材料分选方法【专利说明】材料分选方法[0001]本申请是于2010年6月30日提交的题为“材料分选方法”的中国发明专利申请第201010222089.8号的分案申请。
技术领域：
[0002]本申请涉及煤炭分选领域，具体而言，涉及一种利用X射线线性吸收系数的差异来处理矿石并将原子数较高的元素从原子数较低的元素中除去的方法。【
背景技术：
】[0003]天然煤炭是碳、烃类、水分和具有较高原子数的污染矿物的混合物。煤炭产生美国电力的一半，但公用事业公司面临减少其碳足迹(carbonfootprint)和来自未、硫及煤灰污染的压力。对于公用事业公司而言，清洁煤灰溅泄物和提供必要污染控制的成本过高。美国环保局现正要求对汞和硫的排放进行更严格的控制。此外，新规则将对硫排放强制执行每小时限制，而非24小时内的平均限制。通常，在黄铁矿中，60%?80%的汞与硫伴生。根据开采煤炭所在区域，美国所用的煤炭中污染物的典型天然含量为约3%?约30%，平均为约10%。[0004]公用事业公司和工业锅炉中的煤炭燃烧产生上百万吨的煤灰、矿渣和污泥。燃烧除去了可燃的有机组分但浓缩了煤灰中天然存在的放射性核素，包括铀、镭、钍和钾。煤灰还含有硅、铝、铁和钙。事实上，这些元素构成约90%的煤灰组分。为遵守环保局法规必须减少汞排放。减少汞排放的选择包括选择性开采煤炭(避免硫和汞较高的煤床层部分)、煤炭洗涤(除去含有煤炭中60%?80%的汞的黄铁矿)、燃烧后从烟道排放物中除去汞或使用天然气代替煤炭。[0005]目前的煤炭处理利用煤炭和污染物的密度差异来除去非可燃物。约95%的煤炭处理目前采用湿法。煤炭的比重通常为1.2，而岩石和较重矿物的平均值为2.5。原煤(runoftheminecoal)通常首先被减小至低于2英寸(5cm)的尺寸，随后将其导入水-磁铁矿浆料浮选介质中。所述水浆料具有使液体比重升高至高于煤炭比重的化学物质。水浆料中的磁铁矿比例控制密度。较重的硫和硅酸盐沉下而较轻的煤炭浮出。[0006]湿法处理能减少煤炭的灰和硫含量，但其将所处理的煤炭打湿。而且，液体介质需要在废水处理设备中进行处理。煤粉和水产生带来环境问题的污泥。一些工艺使用酸来去除污染物并对水产生污染。湿煤中水的潜热将来自煤炭燃烧的可回收能量减少了1%?2%。这种可用能量的减少增加了发电的碳足迹。【
发明内容】[0007]本发明公开了材料分选方法。所公开的方法使用X射线来将诸如煤矿石的矿石从诸如硫的污染物中分选出来。还公开了在X射线分选方法中使用指示杆(calibrat1nbar)的方法。在某些实施方式中，材料分选方法包括:提供样品；将样品尺寸减小至10厘米以下；测定样品的最厚床层深度的最小X射线吸收；测定样品块的X射线吸收；鉴定X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块；从剩余样品中分选出X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块。本发明的其它实施方式包括鉴定与样品的最厚床层深度(thickestbeddepth)的最小X射线吸收的X射线透射百分比相比X射线透射百分比减少20%以上的样品块。本发明的仍然其它的实施方式包括测定在高于硫的K吸收边沿(Kabsorpt1nedge)的能量处的X射线吸收。[0008]本发明的另一个实施方式是减少煤炭中的硫的方法，所述方法包括:提供煤矿石样品；将样品尺寸减小至10厘米以下；对于高于硫的K吸收边沿的X射线能量范围测定样品的最厚床层深度的最小X射线吸收；测定高于硫的K吸收边沿的X射线能量范围内的样品块的X射线吸收；鉴定X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块；从剩余样品中分选出X射线吸收大于最厚床层深度的最小X射线吸收的样品块。本发明的其它实施方式包括:通过将样品运送至气动排出阵列(aireject1narray)和对该气动排出阵列的至少一个气动排出器(airejector)供能以便基于所述确定来分选样品，从而分选样品块。本发明的其它实施方式包括利用燃烧烟道气来减少火灾和爆炸危险。[0009]本发明的再一个实施方式是从矿石分选材料的方法，所述方法包括:提供样品，其中样品包括矿石和其它材料；用多种X射线能量照射样品；检测矿石和材料在第一X射线能量和第二X射线能量处的X射线吸收值；给予第一X射线能量和第二X射线能量处的X射线吸收值来测定矿石的原子数范围；基于第一X射线能量和第二X射线能量处的X射线吸收值来测定每一种材料的原子数范围；测定样品块的原子数是否大于矿石的原子数；根据该测定来分选样品块。本发明的其它实施方式包括测定样品块的原子数是否比矿石的原子数至少大4。在本发明的其它实施方式中，分选样品块还包括将样品运送至气动排出阵列和对该气动排出阵列的至少一个气动排出器供能以便基于所述测定来分选样品。在本发明的其它实施方式中，检测X射线吸收值还包括将样品在X射线源与X射线检测器之间输送。在某些实施方式中，所述矿石是煤炭，且所述材料是矿石中的金属夹杂物(metallicinclus1n)。[0010]本发明的又一个实施方式是提供具有与所处理的煤炭的最大床层深度相同的X射线吸收的指示杆的方法，所述方法通过测定煤炭的原子组成和用相同比例原子组成的原子数小于10的元素制成“清洁煤炭”装置而实现。本发明的另一个实施方式是材料分选方法，包括提供指示杆；用乂射线照射指示杆；标定X射线传感装置，使得当检测到X射线透射百分比低于指示杆的X射线透射百分比的样品时确定所述样品有待分选；分析样品；并分选样品。该方法的其它实施方式包括测定X射线传感装置的床层深度。本发明的其它实施方式包括根据所述床层深度的测定来选择指示杆。在本发明的其它实施方式中，分析样品还包括:检测样品块的X射线吸收值；测定是否任何样品块均具有与指示杆的X射线透射百分比相比减少了20%以上的X射线透射百分比；鉴定具有与指示杆的X射线透射百分比相比减少了20%以上的X射线透射百分比的样品块，从而将此类样品块分选出来。在本发明的其它实施方式中，指示杆具有与原子数为10以下的样品元素的分布成正比的原子量吸收系数。[0011]因此，本发明的一个方面是提供从污染物中分选煤矿石的方法。[0012]本发明的另一个方面是提供使用X射线能量以分选材料的方法。[0013]本发明的再一个方面是提供在所述材料分选方法过程中使用的指示杆。【附图说明】[0014]图1显示了本文所公开方法的一个实施方式的流程图。其中所示为材料分选方法的步骤。[0015]图2显示了用于实践本文所公开方法的装置的一个实施方式的侧视示意图。其中所示为用于在X射线源和X射线检测器之间运送煤炭的传送带。此外还显示了用于将煤炭分离至所示区域内的计算机和排出系统。[0016]图3是用于实践本文所公开方法的装置的一个实施方式的示意侧视图。具体而言，其中所示为用于从较大的煤炭样品颗粒中分离常称为煤粉(coalfine)的极小煤炭颗粒的气刀。如图所示，煤炭样品被分为3个不同组。[0017]图4是用于实践本文所公开方法的装置的一个实施方式的示意侧视图。就煤粉的分离而言，所述实施方式包括用于进一步将具有金属污染物的煤粉从不具有金属污染物的煤粉中分离的气动工作台(airtable)。由此，煤炭样品被分为图中所示的4个组。图中所示的另一个实施方式是使用燃烧空气来减少煤尘的火灾和爆炸危险。[0018]图5是图4中所示气动工作台的示意性截面图。其中所示为振动器、空气喷射器和磁铁。[0019]图6是X射线测量装置的端视图横截面的示意图，该装置在其传送带的适当位置具有指示杆。该指示杆位于X射线源与检测器阵列之间。[0020]图7显不了来自theNat1nalInstituteofStandardsandTechnology的在一定范围的X射线能量中的黄铁矿(FeS)、煤炭和二氧化硅(S12)的线性吸收系数。此外还显示了它们的密度。煤炭在不同的矿山之间甚至在相同的煤炭矿脉内都有所不同；对于煤炭没有标准定义。所示的煤炭吸收是折合为典型烟煤(bituminouscoal)的1.2密度的石墨的NIST值。[0021]图8显不了由theNat1nalInstituteofStandardsandTechnology的吸收系数信息计算的所列材料在一定X射线能量范围内的透射百分比。[0022]图9显示了实施例4中进行的分析的结果。[0023]图10显示了实施例5中进行的分析的结果。【具体实施方式】[0024]本发明公开了从煤炭分选出污染物的方法。所述方法公开了使用特定的X射线能量来检测煤炭块内的污染物如硫、汞和铁，从而可以将此类污染物从没有污染物的其它煤炭块中分选出。简言之，本文所公开的方法包括以下步骤:根据需要将较大的煤炭块破碎，以极快速率分析煤炭块，并分选出具有不合需要的污染物夹杂物的煤炭块。[0025]本文所公开的方法可以用于“清洁”煤炭，从而在煤炭用于燃煤发电厂时减少硫和汞等。使用从煤炭除去污染物的方法具有若干优点以便提供可将污染物(例如硫)的量显著减少至低于目前的洗涤技术可达到水平的成本有效的干法。例如，更清洁的煤炭通过减少矿渣和腐蚀问题而改善了鼓风机的性能。同样，本文所公开的干式处理法当前第1页1 2 3 4