обогащение золы угля озоном

обогащение золы угля озоном: Обзор

Обогащение угольной золы (CFA) использование озона представляет собой передовой метод окислительной обработки, направленный на улучшение свойств материала для более дорогостоящих применений.. В первую очередь, этот процесс направлен на удаление несгоревшего углерода (потери при зажигании, ЛОИ), что является основным препятствием для использования CFA в строительных материалах, таких как бетон.. Озон (О₃), мощный окислитель, избирательно реагирует с остаточными частицами углерода на поверхности золы и разлагает их без существенного изменения инертных минеральных фаз.. Эта обработка улучшает пуццолановую активность., снижает потребность в воздухововлекающих добавках в бетоне, и увеличивает белизну пепла, что делает его пригодным для более чувствительных приложений. В этой статье описан механизм процесса., представляет сравнительные данные, обсуждает реальный практический пример, и отвечает на общие вопросы, касающиеся этой технологии.

Механизм процесса и сравнительные преимущества

При сжигании угля, часть углерода может сгореть не полностью, остающиеся в летучей золе в виде пористых частиц. Высокий LOI отрицательно влияет на характеристики бетона, адсорбируя химические добавки и воду.. Озоновое обогащение обычно происходит при температуре окружающей среды или слегка повышенных температурах.. Реакция газ-твердое тело включает диффузию озона в пористую углеродную структуру., окисляя его до CO и CO₂.

Ключевое преимущество перед традиционными методами (например, термическое или электростатическое разделение) это его селективность и меньший энергетический след. Термическое сжигание может спекать частицы золы., снижение реактивности, в то время как электростатическое разделение имеет ограничения по эффективности при работе с мелкими частицами.

стол 1: Сравнение методов обогащения летучей золы
| Метод | принцип | Ключевое преимущество | Ключевое ограничение | Типичное снижение LOI |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| Озоновая обработка | Химическое окисление углерода O₃ | Очень избирательный; сохраняет реакционную способность золы; условия окружающей среды | Стоимость производства озона; кинетика реакции | от 5-8% к <1-2% |
| Термическая обработка | Горение углерода в воздухе при ~500-800°С. | Высокая эффективность удаления углерода | Может снизить пуццолановую активность; высокое энергопотребление | Может достичь <0.5% |
| Электростатическая сепарация| Дифференциальная загрузка углерода/минералов | Сухой процесс; никаких химикатов | Низкая эффективность для очень мелкой золы; чувствителен к влаге | Переменная, часто частичный |

Практический пример применения

Заметная реализация этой технологии была продемонстрирована в рамках совместного проекта исследователей из Центра прикладных энергетических исследований Университета Кентукки. (ПАДАТЬ) и промышленные партнеры в начале 2000-х годов. Они разработали и протестировали пилотную систему непрерывного действия для озонирования летучей золы..

• Контекст: Электростанция производила летучую золу с переменным LOI. (начиная от 5% к 8%), превышение предела спецификации ASTM C618 для пуццолана класса F (6% максимум для некоторых приложений). Это сделало значительную часть золы непригодной для продажи бетонной промышленности..
• Процесс: Пилотная система состояла из реактора с псевдоожиженным слоем, в котором летучая зола контактировала с потоком озона и воздуха. (~3-5% O₃ по весу). Время пребывания было оптимизировано до нескольких минут..
• Результаты: Лечение последовательно снижало LOI до уровня ниже 2%. Испытания бетона с озонированной золой показали нормализацию потребности в воздухововлекающих добавках и улучшение прочности на сжатие по сравнению со смесями с необработанной высокоуглеродистой золой.. Этот процесс оказался технически осуществимым для переработки некондиционной золы в продукт премиум-класса..
• Исход: Хотя технически успешен, полномасштабная экономическая жизнеспособность была поставлена ​​​​под сомнение из-за капитальных и эксплуатационных затрат на производство озона на месте по сравнению с рыночными ценами на летучую золу в то время. Этот случай остается подтвержденным доказательством концепции, подчеркивая, что экономическая целесообразность тесно связана с требованиями и правилами регионального рынка.

Часто задаваемые вопросы (Часто задаваемые вопросы)

1. Влияет ли озонирование на другие важные свойства летучей золы, помимо содержания углерода??
   Исследования показывают, что действие озона в первую очередь избирательно в отношении окисления углерода.. Стекловидные силикатные и алюмосиликатные сферы, ответственные за пуццолановую активность, остаются практически нетронутыми.. Фактически, путем удаления углеродного покрытия, препятствующего взаимодействию воды, тот Эффективный пуццолановая реакционная способность часто увеличивается. Основной элементный состав (И, Ал, Фе) неизменен.

2. Каковы основные экономические барьеры на пути широкого внедрения этой технологии??
   Основным барьером является ценовая конкурентоспособность.. Производство озона требует значительного количества электроэнергии. (~10-20 кВтч/кг O₃). Для больших объемов, низкорентабельные товары, такие как летучая зола, используемая в бетоне, эти эксплуатационные затраты должны быть оправданы существенной надбавкой к цене за обогащенную золу или предотвращением затрат на сборы за захоронение отходов.. Экономическая рентабельность повышается там, где затраты на утилизацию высокоуглеродистой золы высоки или рынки требуют золы с очень низким коэффициентом возврата инвестиций..

3. Может ли обработка озоном удалить другие загрязняющие вещества из летучей золы?, например, ртуть?
   Некоторые исследования показали вторичную выгоду. Окисленная ртуть (Hg²⁺) виды, адсорбированные летучей золой, более растворимы и потенциально легче вымываются на последующем этапе выщелачивания, чем элементарная ртуть. (Ртуть⁰). Хотя это и не основная функция, обработка озоном потенциально может способствовать стратегиям контроля множества загрязнителей за счет стабилизации или модификации микроэлементов металлов..

4. Существует ли риск образования вредных побочных продуктов при озонировании??
   Основными продуктами реакции являются газообразный CO и CO₂ в результате окисления углерода.. В контролируемых условиях, типичных для данного применения. (реакция сухого газа и твердого тела), имеется минимальное количество данных, свидетельствующих об образовании регулируемых опасных побочных продуктов, таких как диоксины. (требующие определенных источников хлора и температурного режима). Технологические выхлопы в основном будут состоять из обедненного кислорода/озона и CO/CO₂..

5. Как озонированная зола действует при синтезе геополимеров по сравнению с необработанной золой?
   Для геополимеров (альтернативных связующих, активируемых растворами щелочей) высокое содержание углерода также может мешать, поглощая щелочные активаторы и нарушая формирование микроструктуры.. Ранние исследования показывают, что озонированная низкоуглеродистая зола демонстрирует более стабильную реакционную способность и позволяет лучше контролировать время схватывания геополимера и механические свойства благодаря более однородному химическому составу поверхности..

В заключение, Озоновое обогащение представляет собой научно обоснованный метод очистки угольной золы посредством селективного обезуглероживания. Его коммерческое внедрение зависит от оптимизации энергоэффективности в конкретных местных экономических условиях, связанных с утилизацией отходов производства электроэнергии.