DE3782218T2

DE3782218T2 - Chemisches reagens und verfahren zur beseitigung von abfaellen.

Info

Publication number: DE3782218T2
Application number: DE8787401702T
Authority: DE
Inventors: Liang-Tseng Fan; Robin Bruce Somerville
Original assignee: Solidwaste Technology LP
Current assignee: SDS LICENCIA AG ARBON CH
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2007-07-08
Also published as: MX170108B; GR3006795T3; ATE81563T1; EP0258088B1; WO1989000752A1; EP0258088A1; ES2052592T3; CN87105717A; ZA874912B; CA1280449C; DE3782218D1; CN1011931B

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Beseitigung anorganischen und organischen Abfalls einschließlich chemischen Abfalls und schwachaktiven und mittelaktiven nuklearen Abfalls und, genauer, das Gebiet der Beseitigung von Abfall via Mikroeinkapselung oder Verfestigung. Noch genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Beseitigung von Abfall durch Zur-Reaktion-Bringen des Abfalls mit einem chemischen Reaktionsmittel und einem pozzolanartigen Material zur Bildung von für sichere Lagerung oder Beseitigung geeigneten Feststoffen. Das chemische Reaktionsmittel beinhaltet ein Verzögerungsmittel wie Glyzerin oder ein anderes viskositätsveränderndes Reaktionsmittel oder eine sie enthaltende Mischung, und ein Beschleunigungsmittel.

Hintergrund der Erfindung

Eines der größten Probleme, dem die industrialisierte Welt gegenwartig gegenübersteht, ist die Beseitigung von Abfall, der von den verschiedenen Industrien erzeugt wurde und gegenwartig erzeugt wird. In der Vergangenheit wurden mehrere Verfahren entwickelt, um das Problem zu lösen. Ein Verfahren beinhaltet die Verwendung von Deponien, wohin der Abfall zur Beseitigung transportiert wird. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es den Transport des Abfalls zur Deponie erfordert von Gebieten, die sehr entfernt von solchen Deponien liegen, wodurch es eine solche Beseitigung unökonomisch und für die besiedelten Gebiete, durch die ein solcher Abfall transportiert wird, oft gefährlich macht. Ein anderer Nachteil ist, daß bei der Deponie-Beseitigung der Abfall bloß bedeckt und nicht dauerhaft festgehalten ist, wodurch das Problem auf zukünftige Generationen weitergegeben wird. Abfall, der in Deponien gelagert wird, kann durch den Boden in unterirdische Wasserläufe sickern, und der Abfall könnte durch die natürlichen Wasserläufe in besiedelte Gebiete zurückgebracht werden. Das Umweltschutzamt hat Bestimmungen erlassen, welche die frühere Praxis der Beseitigung von flüssigem Abfall in Deponien verbieten und die Arten- von festem Abfall und verfestigtem Abfall, der in bestimmten Deponien beseitigt werden kann, regeln. Solche Bestimmungen haben viele Praktiken nach dem Stand der Technik veraltet werden lassen.
In EP-A-0 081 403 ist ein Verfahren zum Lagern radioaktiven Abfalls in Hohlräumen im Boden offenbart. Um das Risiko zu verringern, daß Wasser und radioaktives Material in das Erdreich eindringen können, wird ein aus Wasser, Zement, Ton, Diatomeenerde, pozzolanartigem Material und nötigen falls Hilfsstoffen wie Beschleunigungsmitteln, Verzögerungsmitteln oder viskositätsverändernden Mitteln bestehender Schlamm unter Druck in Öffnungen um den Hohlraum herum injiziert. Der Schlamm verfestigt sich und das feste Produkt umgibt den Hohlraum. Dieses Verfahren ist unökonomisch und beseitigt nicht das Problem der Transporte von gefährlichem Abfall. Im Falle von Erdbeben wird die Barriere brechen und keinerlei Schutz mehr gewahren.
Ein anderes in der Vergangenheit für die Beseitigung von Abfall verwendetes Verfahren war chemische Behandlung. Ein Nachteil einer solchen Behandlung ist, daß sie nicht wirksam ist, weil die meisten der im Abfall und insbesondere im gefährlichen Abfall anwesenden Verbindungen nicht unter Bildung ungefährlicher Verbindungen mit anderen Verbindungen chemisch reagieren. Weiterhin ist ein solches Verfahren unökonomisch, selbst wenn die Umwandlung zu harmlosen Verbindungen möglich ist.
Auch die Verbrennung zu Asche wurde in der Vergangenheit als Mittel für die Beseitigung von Abfall verwendet. Die Verbrennung zu Asche ist jedoch bei den meisten Anwendungen nicht wirksam. Weiterhin führen Verfahren der Verbrennung zu Asche zur Bildung anderer unerwünschter Chemikalien in Form von Asche oder Gasen, die in die Umwelt emittiert werden. Weiterhin ist die Verbrennung zu Asche ein sehr kostspieliges Verfahren, das hochtechnisiertes Verbrennungsgerat erfordert und den Transport des Abfalls zu speziellen Orten zur Durchführung der Verbrennung zu Asche erfordert.
Ein anderes Verfahren, das in der Vergangenheit zur Beseitigung von Abfall benutzt wurde, war das Verfahren der Verfestigung des Abfalls, indem man ihn mit Sägemehl, verschiedenen pozzolanartigen Materialien und polymeren Substanzen mischt. Ein Nachteil solcher Verfahren ist ihre Unfähigkeit, flüssigen Abfall oder Abfall vom Schlammtyp hinreichend zu verfestigen. Ein anderer Nachteil ist, daß von verschiedenen in der Vergangenheit verwendeten pozzolanartigen Materialien nicht gezeigt wurde, daß sie wirksam sind, wegen ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaften. Zum Beispiel erzeugten Versuche in der Vergangenheit, Abfall mit Portlandzement zu verfestigen, ein festes Produkt, das sehr durchlässig, porös, zum Durchsickern lassen neigend und unzulänglich in mechanischer Festigkeit war. Die Verwendung anderen pozzolanartigen Materials mit besseren physikalischen Eigenschaften zum Fördern der Wechselwirkung verschiedener Verbindungen, wie Flugasche, war auch ineffektiv, da solches Material unerwünschte Eigenschaften besaß, wie schnelles Erhärten, bevor der Abfall gleichmäßig in derartigem Material verteilt werden konnte. Obwohl sie als Bindemittel verwendet wurden, wurde von Polymeren nicht gezeigt, daß sie die meisten Abfalle erfolgreich gebunden haben, und, um erfolgreich zu sein, sind große Mengen des Polymers erforderlich. Weiterhin ist die Verwendung von polymeren Verbindungen zur Förderung der Verfestigung auch nicht wünschenswert, weil viele polymere Substanzen selbst komplex und gefährlich sind, die sich ergebende Abfallverbindung toxisch ist, und von solchen Polymeren chemischer Angriff, wie Sulfatangriff, gefördert wird. Die sich ergebende Abfallverbindung degeneriert sich auch mit der Zeit, wenn Polymere verwendet werden. Daher ist eine solche Beseitigung oft nicht dauerhaft.
In EP-A-0 124 966 ist ein Verfahren zum Einkapseln eines Borsäure- Schlamms in Zement offenbart. Außer dem Zement werden ein Dispersionsmittel und ein Verzögerungsmittel hinzugefügt und wahlweise bis zu 0,4% eines Härters, wie Calciumchlorid, bezogen auf das Gewicht des Zements. Die Verwendung eines polymeren Dispersionsmittels zieht die oben erwähnten Nachteile nach sich, und, wegen des niederen Gehalts an Härter, zeigt das nach diesem Verfahren erhaltene feste Produkt nicht eine so hohe mechanische Festigkeit und Dichte wie das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhaltene Produkt.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Mängel der früheren Verfahren, indem sie ein einzigartiges chemisches Reaktionsmittel zur Verfügung stellt, und ein einzigartiges Verfahren, bei dem ein solches chemisches Reaktionsmittel mit dem Abfall und hochaktivem pozzolanartigem Material gemischt wird, um ein festes Produkt zu erzeugen, das nicht toxisch ist, sicher, fest, kleiner an Volumen als die sich ergebenden Abfallprodukte früher verwendeter Verfestigungsverfahren, leicht transportierbar und leicht zu beseitigen in Deponien oder in leicht verfügbaren natürlichen Beseitigungsstellen wie Salzstöcken und dergleichen. Weiterhin offenbart die vorliegende Erfindung ein chemisches Reaktionsmittel und ein Verfahren, das dieses Reaktionsmittel verwendet, bei dem ein pozzolanartiges Abfallmaterial wirkungsvoll verwendet wird, um anderen Abfall zu beseitigen, wodurch es gleichzeitig zwei Abfälle beseitigt. Die Herstellung des chemischen Reaktionsmittels und seine Anwendung sind sehr einfach und ökonomisch.
Diese und andere Vorteile und Einwendungen der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung offenbar werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Anorganischer und organischer Abfall einschließlich chemischem und schwachaktivem und mittelaktivem nuklearem Abfall wird durch Mischen derartigen Abfalls mit einem chemischen Reaktionsmittel und einem pozzolanartigen Material verfestigt. Das chemische Reaxtionsmittel enthält ein Verzögerungsmittel, das Glyzerin sein könnte, oder andere viskositätsverändernde Reaktionsmittel, und ein Beschleunigungsmittel, nämlich Calciumchlorid. Das Verzögerungsmittel verhindert ein blitzartiges Erhärten des pozzolanartigen Materials und verlangsamt den Erhärtungsvorgang, während das Beschleunigungsmittel die Verfestigungsaktivität fördert. Das Verzögerungsmittel wirkt weiterhin als ein Gleitmittel und verbessert die Viskosität. Das pozzolanartige Material kann nicht nur pozzolanartiges Material sein, das speziell für Zementierungsvorgange hergestellt wurde, wie Portlandzement, sondern auch Abfallmaterial, das bei mehreren industriellen Anwendungen erzeugt wird, wie Flugasche, Ofenstaub und in Filteranlagen anfallender Stahl- oder Bleistaub. Das gebildete feste Abfallmaterial kann danach an natürlichen Lagerplätzen gelagert oder beseitigt werden, ohne die Umwelt zu beeinträchtigen oder zu schädigen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Gemäß vorliegender Erfindung wurde ein chemisches Reaktionsmittel entwickelt mit einzigartigen Eigenschaften für die Verfestigung von organischem und anorganischem Abfall wie chemischem Abfall und schwachaktiven und mittelaxtiven nuklearen Abfällen und ihre sichere Beseitigung. Das chemische Reaktionsmittel wird mit dem Abfall und dem pozzolanartigen Material gemischt, um ein festes Abfallmaterial zu bilden. Es ist wesentlich, daß das Mischen und damit zusammenhängende Schritte gleichzeitig ausgeführt werden oder in einer bestimmten, nachstehend beschriebenen Reihenfolge, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Das chemische Reaktionsmittel ist primär aus einem Verzögerungsmittel und einer wäßrigen Lösung einer Beschleuniger-Verbindung zusammengesetzt. In der vorliegenden Erfindung ist das Verzögerungsmittel Glyzerin, eine im Handel leicht erhältliche, gut bekannte Verbindung, oder ein anderes viskositätsveränderndes Reaktionsmittel. Das Verzögerungsmittel kann auch Glyzerin in Verbindung mit anderen viskositätsverändernden Reaktionsmitteln sein. Andere Verzögerungsmittel können allein oder kombiniert verwendet werden,in Abhängigkeit von ihrer Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und den Eigenschaften des Abfalls. Obwohl das Glyzerin ein geeignetes Verzögerungsmittel ist und alleine oder mit anderen Verzögerungsmitteln in verschiedenen Zusammensetzungen bei den verschiedenen Anwendungen gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden könnte, ist es bevorzugt, daß Glyzerin bei den meisten Anwendungen wegen seiner überlegenen Verzögerungs- und Schmiereigenschaften verwendet wird. Das Verzögerungsmittel verhindert blitzartiges Erhärten und verlangsamt das Abbinden und die Verfestigung des pozzolanartigen Materials, wenn es mit Wasser und Abfall gemischt wird. Man glaubt, daß das Verzögerungsmittel die Abfallpartikel bedeckt, um die Verfestigung zu verlangsamen. Die Verzögerung der Verfestigung gewährt ausreichende Zeit, um das pozzolanartige Material und den Abfall gleichmäßig zu mischen, um eine gleichmäßige Einkapselung und Bindung des Abfalls in dem sich ergebenden Abfallprodukt zu erreichen. Weiterhin erzeugt die langsamere Verfestigungszeit eine größere mechanische Festigkeit in dem sich ergebenden Abfallprodukt. Das Verzögerungsmittel wirkt weiterhin als ein Gleitmittel. Als Gleitmittel schafft das Verzögerungsmittel eine geringere Viskosität und so reibungsverringernde Eigenschaften, um das Mischen des chemischen Reaktionsmittels, der Abfalle und des pozzolanartigen Materials in der nachfolgend beschriebenen Weise zu erleichtern. Die Beschleunigungsmittel- Verbindung ist Calciumchlorid (CaCl), das den Erhärtungsvorgang des pozzolanartigen Materials fördert. Das chemische Reaktionsmittel kann auch andere Lösemittel enthalten, die während des fraglichen Verfestigungs-Verfahrens neutral bleiben.
Das chemische Reaktionsmittel wird hergestellt durch Mischen einer wäßrigen Calciumchlorid-Lösung mit dem Verzögerungsmittel mittels wohlbekannter Mischverfahren. Die Menge an in der wäßrigen Lösung anwesendem Calciumchlorid, das als das Startermaterial für das chemische Reaktionsmittel dient, kann von 15 Gew.-% bis zur Sättigung reichen. Die Menge an in dem chemischen Reaktionsmittel verwendetem Verzögerungsmittel hängt ab von den gewünschten Verzögerungs- und Viskositätseigenschaften und von den Eigenschaften des zu behandelnden Abfalls. Wenn zum Beispiel eine längere Aushärtzeit gewünscht wird, wird die Menge an Verzögerungsmittel erhöht, wodurch das sich ergebende Abfallprodukt härter und fester ist. Bei einer typischen Anwendung kann die Menge an Verzögerungsmittel im Bereich von 0,01 bis 15 Teile an Verzögerungsmittel pro 100 Teile an chemischem Reaktionsmittel in unverdünnter Form liegen. Es sollte sich von selbst verstehen, daß ein Fachmann die Menge an Verzögerungsmittel zur Anpassung an bestimmte Anwendungserfordernisse variieren könnte. Das chemische Reaktionsmittel ist eine nicht toxische, homogene Lösung, die ihre Homogenität und Stabilität lange Zeit beibehält. Das Reaktionsmittel konnte bei Temperaturen im Bereich von -40ºC bis 35ºC und darüber leicht gelagert werden. Da die Verzögerungsmittel- und Beschleunigungsmittel-Verbindungen preiswert sind, und da das Mischverfahren einfach ist, ist das chemische Reaktionsmittel auch preiswert.
Viele verschiedene pozzolanartigen Materialien können verwendet werden, einschließlich in kohlebefeuerten Kraftwerken erzeugte Flugasche, einschließlich Flugasche vom Typ Klasse C, die für ihren hohen Calciumgehalt bekannt ist, und Flugasche von Typ Klasse F, die durch ihren hohen Gehalt an Siliziumoxid und Aluminiumoxiden gekennzeichnet ist; Zementofenstaub; Kalkofenstaub, der durch einen hohen Calciumgehalt gekennzeichnet ist; in Filteranlagen anfallender Stahl- oder Bleistaub; Siliziumoxidrauchstaub aus der Industrie feuerfester Materialien; Gips; und Portlandzement. Die Mehrzahl der hierin aufgezählten pozzolanartigen Materialien könnte als Abfallmaterial gekennzeichnet werden. Die Verwendung solchen pozzolanartigen Abfallmaterials ist ein einzigartiges Merkmal vorliegender Erfindung insofern, als sie pozzolanartige Abfalle verwendet, um andere Abfalle, einschließlich hierin im folgenden beschriebenen chemischen und schwachaktiven und mittelaktiven radioaktiven Abfall, zu beseitigen. Die Wahl des zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendeten pozzolanartigen Materials würde abhängen von der Verfügbarkeit solchen Materials an dem bestimmten Ort, dem Preis solchen Materials, den Bedürfnissen des den Abfall erzeugenden Unternehmens und den Richtlinien der Verordnungs-Behörden. In bestimmten Gebieten der Vereinigten Staaten von Amerika beispielsweise, wo Flugasche in großen Mengen verfügbar ist, würde Flugasche verwendet werden. Unter bestimmten Umständen mag die Art des zu behandelnden Abfalls die Verwendung von pozzolanartigen Materialien mit höherem Calciumgehalt wie Portlandzement oder Kalkofenstaub erfordern, um das Zementierungsverfahren durchzuführen.
In der vorliegenden Erfindung befähigt einen der Gebrauch des hierin beschriebenen chemischen Reaktionsmittels, ein pozzolanartiges Material zu verwenden, das eine große reaktive Oberfläche hat, wodurch das pozzolanartige Material leichter mit dem Abfall reagiert und ein resultierendes Abfallprodukt bildet, das eine große Dichte und kleine Poren hat. Es ist bevorzugt, daß das verwendete pozzolanartige Material kleine, teilchenförmige, gleichförmige Pulver-Bestandteile mit einem hohen Gehalt an Calcium und anderen Zementierungselementen hat. Flugasche zum Beispiel ist ein pozzolanartiges Material, das aus sehr Kleinen, runden, gleichförmigen Teilchen zusammengesetzt ist. Dementsprechend besitzt Flugasche eine überlegene Fähigkeit, die Bestandteile von gefährlichem Abfall zu absorbieren, mit ihnen zu reagieren oder sie einzuschließen. Flugasche neigt jedoch dazu, sehr schnell zu erhärten, wenn sie mit Wasser und Abfall gemischt wird. Daher wäre ihre Verwendung ohne das chemische Reaktionsmittel der vorliegenden Erfindung nicht zweckmäßig. Weiterhin beinhaltet Flugasche eine relativ kleine Menge an Calcium, einem Material, das zur mechanischen Festigkeit und den Bindekräften des sich ergebenden Abfallprodukts beiträgt. Daher würde Flugasche alleine nicht eine feste, Abfall enthaltende Verbindung mit großer mechanischer Festigkeit erzeugen. Die Verwendung des vorliegenden chemischen Reaktionsmittels gleicht solche Mängel aus durch Liefern von Calcium, um die mechanische Festigkeit des sich ergebenden Abfall-Feststoffs zu erhöhen, und des Verzögerungsmittels, um das blitzartige Erhärten der Flugasche, wenn sie mit Wasser und dem Abfall gemischt wird, zu verhindern.
Ein sehr wichtiger Gesichtspunkt des von vorliegender Erfindung offenbarten Verfahrens ist das Erfordernis, daß das Mischen, Vereinen und damit zusammenhängende Schritte gleichzeitig oder in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die Reihenfolge der Schritte hängt davon ab, ob der zu behandelnde organische oder anorganische Abfall ein flüssiger oder ein fester Abfall ist. Der Begriff "fester Abfall", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, sollte so verstanden werden, daß er Abfall, der weniger als etwa 15% Flüssigkeit in freier Form beinhaltet, bedeuten soll. Weiterhin soll "flüssiger Abfall", wie hierin verwendet, Abfall bedeuten, der mehr als etwa 15% an Flüssigkeit in freier Form enthält. Wenn der Abfall ein flüssiger Abfall, wie hierin definiert, ist, ist es wesentlich, daß der flüssige Abfall zuerst mit dem chemischen Reaktionsmittel in einem üblichen, für derartiges Mischen geeigneten Mischer für eine ausreichende Zeit gemischt wird, um eine gleichförmige Verteilung des chemischen Reaktionsmittels in dem flüssigen Abfall zu erhalten. Nachfolgend wird die sich ergebende Mischung, die den flüssigen Abfall und das gleichförmig verteilte chemische Reaktionsmittel enthält, mit dem pozzolanartigen Pulvermaterial für eine ausreichende Zeit vereint oder gemischt, um vollständiges und gleichförmiges Mischen zu erreichen. Nachfolgend an derartiges Mischen läßt man die Mischung sich verfestigen zur Bildung von Abfallfeststoffen. Es mag wünschenswert sein, die Mischung in Gießbehälter oder -formen zu gießen, um den Abfallfeststoffen eine vorbestimmte Form, wie Blöcke, für die endgültige Beseitigung zu geben.
Es ist bevorzugt, daß das Verfahren für einen flüssigen Abfall in einem kontinuierlichen Mischer durchgeführt wird. Der kontinuierliche Modus kann unter Verwendung von wohlbekanntem Gerät zum Mischen und Vereinigen ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das Mischen des flüssigen Abfalls mit dem chemischen Reaktionsmittel in einer Mischpumpe oder in einem In-Line-Mischer ausgeführt werden, und das Mischen der sich ergebenden Mischung und der Flugasche kann in einem Mischer vom Schnecken-Typ oder Band-Typ ausgeführt werden. Obwohl es bevorzugt ist, daß das Verfahren für einen flüssigen Abfall in einem kontinuierlichen Modus ausgeführt wird, kann ein chargenweiser Modus verwendet werden, insbesondere, wenn nur eine relativ kleine Menge an Abfall Verfestigung erfordert. Das Verfahren kann auch in einem Zentral-Chargenmischer ausgeführt werden.
Wenn der zu behandelnde Abfall ein fester Abfall, wie hierin oben definiert, ist, wird er zuerst mit dem Pulver aus pozzolanartigem Material gemischt, bis eine gleichförmige Mischung erhalten wird. In einem getrennten Mischtank wird Wasser zu dem chemischen Reaktionsmittel zugegeben, um das chemische Reaktionsmittel auf einen optimalen Wassergehalt zu bringen, der für die Behandlung des fraglichen festen Abfalls erforderlich ist. Obwohl in Abhängigkeit von der Art des Abfalls und seiner Beseitigung verschiedene Setzungsfestlegungen erwünscht sein können, ist es im allgemeinen bevorzugt, daß ausreichend Wasser zu dem festen Abfall zugegeben wird, um zu erlauben, daß die sich ergebende Verbindung vor der Verfestigung gegossen werden kann. Nachfolgend wird das chemische Reaktionsmittel zu der gleichförmigen Mischung, die festen Abfall und pozzolanartiges Material enthält, zugegeben und damit für eine ausreichende Zeitspanne gemischt, um eine gleichförmige Mischung zu erhalten. Nachfolgend läßt man die sich ergebende Mischung sich verfestigen zur Bildung von Abfallfeststoffen. Es kann wünschenswert sein, die Mischung zur Verfestigung zu Gießbehältern zu schicken, wo man sie einen geformten Feststoff bilden läßt. Die Behandlung von festem Abfall kann auch wirkungsvoll durchgeführt werden, indem man die vorgenannten Schritte gleichzeitig durchführt. Die Behandlung des festen Abfalls kann unter Verwendung wohlbekannter Vorrichtungen, die denen bei der vorstehend beschriebenen Verfestigung des flüssigen Abfalls vergleichbar sind, entweder in einem chargenweisen oder einem kontinuierlichen Modus durchgeführt werden.
Oft werden bestimmte vorbereitende Schritte unternommen, um den Abfall vor seinem Mischen mit dem chemischen Reaktionsmittel und dem pozzolanartigen Material vorzubereiten, um die reaktive Wechselwirkung der Verbindungen zu steigern und ein besseres festes Abfallendprodukt zu erhalten. Ein vorbereitender Schritt ist die Neutralisierung des Abfalls, entweder sauer oder basisch, durch wohlbekannte neutralisierende Mittel wie Natrium, Kalk, etc., um einen bevorzugten pH-Wert zu erreichen. Ein anderer vorbereitender Schritt, der bei festem Abfall und bei flüssigem Abfall, der Feststoffe enthält, anwendbarer ist, ist das Zerkleinern bzw. Mahlen der festen Bestandteile des Abfalls, um die Oberfläche der in dem Abfall enthaltenen Feststoffe zu erhöhen und die Größe des festen Materials im Abfall zu verringern, wodurch ein besseres Mischen mit dem pozzolanartigen Material erreicht wird. Ein anderer vorbereitender Schritt, der bei der Behandlung von Flüssigkeit enthaltendem festem Abfall anwendbar ist, beinhaltet das Trocknen des festen Abfalls vor seinem Mischen mit dem chemischen Reaktionsmittel und dem pozzolanartigen Material. Das Trocknen und das Zerkleinern des Abfalls kann in wohlbekannten Vorrichtungen wie einem Rotationstrockner und einem Mahlwerk durchgeführt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden zur Behandlung einer breiten Vielfalt organischer und anorganischer Abfälle einschließlich chemischem und schwach- und mittelaktivem nuklearem Abfall, die bei industriellen Verfahren und anderen Anwendungen erzeugt werden, einschließlich aber nicht begrenzt auf aromatische Schweröle und Teere, Kreosot-Schlammteere, Tankbodensätze; Petroleumschweröle, Teere und Schlämme; petrochemische Schweröle und Teere und alle Nebenprodukte und Tank-Rückstande einschließlich Polymere; halogenierte organische Schlämme, die PCBs, Dioxine und andere chlorierte Tankrückstande aus der Lösemittelherstellung enthalten; Arsen enthaltende Pestizid/Herbizid-Schlämme; organische und anorganische Schlämme und Abfälle, einschließlich verbleite Tankrückstand-Reinigungsmittel; anorganische Schlämme, Elektroplattierungs- und Metallendbearbeitungs-Schlämme und Abfall, Chrom, Zink, etc; kontaminierte Erden, PCB- und Dioxin-kontaminiertes Öl, vergifteter Schmutz und Erden; in Feststoffen adsorbierte oder eingeschlossene oder in Flüssigkeiten absorbierte Abgase, und Verbrennungsofen-Asche. Die Beseitigung von Verbrennungsofen-Asche nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist von besonderem Interesse, da sie ein gegenwärtig auftauchendes Bedürfnis ist, und die Beseitigung oder Verbrennung zu Asche von Abfall in fester Form wurde früher nicht durchgeführt.
Was die Verwendung des von vorliegender Erfindung offenbarten Verfahrens für die Verfestigung und Beseitigung von schwachaktiven und mittelaktiven nuklearen Abfällen betrifft, ist das verwendete Verfahren das gleiche wie das Verfahren für die Verfestigung von flüssigen Abfällen. Es ist jedoch bevorzugt, ein pozzolanartiges Material von in Filteranlagen anfallendem Stahl- oder Bleistaub, das einen hohen Bleigehalt enthält, zu verwenden, um eine Bleiabschirmung für die Strahlung emittierenden nuklearen Abfälle zu schaffen.
Hinsichtlich der Menge an chemischem Reaktionsmittel und pozzolanartigem Material, das verwendet wird zur Behandlung verschiedener Abfälle, hängt die Menge ab von der Art des behandelten Abfalls und den besonderen Erfordernissen des Verfahrens. Bei typischen Anwendungen liegt die Menge an chemischem Reaktionsmittel im Bereich von 16,3 bis 130,5 Milliliter an chemischem Reaktionsmittel pro Kilogramm behandeltem Abfallmaterial, und die Menge an pozzolanartigem Material liegt im Bereich von 94 Gramm bis zwei (2) Kilogramm an pozzolanartigem Material pro Kilogramm Abfallmaterial. Bei der Behandlung von Feststoffen enthaltendem flüssigem Abfall nimmt die Menge an erforderlichem pozzolanartigem Material ab wie die Menge an in dem flüssigen Abfall suspendierten Feststoffen zunimmt. Es ist bevorzugt, daß, bevor ein Abfall behandelt wird, mit dem speziellen Abfall Labortests ausgeführt werden, um die optimalen Mengen an erforderlichem pozzolanartigem Material und chemischem Reaktionsmittel zu bestimmen.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden das chemische Reaktionsmittel, das pozzolanartige Material und der Abfall im Verfestigungsverfahren vernetzt und gebunden, was die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Abfalls verändert. Das Verfahren verringert den Permeabilitäts-Koeffizienten und den Matrix-Plastizitätsindex des Abfalls, während es die innere mechanische Festigkeit bei der Verfestigung zu einer Belastung standhaltenden Masse erhöht. Das Verfahren schafft eine Mikroeinkapselung, die den Bereich der Matrix umgibt und abdichtet, der nicht chemisch in die Reaktion inkorporiert ist, wodurch die Bestandteile in den von den Teilchen aus pozzolanartigem Material gebildeten Zwischenräumen mikroeingekapselt und tatsächlich undurchlässig und im wesentlichen durchsickerfrei werden. Die Reaktionen zwischen den mehreren Bestandteilen sind sorgfältig über die Teilchenoberfiächen überall in der Masse des Abfalls verteilt. Manches Abfallmaterial nimmt eine aktive Rolle in dem Verfahren ein und wirkt selbst als chemisches Reaktionsmittel und trägt weiterhin zum physikalischen Härten und der Verringerung der Permeabilitäts- und Auswasch- Eigenschaften bei. Das Volumen des entstehenden Abfallprodukts ist kleiner als das Volumen des entstehenden Produkts der früher nach dem Stand der Technik verwendeten Verfestigungsverfahren.
Die nach dem vorliegenden Verfahren gebildeten Feststoffe können sicher transportiert und an verschiedenen Stellen, wie Deponien, gelagert werden. Ein besonderer Platz zum Lagern solcher Abfall-Feststoffe sind Salzstöcke, die überall in den Vereinigten Staaten liegen. Eine solche Lagerung kann ausgeführt werden durch direkte Unterbringung der Feststoffe in der Beseitigungsstelle oder durch Hinunterpumpen des Abfallschlamms vor der Verfestigung in einen Salzstock, wo man ihn durch dauerhafte Lagerung verfestigen läßt. Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung weiterhin, aber sind nicht als Beschränkungen des Schutzbereichs des hierin betrachteten Verfahrens auszulegen.

Beispiel I

Einhundert (100) Gramm saurer Schlammabfall, der 7,50 Gew.-% Feststoffe enthielt, wurde vereint mit zehn (10) Gramm chemischem Reaktionsmittel, das 0,125 Gramm Glyzerin, 0,125 Gramm Polyethylenglycol und 9,7 Gramm 39prozentige Calciumchlorid-Lösung in Wasser, d. h. etwa 3,8 Gramm Calciumchlorid und 5,9 Gramm Wasser, enthielt. Nachfolgend wurden einhundert (100) Gramm Kalkstaub in die vorgenannte Mischung gemischt. Die sich ergebende Mischung wurde in Formen gegossen. Die Erstarrungszeit war näherungsweise fünf Stunden, und die endgültige Erstarrungszeit war zehn (10) Stunden.

Beispiel II

Einhundert (100) Gramm in Filteranlagen angefallener Stahlstaub wurden mit 15 Gramm Portlandzement vereint. In einem getrennten Behälter wurden sieben (7) Teile Wasser (12,85 Gramm) zu einem (1) Teil chemischen Reaktionsmittel (2,65 Gramm), das 0,03 Gramm Glyzerin, 0,03 Gramm Polyethylenglykol und 2,59 Gramm 39prozentiger Calciumchlorid-Lösung in Wasser enthielt, zugegeben, um 15,5 Gramm verdünntes chemisches Reaktionsmittel zu bilden. Das chemische Reaktionsmittel wurde dann zu einer getrennt gebildeten Mischung aus in Filteranlagen angefallenem Stahlstaub und Portlandzement zugegeben. Die resultierende Mischung ließ man sich verfestigen.

Beispiel III

Das Verfahren des Beispiels II wurde unter Verwendung von fünfzig (50) Gramm Flugasche Klasse "C" statt 15 Gramm Portlandzement wiederholt.

Beispiel IV

Einhundert (100) Gramm trockene Erde wurde mit fünfzig (50) Gramm Flugasche der Klasse "C" gemischt. In einem getrennten Behälter wurden fünf Teile (5) Wasser (13,5 Gramm) zu einem (1) Teil chemischen Reaktionsmittel (4,0 Gramm), das 0,05 Gramm Glyzerin, 0,05 Gramm Polyethylenglykol und 3,9 Gramm 39prozentige Calciumchlorid-Lösung in Wasser enthielt, zugegeben, um 17,5 Gramm verdünntes chemisches Reaktionsmittel zu bilden. Nachfolgend wurde das verdünnte chemische Reaktionsmittel zu der Erde/Flugasche-Mischung zugegeben und verfestigen lassen.

Beispiel V

17,5 Gramm verdünntes chemisches Reaktionsmittel wurden gebildet durch Zugeben von zwei (2) Teilen Wasser (9,5 Gramm) zu einem (1) Teil chemischem Reaktionsmittel (8,0 Gramm), das 0,11 Gramm Glyzerin, 0,11 Gramm Polyethylenglykol und 7,78 Gramm 39prozentige Calciumchlorid-Lösung in Wasser enthielt. Nachfolgend wurde das verdünnte chemische Reaktionsmittel mit einhundert (100) Gramm nasser Erde gemischt. Die resultierende Mischung wurde mit fünfzig (50) Gramm Flugasche Klasse "C" gemischt. Die resultierende Mischung ließ man sich verfestigen.

Beispiel VI

Einhundert (100) Gramm Schlammabfall aus einem Ölseparator, der vierzig (40) Gewichtsprozent Feststoffe enthielt, wurde gemischt mit 2,5 Gramm chemischem Reaktionsmittel, das 0,05 Gramm Glyzerin, 0,05 Gramm Polyethylenglykol und 2,4 Gramm 39prozentige Calciumchlorid- Lösung in Wasser enthielt. Nachfolgend wurden einhundert (100) Gramm Flugasche Klasse "C" zu der Mischung zugegeben und mit ihr gemischt.

Beispiel VII

Das Verfahren des Beispiels VI wurde wiederholt unter Verwendung von fünf (5) Gramm des gleichen chemischen Reaktionsmittels.

Beispiel VIII

Einhundert (100) Gramm Schlamm aus einem Ölseparator, der sechzig (60) Gewichtsprozent Feststoffe enthielt, wurde gemischt mit 2,5 Gramm des gleichen chemischen Reaktionsmittels, das in Beispiel VI verwendet wurde. Nachfolgend wurden sechzig (60) Gramm Flugasche der Klasse "C" zugegeben und mit der Mischung vermischt.

Beispiel IX

Das Verfahren des Beispiels VIII wurde wiederholt unter Verwendung von fünf (5) Gramm des gleichen chemischen Reaktionsmittels.

Beispiel X

Einhundert Gramm Chrom-Plattierungsabfall, der 7,5 Gew.-% Feststoffe enthielt, wurde mit 2,5 Gramm des gleichen chemischen Reaktionsmittels, das in Beispiel IX verwendet wurde, gemischt. Nachfolgend wurden 75 Gramm Flugasche der Klasse "C" mit der Mischung gemischt, und die resultierende Mischung ließ man sich verfestigen.

Beispiel XI

Das Verfahren des Beispiels X wurde wiederholt unter Verwendung des gleichen Abfalls mit 15 Gew.-% Feststoffen.

Beispiel XII

Das Verfahren des Beispiels X wurde wiederholt unter Verwendung von fünf (5) Gramm chemischem Reaktionsmittel.

Beispiel XIII

Das Verfahren des Beispiels XI wurde wiederholt unter Verwendung von fünf (5) Gramm des gleichen chemischen Reaktionsmittels.
Obwohl die Erfindung in bezug auf bestimmte Ausführungsformen und Abänderungen beschrieben ist, sollen deren Einzelheiten nicht als Beschränkungen ausgelegt werden, außer in dem in den folgenden Ansprüchen angegebenen Ausmaß.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von gefährlichem Abfall, das die Schritte aufweist:

- Mischen eines Verzögerungsmittels mit einem Calciumchlorid-Beschleunigungsmittel zur Bildung eines chemischen Reaktionsmittels;

- Vereinen des chemischen Reaktionsmittels mit dem Abfall und einem pozzolanartigen Material;

wobei das calciumchlorid-Beschleunigungsmittel in einer Menge von mindestens 0,9 Gew.-% des zu behandelnden Abfalls anwesend ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verzögerungsmittel Glyzerin ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verzögerungsmittel ein viskositätsveränderndes Reaktionsmittel ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt enthält, die Mischung aus chemischem Reaktionsmittel, Abfall und pozzolanartigem Material sich verfestigen zu lassen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Vereinens das gleichzeitige Vereinen des chemischen Reaktionsmittels, des Abfalls und des pozzolanartigen Materials beinhaltet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abfall ein flüssiger Abfall ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Vereinens aufweist:

- zuerst Mischen des chemischen Reaktionsmittels mit dem Abfall; und

- danach vereinendes In-Wechselwirkung- Bringen der sich ergebenden Mischung aus chemischem Reaktionsmittel und Abfall mit dem pozzolanartigen Material.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der erste Mischschritt ein gleichförmiges Verteilen des chemischen Reaktionsmittels überall im Abfall beinhaltet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des In-Wechselwirkung-Bringens ein gleichmäßiges Vereinen des chemischen Reaktionsmittels, des Abfalls und des pozzolanartigen Materials beinhaltet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abfall ein fester Abfall ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Vereinens aufweist:

- zuerst Mischen des Abfalls mit dem pozzolanartigen Material;

- danach vereinendes In-Wechselwirkung- Bringen des chemischen Reaktionsmittels mit der Mischung aus Abfall und pozzolanartigem Material, um eine Mischung zu bilden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, das den Schritt des Hinzufügens von Wasser zu dem chemischen Reaktionsmittel beinhaltet, bevor das chemische Reaktionsmittel mit der Mischung aus Abfall und pozzolanartigem Material vereinend in Wechselwirkung gebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin den Schritt beinhaltet, die Mischung aus chemischem Reaktionsmittel, Abfall und pozzolanartigem Material sich verfestigen zu lassen.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Abfall ein nuklearer Abfall ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Abfall schwachaktiver nuklearer Abfall ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Abfall mittelaktiver nuklearer Abfall ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an Verzögerungsmittel im Bereich von 0,01 bis 15 Teilen an Verzögerungsmittel pro 100 Teile an chemischem Reaktionsmittel in unverdünnter Form liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an pozzolanartigem Material im Bereich von 94 g bis 2 kg an pozzolanartigem Material pro kg an Abfallmaterial liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an chemischem Reaktionsmittel im Bereich von 16,3 bis 130,5 ml an chemischem Reaktionsmittel pro kg Abfall liegt.

20. Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin den Schritt beinhaltet, den festen Abfall vor dem Mischen des festen Abfalls mit dem chemischen Reaktionsmittel und dem pozzolanartigen Material zu trocknen.

21. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt beinhaltet, den Abfall vor dem Vereinen des Abfalls mit dem chemischen Reaktionsmittel und dem pozzolanartigen Material zu neutralisieren.

22. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt beinhaltet, den Abfall vor Bildung des chemischen Reaktionsmittels und vor dem Vereinen des chemischen Reaktionsmittels mit dem Abfall zu analysieren.

23. Chemisches Reaktionsmittel zum Behandeln von Abfall, das beinhaltet:

- ein Verzögerungsmittel; und

- ein Calciumchlorid-Beschleunigungsmittel in einer Menge von mindestens 0,9 Gew.-% des zu behandelnden Abfalls.

24. Chemisches Reaktionsmittel nach Anspruch 23, bei dem das Verzögerungsmittel ein viskositätsveränderndes Reaktionsmittel ist.

25. Chemisches Reaktionsmittel nach Anspruch 24, bei dem das Verzögerungsmittel Glyzerin ist.

26. Zusammensetzung zum Behandeln von Abfall, aufweisend:

- ein pozzolanartiges Material; und

- ein chemisches Reaktionsmittel, das ein Verzögerungsmittel und ein Calciumchlorid-Beschleunigungsmittel enthält, wobei das Beschleunigungsmittel in einer Menge von mindestens 0,9 Gew.-% des zu behandelnden Abfalls anwesend ist.