NO176312B - Fremgangsmåte til opparbeidelse av kontaminerte mineralstoffer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til opparbeidelse av kontaminerte mineralstoffer ved termisk behandling i en dreierørsovn.

Avgifting av kontaminert mineralsøppel og dets overføring til harmløse materialer som uten problemer kan deponeres eller anvendes for andre formål, er en viktig oppgavestill-ing for den fremtidige økologi.

Med kontaminert mineralavf all menes derved som i det vesentlige inneholder kiselsyre, leirjord, kalk og magnesia og som på grunn av forurensninger hverken kan deponeres problemløst eller anvendes for andre formål, men normalt må transporteres til betraktlige omkostninger til spesialavfall-depoter og der lagres. Derved er det nødvendig med omstendelige forholdsregler, for eksempel for å unngå kontaminering av grunnvann.

Som eksempler, som gjenspeiler den overordentlige mangfol-dighet av disse stoffer, skal bare noen få nevnes: Slam fra gassfabrikker, kokerier, klaringsanlegg og metallbearbeiding samt fra forskjellige områder av den organiske og uorganiske kjemi og metallurgi, havneslam, kontaminert blekjord, støperirester som er kontaminert med hydrokarboner, oljer, fett, fargestoffer, oppløsningsmid-ler, kjemikalier og ikke-jern-metallforbindelser og så videre fra industrielle anlegg, samt materialer fra gamle depoter og skadestoffkonsentrater fra jordvaskeanlegg.

Forurensningene i disse stoffer kan inndeles i:

organiske bestanddeler:

hydrokarboner av enhver type, deres derivater, spesielt deres halogenforbindelser, fett, olje, andre brennbare bestanddeler og så videre og

uorganiske bestanddeler:

tungmetaller, som Cr, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Eg og så videre og deres forbindelser, ammoniakk, cyanforbindelser, men også Ås og Sb.

Våtfremgangsmåter til separering av slike stoffer, for eksempel ved hjelp av luting og ekstrahering, virker alltid bare selektivt og krever en kompleks avvannrensing.

Som, i mange tilfeller gunstigere, alternativer foreslås termiske behandlingsfremgangsmåter, hvor organiske bestanddeler for eksempel i dreierørsovn, brennes ut eller spaltes, og sluttproduktene føres så bort i en avgass som derefter må behandles tilsvarende. Av tungmetallene kan derved også visse andeler, for eksempel Hg og under bestemte betingelser også Zn, Pb og Cd flyktiggjøres og derved kan separeres fra avgassen.

Fra GB-PS 13 36 712 er det kjent å sintre Si02-holdige avfallsstoffer med et SiC>2-innhold på minst 30% som pulver-formet høyovnsslagg, kupolovnsslagg, eller baggerslam, med en kornstørrelse under 1 mm, fortrinnsvis under 0,256 mm, ved temperaturer på over 1 000°C, men under smeltepunktet for minst flertallet av de pulverformede avfallsstoffer. Denne arbeidsmåte fjerner imidlertid ikke problematikken med de i resten gjenblivende tungmetaller. Deres forbindelser blir derved delvis først oppsluttet og derved gjort tilgjengelig for en utlutning ved hjelp av vann og huminsyrer.

I EP-A-0 170 212 beskrives en fremgangsmåte til fremstilling av agglomerater av avvann, støv eller slam fra industrielle eller kommunale renseanlegg, idet agglomeratene også efter en knusing skal være fullstendig inerte overfor utlutning. Hertil må disse stoffer homogeniseres med 30 til 99$ leire i meget omstendelige blandefremgangsmåter, derefter granuleres og så behandles termisk i en dreierørsovn ved temperaturer på 700 til 1300° C. Ved frembringelse av skummede agglomerater inneholder gramilene 99 til 80% leire og behandles termisk ved temperaturer mellom 1000 og 1300°C. Ved frembringelse av ikke-skummede agglomerater inneholder granulene 30 til 80% leire og behandles ved temperaturer mellom 700 og 1100°C. Ved denne fremgangsmåte økes altså avfallsstoffenes volum betraktlig og dette store volum må underkastes termisk behandling.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å unngå ulempene ved de kjente fremgangsmåter og på enklest mulig måte å overføre de kontaminerte mineralstoffer til en form som, uten fare, kan deponeres eller benyttes for andre formål.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte til opparbeidelse av kontaminerte mineralstof f er ved termisk behandling i dreierørsovn, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at den termiske behandling foregår ved en temperatur hvor dreierørsovnens besjiktning overføres til en deigaktig til flytende slaggfase, idet besjiktningens sammensetning innstilles således at det frembringes en slaggfase hvis hovedbestanddeler, som utgjør grunnmassen, ligger i området på 60 til 72% SiC>2, 10 til 30% AI2O3 og 5 til 25% CaO + MgO, idet summen av % Si02 + % AI2O3 + % CaO + % MgO = 100% og hovedbestanddelene Si02, A1203, CaO og MgO sammen utgjør minst 60% av det tørre og glødetap-frie til dreierørsovnen ifylte mineralstoff, den uttatte slaggfase avkjøles og avgassen fra dreierørsovnen underkastes en rensing.

Dreierørsovnen drives i motstrøm mellom besjiktning og ovnatmosfære. Den for den termiske behandling nødvendige energi kan innføres ved hjelp av problemstoffer som inneholder brennbare bestanddeler og hvis deponi likeledes forår-saker betraktlige omkostninger og vanskeligheter. Slike stoffer er for eksempel vaskeberg, karbonslam, røkmask, olje-og fettholdige rester, bruktolje, kunststof fkutt, brukt-gummikutt, shredderavfall og annet. Gjenblivende energidefi-citer kan utlignes ved hjelp av kull av en hver type, fra antrasitt til hrunkull, frem for alt også med høyere innhold av aske og flyktige bestanddeler. Ved tilsetning av slike stoffer eller kull, er deres sammensetning med henblikk på det nødvendige forhold SiC^/A^Os/CaO + MgO å ta hensyn til i besjiktningen. Den resterende energideficit innbringes ved hjelp av en ved dreierørsovnens kutteakse anordnet sentralbrenner, som, alt efter behov, drives med mer eller mindre brennstoff og også kan benyttes bare som lufttilførsel. Sentralbrenneren kan drives med kullstøv, olje eller gass. Den for prosessen nødvendige luftmengde, som ikke bringes inn ved hjelp av sentralbrenneren, suges inn i dreierørsovnens uttaksende. Ovnsatmosfæren i det frie ovnsrom er oksyder-ende. I besjiktningen kan det foreligge reduserende betingelser når besjiktningen inneholder karbonholdige bestanddeler ved hvis forbrenning det oppstår CO. En sterkt reduserende atmosfære i besjiktningen er imidlertid ikke nødvendig. Besjiktningens innhold av brennbare bestanddeler innstilles således, at den mest mulig fullstendig forbrennes i ovnen og det ikke foreligger overskudd i slaggfasen. Den krevede sammensetningen for grunnmassen av slaggfasen, kan allerede foreligge ved mange stoffer, eventuelt etter tilsetning av kull eller stoffer med brennbare bestanddeler. Den lar seg ellers lett innstille ved sammenblanding av forskjellige, sammensatte mineralstoffer. Blandingen kan foregå under fukting, for eksempel i en trommel, for å unngå sterk støving ved innføring i dreierørsovnen. En pelletering eller sintring av blandingen før inntak er ikke nødvendig. De kontaminerte mineralstoffer kan anvendes som slam, pasta eller i fast form. Den prosentuelle mengde av hovedbestand-delen av grunnmassen er angitt som vektprosent. Ved beregning av mengden av slaggfasens grunnmasse til den samlede slaggfase, fjernes fuktighet og glødetap på forhånd

(hydratvann, karbonsyre og som brennstoff virkende deler). Med "brennstoff" menes her at mineralstoffene bragte inn deler av karbon, hydrokarboner, olje, fett, tjære samt kull

og deres flyktige bestanddeler. Differansen mellom den samlede slaggfase og slaggfasens grunnmasse på maksimalt 40%, kan utgjøres av bestanddeler som for eksempel jernoksyder, alkalier, titandioksyd, sulfater etc. De i dreierørsovnens sluttdel, til frembringelse av den deigaktige til flytende slaggfase, nødvendige temperatur, er avhengig av sammensetningen innen området ifølge oppfinnelsen. Dessuten påvirkes smelteforholdet i tillegg også av de ytterligere bestanddeler av slagget, som FeO, alkalier, Ti02 etc. Den nødvendige temperatur kan fastslås empirisk. Det fra dreierørsovnen uttatte slagg avkjøles og kan derefter føres til videreanvendelse eller deponi. De i bes j iktningen inneholdte brennbare eller forflyktbare bestanddeler, drives hovedsakelig ut før slaggdanningssonen og tas ut med avgassen fra ovnen. Rensningen av avgassen foregår efter de kjente metoder som retter seg efter innhold og type av forurensningene.

En foretrukket utførelsesform består i at hovedbestanddelene Si02, ÅI2O3, CaO og MgO sammen minst utgjør 70% av det tørre og glødetapfrie til dreierørsovnen førte mineralstof f. En andel grunnmasse på minst 70% av den samlede slaggfase, gir en spesiell god inneslutning av de ennå gjenblivende skadestoffer i den glassaktige slagg.

En foretrukket utførelsesform består i at besj iktningen i dreierørsovnen oppvarmes til en temperatur på 1150 til 1400°C. I dette temperaturområde oppnås en god glassaktig slaggfase, som med sikkerhet gir en inneslutning av de skadelige stoffer.

En foretrukket utførelsesform består i at de til dreierørs-ovnen førte stoffer foreligger i en kornstørrelse på maksimalt 10 mm, fortrinnsvis maksimalt 5 mm. Denne kornstørrelse gir spesielt gode driftsbetingelser.

En foretrukket utførelsesform består i at det som energibærer anvendes C-holdige stoffer, som også er deponeringsprob-lemer. På denne måte kan det anvendes flere avfallsstoffer og samtidig som omkostningene for energifrembringelse senkes.

En foretrukket utførelsesform består i at det varme slagg sprøytes inn i en kjøletrommel med vann eller innføres i et vannbad og hvorved det dannes et slaggsandlignende produkt. Derved oppnår man på enkel måte avkjøling og samtidig knusing av slagget.

En foretrukket utførelsesform består i at det varme slagg føres til et slaggbånd hvorved det oppnås slaggsten. Derved oppnås på enkel måte en avkjøling av slagget under samtidig formgivning.

En foretrukket utførelsesform består i at en kontrollert utbrenning av dreierørsovnsavgassen foregår i et nedstrøms dreierørsovnen i avgassløpet anordnet efterbrennkammer. Avgassen som forlater dreierørsovnen har en temperatur på ca. 700 til 900°C og inneholder i de fleste tilfeller ennå gassformede, dampformede eller finkornede faste brennbare bestanddeler. Disse bestanddeler forbrennes i efterbrennkammeret ved hjelp av økning av avgasstemperaturen til maksimalt ca. 1200° C. Når avgassen ikke er antennbar, kan det gjennomføres en tilleggsoppvarming. Det er imidlertid også mulig å oppnå tennevne for avgassene ved tilsetning av tilsvarende stoffer som for eksempel brunkull, til dreierørs-ovnen, fordi i dette tilfelle de allerede ved relativt lav temperaturer fra besjiktningen utdrevne, flyktige, brennbare bestanddeler delvis forlater dreierørsovnen med avgassen uten å ha vært brukt. Ved denne efterforbrenning reduseres skadestoffinnholdet i avgassene vesentlig.

En foretrukket utførelsesform består i at efterbrennkammeret er utformet som et rør og frembringer damp. Derved utnyttes avgassens energiinnhold sterkt.

En foretrukket utførelsesform består i at det fra dreierørs-ovnsavgassen utskilte støv sirkuleres så lenge i ovnen inntil enkelte bestanddeler er så langt anriket, at de kan sluses ut for utvinning av verdifulle stoffer. Denne arbeidsmåte anvendes spesielt når mineralstoffene for eksempel inneholder ikke-jern-metaller som Pb og Zn, som delvis forflyktiges. Derved kan det oppnås en gjenvinning av disse stoffer.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et eksempel.

En blanding av kontaminerte stoffer ble i en mengde på 600 kg/h fylt i en motstrømoppvarmet dreierørsovn på 12 m lengde og 0,8 m murverkdiameter, som ble drevet ved en helling på 2% med et omdreiningstall på 0,6 omdreininger pr. minutt. Oppvarmingen foregikk med olje ved hjelp av en sentralbrenner fra uttaksenden.

Mineralblandingen som ble fylt i dreierørsovnen, inneholdt gjennomsnittlig 15% fuktighet og, beregnet på tørrstoff: 48,1% Si02

11,6% A1203

11,8% CaO

2,0% MgO

8,0% C

3,2% organiske bestanddeler

1,9% Zn + Pb

0,8% Cu + Ni

0,3% Cr

1,5% Cl

0,5% F

2,05 S

Hovedbestanddelene som utgjør slaggfasens grunnmasse: Si02, Al203, CaO og MgO, utgjorde 73,5% av tørrstoffet. Grunnmassen inneholder 65,5% Si02, 15,8% AI2O3, 16% CaO og 2,7% MgO.

Ved en maksimal materialtemperatur på 1320° C ble materialet tatt ut fra dreierørsovnen i form av et slagg som ble ført inn i et vannbad og tatt ut fra dette ved hjelp av et krasse-bånd. Slagget inneholdt de ikke flyktiggjorte tungmetaller i praktisk fullstendig innbundet og mineralsk innsluttet form. De foreligger dermed i ikke utnyttbar form.

Avgassen ble efterforbrent i et til ovnen i avgassløpet tilkoblet efterbrennkammer ved ca. 1150°C, avstøvet og renset efter vanlige metoder. Støvet inneholdt 10,5% Zn + Pb. Det ble satt til ovnsifyllingsblandingen og tatt ut efter flere gangers resirkulasjon med over 25% Zn + Pb fra kretsløpet og avgitt til en sinkhytte.

Fordelene ved oppfinnelsen består i, at de i mineralstof f ene inneholdte skadestoffer delvis ved forbrenning omdannes i uskadelige stoffer og de gjenblivende skadelige stoffer innsluttes og immobiliseres i den dannede slaggfase, således at slagget enten kan deponeres uten problem eller anvendes for forskjellige formål, som landskapsoppfylling, gate- og dambygging, bergoppsetting eller andre formål.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til opparbeidelse av kontaminerte mineralstoffer ved termisk behandling i dreierørsovn, karakterisert ved at den termiske behandling foregår ved en temperatur hvor dreierørsovnens besjiktning overføres til en deigaktig til flytende slaggfase, idet besjiktningens sammensetning innstilles således at det frembringes en slaggfase hvis hovedbestanddeler, som utgjør grunnmassen, ligger i området på 60 til 72% Si02, 10 til 30% A1203 og 5 til 25% CaO + MgO, idet summen av % Si02 + % AI2O3 + % CaO + % MgO = 100% og hovedbestanddelene Si02, A1203, CaO og MgO sammen utgjør minst 60% av det tørre og glødetapfrie til dreierørsovnen ifylte mineralstoff, den uttatte slaggfase avkjøles og avgassen fra dreierørsovnen underkastes en rensing.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedbestanddelene Si02, A1203, CaO og MgO sammen minst utgjør 70% av det tørre og glødetapfrie til dreierørs-ovnen ifylte mineralstoff.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at besj iktningen i dreierørsovnen oppvarmes til en temperatur på 1150 til 1400°C.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at stoffene som ifylles dreierørsovnen, foreligger i en kornstørrelse på maksimalt 10 mm, fortrinnsvis maksimalt 5 mm.

5 . Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det som energibærer anvendes C-holdige stoffer, som også representerer deponiproblemer.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den varme slagg i en kjøletrommel sprøytes med vann eller innføres i et vannbad og et slaggsandlignende produkt frembringes.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den varme slagg tilføres et slaggbånd og slaggstener frembringes.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 7, karakterisert ved at det foregår en kontrollert utbrenning av dreierørsovnsavgassen i et til dreierørsovnen avgassidig efterkoblet etterbrennkammer.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at et terbrennkammer et er utformet med rør og at damp frembringes.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at det fra dreierørsovnavgassen utskilte støv, resirkuleres så lenge i ovnen inntil enkelte bestanddeler er anriket så langt at de kan sluses ut for gjenvinning av verdifulle stoffer.