Triboelectrostatic Beneficiation van Land gevuld en rijm vliegas

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

Tribo-elektrostatische beneficiatie van

Land Filled and Ponded Fly Ash

Door Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, en Frank Hrach

De Amerikaanse kolen Ash vereniging (OOA) jaarlijkse enquête van de productie en het gebruik van kolen vliegas meldt dat tussen 1966 en 2011, over 2.3 miljard korte tonnen vliegas zijn geproduceerd door kolengestookte nutsketels.1 Van dit bedrag ongeveer 625 miljoen ton zijn beneficiair gebruikt, vooral voor de productie van cement en beton. Echter, de resterende 1.7+ miljard ton worden voornamelijk aangetroffen in stortplaatsen of rijm opstuwingen gevuld. Terwijl benuttingsgraad voor vers gegenereerd vliegas zijn aanzienlijk toegenomen in de afgelopen jaren, met de huidige tarieven in de buurt van 45%, ongeveer 40 miljoen ton vliegas blijven jaarlijks worden verwijderd. Terwijl benuttingsgraad in Europa veel hoger dan in de VS zijn, aanzienlijke hoeveelheid vliegas zijn ook opgeslagen in stortplaatsen en opstuwingen in sommige Europese landen.

Onlangs, toegenomen belangstelling voor dit verwijderd materiaal terugkrijgen, gedeeltelijk als gevolg van de vraag naar kwalitatief hoogwaardige vliegas voor beton en cement productie gedurende een periode van verminderde productie als kolen gestookte macht generatie gedaald in Europa en Noord-Amerika. Bezorgdheid over de lange termijn milieueffecten van zulke stortplaatsen zijn ook wordt gevraagd de hulpprogramma's voor het vinden van nuttige toepassingen voor deze opgeslagen ash.

MET LAND GEVULDE ASKWALITEIT EN VEREISTE BENEFICIATIE

Terwijl sommige van deze vliegas opgeslagen kan worden geschikt voor nuttig gebruik zoals oorspronkelijk opgegraven, de overgrote meerderheid vergt een aantal verwerking voldoen aan kwaliteitsnormen voor cement of beton productie. Omdat het materiaal meestal is bevochtigd om hantering en verdichting mogelijk te maken en tegelijkertijd stofontwikkeling in de lucht te voorkomen, 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, fijn poeder. Echter, ervoor zorgen dat de chemische samenstelling van de as voldoet aan de specificaties, met name het koolstofgehalte, gemeten als verlies bij ontsteking; (LOI), is een grotere uitdaging. Omdat het gebruik van vliegas in de laatste tijd is toegenomen 20+ jaar, de meeste "in-spec" as is beneficiair gebruikt, en de as van de uit hoogwaardige verwijderd. Dus, LOI-reductie zal een vereiste zijn voor het gebruik van de overgrote meerderheid van vliegas die kan worden teruggewonnen uit opstuwingen van nutsvoorzieningen.

VERMINDERING VAN DE LOI DOOR TRIBO SCHEIDING

Terwijl andere onderzoekers hebben gebruikt verbranding technieken en processen van de flotatie voor LOI reductie van herstelde gestort en rijm vliegas, ST apparatuur & Technologieën (STET) heeft vastgesteld dat de unieke triboelectrostatic gordel scheiding systeem, lang gebruikt voor beneficiation van vers gegenereerd vliegas, is ook effectief op herstelde ash na geschikt drogen en deagglomeration.

STET hebben onderzoekers getest het triboelectrostatic scheiding gedrag van gedroogde gestorte ash uit verschillende vliegas stortplaatsen in Amerika en Europa. Deze herstelde ash gescheiden zeer ook naar vers gegenereerde ash met een verrassende verschil: De deeltjeslading werd omgekeerd van die van verse as met de koolstoflading negatief ten opzichte van het mineraal.2 Andere onderzoekers van elektrostatische scheiding van vliegaskoolstof hebben dit fenomeen ook waargenomen.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.

TECHNOLOGIE-OVERZICHT-VLIEGAS CARBON SCHEIDING

In het STET koolstof scheidingsteken (Figuur 1), materiaal wordt ingevoerd in de dunne kloof tussen twee parallelle vlakke elektroden. De deeltjes triboelectrically betalen door interparticle contact. De positief geladen koolstof en het negatief geladen mineraal (in vers gegenereerde as dat niet is bevochtigd en gedroogd) zich aangetrokken voelen tot tegenover elektroden. De deeltjes worden vervolgens opgeveegd door een continue bewegende gordel en overgebracht in tegengestelde richtingen. De band beweegt de deeltjes grenzend aan elke elektrode naar de tegenovergestelde einden van het scheidingsteken. De gordel van de hoge snelheid maakt het ook mogelijk zeer hoge doorvoercapaciteit, tot 36 ton per uur op een enkele scheidingsteken. De kleine opening, hoogspanning veld, stroom van de teller, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

of the STET separator. Door het beheersen van diverse procesparameters, zoals riem snelheid, feed punt, en diervoeders tarief, het STET-proces produceert lage LOI vliegas op koolstofgehalte van minder dan 1.5 Aan 4.5% in al het voeder vliegen as variërend in LOI van 4% tot meer dan 25%.

Fig. 1 STET Separator processing dried, gestorte vliegas

Het scheidingsteken ontwerp is relatief eenvoudig en compact. Een machine die is ontworpen voor het verwerken van 40 ton peruur is ongeveer 30 ft. (9 m.) lange, 5 ft. (1.5 m.) breed, en 9 ft., m (2.75 m.) hoge. De riem en de bijbehorende rollen zijn de enige bewegende delen. De elektroden zijn stationaire en bestaat uit een op de juiste manier duurzaam materiaal. The belt is made of non-conductive plastic. Het scheidingsteken voor het stroomverbruik is over 1 kilowattuur per ton materiaal verwerkt met het merendeel van het energieverbruik door twee motoren rijden de gordel.

Het proces is volledig droog, vereist geen extra materialen dan de vliegas en produceert geen afval water of lucht emissies. De herstelde materialen bestaan uit vliegas in koolstofgehalte beperkt tot niveaus geschikt voor gebruik als een pozzolanic vermenging in beton, en een hoge koolstof fractie nuttig als brandstof. Gebruik van beide stromen product biedt een 100% oplossing voor vliegas verwijdering problemen.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

Vier bronnen voor ash zijn afkomstig van stortplaatsen: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, C, en D uit de Verenigde Staten. Al deze monsters bestonden uit as van de verbranding van bitumineuze steenkool door grote nut ketels. Als gevolg van de vermenging van materiaal in de stortplaatsen, Er is geen verdere informatie beschikbaar betreffende specifieke kolen bron of verbranding.

De monsters door STET tussen ontvangen 15% en 27% water zoals typisch is voor gestort materiaal. De monsters bevatten ook verschillende hoeveelheden grote >1/8 inch (~3 mm) materiaal. Ter voorbereiding van de monsters van koolstof scheiding, het grote puin werd verwijderd door screening en de monsters dan gedroogd en deagglomerated voorafgaand aan koolstof beneficiation. 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. Een algemeen processtroomschema wordt weergegeven in figuur 2.

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

Figuur 2: Process Flow Diagram

De eigenschappen van de bereide monsters waren goed binnen het bereik van de vliegas rechtstreeks verkregen normale hulpprogramma ketels. De meest relevante eigenschappen voor zowel het scheidingsteken feeds en de producten zijn samengevat in tabel 2 samen met de herstelde product.

KOOLSTOF SCHEIDING

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.

De eigenschappen van de lage LOI-vliegas die wordt teruggewonnen met behulp van het STET-proces voor zowel vers verzamelde as uit de ketel als as die wordt teruggewonnen van de stortplaats, is samengevat in 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.

Tabel 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

PRESTATIES IN 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.

Tabel 2: Aschemie van lage LOI-as.

Sterkte ontwikkeling van een 20% vervanging van de lage LOI-vliegas in een mortel met 600 lb cementitious/ yd3 (Zie tabel 3 Hieronder) 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.

Tabel 3: Compressive strength of mortar cylinders.

PROCESECONOMIE

The availability of low cost natural gas in the USA greatly enhances the economics of drying processes, inclusief het drogen van bevochtigde vliegas van stortplaatsen. Tabel 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% en 20% vochtgehalte. Typische inefficiënties van het drogen zijn opgenomen in de berekende waarden. De kosten zijn gebaseerd op de massa van het materiaal na het drogen. De incrementele kosten voor het drogen van vliegas voor STET triboelectrostatische scheidingsverwerking zijn relatief laag.

Tabel 4: Droogkosten op basis van gedroogde massa.

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

Zelfs met de toevoeging van voerdroogkosten, 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.

HERSTELDE BRANDSTOF WAARDE VAN HIGH-CARBON VLIEGAS

Naast de koolstofarme product voor gebruik in beton, merk genoemd ProAsh®, de scheiding van STET verwerken ook herstelt anders verspild onverbrande koolstof in de vorm van vliegas koolstof-rijke, merknaam EcoTherm™. EcoTherm™ heeft aanzienlijke brandstof waarde en kunnen gemakkelijk worden teruggebracht naar de elektrische elektriciteitscentrale met behulp van de EcoTherm STET™ Systeem te verminderen van het gebruik van steenkool in de fabriek. Wanneer EcoTherm™ wordt verbrand in de ketel utility, de energie uit de verbranding wordt omgezet in hoge druk / hoge temperatuur stoom en vervolgens naar elektriciteit op de dezelfde efficiëntie als kolen, meestal 35%. De omzetting van de teruggewonnen thermische energie in elektriciteit in ST Equipment & Technologie LLC EcoTherm™ Systeem is twee tot drie keer hoger dan die van de concurrerende technologie waar de energie wordt teruggewonnen als laagwaardige warmte in de vorm van warm water, die wordt verspreid aan de ketel feed watersysteem. EcoTherm™ wordt ook gebruikt als bron van aluminiumoxide in cementovens, het verplaatsen van de duurdere bauxiet die meestal over lange afstanden wordt vervoerd. Met behulp van de hoge koolstof EcoTherm™ as een elektriciteitscentrale of een cement-oven, maximaliseert de terugwinning van energie uit de geleverde steenkool, verminderen van de behoefte aan de mijne en het vervoer van extra brandstof tot de faciliteiten.

STET is Talen energie Brandon Shores, SMEPA R.D. Morrow, Netwerkopstartprogramma Belledune, RWEnpower Didcot, EOF energie West Burton, RWEnpower Aberthaw, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ Retour systemen.

STET ASH PROCESSING FACILITIES

STET’s separation process has been used commercial since 1995 voor vliegas beneficiation en heeft gegenereerd over 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., Canada, het Verenigd Koninkrijk, Polen, en de Republiek Korea. ProAsh® vliegas is goedgekeurd voor gebruik door meer dan twintig staat snelweg autoriteiten, Naast heel veel andere agentschappen van de specificatie. ProAsh® is ook gecertificeerd onder Canadian Standards Association en EN 450:2005 kwaliteitsnormen in Europa. Ash verwerkingsinstallaties met behulp van STET technologie staan in tabel 5.

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

Tabel 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- artikel gepubliceerd in OOA as op het werk, Punt II 2015

CONCLUSIES

Na het geschikte scalperen van groot materiaal, Drogen, en deagglomeratie, vliegas verhaald hulpprogramma plant stortplaatsen kunnen worden verminderd in het gehalte aan koolstof met behulp van het gecommercialiseerde STET tribo riem scheidingsteken. De kwaliteit van het product van de vliegas, 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. Bovendien, Energiecentrales die as van stortplaatsen moeten verwijderen om aan veranderende milieuvoorschriften te voldoen, kunnen het proces gebruiken om een aansprakelijkheid voor afvalproducten te veranderen in een waardevolle grondstof voor betonproducenten. 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.

VERWIJZINGEN

[1]Producten van de Amerikaanse kolen Ash kolen verbranding en gebruik statistieken: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST intern rapport, Augustus 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Verbod, H., Neathery, J.K., en Stencel, J.M. Droge beneficiatieverwerking van verbrandingsvliegas, Proceedings van de DOE-conferentie over onverbrande koolstof op vliegas van nutsbedrijven, Mei 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Baltrus (Baltrus), J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Sands, W. Tribo-elektrostatische scheiding van vliegas en ladingsomkering, Brandstof 81, (2002) blz.757-762.

[5]Cangialosi Cangialosi, F., Notarnicola (Notarnicola), M., Liberti Liberti, L, Stencel, J. De rol van verwering op de verdeling van de vliegaslading tijdens tribo-elektrostatische beneficiatie, Tijdschrift voor gevaarlijke stoffen, 164 (2009) blz.683-688.

AUTHORS

Lewis Baker is de Europese Technical Support Manager voor ST Equipment & Technologie (STET) gevestigd in het Verenigd Koninkrijk

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 & Technologie (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