Способ утилизации золы
Изобретение относится к переработке отходов и может быть использовано, например, для утилизации золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, сельскохозяйственных сточных вод, золы от сжигания бытового мусора, проблемного мусора. Способ характеризуется тем, что смешивают 40-60 мас.% золы, 10-20 мас.% компонента на основе оксида кремния состава SiO2 - 50-75%, Al2O3 - 5-30%, Na2O - 5-20%, CaO - 1-10%, 20-40 мас.% кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии: в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С и в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С. Технический результат: существенное снижение температуры процесса, повышение прочности, водонепроницаемости полученных нетоксичных гранул, которые могут быть захоронены без ущерба для окружающей среды или использованы в качестве заполнителя для строительных материалов. 21 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к переработке отходов, точнее к способам утилизации золы путем превращения ее в гранулированную нетоксичную форму.
Полученная в результате осуществления изобретения гранулированная зола может быть захоронена без ущерба для окружающей среды или использована в качестве заполнителя для строительных материалов.
Актуальной технической и экологической проблемой, особенно для крупных городов, является утилизация образующейся при сжигании муниципальных бытовых отходов и осадков очистных сооружений золы, содержащей в ряде случаев токсичные вещества.
Простейшие приемы утилизации золы, такие как распыление на сельскохозяйственных угодьях или захоронение в мусорохранилищах, хотя и дешевы, не могут считаться экологически приемлемыми. Поэтому для исключения непосредственного контакта захораниваемой золы с окружающей средой осуществляют обваловку хранилищ. Однако это также небезопасно, поскольку для обваловки используют бетон с заполнителем, состоящим из той же золы, которая в свою очередь постепенно через поры бетона и трещины вымывается в почву.
Для лучшего удержания золы в бетон добавляют связующие, например известковое молоко, гипс, глину. В качестве связующих могут выступать некоторые отходы промышленного производства, которые таким образом также подвергаются утилизации (зола-унос, дымовой гипс, щелочной сток производства химических волокон и др.). Такие наполненные бетоны, цементы, асфальты используют, как правило, в качестве строительного материала и дорожного покрытия [патент РФ №2145585 от 27.02.1997, патенты DE №3641786 от 21.06.86, DE №3713482 от 22.04.87, DE №43337789 от 05.11.93, JP №6318224 от 27.07.88, JP №8217501 от 27.08.96, US №55562587 от 14.09.92]. Однако со временем и эти бетоны разрушаются, наблюдается появление трещин, сколов и находящаяся в бетоне зола и другие отходы постепенно вымываются и попадают в окружающую среду.
Известны способы получения полимербетонов, наполненных золой, когда в качестве связующего используют высокомолекулярные соединения, например ненасыщенную полиэфирную смолу [патент РФ №2100303 от 20.02.1996]. Такой полимербетон отличается высокими прочностными характеристиками, устойчивостью к сколам, изделия из него обладают беспористой поверхностью, однако стоимость его очень высока. Кроме того, полимерный компонент бетона подвержен воздействию микроорганизмов, что со временем приводит к его разложению и, следовательно, разрушению бетона и вымыванию золы.
Основной причиной указанных недостатков, присущих описанным выше известным способам, является утилизации золы в порошкообразном виде. Это приводит к тому, что мелкие частицы золы не удерживаются в носителе - строительном материале и через дефекты в нем вымываются наружу.
Известен способ утилизации золы и отходов обогащения угля путем получения из них уплотненных агломератов спеканием при температуре 1200-1400°С и последующего использования полученного аглопорита в качестве заполнителя бетона [А.С. СССР №548586]. Недостатками способа являются жесткие условия термообработки, высокая плотность получаемого аглопорита, отсутствие возможности регулирования размеров агломератов, что ухудшает качество композиционных материалов на их основе.
Принципиальная возможность гранулирования золы показана в известном способе получения легкого заполнителя для бетона из органосодержащих отходов угольной промышленности путем их переработки введением в них кристаллогидратов сульфатов, гранулирования полученной шихты, предварительной термообработки гранул в окислительной среде при температуре 700-1000°С в течение 30-90 мин и обжига при температуре до 1200°С с одновременным опудриванием гранул дисперсным огнеупорным материалом [А.С. СССР №730655].
Недостатком известного способа является высокая температура термообработки, коррозия аппаратуры под действием сернистого газа, выделяемого из шихты, и необходимость нейтрализации этого газа.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения гранулированного легкого заполнителя для бетона из углеродсодержащих отходов металлургического производства [патент РФ №2082688 от 03.06.1994]. Способ включает следующие операции. Смешиванием 50-85 мас.% обезвоженного шлама мокрой газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, 3-8 мас.% железосодержащего компонента (колошниковая пыль кислородно-конверторного производств, железная руда), 1-8 мас.% известьсодержащего компонента (продукт сухой газоочистки печей для обжига извести, молотый известняк, доломит) и 5-10 мас.% глинистого компонента и воды до 100 мас.% приготавливается шихта. В шихту дополнительно к глине может быть введен пластификатор лигносульфонат в количестве до 1,5 мас.%. Шихту гранулируют, а полученные гранулы сушат. Затем в окислительной среде проводят предварительную двухстадийную термообработку гранул при температуре 450-660°С в течение 5-15 мин и при температуре 800-1000°С в течение 2-4 мин. Подготовленные таким образом гранулы подвергают обжигу при температуре порядка 1200°С с одновременным опудриванием дисперсным огнеупорным материалом. Полученные известным способом гранулы соответствуют насыпной плотности и прочности на сжатие для заполнителей бетона. Гранулы могут быть без применения связующих внесены в бетон, где равномерно распределяются в объеме. Недостатками известного способа является многостадийность температурной обработки (3 стадии) и особенно высокая температура, при которой осуществляется ее заключительная стадия. Кроме того, проведение термообработки в окислительной среде требует специального оборудования. Изготовленные гранулы получаются пористыми за счет вспучивания шихты при окислительно-восстановительных реакциях и выделении газов, происходящих во время термообработки. Наличие пор на поверхности таких гранул не исключает вымывания в окружающую среду токсичных веществ при эксплуатации наполненного этими гранулами бетона.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа утилизации золы менее энергоемкого, чем известный, и получение устойчивого к внешним воздействиям, прежде всего влаги, гранулированного продукта.
Заявляемый способ утилизации золы или смеси зол от сжигания отходов, выбранных из группы: бытовой мусор, осадки, образующиеся при очистке муниципальных сточных вод, осадки, образующиеся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, проблемный мусор, состоит в том, что смешивают 40-60 мас.% указанной золы, 10-20 мас.% компонента на основе оксида кремния состава SiO2 - 50-75%, Al2О3 - 5-30%, Na2O - 5-20%, CaO - 1-10%, 20-40 мас.% кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии, при этом термообработку гранул на первой стадии ведут в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С, а на второй стадии - в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С.
В качестве золы возможно использование золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и дополнительно золы от сжигания бытового мусора, при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
Кроме того, в качестве золы возможно использование золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и дополнительно золы от сжигания проблемного мусора, при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
В качестве золы возможно использование смеси зол, состоящей из двух компонентов, первый из которых представляет собой золу от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, а второй состоит из смеси зол от сжигания бытового и проблемного мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
В качестве золы возможно использование смеси золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, и золы от сжигания бытового мусора, при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
В качестве золы возможно использование смеси золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, и золы от сжигания проблемного мусора, при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
В качестве золы возможно использование смеси зол, состоящей из двух компонентов, первый из которых представляет собой золу от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй состоит из смеси зол от сжигания бытового и проблемного мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
В качестве золы возможно использование смеси золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод.
В качестве золы возможно использование смеси зол, состоящей из двух компонентов, первый из которых представляет собой смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй компонент состоит из золы от сжигания бытового мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
В качестве золы возможно использование смеси зол, состоящей из двух компонентов, первый из которых представляет собой смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй компонент состоит из золы от сжигания проблемного мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
В качестве золы возможно использование смеси зол, состоящей из двух компонентов, первый из которых представляет собой смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй компонент состоит из смеси зол от сжигания бытового и проблемного мусора произвольного состава, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
В качестве кислотного компонента возможно использование серной кислоты с концентрацией от концентрированной до 20%-ного раствора, или фосфорной кислоты с концентрацией от концентрированной до 30%-ного раствора, или отходов травильных растворов железа на основе серной кислоты, или смеси отходов травильных растворов железа на основе серной кислоты с серной кислотой.
Варианты осуществления способа могут включать первоначальное смешивание золы и компонент на основе оксида кремния, а последующее добавление кислотного компонента.
Смешивание компонентов могут проводить до образования однородной массы.
Гранулы могут формировать при температуре 20-60°С.
В качестве дисперсного огнеупорного материала для опудривания гранул могут использовать компонент на основе оксида кремния исходной смеси.
Перед термообработкой гранулы могут высушивать при температуре 105-150°С до остаточной влажности не более 2%.
Вторую стадию термообработки могут производить путем опаливания гранул, а охлаждение гранул после второй стадии термообработки осуществлять со скоростью не более 100°С/мин.
Указанная совокупность существенных признаков заявляемого способа утилизации золы обеспечивает получение технического результата: во-первых, снижения энергоемкости процесса за счет осуществления термообработки гранул в две стадии (вместо трех в способе-прототипе) при максимальной температуре 950°С (в способе-прототипе - 1200°С). Вторая стадия термообработки может быть заменена опаливанием гранул, что сокращает время проведения процесса. Во-вторых, в результате осуществления заявляемого способа получается легкий прочный гранулированный материал с непористой непроницаемой и поэтому устойчивой к воздействию влаги поверхностью (в отличие от известных гранул), нетоксичный, способный к самостоятельному длительному хранению без опасности загрязнения окружающей среды и являющийся универсальным заполнителем для различных строительных композиционных материалов.
Заявляемый способ утилизации золы дешев, так как требует меньших энергозатрат, чем известные способы, и использует в качестве компонентов исходной смеси отходы потребления и производства. За пределами указанных интервалов значений параметров, при которых осуществляется заявляемый способ, технологические и экономические параметры способа и параметры получаемого материала ухудшаются. Так, увеличение количества золы в составе исходной смеси выше верхней границы интервала не позволяет получить прочные гранулы, они становятся хрупкими. Уменьшение доли золы в смеси ниже 40% нецелесообразно с точки зрения назначения способа - утилизации золы, то есть связывания в гранулах максимального количества золы. Изменение количественного состава остальных ингредиентов смеси приводит к ухудшению прочности гранул или невозможности их получения вообще. Формирование гранул происходит либо при комнатной температуре, либо при температуре до 60°С. Выше этой температуры наблюдается слипание гранул. После опудривания гранулы высушивают при указанной оптимальной температуре 105-150°С до остаточной влажности 2%, иначе в процессе дальнейшей термообработки испаряющаяся вода может разорвать гранулы. При температуре ниже 105°С сушка затягивается по времени, выше 150°С - испарение воды идет слишком быстро и гранулы становятся дефектными. Таким образом, указанные температурные и временные интервалы термообработки выбраны так, чтобы минимизировать энергозатраты. За нижними границами интервалов не получаются качественные прочные и непроницаемые гранулы, выход за верхние границы нецелесообразен, так как лишает заявляемый способ его основного преимущества - снижения температуры обработки гранул.
Заявляемый способ утилизации сходен с известным способом тем, что в основе обоих лежит процесс гранулирования золы, включающий смешивание ингредиентов, формование гранул, опудривание, подсушивание гранул, а также включающий термообработку гранул. Однако состав ингредиентов, последовательность и режим операций в заявляемом способе являются оригинальными, отличными от существенных признаков способа-прототипа.
Анализ уровня техники не позволил обнаружить решение, полностью совпадающее по совокупности существенных признаков с заявляемым способом утилизации золы, что свидетельствует о новизне изобретения.
Только совокупность существенных признаков заявляемого способа утилизации золы позволяет достичь указанного выше технического результата. Из известности отдельных признаков изобретения не вытекает с очевидностью возможность снижения температуры обработки гранул и при этом получения качественного продукта. Действительно, все известные способы гранулирования золы завершаются обжигом гранул при температуре не ниже 1100°С, при этом необходимо дополнительное опудривание гранул, предотвращающее их спекания.
Нельзя было заранее предположить также следующее.
1) В результате осуществления заявляемого способа получают гранулы, защищенные от внешних воздействий прочной непористой поверхностью. Возможные токсичные вещества золы надежно скрыты внутри гранул и в случае, например, разрушения бетона, в котором гранулы используются в качестве заполнителя, не попадут в окружающую среду.
2) Заявляемый способ применим для утилизации наиболее масштабных и распространенных отходов - золы от сжигания бытового мусора и осадков сточных вод.
3) Гранулы, получаемые заявляемым способом, являются универсальным нетоксичным заполнителем для композиционных строительных материалов.
Таким образом, в заявляемом способе утилизации золы реализована новая функциональная зависимость "состав, операция - свойство". Это позволяет утверждать о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".
Возможность достижения заявленным способом поставленного результата при использовании зол, полученных при сжигании осадков муниципальных сточных вод в зависимости от методов очистки и/или сжигания, обусловлена следующим. В результате работ группы ведущих исследователей, проведенных в том числе с участием заявителя, можно сделать ряд нетривиальных выводов о свойствах таких зол:
размер частиц - от 0,1 до 100 μ, причем в этом диапазоне заметны две подгруппы частиц, а именно - аэрозольные частицы со средним размером около 0,5 μ и более крупные частицы с диаметром порядка 30-50 μ;
удельная поверхность золы сильно развита и достигает 5-20 м2/г;
форма частиц - аэрозольные частицы имеют более регулярную (сферообразную, прямоугольную и т.п.) форму, крупные частицы характеризуются менее упорядоченной формой;
химический состав - аэрозольные частицы состоят в основном из солей, окислов и более сложных соединений с участием тяжелых металлов, крупные частицы в основном содержат более сложные соединения (типа алюмосиликатов) с участием т.н. матрицеобразующих элементов - Са, Mg, Si, Al, Fe и др;
происхождение частиц золы - аэрозольные частицы образуются летучими соединениями ряда металлов, включая тяжелые, испаряющимися или возгоняемыми в процессе термического разложения сжигаемого осадка. Состав сжигаемого осадка определяет температуру и газовый поток через печь, а стало быть - количество, химсостав и тип аэрозольных частиц. В процессе охлаждения отходящего газа пары летучих соединений либо конденсируются на поверхности более крупных частиц, либо агрегируются в аэрозольные частицы;
происхождение крупных частиц - они не являются аггломератами аэрозолей, а образованы мелкодисперсной пылью, образуемой в процессе горения осушенного ила и выносимой газовым потоком из печи. Поскольку температуры и времена нахождения частиц в горячей зоне недостаточны для полного оплавления и приобретения частицами сферической формы, при прохождении через эту зону они лишь частично оплавляются с поверхности. В зоне охлаждения они представляют удобную мишень для осаждения на них аэрозолей;
концентрация тяжелых металлов в частицах двух типов сильно отличается. В типичном случае, концентрация цинка и кадмия в аэрозольных частицах составляла до 40000 мг/кг и 100 мг/кг, а в крупных частицах 550±200 мг/кг и около 30 мг/кг соответственно;
в зависимости от использованных средств для осаждения ила золы очистных илов можно разделить по соотношениям матрицеобразующих элементов на:
содержащие SiO2-Fe2O3-Р2O5- и относительно мало СаО-, и
содержащие SiO2-CaO-P2O5 и относительно мало Fe2О3.
В золах с большим содержанием оксида железа главные фазы - это гематит, кварц, а также содержащий железо фосфат кальция.
Кроме того, эти золы содержат силикатные и силикато-фосфатные фазовые смеси или виды стекла с меняющимся содержанием SiO2, TiO2, Al2О3, СаО и MgO и имеют относительно высокое содержание К2O, а также Р2O3. Кроме того, в таких золах обнаружены плоские и сферические частицы (зерна) фосфата железа, которые встречаются также в смеси с гематитом. В качестве оксидов металла выступают гематит, оксид титана и ильменит.
В золах, где мало оксида железа и много СаО, главные фазы это - только кварц и фосфат кальция. В качестве остальных силикатов выступают полевой шпат Na-K-Ca - смесь с полевым шпатом, Al-Fe-пироксен, Ca-Mg-Fe-пироксен, титанит и оливин, а также другие силикатно-фосфатные фазы.
Тем не менее, в связи с достаточно стандартным составом илового осадка в большинстве европейских крупных городов средние содержания тяжелых металлов в золе от илосжигания в целом отличаются мало (см. таблицу 1) - проведенные испытания практически со всеми золами состава позволяют обосновать заявленный способ как работающий и эффективный.
Аналогичные доводы можно привести на возможные замечания о возможности достижения поставленного результата при использовании золы, полученной при сжигании осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод.
Зола от сжигания бытового мусора или твердых бытовых отходов (ТБО) отличается от вышеперечисленных двух типов зол в сторону более высоких содержаний тяжелых металлов. Однако между золами от сжигания ТБО в разных городах разница физико-химических свойств не настолько велика, чтобы сделать заявленный процесс неэффективным. Если рассмотреть фракционный состав городских ТБО в разных регионах мира, данные показывают только различие в количестве органических фракций, которые выгорают и не принимают участие в образовании золы - см. таблицу 2. Проведенные исследования позволяют утверждать о возможности достижения поставленного результата при использовании зол от сжигания ТБО в колосниковых печах и вращающихся печах в трех различных регионах Европы.
Возможность достижения поставленного результат при работе с золами, полученными при сжигании проблемного мусора, обусловлена следующим. Заявитель работал с золами от сжигания во вращающихся печах ряда проблемных отходов, которые, как правило, поступают на инсинератор от разных поставщиков, складируются и перемешиваются в соотношениях, позволяющих проводить процесс сжигания без нарушений ПДК на чистоту газов на выходе систем газоочистки. Так, мы исследовали золы с фильтров газоочистки вращающейся печи Венской Теплоцентрали (ВТЦ) - см. таблицу 3. Приведенная таблица показывает, что состав золы, получаемой от инсинератора ВТЦ, обладает высокой стабильностью, при том что ВТЦ утилизирует следующие отходы - батарейки, шлам гальванических производств, лакокрасочные отходы, электронный лом, медицинские отходы, грунт, пропитанный горюче-смазочными материалами, и пр. Кроме того, были проведены работы с образцами зол, полученных от трех инсинераторов французской группы SECHE, специализирующейся на термической переработке промышленных и бытовых «проблемных» отходов. Во всех случаях был получен однозначный ответ о возможности достижения поставленного результата при использовании способа.
В подтверждение соответствия заявляемого изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость" и для лучшего понимания его сущности ниже приводятся примеры конкретного выполнения.
Общая характеристика примеров следующая.
Процесс гранулирования золы производился на стандартном технологическом оборудовании.
В качестве кремнийсодержащего компонента был использован компонент на базе оксида кремния, представляющий собой смесь глины из Пикалевского месторождения (г.Санкт-Петербург) и тонко размолотого оконного стекла, содержащий SiO2 - 50-75%, Al2O3 - 5-30%, Na2O - 5-20%, CaO - 1-10%. Следует, однако, отметить, что заявителем были проведены испытания с глиной, полученной из пяти различных месторождений, которые не выявили каких-либо серьезных отклонений в результатах процесса утилизации золы.
В качестве кислотного компонента были использованы водные растворы неорганических кислот и отходы травильных растворов железа на основе серной кислоты, содержащие до 200 г/л солей железа.
Прочностные испытания гранул на сжатие были проведены в соответствии с ГОСТ 9758-86 "Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний".
Испытания токсичности гранул на содержание ионов тяжелых металлов и по микробиологии проведены:
1) Аккредитованной испытательной лабораторией пищевых продуктов, сырья и материалов при Центре испытаний и сертификации Санкт-Петербурга (Тест - СПб) Государственного комитета РФ по стандартизации и метрологии в соответствии с нормативными документами:
МИ 2223-92 (содержание свинца); ГОСТ 30178-96 (содержание цинка, меди, железа); ГКСЭН 01-19147-11-92 (содержание хрома, никеля);
ИСО 8288-86 (содержание кобальта);
2) Аккредитованной лабораторией исследования факторов среды обитания Городского Центра ГосСЭН Санкт-Петербурга при Департаменте санитарно-эпидемиологического надзора РФ Министерства здравоохранения РФ в соответствии с Методическими указаниями "Биотестирование продукции из полимерных и других материалов" 1.1.037-95.
Пример 1.
Смешивают 440 г (44 мас.%) золы, полученной от сжигания осадков, образующихся в ходе очистки муниципальных сточных вод, 110 г (11 мас.%) золы от сжигания проблемного мусора, 110 г (11 мас.%) компонента на базе оксида кремния в виде смеси глины из Пикалевского месторождения (г.Санкт-Петербург) и тонко размолотого оконного стекла (SiO2 - 50%, Al2O3 - 30%, Na2O - 10%, CaO - 10%), затем добавляют 330 г (33 мас.%) отхода травильного раствора железа на основе серной кислоты, содержащего 200 г/л сернокислого железа. Смесь перемешиванием доводят до гомогенного состояния. В барабанном стандартном грануляторе формуют гранулы при температуре 60°С, опудривают их тем же составом, который использован для приготовления исходной смеси, и подсушивают в течение 30 мин при температуре 110°С. В печах барабанного типа проводят термообработку гранул в две стадии: при температуре 490°С в течение 15 мин и при температуре 910°С в течение 10 мин. Охлаждение гранул после второй стадии термообработки осуществляют со скоростью не более 100°С/мин.
Пример 2.
Проведен согласно примеру 1, с тем отличием, что вторая стадия термообработки осуществлена опаливанием гранул с помощью газовой горелки с воздушным дутьем.
Пример 3.
Проведен согласно примеру 1. Для приготовления исходной смеси берут 550 г (55 мас.%) золы с муниципальных очистных сооружений.
Пример 4.
Проведен согласно примеру 1. Для приготовления исходной смеси берут 550 кг (55 мас.%) золы с муниципальных очистных сооружений и массу остальных ингредиентов исчисляют в кг.
Пример 5.
Проведен согласно примеру 1. Для приготовления исходной смеси берут 440 г (44 мас.%) золы, полученной от сжигания осадков, образующихся в ходе очистки муниципальных сточных вод, 110 г (11 мас.%) золы от сжигания бытового мусора.
Все гранулы, полученные в приведенных примерах согласно заявляемому способу, имели следующие характеристики:
- размер гранул от 10 до 20 мм;
- поверхность гранул гладкая, без пор, гранулы водонепроницаемы;
- гранулы не разрушаются вплоть до нагрузки 24 кг на гранулу (что соответствует ГОСТу), а при разрушении гранула раскалывается, пыли при этом не образуется;
- по результатам исследований на токсичность, проведенных в указанных аккредитованных специализированных лабораториях, гранулы и водные вытяжки из них признаны нетоксичными.
Реализация заявляемого способа утилизации золы не ограничивается приведенными выше примерами.
Результаты, приведенные в примерах 1-5, свидетельствуют о том, что при осуществлении заявляемого изобретения удается в более мягких термических условиях, чем в известных аналогах, получить гранулированную золу с высокими прочностными характеристиками, водонепроницаемую, в нетоксичной форме. При этом выигрыш в температуре составляет до 300°С, что является принципиальным технологическим моментом. Гранулы исходя из указанных характеристик могут в дальнейшем захораниваться или использоваться в качестве заполнителя для строительных материалов.
| Таблица 1 - содержание фосфора, железа, алюминия и тяжелых металлов в золах ряда европейских инсинераторов. | ||||||||
| Печь | Р2O5,% | Fe2O3, % | Al2O3, % | Zn, mg/kg | Pb, mg/kg | Cu, mg/kg | Cd, mg/kg | Cr, mg/kg |
| WSO 1-2 Вена | 20,8 | 23,2 | 9,3 | 2575 | 284 | 635 | 5,1 | 104 |
| WSO 3 Вена | 20,1 | 18,6 | 9,8 | 1978 | 220 | 543 | 3,4 | 92 |
| Водоканал С.Пб(2001)* | 7,6 | 6,15 | 6,6 | 2200 | 400 | 730 | 2,7 | 400 |
| Берлин Германия | 15,5 | 22,6 | 10,56 | 2680 | 190 | 1560 | 3,4 | 129 |
| Вилхелмсхафен. Германия | 18,1 | 19,6 | 8,88 | 2030 | 156 | 552 | 2,7 | 150 |
| Сев. Брабант Голландия | 12,6 | 11 | 10,04 | 2240 | 340 | 970 | 4,1 | 205 |
| * - азотно-кислая вытяжка дает заниженные значения по сравнению со стандартными методами. |
| Табл. 2 Фракционный состав ТБО в городах 22 европейских стран. | ||
| Фракционный состав (в % от влажного веса) | От/до | Среднее |
| Пищевые и органические отходы | 20-39 | 32,4 |
| Пластик | 6-15 | 12,0 |
| Картон, бумага | 14-34 | 24,2 |
| Металл | 4-7 | 4,7 |
| Стекло и инертные материалы | 5-11,9 | 6,2 |
| Табл. 3 Содержания основных элементов и металлов в золе от сжигания проблемных отходов Венской теплоцентрали. | ||||
| ЭЛЕМЕНТЫ | 2002 | 2001 | 2000 | |
| Al | мг/кг | 12.022 | 14.854 | 13.576 |
| Sb | мг/кг | 682 | 566 | 665 |
| As | мг/кг | 117 | 164 | 142 |
| Ва | мг/кг | 124 | 467 | 205 |
| Be | мг/кг | ≪1 | ≪1 | 1 |
| Fe | мг/кг | 42.995 | 44.928 | 46.928 |
| Pb | мг/кг | 23.099 | 26.386 | 25.162 |
| Cd | мг/кг | 361 | 485 | 360 |
| Cr | мг/кг | 730 | 775 | 494 |
| Co | мг/кг | 101 | 106 | 101 |
| Cu | мг/кг | 6.340 | 5.605 | 6.333 |
| Mn | мг/кг | 1.992 | 1.571 | 1.046 |
| Ni | мг/кг | 965 | 996 | 995 |
| Hg | мг/кг | 1 | 1 | 0 |
| Ag | мг/кг | 365 | 395 | 309 |
| V | мг/кг | 84 | 101 | 110 |
| Zn | мг/кг | 67.789 | 44.635 | 52.921 |
| Sn | мг/кг | 2.741 | 2.757 | 2.039 |
| В | мг/кг | 734 | 722 | 570 |
| Na2O | % | 20,8 | 16,2 | 17,9 |
| MgO | % | 1,3 | 1,4 | 1,4 |
| Al2O3 | % | 3,3 | 3,7 | 2,9 |
| SiO2 | % | 11,7 | 12,6 | 12,2 |
| P2O5 | % | 2,4 | 4 | 2,4 |
| SO3 | % | 20,5 | 20,3 | 21,4 |
| Cl | % | 3,34 | 3,38 | 3,4 |
| K2O | % | 5,7 | 5,4 | 5,3 |
| CaO | % | 6,7 | 9,3 | 8,2 |
| TiO2 | % | 3,1 | 4 | 3,3 |
| Fe2O3 | % | 6,3 | 7,5 | 7,6 |
| CuO | % | 1,1 | 0,85 | 0,94 |
| ZnO | % | 8,5 | 7,3 | 6,7 |
| BaO | % | 0,53 | 0,98 | 0,91 |
| PbO | % | 2,1 | 2,8 | 2,2 |
| Сумма | % | 99,7 | 101 9 | 989 |
1. Способ утилизации золы или смеси зол от сжигания отходов, выбранных из группы: бытовой мусор, осадки, образующиеся при очистке муниципальных сточных вод, осадки, образующиеся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, проблемный мусор, состоящий в том, что смешивают 40-60 мас.% указанной золы, 10-20 мас.% компонента на основе оксида кремния состава: SiO2 50-75%, Al2О3 5-30%, Na2O 5-20%, CaO 1-10%, 20-40 мас.% кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии, при этом термообработку гранул на первой стадии ведут в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С, а на второй стадии - в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют золу от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и дополнительно золу от сжигания бытового мусора, при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют золу от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и дополнительно золу от сжигания проблемного мусора при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь зол, состоящую из двух компонентов, первый из которых представляет собой золу от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, а второй состоит из смеси зол от сжигания бытового и проблемного мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, и золы от сжигания бытового мусора, при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, и золы от сжигания проблемного мусора при их соотношении 5:1-3:1 соответственно.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь зол, состоящую из двух компонентов, первый из которых представляет собой золу от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй состоит из смеси зол от сжигания бытового и проблемного мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь зол, состоящую из двух компонентов, первый из которых представляет собой смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй компонент состоит из золы от сжигания бытового мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь зол, состоящую из двух компонентов, первый из которых представляет собой смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй компонент состоит из золы от сжигания проблемного мусора, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют смесь зол, состоящую из двух компонентов, первый из которых представляет собой смесь золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, и золы от сжигания осадков, образующихся при очистке сельскохозяйственных сточных вод, а второй компонент состоит из смеси зол от сжигания бытового и проблемного мусора произвольного состава, при этом соотношение упомянутых компонентов в смеси составляет 5:1-3:1.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента используют серную кислоту с концентрацией от концентрированной до 20%-ного раствора.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента используют фосфорную кислоту с концентрацией от концентрированной до 30%-ного раствора.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента используют отходы травильных растворов железа на основе серной кислоты.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента используют смесь отходов травильных растворов железа на основе серной кислоты с серной кислотой.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что сначала смешивают золу и компонент на основе оксида кремния, а затем добавляют кислотный компонент.
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание компонентов проводят до образования однородной массы.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы формируют при температуре 20-60°С.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дисперсного огнеупорного материала для опудривания гранул используют компонент на основе оксида кремния исходной смеси.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед термообработкой гранулы высушивают при температуре 105-150°С до остаточной влажности не более 2%.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую стадию термообработки производят путем опаливания гранул.
22. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение гранул после второй стадии термообработки осуществляют со скоростью не более 100°С/мин.
