SK132497A3

SK132497A3 - Process for the separation of copper and heavy metals from incinerated garbage residue and slag

Info

Publication number: SK132497A3
Application number: SK1324-97A
Authority: SK
Inventors: Alfred Edlinger; Heribert Resch
Original assignee: Holderbank Financ Glarus
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1998-04-08
Also published as: HRP970030B1; MX9707650A; CZ305897A3; HUP9901450A2; ZA971032B; EP0820532A1; HRP970030A2; AT405191B; CA2216714A1; ATA23396A; WO1997029214A1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu oddelenia medi a ťažkých kovov zo zvyškov a trosiek zo spaľovania odpadu.

Doterajší stav techniky

Pri bežných zariadeniach na spaľovanie odpadu, ako aj zariadeniach na pyrolýzu odpadu vznikajú zvyšky vo forme zvyškov pyrolýzy alebo zvyškov, resp. trosiek zo spaľovania odpadu. Takéto trosky sú spravidla pomerne kyslé a podľa pôvodu odpadu a najmä pri použití priemyselného odpadu sú takéto trosky veľmi často silne znečistené ťažkými kovmi. Bezprostredné zhodnotenie takýchto trosiek bez viac alebo menej nákladného čistenia je možné len s vysokonáročným strojovým vybavením.

Podstata vynálezu

Vynález sa teraz zameriava na to, aby sa zvyšky zo spaľovania odpadu s obsahom ťažkých kovov urobili vhodnými na ďalšie spracovanie, pri ktorom sa napríklad v súvislosti s oceľovými troskami dajú spätne získať hydraulické pojivá, nepoškodzujúce životné prostredie, alebo iné cenné materiály. Najmä sa takáto troska, ktorá nie je bezprostredne vhodná pre metalurgické procesy, resp. takéto zvyšky majú dať spracovať na syntetickú vysokopecnú trosku s hydraulickými vlastnosťami, ako aj vysokohodnotnú, uhlíkom nasýtenú zliatinu železa. Na vyriešenie tejto úlohy spočíva spôsob podía tohto vynálezu v podstate v tom, že zvyšky a trosky zo spaľovania odpadu, resp. z pyrolýzy sa spoločne s látkami, obsahujúcimi chlór alebo chlorid, ako sú zvyšky z čistenia dymových plynov, CaCl₂ z výroby sódy, kuchynská sol, chlór obsahujúce organické rozpúšťadlá alebo kaly z galvanizovni, zahrejú pri redukčných podmienkach nad 650 ‘C, po čom sa Cu-chloridy a prchavé chloridy ťažkých kovov, ako napr. PbCl₂ alebo ZnCl₂, odtiahnu v plynnej fáze. Tým, že sa zvyšky a trosky zo spaíovania odpadu, resp. zvyšky z pyrolýzy pražia spoločne s látkami, obsahujúcimi chlór, resp. chlorid, a pri tomto pražení sa dodržia redukčné podmienky, podarí sa ťažké kovy oddeliť vo forme prchavých chloridov a odviesť cez plynnú fázu. Táto plynná fáza sa môže bežným spôsobom čistiť, pričom sa meď, chlorid, chlorid olovnatý a chlorid zinočnatý dajú kvantitatívne zachytiť vo filtroch. Súčasne takýto spôsob umožňuje spracovať aj iné, ťažko likvidovatelné produkty,, ako organické rozpúšťadlá s obsahom chlóru, ako aj zvyšky z čistenia dymových plynov alebo chlorid vápenatý z výroby sódy, pričom sa dá spoločne likvidovať velký počet problémových látok súčasne. V zásade majú uvedené chloridy ťažkých kovov pri nízkych teplotách pomerne malý tlak pár. Tlaky pár relevantných chloridov ťažkých kovov vykazujú pri 600 ’C nasledujúce hodnoty:

Zložka

Tlak pár (bar)

CuCl₂, (CuCl)₂

PbCl₂

ZnCl ₂

0,005

0,07

0,1

Aby sa pri pomerne nízkych teplotách dosiahlo bezpečné splynenie, musí sa zodpovedajúce zníženie príslušného parciálneho tlaku uskutočniť: napríklad s použitím preplachovacieho plynu, alebo sa musí pracovať: pod prinajmenšom čiastočným vákuom. Spôsob podlá tohto vynálezu sa s výhodou uskutoční tak, že pri teplotách medzi 6 50 ’C a 1400 ’C sa použijú preplachovacie plyny, najmä spaliny, na odvedenie prchavých chloridov, v dôsledku čoho sa pozoruje dostatočné splynenie chloridov tažkých kovov. Alternatívne alebo naviac k použitiu takéhoto preplachovacieho plynu sa môže pracovať: aj v čiastočne evakuovanej šachtovej peci, alebo sa môže použit preplachovací plyn pri podtlaku. Pri tlaku 1 bar a bez použitia preplachovacieho plynu by sa chlorácia musela uskutočniť: pri teplote asi 1400 “C, t.j. pri teplote tavenia.

.Opatrením’ podlá tohto vynálezu sa zabezpečí, že * ¹ ' ’ dostatočne velké ochudobnenie o tažké kovy sa dosiahne v bežných šachtových peciach so spalinami ako preplachovacím plynom už pri teplotách 850 ’C, pričom sa s výhodou postupuje tak, že zahrievanie zvyškov a trosiek zo spalovania odpadu na teploty asi 850 °C sa uskutoční v šachtovej peci alebo vo valcovej rotačnej peci.

Spätné získanie tažkých kovov z plynnej fázy sa zvlášt jednoduchým spôsobom môže uskutočnit tak, že plynná fáza, obsahujúca prchavé chloridy tažkých kovov, sa vedie cez filter, a že prach z filtra, obsahujúci chloridy tažkých kovov, sa rozpustí vo vode a/alebo sa cementuje s Fe-šrotom, po čom sa chloridy tažkých kovov extrahujú a/alebo sa tažké kovy oddelia frakcionačnou elektrolýzou a/alebo sa frakcionačne destilujú. Pri cementácii so železným šrotom sa oxidy tažkých kovov redukujú a vytvorí sa chlorid železa. Pri parciálne tlaky s výhodou sa frakcionačnej elektrolýze sa dajú meď, cín, nikel a iné kovy vylúčiť oddelene a s vysokou čistotou.

Aby sa zabezpečili zodpovedajúce a súčasne sa udržali redukčné podmienky, postupuje tak, že zahrievanie sa uskutoční v šachtovej peci v protiprúde spalinami.

Ekonomicky zvlášť účelné spracovanie príslušne ochudobnených zvyškov a trosiek zo spalovania odpadu, resp. pyrolýzy, sa podarí vtedy, keď sa, ako to zodpovedá výhodnému uskutočneniu, zahriate tuhé zvyšky v množstve od 10 do 40 hmotn. %, s výhodou asi 20 hmotn. %, zmiešajú s kvapalnou ocelovou troskou alebo vápenatým slieňom na zmesovú trosku, pričom zostávajúce, odparujúce sa ťažké kovy, ako Pb a Zn, sa z plynnej fázy oddelia, a prípadne v zmesovej troske rozpustené chloridy, ako napr. CaCl₂, sa za uvoíňovania Cl₂oxidujú, a zmesová troska sa nad vírivým Fe-kúpeíom s obsahom C medzi 3 a 4 hmotn. % redukuje. Pretože zahriate zvyšky reagujú kyslo, podarí sa pri zmiešaní s oceíovou troskou silne zásaditú oceiovú trosku prinajmenšom čiastočne neutralizovať, pričom súčasne klesne viskozita. Zmiešavacím a neutralizačným teplom sa podarí prípadne ešte zostávajúce ťažké kovy bezpečne priviesť k odpareniu. Súčasne z ocelovej trosky sedimentuje železný kúpe! a s výhodou sa postupuje tak, že vírivý Fe-kúpeí sa podrobí frakcionačnej redukcii na oddelenie ferochrómovej zliatiny. Tento vírivý Fe-kúpeí sa pritom musí udržovať pri požadovanom obsahu uhlíka medzi 3a 4 hmotn. %, aby sa zabezpečilo, že dôjde k žiaducej redukcii, pričom sa celkove napríklad z asi 0,4 t praženej trosky a 1,6 t oceiovej trosky môže získať 1 t syntetickej vysokopecnej trosky a 0,9 t surového železa. Aby sa zabezpečilo, že sa vytvorí materiál,

- 5 použiteľný ako prísada do cementu, chloridy sa musia najprv odviesé.

Zvlášt výhodne sa takto dá spôsob redukčného praženia zvyškov a trosiek zo spaľovania odpadu kombinovať so zodpovedajúcim spôsobom výroby syntetickej vysokopecnej trosky, pretože v dôsledku požadovaných obsahov uhlíka v železnom kúpeli vytvorený CO sa dá energeticky zvlášt dobre využit. S výhodou sa na tento účel postupuje tak, že CO, vytvorený pri redukcii troskovej zmesi v Fe-kúpeli rozpusteným uhlíkom, sa použije na ďalšie spaľovanie a zahrievanie zmesovej trosky, resp. zvyškov.

Aby sa kvalita syntetickej vysokopecnej trosky ďalej zlepšila, a aby sa mohli vyrábal: zvlášt dobré materiály ako prísady do cementov alebo priamo cement, s výhodou sa postupuje . tak, že ku kvapalnej zmesovej troske ,'sa pridá bauxit, resp. A^O-j.

Ako je už v úvode uvedené, požadované parciálne tlaky prchavých chloridov sa nastavia buď zodpovedajúcimi množstvami preplachovacieho plynu alebo použitím tlaku, ktorý je nižší než atmosférický.

Vynález ďalej bližšie vysvetlíme pomocou príkladu uskutočnenia.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Použila sa škvara zo spaľovne (odpadová troska) s nasledujúcim zložením:

Zložka	Podiel (
SiO₂	43
CaO	13
^^2θ3	8,5
Fe₂°3	10
MgO	1,5
Na₂O	3,5
so₃	1
tío₂	1,5
Cu	0,4
Ni	0,04
Cr	0,15
Zn	0,35
Pb	Q, 15

Zvyšok analýzy sú pritom nespálené zvyšky a odpadový šrot.

Takáto odpadová troska sa spolu s 10 % CaCl₂ (3,6 % Ca + 6,4 % Cl) vložila do šachtovej pece a s kyslíkovým deficitom (protiprúd) sa redukčným spôsobom zahriala. Teplota spalín zo šachtovej pece bola 850 °C. Pražená, roztavená odpadová troska vykazovala nasledujúcu analýzu:

Zložka

Podiel (%)

Si°₂

CaO

Α1ζθ3 ^Fe2°3

MgO	2
Na₂O	3
so₃	0,5
tío₂	1,5
Cu	0,08
Ni	0,02
Cr	0,2
Zn	0,06
Pb	0,04

Pražená odpadová troska sa zmiešala s 80 trosky nasledujúceho zloženia v kvapalnom stave:

oceíovej

Zložka

Podiel (%) ocel

SiO₂ ai₂o

CaO

MgO

FeO

S

P

Cr

0,05

0,5

Zmesová troska sa skladala z nasledovného:

Zložka

Podiel (%) oceľ

Si°₂

CaO ai₂o

FeO

MgO

Na₂O

S0₃ tío₂ cu

Ni cr

3,5

0,6

0,15

0,3

0,016

0,004

0,9

V priebehu procesu zmiešavania sa Zn a Pb odparia prakticky kvantitatívne a dajú sa získat zo spalín.

Táto odpadová troska sa v OBM-konvertore redukovala nad vírivým železným v železnom kúpeli kúpeľom

Redukčné pomocou uhlíka, rozpusteného teplo, ako aj straty odpadového tepla sa velmi hospodárne čiastočným spaľovaním vytvoreného CO v hornej časti konvertora v plynnej fáze priviedli do procesu.

Redukovaná troska vykazovala nasledujúce zloženie:

Zložka	Podiel (
^si02	35
CaO	52
AI2O3	5
MgO	5
Na₂O	1
so₃	0,25
tío₂	0,5
Cr	0,03

Ťažké kovy Cu a Ni sa v redukovanej troske už nedali pomocou rôntgenovej fluorescenčnej analýzy dokázať (hranica dôkazu asi 100 ppm).

Vodou granulovaná troska sa ukázala byť dobre hydraulicky aktívnou zložkou zmesového cementu. Na zvýšenie začiatočnej pevnosti zmesového cementu sa pridalo asi 10 % bauxitu (A1₂O₃) do kvapalnej troskovej taveniny.

Získaný regulus (surové železo) vykazoval nasledujúce zloženie:

Zložka

Cu

Ni

Cr

C

Fe

Podiel (%)

0,05

0,01

2,6

3,8 zvyšok

Spôsob sa pritom viedol tak, aby podiel uhlíka v železnom kúpeli bol vždy v oblasti medzi 3 a 4 hmotn. %. Takto získané surové železo predstavuje vysokohodnotnú vsádzkovú surovinu pre oceliarsky priemysel. Alternatívne sa frakcionovanou redukciou dá zasa získať bezuhlíkatá, vysoko obohatená ferochrómová zliatina.

Claims

1. Spôsob oddelenia medi a ťažkých kovov zo zvyškov a trosiek zo spaľovania odpadu, vyznačujúci sa tým, že zvyšky a trosky zo spaľovania odpadu, resp. pyrolýzy sa spoločne s látkami, obsahujúcimi chlór alebo chlorid, ako sú zvyšky z čistenia dymových plynov, CaCl₂ z výroby sódy, kuchynská soľ, chlór obsahujúce organické rozpúšťadlá alebo kaly z galvanizovní, zahrejú pri redukčných podmienkach nad 650 ’C, po čom sa Cu-chloridy a prchavé chloridy ťažkých kovov, ako napr. PbCl₂ alebo ZnCl₂, odtiahnu v plynnej fáze.

2. Spôsob podlá nároku 1, v y z n ačujúci sa tým, že pri teplotách medzi 650 ’C a 1400 ’C sa použijú

preplachovacie plyny, najmä horúce spaliny, na odvedenie prchavých chloridov.

3., Spôsob podlá nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že plynná fáza, obsahujúca prchavé chloridy ťažkých kovov, sa vedie cez filter, a že prach z filtra, obsahujúci chloridy ťažkých kovov, sa rozpustí vo vode a/alebo sa cementuje s Fe-šrotom, po čom sa chloridy ťažkých kovov extrahujú a/alebo sa ťažké kovy oddelia frakcionačnou elektrolýzou a/alebo sa frakcionačne destilujú.

4. Spôsob podlá nároku 1, 2 alebo 3, vyznačujúci sa tým, že zahrievanie sa uskutoční v šachtovej peci v protiprúde spalinami.

5. Spôsob podlá ktoréhokolvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, t že zahriate tuhé zvyšky sa v množstve od 10 do 40 hmotn. %, s výhodou asi 20 hmotn. %, zmiešajú s kvapalnou ocelovou f

troskou alebo vápenatým slieňom na zmesovú trosku, pričom zostávajúce, odparujúce sa Lažké kovy, ako Pb a Zn, sa z plynnej fázy oddelia, a prípadne v zmesovej troske rozpustené chloridy, ako napr. CaCl₂, sa za uvoľňovania Cl₂oxidujú, a zmesová troska sa nad vírivým Fe-kúpelom s obsahom C medzi 3 a' 4 hmotn.·.% redukuje.

6. Spôsob podlá ktoréhokolvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že vírivý Fe-kúpel sa podrobí frakcionačnej redukcii na b

r oddelenie ferochrómovej zliatiny.

c<

7. Spôsob podlá ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6 , vyznačujúci sa tým, že zahrievanie zvyškov na teploty asi 850 ’C sa uskutoční v šachtovej peci alebo vo valcovej rotačnej peci.

8. Spôsob podľa ktoréhokolvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že CO, vytvorený pri redukcii troskovej zmesi v Fe-kúpeli rozpusteným uhlíkom, sa použije na ďalšie spaľovanie a zahrievanie zmesovej trosky, resp. zvyškov..

9. Spôsob podlá ktoréhokoívek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že ku kvapalnej zmesovej troske sa pridá bauxit, resp. A1₂O₃.

10. Spôsob podlá ktoréhokoívek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že zahrievanie sa uskutočňuje pri tlaku, ktorý je nižší než atmosférický.