Arricchimento di Triboelectrostatic di terra piena e Ponded Fly Ash

Preprint- articolo da pubblicare in frassino ACAA al lavoro, Problema II 2015

Beneficio triboelettrostatico di

Cenere volante piena di terra e con ponded

Di Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, e Frank Hrach

L'associazione di cenere di carbone americano (ACAA) indagine annuale sulla produzione e l'uso di ceneri di carbone segnala che tra 1966 e 2011, sopra 2.3 miliardi di tonnellate corte di cenere mosca sono stati prodotti da caldaie a carbone.1 Di tale importo circa 625 milioni di tonnellate sono stati usati favorevolmente, principalmente per la produzione di cemento e calcestruzzo. Tuttavia, il restante 1.7+ miliardi di tonnellate si trovano principalmente nelle discariche o riempito impoundments ponded. Mentre i tassi di utilizzo per appena generato ceneri sono aumentate considerevolmente negli ultimi anni, con i tassi correnti vicino 45%, circa 40 milioni di tonnellate di ceneri continuano ad essere smaltiti ogni anno. Mentre i tassi di utilizzo in Europa sono stati molto superiori negli Stati Uniti, un volume considerevole di ceneri sono stato memorizzato anche in discariche e impoundments in alcuni paesi europei.

Recentemente, l'interesse a recuperare questo materiale smaltito è aumentato, in parte a causa della domanda di cenere mosca di alta qualità per la produzione di calcestruzzo e cemento durante un periodo di riduzione della produzione, in quanto la produzione di energia elettrica a carbone è diminuita in Europa e Nord America. Le preoccupazioni circa l'impatto ambientale a lungo termine di tali discariche spingono anche le aziende a trovare applicazioni di utilizzo benefico per questa cenere immagazzinata.

LAND FILLED ASH QUALITY E RICHIESTA BENEFICIATION

Mentre una parte di questo salvacenere di mosca immagazzinato può essere adatto per un uso benefico come inizialmente scavato, la stragrande maggioranza richiederà un po 'di lavorazione per soddisfare gli standard di qualità per la produzione di cemento o calcestruzzo. Dal momento che il materiale è stato tipicamente bagnato per consentire la manipolazione e la compattazione, evitando la produzione di polvere nell'aria, l'essiccazione e la deagglomerazione sono un requisito necessario per l'uso nel calcestruzzo poiché i produttori di calcestruzzo vogliono continuare la pratica della lottizzazione delle ceneri volanti come, polvere fine. Tuttavia, assicurando che la composizione chimica della cenere soddisfi le specifiche, in particolare il contenuto di carbonio misurato come perdita-on-accensione (LOI), è una sfida più grande. Con l'aumentare dell'utilizzo della cenere mosca negli ultimi 20+ anni, la maggior parte delle ceneri "in-spec" è stata utilizzata, e la cenere off-qualità smaltita. Così, La riduzione LOI sarà un requisito per l'utilizzo della stragrande maggioranza della cenere mosca recuperabile da sequestri di utilità.

RIDUZIONE LOI DA TRIBOELECTRIC SEPARATION

Mentre altri ricercatori hanno utilizzato tecniche di combustione e processi di flottazione per la riduzione LOI delle ceneri volanti recuperate in discarica e ponded, ST attrezzature & Tecnologie (STET) ha scoperto che il suo esclusivo sistema di separazione a nastro triboelettrostatico, a lungo utilizzato per il beneficio di cenere mosca appena generato, è efficace anche sulle ceneri recuperate dopo un'adeguata essiccazione e deagglomerazione.

I ricercatori di STET hanno testato il comportamento di separazione triboelettrostatica delle ceneri essiccate in discarica da diverse discariche di ceneri volanti nelle Americhe e in Europa. Questa cenere recuperata si separava in modo molto simile alla cenere appena generata con una sorprendente differenza: la carica delle particelle è stata invertita da quella di cenere fresca con la carica di carbonio negativa in relazione al minerale.2 Altri ricercatori sulla separazione elettrostatica del carbonio della cenere mosca hanno anche osservato questo fenomeno.3,4,5 La polarità del separatore triboelettrostatico STET può essere facilmente regolata per consentire il rifiuto del carbonio caricato negativamente da fonti di ceneri volanti essiccate in discarica. Non sono necessarie modifiche speciali alla progettazione o ai controlli del separatore per adattarsi a questo fenomeno.

PANORAMICA DELLA TECNOLOGIA – CENERI CARBONIO SEPARAZIONE

Nel separatore di carbonio STET (Figura 1), materiale è inserito nella fessura sottile tra due elettrodi planari paralleli. Le particelle triboelectrically pagano di contatto interparticella. Il carbonio carico positivamente e negativamente caricato minerale (in frassino appena generato che non è stato bagnato e asciugato) sono attratti da fronte elettrodi. Le particelle vengono travolti da una cintura di movimento continua e convogliate in direzioni opposte. La cinghia si muove le particelle adiacenti a ciascun elettrodo verso estremità opposte del separatore. La velocità del nastro alta consente inoltre molto elevati volumi di produzione, fino a 36 tonnellate l'ora su un singolo separatore. Il piccolo spazio, campo di alta tensione, contro flusso corrente, vigorosa agitazione particella-particella e azione autopulente della cinghia sugli elettrodi sono le caratteristiche critiche

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del separatore STET. Controllando i vari parametri di processo, come la velocità del nastro, punto di alimentazione, e velocità di avanzamento, il processo STET produce ceneri LOI basso contenuto di carbonio di meno di 1.5 A 4.5% dalle ceneri dell'alimentazione che vanno in LOI da 4% a oltre 25%.

Fico. 1 Lavorazione separatore STET essiccata, cenere mosca messa in discarica

Il design di separatore è relativamente semplice e compatto. Una macchina progettata per elaborare 40 tonnellate all'ora è circa 30 ft. (9 M.) lungo, 5 ft. (1.5 M.) ampia, e 9 Ft., m (2.75 M.) alta. La cinghia e i rulli associati sono le uniche parti in movimento. Gli elettrodi sono stazionari e composto di un materiale durevole in modo appropriato. La cintura è realizzata in plastica non conduttiva. Consumo di energia del separatore è circa 1 chilowattora per tonnellata di materiale lavorato con la maggior parte della potenza consumata da due motori la cinghia di azionamento.

Il processo è completamente asciutto, non richiede nessun materiali aggiuntivi tranne la cenere volatile e non produce rifiuti acqua o aria emissioni. I materiali recuperati consistono di ceneri ridotto a tenore di carbonio ai livelli adatto ad uso come una mescolanza pozzolanica in calcestruzzo, e una frazione di alto tenore di carbonio utile come combustibile. L'utilizzo di entrambi i flussi prodotto fornisce un 100% soluzione ai problemi di smaltimento ceneri.

PROASH® RECUPERATO DAI RIEMPIMENTI DI TERRENO

Quattro fonti di ceneri sono state ottenute dalle discariche: campione A di una centrale elettrica situata nel Regno Unito e campioni B, C, e D dagli Stati Uniti. Tutti questi campioni erano costituiti da ceneri derivanti dalla combustione di carbone bitumioso da parte di grandi caldaie di pubblica utilità. A causa dell'intreccio di materiale nelle discariche, non sono disponibili ulteriori informazioni in merito a specifiche fonti di carbone o condizioni di combustione.

I campioni ricevuti da STET 15% e 27% l'acqua come è tipico per il materiale in discarica. I campioni contenevano anche quantità variabili di >1/8 pollici (3 mm) Materiale. Per preparare i campioni per la separazione del carbonio, i grandi detriti sono stati rimossi mediante screening e i campioni poi essiccati e deagglomerated prima del beneficio del carbonio. Diversi metodi di essiccazione/deagglomerazione sono stati valutati su scala pilota al fine di ottimizzare il processo complessivo. STET ha selezionato un, sistema di trattamento dei mangimi che offre l'essiccazione simultanea e la deagglomerazione necessarie per un'efficace separazione elettrostatica. Un foglio di flusso di processo generale è presentato in Figura 2.

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Figura 2: Diagramma del flusso di processo

Le proprietà dei campioni preparati erano ben all'interno della gamma di ceneri volanti ottenute direttamente dalle normali caldaie a utenzo. Le proprietà più rilevanti sia per i feed separatori che per i prodotti sono riepilogate in Tabella 2 insieme al prodotto recuperato.

SEPARAZIONE DEL CARBONIO

Le prove di riduzione del carbonio che utilizzano il separatore a nastro triboelettrico STET hanno portato a un ottimo recupero di prodotti LOI bassi da tutte e quattro le fonti di ceneri volanti della discarica. La carica inversa del carbonio di cui sopra non ha degradato in alcun modo la separazione rispetto alla lavorazione delle ceneri fresche.

Le proprietà della bassa cenere di mosca LOI recuperata utilizzando il processo STET sia per la cenere appena raccolta dalla caldaia che la cenere recuperata dalla discarica sono riassunte in Tabella 1. I risultati mostrano che la qualità del prodotto per ProAsh® prodotto da materiale in discarica equivale a prodotto prodotto da fonti di ceneri volanti fresche.

tavolo 1: Proprietà del mangime e proash recuperato®.

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PRESTAZIONI NEL CALCESTRUZZO

Le proprietà del ProAsh® prodotto dal materiale della discarica recuperata sono stati confrontati con quello di ProAsh® prodotto da ceneri volanti fresche generate dalle caldaie di utilità dalla stessa posizione. La cenere recuperata lavorata soddisfa tutte le specifiche degli standard ASTM C618 e AASHTO M250. La tabella che segue riassume la chimica dei campioni di due delle fonti che mostrano la differenza insignificante tra il materiale fresco e quello recuperato.

tavolo 2: Ash Chimica di cenere bassa LOI.

Sviluppo della forza di un 20% sostituzione della cenere mosca loI bassa in un mortaio contenente 600 Lb cementizio/ yd3 (Vedi tabella 3 Sotto) ha mostrato il ProAsh® prodotto derivato da malte in discarica con resistenza paragonabile alle malte prodotte utilizzando ProAsh® da cenere mosca fresca prodotta nella stessa posizione. Il prodotto finale della cenere recuperata beneficiata supporterebbe usi di fascia alta nell'industria del calcestruzzo in linea con la posizione altamente preziosa ProAsh® gode nei mercati che attualmente serve.

tavolo 3: Resistenza alla compressione dei cilindri di malta.

ECONOMICO PROCESSO

La disponibilità di gas naturale a basso costo negli Stati Uniti migliora notevolmente l'economia dei processi di essiccazione, compresa l'essiccazione delle ceneri volanti bagnate dalle discariche. tavolo 4 riassume i costi del carburante per le operazioni negli Stati Uniti per 15% e 20% contenuto di umidità. Le inefficienze tipiche dell'essiccazione sono incluse nei valori calcolati. I costi si basano sulla massa del materiale dopo l'essiccazione. I costi incrementali per l'essiccazione della cenere mosca per la lavorazione della separazione triboelettrostatica STET sono relativamente bassi.

tavolo 4: Costi di essiccazione sulla base della massa essiccata.

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Anche con l'aggiunta dei costi di essiccazione dei mangimi, il processo di separazione STET offre un, industrialmente provato, processo di riduzione LOI delle ceneri volanti in discarica. Il processo STET per le ceneri volanti recuperate è da un terzo a metà del costo del capitale rispetto ai sistemi basati sulla combustione. Anche il processo STET per le ceneri volanti recuperate ha emissioni nell'ambiente significativamente inferiori rispetto ai sistemi basati sulla combustione o sulla flottazione. Poiché l'unica fonte aggiuntiva di emissione d'aria per l'impianto standard del processo STET è un essiccatore a gas naturale, permettendo sarebbe relativamente semplice.

VALORE DI COMBUSTIBILE DA RIFIUTI DI CENERI DI ALTO TENORE DI CARBONIO

Oltre al prodotto di basse emissioni di carbonio nel calcestruzzo, marca di nome ProAsh®, la separazione di STET processo inoltre recupera altrimenti sprecato carbonio incombusto sotto forma di ceneri di carbonio-ricco, EcoTherm marca™. EcoTherm™ ha valore di carburante significativi e facilmente possono essere restituiti per la centrale elettrica usando il EcoTherm STET™ Sistema di ritorno per ridurre l'uso di carbone presso lo stabilimento. Quando EcoTherm™ è bruciato nella caldaia utilità, l'energia dalla combustione viene convertito in alta pressione / vapore ad alta temperatura e quindi di energia elettrica presso la stessa efficienza del carbone, in genere 35%. La conversione dell'energia termica recuperata all'elettricità in ST Equipment & Technology LLC EcoTherm™ Sistema di ritorno è due o tre volte superiore a quella della tecnologia competitiva dove l'energia viene recuperata come basso-classificare calore sotto forma di acqua calda che circola alla caldaia acqua sistema di alimentazione. EcoTherm™ è usato anche come una fonte di allumina nei forni per cemento, spostando la bauxite più costosa che di solito è trasportati per lunghe distanze. Utilizzando il carbonio alto EcoTherm™ cenere o presso una centrale elettrica o un forno da cemento, massimizza il recupero di energia dal carbone trasportato, riducendo la necessità di miniera e trasporto di carburante supplementari per le strutture.

STET s Talen energia Brandon Shores, SMEPA RAVASINI. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, RWEnpower Aberthaw, e gli impianti di ceneri volanti Korea South-East Power includono tutti EcoTherm™ Sistemi di restituzione.

STET IMPIANTI DI TRASFORMAZIONE DI ASH

Il processo di separazione di STET è stato utilizzato 1995 per la beneficiazione della cenere volante e ha generato oltre 20 milioni di tonnellate di ceneri volanti di alta qualità per la produzione di calcestruzzo. Bassa mosca LOI controllata ProAsh®, attualmente è prodotto con la tecnologia STET in undici centrali elettriche in tutti gli Stati Uniti., Canada, Regno Unito, Polonia, e Repubblica di Corea. ProAsh® cenere volatile è stato approvato per l'uso da più di venti autorità autostrada, così come molte altre agenzie di specifica. ProAsh® Inoltre è stata certificata in Canadian Standards Association ed EN 450:2005 standard di qualità in Europa. Impianti di trasformazione di cenere utilizzando la tecnologia STET sono elencati nella tabella 5.

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tavolo 5. Impianti di lavorazione delle ceneri volanti utilizzando la tecnologia di separazione STET

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CONCLUSIONI

Dopo scalping adatto di materiale di grandi dimensioni, Essiccazione, e deagglomerazione, la cenere mosca recuperata dalle discariche degli impianti di pubblica utilità può essere ridotta nel contenuto di carbonio utilizzando il separatore di cinture triboelettriche STET commercializzato. La qualità del prodotto con ceneri volanti, ProAsh® l'utilizzo del sistema STET sul materiale di discarica recuperato è equivalente a ProAsh® prodotto da cenere mosca mangime fresco. Il proash® prodotto è molto adatto e collaudato nella produzione di calcestruzzo. Il recupero e il beneficio delle ceneri in discarica forniranno un approvvigionamento continuo di ceneri di alta qualità per i produttori di calcestruzzo, nonostante la ridotta produzione di ceneri "fresche" man mano che le aziende elettriche a carbone riducono la produzione di. Inoltre, Le centrali elettriche che devono rimuovere la cenere dalle discariche per soddisfare le mutevoli normative ambientali saranno in grado di utilizzare il processo per alterare la responsabilità di un prodotto di scarto in una materia prima preziosa per i produttori di calcestruzzo. Il processo di separazione STET con apparecchiature di pre-lavorazione dei mangimi per l'essiccazione e la deagglomerazione delle ceneri volanti in discarica è un'opzione interessante per la beneficiazione delle ceneri con costi significativamente inferiori e minori emissioni rispetto ad altri sistemi basati sulla combustione e la flottazione.

RIFERIMENTI

[1]I prodotti American Ash carbone combustione del carbone e statistiche di utilizzo: http (informazioni in stato://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]Rapporto interno ST, Agosto 1995.

[3]Li,T.X (in modo t.X),. Schaefer, J.l., Divieto di, H., Neathery, J.k., e Stencel, J.m. Trattamento secco di combustione Mosca Benefici Ash, Atti della conferenza DOE sul carbonio incombusto su Utility Fly Ash, Maggio 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Baltrus, J.p., Diehl, J.r., Soong, Y., Sands, W. Separazione triboelettrostatica della cenere mosca e dell'inversione di carica, Carburante 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Il ruolo di meteoriti della distribuzione della carica di cenere mosca durante i benefici triboelettrostatici, Giornale dei materiali pericolosi, 164 (2009) pp.683-688.

Autori

Lewis Baker è il responsabile del supporto tecnico europeo per le attrezzature ST & Tecnologia (STET) con sede nel Regno Unito

Abhishek Gupta è un ingegnere di processo con sede presso l'impianto pilota e la struttura di laboratorio di Separation Technologies, Centro Tecnico STET, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300

Dottor. Stephen Gasiorowski, Dottorato. è senior research scientist per ST Equipment & Tecnologia (STET) con sede nel New Hampshire.

Frank Hrach è vice presidente dell'ingegneria di processo con sede presso l'impianto pilota e la struttura di laboratorio di Separation Technologies, Centro Tecnico STET, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300