SI26407A - Granulat iz sedimentov ali odpadkov, ki vsebujejo glineno komponento, postopek priprave granulata, naprava za izdelavo granulata, in uporaba tako dobljenih granulatov - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je granulat iz sedimentov ali odpadkov, ki vsebujejo glineno komponento, ki lahko vključuje ustrezne dodatke za povečanje sposobnosti absorbiranja tekočin, postopek priprave granulata, uporaba tako pripravljenega granulata kot posip za mačja stranišča ali druga nasutja za absorbiranje tekočin, in naprave za izdelavo granulata. Granulat in postopek priprave granulata iz glinenih odpadkov, ki se jim po potrebi lahko dodajajo ustrezni dodatki, tako rešuje po eni strani problematiko odvečnih materialov, ki zavzemajo velike površine na deponijah in predstavljajo strošek za imetnika tovrstnega odpadka, in po drugi strani ponuja tehnično sprejemljiv in cenovno konkurenčen material, ki služi kot posip za mačja stranišča in podobne aplikacije, kjer je potrebno absorbirati tekočine.

Description

Granulat iz sedimentov ali odpadkov, ki vsebujejo glineno komponento, postopek priprave granulata, naprava za izdelavo granulata, in uporaba tako dobljenih granulatov

Področje tehnike

Predloženi izum sodi na področje tehnike in sicer specifično na področje mehanske predelave materialov ter na področje kemijske tehnologije s pripravo ustreznih sestav, ki imajo zadostno vpojnost in spnjemljivost, da se lahko uporabijo za absorbiranje razlite tekočine in druge podobne aplikacije. Prednostno se granulat, pridobljen po tem izumu, uporablja za mačja stranišča ali za druga nasutja, kjer je želeno, da absorbira razlito tekočino in druge podobne aplikacije.

Predmet izuma je granulat iz sedimentov ali odpadkov, ki vsebujejo glineno komponento, ki lahko vključuje ustrezne dodatke za povečanje sposobnosti absorbiranja tekočin, postopek priprave granulata, uporaba tako pripravljenega granulata kot posip za mačja stranišča ali druga nasutja za absorbiranje tekočin, in naprave za izdelavo granulata.

Postopek temelji na uporabi (odpadnih) sedimentov, odpadnih zemljin ali odpadkov, ki vsebujejo glineno komponento. Takšen odpadek v ustrezni vlažnosti in z dodatki materialov, ki izboljšajo strukturo (povečajo poroznost, izboljšajo mehanske lastnosti), se oblikuje po postopkih ekstruzije in/ali struženja.

Znano stanje tehnike

Postopki in materiali za pridobitev posipa za mačja stranišča temeljijo predvsem na uporabi bentonitne gline, ki je zelo vpojna, saj lahko absorbira do 15x količino vode. Bentonitni mačji posip je na trgu že več kot 60 let in predstavlja cca 70 % trga posipov¹.

Med posipi najdemo tudi ostale vrste glin, silica gel, predelan odpadni papir, žagovino in agrikulturne materiale, med drugim tudi moke, kot denimo koruzna moka². Vsak material ima določeno prednosti kakor tudi slabosti².

Pomembni parametri, ki jih mora dosegati učinkovit posip so dobra sprijemljivost, velika vpojnost, neškodljivost za živali in ljudi (brez prahu), preprečevanje razvoja smradu, biorazgradljivost...

Predstavitev problema

Tipični produkti za posipe za mačja stranišča so anorganski visokoporozni materiali, ki absorbirajo tekočino in zagotavljajo zlepljenost mokrega materiala za lažjo odstranitev. Obstaja potreba po velikih količinah posipa za mačja stranišča. V ZDA je industrija mačjih stranišč vredna 2 milijardi dolarjev in letno porabi za pet milijard funtov oz. 2,3 milijona ton izkopane gline²», zato se konstantno iščejo novi viri za zagotavljanje zadostne količine in ustrezne sestave cenovno konkurenčnega materiala.

Istočasno pa se pojavlja potreba po predelavi različnih odpadnih zemljin ali sedimentov (rečni, jezerski, morski, industrijski..), ki vsebujejo glineno fazo, in se trenutno odlagajo na deponije in zato predstavljajo okoljski problem.

Granulat in postopek priprave granulata iz glinenih odpadkov, ki se jim po potrebi lahko dodajajo ustrezni dodatki, tako rešuje po eni strani problematiko odvečnih materialov, ki zavzemajo velike površine na deponijah in predstavljajo strošek za imetnika tovrstnega odpadka, in po drugi strani ponuja tehnično sprejemljiv in cenovno konkurenčen material, ki služi kot posip za mačja stranišča in podobne aplikacije, kjer je potrebno absorbirati tekočine.

Opis rešitve problema

Navedeni tehnični problem je rešen z uporabo odpadnih materialov, ki vsebujejo glineno komponento, ki se jim po potrebi doda vlaknate organske dodatke, kot na primer celulozna vlakna, žagovino, in podobno, in se jih posuši do vlage, primerne za ekstrudiranje, to je do vsebnosti vlage od 20-25 ut. %, in se jih oblikuje v granulat na ustreznih napravah, na primer na strgalih in ekstrudorjih.

Izum je opisan v nadaljevanju in prikazan na slikah, ki prikazujejo:

Slika 1 prikazuje granulat po izvedbenem primeru 1, in sicer je pod a) prikazan granulat pred testom vpojnosti vode, pod b) pa med testom vpojnosti vode

Slika 2 prikazuje granulat po izvedbenem primeru 2, in sicer je pod a) prikazan granulat pred testom vpojnosti vode, pod b) pa med testom vpojnosti vode

Slika 3 prikazuje granulat po izvedbenem primeru 3, in sicer je pod a) prikazan granulat pred testom vpojnosti vode, pod b) pa med testom vpojnosti vode

Slika 4 prikazuje granulat po izvedbenem primeru 4, in sicer je pod a) prikazan granulat pred testom vpojnosti vode, pod b) pa med testom vpojnosti vode

Slika 5 prikazuje en izvedben primer naprave za predelavo, in sicer tračni ekstrudor z valjem

Slika 6 prikazuje drug izvedben primer naprave za predelavo, in sicer ekstrudor

Slika 7 prikazuje še nadaljnji izvedben primer naprave za predelavo, in sicer krožno strgalo.

Granulat po izumu vključuje odpadni material, ki vsebuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, to je gline, prednostno med 30 do 50 ut. % glinene komponente. Opcijsko lahko granulat vključuje dodatke za izboljšanje mehanskih lastnosti granul, na primer za povečanje odpornosti na krušenje.

Primerni odpadni materiali za izdelavo granulata so različne zemljine, sedimenti iz rečenega ali morskega okolja, sedimenti, ki nastajajo v raznih industrijskih procesih, kot na primer pri pranju agregatov, pri izkopih in podobno. Bistveno je, da tovrstni materiali vsebujejo glineno komponento, v količini vsaj 20 ut.%, prednostno v količim od 30 do 50 ut. %. Glinena komponenta deluje kot vezivo in se na ta način doseže zadostna trdnost granulata in hkrati zadostna absorpcija tekočin. Tovrstni odpadni materiali tudi ne smejo vsebovati toksičnih komponent, saj se granulat po uporabi odstrani med komunalne odpadke ali na kompost. Praviloma je odpadni material v obliki gošče, če je iz vodnih okolij (reke, morja, pranje peska). Kadar je odpadni materiali v obliki gošče, ga je pred nadaljnjo obdelavo po potrebi potrebno osušiti, da je vsebnost vode v taki količini, daje pripravljena zmes primerna za oblikovanje v napravah predstavljenih v nadaljevanju. Odpadni material je lahko tudi suh, pri čemer se mu pred nadaljnjo obdelavo doda voda, v taki količini, da je pripravljena zmes primerna za oblikovanje v napravah predstavljenih v nadaljevanju. Količina vode v primerno pripravljeni zmesi lahko znaša največ do 50 ut.%, prednostno največ do 30 ut.%, se bolj prednostno med 20 do 25 ut. %, oziroma toliko, da je omogočeno oblikovanje v napravah predstavljenih v nadaljevanju.

Kot dodatki se lahko dodajajo vlakna, saj se z njimi izboljšajo mehanske lastnosti granul. Prednostno se dodajajo vlakna naravnega izvora in/ali vlakna reciklirana iz odpadnih surovin, ki ne vsebujejo toksičnih komponent. Kor primerna vlakna so tako lahko celulozna vlakna naravnega izvora, kot na primer odpadki iz agrikulture in/ali vlakna drevesnih plodov, na primer topolova vlakna, ali celulozna vlakna, ki jih dobimo iz odpadnega papirja. Vsebnost vlaken je v količini med 3 ut. % do 20 ut. % suhe mase vlaken na suho maso odpadnega materiala.

Postopek priprave granulata iz odpadnega materiala, ki vključuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, se lahko izvede na dva načina.

V prvem primeru postopek vključuje naslednje korake:

A) Sušenje ali vlaženje odpadnega materiala, da se pridobi zmes z vsebnostjo vode v količini največ do 30 ut.%, prednostno v količini med 20 do 25 ut. %;

B) Vodenje zmesi iz koraka A v napravo za izdelavo granulata, pri čemer se pridobi granulat;

C) Sušenje granulata pridobljenega v koraku B do konstantne mase in pakiranje.

Naprava za izdelovanje granulata je prednostno tlačni ekstrudor z valjem, ekstrudor ali krožno strgalo.

V drugem primeru postopek vključuje naslednje korake:

A) Sušenje ali vlaženje odpadnega materiala, da se pridobi zmes z vsebnostjo vode v količini največ do 30 ut.%, prednostno v količini med 20 do 25 ut. %;

B) Oblikovanje zmesi iz koraka A v plošče debeline do 10 mm in sušenje plošč do konstantne teže;

C) Drobljenje plošč iz koraka B v granulat v valjčnem mlinu.

V primeru da granulat vključuje dodatke, se dodatke v ustrezni količini doda v odpadni material pred korakom A.

Kadar je odpadni material sediment iz morskega okolja, sediment vključuje vsaj 3 ut. % NaCI. Opcijsko se v tem primeru pred korakom A v odpadni material doda ustrezno količino AgNOa v vodni raztopini, ki nevtralizira sol, v kolikor je to potrebno za določene namene uporabe, kjer bi NaCI v tej količini lahko predstavljal problem za uporabo granulata. Ustrezna količina je stehiometrično potrebna količina AgNCh za nevtralizacijo NaCI.

Primerna naprava za izdelavo granulata je kot že omenjeno tlačni ekstrudor z valjem, ekstrudor ali krožno strgalo.

Tlačni ekstrudor z valjem je prikazan na sliki 5 in vključuje vsaj fiksni zbiralnik 5 za zmes iz koraka A in za odvod zmesi, orodje 4 z luknjami za ekstruzijo, valj 2, vodilo za valj 3 in ročke 1 za ustvarjanje pritiska na zmes.

Naprava deluje tako, da se valj 2 premika vzdolž vodila za valj 3, s tem se ustvari tlak na zmes, ki je znotraj zbiralnika 5. Zaradi tlaka se zmes potisne skozi luknje v orodju 4 za ekstruzijo. S pomočjo ročk 1 lahko prilagajamo željeni tlak na zmes. Zmes, ki je potisnjena skozi luknje se odlomi in tako dobimo ekstrudirane pelete oziroma granulat, ki se dodatno obdela s sušenjem do konstantne teže.

Ekstrudor je prikazan na sliki 6 in vključuje vsaj zbiralnik 6 oziroma dovajalec zmesi iz koraka A, dva valja 7 s poljubno reliefno obliko, držalo 8 za valja, ohišje 10, tekoči trak 9, 12 in oblikovni distributer 11 granulata.

Naprava deluje tako, da vrteča se valja 7 pobirata zmes iz zbiralnika 6. Valja 7 imata reliefno obliko, tako da se oblikuje granulat, ki pa pade na distributer 11 granulata in nato na tekoči trak 9,12. Granulat se nato dodatno obdela s sušenjem do konstantne teže.

Krožno strgalo je prikazano na sliki 7 in vključuje vsaj boben 14 z rezili, ohišje 13,15 za boben 14, zbiralnik 16 oziroma dovajalec zmesi iz koraka A.

Naprava deluje tako, da se skozi zbiralnik 16 dovaja zmes iz koraka A na rotirajoči se boben 14 z rezili. Gibanje bobna 14 povzroči ribanje zmesi, pri čemer nastanejo granule (granulat), ki se nato dodatno obdelajo s sušenjem do konstantne teže.

Sam postopek priprave granulata se lahko izvaja direktno na lokaciji zraven odpadnega materiala, saj so vse naprave mobilne in se lahko napajajo z obnovljivimi viri energije ali generatorji. Dodatno so naprave za izdelavo granulata narejene modularno, s čimer je omogočeno enostavno prilagajanje posamezne naprave glede na želeno velikost granulata.

Izum pojasnjujemo vendar nikakor ne omejujemo s primeri opisanimi v nadaljevanju.

Primer 1:

Vzeli smo zemljino (sediment), ki vsebuje glineno fazo in ki je bil v obliki tekoče gošče. V pečici smo ga osusih do vlage pod 30 ut. % in ga pregnetli. Pripravljeno zmes, ki je bila dodatno posušena do meje, ko ni več gnetljiva, smo nastrgali skozi strgalo (Slika 7), pri čemer so delci dosegli velikosti med 1mm do 10mm dolžine, v širino max. 3mm in debelino cca 1mm. Granulat smo osušili do konstantne teže v pečici na približno 80°C, da se delci niso sprijemali med seboj. Tako pripravljen granulat, kije prikazan na sliki 1, vpija 31 ut. % vode.

Primer 2:

Odpadku, ki vsebuje glineno fazo, smo primešali celulozna vlakna. Celulozna vlakna smo pripravili tako, da smo dodali 1 kg odpadnega papirja v vodo (cca 3 I) in po dveh dneh namakanja z mikserjem pripravili goščo, ki vsebuje celulozna vlakna. Goščo smo v količini 5 ut. % suhe mase papirja na suho maso sedimenta primešali v sediment. Nastalo zmes smo posušili do vlage primerne za ekstrudiranje in jo oblikovali na ekstrudorju (slika 6). Tako dobljen granulat smo posušili do konstantne teže. Granule imajo dobro mehansko stabilnost zaradi vlaken. Pripravljen granulat ima dobro vpojnost. Vpijanje vode znaša 43 ut. %.

Primer 3:

Odpadku, ki vsebuje glino, smo primešali žagovino, ki predstavlja odpadek v procesu obdelave lesa. Delci žagovine so veliki od 1-4mm. Žagovino smo dodali v količini 3 ut. % suhe mase žagovine na suho maso sedimenta. Nastalo zmes smo posušili smo do vlage primerne za oblikovanje in oblikovali 1cm debele plošče iz tako pripravljene zmesi. Pripravljene plošče smo posušili do konstantne teže v pečici na približno 80°Cin jih zdrobili v valjčnem mlinu na do 5mm velike delce. Tako pripravljen granulat, ki je prikazan na sliki 2, ima vpijanje vode 51 ut. %.

Primer 4:

Vzeli smo odpadni material, ki vsebuje glineno fazo in je v obliki gošče v tekoči obliki. Delno smo ga osušili do vlage pod 30 ut. % in ga pregnetli. Pripravljeno zmes smo oblikovali v plošče, debeline približno 10mm.

Plošče smo osušili do konstantne teže v pečici na približno 80°C. Tako pripravljen material smo zdrobili v valjčnem mlinu na delce, katerih velikost ni presegala 8mm. Tako pripravljen granulat, ki je prikazan na sliki 4, vpija 36 ut. % vode. Dobro je vidno, kako se granulat lepi v grude.

Primer 5:

V mešanice pripravljene po zgoraj opisanem postopku, smo dodali ustrezno količino AgNO₃ v vodni raztopim (ob predpostavki, da sediment, če je odvzet iz morja, vsebuje cca 3 % NaCI). Poteče naslednja reakcija:

NaCI + AgNO₃ -> AgCI + NaNO₃

Na ta način se nevtralizira sol, v kolikor je to potrebno za določene namene uporabe, kjer bi NaCI v tej količini lahko predstavljal problem. Za mačje posipe ta količina soli ni problematična, tudi ne za kompostišča, kamor se uporabljen granulat lahko odlagal.

Nato smo zmes posušili do vlage primerne za ekstrudiranje in zmes oblikovali na napravah s principi obdelave, prikazanih na slikah 5-7 . Tako dobljen granulat smo posušili do konstantne teže v pečici na približno 80°C.

Granulat se prednostno uporablja za posip za mačja stranišča. Prednosti posipa dobljenega po vseh navedenih primerih za mačja stranišča so naslednja:

- uporabljen je predvsem odpaden naraven material, kar zagotavlja cenovno ugoden material temelji na naravnih materialih, zato ne predstavlja nevarnosti za alergije je hitro vpojen, s čimer je zagotovljeno, da se urin ne raznaša naokoli dobro se zlepi, ko absorbira mačji urin, kar pomeni lažje odstranjevanje

- preprečuje razvoj smradu

- praktično ne vsebuje finih prašnih delcev

- odstranjuje se lahko na kompost ali v straniščno školjko

- ima nizek CO2 odtis

Literatura:

¹ https://www.scientificamerican.com/article/Qreen-friendlv-cat-litter-ODtions/ ² https://qreelivinqideas.com/2015/08/13/how-cat-litter-is-made/ ³ https://en.wikipedia.org/wiki/Litter box

Claims (12)

1. Patentni zahtevki

   1. Granulat iz sedimentov ali odpadkov, pri čemer granulat vključuje odpadni material, ki vsebuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, prednostno 30 do 50 ut. % glinene komponente.
2. 2. Granulat po zahtevku 1, označen s tem, da dodatno vključuje vlakna naravnega izvora in/ali vlakna reciklirana iz odpadnih surovin, ki ne vsebujejo toksičnih komponent, v količini med 3 ut. % do 20 ut. % suhe mase vlaken na suho maso odpadnega materiala.
3. 3. Granulat po zahtevkih 1 in 2, označen s tem, da je odpadni material izbran izmed različnih zemljin, sedimentov iz rečenega ali morskega okolja, sedimentov, ki nastajajo v raznih industrijskih procesih in/ali pri izkopih.
4. 4. Granulat po zahtevkih 1 in 2, označen s tem, da so vlakna izbrana izmed celuloznih vlaken naravnega izvora, kot na primer odpadki iz agrikulture in/ali vlakna drevesnih plodov, na primer topolova vlakna, ali celuloznih vlaken, kijih dobimo iz odpadnega papirja.
5. 5. Postopek priprave granulata iz odpadnega materiala, ki vključuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, označen s tem, da vključuje naslednje korake:

   A) Sušenje ali vlaženje odpadnega materiala, da se pridobi zmes z vsebnostjo vode v količini največ do 30 ut.%, prednostno v količini med 20 do 25 ut. %;

   B) Vodenje zmesi iz koraka A v napravo za izdelavo granulata, pri čemer se pridobi granulat;

   C) Sušenje granulata pridobljenega v koraku B do konstantne mase in pakiranje.
6. 6. Postopek priprave granulata iz odpadnega materiala, ki vključuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, označen s tem, da vključuje naslednje korake:

   A) Sušenje ali vlaženje odpadnega materiala, da se pridobi zmes z vsebnostjo vode v količini največ do 30 ut.%, prednostno v količini med 20 do 25 ut. %;

   B) Oblikovanje zmesi iz koraka A v plošče debeline do 10 mm in sušenje plošč do konstantne teže;

   C) Drobljenje plošč iz koraka B v granulat v valjčnem mlinu.
7. 7. Postopek po zahtevkih 5 ali 6, označen s tem, da se vlakna v količino med 3 ut. % do 20 ut. % suhe mase vlaken na suho maso odpadnega materiala doda v odpadni material pred korakom A.
8. 8. Postopek po zahtevkih 5 ali 6, označen s tem, da se v primeru, ko je odpadni material sediment iz morskega okolja, ki vključuje vsaj 3 ut. % NaCI, se v odpadni material pred korakom A doda stehiometrično količino AgNCh v vodni raztopini za nevtraliziranje NaCI.
9. 9. Naprava za izdelavo granulata iz odpadnega materiala, ki vključuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, označena s tem, da vključuje vsaj fiksni zbiralnik (5) za zmes iz koraka A in za odvod zmesi, orodje (4) z luknjami za ekstruzijo, valj (2), vodilo za valj (3) in ročke (1) za ustvarjanje pritiska na zmes, pri čemer valj (2), ko se premika vzdolž vodila za valj (3), ustvari tlak na zmes, ki je znotraj zbiralnika (5), pri čemer se zmes potisne skozi luknje v orodju (4) za ekstruzijo in se dobi ekstrudirane pelete oziroma granulat, ki se dodatno obdela s sušenjem do konstantne teže.
10. 10. Naprava za izdelavo granulata iz odpadnega materiala, ki vključuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, označena s tem, da vključuje vsaj zbiralnik (6) oziroma dovajalec zmesi iz koraka A, dva valja (7) s poljubno reliefno obliko, držalo (8) za valja, ohišje (10), tekoči trak (9, 12) in oblikovni distributer (11) granulata, pri čemer vrteča se valja (7), ki imata reliefno obliko pobirata zmes iz zbiralnika (6) pri čemer se oblikuje granulat, ki pa pade na distributer (11) granulata in nato na tekoči trak (9, 12) in se granulat nato dodatno obdela s sušenjem do konstantne teže.
11. 11. Naprava za izdelavo granulata iz odpadnega materiala, ki vključuje vsaj 20 ut. % glinene komponente, označena s tem, da vključuje vsaj boben (14) z rezili, ohišje (13, 15) za boben (14), zbiralnik (16) oziroma dovajalec zmesi iz koraka A, pri čemer se skozi zbiralnik (16) dovaja zmes iz koraka A na rotirajoči se boben (14) z rezili, s čimer se povzroči ribanje zmesi, pri čemer nastane granulat, ki se nato dodatno obdela s sušenjem do konstantne teže.
12. 12. Uporaba granulata po zahtevkih od 1 do 4 pridobljenega po postopku po zahtevkih od 5 do 8 za posipe za mačja stranišča ali druga nasutja za absorbiranje tekočin.