利用微藻升级煤粉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用微藻对来自废煤堆和原矿粉煤的细粉煤和超细粉煤进行升级。
[0002] 本说明书中的术语"升级"是指降低粉煤的矿物组分含量（灰分含量）或者提高 粉煤的热值或二者兼具，而无论矿物组分的任何期望部分是否将被回收。
【背景技术】
[0003] 煤是一种复杂的材料，包含碳基化学组分和无机或矿物组分二者，其中无机或矿 物组分在本文中统称为矿物组分。矿物组分通常构成煤的灰分含量并且在确定特定煤的价 值时具有显著作用。通常，煤的灰分含量越高，则其价值越低，因为煤的能量含量相应减少 并且在煤的使用过程中产生的废物量越大。
[0004] 为了将这种矿物组分从煤中分离，现有技术中已知许多程序和方法，包括重力分 离、沉降和浮选。虽然粗煤易于分离矿物杂质，但是粉煤（一般具有小于约〇.5mm的粒径） 更难以分离矿物组分并且经常沦为煤浆坝形式的"废弃"煤，要么被重新利用或者被直接堆 填废弃。
[0005] 采矿和加工处理通常产生大量的煤粉，这些煤粉不能用于大多数正常的煤应用， 例如发电，这是因为这种煤因存在大量矿物组分而导致能量值低的缘故。煤粉一般也难以 处理、加工和运输。
[0006] 本申请人在先的国际专利申请公报W02012/025806公开了粉煤及其他碳质物可 以利用微藻作为粉状碳颗粒的粘合剂从而可便于通过团聚实现利用。
[0007] 虽然预期本发明将主要应用于煤粉本身，但是术语"煤粉"应该被广义理解为包括 其它碳质粉，例如可以用于处理和加工焦炭。
【发明内容】
[0008] 根据本发明，提供一种通过分离至少部分矿物组分来升级煤粉的方法，所述方法 包括利用水介质中的微藻处理煤粉，其中在允许微藻吸附在煤粉颗粒上的条件下，将煤粉 与水中的微藻接触以形成浆液，该方法的特征在于，对所述浆液进行处理分离成第一级分 和第二级分，其中第一级分富含煤粉以及吸附在其上的微藻，第二级分具有比第一级分更 多的矿物组分，以及加工处理第一级分以从中回收升级的煤粉。
[0009] 本发明提供的其它特征在于，水介质中的微藻为基本完好细胞形式；利用在淡水 而不是盐水中生长的微藻进行微藻在煤/碳颗粒上的吸附，以避免存在诸如NaCl的盐分导 致可通过静电竞争而干扰藻类在煤表面上的有效吸附；第一级分与第二级分通过沉降、漩 涡分离或浮选进行分离；煤粉通常通过尺寸准备进行分级以与微藻接触，使得预定范围的 粒径进行微藻在煤粉上的吸附并分离成第一级分和第二级分；产生多个合适的粒径范围， 目的是提高由本发明方法获得的益处；任选地对产生的每个粒径范围进行不同的处理以利 于微藻在煤粉上的吸附以及在其上吸附微藻后分离成第一级分和第二级分；通过将干煤粉 与藻类水浆混合或者通过在已放入水中的煤粉例如留在煤处理设备内的煤粉中加入浓缩 藻类水浆来进行接触；以及进行接触的目的是在煤粉上均匀吸附微藻，使得微藻的负载量 优选为煤粉重量的5~15%。
[0010] 在煤粉进行尺寸分级的情况下，煤粉尺寸分级的方式不是严格的，可以例如通过 筛选、漩涡分级以及基于密度的方法例如螺旋分离、水力旋流和重介质旋流分离等方法进 行。
[0011] 本发明不需要对在吸附微藻后可通过分离成第一级分和第二级分进行纯化的煤 粉粒径进行任何限制。但是，优选对煤粉进行尺寸分级以提供合理的等粒径分布，从而允许 有效地分离煤粉和矿物颗粒。本发明的方法随着粒径降低在煤粉和矿物颗粒之间提供的分 离得到改善，因此优选较小的粒径范围。
[0012] 应该注意的是，优选利用没有预先使用化学浮选剂浮选过的煤进行微藻在煤上的 吸附。因此，本发明优选应用于粗制煤或原煤。
[0013] 在任何情况下，微藻的实际吸附量取决于煤粉的实际粒径，或者在颗粒适当小的 情况下，最终使用煤-微藻混合物。这种用途可能在WO 2012/025806中有所提及。在后一 种情况下，为了实现期望的微藻负载量，首先确定源水中的微藻量和煤粉量，再以适当比例 进行混合。
[0014] 含微藻的水可以是任意浓度的，只要能够实现煤粉颗粒与矿物颗粒的有效分离即 可。通常，微藻浓度可以是约1克/升~约200克/升。
[0015] 微藻最通常是来自于商业培养系统，例如光-生物反应器、池塘或水沟系统，在这 种情况下，接触构成了微藻的收获，使得收获的微藻细胞保持完整性。为了使本发明发挥最 优的功能，优选微藻细胞在任何处理步骤例如收获步骤中不被破坏，使得微藻细胞作为一 个整体或作为完整细胞与煤粉接触。
[0016] 根据需要，可随后对任意浆液进行分离步骤以移除矿物颗粒，然后从残留的水浆 中回收煤-微藻混合物。分离过程的性质在很大程度上取决于煤粉/矿物颗粒的粒径。因 此，当处理相对粗糙的煤粉/矿物颗粒时，从水中回收通常可通过优选的含矿物固体的沉 降来实现。
[0017] 当使用不如前述颗粒沉降那么好的更微细的煤粉/矿物颗粒时，可以使用其它技 术例如泡沫浮选来分离第一和第二级分并从浆液中回收粉煤颗粒。在后一种情况下，可以 添加起沫剂来回收煤-微藻颗粒，或者选择性地从混合物中回收矿物颗粒。应该注意的是， 便于利用静电絮凝通过絮凝、沉降和过滤来分离出煤-微藻固体。
[0018] 由于微藻携带有天然负电荷以使微藻在水中稳定悬浮，所以含有吸附微藻的煤颗 粒也趋于形成更稳定的水悬浮体，这使得通过沉降分离矿物颗粒成为一个优选选择，因为 微藻优先吸附在碳上而不是矿物颗粒上。
[0019] 为了使本发明得以被更充分地理解，以下参照附图对本发明进行更详细的说明。
【附图说明】
[0020] 在附图中：
[0021] 图1是示出不同量的微藻生物质对煤粉沉降速率的影响的图；和
[0022] 图2是用于测试不同粒径范围的煤粉和矿物颗粒在不同条件下的沉降速率的示 意图。
【具体实施方式】
[0023] 针对在煤粉上吸附不同量微藻的处理对煤粉的沉降速率的影响进行多次试验。将 经过任意的尺寸分级或其它预处理的煤粉在与微藻的接触步骤中通过适合煤粉状态的方 法进行接触。因此，可以通过将干煤粉与藻类水浆混合或通过在已处于水中的煤粉例如残 留在煤加工设备内的煤粉中加入浓缩藻类水浆来进行接触。
[0024] 在两种情况下，进行接触的目的都是在煤粉上均匀吸附微藻，使得微藻的负载量 优选为煤粉重量的5~15%，在下文中将更清楚地说明这一点。
[0025] 在任何情况下，微藻的实际吸附量至少在某种程度上取决于煤粉的实际粒径，或 者在颗粒适当小的情况下，最终使用煤-微藻混合物。在后一种如本申请人在先国际专利 申请公报WO 2012/025806中提及的后续团聚的情况下，期望的微藻负载量可以根据团聚 步骤的需要来计算。在任何情况下，首先确定源水中的微藻量和煤粉量，再以适当比例进行 混合。
[0026] 微藻在源水中的浓度可以是任意的，只要能够实现煤粉颗粒与矿物颗粒迅速有效 分离即可。通常，微藻浓度可以是约1克/升~约200克/升。
[0027] 微藻最通常是来自于商业培养系统，例如光-生物反应器、池塘或水沟系统，在这 种情况下，与煤粉的接触构成了微藻的收获，其条件是确保收获的微藻细胞尽可能保持完 整性。应该注意的是，为了使本发明发挥最优的功能，优选微藻细胞在任何处理步骤例如收 获步骤中不被破坏，使得微藻细胞作为一个整体或作为完整细胞与煤粉接触。
[0028] 随后，对所得的浆液进行分离步骤以提供含有升级煤粉的第一级分和含有比第一 级分更多的矿物组分的第二级分。总体效果是，从第一级分中移除部分矿物组分，然后从残 留的水溶液中回收煤-微藻混合物。
[0029] 该分离过程的性质在很大程度上取决于煤粉/矿物颗粒的粒径以及煤粉中存在 的矿物量。当处理相对粗糙的煤粉/矿物颗粒时，从水中回收通常可通过优选的含矿物固 体的沉降来实现。
[0030]当使用不如前述颗粒沉降那么好的更微细的煤粉