ES2639400T3 - Procedimiento para el tratamiento de residuos orgánicos - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento de residuos orgánicos que contienen óxidos de fósforo y óxidos metálicos, en particular para el tratamiento de lodo de depuradora, en el que los residuos se mezclan con portadores de cloro y se tratan térmicamente a continuación con una relación de aire de 0,85<=λ<=1,6 y se oxidan al menos parcialmente y los cloruros metálicos formados se extraen y se recuperan y la fracción restante después de extraerse los cloruros metálicos se somete a una reducción para obtener fósforo elemental, alimentándose los residuos, mezclados con los portadores de cloro, con un gas portador a una cámara de combustión mediante un ciclón para la oxidación.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Procedimiento para el tratamiento de residuos organicos

La invencion se refiere a un procedimiento para el tratamiento de residuos organicos que contienen oxidos de fosforo y oxidos metalicos, en particular para el tratamiento de lodo de depuradora.

El tratamiento de residuos organicos y en particular de lodo de depuradora, lodos secos, cenizas de lodo de depuradora y harina animal es un aspecto importante de la tecnologfa ambiental y resulta diffcil debido a la compleja composicion de los residuos en cuestion, en particular cuando los residuos contienen tambien, ademas de las sustancias naturales ampliamente inofensivas, toxinas ambientales, por ejemplo, metales pesados, halogenos, pesticidas, herbicidas, antibioticos, contaminantes cancengenos y mutagenicos, hidrocarburos clorados, bifenilos policlorados, hormonas y sustancias endocrinas. Entre los metales presentes en el lodo de depuradora se pueden mencionar tambien, ademas de los metales pesados como el cobre, el zinc y el cadmio, distintos oxidos de calcio, silicio y aluminio, imposibilitando en particular la presencia de oxidos de hierro la obtencion de fosforo puro, porque el fosforo se une al hierro para formar hierro de fosforo y, por tanto, no se puede obtener en forma pura sin el hierro. El contenido de distintos metales y metales pesados impide mayormente el uso directo del lodo de depuradora como fertilizante y, por consiguiente, grandes cantidades de lodo de depuradora se han de verter en depositos. El vertido del lodo de depuradora en depositos no permite, sin embargo, el aprovechamiento de los materiales reciclables, contenidos en el mismo, y en particular del fosforo que no solo es interesante para la industria de fertilizantes.

El documento JPH10337549 se considera como el estado mas actual de la tecnica y muestra un procedimiento generico con combustion oxidativa de una mezcla de residuos organicos e inorganicos.

Por el documento EP0707083A1 es conocido un procedimiento de tres etapas para el tratamiento de basura. Despues de una oxidacion por fusion con una debil reduccion subsiguiente de las masas fundidas minerales mediante un bano de acero se reduce fuertemente a continuacion el bano de hierro saturado con carbono. No se realiza una adicion de cloruro basada en la estequiometria. Se adiciona intencionadamente hierro para reducir los elementos siderofilos. Por consiguiente, no se puede liberar fosforo elemental.

Por el documento EP2228146A1 es conocido un procedimiento, en el que el lodo de depuradora se calienta por induccion. A las temperaturas de proceso indicadas no se pueden formar una masa fundida, por lo que se desarrolla un proceso de sinterizacion. Sin embargo, para la obtencion de fosforo en una forma lo mas pura posible se requiere una fase de fusion.

Por tanto, es objetivo de la presente invencion obtener fosforo o sus derivados en una forma lo mas pura posible como material reciclable a partir de residuos organicos y en particular a partir de lodo de depuradora, asf como separar el contenido de metales.

Para conseguir este objetivo, los residuos del tipo mencionado al inicio se mezclan con portadores de cloro y se tratan termicamente a continuacion con una relacion de aire de 0,85<X<1,6 y se oxidan parcialmente, los cloruros metalicos formados se extraen y se recuperan y la fraccion restante despues de extraerse los cloruros metalicos se somete a una reduccion para obtener fosforo elemental.

La medida de mezclar los residuos a tratar con portadores de cloro provoca que durante la etapa de oxidacion siguiente, que se lleva a cabo a elevadas temperaturas, los metales se transformen en cloruros metalicos que son muy volatiles y, por consiguiente, se pueden extraer con la fase gaseosa. La fraccion restante se somete segun la invencion a una reduccion, en la que a partir de los oxidos de fosforo se obtiene fosforo puro. Con el procedimiento segun la invencion, los metales y los oxidos metalicos mencionados arriba y en particular los oxidos de hierro se separan como cloruros metalicos antes de obtenerse el fosforo elemental por reduccion.

El tratamiento termico se lleva a cabo preferentemente a temperaturas de 1300-1600 °C.

Segun un modo de procedimiento preferido, el procedimiento segun la invencion se perfecciona al adicionarse tambien cal a los residuos. En el procedimiento segun la presente invencion, la cal forma con los productos de combustion inorganicos una masa fundida de escoria lfquida a las temperaturas de proceso mencionadas, debiendo estar adaptada la cantidad de cal anadida al contenido de SiO2 de los productos de combustion y debiendo garantizar la misma en particular una relacion de 0,85<CaO/SiO2<1,3. La escoria obtenida se puede usar de manera provechosa en la industria del cemento.

A fin de conseguir una alta eficiencia en la etapa de oxidacion, los residuos se someten a la etapa de oxidacion de una manera finamente dividida. Segun la presente invencion, el procedimiento se perfecciona ventajosamente al alimentarse los residuos, mezclados con los portadores de cloro, con un gas portador a una camara de combustion mediante un ciclon para la oxidacion, usandose preferentemente como gas portador un gas con contenido de oxfgeno, en particular aire caliente. Un procedimiento de este tipo se puede llevar a cabo, por ejemplo, con un dispositivo segun el documento WO03/070651A1 que ya se ha usado satisfactoriamente para la fusion de polvos. En

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

este dispositivo, el ciclon esta situado por delante de dicha camara de combustion y el material o los residuos se inyectan tangencialmente con el gas portador, provocando as^ un movimiento rotatorio de los mismos, de modo que dichos residuos se introducen en la camara de combustion siguiente con un giro definido. Al entrar en la camara de combustion, el flujo rotatorio se puede mantener en gran medida, de modo que en una longitud relativamente corta en la camara de combustion se garantiza un tiempo de contacto relativamente largo con la llama y, por tanto, se dispone de un tiempo de reaccion relativamente largo para la oxidacion.

Un efecto sinergico particularmente ventajoso con otras ramas de la industria y sectores de la industria de residuos se consigue si en una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el procedimiento se perfecciona al seleccionarse los portadores de cloro a partir del grupo consistido por plasticos con contenido de cloro, cloruros alcalinos, cloruros alcalinoterreos, polvo de horno de cemento y polvos de acena. Los plasticos con contenido de cloro estan disponibles, por ejemplo, en forma de PVC y el polvo de horno de cemento y los polvos de acena se consideran residuos problematicos en las ramas de la industria en cuestion, de modo que estos materiales estan disponibles de manera muy economica para la ejecucion del procedimiento segun la invencion y se les puede dar un uso provechoso.

Segun la presente invencion, despues de la etapa de oxidacion y de la extraccion de los cloruros metalicos formados durante la etapa de oxidacion tiene lugar una etapa de reduccion de la fraccion restante que contiene el fosforo, procediendose preferentemente en este caso de manera que la reduccion de la fraccion restante despues de extraerse los oxidos metalicos se lleva a cabo mediante el uso de una columna, calentada al menos parcialmente por induccion, con coque y/o grafito en pedazos y extrayendose el fosforo elemental que se libera. Al mismo tiempo se extrae el gas de reduccion formado (Co, H2). Este gas se puede usar despues de la condensacion del fosforo como gas de reduccion o combustion, por ejemplo, como suministrador de energfa para el tratamiento termico de los residuos. La reduccion en una columna calentada al menos parcialmente por induccion es conocida, por ejemplo, por el documento WO2006/079132A1, mostrando tambien este documento un dispositivo para la ejecucion de una etapa de reduccion. Con una columna de coque calentada al menos parcialmente por induccion se pueden obtener temperaturas muy altas, siendo posible ajustar una atmosfera reductora, porque el carbono de la columna no esta en equilibrio termico con productos de combustion ni en particular con CO2. A diferencia del procedimiento mostrado en el documento WO2006/079132A1, el material reciclable no esta presente, sin embargo, en la masa fundida al usarse una columna calentada por induccion, sino que se extrae con el gas de reaccion y se puede obtener mediante enfriamiento brusco como fosforo blanco en una forma de realizacion preferida de la presente invencion.

Segun una forma de realizacion preferida de la presente invencion, durante la etapa de reduccion se procede de manera que el potencial redox de la columna se regula mediante la inyeccion de gases y la temperatura de la columna se ajusta mediante la regulacion de la potencia electrica y la inyeccion de gases. El potencial redox y la temperatura se pueden regular asf de modo que se reduce solo el fosforo deseado y los demas oxidos se mantienen en la fraccion restante.

El procedimiento segun la invencion sirve para separar los metales o los oxidos metalicos del fosforo antes de la etapa de reduccion a fin de impedir la formacion descontrolada de hierro de fosforo. Aunque el fosforo contenido en los residuos se obtuvo en su forma pura mediante el procedimiento segun la invencion, se puede desear en todo caso la obtencion de hierro de fosforo puro, porque una oxidacion de hierro de fosforo da como resultado el fosfato de hierro que es un material de partida valioso para la produccion de fosfato de hierro y litio. El fosfato de hierro y litio a su vez gana en importancia rapidamente como catodo en batenas de iones de litio. Por tanto, el procedimiento segun la invencion se perfecciona preferentemente al mezclarse la fraccion restante despues de la extraccion de los cloruros metalicos con hierro u oxido de hierro para la obtencion de ferrofosforo. El litio requerido se puede obtener, por ejemplo, a partir del polvo de horno de clinker.

Otro aspecto de la invencion preve un modo de procedimiento alternativo simplificado, en el que los residuos mencionados se alimentan con cal a un lecho de coque y/o grafito calentado por induccion. El gas de escape resultante se somete a un enfriamiento fraccionado: los contaminantes con contenido de cloruro se precipitan a 400600 °C y se pueden separar mediante un ciclon o un separador de gas caliente. Otro enfriamiento, por ejemplo, en un medio de enfriamiento por agua, provoca la condensacion de fosforo. El gas restante se puede usar despues de un secado eventual como gas de combustion y/o gas de reaccion.

La invencion se explica detalladamente a continuacion por medio de un ejemplo de realizacion representado esquematicamente en el dibujo, en el que la figura 1 muestra un dispositivo para la ejecucion del procedimiento segun la invencion. La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un desarrollo simplificado del procedimiento. La figura 3 muestra un dispositivo de reduccion para la ejecucion del procedimiento simplificado.

En la figura 1 se identifica con el numero 1 un dispositivo para la ejecucion del procedimiento segun la invencion. Los residuos se mezclan con portadores de cloro y/o cal y se envfan a la zona de carga 2. El numero 3 identifica un dispositivo de dosificacion, por ejemplo, en forma de un tornillo sin fin de transporte que transporta los materiales hacia el interior de una camara de combustion 4. A traves de un conducto anular 5, que desemboca en puntos adecuados de la camara de combustion 4, se pueden suministrar O2 y, dado el caso, portadores de cloro gaseoso con el fin de ajustar una relacion de aire adecuada. A continuacion de la camara de combustion se encuentra un

5

10

15

20

25

ciclon o separador de gotas 6, en el que la masa fundida con el fosforo parcialmente oxidado se separa del gas producto. El gas producto o gas de reduccion, que contiene tambien, ademas de los cloruros metalicos, CO2, CO, H2O y H2, se extrae a traves del conducto de descarga 7. La masa fundida se alimenta, dado el caso, con la adicion de O2 y portadores de carbono, a un lecho de coque y/o grafito 8. El lecho de coque y/o grafito 8 se calienta por induccion mediante la bobina 9. En el lecho 8 se realiza la reduccion para la obtencion de fosforo elemental que se extrae a traves del orificio 10 y se puede condensar a continuacion y obtener como fosforo blanco. En una artesa 11 se recoge la masa fundida restante de escoria que se puede seguir procesando despues de la sangna 12, dado el caso, para la formacion de hierro de fosforo y fosfato de hierro.

En la figura 2 se puede observar que en caso de un desarrollo simplificado del procedimiento, los residuos con portadores de cal y polvo de carbon, procedentes de tolvas de alimentacion correspondientes 12, 13 y 14, se alimentan a un mezclador 15. La mezcla se alimenta del mezclador a un dispositivo de carga de un reactor de reduccion 16. Los oxidos metalicos se reducen en el reactor de reaccion 16 y se pueden retirar como hierro bruto y escoria de cemento en la artesa 17. Los gases calientes se extraen a temperaturas de 1600 °C aproximadamente y se enfnan en un intercambiador de calor 18 a 400 °C aproximadamente. En un separador correspondiente 19 se pueden separar ahora metales pesados, alcalis y halogenos y el gas restante que contiene aun fosforo, ademas de CO y H2, se alimenta a un sistema de enfriamiento por agua 20, en el que el fosforo se condensa y se puede recoger como fosforo blanco en un deposito correspondiente 21. El gas de combustion restante o gas producto se extrae a traves de la salida 22.

En la figura 3 se pueden observar mas claramente las partes del dispositivo de reduccion. Con el numero 23 se identifica un dispositivo de carga, mediante el que los materiales de partida se alimentan de la manera mas uniforme posible a un lecho de coque y/o grafito 24. El lecho 24 descansa sobre un revestimiento 25 de material refractario y se calienta por induccion mediante la bobina 26. La artesa 17 presenta, ademas del sistema de sangna para la masa fundida de hierro y la escoria de cemento, una salida 27 para el gas producto que se somete a continuacion a una condensacion fraccionada.

Claims (9)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para el tratamiento de residuos organicos que contienen oxidos de fosforo y oxidos metalicos, en particular para el tratamiento de lodo de depuradora, en el que los residuos se mezclan con portadores de cloro y se tratan termicamente a continuacion con una relacion de aire de 0,85<X<1,6 y se oxidan al menos parcialmente y los cloruros metalicos formados se extraen y se recuperan y la fraccion restante despues de extraerse los cloruros metalicos se somete a una reduccion para obtener fosforo elemental, alimentandose los residuos, mezclados con los portadores de cloro, con un gas portador a una camara de combustion mediante un ciclon para la oxidacion.
2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el tratamiento termico se lleva a cabo a temperaturas de 1300-1600 °C.
3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que a los residuos se adiciona tambien cal.
4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que como gas portador se usa un gas con contenido de oxfgeno, en particular aire caliente.
5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los portadores de cloro se han seleccionado a partir del grupo consistido por plasticos con contenido de cloro, cloruros alcalinos, cloruros alcalinoterreos, polvo de horno de cemento y polvos de acena.
6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la reduccion de la fraccion restante despues de extraerse los oxidos metalicos se lleva a cabo mediante el uso de una columna calentada al menos parcialmente por induccion con coque y/o grafito en pedazos y por que se extrae el fosforo elemental que se libera.
7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el fosforo extrafdo se obtiene como fosforo blanco mediante enfriamiento brusco.
8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado por que el potencial redox de la columna se regula mediante la inyeccion de gases y la temperatura de la columna se ajusta mediante la regulacion de la potencia electrica y la inyeccion de gases.
9. 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la fraccion restante despues de la extraccion de los cloruros metalicos se mezcla con hierro u oxido de hierro para la obtencion de ferrofosforo.