NO171748B - Fremgangsmaate og anordning for aa overfoere utlutningsbare substanser i avfallsmateriale til gass eller utlutningsstabile forbindelser - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å overføre miljøskadelige substanser såsom cyanider, fluorider eller lignende, som er utlutningsbare fra deponert avfallsmateriale, såsom forbrukt for for aluminiumelektrolyseceller, till gass eller til utlutningsstabile forbindelser, hvorved avfallsmaterialet i finfordelt form oppvarmes og reagenser såsom kvarts, vann og syre tilsettes.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning for gjennonføring av fremgangsmåten.

Ved mange industrielle prosesser erholdes et avfall som biprodukt, og dette avfall omfatter en stor mengde uorganisk materiale som på grunn av sitt innhold av farlige substanser i lett utlutningsbar form ikke kan deponeres på et miljømes-sig sikkert vis. Ettersom industriavfallet på grunn av sitt høye innhold av uorganisk materiale har en lav varmeverdi, kan det bare forbrennes ved kraftig tilsetning av edel energi.

Ved fremstilling av f.eks. aluminium fra aluminiumoksyd oppløses aluminiumoksydene i en kryolittsmelte ved ca 1000°C, hvorved oksydet kontinuerlig elektrolyseres. Elektrolysecel-len må ofte renoveres, og dens innforing må utbyttes. Dette for eller denne innforing er da så kraftig impregnert med kryolittens natrium og fluorinnhold og også av cyanid som dannes under prosessen, at foret ikke kan deponeres åpent på et miljømessig akseptabelt vis.

I FR 87 08 012 beskrives en prosess hvor et slikt for smeltes sammen med kvarts og med tilsetning av vann og luft under varmetilførsel. Det gassformige materiale som da avgår, kan tas hånd om på konvensjonell måte, og de faste forbindelser som dannes, er lutningsstabile.

Ved et forsøk på å gjennomføre den fremgangsmåte som angis i FR 87 08 012, dvs. å behandle materiale av den angitte type, nemlig forbrukt får fra aluminiumelektrolyseceller under utnyttelse av en cyklonovn som er utstyrt med en plasmagenerator, kunne imidlertid prosessen ikke gjennomføres med det tilsiktede resultat. Cyklonovnen ble matet på vanlig måte, nemlig ved aksiell mating av avfallsmaterialet gjennom den ene ende av ovnen, og det behandlede materialet ble matet ut ved cyklonovnens andre ende. Det viste seg at en stor del av materialet passerte cyklonovnen uten å være blitt omsatt.

Et mål ved oppfinnelsen er derfor å fremskaffe en fremgangsmåte og en anordning som muliggjør gjennomføringen av teknikken å overføre de utlutningsbare substanser til gass eller lutningsstabile forbindelser i en cyklonovn, med høy omsetningsgrad for det tilførte avfallsmateriale.

Den oppfunnede fremgangsmåte og det oppfunnede apparat defineres i de vedlagte uavhengige patentkrav. Utførelses-former av oppfinnelsen angis i de vedlagte uselvstendige patentkrav.

Det har således overraskende vist seg at målet oppnås om i det minste avfallsmaterialet og eventuelt også de tilsatte reagenser innføres via et blandings- og forreaksjonskammer som befinner seg mellom ovnens høytemperaturkilde og ovnskaret, og som tangensielt tilslutter seg til ovnskaret.

En tenkbar grunn til det tidligere observerte fenomen (nemlig at direkte aksiell materialtilførsel til en cyklonovn til hvilken en høytemperaturkilde er tangensielt tilsluttet, leder til at en stor andel av det tilførte materiale passerer ovnen uten å være blitt omsatt) skulle være at reaksjonstil-bøyeligheten for det aktuelle materiale er så lav at materialet ikke kan begynne å reagere til tross for det forhold at omgivelsestemparaturen er systemets slutlige temperatur. For at en reaksjon skal finne sted må åpenbart avfallsmaterialet eller i det minste materialets overflater overopphetes, og dette kan finne sted i den meget varme gass som forlater høytemperaturkilden som fortrinnsvis er en plasmagenerator.

Man kan således si at de aktuelle materialer har så lav reaktivitet at reaksjonene mot det termodynamiske likevekts-forhold har vanskeligheter med å begynne, og dette innbærer at det ikke er sikkert at de tilsiktede reaksjoner finner sted til tross for forslaget ifølge tidligere teknikk om å tilsette høykvalitativt brennstoff.

I det følgende beskrives oppfinnelsen i form av et eksempel med henvisning til den vedlagte tegning som skjematisk viser en anordning ifølge oppfinnelsen.

På tegningen vises en alminnelig horisontalt orientert cyklonovn 1 som omfatter en høytemperaturkilde 2 f.eks. i form av en plasmagenerator som er tangensielt tilsluttet ovnskaret ved dens ene ende. Mellom høytemperaturkiIden 2 og ovnen 1 fins et forreaksjonskammer 3 hvor det avfallsmateriale som skal behandles, injiseres i finmalt form og overopphetes. Materialet kan være forbrukt for fra aluminiumelektrolyseceller eller lignende. På tegningen vises avfallsinjeksjonen skjematisk ved 6. Også reagensmateriale injiseres i kammeret 3 ved 7. Reagensmaterialene består f.eks. av finfordelt kvarts, vann og oksygen, når avfallsmaterialet består av det ovennevnte for. Avfallsmaterialet og reagensene overopphetes således og blandes grundig i blandings- og forreaksjonskammeret 3 og overføres til ovnskaret 10 der de slutiige reaksjoner finner sted. Dannet fast og/eller flytende materiale separeres fra den dannede gassfase og bortføres ved slaggutløpet 4. Den produserte hete gass ledes fra ovnskaret ved gassutløpet 5 for overføring til passende gassbehandlingapparatur.

Slagget kan med fordel fås eller bringes til å danne et glassaktig materiale fra hvilket eventuelle resterende farlige substanser i praksis ikke er utlutningsbare slik at det glasslignende materiale kan deponeres åpent uten noen milj ørisikoer.

Vedrørende passende forhold mellom avfallsmateriale og reagenser og andre detaljer i nevnte prosess henvises til FR 87 08 012, og de deler av FR 87 08 012 som er relevante når det gjelder foreliggende oppfinnelse, inkorporeres herved her.

Karet 10 er fortrinnsvis cylindrisk.

Av økonomiske grunner er systemet med fordel utformet for å bibeholde en temperatur som akkurat holder ved makt de tilsiktede reaksjoner, og et viktig særtrekk hos oppfinnelsen er at overflatene av materialet oppvarmes i for-reaksjonskam-meret 3 i en slik utstrekning at de tilsiktede reaksjoner begynner tidlig og fortsetter til tross for en minimal systemtemperatur i karet 10.

I det følgende illustreres oppfinnelsen ytterligere med eksemplene 1-3.

Eksempel 1 vedrører gjennomføring av prosessen ved en ovn av cyklontypen med aksiell matning av det tilførte materiale.

Eksempel 2 henfører seg til gjennomføringen av prosessen ved en ovn av cyklontypen og med materialmatning via en for-reaktor eller reaksjonskammer ifølge foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 3 henfører seg til operabiliteten for teknikken ifølge oppfinnelsen ved varierende sammensetning av det innmatede materiale.

Eksempel 1

I - Sammensetning av innmatet materiale

Impregnerte teglstener = 53,2 %

Impregnerte blokker = 33,5 %

Kvarts (Si02-sand) = 13,3%

II - Driftsparametre

Materialinnmatning = 207 kg/h

Vanninjeksjon = 12 l/h

Luftinjeksjon = 426 Nm<3>/h

Plasmaeffekt, netto = 645 kW

Reaktorens varmetap = 573 kW

Prosessens nettoeffekt = 72 kW

III - Resultat

Avgasstemperatur = 1270°C

Støv i avgasser = 11,0 g/Nm<3>

Støvets sammensetning = F = 48,3% Na = 23,4% Al =

7,4% Si = 3,4%

Slaggets sammensetning = F = 3,5% Na = 9,7% Ca = 2,0%

K = 0,7% Al = 9,1% Si = 25,0% C = 4,85%

IV - Slaggets lutbarhet

CN~ ikke påvist

Løselig F~ 0,39 %

Eksempel 2

I - Matningsmaterialets sammensetning fpå vektsbasis)

Impregnerte teglstener (malt til < 2 mm) = 45 % Impregnerte kullblokker (malt til < 2 mm) = 28,5 % Leire (73 % Si02 + 27 % AL203) = 26,5 %

Sammensetning for de impregnerte teglstenene og blokkene

(vekt%)

II - Driftsparametre

Matningsmaterialflyt = 300 kg/h

Vanninjeksjon = 28 kg/h

Luftinjeksjon = 500 Nm<3>/h

Plasmaeffekt, netto = 760 kW

Reaktorens termiske tap 665 kW

Netteffekt adsorbert

ved prosessen = 95 kW

III - Resultat

Avgasstemperatur ved reaktorenes utløp = 1195"C Støvinnhold i avgassene = 4,0 g/Nm<3>

Støvets sammensetning = Al = 7,3 Si = 5,2 Na = 21,4

F = 48,3

Slaggets sammensetning = Al = 13,5 Si = 27,5 Na = 7,2

F = 0,5 K = 0,6 Ca = 2,0 C = 0,1

IV - Slaggets lutbarhet

CN" ikke påviselig

Løselig F" 0,02 vekt%

Eksempel 3

I - Matningsmaterialets sammensetning

II - Driftsparametre III - Slaggets sammensetning ( vekt%)

IV - Slaggets lutbarhet

I alle tilfeller CN~ ikke påviselig Løselig F~ = <0,02 vekt%

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å overføre cyanider, fluorider eller lignende forbindelser til gass og/eller lutningsstabile forbindelser, hvilke forbindelser er utlutningsbare fra deponert avfallsmateriale, såsom forbrukte foringer for aluminiumelektrolyseceller, hvorved avfallsmaterialet i finfordelt form oppvarmes, og reagenser såsom kiseldioksyd, vann og oksygen tilsettes, i en cyklonovn (1) som omfatter en varmekilde og et ovnskar (10), hvorved avfallsmaterialet tangensielt mates inn i ovnskaret via et forkammer (3), karakterisert ved at varmekilden (2) tilknyttes direkte til forkammeret (3), hvorved avfallsmaterialet i forkammeret (3) i det minste i sitt ytterskikt gis en temperatur som er forhøyet relativt med materialets temperatur i ovnskaret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at reagensmaterialet mates inn i og blandes med avfallsmaterialet i forkammeret (3).

3. Cyklonovn for å overføre cyanider, fluorider eller lignende forbindelser til gassformige og/eller utlutningsstabile forbindelser, hvilke forbindelser er utlutningsbare fra deponert avfallsmateriale, såsom forbrukte foringer for aluminiumelektrolyseceller, hvilken cyklonovn omfatter et ovnskar (10), et tangensielt til karet tilknyttet forkammer med matningsorgen for tilførsel av avfallsmaterialet i finfordelt form, en høytemperaturkilde (2) og innmatnings-organ for reagenser, eksempelvis i form av kiseldioksyd, vann eller oksygen, karakterisert ved at høytemperaturkilden er direkte tilknyttet til forkammeret (3) for deri å gi i det minste avfallsmaterialets ytterskikt en temperatur som er forhøyet relativt med avfallsmaterialets temperatur i ovnskaret.

4. Cyklonovn ifølge krav 3, karakterisert ved at ovnen omfatter organ for separering av gassformig materiale fra fast og/eller flytende materiale.

5. Cyklonovn ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved organ (4) for vekkføring av dannet fast og/eller flytende materiale fra den undre del av ovnskaret (10).

6. Cyklonovn ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved organ for vekkføring av dannet gass fra den øvre del av ovnskaret (10).

7. Cyklonovn ifølge et av kravene 3 -6, karakterisert ved at ovnskaret er hoved-sakelig cylindrisk og er orientert med sin aksel hoved-sakelig horisontalt.

8. Cyklonovn ifølge et av kravene 3 - 7, karakterisert ved at høytemperaturkilden (2) omfatter en plasmagenerator.

9. Cyklonovn ifølge et av kravene 3-8, karakterisert ved at blandings- og forreaksjonskammeret (3) er beliggende ved en endedel av ovnskaret og at organene (4, 5) for vekkføring av dannet gassformig materiale og fast eller flytende materiale er beliggende ved ovnskarets (10) andre endedel.