Triboelectrostatic Beneficiation Landfilled bay tro hội 2015

Triboelectrostatic Beneficiation of

Land Filled Fly Ash

L. Baker, A. Gupta, và S. Gasiorowski

ST thiết bị & Công nghệ LLC, 101 Hampton Avenue, Needham MA 02494 HOA KỲ

HỘI NGHỊ: 2015 Thế giới của tro than- (www.worldofcoalash.org)

TỪ KHÓA: Triboelectrostatic, Beneficiation, Fly Ash, Landfilled, Dried, Ly thân, Cacbon

TÓM TẮT

Triboelectrostatic separation has been used for the commercial beneficiation of coal combustion fly ash to produce a low carbon product for use as a cement replacement in concrete for nearly twenty years. Với 18 Máy phân tách trong 12 -than bắn nhà máy điện trên thế giới, ST thiết bị & Công nghệ LLC (STET) dấu phân cách điện cấp bằng sáng chế đã được sử dụng để sản xuất hơn 15 Triệu tấn sản phẩm thấp cacbon.

Cho đến nay, commercial beneficiation of fly ash has been performed exclusively on dry “run of station‿ ash. Recent environmental legislation has created, in certain markets, a need to supply beneficiated ash in times of low ash generation. Điều này, coupled with a requirement in some locations to empty historical ash landfill sites, has created the need to develop a process to beneficiate historically landfilled ash.

Previous studies have shown that the exposure of fly ash to moisture, and subsequent drying influences the triboelectrostatic charging mechanism, with carbon and mineral particles charging in the opposite polarity to that experienced with run of station ash. Studies have been performed by the authors to determine the effect of moisture exposure on separation efficiency of several ashes that have been reclaimed from landfills and dried. Charge reversal was experienced following drying, but overall separation efficiency was achieved equivalent to that experienced with fresh run of station ash.

The effect of dried ash feed relative humidity on triboelectrostatic separation efficiency was examined, and sensitivity was greatly reduced compared to that experienced with run of station ash, lowering overall process costs.

GIỚI THIỆU

Hiệp hội người Mỹ than tro (ACAA) cuộc khảo sát hàng năm của sản xuất và sử dụng tro bay than báo cáo rằng giữa 1966 và 2011, qua 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount approximately 625 triệu tấn đã được sử dụng có lợi, chủ yếu là để sản xuất xi măng và bê tông. Tuy nhiên, số còn lại 1.7+ billion tons are primarily found in landfills or filled ponded

impoundments. Trong khi việc sử dụng tỷ giá cho tươi tạo ra fly ash đã tăng đáng kể trong năm gần đây, với các mức giá hiện tại gần 45%, xấp xỉ 40 triệu tấn tro bay tiếp tục được xử lý hàng năm. Trong khi việc sử dụng tỷ giá tại châu Âu đã cao hơn nhiều so với ở Mỹ, các khối lượng đáng kể của fly ash cũng đã được lưu trữ trong các bãi chôn lấp và impoundments ở một số nước châu Âu.

Mới gần đây, quan tâm đến khôi phục tài liệu này đã tăng, một phần do nhu cầu về tro bay chất lượng cao cho sản xuất bê tông và xi măng trong một thời gian sản xuất giảm như thế hệ điện đốt than đã giảm ở châu Âu và Bắc Mỹ. Mối quan tâm về tác động môi trường lâu dài của các bãi rác như vậy cũng nhắc các tiện ích để tìm thấy các ứng dụng có lợi sử dụng cho này tro được lưu trữ.

LAND FILLED ASH QUALITY AND REQUIRED BENEFICIATION

Trong khi một số này được lưu trữ tro bay có thể phù hợp để sử dụng có lợi như ban đầu khai quật, phần lớn sẽ yêu cầu một số chế biến để đáp các tiêu chuẩn chất lượng cho xi măng hoặc sản xuất bê tông. Since the material has been typically wetted to enable handling and compaction while avoiding airborne dust generation, drying will probably be a minimal requirement for use in concrete since concrete producers will want to continue the practice of batching fly ash as a dry powder. Tuy nhiên, assuring the chemical composition of the ash meets specifications, most notably the carbon content measured as loss-on-ignition (LOI), is a greater challenge. As fly ash utilization has increased in the last 20+ năm, most “in-spec‿ ash has been beneficially used, và chất lượng tro giảm. Do đó, LOI reduction will be a requirement for utilizing the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.

GIẢM LỢI BẰNG ĐIỆN

While various workers have used combustion techniques and flotation processes for LOI reduction of recovered landfilled and ponded fly ash, ST thiết bị & Công nghệ (STET) has found that its standard processing system, dài được sử dụng cho beneficiation của tro bay tươi tạo ra, is equally effective on recovered ash after suitable drying and deagglomeration at lower overall operating costs.

During the ramp-up to commercial application of the STET processing system for fly ash, STET researchers tested the separation of dried landfilled ash. Tro phục hồi này tách ra rất tương tự như tro tươi tạo với một sự khác biệt đáng ngạc nhiên: 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

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ-FLY ASH CARBON CHIA LY

Trong phân cách carbon STET (Con số 1), vật liệu được đưa vào mỏng khoảng cách giữa hai điện cực song song phẳng. Các hạt triboelectrically được trả bởi interparticle liên hệ. Carbon tính tích cực và tiêu cực tính khoáng (ở ash tươi tạo ra đã không được lên và sấy khô) đang thu hút để đối diện với điện cực. Các hạt được sau đó xuôi lên bởi một vành đai liên tục di chuyển và chuyển tải ở hướng đối diện. Di chuyển vành đai liền kề với mỗi điện cực hướng tới kết thúc đối diện của sự tách hạt. Tốc độ đai cao cũng cho phép rất cao throughputs, tối đa 36 tấn / giờ trên một đĩa đơn tách. Khoảng cách nhỏ, lĩnh vực điện áp cao, Số lượt truy cập hiện tại dòng chảy, kích động mạnh mẽ hạt-hạt và tự làm sạch hành động của vành đai trên các điện cực là những tính năng quan trọng của tách STET. Bằng cách kiểm soát các thông số quá trình khác nhau, chẳng hạn như tốc độ đai, nguồn cấp dữ liệu điểm, và nguồn cấp dữ liệu tỷ lệ, quá trình STET sản xuất thấp LOI fly ash carbon nội dung của ít hơn 1.5 để 4.5% từ nguồn cấp dữ liệu bay khác nhau, trong LOI từ đống tro tàn 4% đến hơn 25%.

Sung. 1 STET tách

Thiết kế tách là tương đối đơn giản và nhỏ gọn. Máy được thiết kế để xử lý 36 tấn mỗi giờ là khoảng 9 m (30 ft.) dài, 1.5 m (5 ft.) rộng, và 2.75 m (9 ft.) cao. Vành đai và con lăn kết hợp là các bộ phận chuyển động duy nhất. Các điện cực là văn phòng phẩm và một bằng vật liệu bền bỉ một cách thích hợp. The belt is made of non- conductive plastic. Tiêu thụ điện của máy phân loại là về 1 mỗi kilowatt-giờ / tấn nguyên liệu chế biến với hầu hết các điện tiêu thụ bởi hai động cơ lái xe vành đai.

Quá trình này là hoàn toàn khô, yêu cầu không có tài liệu bổ sung ngoài fly ash và sản xuất không phát thải chất thải nước hoặc không khí. The recovered materials consist of fly ash reduced in carbon content to levels suitable for use as a pozzolanic admixture in

bê tông, và một phần nhỏ cacbon cao hữu ích như là nhiên liệu. Sử dụng cả hai dòng sản phẩm cung cấp một 100% giải pháp cho fly ash xử lý vấn đề.

NHIÊN LIỆU THU HỒI GIÁ TRỊ CỦA CARBON CAO FLY ASH

Ngoài các sản phẩm carbon thấp để sử dụng trong bê tông, thương hiệu được đặt theo tên ProAsh®, STET tách quá trình cũng khôi phục nếu không lãng phí không cháy carbon dưới dạng carbon giàu fly ash, thương hiệu EcoTherm™. EcoTherm™ có giá trị đáng kể nhiên liệu và có thể dễ dàng được trả lại cho nhà máy điện điện bằng cách sử dụng STET EcoTherm™ Các hệ thống trở lại để giảm việc sử dụng than đá tại nhà máy. Khi EcoTherm™ bị đốt cháy trong lò hơi Tiện ích, năng lượng đốt được chuyển thành áp lực cao / cao nhiệt độ hơi nước và sau đó để điện hiệu quả tương tự như than, thông thường 35%. Việc chuyển đổi năng lượng nhiệt hồi phục thành điện trong thiết bị ST & Công nghệ LLC EcoTherm™ Hệ thống trở lại là 2-3 lần cao hơn của công nghệ cạnh tranh nơi phục hồi năng lượng như cấp thấp nhiệt ở dạng nước nóng được lưu thông đến các nồi hơi nguồn cấp dữ liệu hệ thống nước. EcoTherm™ cũng được sử dụng như một nguồn alumina trong lò nung xi măng, displacing Bô xít đắt hơn mà thường vận chuyển khoảng cách dài. Sử dụng các-bon cao EcoTherm™ Ash hoặc tại một nhà máy điện hoặc lò nung xi măng, tối đa hóa phục hồi năng lượng từ than đá giao, giảm sự cần thiết để khai thác và vận chuyển nhiên liệu bổ sung cho các cơ sở.

STET’s Raven Power Brandon Shores, SMEPA R.D. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF năng lượng West Burton, và RWEnpower Aberthaw fly ash cây, Tất cả bao gồm EcoTherm™ Trở lại hệ thống. Thành phần thiết yếu của hệ thống được trình bày trong hình 2.

Sung. 2 EcoTherm™ Trở lại hệ thống

STET TRO PROCESING TIỆN NGHI

Kiểm soát thấp LOI fly ash được sản xuất với công nghệ của STET tại mười hai nhà máy điện trên khắp Hoa Kỳ, Canada, Vương Quốc Anh, Ba Lan, và Hàn Quốc. ProAsh® Fly ash đã được chấp thuận cho sử dụng bởi hơn hai mươi bang quốc lộ chính quyền, cũng như nhiều khác cơ quan đặc điểm kỹ thuật. ProAsh® cũng đã được chứng nhận theo tiêu chuẩn Hiệp hội Canada và EN 450:2005 tiêu chuẩn chất lượng châu Âu. Tiện nghi xử lý tro, sử dụng công nghệ STET được liệt kê trong bảng 1.

Bàn 1. STET hoạt động thương mại

COAL ASH RECOVERED FROM LAND FILLS

Two sources of ash were obtained from landfills: sample A from a power plant located in

the United Kingdom and sample B: from the United States. Both these samples consisted of ash from the combustion of bituminous coal by large utility boilers. Due to the intermingling of material in the landfills, no further information is available concerning specific coal source or combustion conditions.

The samples as received by STET contained between 15% và 20% water as is typical for landfilled material. The samples also contained varying amounts of large >1/8 inch (~3 mm) material. To prepare the samples for carbon separation, the large debris was removed by screening and the samples then dried and deagglomerated prior to carbon beneficiation. Various methods for drying/deagglomeration are being evaluated in order to optimize the overall process. A general process flow sheet is presented in Figure 3.

Con số 3: Process flow sheet

The properties of the prepared samples were well within the range of fly ash obtained directly from normal utility boilers. The most relevant properties for both the separator feeds and products are summarized in Table 2 cùng với sản phẩm thu hồi.

TÁCH CARBON

Carbon reduction trials using the STET triboelectric belt separator resulted in very good recovery of low LOI product. The interesting phenomena observed was the reversal of charging of the carbon discussed above. While this behavior has been observed previously by STET and other researchers, the mechanism that changes the relative work functions and thus contact charging behavior of the material is not understood. One suggested mechanism is the redistribution of soluble ions on the mineral and

following table summarizes the chemistry for samples from source B. Testing on source A material has not been completed.

Bàn 4: Ash Chemistry of low LOI ash.

Phát triển sức mạnh của một 20% substitution of the low LOI fly ash in a mortar containing 600 lb / yd3 showed the material derived from landfilled ash performed somewhat better than material from fresh production. Xem bảng 5 dưới đây.

Bàn 5: Compressive strength of mortar cubes.

KẾT LUẬN

Sau khi thích hợp scalping lớn vật liệu, sấy khô, và deagglomeration, Fly ash hồi phục từ thực vật Tiện ích bãi rác có thể được giảm trong carbon nội dung bằng cách sử dụng phân cách thương mại hóa triboelectric đai STET. The efficiency of the STET system is essentially equivalent for ashes obtained freshly from boiler operations and dried landfilled material. The separator product is suitable for use in concrete production without further beneficiation with nearly identical performance properties. 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. Ngoài ra, 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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]Sản phẩm Mỹ than tro than đốt và số liệu thống kê sử dụng: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]ST internal report, Tháng tám 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Ban, H., Neathery, J.K., and Stencel, J.M. Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash, Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, Có thể 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

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

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

Word to PDF Converter Converted By BCLTechnologies