减少燃烧灰碳含量的方法和装置以及相关产品的制作方法

专利名称：减少燃烧灰碳含量的方法和装置以及相关产品的制作方法
背景技术：
本申请涉及减少硅质燃烧灰中碳含量的方法以及相关产品和相关装置。更具体地说，本发明涉及通过从燃烧粉煤灰或类似物质中除碳提高合成灰的凝硬特性的方法以及相关产品和相关装置。
众所周知，细硅质灰(特别是已经发现由煤燃烧产生的粉煤灰)具有广泛的商业用途，由于该灰的凝硬特性，它们可作为混凝土中波特兰水泥的替代物。为获得所需的凝硬特性，该应用中硅质灰的使用需要灰中的碳含量通常要低于6％重量，最好低于4％重量或更低。该需要是基于以下事实混合了高碳灰的混凝土性质会次于混合了低碳灰的混凝土性质，且当灰的碳含量增加到6％以上时，必需显著增加混合物中使用的水量和引气剂量。
众所周知，与燃煤发电厂和其它工业燃烧操作有关的更为严格的空气质量标准导致燃烧气体净化技术的设置与使用，这些技术涉及到燃烧炉，燃烧炉产生排放到大气的燃烧气体中的低含量氮氧化物(低NOX燃烧炉)。该燃烧炉的使用显著地增加了所得灰的碳含量，并改变了所得灰的性质和凝硬特性。这些新燃烧炉的应用显著减少了可利用的灰量，其中这些可用灰适于用作混凝土和成形建筑构件。
灰中碳粒的数量、尺寸和形状、以及裹入硅质颗粒内或与硅质颗粒牢固粘接的碳粒数量、灰中裹入碳粒内或与碳粒牢固粘接的硅质颗粒数量、以及灰中硅质颗粒的凝硬特性在灰与灰之间差别很大，这取决于煤的组成成分、燃烧中采用的燃烧参数和污染技术。给定灰中最适宜的除碳需要从灰中去除很大一部分自由碳粒、释放并去除一部分裹入或牢固粘接的碳粒、释放并保留裹入或牢固粘接的硅质颗粒、并使与碳一起被除去的硅质物质的量减到最低。
已经开发并商业化了用于去除粉煤灰中碳粒的许多方法和装置，其中包括基于碳燃烧的方法，基于通过机械、静电、重力、浮选方式及其结合去除碳粒的方法。
在美国专利5555821和5390611中公开了从粉煤灰中除碳的燃烧装置，它通过在空气和/或氧气的气氛中进行加热，使灰中大部分自由碳被热氧化，从而达到除碳目的。类似地，在美国专利5160539和5399194中公开了降低粉煤灰中碳含量的内容，它通过将粉煤灰/碳的混合物导入干气泡分离流化床，然后在足够使碳燃烧的温度下向其供气，由此达到除碳目的。尽管所有这些热力方法在降低粉煤灰的碳量上有效，但该方法能量消耗大，它包括昂贵的材料处理工序，并减少了从灰中回收任何碳值的可能性。
美国专利5797496中公开了一种基于灰中碳粒与硅颗粒的相对粒度从硅质灰中去除碳的机械装置，它涉及使粉煤灰混合物通过各种筛目大小的筛网，从而将较粗碳粒从较细硅质颗粒中分离出来。
由Groppo，J.G.、Brooks.S.M.、和Kricser(“通过空气分离优选粉煤灰”，SME年会，March，1995)公开了从硅质灰/碳混合物中除碳的重力分离装置，它涉及使混合物受到气流作用，其中较大的、不太致密的碳粒从较小的、比较致密的硅质颗粒中分离出来。美国专利3769054描述了另外的重力分离装置，它公开了为获得低碳部分和高碳部分而对粉煤灰/碳混合物进行气力分选并使高碳部分过筛的内容，美国专利5299692公开了一种分离方法，它基于在一倾斜面上振动粉煤灰/碳混合物，使轻的高碳部分升到混合物顶部，使重的低碳硅质部分沉降到混合物底部，同时使顶部混合物受到定向气流作用，该气流从混合物中除掉了高碳部分并将其收集到收集室中。在“日本材料研究协会论文集，Volume18A”(“通过研磨和空气分级分离粉煤灰中残留碳的实验”)中报道了粗粒粉煤灰部分中除碳的两级处理方法，该除碳处理是通过对燃烧灰进行初级气力分选完成的，该处理包括对来自初级气力分选步骤中的高碳粗粒部分进行第二步骤处理，在第二步骤中，使机械研磨以一定方式与气力分选结合，该方式可导致选择性地研磨粗粒部分中的自由碳粒，而不会减小粗粒部分中灰粒的粒度或影响其特征。
在美国专利4357234、4514289和4517078中公开了从粉煤灰/碳混合物中除碳的静电装置。通常，在这些方法的每一个中，通过使粉煤灰/碳混合物受到定向静电力的作用达到分离目的，静电力使较轻的、带电量较高的碳粒移动，其移动方向与较重的、带电量较低的硅质颗粒的移动方向不同，从而将物质分成高碳部分和低碳部分。另一个从粉煤灰中除碳的静电方法在美国专利4556481中公开了，该方法包括在将粉煤灰/碳混合物保持在流化态的同时，使流化的物质受到静电场作用，该静电场向带较高电量的碳粒施加离心力，使富含碳的部分移动，其移动方向与低碳硅质部分的移动方向不同。美国专利4115256公开了静电分离碳和硅质灰粒颗粒的内容，它包括使碳部分通过电离空气的横流以浓缩所述碳部分。
美国专利4121945中公开了通过浮选装置从粉煤灰中去除碳的装置，它包括初步筛选粉煤灰/碳混合物以去除粗颗粒，通过泡沫浮选从混合物中去除绝大部分碳以产生低碳的硅质部分，然后研磨低碳硅质部分以便进一步提高它的凝硬特性。美国专利4426282、5047145、和5227047描述了一种不包括初步粗筛的多步骤方法，其利用湿法浮选装置降低粉煤灰/碳混合物中的碳含量。
尽管可以使用前述所有方法从硅质粉煤灰中去除碳粒，但其所达到的效率和去除度以及所得低碳硅质部分的凝硬特性主要取决于原始灰的物理性质。此外，这些方法不能有效地回收裹入或牢固粘接到硅质灰粒上的碳或释放并保留结合了碳粒或与碳粒牢固粘接的硅质物质。
因此，就需要一种能率高的、有效的、经济的方法和装置，用以从细粉灰/碳混合物中去除并回收自由碳和结合碳，这提高了低碳部分和回收碳的产量，并提高了其凝硬特性，由此提高了硅质部分在混凝土、成形建筑构件和其它建筑材料中作为一种成分的应用。该方法和装置的有效性可显著提高处理后的灰作为混凝土添加剂的消费值和消费水平，并显著减少必需处理到填埋场中的灰体积。
发明概述本发明可满足上面所述的需要。本发明提供了一种高效的、节省成本的方法以降低燃烧灰/碳混合物中的碳含量，该方法从混合物中去除了大部分自由碳粒和结合碳粒，并提高了低碳硅质灰留作混凝土、成形建筑构件以及其它建筑材料组分的性能。为同时改变灰/混合物中所含碳粒和硅质颗粒的尺寸和形状、释放与硅质颗粒结合或与其粘接的碳粒、和/或释放与碳粒结合或与其粘接的硅质颗粒，更为可取的是通过粉碎灰/碳混合物并通过气流分选方式分离所得的碳粒和硅质颗粒完成除碳工作。更为可取的是，在一个装置中同时完成粉碎和颗粒分离，但也可以在一套设备或在两套或更多分离的设备中顺序地完成粉碎和分离。
本发明也包括一种用以降低包含硅质灰粒和碳粒的燃烧灰碳含量的装置。该装置包括粉碎装置，用以减小硅质灰粒和碳粒的粒度。该装置进一步包括分离装置，用以通过使粉碎的燃烧灰受到能将碳粒从硅质灰粒中分离出来的气流作用而将碳粒的粉碎部分从硅质灰粒中分离出来，从而获得降低了碳含量的燃烧灰。
本发明的一个目的是从灰/碳混合物中除碳，使其达到能增强其作为混凝土成分、成形建筑构件和其它建筑材料的混合物性质的水平。
本发明的另一个目的是从灰/碳混合物中分离出所希望数量的碳粒，同时使被一起分离出去的粉煤灰量最小。
本发明的另一个目的是使灰/碳混合物中的碳含量降低到低于6％重量，最好到为4％重量或更低。
本发明的另一个目的是利用商业可得的、经济的处理设备降低灰/碳混合物中的碳含量。
本发明的另一个目的是无需首先将混合物加入液体介质中就能从灰/碳混合物中除碳。
本发明的另一个目的是以提高所得产品的凝硬特性方式完成从灰/碳混合物中的除碳。
本发明的另一个目的是为获得降低了碳含量的燃烧灰而提供一种降低燃烧灰中碳含量的装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过采用降低了碳含量的水泥制造混凝土的方法。
通过下面对本发明的详细描述并参照附图使本发明的这些和其它目的更容易被理解。
附图简要说明


图1本发明一个实施方案的方框图，其中顺次执行粉碎和分离步骤。
图2使本发明一个实施方案的方框图，其中通过从灰混合物中除去粗颗粒进行顺次粉碎和分离过程。
图3A是本发明一个实施方案的垂直剖面示意图，其中同时进行粉碎和分离步骤。
图3B是表示图3A所示实施方案中粉碎装置的垂直横剖示意图。
图4是根据图3A和图3B所示实施方案的分选部件的示意图，该部件用于对灰的微粒组分进行分选和分离。
优选实施方案描述此处所用词句“灰”是指煤或其它硅质材料燃烧得到的固态产物。
此处所用术语“硅质灰”和“硅质颗粒”是指含氧化硅的灰和颗粒，这些灰和颗粒可以含或不含其它金属的氧化物，所述金属包括但不限于钙、铝、铁和铜。
此处所用术语“粉煤灰”是指灰的细颗粒，该细颗粒被气体燃烧产物从燃烧室带出，接着从其中分离出来。
此处所用术语“底灰”指灰粒，在燃烧过程中灰粒留在燃烧室中，接着从其中被清除出来。
此处所用术语“气力分选”应指为分离出灰中的各粒度级，可基于每类的粒度和/或密度使灰受到方向可控的空气或其它气体流作用，从而实现分选灰粒的目的。
此处所用术语“水泥”应指公知的水泥、或其它用于生产混凝土混合物和/或混凝土的适当粘合剂。
本发明通过将对含碳硅质灰的粉碎与对已粉碎灰混合物的气力分选结合起来，从而简化了原始灰混合物中所含碳粒与硅质颗粒的分离。为将碳粒和硅质颗粒的相对尺寸和形状的差别减到最小，可通过研磨灰所含的碳粒和硅质颗粒实现上述改进，由此确保分离主要是基于低密度碳粒和高密度硅质颗粒之间的密度差。可以多种方式实现该改进分离。
图1表示本发明的一个实施方案，其中次序地通过粉碎灰混合物2并将经粉碎的灰4分成高碳部分6和低碳部分8来降低含碳粒和硅质颗粒的燃烧灰混合物1中的碳含量。利用机械装置可实现灰的粉碎，这些机械装置包括但不限于球磨机、碾压机、锤磨机或其它能达到希望粉碎程度的机械装置；振动球磨机；和/或自体研磨机。完成粉碎后，利用例如干流化床分离机的气力分选装置、此前参照美国专利5299692描述的振动与定向气流的结合体、和或通过单级和多级气力分选器将理想的较低密度碳粒部分从较高密度的硅质颗粒中分离出来，其中单级或多级气力分选器例如Hosokawa Micron Power systems of Summit，New Jersey，U.S.A生产并销售的单轮、多轮分选器或类似分选器。
完成分离步骤4后，在再利用或处理前储备分离后的高碳部分6和低碳部分8。可选择的是，可通过对高碳部分6进行二次分离12获得提高高碳部分6的碳含量，并获得另外的低碳材料。类似地，可通过对低碳部分8进行二次分离12提高低碳部分8的值，并获得另外的高碳原料。利用此前提到的气力分选装置、泡沫浮选装置或任何适于进一步分离灰混合物初步回收所得粉碎与分选产物中的硅质和碳组分的装置进行这两部分的二次分离。
图2表示本发明的第二实施方案，其中为在灰的粉碎步骤2之前从灰混合物中去掉一部分最粗颗粒，将初步分离步骤14结合到
图1所示的处理步骤中。结合分离步骤14可减少粉碎步骤2所需的时间，并提高分离步骤4中从灰混合物的硅质颗粒中分离碳粒的效率和有效性。
优选的是，可通过借助于在一个操作中机械或自体研磨与空气或其它气流中已粉碎颗粒的尺寸分选相结合的方式同时进行粉碎和分离工作。最为优选的是，该同时进行的粉碎和分选包括灰的自体研磨。最好通过采用一种能在一套装备中结合对置的喷磨机粉碎和气力分选的装置完成该工作。完成该工作的装置是商业可得的，例如由Hosokawa Micron Powersystems of Summit，New Jersey，U.S.A和联营公司生产并销售的流体化喷磨机的MODEL 400 AFG系列。
图3A表示本发明的一个优选实施方案，其中灰混合物30被引入组合的研磨机/分选器单元32中，其中为从灰的硅质颗粒中分离并去掉大部分碳粒而将灰混合物的自体研磨与粉碎颗粒的空气或气力分选组合起来。组合研磨机/分选器32包括进料装置34，通过它灰混合物30可进入单元；两个或两个以上的喷嘴36，喷嘴可这样设置从每个喷嘴喷出的压缩空气或气体会聚在一个点38上，该点38基本上位于与每个喷嘴最内侧表面等距离的位置。研磨机/分选器32还包括后面所述类型的分选转子40，粉碎材料44的较细而又不太致密的颗粒41可通过该转子；收集通道42，当较细而又不太致密的颗粒41从所述研磨机/分选器中排出时它们就被输送过该收集通道；收集室46，粉碎灰中较粗而又比较致密的、不能通过分选转子40的颗粒48将被收集到其中，然后通过排出装置50排出。
图4详细描述了分选转子40，它基本上为圆柱形，并包括用多个叶片64连接的两个端面板60、62，叶片64基本上平行于所述圆柱转子的转动轴66并在圆周上相互间隔地设置，从而在每个叶片64之间形成间隔68。如图3A所示，当分选转子64围绕轴66转动时，间隔68使特定尺寸和密度的、较细且不太致密的颗粒41通过叶片64之间，然后使其通过细材料通道42从研磨机/分选器32中排出。
参照图3A和图4，当将空气用于自体研磨和颗粒分选与分离时，空气喷嘴36与向每个所述喷嘴提供压缩空气(未示出)的支管52相接。而支管52通过供气装置54与压缩空气源(未示出)相接。空气喷嘴36通常可这样构成和设置从喷嘴喷出空气的速度和动量产生一流型，该流型能将灰混合物30中的碳和硅质灰粒吹到每个喷嘴中心，在该中心处这些颗粒被加速到一定碰撞速度，该速度是当所述颗粒在空气喷嘴会聚点38的总区域处彼此碰撞而实现一定程度的颗粒粉碎所需的。从所述会聚点开始，由位于研磨机/分选器单元32底部的空气喷嘴喷出的压缩空气与通过分选转子40并由所述单元上部的原料通道42排出的低压空气之间的压力差产生向上流动的空气流，该空气流将粉碎原料44的较细和/或不太致密的颗粒41向上带向分选转子40。能通过分选转子40的叶片64间间隔的细而不太致密颗粒41的尺寸取决于所述转子的转速、间隔68的尺寸、较细而又不太致密颗粒41的向上动量，而该动量受到所述细粉碎颗粒的粒度和密度以及向上流动的气流速度的控制。通过间隔68进入分选转子40的颗粒通过材料收集通道42从研磨机/分选器中排出。没有足够动量通过间隔68的颗粒由于重力作用沉降到前述较低的自体研磨区域，在此它们被再次夹带在喷嘴36排出的压缩空气流中，然后重复粉碎过程，直至达到碳混合物30中碳和硅质灰粒的理想粉碎和分离程度。
空气喷嘴36排出的压缩空气流速度可在很大程度上控制自体研磨过程中所达到的粉碎程度，而压缩空气流速度是由包括长度、空气通道直径的喷嘴结构、通过供气支管52向所述喷嘴供气的压力、采用喷嘴的数量、以及喷嘴间相对彼此的方位所控制的。对于特定尺寸和密度的颗粒，所采用的空气喷嘴36数目约大，提供给所述喷嘴的气压越高，则会聚点38附近颗粒相互间碰撞的速度越大，且所获得的颗粒粉碎程度越高。对于在与前述Hosokawa Model 400 AFG Fluidized Jet Mill类似的自体研磨设备中进行粉碎的商业粉煤灰混合物，已经确定的是，至少采用三个直径都在6毫米到10毫米之间的空气喷嘴36且使气压大于20psi可达到令人满意的粉碎效果。优选的是，采用3到12个喷嘴，每个喷嘴的空气通道直径在6到10毫米之间，且使气压在每平方英寸45磅到70磅之间。为获得对特定灰的理想粉碎而采用的最佳喷嘴数目和气压通常决定于研磨机/分选器32的尺寸和形状、灰粒的尺寸分布和密度、喷嘴空气通道的直径、喷嘴长度、以及喷嘴间相对彼此的方位。空气喷嘴36可呈放射状地设置在水平面上，或设置在转动小于90度而换成与水平有一定角度的平面上。在某些实施例中，通过在中心设置至少一个垂直向上的空气喷嘴，使从所述喷嘴喷出的喷射气流与会聚点38上从水平定位喷嘴或成一定角度定位喷嘴喷出的喷射气流交叉，由此可增强灰混合物30中颗粒的粉碎效果。
为获得通过分选转子40的间隔68所需的向上动量，利用所述分选转子的转速、所述较细而又不太致密颗粒的粒度和密度、以及已粉碎材料44悬浮在其中的向上流动气流的速度来控制已粉碎材料44的较细并不太致密颗粒41的能力。分选转子40的转速越高，所述较细而又不太致密的颗粒41通过间隔68和从研磨机/分选器32中排出所需的动量越大。因此，在任何给定的一组操作条件下，提高分选转子40的转速会减少能通过所述转子中间隔68的较细而又不太致密颗粒41的尺寸和/或密度，而降低转速会通过材料收集通道42从系统中去掉较大颗粒和较高密度的颗粒。
当采用类似于前述Hosokawa Model 400 AFG Fluidized Jet Mill的自体研磨设备时，可以确定的是，通过使分选转子40以能从粉碎材料44中去掉所希望尺寸和密度颗粒的速度转动可实现对灰混合物30低密富碳部分的最佳去除。优选的是，分选转子40以2000rpm到6000rpm的速度转动，特别优选为以3000rpm到5000rpm的速度转动。当采用较小自体研磨设备(其采用的分选转子比所述Model 400 AFG所采用的分选转子小)时，必需提高转子速度以达到满意的分离。对于与Hosokawa Model400 AFG Fluidized Jet Mill类似的较小喷磨机，典型的分选器转子速度为20000到25000rpm。
进一步可以确定的是，通过两级分选前述向上流动气流中悬浮的粉碎材料44颗粒可显著减少为达到从粉煤灰混合物30中去掉碳的理想程度所需的时间。在本发明的该实施方案中，为限制能通过所述转子中间隔68的粉碎材料44的较细而又不太致密颗粒41的量，开始时分选转子40以相对较高的速度转动，由此使大多数所述较细而又不太致密的材料由于重力影响下落到研磨机/分选器32底部的粉碎区域内，在该粉碎区域内所述较细而又不太致密的颗粒受到进一步自体研磨。该较细而又不太致密颗粒41的补充粉碎导致更快速地获得粉碎混合灰中粒度更为均匀的碳粒和硅质灰粒。一获得所述粉碎灰混合物中理想的粒度分布，就减小分选转子40的转速。该速度减小降低了较细而且不太致密的颗粒41被研磨机/分选器32上部气流向上携带以通过所述转子间隔68所需的动量，而这加速了从细粉碎材料混合物44中去掉较细而又不太致密颗粒的速度，也促进了从所述细粉碎材料的较高密度的硅质颗粒中去掉较低密度的碳粒。还可以确定的是，当将前述的Hosokawa Model 400 AFG FluidizedJet Mill用于该两级分选时，可利用开始为5500rpm到6000rpm范围的高转速、接着最好在3000rpm到5000rpm范围的低速实现显著缩短粉碎时间的目的。为获得理想程度的粉碎与分离而利用的分选转子最佳40高转速和低转速取决于所述转子的外径和其中转子叶片64间间隔68的尺寸，所述高转速和低转速的设置必需基于被磨细的灰混合物30的性质和所采用的研磨与分离设备的类型。
提高通过喷嘴36的压缩空气或气体的温度可进一步减少获得理想粉碎与分离程度所需的时间。在本发明的该实施方案中，优选的是，所述压缩空气或气体的温度至少为70摄氏度(158华氏度)，更为优选的是将温度维持在100摄氏度(212华氏度)到200摄氏度(392华氏度)之间。
可进一步发现，也可以通过在灰受到同时进行的粉碎与气力分选前从燃烧灰中去掉更多粗颗粒来减少为达到灰混合物中碳和硅质灰粒的理想粉碎与分离所需的时间。为减少粉碎颗粒的粉碎与分离所需时间，要被去掉的颗粒大小取决于燃烧灰的粒度分布和性质。可通过筛选、静电、干流化床分离、离心分离、或任何其它为本领域技术人员所公知的装置去掉这些粗颗粒。为减少粉碎与分离所需的时间，被前述任何装置去除的最小粒度约为73微米(200目)。
虽然为了方便起见上述讨论和说明是参照在一个装置中同时进行自体研磨与气力分选进行的，但本领域技术人员可以理解的是，也可以采用每个操作的专用设备借助于顺序进行的自体研磨与气力分选实现本发明。
虽然为了方便起见上述讨论和说明是参照从粉煤灰混合物中去除碳粒进行的，但本领域技术人员可以理解的是，本发明也可用于从底灰混合物中粉碎并分离碳粒，并提高它的凝硬特性。
以下实施例提供了采用本发明方法的列举优选实施方式。
实施例1该实施例表明通过粉碎与气力分选的结合获得满意的燃烧粉煤灰除碳，处理后灰中总碳量可降低到6％(6％LOI)以下，这是根据标准ASTM的烧失量法测得的，该含量是使处理灰适于用在混凝土和其它建筑产品中所需的水平。
在实施例中使用的粉煤灰为商业发电厂中煤燃烧产生的代表性灰样。利用标准烧失量分析法测得所产灰的总碳量为8.5％LOI。
在该实施例中，通过球磨机对5个重2.2磅(1公斤)的灰样进行机械粉碎。然后通过掺合方式使样品混合，并从掺合的材料中采集0.23磅(0.1公斤)样品，利用由Alpine Aktiengelleschaft(Hosokawa Micron集团公司的分公司)商业化生产的Alpine Model 50 ATP气力分选机通过气力分选方式将该样品分成高碳组分和低碳组分。球磨机直径为8英寸(8”D)，长为9.5英寸(9”L)，其以每分钟35转(35rpm)的速度研磨30分钟。利用轮转速为22000rpm、气压约为3.6毫巴(0.05psi)的气力分选器气力分选5分钟。
一完成分选步骤，就通过标准烧失量分析法确定完成分选步骤后留在分选器内较粗而又较致密的粉碎灰的碳含量。表明所述较粗而又较致密部分(该部分意欲作为适合用在混凝土和其它建筑构件中的低碳部分)碳含量的该分析结果降低到总量的3.0％LOI。
该实施例清楚地表明，通过利用机械粉碎与气力分选的组合，可将燃烧粉煤灰的碳含量降低到最大不超过6％LOI的水平，优选为4％LOI的水平，该水平是将处理灰用作混凝土、成形建筑构件、以及其它建筑材料中的组分所需的。
实施例2该实施例表明，通过自体粉碎与同时进行的气力分选的组合可令人满意地实现从煤燃烧粉煤灰中除碳，并且经依照标准ASTM烧失量法测定，处理灰中的总碳量降低到低于6％(6％LOI)，该水平是处理灰适于用在混凝土和其它建筑构件中所需的。
该实施例中使用的粉煤灰与实施例1中使用的商业发电厂煤燃烧灰的代表性样品相同。通过标准烧失量分析法测定，该生成灰的总碳量为8.5％LOI。
在该实施例中，利用商业可得的Alpine aktiengelleschaft(Hosokawa Micron集团公司的分公司)生产的Alpine Model 100 AFG空气喷磨机通过自体研磨对0.39磅(0.175公斤)的生成灰进行粉碎，同时，为将经粉碎的灰分成高碳部分和低碳部分而通过气力分选对其进行分离。前述喷磨机设有三个2.5毫米的空气喷射气嘴。利用40psi的气压完成粉碎，并利用22000rpm的分选转速完成气力分选。同时进行的自体研磨和气力分选执行5分钟。
一完成同时进行的粉碎和分选，就利用标准烧失量分析法确定操作过程中留在喷气研磨机内的较粗而又较致密的粉碎灰混合物部分的碳含量和从分选器中去掉的较细而又不太致密部分的碳含量。该些表示所述较粗而又较致密部分(该部分意欲作为适合用于混凝土和它建筑产品的低碳部分)的碳含量的分析结果已经降低到总量的5.2％LOI，而较细而又不太致密部分的碳含量已经升高到总量的19.4％LOI。
该实施例清楚地表明，通过利用同时进行的自体粉碎与气力分选，煤燃烧粉煤灰的碳含量被降低到最大不超过6％LOI的水平，该水平是将处理灰用作混凝土、成形建筑构件、已经其它建筑材料中的组分所需的。
实施例3该实施例表示提高标准空气喷磨机中用于自体研磨的空气温度可减少从受到同时进行的自体研磨粉碎和气力分选的煤燃烧粉煤灰中令人满意地除碳所需的粉碎/分选时间。该实施例进一步表明处理灰中的总碳量可降低到低于6％(6％LOI)，该结果是依据标准ASTM烧失量法测量得到的，该水平是使处理灰适于用在混凝土和其它建筑构件中所需的。
该实施例中所用粉煤灰是商业化发电厂的煤燃烧灰，其总碳量为12.3％LOI，该结果是通过标准烧失量分析法确定的。灰要经受两个加工周期，这两个加工周期区别仅在于进入单元的空气温度不同。利用商业可得的Hosokawa Model 400 AFG流化喷磨机、并利用45psi的气压和5500rpm的分选器轮转速完成这两个周期。利用温度为70°F(21℃)的空气实施第一所述周期，利用温度为295°F(146℃)的空气实施所述第二周期。在每个空气温度条件下在10分钟和20分钟后取出留在喷磨机内较粗而又较致密的低碳部分的粉碎灰样品(即适于用作各种建筑产品组分的部分)。
表1中出示了上述测试的结果，这些结果表示70°F(21℃)条件下进行10分钟处理的粉碎灰低碳部分的碳含量为7.2％，而295°F(146℃)条件下进行10分钟处理的同种灰的碳含量为5.7％。类似地，70°F(21℃)条件下进行20分钟处理的粉碎灰低碳部分的碳含量为5.2％，而295°F(146℃)条件下进行10分钟处理的同种灰的碳含量为3.6％。
表1处理时间70°F(21℃)条件下295°F(146℃)条件下处理的灰的碳含量 处理的灰的碳含量10分钟 7.2％LOI 5.7％LOI20分钟 5.2％LOI 3.6％LOI表1所示结果清楚地表明，通过提高用于粉碎与分选的空气温度可降低获得处理煤燃烧粉煤灰中理想碳含量所需的时间。
虽然已经公知了许多混凝土配方，但对大多数混凝土通用的配方是水泥或粘合剂、水、和骨料。一个适当配方是24.2重量百分比的砂子，59.2重量百分比的粗骨料，5.5重量百分比的水，9.4重量百分比的水泥，和1.7重量百分比的灰。
虽然为简化说明已经依据利用空气作为粉碎灰/碳混合物中硅质灰和碳的自体研磨和从中去除碳粒使用的气体介质，但可以理解的是也可以利用以类似方式实施的其它气体实现本发明。
虽然为简化说明已经依据利用特定形式的机械粉碎来减小灰/碳混合物中硅质颗粒和碳粒的尺寸，但可以理解的是，也可以利用其它形式的机械粉碎方式实施本发明。
虽然为简化说明已经依据在实施本发明时采用一个粉碎与颗粒分选步骤，但可以理解的是，也可以采用多个粉碎和分选步骤实施本发明。
虽然为简化说明已经依据了特定构造型式与尺寸的设备，但可以理解的是，也可以利用其它构造型式和尺寸的设备实施本发明。
虽然为简化说明已经依据利用特定的气压、速度和温度，但可以理解的是，也可以利用其它气压、速度和温度实施本发明。
然而在此仅为说明目的描述了本发明的特定实施方案，显然，本领域的那些技术人员可作出多种细节变化，但这不会脱离由所附加的权利要求阐明的本发明的范围。
权利要求
1.一种降低包含硅质灰粒和碳粒的燃烧灰碳含量的方法，它包括对所述燃烧灰进行粉碎，以减少所述硅质灰粒和所述碳粒的粒度；以及通过使经粉碎的燃烧灰受到能从所述硅质灰粒中分离出一部分所述碳粒的气流作用从而从所述燃烧灰中分离出所述部分的所述碳粒，以获得降低了碳含量的所述燃烧灰。
2.根据权利要求1的方法，它包括通过自体研磨对所述燃烧灰实施所述粉碎。
3.根据权利要求1的方法，它包括通过采用机械研磨装置向所述燃烧灰实施所述粉碎。
4.根据权利要求1的方法，它包括在单一壳体中对所述燃烧灰实施所述粉碎并实施对所述部分的所述碳粒的所述分离作用。
5.根据权利要求1的方法，它包括采用通过煤燃烧产生的灰作为所述燃烧灰。
6.根据权利要求1的方法，它包括对所述燃烧灰实施所述粉碎作用，以产生通常与所述碳粒尺寸近似的所述硅质灰粒。
7.根据权利要求6的方法，它包括根据所述硅质灰粒与所述碳粒之间的密度差对所述碳粒的所述部分进行所述分离。
8.根据权利要求1的方法，它包括在进行所述燃烧灰的所述粉碎前从所述燃烧灰中分离出不能粉碎的碳粒。
9.根据权利要求1的方法，其中所述气体为空气。
10.根据权利要求1的方法，其中所述气体被加热。
11.根据权利要求1的方法，它包括产生所述的降低了碳含量的燃烧灰，该燃烧灰的碳含量约低于燃烧灰重量的百分之六。
12.根据权利要求1的方法，它包括产生所述的降低了碳含量的燃烧灰，该燃烧灰的碳含量约低于燃烧灰重量的百分之四。
13.一种制造混凝土混合物的方法，它包括对含有硅质灰粒和碳粒的燃烧灰进行粉碎，以减小硅质灰粒和所述碳粒的粒度；通过使经粉碎的燃烧灰受到能将一部分碳粒从硅质灰粒中分离出来的气流作用从而从燃烧灰中分离出所述部分的所述碳粒，以获得降低了碳含量的所述燃烧灰；以及将降低了碳含量的所述燃烧灰掺合骨料和水泥以制得混凝土混合物。
14.根据权利要求13的方法，它包括通过自体研磨对所述燃烧灰实施所述粉碎。
15.根据权利要求13的方法，它包括通过采用机械研磨装置对所述燃烧灰实施所述粉碎。
16.根据权利要求13的方法，它包括在单一壳体中对所述燃烧灰实施所述粉碎和对所述碳粒的所述部分实施所述分离。
17.根据权利要求13的方法，它包括采用煤燃烧产生的灰作为所述燃烧灰。
18.根据权利要求13的方法，它包括对所述燃烧灰实施所述粉碎，以产生通常与所述碳粒尺寸近似的所述硅质灰粒。
19.根据权利要求18的方法，它包括根据所述硅质灰粒与所述碳粒之间的密度差对所述碳粒的所述部分实施所述分离。
20.根据权利要求13的方法，它包括产生所述降低了碳含量的燃烧灰，该燃烧灰的碳含量约低于燃烧灰重量的百分之六。
21.根据权利要求13的方法，它包括产生所述降低了碳含量的燃烧灰，该燃烧灰的碳含量约低于燃烧灰重量的百分之四。
22.根据权利要求13的方法，它包括向所述混凝土混合物加水并将其与水混合以制得混凝土。
23.一种装置，用于降低包含硅质灰粒和碳粒的燃烧灰碳含量，以获得降低了碳含量的灰组分，它包括粉碎装置，用以减小硅质灰粒和所述碳粒的粒度；以及分离装置，用以通过使经粉碎的燃烧灰受到能将所述一部分所述碳粒从所述硅质灰粒中分离出来的气流作用从而从硅质灰粒中分离出所述部分的所述碳粒。
24.根据权利要求23的装置，其中所述粉碎装置包括自体研磨装置。
25.根据权利要求24的装置，其中所述分离装置包括分选转子。
26.根据权利要求25的装置，其中所述分选转子基于硅质灰粒与碳粒之间的密度差分离出所述碳粒的所述部分。
27.根据权利要求26的装置，其中所述分选转子以第一运行速度和第二运行速度旋转，所述第一运行速度比所述第二运行速度高，所述第二运行速度与第一运行速度相比能使更多数量的所述已粉碎的所述碳粒通过所述分选转子。
28.根据权利要求23的装置，其中所述粉碎装置包括机械研磨装置。
29.根据权利要求23的装置，其中所述燃烧灰是由煤燃烧产生的。
全文摘要
一种降低包含硅质灰粒和碳粒的燃烧灰碳含量的方法，它包括通过对燃烧灰进行粉碎以减小硅质灰粒和碳粒的粒度，然后通过使经粉碎的灰受到能从硅质灰粒中分离出碳粒的气流作用从而从硅质灰粒中分离出一部分碳粒。最好在单一壳体中通过采用自体研磨实施颗粒粉碎并采用分选转子基于硅质灰粒与碳粒之间的密度差分离出碳粒的粉碎部分实施该方法。也提供了一种采用所获得的降低了碳含量的燃烧灰制造混凝土混合物的方法。也提供了一种降低燃烧灰碳含量的装置。
文档编号B02C17/00GK1630559SQ99816173
公开日2005年6月22日 申请日期1999年12月28日 优先权日1999年12月28日
发明者C·J·科辛斯基 申请人:匹兹堡矿物及环境技术公司