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Dokumentenidentifikation DE69321415T2 01.04.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0580519
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von stabilisierten geformten Materialien aus Abfall
Anmelder Pichat, Philippe, Paris, FR
Erfinder Pichat, Philippe, Paris, FR
Vertreter Beetz und Kollegen, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69321415
Vertragsstaaten BE, CH, DE, DK, ES, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 23.07.1993
EP-Aktenzeichen 934019191
EP-Offenlegungsdatum 26.01.1994
EP date of grant 07.10.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.04.1999
IPC-Hauptklasse B09B 3/00
IPC-Nebenklasse C04B 28/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Behandlung von Abfällen verschiedlicher Natur durch Verfestigung, und zwar im Hinblick auf das Erhalten inerter Materialien, die dazu eingerichtet sind, auf einem geeigneten Gelände gelagert zu werden.

Sie betrifft mehr im einzelnen ein Verfahren sowie eine geeignete Einrichtung, die es gestatten, aus Abfällen in verschiedenen Formen beispielsweise durch Extrusion abgeformte Materialien zu erhalten, deren physikalisch-chemische Stabilität merklich verbessert ist.

Bis heute besteht die Technik der Verfestigung von Abfällen darin, den Abfall gleichzeitig mit mindestens einem Verfestigungsmittel in eine Knetmaschine der gleichen Art einzubringen, wie die, die zur Herstellung von Betonsorten benutzt werden. Die gehärtete oder verfestigte Mischung wird dann zur Lagerung durch Abladen auf einem geeigneten Gelände entleert.

Außer der Tatsache, daß diese Technik diskontinuierlich durchgeführt wird, besitzt sie auch keine genaue Überwachung der Temperatur und auch nicht der rheologischen Eigenschaften des Abfalls und seiner Mischung mit den Verfestigungs- Reaktionsmitteln. Wenn man die Bedeutung dieser Parameter bedenkt, wie dies später zu sehen ist, für die unterschiedlichen und komplexen Reaktionen, die zur Verfestigung der Abfälle führen, ist es nicht möglich, die Qualitätseigenschaften zu erreichen, die heute auf ökologischer Ebene gefordert werden, wie es bei den oben genannten Techniken der Fall ist, oder bei den Techniken, die im Dokument EP-A3- 0 375 913 beschrieben sind, die ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nennt.

Eines der wesentlichen Ziele der Erfindung bestand darin, für eine Gruppe prinzipieller Arten der geläufigsten Abfälle eine optimale Stabilität bei der Lagerung nach der Verfestigung anzustreben, sowie ein industrielles, kontinuierliches Verfahren zu entwickeln, das an zahlreiche Typen von Abfällen anpaßbar ist und es gestattet, diese in geformte, beispielsweise extrodierte Massen umzuwandeln, die geeignet sind, unmittelbar auf Ablagegeländen gelagert zu werden.

Die Erfindung greift auf die bekannte Technik der Vermengung oder Vermischung von Abfall bei gesteuerter Temperatur zurück, die für eine gegebene Art von Abfällen im wesentlichen konstant ist, zusammen mit einem oder mehreren Reagenzien und/oder hydraulischen Bindemitteln, die es gestatten, das passive Verhalten während des erzwungenen Durchgangs der noch fließfähigen Masse in einem Extruder sicherzustellen, um eine geformtes Material zu erhalten.

Nichtsdestoweniger ist gemäß der wesentlichen Merkmale, die es gestatten, das vorausgehend aufgestellte Problem zu lösen, das Verfahren der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall, der in Form einer Mischung mit der oder den Reagenzie(n) bei einer Flüssigkeitsgrenze aufbereitet ist, die zwischen 25% und 45% liegt, in einem Vakuum durchgeknetet bzw. vermischt wird, das niedriger liegt als 10 mm Hg.

Die Tatsache, die Mischung unter ständigem Vakuum zu bilden und zu halten, das in der Praxis zwischen 0,1 und 10 mm Hg gehalten wird, bietet zahllose Vorteile; zunächst kann man so alle Produkte entziehen, die bei einer gewöhnlichen Temperatur flüchtig sind und die in den Abfällen, insbesondere Industrieabfällen, enthalten sind, wie beispielsweise leichte Kohlenwasserstoffe, organische Lösungsmittel, Ammoniak, Amine ... usw., wobei diese Produkte nicht für die Langzeit- Stabilität der erhaltenen Materialien erwünscht sind; dann stellt sich unter der Auswirkung eines herbeigeführten Vakuums eine Annäherung der verschiedenen Partikel aneinander ein, die das extrudierte Material bilden, was eine bedeutende Verkleinerung der Porosität und eine Erhöhung der gegenseitigen Haftung nach sich zieht. Schließlich ruft gleichzeitig zu diesen Erscheinungen die ständige Vorwärtsbewegung des Materials beim Vorgang des Durchknetens und der Extrusion eine ständige Erneuerung der dem Vakuum ausgesetzten Oberflächen hervor und ergibt so ein Endmaterial oder Extrudat mit einer Homogenität, die viel größer ist als die, die durch die herkömmliche Technik erhalten wird.

Auch die Beherrschung der Temperatur bildet einen wesentlichen und kritischen Parameter beim Verfahren der Erfindung. Tatsächlich hängen von dieser Temperatur im wesentlichen die folgenden Erscheinungen ab: die Dampfdrücke der Bestandteile der Mischung sowie die Geschwindigkeiten der verschiedenen Reaktionen, die während der Stabilisierungserscheinung stattfinden, sowie Ausfällungen, Austauschvorgänge, Absorptionen, Hydratisierungen und Verfestigungen. Die Temperatur der Mischung ändert sich im wesentlichen aus zwei Gründen: einerseits dem Einsetzen von physikalisch-chemischen exo thermen oder endothermen Reaktionen, und andererseits der Umwandlung der mechanischen Rührenergie in der Einrichtung zum Durchkneten in eine thermische Energie. Wie man weiter unten noch sehen wird, können gemäß der Erfindung verschiedene Mittel benutzt werden, um diese Temperatur zu steuern und zu optimieren.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung sind die Vorgänge des Durchknetens und des Abformens durch Extrusion im Vakuum mit einer Einäscherung der flüchtigen Materialien gekoppelt, die dem Abfall durch das Vakuum entzogen wurden, und die Abfälle aus der Reinigung der Rauchgase (DEF), die von der Verbrennung herkommen, werden in dem Vorgang des Durchknetens wieder zurückgeführt.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchführen des obigen Verfahrens zum Gegenstand. Die Vorrichtung ist im wesentlichen aus der Kombination einer Kneteinrichtung gebildet, die durch ein Gitter zum Abteilen der Mischung aus Abfällen im Verlauf der Verfestigung mit einer Formvorrichtung verbunden ist, die mit einer Schnecke mit Extrusionskopf versehen ist, wobei dieser mittels Vakuumpump(en)mitteln mit einer Verbrennungseinrichtung in offener Verbindung steht. Die Kneteinrichtung und die Formvorrichtung sind mit Regulier- und Steuermitteln für die Temperatur versehen, um je nachdem das Aufheizen oder Abkühlen der Abfälle im Verlauf der Verfestigung sicherzustellen.

Die Erfindung hat auch die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung zum Gegenstand, wie sie im Anspruch 7 gekennzeichnet sind.

Um das Verständnis zu erleichtern und andere Einzelheiten und Merkmale zu liefern, wird nun eine Ausführungs- und Funktionsweise nicht-einschränkend dadurch beschrieben, daß man sich auf eine vereinfachte, schematische Darstellung gemäß der einzigen, beigefügten Figur einer Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens bezieht.

Die Anlage zum Verfestigen von Abfällen, die zum kontinuierlichen Betriebeingerichtet ist, weist im wesentlichen die folgenden Merkmale auf: einen Behälter oder Reaktor zum Vermischen oder Durchkneten 1, gefolgt von einer Formvorrichtung nach Art eines Extruders 2, die durch eine Pumpanordnung 3 (beispielsweise zweistufige Pumpen) unter Vakuum gehalten sind, verbunden mit einer Verbrennungseinrichtung 4 für die zurückgewonnenen, flüchtigen Materialen.

Der Abfall 5 in einer Form, die noch später genauer erörtert wird, wird durch eine Justiereinrichtung 6 in die Kneteinrichtung 1 eingebracht, und man fügt durch eine Öffnung 7 die Reagenzie(n) hinzu, die zur Stabilisierung bestimmt sind, beispielsweise Verfestigungsmittel an sich bekannter Art. Das alles wird beispielsweise durch die Schnecken 8, 9 durchgeknetet, die aber auch durch Rührer oder andere bekannte Mittel ersetzt werden können. Man zwingt die Mischung, durch eine perforierte Anordnung nach Art eines Gitters 10 hindurchzutreten, um eine Aufteilung des Materials vor dem automatischen Einbringen in einen Extruder 2 sicherzustellen, wo die Schnecke 11 das Material dazu zwingt, die Düse 12 zu passieren, aus der der stabilisierte Abfall 13 in Form einer Wulst oder in jeder anderen, angestrebten Form heraustritt, um nachfolgend durch 14 auf den Lagerplatz gesandt zu werden.

Die Kneteinrichtung 1 und der Extruder 2 sind vorteilhafterweise mit einer Doppelwand 15 ausgebildet, innerhalb deren ein Wärmeübertragungs-Strömungsmittel umläuft, beispielsweise nach Art des Mittels "Giltherm" (eingetragenes Waren zeichen) oder ein anderes, um die Regulierung der Temperatur sicherzustellen.

Die Anlage ist durch eine Leitung 16 mit Vakuumpumpen 3 verbunden, und die flüchtigen Erzeugnisse des Abfalls, die durch den starken Unterdruck aufgefangen wurden, beispielsweise von 0,5 bis 5 mm Hg, werden in die Verbrennungseinrichtung 4 geliefert. Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden die Rückstände oder Abfälle von der Reinigung der Rauchgase (REF oder DEF) durch 17 in den Kopf der Mischeinrichtung 1 gefördert. Bei einer solchen Tätigkeit wird der Zweck, auf den die Erfindung abzielt, nämlich die Anordnung eines Systems ohne für die Umgebung schädlichen Ausstoß, somit dank der oben zusammengefaßten Technik erzielt.

In der Praxis können alle Arten von Abfällen der erfindungsgemäßen Behandlung unterzogen werden, und unter diesen besonders: die Verbrennungsrückstände aus Stadt-, Industrie- und Krankenhausmüll; diese Abfälle können ursprünglich unter verschiedenen Formen vorliegen, wie Flüssigkeiten, Feststoffe, Schlämme, Pasten usw....

Wie oben genau ausgeführt, sind jedoch die Abfälle oder Mischungen, die entweder zu flüssig oder zu pastenartig sind und die nicht innerhalb der oben genau ausgeführten Flüssigkeitsgrenzen liegen, vom Bereich der Anwendung der Erfindung ausgeschlossen. Wenn die Abfälle in fester Form vorliegen, wie beispielsweise verschmutzte Erdmassen oder andere Materialen, ist es zweckmäßig, daß die mittleren Durchmesser der Partikel bevorzugt kleiner sind als 100 Mikrons.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform richtet man es ein, daß die Mischung, die in die Kneteinrichtung eingebracht ist und von den Abfällen und de Reaktionsmittel oder dem Mittel zur Verfestigung/Stabilisierung gebildet ist, sich in Form einer Paste darbietet, die die Flüssigkeitsgrenze aufweist, die im oben genannten Intervall liegt.

Um die Zweckmäßigkeit des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung noch besser verständlich zu machen, werden jetzt nachfolgend Ergebnisse von Versuchen beschrieben, die unter zahlreichen anderen ausgewählt sind, in welchen man die Leistungen, was die Materialstabilität erzielter Abfälle angeht, zwischen der bekannten Durchknetung/Extrusion und dem Betrieb der oben genannten Vorrichtung vergleicht.

Ausführungsbeispiele:

Man hat wie im Fall des französischen Patents FR-A-2 644 372 und als Abfall eine Verbrennungsflugasche (CV) aus Hausmüll bearbeitet, deren Zusammensetzung etwa die folgende war: 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%; organische Kohlenstoff: 1% Rückstandsmaterialien.

Eine repräsentative Probe dieser Flugaschen, die der französischen Norm DIN 38414 unterzogen wurde, erbrachte durch Extraktion die folgenden toxischen Elemente, ausgedrückt in ppm (Teile pro Million): Pb : 6,3; Cu : 0,2; Cd : 60; Zn : 900; Fe : 0,2.

a) In einer ersten Reihe von Versuchen hat man 133,3 kg an CV (Flugasche) 30 kg Wasser zugesetzt, in dem 0,183 kg ungelöschter Kalk (CaO) dispergiert war, indem man in üblicher Weise durchgeknetet hat. Nach der Verdichtung des Materials, erhalten durch Extraktionen nach der oben genannten Norm DIN 38414 und nach drei Monaten (in ppm).

Pb: 0,4; Cr : 0,2; Cu : < 0,1; Cd < 0,2; Zn: 1,5 der Widerstand gegenüber Verdichtung betrug 8,5 megaPascals.

b) Während in den oben genannten Versuchen die Durchknetung in herkömmlicher Art durchgeführt wurde, analog zur Herstellung von Beton aus Portlandzement, wurden dieselben Versuche mit demselben Abfall durchgeführt, wobei alle anderen Bedingungen im übrigen gleich waren, mit der Ausnahme, daß die Vorgänge des Durchknetens/Extrudierens im Vakuum und unter kontrollierter Temperatur durchgeführt wurden, und zwar gemäß derselben Ausführung wie in der schematischen Darstellung der hier beigefügten Figur. Die Temperatur wurde im wesentlichen bei 20ºC gehalten, und der Unterdruck (oder das Vakuum) entsprach 0,5 mm Hg.

Die Extraktion des extrudierten Materials hat die folgenden Resultate ergeben (ppm):

Pb : < 0,1; Cr : < 0,1; Cu < 0,1; Cd < 01; Zn < 0,1. Man hat demnach die Stabilität des geformten Abfalls sehr deutlich verbessert.

Während man im übrigen in den industriellen, herkömmlichen Durchknetvorrichtungen 12 Tonnen Abfälle pro Stunde bei einer Leistung von 270 PS behandeln konnte, war es dank dem Vorgehen und Gegenstand der Erfindung möglich, einen deutlich höheren Durchsatz von 18 Tonnen Abfällen pro Stunde hindurchzuleiten.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Erhalten geformter, stabilisierter Materialien im physikalisch-chemischen Sinne aus Abfällen verschiedener Art und verschiedenen Ursprungs, das der Art nach darin besteht, den Abfall bei kontrollierter, für einen gegebene Art von Abfällen konstanter Temperatur durchzukneten, wobei der Vorgang kontinuierlich mit mindestens einem Verfestigungsmittel nach Art eines hydraulischen Bindemittels bewirkt wird, und durch Extrusion das erhaltene, feste Material zu formen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall, der in Form einer Mischung mit einer Flüssigkeitsgrenze aufbereitet ist, die zwischen 25% und 45% liegt, im Vakuum mit weniger als 10 mm HG durchgeknetet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum, in dem der genannte Vorgang fortfährt, einem Intervall von 0,1 bis 10 mm Hg entspricht.

3. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchknetvorgänge im Vakuum und der Formvorgang durch Extrusion mit einer Verbrennung flüchtiger Materialien gekoppelt sind, die aus dem Abfall durch das Vakuum abgezogen wurden, und daß die Abfälle aus der Reinigung der Rauchgase (DEF), die sich aus der Verbrennung ergeben, im Durchknetvorgang rückgeführt werden.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen durch die Kombination einer Kneteinrichtung (1) gebildet ist, die durch ein Gitter zum Abteilen von Material (10) mit einer Formvorrichtung (2) verbunden ist, die mit einer Schnecke (11) mit Extrusionskopf (12) versehen ist, wobei diese Formvorrichtung mittels Vakuumpump(en)mitteln (3) in offener Verbindung mit einer Verbrennungseinrichtung (4) steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kneteinrichtung und/oder die Formvorrichtung mit Regulier- und Steuermitteln für die Temperatur versehen sind, um eine Abkühlung oder Erwärmung der Mischung aus Abfällen im Verlauf der Verfestigung sicherzustellen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Regulieren der Temperatur von einer Doppelwand (15) der Kneteinrichtung (1) und/oder der Formvorrichtung (2) gebildet sind, innerhalb deren ein wärmeförderndes Strömungsmittel umläuft.

7. Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 bei der Verfestigung und beim Formen durch Extrusion von Abfällen, die in der Gruppe ausgewählt sind, die gebildet ist durch: Abfälle aus der Verbrennung von Hausmüll, Industriemüll und Krankenhausmüll, wobei die genannten Müllsorten in der ursprünglichen Form beispielsweise von Feststoffen, Flüssigkeit, Schlamm und Pasten in den Druchknetvorgang und vor dem Zusatz des Verfestigungsmittels in Form einer halb-pastenartigen Mischung eingebracht werden, bei der die Flüssigkeitsgrenze zwischen 25% und 45% liegt.







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