг. 3 графически представляет извлечение горючей массы в зависимости от объема пузырьков во флотационной камере. Объем пузырьков рассчитывали посредством измерения изменения в высоте воды, когда воздух вводили в колонну с помощью генераторов пузырьков при разных величинах расхода. Более высокие величины расхода воздуха приводили к большему объему пузырьков. Объем пузырьков может рассматриваться как мера того, сколько пузырьков находится во флотационной камере, поскольку число пузырьков равно объему пузырьков, деленному на средний объем одного пузырька. Для двух наборов данных, полученных при применении генераторов пузырьков с порами 6 мкм, регулярной суспензии (#1) и измельченной суспензии (#2), общей тенденцией является то, что извлечение горючей массы уменьшается с увеличением объема пузырьков (или большем числе пузырьков во флотационной камере). Можно было бы ожидать, что большее число пузырьков во флотационной камере будет приводить к более высокому извлечению горючей массы, поскольку имеет место более высокая возможность того, что уголь будет приводиться в контакт с пузырьками, присоединяться к пузырькам и всплывать к верхней части флотационной камеры, чтобы накапливаться в образованной угольной пене. Для первых двух экспериментальных точек для пор 6 мкм (регулярная суспензия #1), извлечение горючей массы действительно увеличивалось, когда больше пузырьков вводили во флотационную камеру, от 94,6% до 95,1% для 0,019 и 0,028 м³ соответственно. После 0,028 м³ извлечение горючей массы резко уменьшается.

[0177] Без намерения установления связи с теорией, полагают, что уменьшение в извлечении горючей массы при более высоком объеме пузырьков может быть объяснено турбулентностью. Когда объем пузырьков (число пузырьков во флотационной камере) увеличен, турбулентность во флотационной камере также увеличена. В связи с этим полагают, что слишком большая турбулентность внутри флотационной камере вызывает отделение частиц угля от пузырьков, когда пузырьки всплывают к верхней части камеры, что приводит к тому, что частицы угля остаются суспендированными в отходах, и они не достигают образованной угольной пены, вследствие чего уменьшается извлечение горючей массы.

[0178] Соответственно, при превышении определенного объема пузырьков или числа пузырьков во флотационной камере, для данного размера пор генератора пузырьков, турбулентность является слишком высокой, и извлечение горючей массы уменьшается. Турбулентность во флотационной камере увеличена для генераторов пузырьков со средним размером пор 15 мкм и 30 мкм, что приводит к дополнительному уменьшению извлечения горючей массы при применении этих генераторов пузырьков, по сравнению с применением генераторов пузырьков со средним размером пор 6 мкм. Данные для генераторов пузырьков со средним размером пор 3 мкм ниже, чем ожидалось. Как видно на Фиг. 3, извлечение горючей массы для генераторов пузырьков с размером пор 3 мкм значительно ниже, чем для генераторов пузырьков с размером пор 6 мкм. Это может быть обусловлено недостаточным объемом пузырьков. Полагают, что при большем объеме пузырьков (т.е. при большем числе пузырьков) при применении генераторов пузырьков с размером пор 3 мкм во флотационной камере извлечение горючей массы будет также увеличиваться до тех пор, пока турбулентность не начинает устранять увеличение в извлечении горючей массы, как видно для генераторов пузырьков с размером пор 6 мкм.

[0179] ПРИМЕР 8

[0180] Седиментация

[0181] После завершения цикла флотации и выпускания отходов из флотационной камеры наблюдалась седиментация крупных частиц угля и золы на дне флотационной камеры. Этот осадок отбирали и анализировали в отношении содержания влаги, зольности и размера частиц и включали в качестве части общего нижнего продукта в расчеты извлечения горючей массы, как обобщено в Таблице 2F. Фиг. 4 графически представляет процентную долю седиментации в процентах (осадки/общий нижний продукт) в расчете на сухую массу в зависимости от объема пузырьков во флотационной камере. Когда объем пузырьков во флотационной камере увеличен (см. тенденции изменения наборов данных для размера пор 6 мкм (регулярная суспензия #1) и размера пор 3 мкм), масс.% осадков также увеличен, и это может быть объяснено увеличением турбулентности, обсужденной ранее. Полагают, что более крупные частицы легче отделяются от пузырьков во флотационной камере с большей турбулентностью. Данные предполагают, что многие из более крупных частиц осаждаются против восходящего флотационного потока на дно флотационной камеры во время цикла флотации. Фактически, степень осаждения являлась увеличенной при увеличенной турбулентности для наборов данных для размера пор 6 мкм (регулярная суспензия #1) и размера пор 3 мкм.

[0182] На предыдущем графике низкое извлечение горючей массы для генераторов пузырьков с размером пор 15 мкм и 30 мкм было объяснено увеличенной турбулентностью, наблюдавшейся в случае этих генераторов пузырьков с более крупным размером пор, поскольку частицы угля были отделены от пузырьков и не накапливались в образованной угольной пене. Фиг. 4 предполагает, что меньшая седиментация происходит в случае генераторов пузырьков с размером пор 15 мкм и 30 мкм, даже хотя они создают более турбулентную флотирующую окружающую среду. Конкурентоспособный, динамический процесс происходит, когда частицы угля присоединяются и отделяются от пузырьков большего размера, произведенных генераторами пузырьков с размером пор 15 мкм и 30 мкм, вследствие турбулентности. Соответственно, более крупные частицы постоянно всплывают и опускаются во флотационной камере главным образом, когда применяют генераторы пузырьков с размером пор 15 мкм и 30 мкм, и они не осаждаются на дно флотационной камеры во время цикла флотации при таких высоких степенях осаждения, как это происходит в случае пузырьков, образованных генераторами пузырьков с размером пор 3 мкм и 6 мкм.

[0183] Фиг. 5 показывает средний размер частиц осадка, представленный в зависимости от среднего диаметра пор генераторов пузырьков. Для регулярной суспензии средний размер частиц осадка уменьшается, как и следовало ожидать, когда средний диаметр пор генераторов пузырьков увеличен, поскольку пузырьки большего размера, созданные генераторами пузырьков с большей величиной размера пор, могут флотировать более крупные частицы вследствие большей плавучести. Измельченная суспензия имеет средний размер частиц осадка нулевой, поскольку осадок отсутствовал. Тот факт, что частицы осадка от измельченной суспензии отсутствовали, является важным. Он демонстрирует, что флотация с помощью генераторов пузырьков из микропористой керамики или пластика является очень эффективной при флотировании ультрамелких частиц угля менее 300 мкм в диаметре. По сути, практически все из измельченных частиц угля были флотированы, поскольку извлечение горючей массы для измельченной суспензии с помощью генераторов пузырьков со средним размером пор 6 мкм составляло 97%.

[0184] ПРИМЕР 9

[0185] Взаимосвязь между извлечением горючей массы и зольностью отходов

[0186] Чем больше угля выведено флотацией из флотационной камеры, тем меньше угля остается в отходах. Извлечение горючей массы в зависимости от зольности отходов для данного подаваемого исходного угля (от 25 до 30 масс.% золы) было рассчитано и графически представлено на Фиг. 6. Можно видеть, что рассчитанные величины хорошо согласуются с экспериментальными величинами. Как таковая, зольность отходов может фактически являться индикатором для извлечения горючей массы. Чем выше зольность отходов (т.е., чем ниже содержание углерода в отходах), тем выше извлечение горючей массы.

[0187] ПРИМЕР 10

[0188] Взаимосвязь между размером пор генератора пузырьков и размером частиц угольной пены

[0189] Фиг. 7 показывает средний диаметр флотированных частиц угольной пены, для генераторов пузырьков с разным средним диаметром пор. Когда средний диаметр пор увеличивается, средний размер частиц угольной пены также увеличивается. Это является ожидаемым, поскольку крупные пузырьки будут созданы от пор большего размера. Пузырьки большего размера обладают более высокой плавучестью и соответственно могут флотировать более крупные частицы, которые присоединяются к пузырькам большего размера.

[0190] ПРИМЕР 11

[0191] Интенсивность флотации

[0192] Интенсивность флотации представляет собой скорость, при которой сухой продукт выпускается из флотационной камеры в пене, деленную на площадь поперечного сечения флотационной камеры. Фиг. 8 графически представляет интенсивность флотации в зависимости от среднего размера частиц пены. Как рассмотрено выше, теория предполагает, что пузырьки меньшего размера должны иметь более высокую интенсивность флотации, чем пузырьки большего размера. Данные на этом графике подтверждают эту теорию в том, что интенсивность флотации, измеренная для пузырьков, образованных генератором пузырьков, при размере пор 6 мкм > пор 15 мкм > пор 30 мкм.

[0193] Обычно полагают в индустрии флотации угля, что интенсивность флотации уменьшается для размера частиц более чем 500 микрон и для размера частиц меньше чем 100 микрон. Причиной пониженной пропускной способности частиц угля размером более чем 500 микрон является то, что эти более крупные частицы склонны отделяться от пузырьков, вследствие их массы, соответственно уменьшая интенсивность флотации. Причиной пониженной пропускной способности ультрамелких частиц угля размером менее чем 100 микрон является то, что эти частицы малых размеров могут проходить мимо пузырьков в потоке, окружающем пузырьки, когда они поднимаются через колонну без присоединения. Для данных, показанных на Фиг. 8, флотации в зависимости от среднего размера частиц пены, два разных размера частиц представлены для флотаций, выполненных с помощью генераторов пузырьков с размером пор 6 мкм: средний диаметр частиц пены 32 мкм и частицы величиной 1200 мкм (см. осадок в Таблице 2F) для флотаций с применением неизмельченной суспензии (поры размером 6 мкм #1) и средний диаметр частиц пены 16 мкм и частицы величиной 140 мкм для флотаций, выполненных при применении измельченной суспензии (поры размером 6 мкм #2). Эти результаты противоречат обычному распространенному мнению, что пропускная способность уменьшается, когда размер частиц уменьшается до ультрамелкого угля (менее чем 100 мкм). Вместо этого, пропускная способность увеличивается на 18% при переходе среднего диаметра частиц пены от 32 мкм до 16 мкм. Соответственно, при применении технологии флотации, описанной в данном документе, пропускная способность может фактически увеличиваться и не ухудшаться, когда размер частиц уменьшен при выполнении флотационного отделения мелких и ультрамелких частиц угля с уменьшенным размером частиц. Способность эффективного флотирования ультрамелких частиц угля (<100 мкм) может предоставлять возможности извлечения ценной угольной мелочи из многих мест отходов, которые являются заброшенными, поскольку данные отходы считаются находящимися в интервале ультрамелких размеров и поэтому трудно флотируемыми и извлекаемыми. Кроме того в данном документе описано, что когда размер частиц находится в ультрамелком интервале (<100 мкм), практически отсутствует зола, вовлеченная в частицы угля.

[0194] Фиг. 9 и 10 показывают распределение частиц по размерам суспензии, угольной пены, отходов и осадка (если он имеется) для флотаций с применением неизмельченной суспензии (поры 6 мкм #1) и измельченной суспензии (поры 6 мкм #2). Диаметр частиц в неизмельченной суспензии (поры 6 мкм #1) доходит вплоть до примерно 400 мкм. Диаметр частиц в измельченной суспензии (поры 6 мкм #2) составляет не более чем 200 мкм. В результате, распределение частиц пены по размерам для измельченной суспензии меньше, чем для неизмельченной суспензии, приводя к меньшему среднему размеру частиц. Распределение частиц отходов по размерам является очень схожим. Как уже рассмотрено, седиментация не наблюдалась для измельченной суспензии, поскольку все частицы имели размер менее 200 мкм. Размер частиц осадков, которые не всплывали при флотировании при применении неизмельченной суспензии, имел максимальную величину 400 микрон. Было отмечено, что угольная пена от измельченной суспензии (Фиг. 10) имеет меньший размер частиц, чем угольная пена от неизмельченной суспензии (Фиг. 9), при флотировании с помощью генераторов пузырьков с размером пор 6 мкм при одном и том же объеме воздуха или об/мин функционирования воздуходувки, 500 об/мин в этих случаях.

[0195] ПРИМЕР 12

[0196] Содержание угольной пены и пульпы

[0197] Непрерывный порционный процесс флотации угля описан в данном документе в отношении к флотационной камере диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м). Флотационную камеру заполняют очищенной водой с применением воздуходувки для генераторов пузырьков. Область пузырьки-вода достигает назначенного уровня, который обычно находится на 1 фут (0,305 м) ниже верхнего края флотационной камеры. Во время процесса флотационного отделения нижний продукт или отходы не выпускаются постоянным образом. Напротив, концентрация золообразующих компонентов непрерывно возрастает внутри области пузырьки-вода (пульпы) по мере того как все больше и больше частиц угля выводится при флотации из колонны, и частицы золообразующих компонентов остаются после них.

[0198] Процесс флотации угля, описанный в данном документе, имеет целью образование продукта в виде пены с 50 масс.% твердых веществ, выводимого из верхней части флотационной камеры. Это означает, что пена состоит из 50 масс.% твердых веществ и 50 масс.% воды. Примерно 95 масс.% твердых веществ являются частицами угля в расчете на сухую массу. Значительное большинство гидрофобных частиц угля достигают пены посредством флотации на пузырьках в пульпе, которые всплывают и коалесцируют с образованием пены. Некоторые частицы угля включены в качестве суспендированных частиц угля в пульпе. Оболочка, которая создает пузырьки, состоит из тонкой пленки воды и пенообразующей добавки. Эта тонкая пленка не составляет всю влагу в целом для 50 масс.%-ной влажности пены. Часть воды пульпы включена в пену промежуточным образом между крупными пузырьками пены. Как в оболочке пузырьков, так и в качестве промежуточной воды, вода в пене является водой от пульпы и содержит частицы золообразующих компонентов, которые были суспендированы в пульпе. Поскольку вода пульпы является источником воды в пене, находится ли она в виде оболочек пузырьков или в виде промежуточной воды, то чем выше концентрация частиц золообразующих компонентов в пульпе, тем больше масса частиц золообразующих компонентов, которые включены в угольную пену посредством вовлечения в воду пульпы.

[0199] Эксперимент был проведен, в котором уголь флотировали во флотационной камере диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м), где пену отбирали, когда она переливалась через камеру, каждые 10 минут на протяжении 50 минут. Образец пульпы также отбирали при каждом интервале времени из отверстия для отбора образцов на высоте 3 фута (0,91 м). Скорость добавления суспензии составляла 5 кг/мин, суспензия содержала 35 масс.% твердых веществ, и суспензия содержала 25 масс.% золы в расчете на сухую массу.

[0200] Фиг. 11 графически представляет зольность угольной пены и содержание твердых веществ в пульпе в масс.% в зависимости от времени добавления суспензии. Соответственно, Фиг. 12 графически представляет зольность пены в текущий момент времени в зависимости от содержания твердых веществ в пульпе. Пена в текущий момент времени является пеной, когда она переливается через колонну. Посредством данных на Фиг. 11 и 12, видно, что когда содержание твердых веществ в пульпе (области пузырьки-вода) увеличивается со временем, зольность пены в текущий момент времени также увеличивается. Кроме того, имеет место близкое к линейному соотношение между зольностью пены в текущий момент времени и содержанием твердых веществ в пульпе. Следовательно, содержание твердых веществ в пульпе может быть использовано в качестве контрольного показателя, чтобы решить, когда останавливать подачу суспензии во флотационную камеру и начинать цикл очистки непрерывного порционного процесса. При каждом интервале 10 минут совокупную собранную пену тщательно перемешивали, чтобы гомогенизировать ее, и также отбирали образец (гомогенизированной пены).

[0201] Фиг. 12 также графически представляет зольность гомогенизированной пены в зависимости от содержания твердых веществ в пульпе. Гомогенизированная пена имеет более низкую зольность, чем пена в текущий момент времени, поскольку она является средней величиной зольности для цикла в целом. Для условий, при которых выполняли этот эксперимент (скорость подачи суспензии, содержание твердых веществ в суспензии и зольность суспензии), если целевая зольность гомогенизированной пены составляет 5 масс.%, то колонна может функционировать до тех пор, пока содержание твердых веществ в пульпе не превысит 7 масс.%, что соответствует примерно 40 минутам времени добавления суспензии.

[0202] ПРИМЕР 13

[0203] Содержание угольной пены и объем пузырьков

[0204] Фиг. 13 показывает содержание твердых веществ в угольной пене в зависимости от объема пузырьков во флотационной камере. Объем пузырьков, который также представляет число пузырьков, во флотационной камере был увеличен потому, что воздух пропускался через генераторы пузырьков при более высоком расходе, т.е. при более высокой скорости воздуходувки (об/мин). Увеличение величины расхода воздуха через колонну вызывало выпуск большего количества воды из колонны вместе с пеной, приводя к более влажной пене или более низкому содержанию твердых веществ. Соответственно, одним из путей максимизирования содержания твердых веществ в пене является минимизирование величины расхода воздуха через флотационную камеру, наряду с тем, что при этом все еще достигаются желательные величины интенсивности флотации.

[0205] ПРИМЕР 14

[0206] Противоточная промывка угольной пены

[0207] Противоток промывочной воды через слой угольной пены стала стандартной процедурой при флотации угольной пены, чтобы предоставить угольную пену с более низкой зольностью [Kilma 2012, Jameson 2007 и Yoon 1995]. Полагают, что противоток воды вымывает частицы золообразующих компонентов из угольной пены и возвращает вниз в зону вода-пузырьки (или пульпы) флотационной камеры. Главной причиной для высокого содержания влаги в угольной пене в других флотационных камер для угля является применение больших объемов противоточной промывочной воды для уменьшения вовлеченной золы.

[0208] Данные, представленные на Фиг. 14, показывают, что при добавлении противоточной промывочной воды при разных расходах во флотационную камеру диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м) содержание твердых веществ в пене изменяется от 27,5 масс.% при отсутствии противоточной промывочной воды до 25,4 масс.% и 13,2 масс.% для расходов противоточной промывочной воды 0,25 л/мин и 1,12 л/мин, соответственно. Превалирующим мнением является то, что противоток воды вымывает частицы золообразующих компонентов из угольной пены и возвращает вниз в зону пульпы флотационной камеры, что увеличивает эффективность флотации. При этом экспериментальные результаты показывают, что, когда расход противоточной промывочной воды увеличивается, содержание твердых веществ в пене уменьшается от 27,5 масс.% твердых веществ до менее чем 15 масс.% твердых веществ в вышеуказанном примере.

[0209] ПРИМЕР 15

[0210] Содержание твердых веществ в угольной пене, диаметр флотационной камеры и высота пены

[0211] Таблица 3 ниже обобщает содержание твердых веществ и содержание золы во вводимой суспензии и содержание твердых веществ и содержание золы в выводимой угольной пене для различных циклов, выполненных при применении разных флотационных камер. Четырьмя примененными флотационными камерами являлись камера диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м), камера диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 20 футов (6,1 м), камера диаметром 4 фута (1,22 м) и высотой 10 футов (3,05 м) и камера диаметром 8,5 фута (2.59 м) и высотой 14 футов (4,27 м). Четыре экспериментальные точки для флотационной камеры диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м) отбирали в одном и том же цикле. Все остальные экспериментальные точки в Таблице 3 представляют экспериментальные точки от отдельных циклов флотации.

[0212] Содержание твердых веществ в пене показало отсутствие тенденции или зависимости от содержания твердых веществ в суспензии, вводимой во флотационную камеру. Кроме того, для одного и того же диаметра флотационной камеры содержание твердых веществ в пене слабо зависело от высоты пены, показывая небольшое увеличение в содержании твердых веществ с увеличением высоты пены. Высота пены определяется расстоянием от границы раздела между пульпой и пеной до верха флотационной камеры, т.е. высотой, на которую пена должна переместиться, чтобы переливаться из флотационной камеры и быть собранной.

[0213] Интересно заметить, что содержание твердых веществ в пене в значительной степени зависело от диаметра флотационной камеры. Содержание твердых веществ в угольной пене графически представлено в зависимости от диаметра флотационной камеры на Фиг. 15. Содержание твердых веществ увеличено, когда диаметр флотационной камеры увеличен. Соответственно, содержание твердых веществ в угольной пене может быть обусловлено диаметром флотационной камеры, при достижении уровней содержания твердых веществ более чем 50 масс.% твердых веществ.

[0214] Высокое содержание твердых веществ пена является желательным по меньшей мере по двум причинам. Во-первых, угольную пену впоследствии обезвоживают, чтобы получить конечный сухой улучшенный угольный продукт. Чем выше содержание твердых веществ в угольной пене, тем меньше воды требуется удалять из угольной пены в процессах обезвоживания. Угольную пену обычно обезвоживают посредством таких методов как методы с применением фильтр-прессов, систем вакуумной фильтрации, ленточных прессов и т.п. Другие системы флотации угольной пены мелкого и ультрамелкого угля производят угольную пену в пределах 12 масс.% содержания твердых веществ. Обезвоживание такой угольной пены с низким содержанием твердых веществ требует больше аппаратных средств, чем, если бы угольная пена имела более высокое содержание твердых веществ, например, 50 масс.% твердых веществ, как пена, полученная посредством технологии и процесса флотации, описанных в данном документе. Во-вторых, частицы золообразующих компонентов вовлечены в воду пульпы, которая включается в пену. Более высокое содержание твердых веществ означает, что меньше воды пульпы включено в пену, означая, что меньше золообразующих компонентов включено в пену, приводя в результате к более высокой эффективности флотации.

[0215] На границе раздела пульпа-пена мелкие пузырьки коалесцируют с образованием более крупных пузырьков пены. Вода от пульпы вовлечена в угольную пену в виде промежуточной воды по отношению к пузырькам самим по себе. Крупные пузырьки области пены принуждаются к перемещению вверх и из флотационной камеры посредством образования новой пены на границе раздела пульпа-пена. Вблизи границы раздела пульпа-пена, промежуточная вода между крупными пузырьками пены может стекать вниз посредством силы тяжести через угольную пену в пульпу флотационной камеры. Применение противотока промывочной воды способствует этому механизму дренирования. Интуитивно очевидно, что угольная пена большей высоты будет предоставлять больше времени и большее расстояние для дренирования пены, делая возможным возвращение как можно больше воды к пульпе и образование максимально сухой пены, насколько это возможно. Наряду с тем, что данные в Таблице 3 в самом деле показывают, что угольная пена большей высоты не образует более сухую пену (с более высоким содержанием твердых веществ), как уже установлено, данные, кроме того, показывают, что диаметр колонны оказывал гораздо больший эффект на содержание твердых веществ в угольной пене, чем высота пены.

[0216] Стандартные флотационные камеры в промышленности в настоящее время функционируют при высоте угольной пены примерно 1 метр. Одной из причин значительной высоты пены является поддерживание стабильной пены, которая не разрушается при применении противотока промывочной воды для фильтрации через пену, которое является эффективной стадией промывания пены [Yoon 1995, Kilma 2012]. Неожиданный результат, что более сухая угольная пена производится с применением флотационной камеры большего диаметра, получен из исследований с масштабированием от флотационных колонн небольшого диаметра при лабораторном масштабе до флотационных колонн с диаметром большей величины при полупромышленном масштабе и промышленных масштабах при отсутствии противотока промывочной воды. Промывочная вода не требуется при технологии и процессе флотации, описанных в данном документе, чтобы получать эффективность флотации более чем 95%, например, менее чем 5 масс.% золообразующих компонентов в образованной угольной пене в расчете на сухую массу. Даже если высокие расходы противоточной промывочной воды были применены во время исследований с масштабированием, тенденция к более высокому содержанию твердых веществ при применении флотационных камер большего диаметра обычно не наблюдалась. Кроме того, величины содержания твердых веществ в пене более чем 15 до 20 масс.% обычно не достигались, особенно, если применялись более высокие расходы противоточной промывочной воды. Поскольку противоточную промывочную воду не применяли, и высота пены оказывала минимальное влияние на содержание твердых веществ в пене, содержание твердых веществ более чем 50 масс.% достигалось с помощью флотационной камеры диаметром 8 футов (2,44 м) наряду с поддержанием высоты пены менее чем 18 дюймов (0,45 м).

[0217] Без намерения установления связи с теорией, в связи с этим полагают, что причина того, что диаметр колонны является более важным, чем высота пены, в установлении содержания твердых веществ в пене, заключается в том, что степень стекания пены внутри флотационной камере основана на теории случайных блужданий. При меньшем диаметре флотационных камер, число путей дренирования промежуточной воды назад во флотационную камеру ограничено более близким расположением стенок флотационной камеры. Кроме того, данные показывают, что для данного диаметра флотационной камеры, увеличение высоты угольной пены более примерно 18 дюймов (0,45 м) не оказывает значительного влияния на содержание твердых веществ в пене. Это, скорее всего, обусловлено тем, что процесс дренирования является очень быстрым, приводя к ограничению содержания твердых веществ для данного диаметра флотационной камеры, достигаемого практически сразу же, и любое дальнейшее дренирование воды, когда пена поднимается во флотационной камере, замещается водой, выпускаемой вниз из пены сверху. Результатом является равновесное содержание твердых веществ для данного диаметра флотационной камеры, которое несколько увеличивается с высотой угольной пены выше поверхности раздела пульпа-пена, когда пена была выпущена из флотационной камеры.

[0218] Важно подчеркнуть, что содержание твердых веществ в угольной пене является фактором, который влияет на содержание золообразующих компонентов в пене. Как рассмотрено ранее, более влажная пена содержит больше воды от пульпы. Частицы золообразующих компонентов в пене не флотированы на пузырьках, а скорее они включены в угольную пену в качестве части промежуточной воды от пульпы во время формирования пены. Соответственно, когда содержание твердых веществ в пене увеличено посредством увеличения дренирования пены при флотационных камерах большего диаметра, содержание золообразующих компонентов в пене уменьшено вследствие меньшего включения воды от пульпы.

[0219] Кроме того, данные в Таблице 3 показывают, что содержание золообразующих компонентов угольной пены в расчете на сухую массу для данного диаметра камеры не зависит от высоты пены. Как рассмотрено в данном документе, содержание золообразующих компонентов зависит от функционирования флотационной камеры. Как только угольная пена образована на границе раздела пульпа-пена, и вода слита до равновесного уровня для диаметра флотационной камеры, как рассмотрено выше, содержание золообразующих компонентов в расчете на сухую массу для количества образованной пены в данный момент является постоянным и не изменяется, когда пена поднимается далее во флотационной камере. Как рассмотрено ранее, количество золообразующих компонентов для количества пены, образованной в этот момент, зависит от того, сколько золообразующих компонентов накоплено во флотационной камере в течение времени, на протяжении которого камера функционировала в данном периодическом цикле.

[0220] Как установлено ранее, четыре экспериментальные точки для флотационной камеры диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м) отбирали в одном и том же цикле. Общая высота пены для этого цикла была установлена при 3 футах (0,91 м), например, расстояние от поверхности раздела пульпа-пена до верха колонны составляло три фута (0,91 м). Все эти данные собирали почти сразу же после начала флотации. Сосуды подвешивали во флотационной камере при высотах пены 0,5 фута (0,15 м), 1,25 фута (0,38 м) и 2 фута (0,61 м). Когда пена достигала каждой высоты после начала флотации, соответствующий сосуд заполнялся пеной. После того, как пена превышала этот уровень, и сосуд был заполнен, его извлекали из флотационной камеры с помощью присоединенной нитки. Пена отбирали при последней высоте пены 3 фута (0,91 м), поскольку пена начинала перетекать через верх флотационной камеры. Результаты этого контрольного эксперимента показывают два из только что описанных обследований: содержание золообразующих компонентов не изменяется после образования пены на границе раздела пульпа-пена и слабая зависимость содержания твердых веществ от высоты пены. Низкое содержание золообразующих компонентов в пене для этих четырех экспериментальных точек от флотационной камеры диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м) обусловлено тем, что цикл флотации был только что начат. Более высокое содержание золообразующих компонентов показано для других экспериментальных точек в Таблице 3, поскольку образцы пены являлись образцами всей пены, образованной в течение времени от 30 до 40 минут цикла (за исключением высоты пены 2 футов (0,61 м) во флотационной камере диаметром 8,5 футов (2,59 м) и высотой 14 футов (4,27 м), образец для которой был отобран при применении сосуда на нитке непосредственно после начала флотации, когда пена повышалась во флотационной камере).

[0221] Соответственно, содержание золообразующих компонентов в пене зависит от текущего содержания твердых веществ и содержания золообразующих компонентов в пульпе в момент времени, когда пена образуется на границе раздела пульпа-пена.

[0222] Таблица 3. Содержание твердых веществ и содержание золы во вводимой суспензии и содержание твердых веществ и содержание золы в выводимой угольной пене для четырех разных флотационных камер.

Флотационная камера Содержание твердых веществ в суспензии (масс.%) Зольность суспензии (масс.%) Высота пены (футы) Содержание твердых веществ в пене (масс.%) Зольность пены (масс.%) 17,5 дюйма x 6 футов 38,7% 25,5% 0,5 26,5% 2,7% 17,5 дюйма x 6 футов 38,7% 25,5% 1,25 30,7% 2,8% 17,5 дюйма x 6 футов 38,7% 25,5% 2 32,1% 2,4% 17,5 дюйма x 6 футов 38,7% 25,5% 3 30,7% 2,8% 17,5 дюйма x 20 футов 53,0% 25,0% 6 30,2% нет данных 17,5 дюйма x 20 футов 53,0% 25,0% 6 33,9% нет данных 17,5 дюйма x 20 футов 53,0% 25,0% 12 35,0% нет данных 4 фута x 10 футов 35,0% 25,0% 4 51,1% 4,13% 8,5 фута x 14 футов 57,0% 28,2% 1,5 55,0% 4,80% 8,5 фута x 14 футов 57,0% 28,2% 2 54,8% 2,37% 8,5 фута x 14 футов 57,0% 28,2% 6 67,4% 5,09%

[0223] ПРИМЕР 16

[0224] Периодическая обработка для получения горючей массы с высокой степенью извлечения, высокой эффективностью и интенсивностью флотации при или вблизи пропускной способности флотационной камеры.

[0225] Как описано в данном документе, предпочтительным процессом для функционирования флотационной камеры для угля является периодический процесс. Данные собирали для функционирования флотационной камеры лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м). Воздуходувку применяли для подачи воздуха в генераторы пузырьков через распределительную коробку, описанную ранее, которая содержит генераторы пузырьков. Для 25 генераторов пузырьков с размером пор 6 мкм, 15 куб. футов в минуту (CFM) (0,42 м³/мин) воздуха обычно подавали в распределительную коробку посредством воздуходувки, однако испытывали и другие величины расхода воздуха. Чтобы начать периодический цикл, воздуходувку включали при желательной величине расхода. Затем флотационную камеру заполняли водой до уровня 1,2 м. Определенное количество пенообразующей добавки, эквивалентное дозе 20,3 г пенообразующей добавки на кубический метр воды во флотационной камере, добавляли, чтобы стабилизировать пузырьки. Объем, использованный для расчета определенного количества пенообразующей добавки при указанной дозе, соответствовал объему камеры до уровня 1,52 м. Воду затем добавляли до тех пор, пока пульпа (область вода-пузырьки) не находилась при уровне 1,52 м флотационной камеры.

[0226] Обычно, водную суспензию угольной мелочи с содержанием твердых веществ 45 масс.% использовали для флотации, однако испытывали и суспензии при таком низком содержании твердых веществ как 15 масс.% и таком высоком содержании твердых веществ как 55 масс.%. Обычно, собиратель и пенообразующую добавку примешивали в суспензию при дозе 0,3 кг собирателя или пенообразующей добавки на метрическую тонну (MT) сухого углерода в суспензии. Иногда более низкие или более высокие дозы собирателя и/или пенообразующей добавки добавляли к суспензии. Скорость подачи суспензии составляла обычно примерно 5 кг/мин, хотя испытывали и более высокие и более низкие скорости подачи. Суспензию обычно подавали в колонну в течение 30 минут, хотя иногда применяли более короткие и более длинные периоды времени. Во время подачи в течение 30 минут угольная пена обычно начинала перетекать из верхней части колонны через примерно две минуты. Подачу суспензии останавливали по истечении 30 минут, и последующий период очистки предоставлял возможность углероду, остающемуся в пульпе, выводиться при флотации. Если при скорости подачи суспензии частицы угля вводились при расходе, гораздо большем, чем пропускная способность флотационной камеры (например, чем максимальная интенсивность флотации флотационной камеры), тогда время очистки требовалось для частиц угля, которые были накоплены в пульпе, чтобы быть флотированными и собранными в качестве угольной пены.

[0227] Если при скорости подачи суспензии частицы угля вводились во флотационную камеру при расходе, меньшем, чем пропускная способность флотационной камеры, тогда требовалось небольшое время очистки (или оно не требовалось) для угольной пены, чтобы полностью перелиться из флотационной камеры после того, как подача суспензии была прекращена. Время очистки составляло не более чем 10 минут.

[0228] Если время очистки превысило 10 минут, стадия флотации завершена. В идеальном случае, скорость подачи водной суспензии обеспечивала введение частиц углерода во флотационную камеру в небольшом избытке по сравнению с пропускной способностью, так что требовалось время очистки от 3 до 5 минут. Когда угольная пена прекращала перетекать из верхней части колонны флотационной камеры, или когда время очистки достигало 10 минут, в зависимости от того, какой из этих моментов происходил раньше, пульпу выпускали из флотационной камеры и сохраняли для анализа. Любой осадок, который был накоплен в нижней части флотационной камеры, сохраняли для анализа. Угольную пену, которая была перелита из флотационной камеры, сохраняли для анализа. Образец суспензии также сохраняли для анализа. Обычный анализ, выполненный для водной суспензии угольной мелочи, угольной пены, пульпы (или нижнего продукта или отходов) и осадков включал общую массу, израсходованную или образованную, содержание влаги, зольность и анализ гранулометрического состава. Из этих данных определяли извлечение горючей массы, эффективность флотации и интенсивность флотации. Отходы (слитую пульпу) собирали, обезвоживали и сушили для применения для дополнительной обработки. Собранную угольную пену обезвоживали, гранулировали, дополнительно сушили и затем иногда анализировали в отношении теплосодержания, содержания летучих веществ, зольности, содержания серы и характеристик коксуемости, таких как индекс свободного вспучивания (FSI), текучесть, пластичность, индекс реакционной способности (CRI), прочность кокса после реакции (CSR), средний максимальный показатель отражения и т.п. Интенсивность флотации, такую высокую, как 2,0 метрических тонны/м³ зоны флотационной камеры, извлечение горючей массы, такое высокое, как 97%, и эффективность флотации, такую высокую, как 97%, получили во флотационной камере лабораторного масштаба диаметром 17,5 дюйма (0,444 м) и высотой 6 футов (1,83 м).

[0229] ПРИМЕР 17

[0230] Функционирование флотационных камер разного размера

[0231] Экспериментальные данные собирали для флотационной камеры лабораторного масштаба, которая имела диаметр 17,5 дюйма (0,444 м) и высоту 6 футов (1,83 м). Флотационные камеры полупромышленного масштаба (диаметром 4 фута (1,22 м) и высотой 10 футов (3,05 м)) и промышленного масштаба (диаметром 8,5 футов (2,59 м) и высотой 14 футов (4,27 м)) также приводили в действие неоднократно в течение вплоть до 5 часов. Таблица 4 сравнивает типичные результаты функционирования для трех разных флотационных камер. Все эти результаты получены для времен подачи суспензии между 30 минутами и 45 минутами для одной и той же скорости подачи суспензии, содержания твердых веществ в суспензии, зольности суспензии и интервала размеров частиц. Как можно видеть, зольность пены, величина британских термических единиц (БТЕ)/фунт, индекс свободного вспучивания (FSI) и зольность отходов являлись все очень схожими. Как рассмотрено ранее, содержание твердых веществ в угольной пене было увеличено с увеличением диаметра флотационной камеры. Извлечение горючей массы измеряли для флотационной камеры лабораторного масштаба, которая имела диаметр 17,5 дюймов (0,44 м) и высоту 6 футов (1,83 м), и она была неизменно такой высокой как 97%. Хотя извлечение горючей массы не измеряли непосредственно для флотационной камеры полупромышленного масштаба и флотационной камеры промышленного масштаба, как рассмотрено ранее, извлечение горючей массы может быть вычислено на основании зольности отходов. Рассчитанное извлечение горючей массы составляло более чем 95% для обеих флотационных камер, как полупромышленного масштаба, так и промышленного масштаба. Результаты, представленные в Таблице 4 и рассмотренные в данном документе, демонстрируют, что результаты характеризации флотации, выполненные для флотационной камеры лабораторного масштаба, масштабируются до флотационных камер полупромышленного масштаба и промышленного масштаба.

[0232] Таблица 4

Класс флотационной камеры Лабораторного масштаба Полупромышленного масштаба Промышленного масштаба Содержание твердых веществ в суспензии (масс.%) 45 45 45 Зольность суспензии (масс.%) 25 25 25 Зольность пены (масс.%) 6 4,13 3,05 Теплосодержание пены (БТЕ/фунт) 15255 15266 15218 Индекс свободного вспучивания (FSI) пены (%) 8 7,9 8 Зольность отходов (масс.%) 89,9 86,1 87,1 Измеренное извлечение горючей массы (%) 97,0 нет данных нет данных Рассчитанное извлечение горючей массы (%) нет данных 95,4 95,6 Скорость подачи суспензии (кг/мин) 5 37,6 170 Метрических тонн/час сухого продукта на основании скорости подачи суспензии 0,02 1 4,6

[0233] Замечания

[0234] Зольность отходов, превышающая 90 масс.% в расчете на сухую массу, может быть получена при применении флотационной камеры и способа флотации, описанных в данном документе.

[0235] Данные предполагают, что частицы угля, более крупные чем 500 мкм, не всплывают при применении из генераторов пузырьков из микропористой керамики и пластика со средним размером пор от 3 мкм до 30 мкм. Когда суспензию измельчена и просеяна таким образом, что размеры частиц составляют менее чем 500 мкм, осадки угля не собирались, позволяя предположить, что весь углерод может быть флотирован посредством размеров пузырьков, образованных описанными генераторами пузырьков.

[0236] Извлечение горючей массы 97% может быть достигнуто при применении флотационной камеры и способа флотации, описанных в данном документе.

[0237] Средний размер частиц угольной пены может быть отрегулирован посредством изменения размера пор генераторов пузырьков.

[0238] Пропускная способность увеличивается, когда размер частиц уменьшается до интервалов мелкого и особенно ультрамелкого размера.

[0239] На зольность угольной пены оказывает влияние содержание твердого вещества (содержание золы), которое собирается в пульпе во время периода подачи суспензии непрерывного порционного процесса флотации, описанного в данном документе.

[0240] На содержание влаги в пене оказывает влияние диаметр флотационной колонны и расход, при котором воздух протекает через колонну.

[0241] Данные характеризации лабораторного масштаба масштабированы до флотационных колонн полупромышленного и промышленного масштаба.

[0242] Из вышеприведенного описания следует принять во внимание, что описанное изобретение предоставляет эффективный способ отделения мелких частицы угля от частиц золообразующих компонентов.

[0243] Описанный способ требует значительно меньше воды по сравнению с обычными коммерчески доступными способами, приводя к более низким эксплуатационным расходам и капитальным затратам на оборудование.

[0244] Описанный способ делает возможным извлечение мелких частиц угля, перерабатываемых в улучшенные, коммерчески ценные угольные продукты. Аналогичным образом, описанный способ делает возможным извлечение частиц золообразующих компонентов.

[0245] Описанные варианты осуществления и примеры должны все рассматриваться во всех отношениях лишь как иллюстративные и не являющиеся ограничивающими. Объем данного изобретения, поэтому, определен приложенной формулой изобретения, а не предшествующим описанием. Все изменения, которые входят в область значений и интервал эквивалентности формулы изобретения, должны быть включены в ее объем.

Предложенная группа изобретений относится к устройствам и способам отделения мелких частиц угля от частиц золообразующих компонентов. Способ отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов включает образование пузырьков внутри воды во флотационной камере, введение водной суспензии угольной мелочи, содержащей более чем 35 мас.% твердых частиц, содержащих дискретные частицы угля и дискретные частицы золообразующих компонентов, в пузырьки внутри упомянутой флотационной камеры для угля таким образом, чтобы пузырьки захватывали и флотировали частицы угля и образовывали угольную пену, причем угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем около 750 мкм и сбор угольной пены. Угольная пена содержит по меньшей мере 15 мас.% твердых частиц. Причем твердые частицы содержат частицы угля и частицы золообразующих компонентов, с эффективностью флотации более чем 92%, так что частицы угля в угольной пене представляют извлечение горючей массы угольной мелочи более чем 90%. Менее чем 5 мас.% твердых частиц являются частицами золообразующих компонентов. Согласно одному из вариантов способа отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов, образование пузырьков внутри воды во флотационной камере для угля осуществляют одним или более генераторами пузырьков, причем генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 30 мкм, при этом образуют пузырьки и вводят водную суспензию в пузырьки таким образом, что интенсивность флотации угольной пены составляет более чем 1,5 метрических тонн/час/м² в расчете на сухую массу. При отделении частиц золообразующих компонентов от частиц угля осуществляют поддержание высоты угольной пены менее чем примерно 18 дюймов (0,45 м). Технический результат – повышение эффективности отделения мелких частиц угля от золообразующих компонентов. 5 н. и 28 з.п. ф-лы, 15 ил., 4 табл., 17 пр.

1. Способ отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов, включающий:

образование пузырьков внутри воды во флотационной камере;

введение водной суспензии угольной мелочи, содержащей более чем 35 мас.% твердых частиц, содержащих дискретные частицы угля и дискретные частицы золообразующих компонентов, в пузырьки внутри упомянутой флотационной камеры для угля таким образом, чтобы пузырьки захватывали и флотировали частицы угля и образовывали угольную пену, причем угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем около 750 мкм; и

сбор угольной пены, причем угольная пена содержит по меньшей мере 15 мас.% твердых частиц, и причем твердые частицы содержат частицы угля и частицы золообразующих компонентов, с эффективностью флотации более чем 92%, так что частицы угля в угольной пене представляют извлечение горючей массы угольной мелочи более чем 90%.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий следующие стадии:

прекращение введения водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля; и

продолжение образования пузырьков и угольной пены в течение некоторого периода времени, чтобы отделить частицы угля, остающиеся в воде, от частиц золообразующих компонентов.

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий стадию выпускания воды во флотационной камере для угля.

4. Способ по п. 3, дополнительно включающий стадию извлечения твердых частиц из выпущенной воды для дополнительной обработки.

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий стадию рециркулирования воды, из которой твердые частицы удалены, для применения во флотационной камере для угля.

6. Способ по п. 2, дополнительно включающий стадию контроля содержания твердых частиц в воде во флотационной камере для угля, причем твердые частицы содержат частицы золообразующих компонентов и частицы угля, и прекращения введения водной суспензии угольной мелочи во флотационную камеру для угля, когда содержание твердых частиц в воде во флотационной камере для угля превышает заданное содержание в массовых процентах.

7. Способ по п. 6, в котором заданное содержание в массовых процентах твердых частиц в воде составляет от 3 мас.% до 6 мас.%.

8. Способ по п. 6, в котором содержание твердых частиц в воде во флотационной камере для угля определяет содержание частиц золообразующих компонентов в угольной пене.

9. Способ по п. 1, в котором угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 500 мкм.

10. Способ по п. 1, в котором угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем около 300 мкм.

11. Способ по п. 1, в котором угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 500 мкм, и причем образуют пузырьки и водную суспензию вводят в пузырьки таким образом, что частицы угля в угольной пене представляют извлечение горючей массы угольной мелочи более чем 95%.

12. Способ по п. 1, в котором угольная пена содержит по меньшей мере 25 мас.% твердых частиц.

13. Способ по п. 1, в котором угольная пена содержит по меньшей мере 45 мас.% твердых частиц.

14. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию уравновешивания вводимого объема водной суспензии по отношению к выводимому объему угольной пены.

15. Способ по п. 1, в котором пузырьки образуются одним или более генераторами пузырьков, причем генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 30 мкм.

16. Способ по п. 1, в котором пузырьки образуются одним или более генераторами пузырьков, причем генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 10 мкм.

17. Способ отделения частиц угля от частиц золообразующих компонентов, включающий:

образование пузырьков внутри воды во флотационной камере для угля одним или более генераторами пузырьков, причем генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 30 мкм;

введение водной суспензии угольной мелочи, содержащей частицы угля и частицы золообразующих компонентов, в пузырьки внутри флотационной камеры для угля таким образом, чтобы пузырьки захватывали и флотировали частицы угля и образовывали угольную пену, причем угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 500 мкм, причем образуют пузырьки и вводят водную суспензию в пузырьки таким образом, что интенсивность флотации угольной пены составляет более чем 1,5 метрических тонн/час/м² в расчете на сухую массу.

18. Способ по п. 17, в котором угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем около 300 мкм.

19. Способ по п. 17, в котором угольная мелочь в водной суспензии имеет размер частиц менее чем примерно 150 мкм.

20. Способ по п. 17, в котором водная суспензия угольной мелочи содержит около 40±15 мас.% угольной мелочи.

21. Способ по п. 17, в котором генераторы пузырьков содержат пористый материал, имеющий средний размер пор менее чем 10 мкм.

22. Способ по п. 17, в котором образуют пузырьки и водную суспензию вводят в пузырьки таким образом, что извлечение горючей массы угольной мелочи составляет более чем 95%.

23. Водная суспензия угольной мелочи, подходящая для непосредственного флотационного отделения, содержащая:

дискретные частицы угля;

дискретные частицы золообразующих компонентов; и

воду, причем водная суспензия содержит более чем 35 мас.% твердых частиц, содержащих частицы угля и частицы золообразующих компонентов, и причем частицы угля и частицы золообразующих компонентов имеют размер частиц менее чем примерно 150 мкм.

24. Водная суспензия по п. 23, содержащая более чем 45 мас.% частиц угля и частиц золообразующих компонентов.

25. Водная суспензия по п. 23, в которой частицы угля и частицы золообразующих компонентов имеют размер частиц менее чем примерно 100 мкм.

26. Водная суспензия по п. 23, в которой частицы угля и частицы золообразующих компонентов имеют размер частиц менее чем примерно 50 мкм.

27. Непромытая угольная пена, образованная во флотационной камере для угля, содержащая по меньшей мере 15 мас.% твердых частиц, и причем твердые частицы содержат частицы угля и частицы золообразующих компонентов, при этом менее чем 5 мас.% твердых частиц являются частицами золообразующих компонентов.

28. Угольная пена по п. 27, содержащая по меньшей мере 25 мас.% твердых частиц.

29. Угольная пена по п. 27, содержащая по меньшей мере 35 мас.% твердых частиц.

30. Угольная пена по п. 27, содержащая по меньшей мере 45 мас.% твердых частиц.

31. Способ отделения частиц золообразующих компонентов от частиц угля, включающий:

образование пузырьков внутри воды во флотационной камере для угля;

введение водной суспензии угольной мелочи, содержащей дискретные частицы угля и дискретные частицы золообразующих компонентов, в пузырьки внутри флотационной камеры для угля таким образом, чтобы пузырьки захватывали и флотировали частицы угля и образовывали угольную пену, причем водная суспензия содержит более чем 35 мас.% твердых частиц, содержащих частицы угля и частицы золообразующих компонентов; и

поддержание высоты угольной пены менее чем примерно 18 дюймов (0,45 м).

32. Способ по п. 31, в котором угольная пена содержит по меньшей мере 25 мас.% твердых частиц, и причем твердые частицы содержат частицы угля и частицы золообразующих компонентов, при этом менее чем 8 мас.% твердых частиц являются частицами золообразующих компонентов.

33. Способ по п. 31, в котором угольная пена содержит по меньшей мере 45 мас.% твердых частиц, и причем твердые частицы содержат частицы угля и частицы золообразующих компонентов, при этом менее чем 8 мас.% твердых частиц являются частицами золообразующих компонентов.