活性碳污染的飞灰的处理的制作方法
【专利说明】活性碳污染的飞灰的处理
[0001]相关申请
[0002]本申请根据专利法要求2013年3月4日提交的美国申请序号13/815，448的权益，所述申请的内容通过引用并入本文中。
发明领域
[0003]本发明涉及活性碳污染的活化飞灰的处理，且更特定地讲，涉及中和的碳污染的飞灰在混凝土生产中的用途。
[0004]发明背景
[0005]如在2012年10月9日由W.Clinton Pike提交并通过引用并入本文中的题为Process for Treating Fly Ash and a Rotary Mill Therefore (用于处理飞灰的方法及因此的旋转式研磨机)的美国专利申请13/647，838中所述，已经利用活化的飞灰替代在混凝土生产中差不多50-80重量％的波特兰水泥(Portland cement)。为了能够活化飞灰，利用专用的旋转式研磨机，其共同粉磨飞灰与钙添加剂以扩大飞灰的表面积，从而将其活化，因此其可用以替代在混凝土生产中的波特兰水泥。
[0006]上述方法在高强度混凝土的生产方面格外成功，且因此，在这类应用中，飞灰或火山灰提供波特兰水泥的极其廉价的替换物。
[0007]众所周知，为了使混凝土可在温度从冷冻到融化振荡的国家地区中使用，重要的是使在混合物中的引气超过4%。当温度达到冰点之下时以及当存在冷冻/融化循环时，弓丨气防止混凝土开裂。
[0008]然而，已经发现，当注入活性碳以从发电厂的烟气中除去汞时，产生的火山灰或飞灰被一定量的所述注入活性碳(ACI)污染。当试图活化在所述过程中被活性碳污染的飞灰时，发生引气由于引气混合物与ACI的反应而降到接近零的情况。
[0009]当使用上述飞灰活化方法或任何其它方法时，结果是，在不大量使用表面活性剂情况下，活性碳污染的飞灰不能用于制造适合在冷冻/融化区中使用的混凝土，大量使用表面活性剂可导致用量过多或毁坏混凝土的混合料变化。
[0010]所述活性碳问题通过由于环境关注带来的对于使用ACI来处理燃煤发电站的烟气的需求增加而加剧，这些环境关注要求从烟气中除去汞，所述烟气从发电厂烟囱进入大气中。所述用量增加的结果是与现在到位的降低发电厂排放的汞污染的环境标准的顺应性增加。因此，重要的是能够中和火山灰或飞灰被活性碳污染的效应，从而允许其持续有益的再次使用。
[0011]更特定地，将ACI注入来自燃煤锅炉的烟气流中，其中碳与汞反应并从烟气中捕集汞。已经显示所述类型的烟气处理有效捕集所有形式的汞。然而，汞一旦被活性碳捕集，活性碳就流到静电沉淀器(或袋滤室)，在其中活性碳与飞灰掺合，使得活性碳也被静电沉淀器或其它细粒收集系统捕集。在任何情况下，活性碳最后都处于飞灰中，且结果活性碳变成飞灰的一部分。
[0012]应注意，活性碳或ACI是非常活跃的材料。其反应性通常是由煤炭不完全燃烧产生的碳的十倍，且因此是强力的氧化剂。
[0013]另外，如上所述，当活化的飞灰作为部分替代与普通波特兰水泥混合时，其在制造混凝土时带来许多有益的性质。这些有益性质中的几个是混凝土的可渗透性较低，这意味着混凝土更持久，对于火山灰，其使得长期强度比单独波特兰水泥大；和具有较低水:水泥比的湿混凝土的流动性较好且拌好的混凝土的流动坍落度较低，这意味着在相同水含量下坍落度较高。
[0014]所有这些性质都有益于最终混凝土，并且由于氢氧化钙减少而使其成为具有较好耐化学能力的良好工程材料，所述氢氧化钙随着飞灰火山灰的波特兰水泥在本质上与CaOH反应以形成火山灰水泥的废物反应而释放。并且活化火山灰或飞灰硅质部分反应以形成火山灰水泥。
[0015]然而，使用活性碳污染的飞灰，破坏使用正常或升高剂量水平的引气化学剂引气的能力。
[0016]作为另外的背景，美国每年使用约I亿吨普通波特兰水泥且在例如混凝土的粘结材料中使用约0.25亿吨飞灰。混凝土是现今人类使用的最大量的建筑产品材料。其用于几乎每一种结构中，构造所述结构且其被不断地调节以改进其质量。
[0017]随时间已经纠正的一方面是与混凝土有关的冷冻/融化问题。
[0018]据确定，当经受冷冻温度且随后让解冻时，可在混凝土中引入空气且因此消除混凝土崩裂的问题。在冷冻/融化可为每日或每周一次的事件的区域，最初仅用原始波特兰水泥铺路的许多混凝土尚速公路完全分裂开。
[0019]随着引气剂(AEA)的出现，这些表面活性剂允许将在混凝土混合料上形成的微泡受控地增加，因此允许发生混凝土的膨胀和收缩。结果是避免混凝土的完全断裂。因此，所有的现代混凝土都用引气化学剂处理以形成保护性气泡。
[0020]现在已经发现引气的量应该超过4%，但小于6%。
[0021]因此，近来日益明显的是活性碳污染的飞灰由于活性碳的高度反应性而导致引气无法满足需要。已经发现，活性碳可完全吸收用以在混凝土生产中产生安全量的空气的引气剂。
[0022]为了对抗活性碳的反应性，在一些情况下，已经尝试增加引气剂的剂量以抵消活性碳。为了提供4%引气，引气剂的增加剂量现在需要8-lOounce/cwt，使得几乎不可能不使混凝土用量过多，这产生超过6重量％的引气。应注意，所述用量过度导致强度问题。此夕卜，过量空气产生渗透率问题和大量的其它问题。
[0023]在努力从飞灰中除去活性碳的过程中，已经提议通过燃烧来消除碳。这可完全地除去碳并因此产生没有任何关于引气的问题的火山灰飞灰。所述方法非常昂贵且需要大面积来加工和燃烧碳，并且所述方法由于在飞灰达到燃烧碳的温度时导致的烧结而给出在飞灰方面随之而来的问题。
[0024]例如Separat1n Technologies和JTM工业的其它公司使用静电分离来由于碳的正电荷而消除碳。使用正电荷，通过推动碳离开飞灰而除去大部分活性碳。所述方法可除去大部分、但不是全部的碳，并且其对大气湿度条件非常敏感。因此，在与静电分离相关的生产能力方面存在限制。
[0025]如上所提，另外已经使用表面活性剂或碘源化学剂以附着到碳表面，并因此降低其影响引气的能力。在一种方法中，这些表面活性剂利用雾化的雾在转移点施用到飞灰本身。考虑到通常在发电站处施用所述处理时飞灰的性质，结果是飞灰被处理且随后储存在槽车中以将其输运到另一储存箱。结果是飞灰被处理若干次。注意，每次通常气动地处理飞灰，其在转移期间受到影响并且容易破坏已经表面处理过的活性碳。在所述破坏下，产生再次影响引气的新暴露的活性碳表面。此外，因为不能精确地预测实时碳注入或未燃碳的形成，所以表面活性剂的剂量不可能是准确的。
[0026]不幸的结果是用量过多，这导致在混凝土中的引气的巨大变化，因为由于用量过多带来的未反应的表面活性剂将导致形成太多的空气。混凝土生产者的噩梦是，在整车货物与整车货物之间，空气百分数在符合规格和超出规格之间显著地摇摆，使得必须废弃大量的混凝土。
[0027]因此，存在对于从飞灰或火山灰中除去活性碳或中和活性碳，从而可准确地控制引气的百分数的良好方法的需要。
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[0029]在本发明中为了中和污染飞灰的活性碳，将污染的飞灰在与用以活化所述飞灰相同类型的旋转式研磨机中预处理。所述预处理步骤包括在臭氧存在下研磨未加工的污染的飞灰。
[0030]在粉磨过程期间，所述活性碳颗粒被所述臭氧中和，同时相对于典型的粉磨系统，ACI的表面积经持续时间经受强烈的表