способ получения формованных материалов из отходов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1 1. Способ получения формованных материалов с устойчивыми физико-химическими параметрами из отходов разного типа и происхождения, при котором осуществляют непрерывное перемешивание отходов и формовку экструзией полученного материала, отличающийся тем, что отходы обрабатывают в виде смеси с жидкостным пределом от 25 до 45%, при этом перемешивание отходов осуществляют с по меньшей мере одним отверждающим агентом типа гидравлического вяжущего вещества, причем перемешивание и экструзию осуществляют при высоком вакууме и контролируемой температуре, постоянной для данного типа отходов. 2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуум при перемешивании отходов и экструзии поддерживают в пределах от 0,1 до 10 мм рт.ст. 2 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что операции перемешивания и формовки экструзией сочетают с операцией сжигания летучих продуктов, выделяющихся из отходов с помощью вакуума, причем летучие продукты после окуривания в результате операции прокаливания возвращают на операцию перемешивания. 2 4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что используют отходы сжигания домашнего мусора, промышленных отходов, больничного мусора, причем эти отходы в форме твердых веществ, жидкости, грязи, пастообразного материала подвергают операции перемешивания, добавляя отвердитель в виде полупастообразной смеси. 2 5. Устройство для получения формованных материалов из отходов разного типа и происхождения, содержащее мешалку с решетом для распределения материала, соединенную с экструдером, снабженным шнеком и экструзионной головкой, и вакуумный насос, отличающееся тем, что устройство снабжено муфелем, соединенным с экструдером посредством вакуумного насоса, и средствами для контроля и регулирования температуры, которыми оснащены мешалка и/или экструдер. 2 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средства для регулирования температуры выполнены в виде двойной стенки у мешалки и/или экструдера, внутри которой течет теплоноситель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки отверждением отходов разных типов с целью получения инертных материалов, которые можно хранить в соответствующем месте.

Более конкретно оно касается способа, а также соответствующего устройства для получения из отходов разных видов формованных материалов, например, экструзией, физико-химическая стабильность которых значительно улучшена.

До сих пор способ отверждения отходов состоял в введении отходов одновременно с по меньшей мере одним отверждающим агентом в мешалку того же типа, который используется для изготовления бетона. Твердая или отвержденная смесь после этого извлекается для складирования в соответствующем месте.

Помимо того, что этот способ осуществляется не непрерывно, он не обеспечивает контроль за температурой или реологическими свойствами отходов и смеси этих отходов с отверждающими реагентами. Ввиду важности этих параметров, как это будет видно в дальнейшем, в особенности для многих сложных реакций, ведущих к стабилизации отходов, не обеспечивается удовлетворение требований качества, в настоящее время превалирующих в экологической области.

Одной из основных задач изобретения является обеспечение оптимальной стабильности при хранении после отверждения для всех основных типов обычных отходов, а также разработка способа непрерывной в промышленном масштабе обработки, который можно было бы использовать на многих типах отходов и применять для превращения этих отходов в формовочные массы, которые экструдируются, например, и которые можно хранить прямо в местах сваливания.

Настоящее изобретение использует известный способ смешивания отходов с одним или более реагентами и/или гидравлическими вяжущими веществами для обеспечения инертности с последующим принудительным пропусканием массы, которая до сих пор находится в жидком состоянии, через экструдер для получения формованного материала.

Однако согласно этим основным характеристикам, которые дают возможность решить вышеупомянутую проблему, способ согласно изобретению, отличается тем, что отходы обрабатываются в виде смеси с реагентом или реагентами в пределах жидкого состояния порядка от 25 до 45% и перемешиваются в условиях высокого вакуума при контролируемой температуре, которая остается по существу постоянной для данного типа отходов.

Обработка и выдерживание смеси в постоянном вакууме, что происходит на практике в пределах от 0,1 до 10 мм рт.ст., обеспечивают следующие преимущества: прежде всего таким путем при обычной температуре можно удалить все летучие продукты, которые содержатся в отходах, особенно промышленных отходах; этими летучими продуктами являются, например, легкие углеводороды, органические растворители, аммиак, амины и т.д., которые являются нежелательными для длительной стабильности полученных материалов. Затем под действием высокого вакуума разные частицы сближаются друг с другом для образования экструдируемого материала, причем такое сближение ведет к значительному уменьшению пористости и увеличению сцепления. Наконец, одновременно с этим явлением непрерывное поступление материала в процесс смешивания и экструзии делает необходимым постоянное восстановление поверхностей, открытых для вакуума, и таким образом, соответственно получают конечный материал или экструдат с однородностью гораздо большей, чем обеспечиваемая известным способом.

Полный контроль за температурой также является важным и критическим параметром в способе, согласно изобретению. Фактически по существу от этой температуры зависят следующие факторы: давление пара составляющих элементов смеси, а также скорость разных реакций, которые имеют место в период стабилизации, таких как реакции осаждения, замещения, абсорбции, гидратации и отверждения. Температура смеси изменяется по существу по двум причинам: во-первых, течение экзотермической или эндотермической реакции и, во-вторых, преобразование механической энергии перемешивания в мешалке в тепловую энергию. Как будет видно в дальнейшем, согласно изобретению можно использовать разные средства для контроля и оптимизации этой температуры.

Согласно другому аспекту изобретения операции смешивания и формовки экструзией в вакууме сочетаются с прокаливанием отходов в вакууме, и отходы после окуривания (СПВ), которое происходит в результате выделения дыма при прокаливании, возвращаются на операцию смешивания.

Предметом изобретения является также устройство для непрерывного осуществления процесса по вышеупомянутому способу. Устройство включает сочетание мешалки, оснащенной решеткой для распределения смеси отходов при стабилизации, с формовочным устройством, оборудованным шнеками с экструзионной головкой, причем названное формовочное устройство беспрепятственно соединяется через вакуумный насос (насосы) с установкой для прокаливания. Мешалка и формовочное устройство снабжены средствами для регулирования и контроля температуры для того, чтобы обеспечивать в зависимости от обстоятельств нагревание или охлаждение отходов, претерпевающих отверждение.

Для лучшего понимания и представления других деталей и свойств ниже предлагается описание воплощения и принципа действия, без каких-либо ограничений, с отсылкой к упрощенному чертежу, как показано на единственной прилагаемой фигуре устройства для осуществления вышеописанного способа.

Установка для стабилизации отходов, способная работать непрерывно, по существу включает: мешалку 1 с установленным вслед за ней экструдером типа формовочного устройства 2, причем эти элементы продолжают работать в вакууме от насосной установки 3 (например, двухступенчатого насоса), соединенной с муфелем 4 для утилизации летучих материалов.

Отходы 5 в виде, который будет указан здесь в дальнейшем, вводятся через фитинговый элемент 6 в мешалку 1, куда через отверстие 7 добавляют реагент или реагенты, предназначенные для стабилизации, например, стабилизирующие агенты типа, известных по существу. Вся смесь перемешивается, например, шнеками 8, 9, которые тем не менее могут быть заменены мешалками или другими известными средствами. Смесь пропускают через перфорированное решето 10 для распределения материала перед его автоматическим введением в экструдер 2, где шнек 11 принуждает материал проходить в сопло 12, при этом стабилизированный материал 13 появляется в форме колбасы или другой любой желаемой формы, после чего он проталкивается в направлении стрелки 14 к месту складирования.

Мешалка 11 и экструдер 2 предпочтительно оснащены двойной стенкой 15, внутри которой протекает нагретая жидкость, например "Гильтерм" (зарегистрированная марка), или другого типа, чтобы обеспечить регулирование температуры.

Устройство соединено системой трубопроводов 16 с вакуумными насосами 3, и летучие продукты из отходов, собираемые в результате высокого вакуума, например от 0,5 до 5 мм рт.ст., направляются в муфель 4. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения остатки отходов после окуривания (СПВ) или остаточные отходы (СПР) направляются по стрелке 17 в верхнюю часть мешалки 1. Благодаря таким действиям задача изобретения, которая состоит в создании системы, обеспечивающей незагрязняющие среду выбросы, достигается благодаря описанному здесь выше способу.

На практике любой тип отходов может быть подвергнут обработке согласно изобретению, включая, в частности остатки сжигания мусора и городские, промышленные и больничные отходы. Эти отходы сначала могут быть в разных формах, например, в форме жидкостей, твердых веществ, грязи, паст и т.д.

Однако, как указывалось выше, отходы или смеси, которые излишне жидкие или излишне пастообразные и которые не имеют пределов жидкости, указанных выше в скобках, исключаются из области применения изобретения. Когда отходы находятся в твердой форме, как например, земельная пыль или другой материал, средний диаметр материалов предпочтительно должен быть менее 100 мкм.

Согласно предпочтительному воплощению видно, что смесь, вводимая в мешалку и состоящая из отходов и реагента или отверждающего/стабилизирующего агента, принимает форму пасты, имеющей жидкостной предел, указанный выше в скобках.

Для лучшего понимания значения способа и устройства изобретения ниже приводятся результаты экспериментов, выбранные из многих прочих, в которых характеристики работы относительно стабильности материалов отходов, получаемых способом смешивания/экструзии, сравниваются с характеристиками материалов, полученных с помощью вышеописанного устройства.

Примеры. Как в случае патента Франции N A2-644-342, отходы, которые подвергались обработке, представляли собой прокаленную летучую золу от домашнего мусора, имеющую приблизительно следующий состав: Si 23%, Al 7,0%, Fe 4,0%, Pb 1,0%, Zn 1,9, Ca 8%, Mg 2,5%, Ba 0,3%, K 4%, Na 3%, Ti 0,7%, Cd 0,03%, Sn 0,3%, Cr 0,1%, Cl 1%, S 3%, N 4%, P 5%, органический углерод 1%, негорючие материалы.

Проба, представляющая летучую золу, такую как эта, по французским нормам DIN 38414, дала следующие токсические элементы, выраженные в ч/млн, при выщелачивании: Pb 6,3; Cu 0,2; Cd 60; Zn 900; Fe 0,2.

а) Первая серия испытаний включала добавку к 133,3 кг летучей золы 30 кг воды, в которой 0,183 кг негашеной извести CaO были диспергированы, со смешиванием обычным образом. После прессования материала, полученного в процессе операций выщелачивания по вышеупомянутому стандарту DIN 38414 и спустя три месяца были получены следующие результаты (в ч/млн): Pb 0,4; Cr 0,2; Cu<0,1; Cd<0,2; Zn 1,5, и прочность на сжатие была 8,5 МПа.

б) Во второй серии испытаний в то время как в предыдущих испытаниях смешивание проводилось традиционным образом, подобно тому, как это делается при изготовлении портландцемента, те же самые эксперименты продолжались на тех же самых отходах, все остальные условия были такими же, за исключением операций смешивания/экструдирования, которые проводились в вакууме и при контролируемой температуре, согласно тому же примеру исполнения устройства, который представлен на чертеже, приложенном здесь. Температура была по существу на уровне 20^oC и вакуум 0,5 мм рт.ст.

Выщелачивание экструдированного материал дало следующие результаты (в ч/млн):

Pb<0,1, Cr<0,1, Cu<0,1, Cd<0,1, Zn<0,1.

Более того, тогда как в известных промышленных мешалках можно обрабатывать 12 т отходов в час под давлением 270 ГПа, способ и устройство, согласно изобретению, обеспечивают по существу более высокую скорость обработки - 18 т отходов в час.