PL211270B1

PL211270B1 - Method for processing waste from the combustion of fuels, especially from solid landfills, to produce useful products

Info

Publication number: PL211270B1
Application number: PL388413A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Wieniewski; Jan Gramała; Bożena Skorupska; Norbert Kubacz; Barbara Rudnicka; Zbigniew Śmieszek
Original assignee: Inst Metali Nieżelaznych
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2012-04-30

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211270 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 388413 ^{(51) Int.Cl.} (12) PATENT DESCRIPTION (19) PL (11) 211270 (13) B1 (21) Application number: 388413 ^{(51) Int.Cl.}

B09B 3/00 (2006.01) B03D 1/02 (2006.01) B03D 1/10 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 29.06.2009B09B 3/00 (2006.01) B03D 1/02 (2006.01) B03D 1/10 (2006.01) (22) Date of notification: 29.06.2009

Sposób przetwarzania odpadów z energetycznego spalania paliw, zwłaszcza ze składowisk stałych, z wytworzeniem produktów użytecznych (73) Uprawniony z patentu:A method of processing waste from the combustion of fuels, especially from solid landfills, to produce useful products (73) The right holder of the patent:

(43) Zgłoszenie ogłoszono:(43) Application was announced:

03.01.2011 BUP 01/1103/01/2011 BUP 01/11

INSTYTUT METALI NIEŻELAZNYCH, Gliwice, PL (72) Twórca(y) wynalazku:INSTITUTE OF NON-ferrous METALS, Gliwice, PL (72) Inventor (s):

(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:(45) The grant of the patent was announced:

30.04.2012 WUP 04/12April 30, 2012 WUP 04/12

ANDRZEJ WIENIEWSKI, Szałsza, PL JAN GRAMAŁA, Gliwice, PL BOŻENA SKORUPSKA, Gliwice, PL NORBERT KUBACZ, Bytom, PL BARBARA RUDNICKA, Gliwice, PL ZBIGNIEW ŚMIESZEK, Gliwice, PLANDRZEJ WIENIEWSKI, Szałsza, PL JAN GRAMAŁA, Gliwice, PL BOŻENA SKORUPSKA, Gliwice, PL NORBERT KUBACZ, Bytom, PL BARBARA RUDNICKA, Gliwice, PL ZBIGNIEW ŚMIESZEK, Gliwice, PL

PL 211 270 B1PL 211 270 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania odpadów z energetycznego spalania paliw, zwłaszcza ze składowisk stałych, z wytworzeniem produktów użytecznych. Wynalazek wywodzi się z dziedziny sposobów przetwarzania i recyklingu odpadów zawierających żużle i popioły ze spalania energetycznego paliw stałych.The subject of the invention is a method of processing waste from energetic combustion of fuels, especially from solid landfills, with the production of useful products. The invention comes from the field of methods for treating and recycling waste containing slags and ashes from the energetic combustion of solid fuels.

Składowane na hałdach lub w zbiornikach żużle i popioły a także zleżałe odpady paleniskowe powstałe w elektrowniach, elektrociepłowniach i ciepłowniach mogą stanowić obciążenie dla środowiska, jak również znacznie ograniczają możliwość zagospodarowania przestrzeni i sąsiadujących gruntów. Ponadto w wyniku długiego okresu składowania może ulec zmianie ich skład chemiczny i właściwości fizyczne. Na skutek działania samej tylko wilgoci, mogą ulec rozkładowi, przynajmniej w części popiołów i żużli, zasady i rozpuszczalne sole, w reakcjach uczestniczy również atmosferyczny CO2. Z tego też wzglę du skł ad mieszaniny ż u ż la i popioł ów jest niejednorodny, co wpł ywa na jego wykorzystanie.Slags and ashes stored in heaps or in tanks, as well as stale furnace waste generated in power plants, combined heat and power plants and heating plants, may constitute a burden for the environment, as well as significantly limit the possibility of managing the space and adjacent land. Moreover, their chemical composition and physical properties may change as a result of long storage periods. Due to the action of moisture only, bases and soluble salts can decompose, at least in part of the ashes and slags, and atmospheric CO2 also participates in the reactions. For this reason, the composition of the mixture of slag and ash is heterogeneous, which affects its use.

W znanych i powszechnie stosowanych technologiach utylizacji odpadów powstał ych ze spalania nośników energii i gromadzonych na składowiskach stałych, odpady wykorzystuje się przede wszystkim do wypełniania podziemnych pustek oraz w budownictwie. Na potrzeby budownictwa, mechanicznie pobrane ze składowisk odpady poddaje się wstępnemu rozdrobnieniu oraz odseparowuje części mechaniczne, po czym masę mieli się, miesza z wodą i składnikami wiążącymi - cementem, wapnem - traktowanymi jako wypełniacze. Uzyskaną mieszankę stosuje się w postaci półpłynnej lub stałej i wykorzystuje do produkcji np. bloczków ceramicznych. Z polskiego opisu patentowego nr PL158419 jest znany sposób utylizacji składowisk odpadów paleniskowych, w którym proces prowadzi się w cyklicznie następujących po sobie etapach. W trakcie każdego etapu przygotowuje się odpady do mieszania, następnie miesza się je z wodą przemysłową pochodzącą z regeneracji wymienników jonitowych oraz np. wód kopalnianych. Do otrzymanej mieszaniny wprowadza się, w razie potrzeby, żużel z bieżącej produkcji i transportuje hydraulicznie oraz przetłacza do podziemnych pustek składowisk odbierających.In the well-known and commonly used technologies for the utilization of waste resulting from the combustion of energy carriers and collected in solid landfills, waste is primarily used to fill underground voids and in construction. For the purposes of construction, waste collected mechanically from landfills is subjected to initial crushing and separation of mechanical parts, then the mass is ground, mixed with water and binding components - cement, lime - treated as fillers. The obtained mixture is used in a semi-liquid or solid form and is used for the production of e.g. ceramic blocks. The Polish patent specification no. PL158419 describes a method of utilization of combustion waste landfills, in which the process is carried out in cyclical successive stages. During each stage, waste is prepared for mixing, then it is mixed with industrial water from the regeneration of ion exchangers and, for example, mine water. If necessary, slag from the current production is introduced into the obtained mixture and hydraulically transported and pumped into the underground voids of the collecting storage yards.

Z angielskiego opisu patentowego numer GB 2418201 pt. „Processing of stockpiled pulverised fuel ash” jest znane wykorzystanie zleżałych popiołów jako źródła krzemionki, po uprzednim ich wysuszeniu i zmieleniu.From the English patent specification number GB 2418201 pt. "Processing of stockpiled pulverized fuel ash" is known to use stale ash as a source of silica after it has been dried and ground.

Wykorzystanie odpadów, przede wszystkim w budownictwie drogowym, zostało znacząco ograniczone koniecznością przestrzegania warunków wymaganych przez normy, zwłaszcza w zakresie zawartości węgla organicznego, którego ilość w produkcie nie może przekraczać dopuszczalnej wg normy wartości 10%.The use of waste, mainly in road construction, has been significantly limited by the necessity to comply with the conditions required by the standards, especially in the field of organic carbon content, the amount of which in the product may not exceed the 10% limit value.

Znany jest szereg sposobów usuwania węgla z popiołów, zwłaszcza lotnych, włącznie ze spalaniem niskotemperaturowym, klasyfikacją według wielkości cząstek i rozdzielaniem elektrostatycznym oraz flotacją pianową. Z opisu wynalazku US 5936216 pt. „Froth floatation process for separating carbon from coal ash” znany jest sposób postępowania, z wykorzystaniem procesu flotacji, w celu obniżenia zawartości węgla w popiele stałym. Składowany popiół poddaje się klasyfikacji, a następnie miesza się go z płynem, w stosunku masowym płynu do popiołu wynoszącym od 1:3 do 1:5, ujednolica przez mieszanie i kieruje do procesu flotacji.A number of methods are known for removing carbon from ashes, especially fly ash, including low temperature combustion, particle size classification and electrostatic separation, and foam flotation. From the description of the invention US 5936216, entitled "Froth floatation process for separating carbon from coal ash" is a known procedure using a flotation process to reduce the carbon content of the solid ash. The stored ash is classified and then mixed with the liquid in the mass ratio of liquid to ash ranging from 1: 3 to 1: 5, homogenized by mixing and sent to the flotation process.

Sposób przetwarzania odpadów z energetycznego spalania paliw, zwłaszcza ze składowisk stałych, z wytworzeniem produktów użytecznych, polegający na mechanicznym pozyskaniu ze składowiska odpadów zawierających żużel i popiół, które następnie poddaje się procesowi rozmywania, w tym mieszania z wodą, a wyselekcjonowaną frakcję odpadów zawierających mieszaninę popiołu i żużla kieruje się do procesu flotacji, charakteryzuje się tym, że w procesie rozmywania odpadu prowadzi się usuwanie z niego zanieczyszczeń oraz grubych ziaren a produkt dolny tego procesu poddaje się, bezpośrednio lub po dodatkowej klasyfikacji procesowi flotacji pianowej w maszynie flotacyjnej, którą prowadzi się przy zagęszczeniu części stałych w zakresie 60 - 160 g w dm³ z użyciem odczynników flotacyjnych w ilości od 0,5 - 5,0 kg/Mg flotowanej mieszaniny popiołu i żużla, natomiast produkt górny procesu rozmywania po oddzieleniu zanieczyszczeń organicznych kieruje się do odpadu końcowego, wydzielony zaś w procesie flotacji koncentrat zawierający powyżej 40% Corg. poddaje się filtracji do zawartości wilgoci nie większej niż 40%, a odpad poflotacyjny odwadnia się w hydrocyklonie, z którego produkt przelewowy po sedymentacji w zbiorniku ziemnym oraz produkt wylewowy po odciekuA method of processing waste from energy combustion of fuels, especially from solid landfills, with the production of useful products, consisting in the mechanical acquisition of waste containing slag and ash from a landfill, which is then subjected to a washing process, including mixing with water, and a selected fraction of waste containing an ash mixture and the slag is directed to the flotation process, characterized by the fact that in the waste washing process, impurities and coarse grains are removed from it, and the bottom product of this process is subjected, directly or after additional classification, to the foam flotation process in a flotation machine, which is carried out at solids concentration in the range of 60 - 160 g in dm ³ with the use of flotation reagents in the amount of 0.5 - 5.0 kg / Mg of flotated ash-slag mixture, while the top product of the washing process, after separation of organic impurities, is directed to the final waste, separated and in the flotation process and a concentrate containing greater than 40% Corg. is subjected to filtration to a moisture content of not more than 40%, and the post-flotation waste is dewatered in a hydrocyclone, from which the overflow product after sedimentation in the earth tank and the pour-out product after the leachate

PL 211 270 B1 kieruje się do produktu końcowego, który zawiera w swym składzie chemicznym poniżej 2% Corg., powyżej 40% SiO2, poniżej 30% AI2O3, poniżej 10% CaO oraz śladowe ilości siarki całkowitej w przeliczeniu na SO3, natomiast wodę technologiczną z filtracji koncentratu, wodę technologiczną z obcieku produktu wylewowego oraz sklarowaną wodę technologiczną z sedymentacji (klarowania) produktu przelewowego w zbiorniku ziemnym, zawraca się do obiegu.PL 211 270 B1 is directed to the final product, which in its chemical composition contains less than 2% Corg., More than 40% SiO2, less than 30% Al2O3, less than 10% CaO and traces of total sulfur expressed as SO3, while process water with concentrate filtration, process water from the effluent of the pouring product and clarified process water from the sedimentation (clarification) of the overflow product in the ground tank are recycled.

Korzystnie rozmywanie prowadzi się w bębnowym rozmywaczu przy zagęszczeniu części stałych 600 - 1000 g w dm³. Korzystnie klasyfikację produktu dolnego prowadzi się w hydrocyklonie, przy czym dodatkowej klasyfikacji granulometrycznej poddaje się produkt górny procesu rozmywania o ś rednicy ziaren większych od 1 mm i w miarę potrzeby rozdrabnia. Korzystnie proces flotacji pianowej, prowadzi się aż do osiągnięcia możliwie największej zawartości Corg. w koncentracie.Preferably, washing is carried out in a drum diluter at a solids concentration of 600-1000 g / dm ³ . Preferably, the classification of the bottom product is carried out in a hydrocyclone, the top product of the washing process with a grain diameter greater than 1 mm being subjected to an additional grain size classification and comminuted if necessary. Preferably the froth flotation process is carried out until the Corg content is as high as possible. in concentrate.

Korzystnie produkt przelewowy po sedymentacji w zbiorniku ziemnym łączy się z produktem wylewowym po obcieku i kieruje do produktu końcowego.Preferably, the overflow product after sedimentation in the ground tank is combined with the drain product and directed to the final product.

Korzystnie produkt wylewowy odwodnienia w hydrocyklonie posiada zagęszczenie nie mniejsze niż 200 g w dm³ części stałych, i korzystnie zawiera ziarna o średnicy > 45 μm. Korzystnie produkt wylewowy po obcieku posiada zagęszczenie części stałych nie mniejsze niż 1000 g w dm³.Preferably, the product pouring dewatering hydrocyclone has a density of not less than 200 g dm ^{3 of} solids, and preferably comprises grains with a diameter of> 45 mm. Preferably, the drained product has a solids density of not less than 1000 g / dm ³ .

Sposób według wynalazku pozwala na kompleksową przeróbkę zleżałych odpadów z energetycznego spalania paliw, przy czym wszystkie produkty procesu mają charakter użyteczny, co uzyskano przez odpowiednie warunki prowadzenia procesu oraz zastosowane odczynniki. Powstały w procesie flotacji koncentrat zawiera powyżej 40% Corg., a ponadto inne jego parametry odpowiadają kopalnianym mułom węglowym, co umożliwia ponowne zastosowanie koncentratu do celów energetycznych. Natomiast odpad końcowy posiada korzystny skład chemiczny, cc pozwala na jego bezpośrednie wykorzystanie jako dodatku w materiałach dla celów budownictwa i w innych zastosowaniach przemysłowych.The method according to the invention allows for a comprehensive treatment of waste from energetic combustion of fuels, with all the products of the process being useful, which was obtained by appropriate process conditions and the used reagents. The concentrate produced in the flotation process contains more than 40% of Corg. Moreover, its other parameters correspond to mine sludge, which enables the concentrate to be reused for energy purposes. On the other hand, the final waste has a favorable chemical composition, cc allows its direct use as an additive in materials for construction purposes and in other industrial applications.

Sposób przetwarzania odpadów z energetycznego spalania paliw, zwłaszcza ze składowisk stałych, z wytworzeniem produktów użytecznych, według wynalazku, został objaśniony na podstawie przykładów jego wykonania.The method of processing waste from the energetic combustion of fuels, especially from solid landfills, to obtain useful products according to the invention has been explained on the basis of its embodiments.

W sposobie według wynalazku dla próby I odpady zawierające żużel i popiół w ilości 71,7% oraz 22,15% węgla organicznego pozyskano ze składowiska sprzętem mechanicznym, a następnie poddano, w warunkach próby wielkolaboratoryjnej, procesowi rozmywania w bębnie rozmywającym, przy zagęszczeniu części stałych do 800 g w dm³, co oprócz wymycia zanieczyszczeń organicznych, pozwoliło na wstępne sklasyfikowanie odpadu pod względem wielkości ziarna. Produkt górny procesu rozmywania po oddzieleniu zanieczyszczeń organicznych skierowano do odpadu końcowego, przy czym produkt o średnicy ziaren większych od 1 mm dodatkowo sklasyfikowano i rozdrobniono. Proces flotacji odpadu dolnego prowadzono we flotowniku modelowym przy zagęszczeniu części stałych 125 g w dm³ z użyciem odczynników flotacyjnych: zbierającego, będącego mieszaniną alifatycznych alkoholi estrów i eterów z dodatkiem środków powierzchniowo czynnych (nazwa handlowa Flotmix) i pianotwórczego, będącego mieszaniną głównie eterów butylowych glikolu dietylenowego i glikolu trietylenowego (nazwa handlowa Corflot) w łącznej ilości 3,96 kg/Mg flotowanego odpadu. Ilość powietrza podawanego do flotownika wynosiła 0,95 m³/min. Otrzymany koncentrat zawierający 41,9% popiołu i 48,4% węgla organicznego skierowano do procesu filtracji. Odpady poflotacyjne zawierające 95,52% popiołu i 1,2% Corg. poddano klasyfikacji w hydrocyklonie, z którego produkt wylewowy zawierający ziarna o średnicy > 45 μm i zapopieleniu 95,32% skierowano do obcieku, natomiast produkt przelewowy zawierający 95,86% popiołu poddano sedymentacji w zbiorniku ziemnym, a następnie wraz z produktem wylewowym po obcieku, który posiadał zagęszczenie części stałych powyżej 1000 g w dm³ skierowano do produktu końcowego. Z kolei wodę technologiczną z filtracji koncentratu, wodę technologiczną z obcieku produktu wylewowego oraz sklarowaną wodę technologiczną (z klarowania) z sedymentacji produktu przelewowego zawrócono do obiegu.In the method according to the invention for trial I, waste containing slag and ash in the amount of 71.7% and 22.15% of organic carbon was obtained from the landfill with mechanical equipment, and then subjected, under the conditions of a large-scale laboratory test, to the washing process in a washing drum, with solids thickening up to 800 g in dm ³ , which, apart from washing out organic impurities, allowed for initial classification of the waste in terms of grain size. After the separation of organic impurities, the top product of the washing process was directed to the final waste, and the product with a grain diameter greater than 1 mm was additionally classified and ground. The bottom waste flotation process was carried out in a model flotation machine at a solids concentration of 125 g / dm ³ with the use of flotation reagents: collector, being a mixture of aliphatic alcohols, esters and ethers with the addition of surfactants (trade name Flotmix) and a foam-forming agent, which was mainly a mixture of diethylene glycol butyl ethers and triethylene glycol (trade name Corflot) in the total amount of 3.96 kg / Mg of flotated waste. The amount of air supplied to the flotation cell was 0.95 m ³ / min. The obtained concentrate containing 41.9% of ash and 48.4% of organic carbon was sent to the filtration process. Flotation tailings containing 95.52% ash and 1.2% Corg. was classified in a hydrocyclone, from which the pouring product containing grains with a diameter> 45 μm and incineration of 95.32% was directed to the drain, while the overflow product containing 95.86% of ash was sedimented in the ground tank, and then together with the pouring product after the drain, which had a solids concentration above 1000 g in dm ^{3 was} directed to the final product. In turn, process water from concentrate filtration, process water from the effluent of the pouring product and clarified process water (from clarification) from the sedimentation of the overflow product were recycled.

W procesie zużyto wodę w ilości 5,86 m³/Mg wyjściowego materiału żużla i popiołu o wilgotności początkowej 36,8%.The process water was used in an amount of 5.86 m ³ / Mg starting material the ash and slag of the initial moisture content of 36.8%.

PL 211 270 B1PL 211 270 B1

Wyniki prób wielkolaboratoryjnych zestawiono w poniższej tabeli:The results of large-scale laboratory trials are summarized in the table below:

Nazwa produktu Product name Zawartość popiołu % Ash content% Zawartość węgla org.% Org. Carbon content% Wychód produktu % Product Revenue% Uzysk popiołu % Ash yield% Uzysk węgla % Carbon yield% Odpad z energetycznego spalania paliw Waste from energetic combustion of fuels 71,7 71.7 22,15 22.15 100,00 100.00 100,00 100.00 100,00 100.00 Koncentrat I (I próba) Concentrate I (trial I) 41,9 41.9 48,4 48.4 44,43 44.43 25,96 25.96 97,00 97.00 Odpad końcowy I (I próba) Final waste I (1st attempt) 95,52 95.52 1,2 1.2 55,57 55.57 74,04 74.04 3,00 3.00 Produkt wylewowy hydrocyklonu I (I próba) Pouring product of hydrocyclone I (trial I) 95,32 95.32 1,34 1.34 35,02 35.02 46,56 46.56 2,12 2.12 Produkt przelewowy hydrocyklonu I (I próba) Hydrocyclone overflow product I (trial I) 95,86 95.86 0,96 0.96 20,55 20.55 27,48 27.48 0,88 0.88 Nazwa produktu Product name Zawartość popiołu % Ash content% Zawartość węgla org.% Org. Carbon content% Wychód produktu % Product Revenue% Uzysk popiołu % Ash yield% Uzysk węgla % Carbon yield% Odpad z energetycznego spalania paliw Waste from energetic combustion of fuels 72,05 72.05 25,23 25.23 100,00 100.00 100,00 100.00 100,00 100.00 Koncentrat II (II próba) Concentrate II (2nd attempt) 45,47 45.47 50,44 50.44 48,06 48.06 30,33 30.33 96,08 96.08 Odpad końcowy II (II próba) Final waste II (II attempt) 96,64 96.64 1,9 1.9 51,94 51.94 69,67 69.67 3,92 3.92 Produkt wylewowy hydrocyklonu II (II próba) Spout product of hydrocyclone II (II trial) 95,22 95.22 2,04 2.04 30,48 30.48 40,28 40.28 2,46 2.46 Produkt przelewowy hydrocyklonu I (II próba) Hydrocyclone overflow product I (II trial) 98 98 1,70 1.70 21,46 21.46 29,39 29.39 1,46 1.46

Produkt końcowy zawiera w swym składzie chemicznym średnio: 1,55% Corg.; 42,3% SiO2; 28,9% AI2O3; 2,5% CaO oraz śladowe ilości siarki całkowitej w przeliczeniu na SO3 (SSO3).The final product contains in its chemical composition on average: 1.55% Corg .; 42.3% SiO2; 28.9% Al2O3; 2.5% CaO and traces of total sulfur converted to SO3 (SSO3).

Claims

Patent claims

1. The method of processing waste from the combustion of fuels, especially from solid landfills, with the production of useful products, consisting in the mechanical acquisition of waste containing slag and ash from a landfill, which then undergoes the washing process, including mixing with water, and the selected fraction of waste contains ash and slag mixture are sent to the flotation process, characterized in that in the waste washing process, impurities and coarse grains are removed from it, and the bottom product of this process is subjected directly or after additional classification to the foam flotation process in the flotation machine, which is carried out by at the concentration of solids in the range of 60 - 160 g in dm ³ with the use of flotation reagents in the amount of 0.5 - 5.0 kg / Mg of the floted ash-slag mixture, while the top product of the washing process, after separation of organic impurities, is directed to the final waste , while the ko. separated in the flotation process The concentrate containing more than 40% Corg. is filtered to a moisture content of not more than 40%, and the post-flotation waste is dewatered in a hydrocyclone, from which the overflow product after sedimentation in the ground tank and the drain product after drainage are directed to the final product, which is the chemical composition of the waste contains less than 2% Corg., more than 40% SiO2, less than 30% Al2O3, less than 10% CaO and trace amounts of total sulfur calculated as SO3 (SSO3), while process water from concentrate filtration, process water from product drain discharge and clarified process water from sedimentation, clarification of the overflow product in the ground tank is returned to the process cycle.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that washing is carried out in a drum diluter at a solids concentration of 600-1000 g in dm ³ .

3. The method according to p. The process of claim 1, wherein the classification of the underflow is carried out in a hydrocyclone.

PL 211 270 B1

4. The method according to p. A method according to claim 1, characterized in that the top product of the washing process with a grain diameter greater than 1 mm is subjected to additional granulometric classification and, if necessary, crushed.

5. The method according to p. The process of claim 1, wherein the froth flotation process is carried out until the highest possible Corg content is achieved. in concentrate.

6. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the overflow product after sedimentation in an earth tank is combined with the drainage product and directed to the final product.

7. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the hydrocyclone drainage pouring product has a solids density of not less than 200 g / dm ³ , and preferably contains grains with a diameter> 45 Pm.

8. The method according to p. The pouring product according to claim 1, characterized in that the drained product has a solids density of not less than 1000 g / dm ³ .