FI106131B - Menetelmä ja laitteisto elohopeapitoisen jätteen talteenottamiseksi - Google Patents

Description

, 106131

Menetelmä ja laitteisto elohopeapitoisen jätteen talteen-ottamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto elo-5 hopeapitoisen jätteen, erityisesti paristojen, jotka ovat nk. nappiparistoja, käsittelemiseksi, jossa menetelmässä jäte lämmitetään seleenin läsnäollessa.

Elohopeapitoisia nappiparistoja on viime vuosikymmeninä käytetty suuremmassa määrin ja mitä moninaisemmis-10 sa sovellutuksissa, esimerkiksi kelloissa, kameroissa, taskulaskimissa ja kuulolaitteissa.

Elohopeapitoisuus tässä paristotyypissä vaihtelee muutamista kymmenesosaprosenteista n. 35 %:iin. Loppuosa paristokoostumuksesta on pääosin rautaa, sinkkiä, nikkeliä 15 ja kromia. Vuosittain näitä paristoja myydään Ruotsissa n. 10 tonnia. Vastaava luku koko Euroopassa on likimäärin n. 500 tonnia.

Näiden nappiparistojen keräysasteen arvioidaan olevan Ruotsissa n. 85 %. Kerätyt paristot kulkeutuvat yhdes-20 sä muiden pikkuparistojen kanssa keskusvarastoon odotta- ···, maan hävittämistä tai loppusijoitusta. Koska ei mitään • · "! mielekästä vaihtoehtoa ole vielä ollut tällaisten hävittä-

Iti miseksi, suuria määriä on jäänyt varastoihin. Ei-tuhottu-

• · I

;'·· ·' jen paristojen varastointi on kallista ja luonnollisesti • · · ··' : 25 siihen liittyy tiukkoja turvallisuusvaatimuksia. Täten on « olemassa erityisen voimakas tarve kehittää hävittämismene- · · ·* telmä, joka sopii tällaiselle elohopeapitoiselle jätteelle ja erityisesti kiihokkeena paristojen keräysasteen nosta- miseksi niin, että nämä eivät seuraa muuta jätettä ja ke- ·'**; 30 räydy kunnan kaatopaikoille ympäri maata. Näitä ei-kerät- • » · . tyjä paristoja voidaan pitää aikapommina ympäristölle. Kun *·] * paristot alkavat vuotaa n. kymmenen tai sadan vuoden ku- ( c - luttua, elohopeaa alkaa vuotaa kontrolloimattomasti. Vielä « pelottavammalta asia vaikuttaa maailmanlaajuisesti ottaen 2 106131 huomioon, että muualla elohopeapitoisten paristojen kerääminen on huomattavasti vähäisempää kuin Ruotsissa.

Kansainvälisen patenttihakemuksen W092/10240 johdannossa ehdotetaan erästä menetelmää. Jäte, joka voi olla 5 valoputki tai vastaava, mutta myös nappiparisto, sulatetaan muodostamaan lasisulate suljetussa reaktorissa, jolloin takoituksena on, että HgSe sitoutuu kemiallisesti lasiin. Tämän jälkeen muodostetaan lasibrikettejä, jotka voidaan sijoittaa varastoihin tätä tarkoitusta varten.

10 Tämän tunnetun menetelmän avulla jäte hävitetään ja elohopea sitoutuu jäljellejääneeseen jätteeseen toivottavasti kiinteässä muodossa. Tämä jäte luokitellaan edelleen ympä-ristövaaralliseksi jätteeksi ja täten se on varastoitava sellaisena.

15 Toisessa menetelmässä, jota on kuvattu julkaisussa EP-A 0 117 865, ehdotetaan laitteistoa jätteen, joka on nappiparIstojen kaltaista, lämmittämistä kiertouunissa, jolloin hapettavaa kaasua johdetaan uuniin jätteessä olevan palavan aineen polttamiseksi ja tässä vapautuneen elo-20 hopean poiskuljettamiseksi uunista. Tämän jälkeen proses-sikaasu puhdistetaan erityisessä kaasupesurissa. Myös tätä jäännösjätettä on pidettävä ympäristövaarallisena • · « jätteenä, koska on olemassa riski, että elohopea hapet- • * * "·,* tamisen johdosta jää tai lauhtuu takaisin jäljelle jäänee- I f « ···’ : 25 seen jätteeseen. Tämä riski on mahdollinen myös aikaisem- massa menetelmässä, jossa lisätään seleeniä, koska tämä • · ·.· * menetelmä toteutetaan suljetussa reaktorissa ilman mitään sekoittamista tai kaasukuljetusta.

:***: On kuitenkin olemassa tarve kehittää menetelmä elo- ··· ·***; 30 hopeapitoisen jätteen talteenottamiseksi tavalla, joka ·«« mahdollisuuksien rajoissa vähentää tällaiset jätteen ta- • · ♦ hattoman elohopeakontaminoitumisen riskit ja osittain mah-*·"' dollistaa sen, että muodostuu tällainen elohopeavapaa : jäännös, jota voidaan käsitellä tiettyjen metallien tai- ( «

s i I

3 106131 teenottamiseksi tai säilyttää ilman että sitä tarvitsee käsitellä ympäristövaarallisena jätteenä.

Nyt on yllättäen havaittu mahdolliseksi yksinkertaisella ja ympäristön suhteen tyydyttävällä tavalla ottaa 5 talteen edeltävän kaltaista jätettä. Yleinen periaate on sellainen, että jätettä käsitellään niin, että ympäristölle vaarallisessa muodossa oleva elohopea muuttuu kemiallisesti stabiiliksi muodoksi ilman höyrypainetta hävittämisen yhteydessä ja että jäte muutetaan elohopeavapaaseen 10 muotoon, joka mahdollistaa jatkokäsittelyn ja siinä olevan metallin talteenoton. Käsittely toteutetaan laitteistossa, jossa muodostuu elohopean stabiili muoto, joka voidaan erottaa muusta ainejäännöksestä ilman mainittavia määriä elohopeajäännöstä. Näitä jäännöksiä voidaan sitten käsi-15 teliä tavallisissa metallurgisissa menetelmissä joko raudan valmistamiseksi tai ei-raudan valmistamiseksi.

Tässä mielessä keksintö on tunnettu piirteistä, jotka on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä jätettä kuumenne- 20 taan uunissa sekoittaen. On helpointa ja yksinkertaisinta käyttää kiertouunia, mutta myös muut uunityypit, joissa voidaan käyttää sekoittamista lämmityksen aikana, ovat käyttökelpoisia. Lämmitys tapahtuu alkuaineseleenihöyryn läsnäollessa määränä, joka on riittävä elohopeaselenidin ·'·' ' 25 muodostamiseksi pääosin koko jätteessä olevasta elohopea- ··.: sisällöstä. Lämmitys toteutetaan lämpötilassa, jossa elo- ··· ·.· · hopea ja seleeni ovat kaasufaasissa ja jossa kiinteää elo- hopeaselenidiä ei voi muodostua ja hapen osapaine on riit-tävän alhainen seleenin hapettumisen välttämiseksi. Käsi- • · · ·***; 30 telty elohopeavapaa jäte erotetaan muodostuneesta proses- ·«· sikaasusta ja mahdollisista muista läsnäolevista kiinteis- • · · tä aineista ja varastoidaan tai vaihtoehtoisesti käsitel- • · - *·;·' lään metallurgisesti. Jätteen erottamisen jälkeen proses- : sikaasu jäähdytetään sopivan kiinteän stabiilin elohopea- I I I · :··· 35 selenidijätteen erottamiseksi varastointia varten. Kaasun 4 106131 annetaan tämän jälkeen kulkea suodattimen, edullisesti seleenisuodattimen tai hiilisuodattimen läpi mahdollisen jäljelle jääneen kaasun muodossa olevan elohopean talteen-ottamiseksi ja näin puhdistettu kaasu päästetään ilmake-5 hään.

Lämmitys tapahtuu edullisesti lämpötilassa 600 -850 °C, jossa lämpötilassa elohopea ja seleeni pysyvät kaasufaasina hyvällä marginaalilla ja kiinteää HgSe:tä ei erotu. Tarpeellinen alhainen hapen osapaine aikaansaadaan 10 ensisijaisesti lisäämällä inerttiä kaasua uuniin. Sopiva ja halpa inerttikaasu on esimerkiksi typpikaasu. Pelkistävän kaasun, esimerkiksi rikkidioksidin, S02:n lisääminen voi myös tulla kysymykseen. Myös muita inerttejä kaasuja voidaan tietenkin käyttää ottaen huomioon hinta ja saata-15 vuus. Seleenihöyryn välttämätön läsnäolo, niin että uunissa ylläpidetään toimiva höyrypaine, aikaansaadaan ensisijaisesti lisäämällä seleenimetallia uuniin tai lisäämällä seleenihöyryä inertin kaasun kanssa. Muodostunut prosessikaasu jäähdytetään jäähdyttimessä, jossa elohopea-20 selenidiaines erotetaan.

···_ Keksinnön kohteena on myös laitteisto jätteen kä- sittelemiseksi, joka laitteisto käsittää uunin, ensisijai- • · * sesti kiertouunin, jossa on jätteen ja inertin kaasun si- · ;·· · sääntulo ja käsitellyn jätteen poistoaukko. Uuni on suun- • · t · 25 niteltu niin, että se toimii alipaineessa välttäen ilma- vuodot. Uuniin on liitetty jäähdytin, jossa on poistoaukko • « · ·*.·’ ·* uuninpohja-aineelle ja jäähdyttimeen on vuorostaan liitet ty suodatin, jonka tarkoitus on ottaa talteen kaasumainen elohopea prosessikaasusta. Sopiva suodatin on seleenisuo- • · · ·’**; 30 datin tai hiilisuodatin. Uuni on edullisesti epäsuorasti .1. lämmitettävä.

• * · *·* ’ Keksintöä kuvataan nyt lähemmin viitaten kuvioon ja t f '·<« käytännön suoritusesimerkkiin. Kuvio on kaavamainen kuvaus i keksinnön mukaisesta laitteistosta.

« « < e. ! 5 106131

Kuviossa on kiertouuni 10, jossa on ensimmäinen sisääntulo 11 kiinteälle aineelle ja toinen sisääntulo 12 kaasulle. Uunissa 10 on lisäksi ulosvirtausosassaan pois-toaukko 13 kiinteille tuotteille ja kaasun poistoaukko 14, 5 joka on yhteydessä jäähdyttimeen 15 kaasuputken 16 kautta. Jäähdyttimessä 15 on pohjassaan poistoaukko 17 kiinteälle aineelle sekä sivulla kaasun poistoaukko 18, joka kaasuputken 19 ja tuulettimen 20 kautta on yhteydessä seleeni-suodattimeen 21. Seleenisuodatin 21 on yhteydessä ilmake-10 hän kanssa kaasun poistoaukon 22 kautta, joka tässä on esitetty savupiippuna. Kaasumaisen seleenin lisäämistä varten uuniin yhdessä inertin kaasun kanssa on toinen si-sääntulo-osa 12 yhdistetty kaasun lämmityslaitteistoon 23, johon inerttiä kaasua voidaan johtaa putken 24 kautta.

15 Käytettäessä laitteistoa uunia 10 panostetaan jat kuvasti sekä hävitettävällä aineella, esimerkiksi nappipa-ristoilla, että myös seleenillä ja samanaikaisesti poistetaan ja erotetaan elohopeavapaata jäännöstä jatkuvasti poistoaukon 13 kautta. Seleenin lisääminen voi täten ta-20 pahtua sekä hävitettävän aineen kanssa sisääntulosta 11 *··, kuten myös yhdessä inertin kaasun kanssa sisääntulosta 12.

/**_ Inertin kaasun lisääminen yhdessä seleenin kanssa on ku- * t viossa esitetty tapahtuvan myötävirtaan kiinteän aineen · * "V kanssa, mutta se voi vaihtoehtoisesti tapahtua myös vasta-

» · I

··*/ 25 virtaan. Seleeni, joka lisätään metallina uuniin 10, höy- • · · ·♦♦: rystyy siellä, kun taas seleeni, joka lisätään inertin « · · ·.* ; kaasun kanssa, höyrystyy kaasun lämmityslaitteistossa 23, johon sitä lisätään sopivalla tavalla ja sopivassa muodos-sa. Mikä seleenin lisäysmenetelmä valitaan riippuu siitä, ·’**: 30 mikä aine on hajotettava myöhempää talteenottoa varten.

• M

- .1. Lisättäessä seleenimetalli suoraan uuniin 10 on riskinä • ' * • · · nimittäin seleenihäviöitä lejeeringin muodossa, joka le- • · *·;·' jeerinki on muodostunut metalli jäännöksessä olevan metal- : Iin kanssa.

• · · · « • * · ♦ « « · 6 106131

Uunissa 10 on oltava epäsuora lämmönsiirto niin että saadaan väkevöityjä prosessikaasuja, joista stabiili elohopeaa sisältävä aines on sublimoitava. Lämpötilan uunissa 10 on myös oltava helposti sopeutettavissa käsi-5 teltävän aineen mukaan ja se on voitava pitää oikealla tasolla. Koko laitteisto on suunniteltu toimimaan alipaineessa ja ainoa kaasu, jota päästetään uuniin 10, on inertti kaasu. Uunissa 10 voi olla myös jälkipolttokammio, ei esitetty, jätteessä olevien orgaanisten aineosien polt-10 tamiseksi.

Lämmönsiirto käsiteltyyn aineeseen voi tapahtua suoraan uunivaipasta. Uunin 10 ulosvirtauksessa erotetaan elohopeavapaa jäteaines poistoaukon 13 kautta. Erottaminen tapahtuu lämpötilassa, joka on tarpeeksi korkea sen var-15 mistamiseksi, että elohopeaselenidiaine ei sublimoidu jäännöksen pinnalle.

Ulosotettu elohopeavapaa jätejäännös voidaan varastoida tai käsitellä. Molempia näitä vaihtoehtoja voi symbolisoida prosessivaihe 28. Paristojäännösten metallit 20 voidaan jalostaa tuotteiksi tavallisten metallurgisten prosessien avulla tai muuttaa sopivaan varastoitavaan muo- * · · . toon, esimerkiksi kuonaksi, näissä prosesseissa. Mikäli • « metallit muutetaan fajaliittikuonaksi (rautasilikaatti) * I ) nämä sitoutuvat varastointinäkökannan suhteen sopivalla > · « *·’/ 25 tavalla koska tällaista massaa pidetään stabiilina liuke- ·*♦ ···· nemista vastaan.

« · · « · · *.* * Prosessikaasu, joka nyt sisältää kaasumaista eloho peaa ja seleeniä, imetään uunista 10 kaasun poistoaukon 14 ··« kautta ja virtaa kaasuputken 16 kautta edelleen jäähdytti- • 30 meen 15, jossa elohopeapitoinen aines sublimoituu jäähdy- • # · tintilassa 25. Aines poistetaan poistoaukon 17 kautta ja « · « kuljetetaan pakkausasemalle 26 pakattavaksi pakkaukseen, 9 * joka on sopiva loppuvarastointia varten varastossa 27.

: ; Prosessikaasu jäähdyttimestä 15 imetään putken 19 kautta ·:··; 35 tuulettimen 20 avulla seleenisuodattimeen 21, jossa mah- di i [ 7 106131 elollinen jäljelle jäänyt elohopeahöyry otetaan tehokkaasti talteen, minkä jälkeen inertti puhdas prosessikaasu voidaan päästää ilmakehään savupiipun 22 kautta. Mikäli vaaditaan, johtuen muista reaktioista aineessa, kaasunpuh-5 distusta voidaan täydentää toisella sopivalla laitteistolla, joka poistaa muut haitalliset epäpuhtaudet.

Esimerkki

Kiertouuniin, joka on 1 m pitkä ja läpimitaltaan 0,08 m, lisättiin jatkuvasti 100 g/tunti elohopeapitoisia 10 nappiparistoja. Paristojen elohopeapitoisuus oli keskimäärin 2,1 % (paino). Uuniin lisättiin lisäksi 10 g/tunti seleeniä sekä 300 1/tunti typpikaasua. Koeaika oli neljä tuntia ja viipymäaika 1,2 tuntia. Lämpötila uunissa oli 700 °C. Kokonaisuudessaan voidaan todeta, että 99,1 % si-15 säänmenevästä elohopeasta poistui. 97 % elohopeasta kondensoitui kuonana jäähdyttimessä ja loput otettiin talteen seleenisuodattimen avulla kondensoinnin jälkeen. Aineessa oli 29,5 % Hg ja 32,6 % Se ja HgSe:n esiintyminen kuonassa voitiin todeta röntgendifraktion avulla.

20

I « I

<

I I I

III « < <

« I

• I I

I · < • I I » « I «Il • · · « · · 1 • « • · · III • · • · · • · · • · • · 9 · « • Il • · · 9 · · • · · * · ·

« I

’ III

• ·

• I III

• · • · · • · · « · · « 9

Claims (9)

1. Menetelmä elohopeapitoisen jätteen, joka käsittää nappiparistot, talteenottamiseksi, jossa menetelmässä 5 jätettä lämmitetään uunissa (10) alkuaineseleenihöyryn läsnäollessa määränä, joka on riittävä elohopeaselenidin muodostamiseksi pääosin koko elohopeamäärästä jätteessä, tunnettu siitä, että lämmittäminen tapahtuu voimakkaan sekoittamisen alaisena lämpötilaan, jossa elohopea ja 10 seleeni ovat kaasufaasissa eikä kiinteää elohopeaselenidiä muodostu, ja hapen osapaine on riittävän alhainen seleeni-hapetuksen välttämiseksi, että näin muodostunut elohopeava-paa jäte erotetaan muodostuneesta prosessikaasusta ja mahdollisesti muista läsnäolevista kiinteistä aineista ja va-15 rastoidaan tai vaihtoehtoisesti jalostetaan metallurgisesti ja että prosessikaasu, erottamisen jälkeen jätteestä, jäähdytetään sopivan kiinteän stabiilin elohopeaselenidiainek-sen erottamiseksi varastointia varten, minkä jälkeen kaasun annetaan kulkea suodattimen (21) läpi mahdollisen jäljelle 20 jääneen kaasumaisen elohopean talteenottamiseksi ja näin muodostunut puhdas kaasu päästetään ilmakehään.

. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- : n e t t u siitä, että lämmittäminen tapahtuu lämpötila- ; ; alueella 600 - 850 °C. ; , 25

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, « » « tunnettu siitä, että alhainen hapen osapaine ylläpi-detään lisäämällä inerttiä kaasua uuniin.

« · · * 4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seleenin höyrynpaine ylläpide- • · 30 tään uunissa (10) lisäämällä seleenimetallia uuniin tai li- • · « '...· säämällä seleenihöyryä inert in kaasun kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- f t f n e t t u siitä, että seleeni pidetään ei-hapetetussa muo- < < dossa kaasussa lisäämällä pelkistävää kaasua, esimerkiksi ( I i 35 so2. « f I a, | 9 106131

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessikaasu jäähdytetään jäähdyttimessä (15), jossa on kylmiä pintoja, joille pinnoille elohopeaselenidiaines erottuu.

7. Laitteisto elohopeapitoisen jätteen käsittelemi seksi patenttivaatimusten 1-6 mukaisen menetelmän mukaisesti, tunnettu siitä, että se käsittää uunin (10) , edullisesti kiertouunin, jossa on jätteen ja inertin kaasun sisääntulo (11, 12) ja poistoaukko (13) käsitellylle jät- 10 teelle, jolloin uuni (10) on suunniteltu toimimaan alipaineella ilmavuotojen estämiseksi, uuniin (10) liitetty jäähdytin (15), jonka tarkoituksena on erottaa elohopeaselenidiaines, sekä jäähdyttimeen (15) liitetty seleenisuodatin (21), jonka tarkoituksena on ottaa talteen kaasumainen elo-15 hopeajäännös prosessikaasusta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tun nettu siitä, että uunissa käytetään epäsuoraa lämmitystä.

8 106131 Patenttivaatimukset s

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, 20 tunnettu siitä, että siinä on jälkipolttokammio orgaanista ainetta varten. « 1 % m · · · • · · M»» • · « • · » I · t • · · • · • · «·· • · · 9 9 » M· « • · · • · « f ♦ ♦ « « 1 1 f · « 4 · « · · « · « · · 10 106131