CN1004336B - 有机和无机废料转变成惰性不溶于水的固体材料的方法 - Google Patents

Abstract

含有至少３０％（以重量计）纤维素物质的固体废料转变成隋性和不溶于水的固体产品方法，其特征在于可能包含的金属体被除去，然后废物经过研磨和均匀化，形成均匀的粉状料，再压制成大量的固体，最后，这些固体在有生石灰存在下进行热处理，所述的热处理包括初始加热区，在此区内，固体中心温度从初始温度低于１００℃迅速升到至少２５０℃，但要低于原始废物中可能包含的塑料热分解温度。

Description

有机和无机废料转变成惰性不溶于水的固体材料的方法

本发明是关于把含有至少30%（以重量计）纤维素物质的有机和无机废料转变成固体惰性和不溶于水的产品的方法。

具体地说，该方法用于将含有多种组分的有机和无机物的混合物的家用垃圾和工业废物转变成建筑业和土木工程所用的材料。迄今为止，家用垃圾和工业废物一般是通过倾卸在地里、或焚化或简单热处理。这两种处理方法造成的严重危害是众所周知的。它们可引起严重的污染。确切地说，在使用焚烧或热解处理时，经常可在不同来源的垃圾和废物中发现的某些物质容易释放出毒气，扩散到大气中。例如，氯化和氟化塑料容易分别释放出氯气或氯化氢，或者氟气或氟化氢。从而，使用这种类型的处理方法处理垃圾或废物的可能性受到了很大限制。

另一方面，大量未处理的废物或不能再被利用的焚化器中的残存物逐渐积累，也产生严重问题。

法国专利申请2472421公开了一种将至少含有30%（重量）的纤维素的城市垃圾转变成宜用作天然沙或砂砾的代替物的有用的颗粒产品的方法。这方法包括如下步骤：从垃圾中分离出金属物质，研磨该废料以便得到一种垃圾的粉状物料，然后在湿气的存在下，于250℃-400℃的初始温度下使这种粉状物料与生石灰和/或钙盐进行反应，从而得到粉状物料。之后，使用一种粘合剂并在高压下对得到的粉状物料进行造粒，再经过第二次热处理（250℃-350℃）。

本发明的目的在于提供一种方法克服这些缺点，此方法是将有机和无机废料转变成能在诸如建筑业和土木工程中使用的惰性材料。该法包括若干工序，其中将被处理的废料体积大大减小且转变成惰性固体产物，在实施此方法中或在以后没有任何毒气或其它毒性物质释放出。

为此，本发明的方法特征在于，除去废料中可能含有的金属物，然后废料经过粉碎和均匀化，形成均匀的粉状物质，且压制成许多的块料形式，最后，在生石灰存在下，这些块料经过热处理。所说的热处理包括初始的加热阶段，在加热过程中，块料中心温度从最初低于100℃快速升到至少250℃，但要低于原始废料中可能含有的塑料热分解温度。

该法国专利的方法与本发明不同之处在于：第一次热处理是在对产品进行造粒之前进行的;在第二次热处理之前不将生石灰加入到经造粒的产物中。

法国专利申请2472421公开的方法比本发明的更复杂，这是因为为了获得基本上惰性的固体颗粒作为最终产物，该法国专利中要求采用两种不同的热处理，而在本发明中只用一种热处理代之。

此外，与按照FR2472421讲述的方法得到的产品相比，用本发明的方法得到的产品其惰性和不溶水性获得了改善。

所说的固体湿含量最好控制在27-30%（以重量计）。

压缩所说的粉状废料的所需压力范围最好定在150-900巴。

按照本优选实施例的方法，粉状废料压制成直径为4-20毫米，长为6-30毫米的圆柱柱体或颗粒。

按照优选实施例的方法，该物质在压制步骤之前立刻把至少一种添加物掺进粉状废料。

所述的添加物可由如下物质中选取：一元磷酸钙、磷酸、硫酸钙、尿素、铵盐、氨水溶液、硼砂、碳酸氢钠、氯化钠、干抽提明胶、木薯渣或淀粉、藻酸钠、羧甲基纤维素、甲基纤维素、改性甲基纤维素、聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇、蜜胺甲醛树脂、酚醛树脂、蜜胺甲醛树脂不溶剂、聚乙烯醇不溶剂、苯并呋喃树脂、脲甲醛树脂、硅酸钾、硅酸钠、当它们掺进粉状废料时，可以是粉状、液体或溶液或水分散体形式。

所说的粉状废料在压制步骤以前，一定量的粉状生石灰（例如相当于0.3-10%的粉状废料）可选择性地掺入。加入这种生石灰的目的是，为使压制加工有效地进行，而将粉状废料的温度提高到最佳值，例如由于生石灰与粉状废料中的湿气反应，致使温度升到大约80℃。

按照优选实施例，在初始块状废料加热处理的加热阶段，块料的中心温度升到250-300℃的范围内，并在此温下保持一定的时间，在所说的初始加热阶段后为中间加热阶段，其温度逐渐降低到60-80℃，及温度在60-80℃的最后加热阶段。

块状废料热处理时的总加热时间最好为20-45分钟。

初始加热阶段的持续时间最好相当于总加热时间的大约三分之一。

按照优选实施例的方法，通过以恒定速率移动块料或颗粒进行热处理，首先从250℃-300℃的初始加热区，经过中间区，到60°-80℃的最后加热区。中间加热区提供与颗粒移动方向相应的，从初始加热区温度到最后加热区温度的逐渐温度变化。在初始加热的开始处，颗粒与生石灰或生石灰和至少一种钙盐的粉状混合物同时加入。

所说的钙盐最好是碳酸钙。

在热处理前，加入到固体块中的生石灰或生石灰和钙盐的混合物的比例最好是以所说的块料总量为基准，相当于0.3-0.5%重量的钙盐。

按照优选实施例，通过使固体废料块或者颗粒经过一个旋转轴基本上是水平的隧道式旋转炉进行热处理，所说的旋转炉的侧壁内表面与螺杆传送器整体配合，螺杆传送器使固体块料以基本恒定的速度从旋转炉的一端传送到另一端。

能够按照本发明的方法处理的物质，其来源和组成可变化相当大。

例如，它们可以是家用垃圾以及工业废物或残渣。

如果人们研究了这些物质的性质，会发现实际上它们含有多种来源的产品混合物，其组成明显可能相当大的和或多或少以任意方式增减。但一般地说，待处理的物质的平均组成以下述含量为最佳（以重量百分比计）。

纤维素物质：50-60%

淀粉物质（如淀粉和虫粪）：6-7%

塑料（合成聚合物树脂）：6-7%

含硅物：3-4%

在进行本方法前，收集到的垃圾和废物要受到通常的分类和筛选，以便分离出可回收和/或再循环加工的物质，例如尤其是大块金属。

可以通过粉碎和混合得到基本无金属尤其无铁的粉状混合物废料。这两道工序既可以单独进行也可以同时进行，且可以与分离金属，尤其是铁基元素的一种或几种分离工序相结合。例如，在铁粒子和其它铁磁物磁性分离前后，使废料经过第一道粉碎，然后进行第二道粉碎，例如利用旋锤式粉碎机，以便把废料粉碎成不大于5-8毫米的颗粒。

可有选择地向废料中添加一种辅助的无机填料，最好是在粉状混合物制备之后，目的是改变废料总的组成，特别是，为了提高最终产品的组成和产品特性，例如，使废料具有所期望的密度。这种辅助的无机填料既可以在粘合剂掺入粉碎废料之前加入废料中，也可以与粘合剂同时加入废料中。可用作辅助无机填料的一种组份，例如可从如下物质中选取的一种或若干种物质：碳酸钙、石膏、灰浆、高炉粉煤灰、氧化镁、硫酸钡、锌钡白、白云石、泥质物类、煤粉。

例如，构成这种辅助填料的物质的总比例最好占废料和填料的混合物总量的20%-40%。

添加物加入到可有选择性地含有辅助填料粉碎的废料中的操作，在混合设备（例如，立式搅拌机）中进行是十分有利的，接着通过另一个混合设备（例如，卧式搅拌机），在其中添加物连续浸渍粉碎的物料，例如时间为15-20分钟，为的是得到一种粉碎物和添加物的均匀混合物，在此添加物很好地浸透了粉碎物。

可用无论是粉状、液体或糊状的任何一种化合物作添加物，这种化合物是能直接加入并均匀地分散粉碎物料中并使之具有一些物理特性，例如特别是塑性以及流变特性，使混合物以后成型为固体颗粒，在热化学处理的最后加工过程中，保持粘结力。

例如，可用通过在水中加热（不超过90℃）至少一种如下化合物（最好以下文所注明的重量百分比，按所用水的重量计）得到的产品作添加物。

一元磷酸钙：0.2-1.5%

磷酸：0.2-1.5%

硫酸钙：2.5-7.5%

尿素：0.5-2%

铵盐：1.0-3.0%

氨水溶液，40°波美：1.0-3.0%

硼砂（例如，已知的商品名称为“neobore”）：的产品 0.3-2.0%

碳酸氢钠或氯化钠：0.3-1.5%

干抽提明胶（例如，骨明胶）：1.8-3.0%

木薯虫粪：2.0-6.0%

木薯淀粉：4.0-12.0%

藻酸钠：2.0-8.0%

羧甲基纤维素：1.5-4.0%

甲基纤维素：1.0-3.0%

改性甲基纤维素：（例如，已知的商品名称为“thylose”的产品）：1.5-5.0%

增塑聚醋酸乙烯酯：2.0-8.0%

聚乙烯醇：2.5-8.0%

脲甲醛树脂：0.5-3.0%

酚醛树脂：1.0-2.0%

聚乙烯醇不溶剂、蜜胺甲醛树脂不溶剂、苯并呋喃树脂

硅酸钾或硅酸钠、等等。

具体地说，以添加物方式添加的一种粉状物可由第一种粉末和第二种粉末混合（重量比1∶2-2∶1）而成。第一种粉末含有：

0.3-1.2份（重量）的硫酸钙

0.1-1.2份（重量）的一元磷酸钙

0.5-0.2份（重量）的硼砂

0.5-2份（重量）的尿素

0.5-3份（重量）的骨明胶

0.1-1份（重量）的羧甲基纤维素

10-50份（重量）的碳酸钙

第二种粉末是通过在甲醛和氨的水介质中加热一直到沸点使木薯渣膨胀，再经干燥制备而成的（例如，以重量计0.5-2份的甲醛、以重量计0.5-2份的波美400°的氨水、以重量计的10-40份的木薯渣）。

例如，加入粉状废料中的添加物重量比可以是0.5-5%。

废料（可选择性地含有辅助填料）和添加物，以及粉状生石灰或者生石灰和至少一种钙盐的混合物的压制加工，在压制步骤之前把生石灰加到粉状废料的情况下，可采用已知的方式，这取决于转变最终产物的材料结构所需要的形状。为了得到粒料，例如长为6-30毫米，直径为4-20毫米的小圆柱颗粒，使用工业型造粒机是十分有利的，其中造粒的压力为150-900巴。废料、辅助填料和添加物（即使有也很少）的混合物可被压制成几厘米大小的块，并可用作墙壁或铺路建材，或者压成板材或面板形式，例如可作为墙面材料。

与含填料和添加物（即使有也很少）的压制废料固体制品接触且要经过热处理的生石灰或生石灰及碳酸钙的混合物比例最好是CaO的重量为0.3-0.5%和碳酸钙的重量最好为0.3-0.5%。总热处理的时间最好是20-45分钟，第一阶段的热处理时间最好相当于总热处理时间的三分之一。

按照本发明的一个特别有利的优选实施例的方法，通过以恒定速率将固体或颗粒从初始加热区（温度范围为250℃-300℃），中间通过一个中间加热区，移至最后加热区（温度范围为60℃-80℃），对物料进行热处理。在中间加热区中提供一个与固体或颗粒从初始加热区输送到最后一个加热区相一致的温度逐渐变化的温度梯度。在初始加热区开始处，要热处理的固体或颗粒与生石灰或生石灰和钙盐如碳酸钙的混合物同时加入。例如在固体物料进入初始加热区之前，迅速将粉状生石灰或生石灰和钙盐的混合物倒入固体物料中。

利用隧道式旋转炉实施热处理是十分有利的，转炉的轴基本水平放置，在该炉的初始加热区的一端加入要热处理的物料，在炉子的另外一端附近输出经过热处理的物料。最终产品具有惰性、不溶固体的形式，例如圆柱形颗粒，它几乎是由无机物组成并且其结构与石灰石相同。这种产物具有多种用途，尤其是作为建筑工业中及土木工程中的建材、面材或者填料。

该方法的实施将用不受限制的实例说明：

实例1

主要来自家庭的城市垃圾直接收集入卸料仓，并连续以恒定速率向第一粉碎机中加料。粉碎机带有一个5米高的，能吹起废物的冲击筒，用来排出固体块状物，特别是重量为50-3000克的废金属碎片，并带有一个防爆装置（防护板）。

在粉碎机的出口，废物被送进转筒筛，筛选出大小达到6厘米的废物，筛剩物被送回最初接收仓中。经筛选的废物送到联接有磁铁分离器和安装在输送带前端磁铁滚筒的输送带上，为的是除去所有残留在来自第一粉碎机废物中的铁磁物颗粒。经这样处理的废料送入第二粉碎机，在此粉碎机中，废料被粉碎成平均粒径为2-30毫米的颗粒。接着，粉碎的废料送入螺旋叶片式搅拌机，在此加入一种粘合剂。粘合剂的制备是：混合10份（重量）木薯粉、2.5份（以重量计）苛性钠的水溶液（波美32°）和100份（以重量计）水中加有2.5份（重量）的盐酸水溶液（波美32°）;90℃下加热15分钟;然后干燥最后的混合物，使获得一种基本上干的，粉状产物。这样制备的均匀粉状混合物送入旋转造粒机中，在600巴压力下，将混合物压缩制成长15毫米、直径5毫米的圆柱形颗粒。这样制备的颗粒含湿度大约为30%（以重量计）。

颗粒连续地与生石灰和碳酸钙的混合物一同送入管式旋转炉（长10米，直径1米）的进口，生石灰和碳酸钙的对应量为：0.35%细粉状生石灰（平均粒径：50-100微米）以及0.35%的工业级的粉末碳酸钙（平均粒径：80-150微米），其中含有至少20%（重量）的钙;按照物料的停留时间调整旋转炉的旋转速度，物料的停留时间必须不小于25分钟。

旋转炉的转动轴基本上是水平安装的，并且在旋转炉的最底部，在颗粒与生石灰和碳酸钙的混合物加料的部位，通过煤气燃烧器加热旋转炉。颗粒通过旋转炉中安装的螺旋杆的逐渐推进通过旋转炉，在进料口的另一端出料，物料在旋转炉中的总停留时间为40分钟。在物料通过旋转炉的过程中，颗粒顺序地送入初始加热区（温度范围280℃-260℃），在此物料停留15分钟;接着在中间加热区停留15分钟，在该区温度从260-80℃近似线性地逐渐下降;最后，进入最后加热区，在此物料保持在80-60℃之间。

实例2

除了在向粉碎的废料中加入添加物的同时加入适量的废建筑灰泥浆以外，实例2中的步骤与实例1中的步骤相同。这样，灰泥浆在由废料和灰泥浆中的辅助填料所构成的总组成中所占的比例等于30%（重量）。

Claims (9)

1、含有至少30%（以重量计）纤维素物质的固体废料转变成惰性和不溶于水的固体产品方法，其特征在于可能包含的金属体被除去，然后废物经过研磨和均匀化，形成均匀的粉状料，再压制成大量的固体，最后，这些固体在有生石灰存在下进行热处理，所述的热处理包括初始加热阶段，在此，固体中心温度从初始温度低于100℃迅速升到至少250℃，但要低于原始废物中可能包含的塑料热分解温度，并保温，其中所述的固体湿含量在热处理前控制在27-30%（重量）;所述粉状废料在150-900巴的压力下加压且在加压之前快速将至少一种添加剂掺入，废料中掺入含至少一种无机物的辅助填料且其比例占废料混合物和辅助填料总重的20-40%（重量）;粉状废料压制步骤前，颗粒中掺入相当于0.3-10%的所述颗粒的生石灰;在初始加热后进行中间加热，其温度逐渐降低到60-80℃以及最后阶段，其温度为60-80℃;总加热时间为20-45分钟且初始加热时间相当于总加热时间的三分之一。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的粉状废料颗粒压制成圆柱体形状，其直径为4-20毫米，长为6-30毫米。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的添加剂选自如下物质：一元磷酸钙、磷酸、硫酸钙、尿素、铵盐、氨水溶液、硼砂、碳酸氢钠、氯化钠、干抽提明胶、木薯渣或淀粉、藻酸钠、羧甲基纤维素、甲基纤维素、改性甲基纤维素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、蜜胺甲醛树脂、酚醛树脂、蜜胺甲醛树脂不溶剂、聚乙烯醇不溶剂、苯并呋喃树脂、脲甲醛树脂、硅酸钾、硅酸钠，当该物质掺入粉状废物料时，它可以是粉状、溶液状或水溶液分散体。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于无机物选自下述化合物：碳酸钙、石膏、灰浆、高炉瓦灰、氧化镁、硫酸钡、锌钡白、白云石、泥质物类、煤粉。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于热处理是通过以恒定速度移动固体物料进行，首先从250-300℃的初始加热区，经过提供温度梯度的中间区，到60-80℃的最后加热区，中间区温度梯度相当于固体从初始加热区移向最后加热区方向逐渐温度变化，在初始加热区开始，所述固体与生石灰或生石灰和至少一种钙盐同时加入。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的钙盐为碳酸钙。

7、根据权利要求1或5之一所述的方法，其特征在于热处理之前，与固体物料接触的生石灰或生石灰和钙盐的混合物所占的比例，以所述固体物料总重为基准，相当于0.3-0.5%重量的CaO和0.3-0.5%重量的钙盐。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于热处理的进行是通过隧道式旋转炉输送固体物料，它的旋转轴基本是水平放置的，所述旋转炉的侧壁的内表面与螺杆传送器整体配合，它使固体物料以基本恒定的速度从旋转炉一端向其另一端输送。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于粉状废料压制成制品形式，例如砖或板。