Triboelectrostatic Benefisiasi tanah diisi dan Ponded Fly Ash

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

Benefisiasi triboelektrostatik dari

Land Filled and Ponded Fly Ash

Oleh Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, dan Frank Hrach

Asosiasi Ash batubara Amerika (ACAA) survei tahunan produksi dan penggunaan fly ash batubara laporan bahwa antara 1966 dan 2011, atas 2.3 Miliar ton pendek abu terbang telah diproduksi oleh boiler utilitas berbahan bakar batubara.1 Dari jumlah ini kira-kira 625 juta ton telah menguntungkan digunakan, sebagian besar untuk produksi semen dan beton. Namun, sisa 1.7+ miliar ton terutama ditemukan di landfill atau diisi ponded impoundments. Sementara tingkat pemanfaatan untuk segar dihasilkan fly ash telah meningkat pesat selama beberapa tahun, dengan tarif saat ini dekat 45%, sekitar 40 juta ton fly ash terus dibuang setiap tahun. Sementara tingkat pemanfaatan di Eropa telah jauh lebih tinggi daripada di AS, volume cukup fly ash juga telah tersimpan di landfill dan impoundments di beberapa negara Eropa.

Baru saja, minat dalam memulihkan bahan ini dibuang telah meningkat, sebagian karena permintaan untuk kualitas tinggi fly ash untuk produksi beton dan semen selama periode produksi sebagai listrik tenaga batubara generasi telah menurun di Eropa dan Amerika Utara. Keprihatinan tentang dampak lingkungan jangka panjang dari tempat pembuangan sampah seperti itu juga yang mendorong utilitas untuk menemukan menggunakan aplikasi untuk abu ini disimpan.

KUALITAS ABU YANG DIPENUHI TANAH DAN MANFAAT YANG DIBUTUHKAN

Sementara beberapa ini disimpan fly ash mungkin akan cocok untuk menguntungkan digunakan sebagai awalnya digali, sebagian besar akan memerlukan beberapa pengolahan untuk memenuhi standar kualitas untuk semen atau produksi beton. Karena material biasanya dibasahi untuk memungkinkan penanganan dan pemadatan sambil menghindari pembentukan debu di udara, drying and deagglomeration is a necessary requirement for use in concrete since concrete producers will want to continue the practice of batching fly ash as a dry, serbuk halus. Namun, memastikan komposisi kimia abu memenuhi spesifikasi, Terutama kandungan karbon yang diukur sebagai kehilangan pengapian (LOI), adalah tantangan yang lebih besar. Karena pemanfaatan fly ash telah meningkat di masa lalu 20+ tahun, Kebanyakan "di-spec" abu telah menguntungkan digunakan, dan abu dari kualitas yang dibuang. Dengan demikian, Pengurangan LOI akan menjadi persyaratan untuk memanfaatkan sebagian besar abu terbang yang dapat dipulihkan dari penyitaan utilitas.

LOI PENGURANGAN OLEH PEMISAHAN TRIBOKELISTRIKAN

Sementara para peneliti lain telah menggunakan teknik pembakaran dan proses flotasi LOI pengurangan pulih dipendam dan ponded fly ash, ST peralatan & Teknologi (STET) telah ditemukan bahwa sistem pemisahan sabuk unik triboelectrostatic, panjang digunakan untuk Benefisiasi dari segar dihasilkan fly ash, ini juga efektif pada abu pulih setelah pengeringan cocok dan deagglomeration.

STET peneliti telah diuji perilaku pemisahan triboelectrostatic kering dipendam abu dari beberapa fly ash landfill di Amerika dan Eropa. Abu pulih ini dipisahkan sangat mirip untuk segar dihasilkan dengan satu perbedaan yang mengejutkan: Muatan partikel dibalik dari abu segar dengan muatan karbon negatif dalam kaitannya dengan mineral.2 Peneliti lain dari pemisahan elektrostatik karbon fly ash juga telah mengamati fenomena ini.3,4,5 The polarity of the STET triboelectrostatic separator can easily be adjusted to allow rejection of negatively charged carbon from dried landfilled fly ash sources. No special modifications to the separator design or controls are necessary to accommodate this phenomena.

SEKILAS TEKNOLOGI – FLY ASH KARBON PEMISAHAN

Di STET karbon pemisah (Gambar 1), bahan dimasukkan ke kesenjangan tipis antara dua elektroda planar paralel. Partikel triboelectrically dibebankan oleh interparticle kontak. Karbon bermuatan positif dan mineral bermuatan negatif (di segar dihasilkan ash yang belum dibasahi dan kering) tertarik ke seberang elektroda. Partikel kemudian disapu oleh terus-menerus bergerak sabuk dan disampaikan dalam arah yang berlawanan. Bergerak sabuk partikel-partikel yang berdekatan dengan setiap elektroda ke arah berlawanan ujung pemisah. Kecepatan tinggi sabuk juga memungkinkan sangat tinggi throughputs, hingga 36 ton per jam pada satu pemisah. Celah kecil, tegangan tinggi bidang, aliran arus counter, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

of the STET separator. Dengan mengendalikan berbagai parameter proses, seperti sabuk kecepatan, Feed untuk, dan feed tingkat, proses STET menghasilkan rendah LOI fly ash di isi karbon kurang dari 1.5 untuk 4.5% dari feed terbang abu mulai LOI dari 4% ke atas 25%.

Ara. 1 STET Separator processing dried, dipendam fly ash

Desain pemisah relatif sederhana dan kompak. Sebuah mesin yang dirancang untuk proses 40 ton per jam adalah sekitar 30 ft. (9 m.) panjang, 5 ft. (1.5 m.) lebar, dan 9 kaki., m (2.75 m.) tinggi. Sabuk dan rol terkait adalah hanya bagian yang bergerak. Elektroda stasioner dan terdiri dari bahan yang tepat tahan lama. The belt is made of non-conductive plastic. Konsumsi daya pemisah adalah tentang 1 kilowatt-Hour per ton bahan diproses dengan sebagian besar kekuasaan dikonsumsi oleh dua motor mengemudi sabuk.

Proses ini sepenuhnya kering, membutuhkan bahan tidak ada tambahan selain fly ash dan menghasilkan tidak ada limbah air atau udara emisi. Bahan-bahan yang pulih terdiri dari fly ash berkurang dalam kandungan karbon ke tingkat yang cocok digunakan sebagai campuran pozzolanic beton, dan sebagian kecil karbon tinggi berguna sebagai bahan bakar. Pemanfaatan produk kedua Sungai menyediakan 100% solusi untuk masalah-masalah pembuangan fly ash.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

Empat sumber abu Diperoleh dari tempat pembuangan sampah: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, C, dan D dari Amerika Serikat. Semua contoh ini terdiri dari abu dari pembakaran batubara bituminus oleh utilitas besar boiler. Karena pembauran bahan di tempat pembuangan sampah, tidak ada informasi lebih lanjut tersedia tentang kondisi sumber atau pembakaran batubara tertentu.

Sampel yang diterima oleh STET terdapat antara 15% dan 27% air seperti yang khas untuk bahan yang ditimbun. Sampel juga berisi berbagai jumlah besar. >1/8 inci (~3 milimeter) bahan. Untuk mempersiapkan sampel karbon pemisahan, puing-puing besar dihapus dengan skrining dan sampel kemudian kering dan deagglomerated sebelum karbon Benefisiasi. Several methods for drying/deagglomeration have been evaluated at the pilot-scale in order to optimize the overall process. STET has selected an industrially proven, feed processing system that offers simultaneous drying and deagglomeration necessary for effective electrostatic separation. Lembar alur proses umum disajikan pada Gambar 2.

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

Gambar 2: Process Flow Diagram

Sifat-sifat sampel siap adalah baik dalam jangkauan fly ash diperoleh langsung dari utilitas normal boiler. Sifat yang paling relevan untuk pemisah feed dan produk diringkas dalam tabel 2 bersama dengan pulih produk.

PEMISAHAN KARBON

Carbon reduction trials using the STET triboelectric belt separator resulted in very good recovery of low LOI products from all four landfill fly ash sources. The reverse charging of the carbon as discussed above did not degrade the separation in any way as compared to processing fresh ash.

Sifat-sifat fly ash LOI rendah yang dipulihkan menggunakan proses STET untuk abu yang baru dikumpulkan dari boiler dan abu yang dipulihkan dari TPA dirangkum dalam Tabel 1. The results show that the product quality for ProAsh® produced from landfilled material is equivalent to product produced from fresh fly ash sources.

Meja 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

KINERJA PADA BETON

The properties of the ProAsh® generated from the reclaimed landfill material were compared to that of ProAsh® produced from fresh fly ash generated by the utility boilers from the same location. The processed reclaimed ash meets all the specifications of ASTM C618 and AASHTO M250 standards. The following table summarizes the chemistry for samples from two of the sources showing the insignificant difference between the fresh and reclaimed material.

Meja 2: Kimia Abu dari abu LOI rendah.

Kekuatan pengembangan 20% substitusi fly ash LOI rendah dalam mortar yang mengandung 600 lb cementitious/ yd3 (Lihat tabel 3 di bawah ini) showed the ProAsh® product derived from landfilled ash yielded mortars with strength comparable to mortars produced using ProAsh® from fresh fly ash produced at the same location. The end product of the beneficiated reclaimed ash would support high end uses in the concrete industry consistent with the highly valuable position ProAsh® enjoys in the markets it currently serves.

Meja 3: Compressive strength of mortar cylinders.

PROSES EKONOMI

The availability of low cost natural gas in the USA greatly enhances the economics of drying processes, termasuk pengeringan dibasahi fly ash dari tempat pembuangan sampah. Meja 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% dan 20% kelembaban isi. Khas inefisiensi pengeringan disertakan dalam nilai yang dihitung. Biaya berdasarkan massa bahan setelah pengeringan. Biaya tambahan untuk pengeringan fly ash STET triboelectrostatic pemisahan pengolahan relatif rendah.

Meja 4: Biaya pengeringan berdasarkan massa kering.

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

Bahkan dengan penambahan pakan pengeringan biaya, the STET separation process offers a low cost, industrially proven, process for LOI reduction of landfilled fly ash. The STET process for reclaimed fly ash is one-third to one-half of the capital cost compared to combustion based systems. The STET process for reclaimed fly ash also has significantly lower emissions to the environment compared to combustion or flotation based systems. Since the only additional air emission source to the standard STET process installation is a natural gas-fired dryer, permitting would be relatively simple.

BAHAN BAKAR PULIH NILAI TINGGI KARBON FLY ASH

Selain produk karbon rendah untuk digunakan dalam beton, merek bernama ProAsh®, proses pemisahan STET juga pulih dinyatakan sia-sia pembakaran karbon dalam bentuk kaya karbon fly ash, merek EcoTherm™. EcoTherm™ memiliki nilai bahan bakar yang signifikan dan dapat dengan mudah dikembalikan ke pembangkit listrik menggunakan STET EcoTherm™ Kembali sistem untuk mengurangi penggunaan batubara tanaman. Ketika EcoTherm™ dibakar dalam boiler utilitas, energi dari pembakaran dikonversi menjadi tekanan tinggi / suhu tinggi uap dan kemudian ke listrik pada efisiensi yang sama sebagai batubara, biasanya 35%. Konversi energi panas yang dipulihkan menjadi listrik di Peralatan ST & Teknologi LLC EcoTherm™ Kembali sistem dua sampai tiga kali lebih tinggi daripada kompetitif teknologi dimana energi pulih sebagai ringan panas dalam bentuk air panas yang diedarkan untuk boiler feed sistem air. EcoTherm™ juga digunakan sebagai sumber alumina dalam kiln semen, menggantikan bauksit yang lebih mahal yang biasanya diangkut jarak jauh. Memanfaatkan karbon tinggi EcoTherm™ Abu pembangkit listrik atau semen kiln, memaksimalkan pemulihan energi dari batubara disampaikan, mengurangi kebutuhan untuk tambang dan pengangkutan bahan bakar ke fasilitas.

STET's lampiran energi Brandon Shores, SMEPA R.D. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF energi barat Burton, RWEnpower Aberthaw, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ Kembali sistem.

FASILITAS PENGOLAHAN ABU STET

STET’s separation process has been used commercial since 1995 untuk fly ash beneficiation dan telah menghasilkan lebih 20 million tons of high quality fly ash for concrete production. Controlled low LOI fly ProAsh®, is currently produced with STET’s technology at eleven power stations throughout the U.S., Kanada, Inggris, Polandia, dan Republik Korea. ProAsh® fly ash telah disetujui untuk digunakan oleh lebih dari 20 otoritas jalan raya negara, serta lembaga spesifikasi lainnya. ProAsh® juga telah disertifikasi oleh Canadian Standards Association dan EN 450:2005 standar kualitas di Eropa. Fasilitas pengolahan abu menggunakan teknologi STET tercantum dalam tabel 5.

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

Meja 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- artikel untuk dipublikasikan di ACAA Ash di tempat kerja, Masalah II 2015

KESIMPULAN

Setelah scalping yang sesuai dari bahan besar, Pengeringan, deagglomeration, fly ash pulih dari tanaman utilitas landfill dapat dikurangi kandungan karbon yang menggunakan STET diperdagangkan sabuk tribokelistrikan pemisah. Kualitas produk fly ash, ProAsh® using the STET system on reclaimed landfill material is equivalent to ProAsh® produced from fresh feed fly ash. The ProAsh® product is very well suited and proven in concrete production. The recovery and beneficiation of landfilled ash will provide a continuing supply of high quality ash for concrete producers in spite of the reduced production of “fresh” ash as coal-fired utilities reduce generation. Selain itu, Pembangkit listrik yang perlu menghilangkan abu dari tempat pembuangan sampah untuk memenuhi perubahan peraturan lingkungan akan dapat memanfaatkan proses untuk mengubah kewajiban produk limbah menjadi bahan baku yang berharga bagi produsen beton. The STET separation process with feed pre-processing equipment for drying and deagglomerating landfilled fly ash is an attractive option for ash beneficiation with significantly lower cost and lower emissions compared to other combustion and flotation based systems.

REFERENSI

[1]Produk-produk Amerika batubara Ash batubara pembakaran dan penggunaan Statistik: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]Laporan internal ST, Agustus 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Ban, H., Neathery, J.K., dan Stencel, J. M. Pemrosesan Beneficiation Kering dari Fly Ash Pembakaran, Prosiding Konferensi DOE tentang Karbon yang Tidak Terbakar pada Fly Ash Utilitas, Mungkin 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Sands, W. Pemisahan triboelektrostatik fly ash dan pembalikan muatan, Bahan bakar 81, (2002) hlm.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Peran pelapukan pada distribusi muatan abu terbang selama benefisiasi triboelektrostatik, Jurnal Bahan Berbahaya, 164 (2009) hlm.683-688.

AUTHORS

Lewis Baker adalah manajer dukungan teknis Eropa untuk ST peralatan & Teknologi (STET) berbasis di Inggris

Abhishek Gupta is a Process Engineer based at the Separation Technologies pilot plant and lab facility, STET Technical Center, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300

Dr. Stephen Gasiorowski, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & Teknologi (STET) based in the New Hampshire.

Frank Hrach is Vice President of Process Engineering based at the Separation Technologies pilot plant and lab facility, STET Technical Center, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300