СПОСОБ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ДЕТОКСИКАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ

СПОСОБ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ДЕТОКСИКАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2123989 (13) C1

(51) 6 C04B28/00, C04B28/00, C04B18:06, C04B38/08, C04B38/10, B09B3/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.10.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1998.12.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 97108456/03 
(22) Дата подачи заявки: 1997.05.22 
(45) Опубликовано: 1998.12.27 
(56) Аналоги изобретения: US 4432666 A, 21.02.84. US 5045115 A, 03.09.91. RU 2052412 C1, 20.01.96. RU 94023197 A1, 10.10.95. RU 2077521 C1, 20.04.97. 
(71) Имя заявителя: Всероссийский федеральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский технологический институт строительной индустрии "ВНИИжелезобетон" 
(72) Имя изобретателя: Рахманов В.А.; Горбовец М.Н.; Мелихов В.И.; Топильский Г.В.; Величко Е.Г.; Козловский А.И.; Довжик В.Г. 
(73) Имя патентообладателя: Всероссийский федеральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский технологический институт строительной индустрии "ВНИИжелезобетон" 

(54) СПОСОБ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ДЕТОКСИКАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ 

Способ относится к области производства строительных материалов, в частности к способам детоксикации золошлаковых отходов различных производств, в том числе мусоросжигательных заводов по переработке твердых бытовых отходов, с последующей их утилизацией в технологии изготовления высокоэффективных и экологически безопасных строительных изделий и конструкций. Первоначальную золу и шлак подвергают механохимической обработке при силе механического воздействия 30 - 120 Вт/кг до тонины помола 3750 - 5750 см2/г в присутствии смеси ионитов, хелатообразующих лигандов и специальных крепителей с последующим добавлением цемента и активных минеральных добавок до образования однородной подвижной смеси, из которой готовят высокоэффективные экологически безопасные строительные изделия и конструкции, в т.ч. и особо легкие. При реализации способа обеспечивается снижение количества соединений тяжелых цветных металлов, вымываемых водой из отходов различных производств, и повышение экологической безопасности получаемых изделий. 3 з.п.ф-лы, 7 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к способам физико-химической детоксикации золошлаковых отходов различных производств, в том числе зол и шлаков мусоросжигательных заводов по переработке твердых бытовых отходов (ТБО) с последующей их утилизацией в технологии изготовления высокоэффективных и экологически безопасных строительных изделий и конструкций, используемых для нужд промышленного, гражданского и социально-культурного строительства.

Известен способ переработки твердых бытовых отходов, включающий сортировку фракций ТБО, магнитную сепарацию металлов, отделение некомпостируемых фракций, стекла, полиэтиленовой пленки, переработку материала в биобарабанах в аэробных условиях с последующей физико-химической детоксикацией ферментированного компоста от высокотоксичных элементов тяжелых цветных металлов (ТЦМ) сорбентами ионитного типа в H+ - форме путем многократной рециркуляции водной фазы и последовательного ее прохождения через систему: реактор выщелачивания - катионитный фильтр, насыщенный элементами ТЦМ катионит регенерируют и подвергают фильтрационному разделению с образованием маточного раствора и осадка - концентрата ТЦМ. В результате получается очищенный от ТЦМ экологически чистый компост, используемый в качестве удобрения [1].

Недостатком известного технического решения является его сложность, многостадийность и малая эффективность из-за образования вторичных отходов в виде маточного раствора и концентрата ТЦМ, которые сами по себе нуждаются в дальнейшей очистке, разделении и утилизации.

Известен также способ детоксикации твердых бытовых отходов, заключающийся в смешении отходов с цементом и водой затворения с образованием формовочной смеси [2].

Недостатками известного технического решения являются сравнительно большие концентрации ТЦМ, которые вымываются водой из отформованных блоков, что не позволяет использовать получаемые блоки в качестве элементов строительных изделий.

Технической задачей изобретения является понижение концентрации ТЦМ вымываемых водой из золошлаковых отходов различных производств и получение на их основе высокоэффективных и экологически безопасных строительных изделий.

Решение технической задачи достигается тем, что способ физико-химической детоксикации включает смешивание отходов с цементом и водой затворения с образованием формовочной смеси, причем золошлаковый отход предварительно сортируют с сепарацией металлических примесей и несгоревших фракций, сепарированную золошлаковую смесь при массовом соотношении шлак: зола 1: (0,5-2) подвергают механо-химической обработке путем совместного сухого или мокрого измельчения в присутствии смеси ионитов в H+ и OH- формах при их массовом соотношении 1: (0,008 - 0,012), хелатолигандов и комплексной водопонижающей химической добавки при силе механического воздействия 30 - 120 Вт на один килограмм обрабатываемой смеси в течение 0,75 - 2,25 ч до образования однородной тонкоизмельченной смеси с тониной помола 3750 - 5750 см2/г, которую затем подвергают дополнительной химической обработке 1 - 5% водным раствором крепителя из жидкого стекла и ортофосфорной кислоты при их мольном соотношении 1: (0,5 - 1,0) и pH среды 7 - 9, и перемешивают в течение 15 - 30 мин до полной гомогенизации состава при температуре 20 - 50 oC, а смешивание с цементом и водой затворения осуществляют при непрерывном перемешивании до образования однородной подвижной формовочной смеси с осадкой конуса 4 - 20 см при следующем соотношении компонентов, мас.% - цемент 27,0 - 41,0, золошлаковая смесь 50,0 - 58,0, комплексная водопонижающая добавка 0,5 - 2,5, смесь ионитов 0,01 - 0,42, хелатолиганды 0,01 - 0,25, водный раствор крепителя 1,5 - 5,0, остаточная вода затворения - остальное, однородную подвижную смесь укладывают в формы и выдерживают в течение 2 - 3 часов при температуре 20 - 40 oC и относительной влажности воздуха 60 - 90%, затем подвергают тепловлажностной обработке по режиму 3+6+4 ч при температуре изотермической выдержки 60 - 80 oC до получения строительных изделий и конструкций, в том числе особо легких. Для получения легких строительных изделий в подвижную формовочную смесь дополнительно вводят микрокремнеземистую добавку, пенообразователь, стабилизатор пены при следующем соотношении компонентов мас.ч: подвижная формовочная смесь - 100, пенообразователь 0,5 - 2,5, стабилизатор пены 1,5 - 3,5, микрокремнеземистая добавка 3 - 5, для изготовления особо легких строительных изделий в формовочную смесь дополнительно вводят полистирольный заполнитель в виде гранул вспененного полистирола при объемном соотношении формовочная смесь: полистирольный заполнитель, равном 1: (0,75 - 1,15).

В работе были использованы следующие материалы: портландцемент марок 400 - 500 по ГОСТ 10178 - 85, золошлаковую смесь Московского мусоросжигательного завода N 3, вещественный и микроэлементный состав которых приведен в табл. 1 и 2, комплексная водопонижающая добавка типа ФОК-М по ТУ 2601-156-00284807-96 или С-3 по ТУ 6-36-0204229-625-90, катиониты: КМ-2п по ТУ 95.476-77, КУ-2-8 по ТУ 0.02.78-85, СФ-4 по ТУ 0.02.3-38, СФ-5 по ТУ 0.02.3-78, аниониты: ВП-1п (или ВП-1АП) по ОСТ 95.291-86, АД-1 по ТУ 002.87-86, АМ-2Б по ОСТ 95.291-86, ортофосфорная кислота по ГОСТ 6552-80, стекло жидкое силикатное натриевое по ТУ 6-18-204-74 или стекло жидкое силикатное натриевое по ГОСТ 13078-81, пенообразователь: ПО-1 по ГОСТ 6948-80, ПО-6К по ТУ 38.10740-82, ТЭАС по ТУ 38.107127-82, ПО-3А "Ива" по ТУ 38.10923-75, стабилизатор пены - окись кальция по ГОСТ 8677-76, микрокремнезем по ТУ 5743-049-024-953-32-95 или по ТУ 5743-048-024-953-32-96.

Выбор типа химических детоксикантов (смесь ионитов, хелатообразующих лигандов и раствора крепителя), используемых в предлагаемом способе, и их количество определялись не только с учетом вещественного и микроэлементного состава золошлаковых отходов, но также с учетом ряда напряжений металлов и их сродства к конкретному компоненту. Нижний концентрационный предел обусловлен чрезмерным снижением скорости химических превращений, а верхний - излишним расходом реагентов.

В пределах же заявленных условий происходит процесс химического связывания и закрепления подвижных ионов ТЦМ в водонерастворимые химические структуры порой пространственного типа, которые дополнительно капсулируются в момент твердения золошлакоцементной смеси прочной бетонной матрицей, крепко удерживающей в себе химические новообразования, что приводит к значительному снижению содержания ТЦМ в водных вытяжках, не превышающему предельно допустимых концентраций.

Прочность готовых бетонных изделий определяли по ГОСТ 17117.10-81, объемную массу - по ГОСТ 17117.3-81, морозостойкость по ГОСТ 10060-87, выщелачиваемость - при соотношении твердой и жидкой фаз по методикам, утвержденным Государственным Комитетом санитарно-эпидемиологического контроля, оперативный анализ водных вытяжек - с помощью ИНП-МС-масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, а также с помощью атомно-эмиссионной спектрометрии, основанной на регистрации эмиссионного спектра атома, подвижность бетонной смеси - по ГОСТ 10181-1-81.

Конкретные примеры практической реализации предложенного способа физико-химической детоксикации золошлаковых отходов приведены в табл. 3 - 7.

Сравнительный анализ табл. 5, 6 и 7 показывает, что применение предложенного способа физико-химической детоксикации и утилизации золошлаковых отходов позволяет получать высокоэффективные экологически безопасные строительные материалы. При плотности таких изделий 400 - 2000 кг/м3 прочность при сжатии достигает 1,2 - 27,0 МПа соответственно (см. табл. 5, примеры 2 - 5), а содержание тяжелых и цветных металлов в водных вытяжках по каждому элементу не превышает предельно-допустимых концентраций для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (см. пример 4, табл. 6), в то время как по известному способу содержание ТЦМ превышает уровень ПДК практически по всем элементам тяжелых металлов (примеры 2, 3, табл. 7).

То же самое наблюдается и при изготовлении легких и особо легких полистиролбетонных изделий. При плотности 150 - 450 кг/м3 прочность готовых изделий находится в пределах 0,25 - 1,35 МПа соответственно.

Применение же способа физико-химической детоксикации за пределами заявленных условий не приводит к достижению желаемых результатов (см. табл. 5, примеры 6, 7; табл. 7, пример 5).

Литература

1. Патент России N 2049083. Способ переработки твердых бытовых отходов, 1993.

2. Патент США 4432666, кл. B 09 B 3/00, 1984. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ физико-химической детоксикации и утилизации золошлаковых отходов, включающий смешивание отходов с цементом и водой затворения с образованием формовочной смеси, отличающийся тем, что золошлаковый отход предварительно сортируют с сепарацией металлических примесей и несгоревших фракций, сепарированную золошлаковую смесь при массовом соотношении шлак : зола 1 : (0,5 - 2) подвергают механохимической обработке путем совместного сухого или мокрого измельчения в присутствии смеси ионитов в H+- и OH--формах при их массовом соотношении 1 : (0,008 - 0,012), хелатолигантов и комплексной водопонижающей химической добавки при силе механического воздействия 30 - 120 Вт на 1 кг обрабатываемой смеси в течение 0,75 - 2,25 ч до образования однородной тонкоизмельченной смеси с тониной помола 3750 - 5750 см2/г, которую затем подвергают дополнительной химической обработке 1 - 5%-ным водным раствором крепителя из жидкого стекла и ортофосфорной кислоты при их мольном соотношении 1 : (0,5 - 1,0) и pH среды 7 - 9, и перемешивают в течение 15 - 30 мин до полной гомогенизации состава при 20 - 50oC, а смешивание с цементом и водой затворения осуществляют при непрерывном перемешивании до образования однородной подвижной формовочной смеси с осадкой конуса 4 - 20 см при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент - 27,0 - 41,0

Золошлаковая смесь - 50,0 - 58,0

Комплексная водопонижающая добавка - 0,5 - 2,5

Смесь ионитов - 0,01 - 0,42

Хелатолиганды - 0,01 - 0,25

Водный раствор крепителя - 1,5 - 5,0

Остаточная вода затворения - Остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что однородную подвижную смесь укладывают в формы и выдерживают в течение 2 - 3 ч при 20 - 40oC и относительной влажности воздуха 60 - 90 %, затем подвергают тепловлажностной обработке по режиму 3+6+4 ч при температуре изотермической выдержки 60 - 80oC до получения строительных изделий и конструкций, в т.ч. и особо легких.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для получения легких строительных изделий в подвижную формовочную смесь дополнительно вводят микрокремнеземистую добавку, пенообразователь, стабилизатор пены при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Подвижная формовочная смесь по п.1 - 100

Пенообразователь - 0,5 - 2,5

Стабилизатор пены - 1,5 - 3,5

Микрокремнеземистая добавка - 3 - 5

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что для изготовления особо легких строительных изделий в формовочную смесь дополнительно вводят полистирольный заполнитель в виде гранул вспененного полистирола при объемном соотношении формовочная смесь : полистирольный заполнитель 1 : (0,75 - 1,15).








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru