活性碳污染的飞灰的处理的制作方法
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。
[0028]发曰月概沐
[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 面处理。当将所得飞灰用作用于与上述方法相关的飞灰活化的起始材料时，使用由大多数混凝土化学混合物公司(most all concretechemical admixtures companies)制造的典型引气化学剂在对于没有ACI污染的飞灰混合料通常使用的剂量水平下产生具有大于4%引气的混凝土。
[0031]注意，用于所述臭氧处理的所述类型的研磨机为具有多种不同介质的专用旋转式研磨机，例如在上述专利申请中所描述。当使用这样的专用研磨机时，碳粒度容易地降到小于I微米，且因此相对于未研磨的材料具有尚暴露表面积。
[0032]在一个实施方案中，随着所述活性碳在所述臭氧处理研磨机中被研磨到I微米，其以低至60g臭氧/kg碳暴露于臭氧气体中30分钟。
[0033]所述臭氧暴露允许存在于所述飞灰中的活性碳以及任何未燃碳反应并形成非反应性材料，因此消除与任一形式的碳相关的干扰。
[0034]注意，在随后研磨以活化所述飞灰的过程中，共同粉磨所述臭氧处理过的飞灰与包括钙和聚羧酸盐的复合添加剂产生非反应性碳。因为所述活化的飞灰现在仅含有中和的活性碳，所以其可用于替代在混凝土生产中的波特兰水泥，产生的混凝土具有超过4%的引气。
[0035]总之，所述臭氧处理过的飞灰或火山灰现在可用于上述飞灰活化方法中，使得所述活化的飞灰可在生产混凝土时替代60-80重量％的波特兰水泥。结果是利用所述臭氧处理过的飞灰作为起始材料，可获得大于4%且小于6%的引气。
[0036]应注意，因为臭氧比空气重，所以当将臭氧注入所述臭氧处理研磨机中时，直到在所述研磨机的顶部检测到臭氧时空气才被推出去。因此，当在所述臭氧处理研磨机的底部注入臭氧时，在所述研磨机顶部的臭氧传感器指示所述研磨机充满了臭氧。注意，当臭氧与碳反应时，在用于研磨的密闭容器中形成轻微的真空。因此，可利用在所述容器中所述真空的检测来监测所述方法。
[0037]发现，臭氧处理在与包括生石灰(已经与飞灰在参考专利中所述的速率下共同粉磨，随后与处理过的飞灰共混)和高效减水剂(high range water reducer)以及例如销酸钙(在参考专利中提到的剂量下)的复合添加剂组合时产生超过5%的雾沫。
[0038]此外，已经发现，如果火山灰或飞灰在本发明的活化过程中粉磨到例如仅18-20微米的上限粒度，具有约1.5m2/g的表面积，则获得比在单独使用波特兰水泥时更坚固的材料。已经发现，当使用与波特兰水泥混合的粉磨的石灰涂覆的火山灰时，具有所述活化的飞灰的混凝土获得超过180%的与单独使用波特兰水泥相关的强度，并且保持这样刚好28天。在56天时，所述混凝土接近200%的与纯波特兰水泥相关的强度。上述是在混凝土生产中使用的水泥混合物为50-60%活化飞灰、所述混合物的剩余部分为波特兰I水泥时实现。
[0039]这允许使用者在一个实施方案中从他的水泥共混物中每码粘结混合料减掉超过374镑粘结共混粉末，并且仍然获得与利用纯波特兰水泥相比较相同或更好的强度。
[0040]总之，关于已经用活性碳处理以除去汞的烟气的问题已经通过臭氧处理研磨法解决，从而提供其中活性碳被中和的臭氧处理过的飞灰。当将所述臭氧处理过的飞灰用作飞灰活化方法的起始材料时，产生具有至少4%引气的混凝土。因此，可减少或消除活性碳原子污染火山灰质原料的问题。结果是可取得发电厂的输出物并中和活性碳，因此可将来自发电厂的飞灰活化并用于混凝土生产中，其中所述混凝土含有至少4%引气。
[0041]此外，已经发现，如果火山灰或飞灰在本发明的活化过程中粉磨到例如仅18-20微米的上限粒度，具有约1.5m2/g的表面积，则获得比在单独使用波特兰水泥时更坚固的材料。已经发现，当使用与波特兰水泥和聚羧酸盐混合的粉磨的石灰涂覆的火山灰添加剂时，具有所述活化飞灰的混凝土获得超过180%的与单独使用波特兰水泥相关的强度，并且保持这样刚好28天。在56天时，所述混凝土接近200%的与纯波特兰水泥相关的强度。上述是在混凝土生产中使用的水泥混合物为50-60 %活化飞灰、所述混合物的剩余部分为波特兰I水泥时实现。
[0042]这允许使用者在一个实施方案中从他的水泥共混物中每码粘结混合料减掉超过374镑粘结共混粉末，并且仍然获得与利用纯波特兰水泥相比较相同或更好的强度。尽管上述方法的成本可超过纯波特兰水泥的成本，但是已经发现，为了获得必要的高强度混凝土，需要显著地减少粘结共混粉末/码混合料，因此降低了总成本。
[0043]总之，活性碳污染的飞灰通过将所述污染的飞灰放置在旋转式研磨机中并引入臭氧来处理，从而中和所述活性碳。结果是在由活化飞灰制造的混凝土中的引气将含有大于4%的引气。
[0044]附图简沐
[0045]本发明的这些和其它特征将结合详细说明连同附图一起来更好地理解，其中:
[0046]图1为活化飞灰使其可用作波特兰水泥的替代物的方法的方块图，其中将活性碳污染的飞灰在专用臭氧处理研磨机中预处理以中和活性碳的效应；
[0047]图2为图1的臭氧处理研磨机的示意图；
[0048]图3为图1和图2的旋转式研磨机的示意图，图示引入粉磨的中和的活性碳污染的飞灰和生石灰以提供可用以生产具有超过4%的引气的混凝土的中和的活化飞灰；
[0049]图4为图3的旋转式研磨机的一端的示意图，图示向内突出的混合器肋条，其还可包括在图案化间隔上的短支柱以帮助研磨机进一步粗糙化并粉磨特殊颗粒并在较短的时间量内获得表面积增加，还显示出用于活化飞灰的带槽出口 ；以及
[0050]图5为图3的旋转式研磨机的横截面图，图示在研磨机底部的多介质装料、流经研磨机的材料和中和的活化飞灰从研磨机离开的出口。
[0051]连述
[0052]参考图1，在一个实施方案中，将活性碳污染的飞灰6引入臭氧处理研磨机7中，将臭氧8引入臭氧处理研磨机7中。随后将研磨机7输出物引入旋转式研磨机10中，以向其提供臭氧处理过的飞灰12。
[0053]参考图2，显示臭氧处理研磨机7，其中臭氧8在所述研磨机的底部注入并且其中利用臭氧传感器9以在研磨机被臭氧充满时感应。在此，可以看见活性碳污染的飞灰被引入臭氧处理研磨机以便预处理。
[0054]臭氧处理研磨机7的结构与研磨机10和研磨机22相同，其特征结合图3_5描述。
[0055]回头参考图1，旋转式研磨机10为用以活化飞灰的具有多介质的专用研磨机。将钙添加剂14和任选地纤维16加到研磨机10中。所述钙添加剂可为生石灰、消石灰、碳酸钙、甲酸钙或硝酸钙或者任何载钙化合物。
[0056]旋转式研磨机10提供干法加工多介质，其中旋转式研磨机7和10都具有对于粉磨非球形飞灰颗粒、抛光球形颗粒和进一步用钙添加剂涂覆飞灰的表面而具体定制的介质组合物。研磨机10产生共同粉磨的石灰涂覆的火山灰，其可用作在进料线20上的添加剂17，添加剂17由其中飞灰与钙共同粉磨的加合物组成。在一个实施方案中，添加剂17由85%飞灰和15%钙产品组成。
[0057]注意，添加剂17含有已经通过臭氧处理中和的活性碳，这使得在由来自所述研磨机的活化飞灰制造的混凝土中可能有大于4%的引气。
[0058]所述活性碳中和的石灰涂覆的飞灰添加剂以占飞灰重量的4-10%加到另一旋转式研磨机22，向旋转式研磨机22中供应来自臭氧处理研磨机7的活性碳中和的飞灰。应了解，在通过旋转式研磨机22研磨之后，总表面积增加最少30%，使得当将旋转式研磨机22的输出物供应到混合器24并 将其与聚集物、波特兰水泥和水混合时，形成具有至少100炉渣性能的混凝土。重要地，研磨机22的输出物含有活性碳污染物被完全中和的活化飞灰。这容许生产具有至少4%的引气的混凝土。
[0059]注意，在一个实施方案中，占飞灰重量的0.1% -0.2%的以粉末形式的包含聚羧酸盐高效减水剂的第二添加剂18进一步增加飞灰的反应性。将所述第二添加剂加到旋转式研磨机22中，其在与飞灰12共同粉磨时提供给将在24处混合的活化飞灰更好的反应性。
[0060]重要地，已经发现，聚羧酸盐与臭氧合作完成活性碳的中和，因为存在于飞灰中的所述活性碳和任何未燃碳反应以形成非反应性材料，因此消除任何形式的碳对引气的干扰。
[0061]应注意到，在旋转式研磨机22中，不是将添加剂2加到添加剂I中，而是可将旋转式研磨机22的具有添加剂I的输出物供应到共混机26，其共混已经与添加剂I共同粉磨的飞灰并且将其与添加剂2共混。
[0062]此外，可以通过提供另一添加剂19，即添加剂3，到旋转式研磨机22中而提供给飞灰进一步的反应性，其中添加剂3包含具有锂化合物的铝酸钙水泥，在一个实施方案中，其以占飞灰重量的约2%预混。
[0063]此外，不是将添加剂3加到旋转式研磨机22中，同样可取得旋转式研磨机22的输出物，旋转式研磨机22共同粉磨添加剂I和添加剂2及飞灰并将它们在共混机26中与添加剂3共混。
[0064]如所图示，旋转式研磨机22的输出物不管是否穿过共混机26都在混合器24中替代50-80重量％的波特兰水泥，提供差不多120炉渣品位性能，同时不影响混凝土中的引气，使得混凝土获得至少4%引气。
[0065]还应该了解，虽然在10和22处显示两个相同的旋转式研磨机，但可再次使用旋转式研磨机10以共同粉磨先前已经与飞灰一起产生的添加剂I和例如添加剂2和添加剂3的另外添加剂，而不是必须提供两个单独的旋转式研磨机。
[0066]上述组合的最后结果是飞灰表面积增加最少30%至最大约70%，其中表面积增加提供利用甚至活性碳污染的飞灰作为在混凝土生产中的昂贵波特兰水泥的替代物的能力。
[0067]关于所述专用研磨机本身，不是利用各种类型的研磨机，例如球磨机、锤磨机、振动磨矿机、辊磨机或许多其它类型的研磨机，而是本发明的旋转式研磨机完成简单的转筒设计，其以预定速度旋转且在其内具有如先前所述介质的定制混合物，因此，可装载专用旋转式研磨机，加工火山灰并使加工的火山灰离开，而不必停止研磨机的转动，只是将其减慢到适合放空的优化转动。
[0068]在一个实施方案中，将产品引入开口中，此时启动研磨机并在例如20RPM和40RPM之间转动。在一个实施方案中，圆筒具有6英尺的直径和10英尺的长度；且在每一端在旋转轴承上具有软管接头，所述旋转轴承允许转筒转动，同时容许在研磨机仍然转动的同时，在一侧引入空气并从另一侧排空产物。引入空气以推动研磨产物经由专门的带槽排放板离开出口。一旦获得了所需的研磨，则根据研磨机的初始装料，花费约10-15分钟来排空研磨机，此时将其再装载。
[0069]关于研磨机的介质内含物，介质的混合物在分等和将由研磨机进行的具体加工方面是重要的。在一个实施方案中，介质的混合物为1/2英寸圆柱体和1/8圆柱体，可向其中以不同组合加入5/8圆柱体。应注意，如果使用两种介质，例如5/8圆柱体和1/2英寸圆柱体，则可能必须转动研磨机I小时以得到所需粉磨度。然而，如果还引入1/8圆柱体介质，在粉磨时间可降到15分钟。注意，在一个实施方案中，研磨机用介质填充其体积的至多二分之一，而待研磨的产物完成所述填充，达到研磨机体积的约三分之二。
[0070]已经发现，通过对于目前的陶瓷圆筒使用不同尺寸介质的装料，即在400镑下I英寸、在400镑下1/4英寸相对于在800镑下1/4或其它尺寸组合，可获得用于加工飞灰的最佳效率。
[0071]另外，还发现可实际上减小总材料的总粒度，例如从200微米的上限尺寸和25微米的平均值减小到75微米的上限尺寸和12微米的平均直径。此外，在燃煤发电厂的燃烧器中形成的非球面颗粒或不规则形状的炉渣或砂子或熔融颗粒的尺寸减小是显著的。另夕卜，如上所提，球形无定形玻璃珠颗粒不仅尺寸减小，而且在表面上受到影响，表面积增加。此外，所有的非球形颗粒和少量球形颗粒(煤胞或例如3，000-5，000PSI压碎强度的低强度球)从例如200微米的起始尺寸标称地减小到25微米以下。研磨还允许已经加工以在灰浆中测试时获得良好流动性的材料与少量在混凝土中使用并以相同方式测试的减水剂混合。
[0072]简言之，在一个实施方案中，在用上述添加剂进一步处理时通过允许当在炉子中形成时处于其自然状态的材料在粉磨并暴露于钙和例如特殊羧酸盐的其它混合物时变得粘结，73%的火山灰的表面积从0.695m2/g增加到01.263m2/g，增加了飞灰的反应性。表面积增加用以加速飞灰的大部分粘结反应并且相对于未粉磨的飞灰、未表面粉磨的球和未用羧酸盐处理的火山灰，大大增加了总飞灰的活性。
[0073]此外，已经发现特殊的羧酸盐可活化合适种类的飞灰，即F级飞灰，其由混合粉状河流盆地煤炭与褐煤或烟煤的共混物产生，之后研磨并在炉子中燃烧以给出粘结性质，而无需加入波特兰水泥来获得强度。
[0074]还注意到，所使用的在本质上为陶瓷的特殊介质装料决定花费的处理时间以及研磨机的旋转速度和介质的装料相对待处理飞灰的装料。
[0075]应了解，尽管上文描述飞灰火山灰的研磨，但存在受益于本发明的研磨技术的其它火山灰。例如，当使用相同添加剂进行本发明的研磨方法时天然混合水泥(pozzolan)在灰浆/混凝土的性能方面提供相同类型的增加。
[0076]在另一实施方案中，由石灰石发电厂产生的飞灰火山灰以85重量％的火山灰使用，向其中加入15重量％的生石灰。将这两种成分置于研磨机中并转动研磨机例如40分钟，将石灰实际上捣到火山灰的表面中，同时活化火山灰。除了生石灰之外，可使用高疏浚石灰(high dredging lime)，尽管生石灰似乎提供更好的结果。已经发现，可单独使用火山灰/生石灰混合物以获得至少100级混凝土。
[0077]在另一实施方案中，在活化火山灰并将其与生石灰共同粉磨且随后以4%或更高加到来自单独旋转式研磨机的处理过的火山灰中的情况下，能够用所述混合物替代差不多60%的波特兰水泥。最后结果是获得活化的火山灰混合物，其以等于或大于粉化高炉炉渣的水平反应，产生100炉渣品位混凝土。
[0078]在又一实施方案中，采用大型辊轧机，将火山灰粉磨到至少0.95m2/g的表面积且随后以4重量％加到本发明研磨机的输出物中以获得100炉渣品位。随后，使用石灰添加剂和高效减水剂通过进一步粉磨到1.2m2/g或更高的总表面积，可达到120炉渣品位。
[0079]产生120炉渣品位混凝土的另一实例采用具有1.158m2/g的起始表面积的火山灰并将其在本发明的研磨机中加工以获得1.986m2/g表面积，从而在使用ASTM 989标准测试时获得120炉渣品位。
[0080]另外，可使用其它添加剂和除了其它添加剂之外的进一步研磨来增加等级到120炉渣品位混凝土。这些包括使用很少量的铝酸钙水泥或(即)占火山灰重量的2%，将所述铝酸钙水泥与锂化合物一起粉磨且随后加到火山灰水泥中。注意，在一个实施方案中，所述锂化合物以占铝酸钙0.1%或更小粉磨，以促进铝酸钙以及增加任何混凝土结构对碱性氧化硅反应性的防御，因为已知锂矫正碱性氧化硅反应性或ASR。
[0081]现在参考图3，专用旋转式研磨机10用多介质装料填充。显示研磨机10具有提供有端板42和44的中心转筒40，其含有引入入口管46的预粉磨的飞灰。
[0082]转筒40安装在支撑在框架52上的驱动轮48和50上，其中轮48由发动机54驱动以通常以20-40RPM的速度旋转所述转筒。
[0083]如将讨论的，在研磨机中的不同介质用以粉磨非球面的粉磨的飞灰，而同时使球形颗粒粗糙化而没有将它们粉碎，目的是经由具有旋转管箍60和62的出口管58喷出活化的飞灰56。
[0084]将活性碳污染的飞灰12引入窗口 13，其中，在一个实施方案中，研磨机以间歇处理方式操作以共同粉磨在13处引入的粉磨的飞灰与生石灰14。所述研磨机提供有臭氧16注入，直至其充满，如由来自臭氧传感器17的输出所指示。用于加工污染的预粉磨的飞灰的典型间歇加工时间为至少30分钟且通常在45分钟和60分钟之间，此后利用在管道46处的气体压力推动活性碳中和的活化飞灰经由管道58和管线64离开而将转筒40排空。活化的飞灰，尽管通常具有小于25微米的平均直径，但更特别地具有大大增加的表面积，例如关于图1所述。
[0085]参考图4，驱动轮48驱动转筒40，轮50充当惰轮。转筒40的内部有许多向内突出到内部转筒40的肋条70。还画出了具有活化飞灰经过的槽72的带槽末端离开板71，其中这些槽提供用于活化飞灰的过滤器。
[0086]参考图4，显示转筒40具有带槽板71，带槽板71经由端板42和44与输入充气间74和输出充气间76联通。
[0087]转筒40用在此在80处显示的陶瓷介质的定制装料预装载，所述定制装料包括不同尺寸的陶瓷介质82和84。其制剂决定粉磨如在86处图示的引入转筒40中的飞灰的量且如在88处所图示，其占据转筒40体积的至少三分之一。
[0088]在一个实施方案中，当预粉磨的飞灰已经通过本发明的小型旋转研磨机粉磨45分钟时，活性碳污染物被中和的活化飞灰88经由在离开板71中的槽42喷出。
[0089]关于所述多介质的成分，如上指示，可定制所述制剂。例如，所述介质的配方可包括1/2英寸圆柱形陶瓷介质、1/4英寸圆柱形陶瓷介质、3/4英寸锥形陶瓷介质和8毫米珠粒。同样如上所述，在另一制剂中，可使用5/8英寸圆柱体与3/4英寸锥体和1/8英寸圆柱体的混合物，应理解存在可与不同类型的飞灰和不同驻留时间组合使用的许多不同介质组入口 ο
[0090]例如，根据介质制剂，可将驻留时间从例如I小时降低到小于45分钟，其中所述介质与处理的火山灰或飞灰相匹配。
[0091]因此，本发明的研磨机可根据在研磨机中的介质的混合物及研磨机构造而不同地处理多种组分。关于处理预粉磨的飞灰以提供活化飞灰，特别的是，与球形珠粒相对比，不同构造的介质在非球面粉碎飞灰上不同地作用。在非球面飞灰颗粒的情况下，将它们进一步粉磨，而不使任何球形飞灰颗粒开裂或磨碎。另一方面，将球形玻璃珠抛光以使所述表面粗糙。在两种情况下，飞灰颗粒的表面积都增加。因此，对于非球形颗粒，表面积增加通过粉磨进行，而对于玻璃珠，表面积增加通过使珠粒表面粗糙化提供。
[0092]最后结果是，通过使用专用的小型旋转式研磨机，可显著增加预粉磨的飞灰的表面积，以将其充分活化，从而在将其用以替代用于形成混凝土的一些波特兰水泥时提供100-120炉渣品位性能，而同时中和任何活性碳污染物。
[0093]尽管已经结合这多个图的优选实施方案描述了本发明，但应理解，可使用其它类似的实施方案或者可对所述实施方案进行修改或添加，以便执行本发明的相同功能，而不偏离本发明。因此，本发明不应该限于任何单个实施方案，而应该在根据随附权利要求书的叙述的广度和范围上加以解释。
【主权项】
1.一种用于处理旋转研磨的活性碳污染的活化飞灰以免负面限制在由活化飞灰制造的混凝土中的引气的量的方法，所述方法包括以下步骤: 在向其中引入臭氧的臭氧处理旋转式研磨机中处理所述活性碳污染的飞灰，所述臭氧处理旋转式研磨机利用定制的介质研磨所述污染的飞灰； 在具有定制的介质的第二旋转式研磨机中共同粉磨所述臭氧处理过的飞灰与钙添加剂，以活化所述飞灰并用碳添加剂涂覆所述飞灰； 在具有定制的介质的第三旋转式研磨机中共同粉磨所述钙涂覆的共同粉磨的飞灰以及来自所述臭氧处理研磨机的臭氧处理过的飞灰，以产生具有中和的任何污染活性碳的活化飞灰；和 混合所述活化飞灰与聚集物、波特兰水泥和水以产生具有大于4%引气的混凝土。2.如权利要求1所述的方法，其中所述臭氧处理研磨机和所述第二旋转式研磨机和所述第三旋转式研磨机相同地构造。3.如权利要求1所述的方法，并且还包括共同粉磨来自所述第二旋转式研磨机的所述臭氧处理过的钙涂覆的飞灰与高效减水剂的步骤，由此保证在所述混凝土中的引气大于4.一种用于处理活性碳污染的飞灰以免负面限制在由所述污染的飞灰制造的混凝土中的引气的量的方法，所述方法包括以下步骤: 在臭氧气氛中粉磨活性碳污染的飞灰；和 利用所述臭氧处理过的飞灰来生产混凝土。5.如权利要求4所述的方法，其中将所述臭氧处理过的飞灰活化以增加其表面积。6.如权利要求5所述的方法，其中在所述活化过程中将所述飞灰与钙添加剂共同粉磨以使妈涂覆所述飞灰。7.如权利要求6所述的方法，其中将所述活化飞灰与高效减水剂共同粉磨。8.如权利要求4所述的方法，其中所述污染的飞灰在旋转式研磨机中粉磨。9.如权利要求8所述的方法，其中所述旋转式研磨机包括介质。10.如权利要求9所述的方法，其中所述介质为定制的。11.如权利要求4所述的方法，并且还包括在具有定制的介质的旋转式研磨机中共同粉磨所述臭氧处理过的飞灰和所述钙添加剂的步骤。12.如权利要求11所述的方法，并且还包括在具有定制的介质的旋转式研磨机中共同粉磨妈涂覆的飞灰与臭氧处理过的飞灰的步骤。13.如权利要求6所述的方法，其中所述钙涂覆的飞灰在旋转式研磨机中共同粉磨。14.如权利要求13所述的方法，并且还包括在共同粉磨所述钙涂覆的飞灰时加入高效减水剂的步骤。15.一种用于降低在每码粘结混合料中粘结共混粉末的量、同时获得与在所述粘结混合料中使用纯波特兰水泥相比相同或更好的强度以制造混凝土的方法，所述方法包括以下步骤: 提供将与波特兰水泥混合以制造混凝土的与钙添加剂和聚羧酸盐共同粉磨的活化飞灰-M 利用所述粘结混合料来生产混凝土。16.如权利要求15所述的方法，其中，在所述混凝土生产中，超过50%的所述混合物为所述活化飞灰，所述混合物的剩余部分为波特兰水泥。17.如权利要求16所述的方法，其中所有共同粉磨都在用介质填充的旋转式研磨机中进行。18.如权利要求17所述的方法，其中在所述旋转式研磨机中的所述介质为定制的。
【专利摘要】活性碳污染的飞灰通过将所述污染的飞灰放置在旋转式研磨机中并引入臭氧来处理，从而中和所述活性碳。结果是在由活化飞灰制造的混凝土中的引气将含有大于4％的引气。
【IPC分类】C04B18/06, C04B14/00
【公开号】CN104903269
【申请号】CN201380056940
【发明人】老克林顿·韦斯利·派克
【申请人】Vhsc有限责任公司, 老克林顿·韦斯利·派克
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月30日
【公告号】CA2889651A1, DE112013005713T5, US8967506, US20140245931, WO2014137396A1
【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。
[0028]发曰月概沐
[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 面处理。当将所得飞灰用作用于与上述方法相关的飞灰活化的起始材料时，使用由大多数混凝土化学混合物公司(most all concretechemical admixtures companies)制造的典型引气化学剂在对于没有ACI污染的飞灰混合料通常使用的剂量水平下产生具有大于4%引气的混凝土。
[0031]注意，用于所述臭氧处理的所述类型的研磨机为具有多种不同介质的专用旋转式研磨机，例如在上述专利申请中所描述。当使用这样的专用研磨机时，碳粒度容易地降到小于I微米，且因此相对于未研磨的材料具有尚暴露表面积。
[0032]在一个实施方案中，随着所述活性碳在所述臭氧处理研磨机中被研磨到I微米，其以低至60g臭氧/kg碳暴露于臭氧气体中30分钟。
[0033]所述臭氧暴露允许存在于所述飞灰中的活性碳以及任何未燃碳反应并形成非反应性材料，因此消除与任一形式的碳相关的干扰。
[0034]注意，在随后研磨以活化所述飞灰的过程中，共同粉磨所述臭氧处理过的飞灰与包括钙和聚羧酸盐的复合添加剂产生非反应性碳。因为所述活化的飞灰现在仅含有中和的活性碳，所以其可用于替代在混凝土生产中的波特兰水泥，产生的混凝土具有超过4%的引气。
[0035]总之，所述臭氧处理过的飞灰或火山灰现在可用于上述飞灰活化方法中，使得所述活化的飞灰可在生产混凝土时替代60-80重量％的波特兰水泥。结果是利用所述臭氧处理过的飞灰作为起始材料，可获得大于4%且小于6%的引气。
[0036]应注意，因为臭氧比空气重，所以当将臭氧注入所述臭氧处理研磨机中时，直到在所述研磨机的顶部检测到臭氧时空气才被推出去。因此，当在所述臭氧处理研磨机的底部注入臭氧时，在所述研磨机顶部的臭氧传感器指示所述研磨机充满了臭氧。注意，当臭氧与碳反应时，在用于研磨的密闭容器中形成轻微的真空。因此，可利用在所述容器中所述真空的检测来监测所述方法。
[0037]发现，臭氧处理在与包括生石灰(已经与飞灰在参考专利中所述的速率下共同粉磨，随后与处理过的飞灰共混)和高效减水剂(high range water reducer)以及例如销酸钙(在参考专利中提到的剂量下)的复合添加剂组合时产生超过5%的雾沫。
[0038]此外，已经发现，如果火山灰或飞灰在本发明的活化过程中粉磨到例如仅18-20微米的上限粒度，具有约1.5m2/g的表面积，则获得比在单独使用波特兰水泥时更坚固的材料。已经发现，当使用与波特兰水泥混合的粉磨的石灰涂覆的火山灰时，具有所述活化的飞灰的混凝土获得超过180%的与单独使用波特兰水泥相关的强度，并且保持这样刚好28天。在56天时，所述混凝土接近200%的与纯波特兰水泥相关的强度。上述是在混凝土生产中使用的水泥混合物为50-60%活化飞灰、所述混合物的剩余部分为波特兰I水泥时实现。
[0039]这允许使用者在一个实施方案中从他的水泥共混物中每码粘结混合料减掉超过374镑粘结共混粉末，并且仍然获得与利用纯波特兰水泥相比较相同或更好的强度。
[0040]总之，关于已经用活性碳处理以除去汞的烟气的问题已经通过臭氧处理研磨法解决，从而提供其中活性碳被中和的臭氧处理过的飞灰。当将所述臭氧处理过的飞灰用作飞灰活化方法的起始材料时，产生具有至少4%引气的混凝土。因此，可减少或消除活性碳原子污染火山灰质原料的问题。结果是可取得发电厂的输出物并中和活性碳，因此可将来自发电厂的飞灰活化并用于混凝土生产中，其中所述混凝土含有至少4%引气。
[0041]此外，已经发现，如果火山灰或飞灰在本发明的活化过程中粉磨到例如仅18-20微米的上限粒度，具有约1.5m2/g的表面积，则获得比在单独使用波特兰水泥时更坚固的材料。已经发现，当使用与波特兰水泥和聚羧酸盐混合的粉磨的石灰涂覆的火山灰添加剂时，具有所述活化飞灰的混凝土获得超过180%的与单独使用波特兰水泥相关的强度，并且保持这样刚好28天。在56天时，所述混凝土接近200%的与纯波特兰水泥相关的强度。上述是在混凝土生产中使用的水泥混合物为50-60 %活化飞灰、所述混合物的剩余部分为波特兰I水泥时实现。
[0042]这允许使用者在一个实施方案中从他的水泥共混物中每码粘结混合料减掉超过374镑粘结共混粉末，并且仍然获得与利用纯波特兰水泥相比较相同或更好的强度。尽管上述方法的成本可超过纯波特兰水泥的成本，但是已经发现，为了获得必要的高强度混凝土，需要显著地减少粘结共混粉末/码混合料，因此降低了总成本。
[0043]总之，活性碳污染的飞灰通过将所述污染的飞灰放置在旋转式研磨机中并引入臭氧来处理，从而中和所述活性碳。结果是在由活化飞灰制造的混凝土中的引气将含有大于4%的引气。
[0044]附图简沐
[0045]本发明的这些和其它特征将结合详细说明连同附图一起来更好地理解，其中:
[0046]图1为活化飞灰使其可用作波特兰水泥的替代物的方法的方块图，其中将活性碳污染的飞灰在专用臭氧处理研磨机中预处理以中和活性碳的效应；
[0047]图2为图1的臭氧处理研磨机的示意图；
[0048]图3为图1和图2的旋转式研磨机的示意图，图示引入粉磨的中和的活性碳污染的飞灰和生石灰以提供可用以生产具有超过4%的引气的混凝土的中和的活化飞灰；
[0049]图4为图3的旋转式研磨机的一端的示意图，图示向内突出的混合器肋条，其还可包括在图案化间隔上的短支柱以帮助研磨机进一步粗糙化并粉磨特殊颗粒并在较短的时间量内获得表面积增加，还显示出用于活化飞灰的带槽出口 ；以及
[0050]图5为图3的旋转式研磨机的横截面图，图示在研磨机底部的多介质装料、流经研磨机的材料和中和的活化飞灰从研磨机离开的出口。
[0051]连述
[0052]参考图1，在一个实施方案中，将活性碳污染的飞灰6引入臭氧处理研磨机7中，将臭氧8引入臭氧处理研磨机7中。随后将研磨机7输出物引入旋转式研磨机10中，以向其提供臭氧处理过的飞灰12。
[0053]参考图2，显示臭氧处理研磨机7，其中臭氧8在所述研磨机的底部注入并且其中利用臭氧传感器9以在研磨机被臭氧充满时感应。在此，可以看见活性碳污染的飞灰被引入臭氧处理研磨机以便预处理。
[0054]臭氧处理研磨机7的结构与研磨机10和研磨机22相同，其特征结合图3_5描述。
[0055]回头参考图1，旋转式研磨机10为用以活化飞灰的具有多介质的专用研磨机。将钙添加剂14和任选地纤维16加到研磨机10中。所述钙添加剂可为生石灰、消石灰、碳酸钙、甲酸钙或硝酸钙或者任何载钙化合物。
[0056]旋转式研磨机10提供干法加工多介质，其中旋转式研磨机7和10都具有对于粉磨非球形飞灰颗粒、抛光球形颗粒和进一步用钙添加剂涂覆飞灰的表面而具体定制的介质组合物。研磨机10产生共同粉磨的石灰涂覆的火山灰，其可用作在进料线20上的添加剂17，添加剂17由其中飞灰与钙共同粉磨的加合物组成。在一个实施方案中，添加剂17由85%飞灰和15%钙产品组成。
[0057]注意，添加剂17含有已经通过臭氧处理中和的活性碳，这使得在由来自所述研磨机的活化飞灰制造的混凝土中可能有大于4%的引气。
[0058]所述活性碳中和的石灰涂覆的飞灰添加剂以占飞灰重量的4-10%加到另一旋转式研磨机22，向旋转式研磨机22中供应来自臭氧处理研磨机7的活性碳中和的飞灰。应了解，在通过旋转式研磨机22研磨之后，总表面积增加最少30%，使得当将旋转式研磨机22的输出物供应到混合器24并 将其与聚集物、波特兰水泥和水混合时，形成具有至少100炉渣性能的混凝土。重要地，研磨机22的输出物含有活性碳污染物被完全中和的活化飞灰。这容许生产具有至少4%的引气的混凝土。
[0059]注意，在一个实施方案中，占飞灰重量的0.1% -0.2%的以粉末形式的包含聚羧酸盐高效减水剂的第二添加剂18进一步增加飞灰的反应性。将所述第二添加剂加到旋转式研磨机22中，其在与飞灰12共同粉磨时提供给将在24处混合的活化飞灰更好的反应性。
[0060]重要地，已经发现，聚羧酸盐与臭氧合作完成活性碳的中和，因为存在于飞灰中的所述活性碳和任何未燃碳反应以形成非反应性材料，因此消除任何形式的碳对引气的干扰。
[0061]应注意到，在旋转式研磨机22中，不是将添加剂2加到添加剂I中，而是可将旋转式研磨机22的具有添加剂I的输出物供应到共混机26，其共混已经与添加剂I共同粉磨的飞灰并且将其与添加剂2共混。
[0062]此外，可以通过提供另一添加剂19，即添加剂3，到旋转式研磨机22中而提供给飞灰进一步的反应性，其中添加剂3包含具有锂化合物的铝酸钙水泥，在一个实施方案中，其以占飞灰重量的约2%预混。
[0063]此外，不是将添加剂3加到旋转式研磨机22中，同样可取得旋转式研磨机22的输出物，旋转式研磨机22共同粉磨添加剂I和添加剂2及飞灰并将它们在共混机26中与添加剂3共混。
[0064]如所图示，旋转式研磨机22的输出物不管是否穿过共混机26都在混合器24中替代50-80重量％的波特兰水泥，提供差不多120炉渣品位性能，同时不影响混凝土中的引气，使得混凝土获得至少4%引气。
[0065]还应该了解，虽然在10和22处显示两个相同的旋转式研磨机，但可再次使用旋转式研磨机10以共同粉磨先前已经与飞灰一起产生的添加剂I和例如添加剂2和添加剂3的另外添加剂，而不是必须提供两个单独的旋转式研磨机。
[0066]上述组合的最后结果是飞灰表面积增加最少30%至最大约70%，其中表面积增加提供利用甚至活性碳污染的飞灰作为在混凝土生产中的昂贵波特兰水泥的替代物的能力。
[0067]关于所述专用研磨机本身，不是利用各种类型的研磨机，例如球磨机、锤磨机、振动磨矿机、辊磨机或许多其它类型的研磨机，而是本发明的旋转式研磨机完成简单的转筒设计，其以预定速度旋转且在其内具有如先前所述介质的定制混合物，因此，可装载专用旋转式研磨机，加工火山灰并使加工的火山灰离开，而不必停止研磨机的转动，只是将其减慢到适合放空的优化转动。
[0068]在一个实施方案中，将产品引入开口中，此时启动研磨机并在例如20RPM和40RPM之间转动。在一个实施方案中，圆筒具有6英尺的直径和10英尺的长度；且在每一端在旋转轴承上具有软管接头，所述旋转轴承允许转筒转动，同时容许在研磨机仍然转动的同时，在一侧引入空气并从另一侧排空产物。引入空气以推动研磨产物经由专门的带槽排放板离开出口。一旦获得了所需的研磨，则根据研磨机的初始装料，花费约10-15分钟来排空研磨机，此时将其再装载。
[0069]关于研磨机的介质内含物，介质的混合物在分等和将由研磨机进行的具体加工方面是重要的。在一个实施方案中，介质的混合物为1/2英寸圆柱体和1/8圆柱体，可向其中以不同组合加入5/8圆柱体。应注意，如果使用两种介质，例如5/8圆柱体和1/2英寸圆柱体，则可能必须转动研磨机I小时以得到所需粉磨度。然而，如果还引入1/8圆柱体介质，在粉磨时间可降到15分钟。注意，在一个实施方案中，研磨机用介质填充其体积的至多二分之一，而待研磨的产物完成所述填充，达到研磨机体积的约三分之二。
[0070]已经发现，通过对于目前的陶瓷圆筒使用不同尺寸介质的装料，即在400镑下I英寸、在400镑下1/4英寸相对于在800镑下1/4或其它尺寸组合，可获得用于加工飞灰的最佳效率。
[0071]另外，还发现可实际上减小总材料的总粒度，例如从200微米的上限尺寸和25微米的平均值减小到75微米的上限尺寸和12微米的平均直径。此外，在燃煤发电厂的燃烧器中形成的非球面颗粒或不规则形状的炉渣或砂子或熔融颗粒的尺寸减小是显著的。另夕卜，如上所提，球形无定形玻璃珠颗粒不仅尺寸减小，而且在表面上受到影响，表面积增加。此外，所有的非球形颗粒和少量球形颗粒(煤胞或例如3，000-5，000PSI压碎强度的低强度球)从例如200微米的起始尺寸标称地减小到25微米以下。研磨还允许已经加工以在灰浆中测试时获得良好流动性的材料与少量在混凝土中使用并以相同方式测试的减水剂混合。
[0072]简言之，在一个实施方案中，在用上述添加剂进一步处理时通过允许当在炉子中形成时处于其自然状态的材料在粉磨并暴露于钙和例如特殊羧酸盐的其它混合物时变得粘结，73%的火山灰的表面积从0.695m2/g增加到01.263m2/g，增加了飞灰的反应性。表面积增加用以加速飞灰的大部分粘结反应并且相对于未粉磨的飞灰、未表面粉磨的球和未用羧酸盐处理的火山灰，大大增加了总飞灰的活性。
[0073]此外，已经发现特殊的羧酸盐可活化合适种类的飞灰，即F级飞灰，其由混合粉状河流盆地煤炭与褐煤或烟煤的共混物产生，之后研磨并在炉子中燃烧以给出粘结性质，而无需加入波特兰水泥来获得强度。
[0074]还注意到，所使用的在本质上为陶瓷的特殊介质装料决定花费的处理时间以及研磨机的旋转速度和介质的装料相对待处理飞灰的装料。
[0075]应了解，尽管上文描述飞灰火山灰的研磨，但存在受益于本发明的研磨技术的其它火山灰。例如，当使用相同添加剂进行本发明的研磨方法时天然混合水泥(pozzolan)在灰浆/混凝土的性能方面提供相同类型的增加。
[0076]在另一实施方案中，由石灰石发电厂产生的飞灰火山灰以85重量％的火山灰使用，向其中加入15重量％的生石灰。将这两种成分置于研磨机中并转动研磨机例如40分钟，将石灰实际上捣到火山灰的表面中，同时活化火山灰。除了生石灰之外，可使用高疏浚石灰(high dredging lime)，尽管生石灰似乎提供更好的结果。已经发现，可单独使用火山灰/生石灰混合物以获得至少100级混凝土。
[0077]在另一实施方案中，在活化火山灰并将其与生石灰共同粉磨且随后以4%或更高加到来自单独旋转式研磨机的处理过的火山灰中的情况下，能够用所述混合物替代差不多60%的波特兰水泥。最后结果是获得活化的火山灰混合物，其以等于或大于粉化高炉炉渣的水平反应，产生100炉渣品位混凝土。
[0078]在又一实施方案中，采用大型辊轧机，将火山灰粉磨到至少0.95m2/g的表面积且随后以4重量％加到本发明研磨机的输出物中以获得100炉渣品位。随后，使用石灰添加剂和高效减水剂通过进一步粉磨到1.2m2/g或更高的总表面积，可达到120炉渣品位。
[0079]产生120炉渣品位混凝土的另一实例采用具有1.158m2/g的起始表面积的火山灰并将其在本发明的研磨机中加工以获得1.986m2/g表面积，从而在使用ASTM 989标准测试时获得120炉渣品位。
[0080]另外，可使用其它添加剂和除了其它添加剂之外的进一步研磨来增加等级到120炉渣品位混凝土。这些包括使用很少量的铝酸钙水泥或(即)占火山灰重量的2%，将所述铝酸钙水泥与锂化合物一起粉磨且随后加到火山灰水泥中。注意，在一个实施方案中，所述锂化合物以占铝酸钙0.1%或更小粉磨，以促进铝酸钙以及增加任何混凝土结构对碱性氧化硅反应性的防御，因为已知锂矫正碱性氧化硅反应性或ASR。
[0081]现在参考图3，专用旋转式研磨机10用多介质装料填充。显示研磨机10具有提供有端板42和44的中心转筒40，其含有引入入口管46的预粉磨的飞灰。
[0082]转筒40安装在支撑在框架52上的驱动轮48和50上，其中轮48由发动机54驱动以通常以20-40RPM的速度旋转所述转筒。
[0083]如将讨论的，在研磨机中的不同介质用以粉磨非球面的粉磨的飞灰，而同时使球形颗粒粗糙化而没有将它们粉碎，目的是经由具有旋转管箍60和62的出口管58喷出活化的飞灰56。
[0084]将活性碳污染的飞灰12引入窗口 13，其中，在一个实施方案中，研磨机以间歇处理方式操作以共同粉磨在13处引入的粉磨的飞灰与生石灰14。所述研磨机提供有臭氧16注入，直至其充满，如由来自臭氧传感器17的输出所指示。用于加工污染的预粉磨的飞灰的典型间歇加工时间为至少30分钟且通常在45分钟和60分钟之间，此后利用在管道46处的气体压力推动活性碳中和的活化飞灰经由管道58和管线64离开而将转筒40排空。活化的飞灰，尽管通常具有小于25微米的平均直径，但更特别地具有大大增加的表面积，例如关于图1所述。
[0085]参考图4，驱动轮48驱动转筒40，轮50充当惰轮。转筒40的内部有许多向内突出到内部转筒40的肋条70。还画出了具有活化飞灰经过的槽72的带槽末端离开板71，其中这些槽提供用于活化飞灰的过滤器。
[0086]参考图4，显示转筒40具有带槽板71，带槽板71经由端板42和44与输入充气间74和输出充气间76联通。
[0087]转筒40用在此在80处显示的陶瓷介质的定制装料预装载，所述定制装料包括不同尺寸的陶瓷介质82和84。其制剂决定粉磨如在86处图示的引入转筒40中的飞灰的量且如在88处所图示，其占据转筒40体积的至少三分之一。
[0088]在一个实施方案中，当预粉磨的飞灰已经通过本发明的小型旋转研磨机粉磨45分钟时，活性碳污染物被中和的活化飞灰88经由在离开板71中的槽42喷出。
[0089]关于所述多介质的成分，如上指示，可定制所述制剂。例如，所述介质的配方可包括1/2英寸圆柱形陶瓷介质、1/4英寸圆柱形陶瓷介质、3/4英寸锥形陶瓷介质和8毫米珠粒。同样如上所述，在另一制剂中，可使用5/8英寸圆柱体与3/4英寸锥体和1/8英寸圆柱体的混合物，应理解存在可与不同类型的飞灰和不同驻留时间组合使用的许多不同介质组入口 ο
[0090]例如，根据介质制剂，可将驻留时间从例如I小时降低到小于45分钟，其中所述介质与处理的火山灰或飞灰相匹配。
[0091]因此，本发明的研磨机可根据在研磨机中的介质的混合物及研磨机构造而不同地处理多种组分。关于处理预粉磨的飞灰以提供活化飞灰，特别的是，与球形珠粒相对比，不同构造的介质在非球面粉碎飞灰上不同地作用。在非球面飞灰颗粒的情况下，将它们进一步粉磨，而不使任何球形飞灰颗粒开裂或磨碎。另一方面，将球形玻璃珠抛光以使所述表面粗糙。在两种情况下，飞灰颗粒的表面积都增加。因此，对于非球形颗粒，表面积增加通过粉磨进行，而对于玻璃珠，表面积增加通过使珠粒表面粗糙化提供。
[0092]最后结果是，通过使用专用的小型旋转式研磨机，可显著增加预粉磨的飞灰的表面积，以将其充分活化，从而在将其用以替代用于形成混凝土的一些波特兰水泥时提供100-120炉渣品位性能，而同时中和任何活性碳污染物。
[0093]尽管已经结合这多个图的优选实施方案描述了本发明，但应理解，可使用其它类似的实施方案或者可对所述实施方案进行修改或添加，以便执行本发明的相同功能，而不偏离本发明。因此，本发明不应该限于任何单个实施方案，而应该在根据随附权利要求书的叙述的广度和范围上加以解释。
【主权项】
1.一种用于处理旋转研磨的活性碳污染的活化飞灰以免负面限制在由活化飞灰制造的混凝土中的引气的量的方法，所述方法包括以下步骤: 在向其中引入臭氧的臭氧处理旋转式研磨机中处理所述活性碳污染的飞灰，所述臭氧处理旋转式研磨机利用定制的介质研磨所述污染的飞灰； 在具有定制的介质的第二旋转式研磨机中共同粉磨所述臭氧处理过的飞灰与钙添加剂，以活化所述飞灰并用碳添加剂涂覆所述飞灰； 在具有定制的介质的第三旋转式研磨机中共同粉磨所述钙涂覆的共同粉磨的飞灰以及来自所述臭氧处理研磨机的臭氧处理过的飞灰，以产生具有中和的任何污染活性碳的活化飞灰；和 混合所述活化飞灰与聚集物、波特兰水泥和水以产生具有大于4%引气的混凝土。2.如权利要求1所述的方法，其中所述臭氧处理研磨机和所述第二旋转式研磨机和所述第三旋转式研磨机相同地构造。3.如权利要求1所述的方法，并且还包括共同粉磨来自所述第二旋转式研磨机的所述臭氧处理过的钙涂覆的飞灰与高效减水剂的步骤，由此保证在所述混凝土中的引气大于4.一种用于处理活性碳污染的飞灰以免负面限制在由所述污染的飞灰制造的混凝土中的引气的量的方法，所述方法包括以下步骤: 在臭氧气氛中粉磨活性碳污染的飞灰；和 利用所述臭氧处理过的飞灰来生产混凝土。5.如权利要求4所述的方法，其中将所述臭氧处理过的飞灰活化以增加其表面积。6.如权利要求5所述的方法，其中在所述活化过程中将所述飞灰与钙添加剂共同粉磨以使妈涂覆所述飞灰。7.如权利要求6所述的方法，其中将所述活化飞灰与高效减水剂共同粉磨。8.如权利要求4所述的方法，其中所述污染的飞灰在旋转式研磨机中粉磨。9.如权利要求8所述的方法，其中所述旋转式研磨机包括介质。10.如权利要求9所述的方法，其中所述介质为定制的。11.如权利要求4所述的方法，并且还包括在具有定制的介质的旋转式研磨机中共同粉磨所述臭氧处理过的飞灰和所述钙添加剂的步骤。12.如权利要求11所述的方法，并且还包括在具有定制的介质的旋转式研磨机中共同粉磨妈涂覆的飞灰与臭氧处理过的飞灰的步骤。13.如权利要求6所述的方法，其中所述钙涂覆的飞灰在旋转式研磨机中共同粉磨。14.如权利要求13所述的方法，并且还包括在共同粉磨所述钙涂覆的飞灰时加入高效减水剂的步骤。15.一种用于降低在每码粘结混合料中粘结共混粉末的量、同时获得与在所述粘结混合料中使用纯波特兰水泥相比相同或更好的强度以制造混凝土的方法，所述方法包括以下步骤: 提供将与波特兰水泥混合以制造混凝土的与钙添加剂和聚羧酸盐共同粉磨的活化飞灰-M 利用所述粘结混合料来生产混凝土。16.如权利要求15所述的方法，其中，在所述混凝土生产中，超过50%的所述混合物为所述活化飞灰，所述混合物的剩余部分为波特兰水泥。17.如权利要求16所述的方法，其中所有共同粉磨都在用介质填充的旋转式研磨机中进行。18.如权利要求17所述的方法，其中在所述旋转式研磨机中的所述介质为定制的。
【专利摘要】活性碳污染的飞灰通过将所述污染的飞灰放置在旋转式研磨机中并引入臭氧来处理，从而中和所述活性碳。结果是在由活化飞灰制造的混凝土中的引气将含有大于4％的引气。
【IPC分类】C04B18/06, C04B14/00
【公开号】CN104903269
【申请号】CN201380056940
【发明人】老克林顿·韦斯利·派克
【申请人】Vhsc有限责任公司, 老克林顿·韦斯利·派克
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月30日
【公告号】CA2889651A1, DE112013005713T5, US8967506, US20140245931, WO2014137396A1
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