PL174063B1 - Sposób termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali i urządzenie do termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali - Google Patents

Abstract

1 Sposób termicznej utylizacji odpadów zawierajacych zwiazki metali, w którym utylizowany odpad miesza sie z odpa- dami energonosnymi, znam ienny tym , ze odpad zawierajacy zwiazki metali, majacy postac pulpy o zawartosci rozcienczalni- ka w ilosci od 15% do 70% wagowych miesza sie z trocinami stanowiacymi odpad w procesach obróbki drewna lub z uprze- dnio przygotowana m ieszanina tych trocin z odpadami latwo- palnego m aterialu, a n astep n ie tak utworzony wsad (1) umieszcza sie w zamykanej szczelnie komorze (2) spalania w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych i wymieniony wsad (1) ubija sie warstwowo zostawiajac we wsadzie (2) wolna prze- strzen (5). najkorzystniej cylindryczna, usytuowana najkorzy- stn ie j w spólosiow o w zgledem osi sy m e trii w zdluznej wymienionej komory (2) spalania, n a calej wysokosci w sad u (1), po czym od dolu, pod rusztem (4) inicjuje sie proces spalania rozpalkowej warstwy (3), najkorzystniej warstwy trocin, usytuo- wanej miedzy rusztem (4) a wsadem (1), wprowadzajac jedno- czesnie w obszar pod rusztem (4) i do wymienionej wolnej przestrzeni (5) powietrze i zamyka sie szczeline komore (2) pokrywa (6), przy czym proces spalania prowadzi sie do pelnego spalenia trocin zawartych we wsadzie (1), natom iast powstajace gazy i pary poddaje sie znanem u procesowi oczyszczania i ponownie doprowadza sie je w calosci lub w czesci jako powie- trze do komory (2) spalania 3 Urzadzenie do termicznej utylizacji odpadów zawieraja- cych zwiazki metali zaopatrzone w znane komory filtracyjne, znamienne tym, ze stanowi je szczelna komora (2) spalania w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych otoczona n a calej swojej wysokosci i w pokrywie schladzajaca wezownica (14), od dolu zas zaopatrzona w ruszt (4), pod którym jest usytuowany wlot powietrza, zas od góry zaopatrzona w wylot spalin i par polaczo- ny przewodem (15) szczelnie z dolna czescia pierwszej PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazków jest sposób utylizacji odpadów zawierających związki metali i urządzenie do termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali, przeznaczone do utylizacji osadów galwanicznych, zużytych farb i lakierów zawierających pigmenty mineralne oraz do utylizacji innych odpadów zawierających związki metali.

Znanym jest sposób utylizacji odpadów pogalwanicznych, w którym odpad po uprzednim wysuszeniu miesza się z miałem węglowym lub koksowym, a następnie mieszaninę tą spala się w piecu tunelowym stosując jako dodatkowe źródło energii gaz. W wyniku takiego działania uzyskuje się mieszaninę tlenków metali o niskich stopniach utlenienia. Tlenki takie, jako nierozpuszczalne w wodzie mogą być bezpiecznie składowane. Z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 167590 firmy Siemens jest znane urządzenie do termicznej obróbki odpadów i sposób tej obróbki. W sposobie tym odpad specjalny podlegający utylizacji, jak związki metali, poddaje się daleko posuniętemu procesowi wytlewania w stosunkowo niskiej temperaturze i bez dostępu tlenu, przy czym tworzy się gaz wytlewny i pozostałość wytlewną, zaś pozostałość wytlewną rozdziela się na składnik drobnoziarnisty i gruboziarnisty. Składnik drobnoziarnisty i/lub suche odpadki pyliste i/lub odpadki ciekłe oraz gaz wytlewny spala się, przy czym tworzą się spaliny i stopiony żużel, natomiast składnik gruboziarnisty oddziela się.

W rozwiązaniu znanym z polskiego opisu patentowego nr 154 089 możliwe jest wyłącznie odseperowanie grubych sortymentów w postać kawałków stopów metali, zaś niezutylizowane związki metali zostają zamknięte w żużlu. Sposób ten nie pozwala na odzysk czystego metalu ze związków toksycznych metali poddawanych utylizacji.

Ze zgłoszenia patentowego P-293027/PCT/NL 91/00058 jest znanym sposób połączonej przeróbki odpadów, w którym odpad o stosunkowo dużej wartości energetycznej poddaje się procesowi pirolizy w celu otrzymania gazu i/lub oleju oraz pozostałości węgla, a następnie pozostałość procesu pirolizy miesza się z odpadem o stosunkowo małej wartości energetycznej w celu wytworzenia mieszaniny zawierającej wodę. Tak powstałą mieszaninę kształtuje się w osobne kawałki i wypraża aż do otrzymania produktów ceramicznych. W sposobie tym, do odpadu poddawanego procesowi pirolizy dodaje się trociny jako surowiec wzbogacający energetycznie odpad. Również i w tym sposobie nie można odzyskać metali, których związki stanowią składnik utylizowanych odpadów. Nie są znane metody bezpośredniego termicznego odzysku czystych metali ze związków chemicznych tych metali zawartych w odpadach podlegających utylizacji z uwagi na ich szkodliwość, jak na przykład z osadów i resztek kąpieli galwanicznych, zużytych lub przeterminowanych farb zawierających pigmenty mineralne itp.

Sposób termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali według wynalazku charakteryzuje się tym, że odpad zawierający związki metali w postaci pulpy o zawartości rozcieńczalnika w ilości od 15% wagowych do 70% wagowych miesza się z trocinami stanowiącymi odpad w procesach obróbki drewna lub z uprzednio przygotowaną mieszaniną tych trocin z odpadami łatwopalnego materiału, a następnie tak utworzony wsad umieszcza się w zamykanej szczelnie komorze spalania w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych. Wymieniony wsad ubija się, zostawiając we wsadzie wolną przestrzeń najkorzystniej cylindryczną, usytuowaną najkorzystniej współosiowo względem osi symetrii wzdłużnej wymienionej komory spalania, na całej wysokości ubitego wsadu, po czym zamyka się komorę spalania od góry, natomiast od dołu, pod rusztem inicjuje się proces spalania rozpałkowej warstwy, najkorzystniej warstwy trocin usytuowanej między rusztem a wsadem, wprowadzając jednocześnie w obszar pod rusztem i do wymienionej wolnej przestrzeni powietrze i zamyka się szczelnie komorę spalania pokrywą, przy czym proces spalania prowadzi się do pełnego spalenia trocin zawartych we wsadzie, natomiast powstające gazy i pary poddaje się znanemu procesowi oczyszczania i ponownie doprowadza się je w całości lub części jako powietrze do komory spalania. W drugiej postaci sposobu według wynalazku spaliny i pary poddawane procesowi oczyszczania w filtracyjnych komorach wzbogaca się o tlen wydzielany na anodach usytuowanych w tych komorach z gazowych produktów procesu spalania wsadu poprzez usytuowanie katody w obszarze wolnej przestrzeni wewnątrz wsadu w komorze spalania, zaś anody wewnątrz każdej z obydwu filtracyjnych komór zamkniętego obiegu spalin i zasilania wymienionych elektrod podczas procesu spalania ze źródłem napięcia stałego o bezpiecznej wielkości napięcia, utrzymując gęstość prądu na stałym poziomie wielkości, korzystnie rzędu od 2 do 10 A/m², przy czym

174 063 wzbogaca się proces spalania w komorze spalania o wodór wydzielany na katodzie, a wiążący część tlenu w tej komorze i katalizujący reakcję redukcji tlenków metali do metali.

Urządzenie do termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowi je szczelna komora spalania w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych otoczona na całej swojej wysokości i w pokrywie schładzającą wężownicą, od dołu zaś zaopatrzona w ruszt pod którym jest usytuowany wlot powietrza, zaś od góry zaopatrzona w wylot spalin i par połączony szczelnie z dolną częścią pierwszej filtracyjnej komory, w której to części jest osadzony schładzacz spalin i par, zaś nad tym schładzaczem jest osadzony suchy filtr, przy czym pierwsza filtracyjna komora jest od góry zamknięta pokrywą zaopatrzoną w schładzającą wężownicę oraz wylot oczyszczonych spalin połączony skruberem z wentylatorem z drugiej strony połączonym przewodem z wlotem drugiej filtracyjnej komory. Wylot tej drugiej filtracyjnej komory jest połączony jednocześnie z zaworem regulacji ciśnienia i wlotem powieerrza komory spalania. W dir^u^ite postaci wynahzku dotyczącego urzątdzenia w komorze spalania jest osadzona wspólna katoda, zaś w każdej z obydwu filtracyjnych komór jest osadzana anoda połączona ze źródłem bezpiecznego napięcia o regulowanej wielkości prądu wyjściowego.

Rozwiązania według wynalazku umożliwiają termiczną utylizację jednych z najbardziej toksycznych odpadów jakimi są osady i szlamy galwaniczne oraz farby i lakiery zawierające pigmenty mineralne w warunkach pełnego odzysku metali zawartych w związkach chemicznych tych odpadów i to odzysku tych metali w postaci metalicznego proszku. Sposób według wynalazku wykorzystuje jako źródło energii całego procesu odpad technologiczny przy obróbce drewna - trociny, które jednocześnie są absorbentem pulpy i ośrodkiem pozwalającym na uzyskanie w procesie prażenia cząsteczek odpadów temperatury rzędu 1000 + 1400°C. Sposób według wynalazku można przeprowadzać w układzie zamkniętym, w warunkach pełnej czystości ekologicznej procesu, uzyskując w procesie utylizacji znaczne ilości energii cieplnej. Pozostający po zakończeniu procesu popiół, po odseperowaniu czystych metali w proszku, stanowi bardzo dobre jakościowo lepiszcze, czyste ekologicznie, przydatne do wytwarzania elementów budowlanych o wysokich parametrach mechanicznych i izolacyjnych.

Wynalazki są bliżej objaśnione w przykładach realizacji za pomocą rysunku, który schematycznie przedstawia urządzenie według wynalazku w trakcie realizacji procesu utylizacji.

W sposobie według wynalazku procesowi utylizacji podano odpad w postaci pulpy zawierający: SiO2 - 2,3%; Fe2O3 - 2,0%; AI2O3 - 0,3%; CaO -10,5%; MgO -1,4%; C2O3 - 27,8%; Zn - 0,37%; NiO - 0,04%; PbO - 3,23%; CuO - 0,2%; CdO - 0,34% i H2O - 51,52% wagowych.

Odpad ten zmieszano z drobnymi odpadami drewna - trocinami o granulacji od 0,3 mm do 10 mm w stosunku wagowym 1:1. Tak utworzony wsad 1 w ilości 200 kg umieszczono wewnątrz komory 2 spalania na rozpałkowej warstwie 3 usytuowanej na ruszcie 4 komory 2. Przed wypełnieniem komory 2 rozpałkową warstwą 3 trocin i wsadem 1 umieszczono wewnątrz komory 2, współosiowo z jej osią symetrii, odcinek rury lub walca o średnicy 100 mm, a następnie po wypełnieniu komory 2 ubito wsad 1 warstwowo i wyciągnięto rurę uzyskując wolną przestrzeń 5. W dalszej kolejności, pod rusztem 4 zainicjowano proces spalania rozpałkowej warstwy 3 trocin wprowadzając jednocześnie powietrze w obszar pod rusztem 4 i do wolnej przestrzeni 5, zamykając szczelnie komorę 2 spalania pokrywą 6. Rozpoczynając proces spalania, po zamknięciu pokrywą 6 komory 2 spalania, włączono wentylatory 7 i 8 zamkniętego obiegu spalin i par procesu spalania oraz włączono stałe napięcie bezpieczne zasilające stalową katodę 9 osadzoną w pokrywie 6 komory 2 spalania, a usytuowaną w stanie pracy wewnątrz wolnej przestrzeni 5, wewnątrz wsadu 1, oraz anody 10 i 11 osadzone w filtracyjnych komorach 12 i 13. Spaliny i pary powstające w komorze 2 spalania przepływające przez wolną przestrzeń 5 i katodę 9 poddawane są procesowi oczyszczania w filtracyjnych komorach 12 i 13 oraz wzbogacania w tlen wydzielany na anodach 10 i 11 w filtracyjnych komorach 12 i 13 i jednoczesnemu wydzielaniu wodoru na katodzie 9 wewnątrz komory 2 spalania, dla wiązania części tlenu w tej komorze 2 i katalizacji reakcji redukcji tlenków metali do metali. Elektrody 9, 10 i 11 zasilano prądem stałym o bezpiecznym napięciu i tak go regulując, aby zapewnić stałą gęstość prądu 6,4A/m². Proces spalania prowadzony był przez 12 godz., aż do zupełnego spalenia trocin zawartych we wsadzie 1. Z procesu spalania uzyskano popiół w ilości 33,16 kg o składzie:

174 063

SiO2 - 3,32%; Fe - 6,03%; AI2O3 - 0,3%; CaO - 21,12%; MgO -1,2%; Cr - 56,69%; Zn - 0,21%; Ni - 0,01%; Pb - 8,75%; Cu - 0,48%; Cd - 0,9% i C - 0,9% wagowych. W pierwszej filtracyjnej komorze 12 uzyskano wodę w ilości 40,7 kg z zawartością chromu, cynku, ołowiu i węgla, którą wraz z wytrąceniami na filtrach zawrócono do następnego wsadu 1 komory 2 spalania. Ostatecznie, po przeprowadzeniu separacji pneumatycznej i magnetycznej o zmiennym strumieniu magnetycznym uzyskano z przykładowego wsadu: 1,9 kg Fe; 18 kg Cr; 6 kg CaO; 2,7 kg Pb; 0,15 kg Cu i 0,26 kg Cd.

Pozostałość po oddzieleniu metali poddano homogenizacji i uzyskano materiał o hydraulicznych własnościach wiążących. Urządzenie do termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali według wynalazku ma komorę 2 spalania otoczoną na całej swojej wysokości oraz w pokrywie 6 schładzającą wężownicą 14. Od dołu, ponad wlotem powietrza wewnątrz komory 2 spalania jest utworzony ruszt 4. Od góry komora 2 spalania jest szczelnie zamykana pokrywa 6, w której jest osadzona stalowa katoda 9 w stanie roboczym, przy zamkniętej komorze 2 spalania, usytuowana wewnątrz komory 2 spalania, w wolnym obszarze 5 i wewnątrz wsadu

1. Od górykomora2 j e se połączcza przewodem 15 z dolną czcżęią pierwszej filfracycnej komory

12, w której to części jest osadzony schładzacz 16. Nad schładzaczem 16 jest osadzony suchy filtr 17, w którym jest usytuowana grafitowa anoda 10. Od góry pierwsza filtracnSny komora 12 jest zamknięta szczelnie pokrywą 18 zaopatrzoną w schładzającą wężownicę 19 oraz wylotowy otwór 20 oczyszczonych spalin połączony poprzez skruber 21 osadzony na pokrywie 19 z wentylatorem 7, którego wylot jest połączony przewodem 22 od dołu z drugą filtracyjną komorą

13, w której jest osadzony suchy filtr 23.

Druga filtracyjna komora 13 jest od góry szczelnie zamknięta pokrywą 24 zaopatrzoną w wylotowy otwór, w którym jest osadzony drugi wentylator 8 połączony przewodem 25 jednocześnie z zaworem 26 regulacj i ciśnienia i wlotem powietrza do komory 2 spalania usytuowanym pod rusztem 4. W pokrywach 18 i 24 obydwu filtracyjnych komór 12 i 13 są osadzone grafitowe anody 10 i 11 zasilane ze źródła 27 napięcia stałego. Wylot wężow^cy 14 bocznej powierzchni komory 2 spalania jest połączony poprzez wężown^ę 28 pokrywy 6 tej kąmorn 2 połączoną z kolei z ądbiąenrkrem 29 ciepła, z którego woda poprzez pompę 30 jest podawana poprzez wężownicę 19 pokrywy 18 pierwszej filtracyjnej komyen 12 do wlotu schładzacza 16 usytuowanego w dolnej części tej komory 12, zaś wylot schładzacza 16 jest połączony z wlotem wężownicy 14 bocznej ściany komory 2 spalania.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali, w którym utylizowany odpad miesza się z odpadami energonośnymi, znamienny tym, że odpad zawierający związki metali, mający postać pulpy o zawartości rozcieńczalnika w ilości od 15% do 70% wagowych miesza się z trocinami stanowiącymi odpad w procesach obróbki drewna lub z uprzednio przygotowaną mieszaniną tych trocin z odpadami łatwopalnego materiału, a następnie tak utworzony wsad (1) umieszcza się w zamykanej szczelnie komorze (2) spalania w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych i wymieniony wsad (1) ubija się warstwowo zostawiając we wsadzie (2) wolną przestrzeń (5), najkorzystniej cylindryczną, usytuowaną najkorzystniej współosiowo względem osi symetrii wzdłużnej wymienionej komory (2) spalania, na całej wysokości wsadu (1), po czym od dołu, pod rusztem (4) inicjuje się proces spalania rozpałkowej warstwy (3), najkorzystniej warstwy trocin, usytuowanej między rusztem (4) a wsadem (1), wprowadzając jednocześnie w obszar pod rusztem (4) i do wymienionej wolnej przestrzeni (5) powietrze i zamyka się szczelnie komorę (2) pokrywą (6), przy czym proces spalania prowadzi się do pełnego spalenia trocin zawartych we wsadzie (1), natomiast powstające gazy i pary poddaje się znanemu procesowi oczyszczania i ponownie doprowadza się je w całości lub w części jako powietrze do komory (2) spalania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spaliny i pary poddawane procesowi oczyszczania w filtracyjnych komorach (12 i 13) wzbogaca się o tlen wydzielany na anodach usytuowanych w filtrach komorach (12 i 13) z gazowych produktów procesu spalania wsadu (1) poprzez usytuowanie katody (9) w obszarze wolnej przestrzeni (5) wewnątrz wsadu (1) w komorze (2) spalania, zaś anod (10 i 11) wewnątrz każdej z obydwu filtracyjnych komór (12,13) zamkniętego obiegu spalin i zasilanie wymienionych elektrod (12,13) podczas procesu spalania ze źródła napięcia stałego o bezpiecznej wielkości napięcia, utrzymując gęstość prądu na stałym poziomie wielkości, korzystnie rzędu od 2 do 10 A/m², przy czym jednocześnie wzbogaca się proces spalania w komorze (2) spalania o wodór wiążący część tlenu w tej komorze (2) i katalizujący reakcję redukcji tlenków metali do metali.
3. 3. Urządzenie do termicznej utylizacji odpadów zawierających związki metali zaopatrzone w znane komory filtracyjne, znamienne tym, że stanowi je szczelna komora (2) spalania w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych otoczona na całej swojej wysokości i w pokrywie schładzającą wężownicą (14), od dołu zaś zaopatrzona w ruszt (4), pod którym jest usytuowany wlot powietrza, zaś od góry zaopatrzona w wylot spalin i par połączony przewodem (15) szczelnie z dolną częścią pierwszej filtracyjnej komory (12), w której to części jest osadzony schładzacz (16) spalin i par, zaś nad tym schładzaczem (16) jest osadzony suchy filtr (17), przy czym pierwsza filtracyjna komora (12) jest od góry zamknięta pokrywą (18) zaopatrzoną w schładzającą wężownicę (19) oraz wylotowy otwór (20) oczyszczonych spalin połączony skruberem (21) z wentylatorem (7), z drugiej strony połączonym przewodem (22) z wlotem drugiej filtracyjnej komory (13), której wylot poprzez drugi wentylator (8) jest połączony jednocześnie z zaworem (26) regulacji ciśnienia i wlotem powietrza komory (2) spalania.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że w komorze (2) spalania jest osadzona wspólna katoda (9), zaś w każdej z obydwu filtracyjnych komór (12,13) jest osadzona anoda (10, 11) połączone ze źródłem (27) bezpiecznego napięcia o regulowanej wielkości prądu wyjściowego.