煤氧化的快速测量

本发明涉及一种测量煤氧化的方法。

背景技术：

1、煤浮选是降低煤灰分含量和增加可燃物质相对量的常用技术。澳大利亚的煤浮选通常使用柴油作为浮选捕收剂。具有疏水性表面的煤颗粒附着在柴油上并漂浮到浮选容器的顶部，从那里回收它们。

2、尽管煤的未氧化表面是疏水性的并且在使用柴油作为浮选捕收剂时能够很好地漂浮，但是一旦煤被从煤层中挖掘和/或移出，煤的表面就会进行氧化。煤表面的氧化也在煤生产过程中的堆存和后续加工过程中继续。煤的表面氧化是露天开采矿中一个特别重要的问题。

3、虽然未氧化煤具有疏水性表面，可以在使用油性捕收剂时很好地漂浮，但氧化煤具有亲水性表面，需要极性捕收剂才能漂浮。极性捕收剂在工厂浮选氧化煤时尚未得到广泛应用，大多数煤浮选工厂仍采用柴油作为捕收剂，其浮选性能较差。为了获得最佳浮选性能，极性捕收剂应与柴油(或其他非极性捕收剂)一起使用，并且其用量应根据煤表面氧化程度确定。然而，工厂操作人员尚无已知的技术可用于现场测量浮选进料的煤氧化程度。

4、初步尝试开发测量煤氧化程度的方法产生了以下方法：

5、a)在90℃下使用1m naoh溶液伴随搅拌从煤表面萃取煤氧化物质，

6、b)过滤浆料得到滤液，滤液含有萃取的煤氧化物质，

7、c)使用实验室uv/vis分光光度计测量滤液中煤氧化物质的浓度，

8、并根据测量的浓度确定表面氧化程度。

9、尽管该工艺可以准确测量煤表面氧化程度，但它需要使用腐蚀性和危险化学品、需要加热、至少45分钟的长时间处理以及进入实验室。因此，该工艺很难转移到煤浮选工厂的现场操作。

10、应清楚地理解，如果在此引用现有技术出版物，这种引用不应视为承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家构成本领域公知常识的一部分。

技术实现思路

1、本发明涉及一种用于测量煤氧化的方法，其可以至少部分地克服上述缺点中的至少一个或者为消费者提供有用的或商业的选择。

2、在第一方面，本发明提供了一种用于确定煤氧化的方法，该方法包括：

3、a)将煤样品与有机溶剂和无机溶剂混合，以将氧化煤物质从煤样品萃取到液相中，以及

4、b)分析来自步骤(a)的液相以确定煤氧化程度。

5、在一个实施方案中，无机溶剂与煤表面上的氧化物质反应。在一个实施方案中，无机溶剂与煤表面上的氧化物质反应，并且萃取的物质溶解在水中。在一个实施方案中，无机溶剂包括络合物形成溶液。在一个实施方案中，无机溶剂通过离子交换溶解煤氧化物质。

6、在一个实施方案中，萃取的物质溶解在有机溶剂中。

7、在一个实施方案中，无机溶剂包括无机化合物的水溶液。

8、不希望受理论束缚，假设煤表面上的氧化物质与无机化合物反应并且萃取的物质溶解在水和有机溶剂的混合物中。还假设有机溶剂提高了氧化物质的萃取效率和溶解度，并且还提高了氧化物质在水中的溶解度。

9、在一个实施方案中，有机溶剂选择性地溶解煤表面上的氧化有机物质，然后无机溶剂中的无机化合物将氧化物质选择性地溶解水中。

10、在一个实施方案中，无机溶剂和有机溶剂是可混溶的。

11、在煤的表面，存在许多不同的有机物质，包括氧化物质和未氧化物质。本发明有利地将氧化物质选择性地溶解进液体中，这将允许分析液体以确定液体中氧化物质的量或浓度。无机溶剂可以选择性地溶解和萃取氧化物质，但效率较低。有机溶剂具有较高的萃取效率，但有机溶剂没有选择性，可以溶解氧化物质和未氧化物质。发明人发现，将无机化合物与有机溶剂组合在一起实现了良好的萃取效率，同时保持将氧化物质萃取进液体中的选择性。

12、在一个实施方案中，将煤样品与包含有机溶剂和无机溶剂的混合物混合，适当地，无机溶剂呈无机化合物的水溶液的形式。在此过程中，有机溶剂的作用是提高氧化物质的萃取效率和溶解度。

13、在一个实施方案中，煤样品首先与有机溶剂混合以将所有煤表面物质萃取进溶液中，然后添加无机溶剂的水溶液以地将氧化物质选择性溶解进行液体中。该程序适用于测量干煤样品。

14、在一个实施方案中，步骤(a)在不需要外部加热的情况下进行。在一个实施方案中，步骤(a)在环境温度或室温(例如20至40℃或20至30℃)下进行。在一个实施方案中，步骤(a)在环境压力或约一个大气压(101.325kpa)下进行。

15、在一个实施方案中，可使用煤样品与液相之间的接触时间小于10分钟、或小于5分钟、或小于4分钟、或小于3分钟、或小于2分钟、或约1分钟。发明人进行的实验工作表明，步骤(a)中约1分钟的接触时间足以获得良好的测量结果。

16、在一个实施方案中，步骤(a)在振荡或搅拌下进行。

17、在一个实施方案中，煤样品包括煤浆。煤浆可包括被供给到煤浮选工厂的煤浆。煤浆中煤与水的比例的典型范围是2wt％至15wt％。在一个实施方案中，煤浆中煤与水的比例为2wt％至10wt％，或约5wt％。

18、在一个实施方案中，煤样品是例如来自煤矿的干煤颗粒。

19、在一个实施方案中，无机溶剂包含k4p2o7(焦磷酸钾)或na4p2o7(焦磷酸钠)、na2co3、k2co3、na2b4o7或k2b4o7；或其混合物、或其溶液、或其水溶液。在一个实施方案中，无机溶剂包含k4p2o7(焦磷酸钾)或na4p2o7(焦磷酸钠)，或其混合物，或其水溶液。在一个实施方案中，无机溶剂包括碳酸盐、焦磷酸盐或四硼酸盐，或其混合物，或其溶液，或其水溶液。可以使用其他无机溶剂。无机溶剂可以是水溶液。

20、无机溶剂可包含选自k4p2o7、na4p2o7、na2co3、k2co3、na2b4o7和k2b4o7的无机化合物，或其混合物。无机溶剂可包含选自k4p2o7或na4p2o7的无机化合物，或其混合物。无机溶剂可包含无机化合物，所述无机化合物包括碳酸盐、焦磷酸盐或四硼酸盐，或其混合物。

21、无机溶剂可包含任何合适浓度的无机化合物。在一个实施方案中，无机溶剂包含0.1m至5m无机化合物、或0.1m至2m无机化合物、或0.1至1m无机化合物、或约0.5m无机化合物、或约0.25m无机化合物。

22、在一个实施方案中，有机溶剂包括对萃取的氧化煤物质具有良好溶解度、与水混溶并且不影响用于确定溶液中萃取的氧化煤物质浓度的测量技术的有机溶剂。在一个实施方案中，有机化合物不影响在用于该测量的波长处的uv/vis分光光度测量。

23、在一个实施方案中，有机溶剂选自乙醇、甲醇、1-丙醇、2-丙醇、二噁烷、二甲亚砜、四氢呋喃和二甲基甲酰胺中的一种或多种。在一个实施方案中，有机溶剂是乙醇。

24、在一个实施方案中，步骤(a)产生一种混合物，其中煤与液体的比例为0.5wt％至10wt％、或约1wt％至5wt％、或约1wt％至约4wt％。

25、在一个实施方案中，步骤(a)产生一种混合物，其中有机溶剂的体积百分比为约3vol％至约40vol％、或约3vol％至约30vol％、或约5vol％至约30vol％、或约8vol％至约30vol％。

26、在一个实施方案中，步骤(a)产生一种混合物，其中无机化合物的浓度为0.005m至1m、或0.005m至0.5m、或0.01m至0.2m、或0.01m至0.1m。

27、不希望受理论束缚，在一些实施方案中，发明人假设煤表面上的氧化煤物质与无机溶剂中的无机化合物反应，并且萃取的物质溶解在水中，同时有机溶剂增加了无机溶剂的萃取效率并且增加了氧化物质在水中的溶解度。在一些实施方案中，本发明人假设煤表面上的有机物质溶解在有机溶剂中，然后无机溶剂中的无机化合物仅与氧化煤物质选择性地反应并将它们溶解在水中。还假设添加水导致未氧化物质变得基本上不溶于有机溶剂和水的混合物，而氧化物质与溶液中的无机化合物反应并且因此氧化物质可以保留在溶液中。

28、不希望受理论的束缚，发明人假设氢氧化钠、氢氧化钾等的水溶液通过电离酸使氧化煤上的羟基羧酸可溶于水。此外，发明人假设包含无机化合物，例如na4p2o7、k4p2o7和四硼酸钠的无机溶剂可与氧化煤中的多价金属离子形成络合物和/或破坏氧化煤中的静电键。例如，氧化煤可包含腐殖质并且多价金属离子(例如ca2+和mg2+)可将此类腐殖质与无机胶体连接。发明人相信，诸如焦磷酸盐的无机化合物可以与此类腐殖质形成络合物并有助于用单价阳离子(例如钠)代替多价离子，从而增加氧化煤的水溶性。发明人还相信，一些有机溶剂可有助于破坏氧化煤上氧化物质的分子间键。

29、在优选实施方案中，步骤(a)可以在室温下进行，不需要使用危险化学品并且使用约1分钟的接触时间。这使得步骤(a)适合在浮选厂现场使用。

30、在一个实施方案中，步骤(b)涉及分析来自步骤(a)的液相以确定液相中煤氧化萃取物质的浓度。然后可以根据该分析的结果确定煤样品的氧化程度。

31、在一个实施方案中，在步骤(b)之前将来自步骤(a)的液相与煤样品分离。在一个实施方案中，对步骤(a)中的煤样品和液体的混合物进行过滤以从液相中除去煤颗粒。也可以使用其他固/液分离技术。

32、在一个实施方案中，步骤(b)使用uv/vis分光光度法来测定液相中萃取的物质的浓度。在一个实施方案中，在步骤(b)中使用单波长uv/vis分光光度计。在一个实施方案中，在步骤(b)中使用便携式单波长uv/vis分光光度计。在一个实施方案中，uv/vis分光光度计的波长为约250nm至约270nm；尤其是在约254nm或约270nm处。发明人已有利地发现约250nm至约270nm的任何波长都是合适的。

33、在一个实施方案中，在步骤(b)中测量液相的uv吸光度。

34、在一个实施方案中，步骤(b)中使用的分析提供了煤表面氧化程度的值。在另一个实施方案中，步骤(b)中使用的分析用于关联煤表面氧化程度。另一个实施方案，步骤(b)中使用的分析用于确定煤表面氧化程度。

35、本发明的第一方面可以提供一种用于确定煤表面氧化程度的快速方法。该方法可以在煤浮选工厂现场实施。该方法可以对供给煤浮选工厂的煤的表面氧化程度进行准实时分析。

36、在第二方面，本发明提供了一种用于控制在煤浮选过程中使用的捕收剂的方法，该方法包括根据本发明的第一方面确定煤的氧化以及在煤浮选过程中响应确定的煤的氧化来控制非极性捕收剂与极性捕收剂的比例。

37、在第二方面的一个实施方案中，本发明提供了一种用于控制在煤浮选过程中使用的捕收剂的方法，该方法包括根据本发明的第一方面确定煤表面氧化程度以及在煤浮选过程中响应确定的煤表面氧化程度来控制非极性捕收剂与极性捕收剂的比例。

38、在本发明的第二方面的一个实施方案中，该方法包括根据本发明的第一方面定期或频繁地确定煤表面氧化程度，并且如果随后的确定显示出比先前的确定更多的煤表面氧化，则降低非极性捕收剂与极性捕收剂的比例，并且如果随后的确定显示出比先前的确定更少的煤表面氧化，则增加非极性捕收剂与极性捕收剂的比例。换而言之，如果确定表面氧化程度已增加，则在浮选步骤中增加极性捕收剂相对于非极性捕收剂的量。如果确定表面氧化程度已降低，则在浮选步骤中减少极性捕收剂相对于非极性捕收剂的量。

39、用于煤浮选工厂的任何已知的极性捕收剂和非极性捕收剂都可以用于本发明。示例性非极性捕收剂包括柴油。示例性极性捕收剂包括基于脱水山梨糖醇酯、脂肪酸和脂肪酸酯的试剂。

40、本发明第二方面的方法通过定期或频繁地确定煤氧化程度并调节浮选步骤中使用的捕收剂混合物以增加从浮选步骤中回收的煤的量，有利地允许增加煤浮选工艺的产率。

41、在本发明的范围内，本文描述的任何特征可以与本文描述的任何一个或多个其他特征以任何组合进行组合。

42、本说明书中对任何现有技术的引用不是也不应被视为认同或任何形式的暗示现有技术构成公知常识的一部分。