Triboelectrostatic Beneficiation of Landfilled Fly Ash WOCA 2015

Beneficiation triboélectrostatique de

Cendres volantes remplies de terre

L. Baker, A. Gupta, et S. Gasiorowski

ST Equipment & Technologies LLC, 101 Hampton Avenue, MA Needham 02494 USA

CONFÉRENCE: 2015 Monde des cendres de charbon – (www.worldofcoalash.org)

MOTS-CLÉS: Triboelectrostatic, Valorisation, Cendres volantes, Décharge, Séché, Séparation, Carbone

RÉSUMÉ

La séparation triboélectrostatique a été utilisée pour la valorisation commerciale des cendres volantes à combustion du charbon afin de produire un produit à faible émission de carbone pour être utilisé comme substitut de ciment dans le béton depuis près de vingt ans.. Avec 18 séparateurs en 12 charbon des centrales électriques à travers le monde, ST Equipment & Technology LLC (STET) séparateur électrostatique brevetée a été utilisé pour produire plus 15 Millions de tonnes de produits de faible teneur en carbone.

À ce jour, la valorisation commerciale des cendres volantes a été effectuée exclusivement sur des cendres sèches. La législation environnementale récente a créé, sur certains marchés, un besoin de fournir des cendres bénéfiques en période de faible production de cendres. Ceci, couplé à une exigence dans certains endroits de vider les sites historiques d’enfouissement de cendres, a créé la nécessité de développer un processus pour bénéficier des cendres historiquement enfouies.

Des études antérieures ont montré que l’exposition des cendres volantes à l’humidité, et le séchage subséquent influence le mécanisme de charge triboélectrostatique, avec des particules de carbone et de minéraux chargeant dans la polarité opposée à celle vécue avec la course de cendres de station. Des études ont été réalisées par les auteurs pour déterminer l’effet de l’exposition à l’humidité sur l’efficacité de séparation de plusieurs cendres qui ont été récupérées dans les décharges et séchées. L’inversion de charge a été observée après le séchage, mais l’efficacité globale de séparation a été atteint équivalent à celle vécue avec la nouvelle série de cendres de station.

L’effet de l’humidité relative de l’alimentation en cendres séchées sur l’efficacité de la séparation triboélectrostatique a été examiné, et la sensibilité a été grandement réduite par rapport à celle vécue avec la course de cendres de station, réduire les coûts globaux du processus.

INTRODUCTION

L'Association de cendres de charbon américain (ACAA) enquête annuelle sur la production et l'utilisation de cendres volantes de charbon les rapports entre 1966 et 2011, plus de 2.3 milliards de tonnes courtes de cendres volantes ont été produites par des chaudières de services publics au charbon.1 De ce montant, environ 625 millions de tonnes ont été utilisées avantageusement, surtout pour la production de ciment et de béton. Cependant, les autres 1.7+ milliards de tonnes se trouvent principalement dans les décharges ou

saisies. Alors que le taux d'utilisation des produits fraîchement cendres volantes ont considérablement augmenté ces dernières années, avec les taux actuels près de 45%, environ 40 millions de tonnes de cendres volantes continuent d'être mis au rebut chaque année. Alors que le taux d'utilisation en Europe ont été beaucoup plus élevés aux États-Unis., des volumes considérables de cendres volantes ont également été stockés dans des décharges et des mises en fourrière dans certains pays européens.

Récemment, l’intérêt de récupérer ce matériel éliminé a augmenté, en partie en raison de la demande de cendres volantes de haute qualité pour la production de béton et de ciment pendant une période de production réduite, la production d’électricité au charbon a diminué en Europe et en Amérique du Nord.. Les préoccupations concernant l’impact à long terme sur l’environnement de ces sites d’enfouissement incitent également les services publics à trouver des applications d’utilisation bénéfiques pour ces cendres stockées..

QUALITÉ DES CENDRES REMPLIES DE TERRES ET BIENVEILLANCE REQUISE

Bien qu’une partie de ces cendres volantes stockées puissent être utilisées comme, la grande majorité exigera un traitement pour répondre aux normes de qualité pour la production de ciment ou de béton. Puisque le matériau a été généralement mouillé pour permettre la manipulation et le compactage tout en évitant la production de poussière en suspension dans l’air, le séchage sera probablement une exigence minimale pour une utilisation dans le béton puisque les producteurs de béton voudront continuer la pratique de l’ennemage de la mouche comme une poudre sèche. Cependant, assurer la composition chimique de la cendre répond aux spécifications, notamment la teneur en carbone mesurée en perte d’allumage (LOI), est un plus grand défi. Comme l’utilisation des cendres volantes a augmenté au cours de la dernière 20+ années, la plupart des cendres « n spec » ont été utilisées de façon bénéfique, et les cendres hors-qualité éliminés. Ainsi, La réduction de la loi sera une exigence pour l’utilisation de la grande majorité des cendres volantes récupérables des fourrières d’utilité.

RÉDUCTION DE LOI PAR SÉPARATION TRIBOÉLECTRIQUE

Alors que divers travailleurs ont utilisé des techniques de combustion et des procédés de flottaison pour la réduction de la loi de la cendre de mouche récupérée et en étang, ST Equipment & Technologies (STET) a constaté que son système de traitement standard, longtemps utilisé pour la valorisation des cendres volantes fraîchement générées, est tout aussi efficace sur les cendres récupérées après séchage et désagglomeration appropriés à des coûts d’exploitation globaux inférieurs.

Pendant la montée en puissance de l’application commerciale du système de traitement STET pour les cendres volantes, Les chercheurs de STET ont testé la séparation des cendres séchées en décharge. Cette cendre récupérée s’est séparée de façon très similaire aux cendres fraîchement générées avec une différence surprenante: la charge des particules a été inversée par rapport à celle des cendres fraîches avec le carbone charge négatif par rapport au minéral.2 D’autres chercheurs de la séparation électrostatique du carbone de cendre mouche ont également observé ce phénomène.3,4,5

PRÉSENTATION DE LA TECHNOLOGIE – SÉPARATION DE CARBONE DE CENDRES VOLANTES

Dans le séparateur de carbone STET (Figure 1), matériel est nourri dans la mince écart entre deux électrodes planes parallèles. Les particules sont facturés triboelectrically par contact entre. Le carbone chargé positivement et négativement chargé minéral (dans les cendres fraîchement généré qui n'a pas été humidifié et séché) sont attirés par les face à électrodes. Les particules sont ensuite emportés par une ceinture de mouvement continue et transportés dans des directions opposées. La ceinture déplace l'adjacent à chaque électrode vers les extrémités opposées du séparateur de particules. La vitesse de bande élevée permet également à des débits très élevés, up to 36 tonnes / heure sur un seul séparateur. Le petit écart, domaine haute tension, courant de compteur, agitation vigoureuse de particule-particule et action nettoyage automatique de la courroie sur les électrodes sont les caractéristiques essentielles de la STET séparateur. En contrôlant les divers paramètres du procédé, comme la vitesse du tapis, point d'alimentation, et le taux d'alimentation, le processus STET produit cendres LOI faible contenu carbone de moins de 1.5 À 4.5% d'alimentation des cendres volantes dont la LOI de 4% à plus 25%.

Fig. 1 STET séparateur

La conception du séparateur est relativement simple et compact. Une machine conçue pour traiter 36 tonnes / heure sont d'environ 9 m (30 ft.) long, 1.5 m (5 ft.) large, et 2.75 m (9 ft.) haute. La courroie et les galets associés sont les seules parties mobiles. Les électrodes sont stationnaires et composé d'un matériau approprié résistant. La ceinture est faite de non-- plastique conducteur. Du séparateur puissance est sur 1 kilowatt-heure par tonne de matière traitée avec la plus grande partie de l'énergie consommée par deux moteurs de la courroie.

Le processus est entièrement sec, ne nécessite aucun matériel supplémentaire autre que les cendres volantes et ne produit aucune émission des déchets de l'eau ou l'air. Les matériaux récupérés sont constitués de cendres volantes réduites en teneur en carbone à des niveaux appropriés pour être utilisés comme mélange pozzolanique

Béton, et une fraction riche en carbone utile comme combustible. Utilisation de deux flux de produits fournit un 100% solution aux problèmes d'élimination des cendres volantes.

VALEUR DE CARBURANT RÉCUPÉRÉ DES CENDRES VOLANTES DE HAUTE TENEUR EN CARBONE

En plus du produit de faible teneur en carbone pour une utilisation dans le béton, tout nommé ProAsh®, la séparation de STET traiter également récupère autrement gaspillée de carbone non brûlé sous forme de cendres volantes riches en carbone, EcoTherm marque™. EcoTherm™ a valeur de carburant significative et peuvent facilement être retournées à la centrale électrique à l’aide de la STET EcoTherm™ Système de retour pour réduire l’utilisation de charbon à l’usine. Lorsque EcoTherm™ est brûlé dans la chaudière de l’utilitaire, l'énergie de combustion est converti en haute pression / vapeur à haute température et ensuite à l'électricité à la même efficacité que le charbon, en général 35%. La conversion de l'énergie thermique récupérée en électricité dans ST Equipment & Technologie LLC EcoTherm™ Système de retour est deux à trois fois supérieur à celui de la technologie compétitive où l’énergie est récupérée comme la chaleur sous forme d’eau chaude qui circule dans la chaudière eau système d’alimentation. EcoTherm™ est aussi utilisé comme une source d’alumine dans les fours à ciment, déplaçant la bauxite plus cher qui est habituellement transporté longues distances. Utilisant le carbone haut EcoTherm™ cendres dans une centrale électrique ou un four à ciment, maximise la récupération de l'énergie provenant du charbon livré, réduisant le besoin d'extraire et de transporter le carburant supplémentaire aux installations.

STET’s Raven Power Brandon Shores, SMEPA R.D. Morrow, NBP Belledune, Didcot npower, EDF Energy West Burton, et les plantes de cendres volantes RWEnpower Aberthaw, toutes comprennent EcoTherm™ Systèmes de retour. Les composantes essentielles du système sont présentées dans la Figure 2.

Fig. 2 EcoTherm™ Système de retour

STET INSTALLATIONS DE TRAITEMENT DES CENDRES

Contrôlée basse cendres volantes de lettre d'intention est produite grâce à la technologie de STET à douze centrales partout aux États-Unis, Canada, au Royaume-Uni., Pologne, et République de Corée. ProAsh® cendres volantes a été approuvé pour une utilisation par les autorités plus de vingt de route de l’état, ainsi que de nombreuses autres agences de la spécification. ProAsh® a également été certifié par l’Association canadienne de normalisation et EN 450:2005 normes de qualité en Europe. Installations de traitement des cendres en utilisant la technologie STET sont répertoriées dans le tableau 1.

Tableau 1. STET opérations commerciales

CENDRES DE CHARBON RÉCUPÉRÉES À PARTIR DE REMPLISSAGES DE TERRES

Deux sources de cendres ont été obtenues à partir des décharges: échantillon A d’une centrale électrique située à

royaume-Uni et l’échantillon B: des États-Unis. Ces deux échantillons se composaient de cendres provenant de la combustion du charbon bituminous par de grandes chaudières. En raison de l’imbrication de matériaux dans les décharges, aucune autre information n’est disponible concernant des conditions spécifiques de source de charbon ou de combustion.

Les échantillons reçus par STET contenus entre 15% et 20% l’eau comme c’est le cas pour les matières en décharge. Les échantillons contenaient également des quantités variables de >1/8 pouces (~3 mm) Matériel. Préparer les échantillons à la séparation du carbone, les gros débris ont été enlevés par criblage et les échantillons ont ensuite séchés et désagrémisés avant la valorisation du carbone. Diverses méthodes de séchage/désagglomeration sont en cours d’évaluation afin d’optimiser le processus global. Une feuille de débit générale du processus est présentée dans figure 3.

Figure 3: Feuille de flux de processus

Les propriétés des échantillons préparés se trouvaient bien dans la fourchette des cendres volantes obtenues directement à partir de chaudières utilitaires normales.. Les propriétés les plus pertinentes pour les flux séparateurs et les produits sont résumées dans tableau 2 avec le produit récupéré.

SÉPARATION DU CARBONE

Les essais de réduction du carbone à l’aide du séparateur de ceinture triboélectrique STET ont permis de récupérer très bien le produit à faible. Les phénomènes intéressants observés ont été l’inversion de la charge du carbone. Bien que ce comportement ait été observé précédemment par STET et d’autres chercheurs, le mécanisme qui modifie les fonctions de travail relatives et donc le comportement de charge de contact du matériau n’est pas compris. Un mécanisme suggéré est la redistribution des ions solubles sur le minerai et

tableau suivant résume la chimie des échantillons de la source B. Essais à la source Le matériel A n’a pas été effectué.

Tableau 4: Chimie des cendres des cendres faibles de loi.

Développement de la force d’un 20% substitution de la faible LOE mouche cendres dans un mortier contenant 600 lb / yd3 a montré que les matières dérivées de cendres enfouies ont obtenu un peu mieux que les matières provenant de la production. Voir le tableau 5 ci-dessous.

Tableau 5: Résistance compressive des cubes de mortier.

CONCLUSIONS

Après un scalping approprié de gros matériaux, Séchage, et désagglomeration, les cendres volantes récupérées dans les décharges des centrales électriques peuvent être réduites en teneur en carbone à l’aide du séparateur de ceinture triboélectrique STET commercialisé. L’efficacité du système STET est essentiellement équivalente pour les cendres obtenues fraîchement à partir des chaudières et des matières d’enfouissement séchées. Le produit séparateur convient à une utilisation dans la production de béton sans autre bien-être avec des propriétés de performance presque identiques. La récupération et la valorisation des cendres enfouies fourniront un approvisionnement continu en cendres de haute qualité pour les producteurs de béton en dépit de la réduction de la production de cendres « fraîches » à mesure que les services publics au charbon réduisent la production. Plus, Les centrales électriques qui doivent retirer les cendres des sites d’enfouissement pour faire face à l’évolution des réglementations environnementales seront en mesure d’utiliser le processus pour transformer une responsabilité en matière première de déchets en une matière première précieuse pour les producteurs de béton.

RÉFÉRENCES

[1]Produits de Combustion de charbon américain charbon Ash et statistiques sur l'usage: https (en)://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]Rapport interne st, August 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.l., Interdiction, H., Neathery, J.k., et Stencel, J.m. Traitement de la beneficiation sèche des cendres volantes de combustion, Actes de la Conférence du DOE sur le carbone non brûlé sur les cendres volantes des services publics, May 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Baltrus, J.p., Diehl, J.r., Soong, Y., Sables, W. Séparation triboélectrostatique des cendres volantes et inversion de charge, Carburant 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialisi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, STENCEL, J. Le rôle de l’utilisation de l’aération sur la distribution de la charge de cendres volantes pendant la valorisation triboélectrostatique, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) pp.683-688.

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