【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及残渣、土壤、灰渣等物料中重金属的解毒工艺和设备，更具体地说，本专利技术涉及对这些废弃物实施封固、固化和稳定化的新技术，使之安全(符合环境保护总暑(EPA)标准)，以免其中的重金属溶漏出或曝露，使这些废弃物可直接用于填土地和其它用途。以前已做过应用化学固定和稳定化技术解决上述问题，包括结合硅酸盐和波特兰水泥以产生稳定的、固体化的物料的技术。虽然这些技术对固定重金属有一定的效果，但对固定挥发性有机物未必有效，固体化工艺还会使残渣的体积增大百分之十到二十。这种固体化产品可用作填土，或用作覆盖物料。但是，与本专利技术将要描述的固定化产品相比，费用至少是其二倍，本专利技术更为优越之处还在于，产品的重量大约减少百分之八十七，体积大约减少百分之七十。用以获得本专利技术结果的技术中应用的热分解过程在以前的系统中已有应用，其目的是获得与本专利技术相反的结果，即从最终产物中仔细回收重金属。例如美国专利证书第4,332,584号中叙述了这样的方法，它是将所得的碳和重金属的残渣离心分离以回收碳，例如，用硫酸溶液能方便地把铬浸出。与金属固定化技术不同的其它金属回收技术见于本人的美国专利证书第4,086,319号和美国专利第4,215,989号。能够应用本专利技术使重金属固定化、稳定化和有效地解毒的物料包括残渣、废渣和含铬量高的鞣革废渣、土壤、灰渣等物料(下文常笼统地称为“废料”)，典型的重金属或金属化合物(下文常笼统地称为“金属”)包括铬、钡、镉、铅、汞、硒、银、镍、锌和铜等。与以前的热分解工艺体系不同，本专利技术处理含铬或其它重金属废渣、鞣革废渣或其它含重金属的溶液的...
【技术保护点】
一种使含金属的废渣、土壤、灰渣等材料中的重金属得到固定化和稳定化的工艺过程，它包括加热与含碳材料紧密结合的废渣至充分的温度以驱除挥发性有机物和溶剂，但低于大多数金属完全挥发的温度，且是抑制生成氮和硫的氧化物的温度，加热基本上在隔绝氧气的环境中进行；继续加热至碳与金属结合生成碳化残渣，其中的挥发性有机物和溶剂基本上排除干净，最终基本上达到最小的残渣重量；在缺氧条件下冷却碳化残渣至即使暴露在空气中也不会燃烧的温度；然后继续冷却至环境温度而得到金属不会浸溶出的残渣；用该产物可作填土等用途。
【技术特征摘要】
US 1986-2-20 831409中更具体描述。概括地说，本发明包括一个体积减小过程，在此过程中使重金属热稳定化，使有机化合物挥发。所得残渣的体积通常比进料或混合进料少百分之五十到八十。这一过程在一个能控制温度和停留时间的缺氧燃料器中进行，所得残渣含有一种酸不溶性基质。这一工艺产生的残渣比焚烧法多大约百分之五十，但能够通过EPA检查重金属溶漏的浸取试验，适于用来填地。重金属和其它具有潜在毒性的化合物被稳定化了，而且过程是在其挥发温度以下进行的，伴随有机化合物的均匀混合。控制加热时间，使产物达到最小体积而不发生显著的脱碳作用(后者可由过量氧造成)。有毒的挥发性废气和异常气味在高温后燃器中经适当的接触时间(最少2秒)烧去。本文讨论的工艺方法对污水处理场的污泥作了成功的试验，也对其它物料作了试验，这些物料中含有具有潜在毒性浓度的铬、铅、镉、钡、镍、锌和其它有毒的重金属。所得的残渣用两种方法检验，用EPA溶出试验法时，加入乙酸酸化残渣至pH5；以及用众所周知的多次浸取(ME)试验法时，则用硫酸和硝酸混合酸酸化残渣至pH4。残渣焚烧炉和废物焚烧过程常常产生有毒的残渣，其中含有可溶性金属氧化物和二氧化物。本发明的工艺产生的残渣不含有显著可溶的金属氧化物(如铬)，见下表。而且，残渣可与相当其重量的百分之十到十五的波特兰水泥混合，必要时，加入与残渣等重量的水和适量粗砂。所得胶凝化的废渣材料的比重约为1，具有防火性能，有充分的结构强度，能安全地用作轻体建筑产品。本发明应用的另一项实例是使钢桶修理厂排出的废渣中的有毒金属稳定化，因为空桶常常有各种残渣，残渣中常含有毒性金属和有机化合物。处理后的残渣体积减小百分之五十，用碳固定有毒金属，溶剂在后燃器中烧去。本发明也可用于处理有毒废弃物，使这些危险的废弃物在作填土时不必再作处置，所得的残渣可用于填土或固化后用来制造建筑制品，如渣砖、沥青制品、混凝土或其它轻体制品。作为另一项应用，由于炭化残渣能通过EPA浸出法的检验，表明残渣中不会溶出超量的铬，本发明可帮助处理皮革和金属电镀工业排出的铬。如前面引用的专利所述；焙烧含铬残渣产生铬酸盐灰，从中可浸取出铬，用本发明的方法处理留下的不溶性废渣生产无毒的残渣。再举一个例，当以一种碳源与含有有毒的铬的灰渣混合时，本发明的工艺过程包含一个缺氧条件，所得的残渣不会溶出显著量的铬，本发明使有毒灰渣得以有效地解毒。本发明的技术的重点的一个方面是固化和稳定含金属废渣、土壤、灰渣等物料中的重金属，包括加热与含碳物料紧密接触的废渣至足够的温度，以驱除挥发性有机物和溶剂，但其温度又在大多数重金属完全挥发的温度以下，反应在基本上不含氧的气氛中进行，以避免生成氮和硫的氧化物；继续加热至所得炭残渣中碳与金属发生结合，并将挥发性有机物和溶剂基本全部驱除掉，这时残渣达到最小重量；隔绝空气将炭残渣冷却至即使将它暴露在空气中时也不再燃烧之温度；进一步冷却至室温，即得到不会溶出的残渣；将所得残渣用于填土或类似用途。采用的较好的工艺步骤和最佳方式的详情及设备在下文中叙述。下面伴以示意图叙述本发明。图一为本发明的设备和流程图，图示的工艺和设备用有机进料为其燃料，如残渣、土壤、危险的废弃物、焚烧炉灰和有机混合物；图二的曲线显示了为获得本发明的新颖结果所需要的操作的临界区。图三是与图一相似的流程图；图四加入了预干燥步骤；图五和图六是本工艺相似的流程图，用于处理不含有机物的废弃物，需外加含碳燃料；图七和图八加入了干燥步骤。图一展示了实施本发明的工艺所需的设备，用来对工业废弃物残渣如含铬鞣革废渣等进行解毒(通过前述的固化和稳定化)。含有有毒重金属和挥发物的残渣在挤压成型机2中脱水，送入圆筒干燥机4(如Bartlett Snow Pacific Co.的园筒干燥机)。由残渣成型机2来的物料中含有三分之一的固体，利用后燃器6产生的废弃物热能在干燥机中干燥至含固体约65％，后燃器6将在下文叙述。干燥至含固体65％的物料由斜槽4’(通过重力)流入热分解器8，由于经部分干燥或预干燥处理，物料的重量减轻，其体积也可被减小。热分解器8为高温热分解提供了一个大的气密绝氧燃烧环境，在本发明的具体情况下，热解温度约为华氏900度，这低于前面提到的大多数重金属的完全挥发温度(也抑制生成氮和硫的氧化物，避免或减少其存在)，但是足以使挥发性有机物和溶剂逸出为废气，下文详述。通过碳结合或封固以取得本发明的固化的操作临界条件将在下文详述；适用于此目的的热分解器可采用例如ShircoInfrared Company of Dallas，Texas的设备。上述后燃器6(也可采用Shirco公司的设备)在大约1800华氏度使废气和挥发物进一步氧化和挥发；若用于高毒性废弃物，后燃器温度可提高至2400华氏度。如上所述，在此情况下，从后燃器6排出的废气和热能可用于在6’中干燥送往干燥器4的残渣。如图所示，由于使用不接触干燥，热气流不直接接触输入的残渣。热气流和水(进入一个文丘里管)周期地混合和送入湿法净化器系统18。由于在后燃器中可能产生小量的六价铬，加入一种还原性化学药品使六价铬还原为三价状态。最后一个单元是烟囱10，它将清洁的尾气排入大气。采用所谓碳结合或碳封固的条件(下文详述)，在图一底部所示的热分解器8中，可见到带有灰渣冷却输送机12的排灰系统，在热解炉8到最终的运送填土的卡车T之间实行气密联结。灰渣用水冷却降温，从900华氏度冷却到低于250华氏度，使之暴露在空气中不致燃烧。现在再叙述得以获得新颖结果的工艺的特征，支持本发明的基础是发现在缺氧状态下热解炉8中的热分解或加热工艺的临界状态，在此状态下，残渣等材料中的碳与危险的重金属结合或使之封固。已发现存在一个区域，在此条件下，原料中几乎所有的挥发性有机物和溶剂都在基本上无氧气氛的6中除掉，此时所得的炭化残渣重量降至最小值。这一最小重量区域在图2中表示为阴影区域“优选的稳定区”。图中在4中的废渣的原始重量的百分率称为纵坐标；在上例中的900°F下热分解的时间为横坐标，以分为单位。在该例中热分解碳复合材料至最小重量约为8～9％的时间约为24分。图中左侧的急剧下降的曲线区域是过去的金属回收工艺采用的，与本发明的固化结果完全不同。此时，将炭化残渣再次置于隔绝空气下在12中冷却至即使在空气中也不会着火的温度(250°F或更低)，然后继续冷却到环境温度。在此条件下，碳与重金属残渣结合或固化为使之基本上不溶出的状态，可安全用于土地填筑等用途。为防止粉尘飞扬，利用残渣产物时在其中加入水和/或将其用水泥或其它的什么封固以生产防火材料，如前所述。也可将硅酸盐和粘土类材料加入废渣中，得到冷却后不扬尘的残渣。重要的是，必须有足够的碳物料与废渣等材料密切接触，使残渣中的重金属得以完全结合、封固、固化和稳定。可以用固体、废渣或液体的形式提供碳，也可将烃类溶剂加入固体物料中。下列表一列出上述工业废渣的试验结果，表明依本发明方法生产的炭化残渣经过EPA的溶出试验法检验(中间栏，单位mg/L)，其中的重金属没有明显的溶出，并与EPA的最大允许极限值(大得多)比较。表一本发明所得残渣的化学特性------------------------金 炭化残渣批量分析含量 EP法实际溶出量* EPA最大允许溶出量属 (mg/L) (mg/L) (mg/L)-- ------------------- ---------------- ---------------------砷 ＜0.05 5钡 1,633 20 100镉 42 0.08 1铬 2,366 0.04 5铅 200 0.48 5汞 0.23 ＜0.002 0.2硒 ＜0.1 1.0银 3.63 ＜0.005 5--------------------------------------------------------注*表示EPA的浸取试验结果。表二所示为另一实例，含有高浓度工业排出物的二次POTW废料经上述工艺处理得到同样的基本上不溶出或固化的结果表二金 废料固体批量分析含量 本发明所得炭化残 EPA最大允属 (mg/Kgm千重) 渣(mg/L) 许溶出量(mg/L)--- -------------------- ---------------- ---------------砷 8 ＜0.01 5钡 1,030 20 100镉 309 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：布拉德福斯H约翰斯，
申请(专利权)人：布拉德福斯H约翰斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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