채워진 땅의 선 광 Triboelectrostatic과 Ponded 재

PREPRINT- 직장에서 ACAA 화산재에 실릴 기사, 문제 II 2015

Triboelectrostatic Beneficiation of

Land Filled and Ponded Fly Ash

루이스 베이커, Abhishek 굽타, 스티븐 Gasiorowski, 프랭크 흐라흐

미국 석탄 재 협회 (ACAA) 생산의 연례 설문 조사와 석탄 재를 사용 하 여 보고 그 사이 1966 그리고 2011, 이상 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount approximately 625 백만 톤 군인이 사용 되었습니다., 주로 시멘트 및 콘크리트 생산에 대 한. 그러나, 나머지 1.7+ 십억 톤은 주로 매 립 지에서 발견 또는 ponded impoundments 가득. 최근 몇 년 동안 상당히 재 증가 대 한 이용 요금은 갓 생성 하는 동안, 현재 요금으로 45%, 약 40 산재의 백만 톤의 연간 폐기를 계속합니다. 이용 요금은 유럽에서 미국에서 보다 훨씬 높은 있다, 상당한 양의 재 또한 매 립 지 및 일부 유럽 국가에서 impoundments에 저장 된.

최근에, 이 처분 된 자료를 회수하는 것에 대한 관심이 증가했습니다., 부분적으로 높은-품질 석탄-해 고 전력으로 감소 생산의 기간 동안 콘크리트 및 시멘트 생산 재에 대 한 수요로 인해 세대 유럽 및 북미 지역에서 감소는. 이러한 매 립 지의 장기 환경에 미치는 영향에 대 한 우려는 또한 유틸리티가 저장된 재에 대 한 유익한 사용 응용 프로그램을 찾을 수 메시지를 표시합니다.

LAND FILLED ASH QUALITY AND REQUIRED BENEFICIATION

이 저장 플라이 애쉬의 일부는 처음 발굴로 유익한 사용에 적합 할 수 있지만, 대다수는 시멘트 또는 콘크리트 생산을위한 품질 표준을 충족하기 위해 약간의 처리가 필요합니다.. Since the material has been typically wetted to enable handling and compaction while avoiding airborne dust generation, 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, 미세 분말. 그러나, assuring the chemical composition of the ash meets specifications, most notably the carbon content measured as loss-on-ignition (로), is a greater challenge. As fly ash utilization has increased in the last 20+ 년, 대부분의 "인스펙" 재가 유익하게 사용되었습니다., 및 비품질 회분의 경우. 따라서, LOI reduction will be a requirement for utilizing the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.

삼보전 분리에 의한 LOI 감소

다른 연구자들은 회수된 매립및 연못 플라이 애쉬의 LOI 감소를 위해 연소 기술과 부양 공정을 사용했습니다., 세인트 장비 & 기술 (키) 그것의 유일한 tribostatic 벨트 분리 시스템을 발견했습니다, 갓 생성 된 플라이 애쉬의 수혜에 오랫동안 사용되었습니다., 또한 적절한 건조 및 탈증 후 회수 된 재에 효과적입니다..

STET 연구원들은 미주와 유럽의 여러 플라이 애쉬 매립지에서 건조된 매립재의 사단정 분리 거동을 테스트했습니다.. 이 회수 된 재는 하나의 놀라운 차이와 갓 생성 된 재와 매우 유사하게 분리: the particle charging was reversed from that of fresh ash with the carbon charging negative in relation to the mineral.2 Other researchers of electrostatic separation of fly ash carbon have also observed this phenomena.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.

기술 개요-재 탄소 분리

STET 탄소 구분에 (그림 1), 소재는 두 개의 평행한 평면 전극 사이의 얇은 간격으로 먹인 다. 입자 triboelectrically interparticle 접촉에 의해 부과 됩니다.. 충전 된 탄소와 부정 청구 미네랄 (갓 생성 된 재 하지 젖는 되었으며 건조에) 전극의 맞은편에 끌리는. 입자는 다음 연속 이동 벨트에 의해 위로 공중 소탕 하 고 반대 방향으로 전달. 벨트는 구분의 반대쪽 끝으로 각 전극에 인접 한 입자 이동. 높은 벨트 속도 또한 매우 높은 처리량을 수 있습니다., 최대 36 단일 구분에 시간당 톤. 작은 간격, 고전압 분야, 카운터 전류 흐름, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

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of the STET separator. 다양 한 프로세스 매개 변수를 제어 하 여, 벨트 속도 등, 포인트를 피드, 이송 및, STET 프로세스의 탄소 내용에 재로이 낮은 생산 보다는 더 적은 1.5 받는 사람 4.5% 피드에서 유골에서로 이르기까지 비행 4% 이상 25%.

무화과. 1 STET Separator processing dried, 매립플라이 애쉬

구분 기호 디자인은 상대적으로 간단 하 고 소형. 기계 처리 하도록 설계 되었습니다 40 시간당 톤은 대략 30 ft. (9 m.) 긴, 5 ft. (1.5 m.) 넓은, 그리고 9 ft입니다., m (2.75 m.) 높은. 벨트와 관련 된 롤러는 유일한 이동 부분. 전극은 고정 하 고 적절 하 게 튼튼한 물자의 구성. The belt is made of non-conductive plastic. 에 대 한 구분의 전력 소비는 1 벨트를 구동 하는 두 개의 모터에 의해 소비 하는 전력의 대부분을 처리 하는 물자의 톤 당 와트.

과정은 완전히 건조, 플라이 애쉬 이외의 아무 추가 자료를 요구 하 고 생산 없는 폐 물 또는 공기 배출. 플라이 애쉬 콘크리트에서 소 혼합으로 사용 하기 위해 적합 한 수준으로 탄소 함량 감소의 복구 된 재료 구성, 그리고 높은 탄소 분수 연료로 유용. 제공 하는 두 제품 스트림 활용 한 100% 산재 처리 문제에 해결책.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

매립지에서 4개의 재 공급원을 얻었습니다.: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, C, 미국에서 D. 이 모든 샘플은 대형 유틸리티 보일러에 의한 비청석탄 연소로 인한 회분으로 구성되었습니다.. 매립지에 재료의 혼합으로 인해, 특정 석탄 소스 또는 연소 조건에 대한 추가 정보는 제공되지 않습니다..

STET에 의해 수신된 샘플은 15% 그리고 27% water as is typical for landfilled material. 샘플은 또한 큰의 다양한 양을 포함 >1/8 인치 (~3 mm) 물자. 탄소 분리를 위한 시료를 준비하려면, 큰 파편을 스크리닝하여 제거한 다음, 시료를 건조시키고 탄소 수혜 전에 탈당했습니다.. 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. A general process flow sheet is presented in Figure 2.

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그림 2: Process Flow Diagram

제조 된 샘플의 특성은 일반 유틸리티 보일러에서 직접 얻은 플라이 애쉬의 범위 내에 잘 있었습니다.. 세퍼레이터 피드 및 제품에 대한 가장 관련성이 가장 적합한 속성은 표에 요약되어 있습니다. 2 회수된 제품과 함께.

탄소 분리

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.

낮은이 산재의 속성 STET 프로세스를 사용 하 여 보일 러에서 두 갓 수집된 화산재에 대 한 복구와 재는 매 립 지에서 복구는 테이블 요약 1. 결과 ProAsh에 대 한 제품 품질을 표시® 생산 들어 재료는 신선한 재 소스에서 생산 하는 제품에 해당.

테이블 1: 피드 및 복구 된 ProAsh의 속성®.

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성능 콘크리트

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.

테이블 2: Ash Chemistry of low LOI ash.

a의 힘 발달 20% substitution of the low LOI fly ash in a mortar containing 600 lb cementitious/ yd3 (표 참조 3 아래) 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.

테이블 3: Compressive strength of mortar cylinders.

공정 경제학

The availability of low cost natural gas in the USA greatly enhances the economics of drying processes, 매립지에서 습윤 된 플라이 애쉬의 건조를 포함. 테이블 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% 그리고 20% 수분 함량. 건조의 일반적인 비효율성은 계산 된 값에 포함되어 있습니다. 비용은 건조 후 재료의 질량을 기반으로. STET tribostatic 분리 처리를 위한 건조 플라이 애쉬의 증분 비용은 상대적으로 낮습니다..

테이블 4: Drying costs on basis of dried mass.

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사료 건조 비용의 추가에도 불구하고, 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.

복구 된 연료 값이 높은-탄소 재

콘크리트에 사용 하기 위해 저탄소 제품 뿐만 아니라, ProAsh 라는 브랜드®, STET 분리 처리 복구 또한 그렇지 않으면 낭비 unburned 탄소 탄소 풍부한 재 형태로, 브랜드 EcoTherm™. EcoTherm™ 중요 한 연료 값 하 고 쉽게 STET EcoTherm를 사용 하 여 전기 발전소에 반환 될 수 있습니다.™ 공장에서 석탄 사용을 줄이기 위해 반환 시스템. 때 EcoTherm™ 유틸리티 보일 러에서 점화, 연소에서 에너지는 높은 압력으로 변환 / 높은 온도 증기 석탄으로 동일한 효율성에 전기를 다음, 일반적으로 35%. 세인트 장비에 전기의 복구 된 열 에너지 변환 & 기술 LLC EcoTherm™ 반환 시스템은 경쟁 기술 보다 2 ~ 3 배 높은 낮은 열 뜨거운 물이 보일 러에 유통의 형태로 먹 물 시스템 에너지를 복구 하는. EcoTherm™ 시멘트가 마에서의 소스로 사용 됩니다., 긴 거리를 수송 일반적으로 더 비싼 보크사이트 생기 죠. 높은 탄소 EcoTherm를 활용 하 여™ 애쉬는 발전소 또는 시멘트가 마에서, 배달 된 석탄에서 에너지 회수를 극대화, 내 필요를 감소 하 고 시설 추가 연료를 수송.

STET의 Talen 에너지 브랜든 해안, SMEPA R.D. 모로, NBP Belledune, 디 드 코트 RWEnpower, EDF 에너지 웨스트 버튼, RWEnpower 애버토우, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ 시스템을 반환.

키 재 처리 시설

STET’s separation process has been used commercial since 1995 플라이 애쉬 수혜를 위해, 그리고 이상 생성되었습니다 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., 캐나다, 영국, 폴란드, 그리고 한국. ProAsh® 플라이 애쉬 20 주 고속도로 당국에 의해 사용 하기 위해 승인 되었습니다., 뿐만 아니라 많은 다른 지정 기관. ProAsh® 또한 캐나다 표준 협회 및 EN 인증 되었습니다. 450:2005 유럽의 품질 기준. 재 처리 시설 STET 기술을 사용 하 여 테이블에 나열 됩니다. 5.

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테이블 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

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결론

큰 재료의 적절한 스캘핑 후, 건조, 및 대웅변, 유틸리티 플랜트 매립지에서 회수된 플라이 애쉬는 상용화된 STET 삼보전 벨트 분리기를 사용하여 탄소 함량을 줄일 수 있습니다.. 플라이 애쉬 제품의 품질, 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. 또한, power plants that need to remove ash from landfills to meet changing environmental regulations will be able to utilize the process to alter a waste product liability into a valuable raw material for concrete producers. 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.

참조

[1]미국 석탄 재 석탄 연소 제품 및 사용 통계: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST internal report, 8 월 1995.

[3]리튬,T.X,. 쉐 퍼, J.L., 금지, H., Neathery, J.K., 그리고 스텐셀, J.M. Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash, Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, 5 월 19 20, 피츠버그, 펜 실바 니 아, 1998.

[4]발트러스, J.P., 딜, J.R., 쑹, Y., Sands, W. Triboelectrostatic separation of fly ash and charge reversal, Fuel 81, (2002) pp.757-762.

[5]칸지알로시, F., 노타르니콜라, M., 리베르티, L, Stencel, J. The role of weathering on fly ash charge distribution during triboelectrostatic beneficiation, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) pp.683-688.

AUTHORS

루이스 베이커(Lewis Baker)는 ST 장비의 유럽 기술 지원 관리자입니다 & 기술 (키) 영국 소재

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. 스티븐 Gasiorowski, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & 기술 (키) 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