Продукт переработки промышленных и бытовых отходов и способ его изготовления

 

Группа изобретений применима для характеристики состава экологически чистого продукта и получения этого продукта. Cущность изобретения: продукт переработки промышленных и бытовых отходов получен путем их смешивания прессования и тепловой обработки при температурах до 350^oC и давлении до 350 бар в течение не более 11,5 мин с использованием различных групп вторичного сырья и специально подобранных добавок с заданным количественным соотношением последних. Вредные вещества, содержащиеся в исходном материале, в конечном продукте существуют в виде безвредных веществ, или в связанном или в иммобилизованном виде. Получен используемый в качестве строительного материала экологически чистый продукт переработки промышленных и бытовых отходов с повышенной пожаростойкостью. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается используемого в качестве строительного материала экологически чистого продукта переработки отходов, а также способа его получения.

Из немецкой выложенной заявки DE 3831734 A1 известен способ переработки промышленных и бытовых отходов, заключающийся в их смешивании, введении добавок, прессовании и тепловой обработке.

В основу изобретения положена задача создания используемого в качестве строительного материала экологически чистого продута переработки промышленных и бытовых отходов, который содержит 30 - 80 вес.% органического материала и имеет пожаростойкость свыше 65 минут (ДИН 4102).

Эта задача решается за счет того, что продукт переработки промышленных и бытовых отходов путем их смешивания, прессования и тепловой обработки, согласно изобретению получают следующим образом: по меньшей мере 20 об. % вторичного сырья, выбранного из группы, включающей не более 20 об. % картона, стриропора, пластмассы, не более 40 об. % осветвленного шлама (TS 25%), не более 30 об. % шлака, фильтровальной пыли, летучей золы и не более 50% бытового мусора; не более 60 об. % вторичного сырья, выбранного из группы, включающей флотационный осадок, загрязненные почвы, бытовой мусор и строительные обломки, остаточные химикалии, навозную жижу и другие сельскохозяйственные отходы, причем это вторичное сырье содержит 1 - 50 г/кг меди, свинца, ртути, железа, цинка, марганца, хрома и никеля и имеет органическую составляющую 30 - 95 об.%, смешивают с добавками в следующих количествах, об.%: Изоцианат - 0,2 - 0,7 Известь - 2 - 10 о Железо II и железо III в форме соответствующих солей - 0,2 - 1,1 Многоатомные спирты - 2 - 7 и обрабатывают эту смесь при температурах до 350^oC и давлении до 350 бар в течение не более 11,5 мин.

Целесообразно, чтобы продукт был изготовлен способом, включающим вторичную реакцию при остаточной температуре и под давлением собственного веса в течение 2,5 ч.

Другой задачей изобретения является разработка способа изготовления упомянутого продукта переработки промышленных и бытовых отходов.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления продукта переработки промышленных и бытовых отходов, заключающемся в их смешивании, введении добавок, прессовании и тепловой обработке, согласно изобретению
по меньшей мере 20 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей не более 20 об.% картона, стиропора, пластмассы, не более 40 об.% осветвленного шлама (TS 25%), не более 30 об.% шлака, фильтровальной пыли, летучей золы и не более 50% бытового мусора,
не более 60 об. % вторичного сырья, выбранного из группы, включающей флотационный осадок, загрязненные почвы, бытовой мусор, и строительные обломки, остаточные химикалии, навозную жижу и другие сельскохозяйственные отходы, причем это вторичное сырье содержит 1 - 50 г/кг меди, свинца, ртути, железа, цинка, марганца, хрома и никеля и имеет органическую составляющую 30 - 95 об.%,
смешивают с добавками в следующих количествах, об.%:
Изоцианат - 0,2 - 0,7
Известь - 2 - 10
Железо II и железо III в форме соответствующих солей - 0,2 - 1,1
Многоатомные спирты - 2 - 7
и подвергают эту смесь реакции при температурах до 350^oC и давлении до 350 бар в течение не более 11,5 мин.

При другом варианте способа изготовления продукта переработки промышленных и бытовых отходов, заключающимся в их смешивании, введении добавок, прессовании и тепловой обработке, согласно изобретению
по меньшей мере 20 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей не более 20 об.% картона, стиропора, пластмассы, не более 40 об.% осветленного шлама (TS 25%), не более 30 об.% шлака, фильтровальной пыли, летучей золы и не более 50% бытового мусора,
не более 60 об. % вторичного сырья, выбранного из группы, включающей флотационный осадок, загрязненные почвы, бытовой мусор и строительные обломки, остаточные химикалии, навозную жижу и другие сельскохозяйственные отходы, причем это вторичное сырье содержит 1 - 50 г/кг меди, свинца, ртути, железа, цинка, марганца, хрома и никеля и имеет органическую составляющих 30 - 95 об.%
смешивают с добавками в следующих количествах, об.%:
Изоцианат - 0,2 - 0,7
Известь - 2 - 10
Железо II и железо III в форме соответствующих солей - 0,2 - 1,1
Многоатомные спирты - 2 - 7
и подвергают эту смесь реакции при температурах 80 - 100^oC и давлении 50 - 150 бар в течение не более 1,5 - 5 мин.

Предпочтительно в отходы дополнительно вводить по меньшей мере один наполнитель, выбранный из группы, содержащей цемент, гипс, бетонит, глинистый сланец, шлаки из установок для сжигания, растительный слой грунта, солому, тростник и кору, причем сумма содержания извести и дополнительных наполнителей составляет не более 10 об.%.

Целесообразно в отходы вводить дополнительно по меньшей мере одну управляющую химикалию, выбранную из группы, включающей гидроокись алюминия, борную кислоту, тетраборат натрия, соляную кислоту, спирт, уксусную кислоту, натровый щелок, энзимы, целлюлозу, серу, гумусовыю кислоту и образующие воздушные поры добавки, причем сумма солей Fe (II) и Fe (III) и остальных управляющих химикалий составляет не более 1,1 об.%.

Желательно вслед за проводимой под давлением 150 - 350 бар реакцией осуществлять вторичную реакцию, проходящую при остаточной температуре и под действием собственного веса.

Предпочтительно отходы, содержащие галогены и в частности хлор перед обработкой теплом и давлением, подвергать облучению γ-лучами, предпочтительно облучать Co₆₀.

Целесообразно по меньшей мере на одной ступени способа продукт подвергать анализу, и на любой стадии способа при необходимости возвращать на любую уже пройденную ступень или направлять на любую еще не пройденную ступень.

Продукт переработки в соответствии с изобретением имеет очень разнообразные возможности применения, или самостоятельно или в виде ламината с другими материалами, например в надземном и подземном строительстве, в строительстве гидротехнических и дренажных сооружений, в садоводстве и парковом строительстве и в строительстве спортивных сооружений. Продукты переработки могут использоваться, например, в качестве фильтрующего и субстатного материала в дорожном строительстве и при сооружении спортивных сооружений, в качестве тепло- и звукоизоляции и водостойкой изоляции каналов, сплошного кирпича, дренажных плит, строительного материала для внутренних и наружных стен, заполнительной изоляции, литого ворса, противопожарных плит, наружной и внутренней штукатурки и многого другого.

Несмотря на высокое загрязнение исходных материалов (отходов) продукты переработки являются экологически чистыми, так как органически вредные вещества в них не связаны или имеются в виде переведенной безвредной формы и тяжелые металлы почти полностью иммобилизованы, так что из продуктов в соответствии с изобретением при общеупотребительных способах (элюат-опытное-инертное вещество в соответствии с TVA от 10 декабря 1990 г.) экстрагируется меньше тяжелых металлов, чем у традиционных, изготовленных из чистых исходных материалов строительных материалов.

Поэтому преимуществами продуктов переработки в соответствии с изобретением являются не только их обусловленные составом и структурной свойства, которые превращают их в ценные строительные материалы для многих областей применения, но и не вызывающая опасений с точки зрения экологии переработки. Продукты переработки в соответствии с изобретением допускают также, чтобы складируемые в местах хранения специального мусора отходы после их повторного использования в продуктах переработки согласно изобретению можно было хранить в обычных местах для мусора, соответственно с помощью образующего еще один предмет изобретения способа могут вновь превращаться в новые строительные материалы.

Как уже упоминалось, другим предметом изобретения является способ получения продуктов переработки отходов в соответствии с изобретением.

Используемые в качестве исходного материала виды отходов весьма разнообразны. Обычно используются осветленный шлам, флотационные остатки, бытовой мусор, упаковочные отходы, загрязненные почвы, промышленные остатки на фильтрах, строительные обломки, остаточные химикалии, навозная жижа и другие сельскохозяйственные отходы, причем способ не органичен этими исходными материалами. Перерабатываемые отходы в дальнейшем называются вторичным сырьем.

Во время процесса переработки в эти исходные материалы вводятся добавки. Эти добавки делятся на две группы: наполнители или базовые химикалии и управляющие химикалии или первичные материалы.

В качестве добавок могут использоваться также особые отходы, так что количество чистых химикалиев или материалов может быть значительно сокращено, обычно примерно до 7 вес.%, отнесенных к количеству вторичного сырья. Благодаря уменьшению количества чистых закупаемых материалов дополнительно удешевляется продукт переработки.

Само собой разумеется, что можно работать даже исключительно с отходами, если с их помощью может быть подготовлено достаточное количество добавок.

В качестве источников добавок наряду с чистыми химикалиями пригодными являются также отходы: например, антифризы (гликоли), из производства спиртов, масла, производные масел, отходы нефтеперерабатывающих заводов (специально многоатомные спирты и мочевины), смеси из многоатомных спиртов и воды, например из производства красок, определенные эфирные смеси, полиуретаны и соли железа.

Могут использоваться также галогенные углеводороды или аналогичные продукты, например фторхлористые углеводороды, которые известны под торговым названием "фреон".

При использовании содержащих галогены веществ (фреоны, диоксены, PCB и т. д. ) перед ступенью 1 реакции может осуществляться обработка облучением, например с помощью CS₁₂₇ или предпочтительно с помощью Co₆₀. С помощью излучаемого этими радиоизотопами γ-излучения по меньшей мере частично из органических веществ удаляются галогены. Эта предварительно проводимая реакция благоприятно сказывается на реакции ступени 1.

Предпочтительно, чтоб отходы подвергались анализу уже при их поставке, и результаты анализов хранились в различных ящиках и контейнерах.

При таком анализе наряду с металлами (в соответствии с TVA от 10 декабря 1991 г.) учитываются также содержащие органическую часть углеводороды, и возможно диоксены, формальдегид и их подобные вещества. При высоком содержании металлов предпочтительным может быть предварительное включение регенерации металлов, например с помощью гидрометаллургии.

Переработка отходов осуществляется предпочтительно в соответствии с представленным на чертеже способом, на котором позиции и символы обозначают:
I. Перерабатываемые материалы (отходы, вторичное сырье).

II. Наполнители (базовые химикалии).

III. Управляющие химикалии (первичные материалы).

IV. Многоатомные спирты.

A-E. Аналитические проверки.

1 - 7. Агрегатные соединительные линии в направлении протекания процесса.

8 - 10. Рециркуляционные линии.

11 - 14. Агрегатные соединительные линии.

15. Стрелка перевода реакции.

16 - 18. Пути транспортировки в направлении протекания процеса.

19. Рециркуляционная линия.

20. Пути транспортировки для дальнейшей переработки (механической).

Эти предварительно рассортированные материалы 1 могут затем на основании рецептур желаемого конечного продукта и результатов предварительного анализа транспортироваться в зону установки и, если необходимо, смешиваться друг с другом и измельчаться. После смешивания перерабатываемого вторичного сырья смесь попадает в дополнительный смесительный резервуар, в котором перемешиваются первые базовые химикалии 11, а также изоцианат.

Изоцианат является важной составной частью, так как он вступает в реакцию с имеющимися нежелательными веществами как, например, мочевая кислота, аммиак, гормоны, (из осветленного шлама и навозной жижи), а также с остатками органических и фармацевтических субстанций, так что они затем существуют в связанном виде или в виде безвредных соединений. Кроме того, эти продукты реакции, а также образованный позднее продукт реакции между еще не вступившим в реакцию изоцианатом и многоатомными спиртами, являются важной составной частью желаемой структуры синтетического материала, которая составляет удивительные свойства конечного продукта.

Поэтому необходимо, чтобы в исходной смеси имелись изоцианаты в общем количестве до 0,3 об.%. Другими веществами, которые могут, или должны, добавляться в смеси вторичного сырья для первой ступени реакции в зависимости от результатов анализа, являются: известь, цемент, гипс, бетонит, глинистый сланец, шлаки из установок для сжигания, растительный слой грунта, песок и шламы различного вида, солома, тростник и кора, причем необходимо добавление извести, предпочтительно смеси из гашеной и негашеной извести.

В первой ступени реакции (ступень 1 реакции) смесь, которая содержит по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых веществ, вводится в реакцию при показателе pH 12, температуре от 80 до 100^oC и давлении от 50 до 150 бар в течение по меньшей мере 1 - 15 минут. На этом этапе реакции образуется упрочненная структура, которая имеет кристаллические зоны (= ступень предварительной гигиенизации и нейтрализации).

В последующих ступенях реакции осуществляется корректура реакционной смеси путем двухступенчатого добавления управляющим химикалиев.

В первой ступени в качестве управляющих химикалиев III добавляются соли железа (II) и железа (III) и, если необходимо, гидроокись алюминия, борная кислота, тетраборат натрия, соляная кислота, уксусная кислота, спирт, натровый щелок, целлюлоза, энзимы, сера (предпочтительно нефтяная сера = неочищенная элементарная сера), гумусовая кислота, а также образующие воздушные поры добавки. В этой ступени в случае необходимости осуществляется дополнительное дозирование изоцианатов. После того как эти добавки смешаны с продуктом из первой ступени реакции, отдельно добавляются многоактомные спирты (11), которые вступают в реакцию с кислотами жирного ряда, растительными и/или животными маслами и/или минеральными маслами, углеводородами, а также изоцианатами. Благодаря экзотермической реакции до сих пор не вступившего в реакцию изоцианата с многоатомными спиртами, температура повышается до 100 - 150^oC. При этом достигается связывающее волокна предварительное структурирование. Основная реакция 11 в общем случае происходит при этой температуре и давлении от 100 до 250 бар и нейтральной величине pH, причем высоковязкая суспензия превращается в предварительно сформованную прессовочную массу.

После этого превращения в рамках испытания осуществляется контроль состояния прессовочной массы. При этом проба структурно раскрывается, т.е. измельчается и рубится на куски. Если эта проба не отвечает предъявляемым требованиям, то продукт основной реакции 11 целиком структурно раскрывается и или подается для реакционного рафинирования или возвращается в первую ступень реакции. Если результат положительный, то продукт подается для полного структурирования.

В процессе полного структурирования при повышенной температуре (от 150 до 250^oC) и повышенном давлении (от 150 до 350 бар) получается желаемая упрочненная структура.

Оказалось, что продукт уже после основной реакции 11 имеет желаемые свойства. В этих случаях полное структурирование может быть пропущено.

Уже в ступени I реакции используется гигиенизация, которая в большинстве случаев завершена после ступени II реакции. Правда, с целью надежности после полного структурирования дополнительно включается еще дополнительная ступень III реакции, в которой продукты хранятся промежуточно при использовании остаточной температуры реакции и при незначительном избыточном давлении.

В процессе последующего окончательного контроля принимается решение о том, подавать ли продукты для дальнейшей переработки или вновь пропускать их как вторичное сырье через технологический процесс.

Количественные диапазоны (в целом), в которых обычно проводятся работы, следующие, об.%:
Вторичное сырье
Картон, стиропор, пластмассы - 0 - 20
Осветленный шлам (T S25%)¹⁾ - 0 - 40
Шлаки, фильтровальная пыль, летучая зола - 0 - 30
Бытовой мусор - 0 - 50
Всего - минимум 20
Другие отходы - максимум 60
Содержание критических металлов - 1 - 50 г/кг
Органическая часть, об.% - примерно 30 - 95
Добавки
Изоционат - 0,2 - 0,7
Базовые химикалии - 2 - 10
Управляющие химикалии - 0,2 - 1,1
Многоатомные спирты - 2 - 7
¹⁾TS = сухая субстанция
Технологически способ рассчитан таким образом, что по необходимости можно управлять любой ступенью процесса (см. чертеж). Оказалось также, что одноступенчатый способ с соответственно увеличенным временем реакции, а также с приведенными в соответствие условиями давления и температурными условиями, приводит к вполне используемым продуктам. При одноступенчатом способе часто достигаются температуры до 350^oC.

Как одноступенчатый, так и многоступенчатый способы имеют преимущество, заключающееся в том, что несмотря на высокие температуры невозможно установить наличие запаха, например, из-за улетучивающегося аммиака.

Путем варьирования добавками, температурой и давлением можно, кроме того, устанавливать или оптимизировать свойства строительных материалов в соответствии с потребностями, соответствующими цели их применения, например снижение давления приводит к более сильному разбуханию структуры и тем самым к получению эластичного продукта.

В готовом продукте тяжелые металлы и вредные органические вещества как, например, диоксины и формальдегид, с помощью общеупотребительного способа испытания могут быть, если вообще могут быть, обнаружены только в количествах ниже предельных величин.

Нижеследующий пример должен пояснить способ более подробно.

Пример способа изготовления противопожарных плит
Вторичное сырье, об.%:
Картон, стиропор, пластмассы - около 20
Осветленный шлам (TS 25%) - около 30
Шлаки, фильтровальная пыль, летучая зола - около 20
Бытовой мусор - около 20
Анализ вторичного сырья
Металлы: (Cu, Pb, Hg, Ca, Fe, Zn, Mn, Cr, Ni) - 25 г/кг
Органическая часть, об.%: - 75 - 80
Добавки
Изоцианат - около 0,3
Базовые химикалии - цемент) - CaO - около 7,0
Управляющие химикалии
- кислота (pH примерно до 7) - 0,5 - 0,8
- Fe(II) и Fe(III) - 0,2 - 0,3
Многоатомные спирты - 2
Дополнительная реакция в течение 2,5 ч дает уверенность в том, что продукт не вызывает опасений с точки зрения гигиены эпидемии в соответствии с памяткой М7 Федерального закона ФРГ. Оказалось, что параметры можно изменять в указанных пределах, не изменяя отрицательно конечный продукт.

Формула изобретения

1. Продукт переработки промышленных и бытовых отходов путем их смешивания, прессования и тепловой обработки, отличающийся тем, что по меньшей мере 20 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей не более 20 об.% картона, стиропора, пластмассы, не более 40 об.% осветленного шлама (TS 25%), не более 30 об.% шлака, фильтровальной пыли, летучей золы и не более 50% бытового мусора, не более 60 об. % вторичного сырья, выбранного из группы, включающей флотационный осадок, загрязненные почвы, бытовой мусор и строительные обломки, остаточные химикалии, навозную жижу и другие сельскохозяйственные отходы, причем это вторичное сырье содержит 1 - 50 г/кг меди, свинца, ртути, железа, цинка, марганца, хрома и никеля и имеет органическую составляющую 30 - 95 об.%, смешивают с добавками в следующих количествах, об.%:
Изоцианат - 0,2 - 0,7
Известь - 2 - 10
Железо II и железо III в форме соответствующих солей - 0,2 - 1,1
Многоатомные спирты - 2 - 7
и обрабатывают эту смесь при температуре до 350^oC и давлении до 350 бар в течение не более 11,5 мин.

2. Продукт по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен способом, включающим вторичную реакцию при остаточной температуре и под давлением собственного веса в течение 2,5 ч.

3. Способ изготовления продукта переработки промышленных и бытовых отходов, заключающийся в их смешивании, введении добавок, прессовании и тепловой обработке, отличающийся тем, что по меньшей мере 20 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей не более 20 об.% картона, стиропора, пластмассы, не более 40 об.% осветленного шлама (TS 25%), не более 30 об.% шлака, фильтровальной пыли, летучей золы и не более 50 % бытового мусора, не более 60 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей флотационный осадок, загрязненные почвы, бытовой мусор и строительные обломки, остаточные химикалии, навозную жижу и другие сельскохозяйственные отходы, причем это вторичное сырье содержит 1 - 50 г/кг меди, свинца, ртути, железа, цинка, марганца, хрома и никеля и имеет органическую составляющую 30 - 95 об.%, смешивают с добавками в следующих количествах, об.%:
Изоцианат - 0,2 - 0,7
Известь - 2 - 10
Железо II и железо III в форме соответствующих солей - 0,2 - 1,1
Многоатомные спирты - 2 - 7
и подвергают эту смесь реакции при температурах до 350^oC и давлении до 350 бар в течение не более 11,5 мин.

4. Способ изготовления продукта переработки промышленных и бытовых отходов, заключающийся в их смешивании, введении добавок, прессовании и тепловой обработке, отличающийся тем, что по меньшей мере 20 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей не более 20 об.% картона, стиропора, пластмассы, не более 40 об. % осветленного шлама (TS 25%), не более 30 об.% шлака, фильтровальной пыли, летучей золы и не более 50 % бытового мусора, не более 60 об.% вторичного сырья, выбранного из группы, включающей флотационный осадок, загрязненные почвы, бытовой мусор и строительные обломки, остаточные химикалии, навозную жижу и другие сельскохозяйственные отходы, причем это вторичное сырье содержит 1 - 50 г/кг меди, свинца, ртути, железа, цинка, марганца, хрома и никеля и имеет органическую составляющую 30 - 95 об.%, смешивают с добавками в следующих количествах, об.%:
Изоцианат - 0,2 - 0,7
Известь - 2 - 10
Железо II и железо III в форме соответствующих солей - 0,2 - 1,1
Многоатомные спирты - 2 - 7
и подвергают эту смесь реакции при температурах 80 - 100^oC и давлении 50 - 150 бар в течение не более 1,5 - 5 мин.

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что в отходы дополнительно вводят по меньшей мере один наполнитель, выбранный из группы, содержащей цемент, гипс, бетонит, глинистый сланец, шлаки из установок для сжигания, растительный слой грунта, солому, тростник и кору, причем сумма содержания извести и дополнительных наполнителей составляет не более 10 об.%.

6. Способ по одному из пп.3 - 5, отличающийся тем, что в отходы вводят дополнительно по меньшей мере одну управляющую химикалию, выбранную из группы, включающей гидроокись алюминия, борную кислоту, тетраборат натрия, соляную кислоту, спирт, уксусную кислоту, натровый щелок, энзимы, целлюлозу, серу, гумусовую кислоту и образующие воздушные поры добавки, причем сумма солей Fe(II) и Fe(III) и остальных управляющих химикалий составляет не более 1,1 об.%.

7. Способ по одному из пп.3 - 6, отличающийся тем, что вслед за проводимой под давлением 150 - 350 бар реакцией осуществляют вторичную реакцию, проходящую при остаточной температуре и под действием собственного веса.

8. Способ по одному из пп.3 - 7, отличающийся тем, что отходы, содержащие галогены и в частности хлор перед обработкой теплом и давлением подвергают облучению γ-лучами, предпочтительно облучают Co₆₀.

9. Способ по одному из пп.3 - 8, отличающийся тем, что по меньшей мере на одной ступени способа продукт подвергают анализу, и на любой стадии способа при необходимости возвращают на любую уже пройденную ступень или направляют на любую еще не пройденную ступень.

РИСУНКИ

Рисунок 1