專利名稱:有機(jī)和無機(jī)廢料轉(zhuǎn)變成惰性不溶于水的固體材料的方法
本發(fā)明是關(guān)于把含有至少30％(以重量計(jì))纖維素物質(zhì)的有機(jī)和無機(jī)廢料轉(zhuǎn)變成固體惰性和不溶于水的產(chǎn)品的方法。
具體地說，該方法用于將含有多種組份的有機(jī)和無機(jī)物的混合物的家用垃圾和工業(yè)廢物轉(zhuǎn)變成建筑業(yè)和土木工程所用的材料。迄今為止，家用垃圾和工業(yè)廢物一般是通過傾卸在地里、或焚化或簡單熱處理。這兩種處理方法造成的嚴(yán)重危害是眾所周知的。它們可引起嚴(yán)重的污染。確切地說，在使用焚燒或熱解處理時，經(jīng)常可在不同來源的垃圾和廢物中發(fā)現(xiàn)的某些物質(zhì)容易釋放出毒氣，擴(kuò)散到大氣中。例如，氯化和氟塑料容易分別釋放出氟氣或鹽酸氣，或者氟氣或氫氟酸氣。從而，使用這種類型的處理方法處理垃圾或廢物的可能性受到了很大限制。
另一方面，大量未處理的廢物或不能再被利用的焚化器中的殘存物逐漸積累，也產(chǎn)生嚴(yán)重問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種方法克服這些缺點(diǎn)，此方法是將有機(jī)和無機(jī)廢料轉(zhuǎn)變成能在諸如建筑業(yè)和土木工程中使用的惰性材料。該法包括若干工序，其中將被處理的廢料體積大大減小且轉(zhuǎn)變成惰性固體產(chǎn)物，在實(shí)施此方法中或在以后沒有任何毒氣或其它毒性物質(zhì)釋放出。
為此，本發(fā)明的方法特征在于，除去廢料中可能含有的金屬物，然后廢料經(jīng)過研磨和均勻化，形成均勻的粉狀物質(zhì)，且壓制成許多的塊料形式，最后，在生石灰存在下，這些塊料經(jīng)過熱處理。所說的熱處理包括初始的加熱階段，在加熱過程中，塊料中心溫度從最初低于100℃快速升到至少250℃，但要低于原始廢料中可能含有的塑料熱分解溫度。
所說的固體濕含量最好控制在27-30％(以重量計(jì))。
壓縮所說的粉狀廢料的所需壓力范圍也最好定在150-900巴。
按照本優(yōu)選實(shí)施例的方法，粉狀廢料壓制成直徑為4-20毫米，長為6-30毫米的圓柱柱體或顆粒。
按照優(yōu)選實(shí)施例的方法，該物質(zhì)在壓制步驟之前立刻把至少一種添加物摻進(jìn)粉狀廢料。
所述的添加物可由如下物質(zhì)中選取一元磷酸鈣、磷酸、硫酸鈣、尿素、銨鹽、氨水溶液、硼砂、碳酸氫鈉、氯化鈉、干抽提明膠、木薯渣或淀粉、藻酸鈉、羧甲基纖維素、甲基纖維素、改性甲基纖維素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、蜜胺甲醛樹脂、酚醛樹脂、蜜胺甲醛樹脂不溶劑、聚乙烯醇不溶劑、苯并呋喃樹脂、脲甲醛樹脂、硅酸鉀、硅酸鈉，當(dāng)它們摻進(jìn)粉狀廢料時，可以是粉狀、液體或溶液或水分散體形式。
所說的粉狀廢料在壓制步驟以前，一定量的粉狀生石灰(例如相當(dāng)于0.3-10％的粉狀廢料)可選擇性地?fù)饺?。加入這種生石灰的目的是，為使壓制加工有效地進(jìn)行，而將粉狀廢料的溫度提高到最佳值，例如由于生石灰與粉狀廢料中的濕氣反應(yīng)，致使溫度升到大約80℃。
按照優(yōu)選實(shí)施例，在初始塊狀廢料加熱處理的加熱階段，塊料的中心溫度升到250-300℃的范圍內(nèi)，并在此溫下保持一定的時間，在所說的初始加熱階段后為中間加熱階段，其溫度逐漸降低到60-80℃，及溫度在60-80℃的最后加熱階段。
塊狀廢料熱處理時的總加熱時間最好為20-45分鐘。
初始加熱階段的持續(xù)時間最好相當(dāng)于總加熱時間的大約三分之一。
按照優(yōu)選實(shí)施例的方法，通過以恒定速率移動塊料或顆粒進(jìn)行熱處理，首先從250℃-300℃的初始加熱區(qū)，經(jīng)過中間區(qū)，到60°-80℃的最后加熱區(qū)。中間加熱區(qū)提供與顆粒移動方向相應(yīng)的，從初始加熱區(qū)溫度到最后加熱區(qū)溫度的逐漸溫度變化。在初始加熱的開始處，顆粒與生石灰或生石灰和至少一種鈣鹽的粉狀混合物同時加入。
所說的鈣鹽最好是碳酸鈣。
在熱處理前，加入到固體塊中的生石灰或生石灰和鈣鹽的混合物的比例最好是以所說的塊料總量為基準(zhǔn)，相當(dāng)于0.3-0.5％重量的鈣鹽。
按照優(yōu)選實(shí)施例，通過使固體廢料塊或者顆粒經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)軸基本上是水平的逐道式旋轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熱處理，所說的旋轉(zhuǎn)爐的側(cè)壁內(nèi)表與螺桿傳送器整體配合，螺桿傳送器使固體塊料以基本恒定的速度從旋轉(zhuǎn)爐的一端傳送到另一端。
能夠進(jìn)行本發(fā)明操作的物質(zhì)，其來源和組成可變化相當(dāng)大。
例如，它們可以是家用垃圾以及工業(yè)廢物或殘?jiān)?br>如果人們研究了這些物質(zhì)的性質(zhì)，會發(fā)現(xiàn)實(shí)際上它們含有多種來源的產(chǎn)品混合物，其組成明顯可能相當(dāng)大的和或多或少以任意方式增減。但一般地說，經(jīng)過處理的物質(zhì)的平均組成以下述含量為最佳(以重量百分比計(jì))。
纖維素物質(zhì)50-60％淀粉物質(zhì)(如淀粉和蟲糞)6-7％塑料(合成聚合物樹脂)6-7％含硅物3-4％
在進(jìn)行本方法前，收集到的垃圾和廢物要受到通常的分類和篩選，以便分離出可回收和/或再循環(huán)加工的物質(zhì)，例如尤其是大塊金屬。
可以通過研磨和混合得到基本無金屬尤其無鐵的粉狀混合物廢料。這兩道工序既可以單獨(dú)進(jìn)行也可以同時進(jìn)行，且可以與分離金屬，尤其是鐵基元素的一種或幾種分離工序相結(jié)合。例如，在鐵粒子和其它鐵磁物磁性分離前后，使廢料經(jīng)過第一道粗磨，然后進(jìn)行第二道研磨，例如利用旋錘式研磨機(jī)，以便把廢料研磨成不大于5-8毫米的顆粒。
可有選擇地向廢料中添加一種輔助的無機(jī)填料，最好是在粉狀混合物制備之后，目的是改變廢料總的組成，特別是，為了提高最終產(chǎn)品的原料組成和產(chǎn)品特性，例如，使廢料具有所期望的密度。這種輔助的無機(jī)填料既可以在粘合劑摻入研磨廢料之前加入廢料中，也可以與粘合劑同時加入廢料中。可用作輔助無機(jī)填料的一種組份，例如可從如下物質(zhì)中選取的一種或若干種物質(zhì)碳酸鈣、石膏、灰漿、高爐瓦灰、氧化鎂、硫酸鋇、鋅鋇白白云石、泥質(zhì)物類、煤粉。
例如，構(gòu)成這種輔助填料的物質(zhì)的總比例最好占廢料和填料的混合物總量的20％-40％。
添加物摻入，可有選擇性地含有輔助填料磨碎的廢料中的操作，在混合設(shè)備(例如，立式攪拌機(jī))中進(jìn)行是十分有利的，接著通過另一個混合設(shè)備(例如，臥式攪拌機(jī))，在其中添加物連續(xù)浸漬磨碎的物料，例如時間為15-20分鐘，為的是得到一種磨碎物和添加物的均勻混合物，在此添加物很好地浸透了磨碎物。
可用無論是粉狀、液體或糊狀的任何一種化合物作添加物，這種化合物是能直接加入并均勻地分散磨碎物料中并使之具有一些物理特性，例如特別是塑性以及流變特性，使混合物以后成型為固體顆粒，在熱化學(xué)處理的最后加工過程中，保持粘結(jié)力。
例如，可用通過在水中加熱(不超過90℃)至少一種如下化合物(最好以下文所注明的重量百分比，按所用水的重量計(jì))得到的產(chǎn)品作添加物。
一元磷酸鈣0.2-1.5％磷酸 0.2-1.5％硫酸鈣 2.5-7.5％尿素 0.5-2％銨鹽 1.0-3.0％氨水溶液，40°波美1.0-3.0％硼砂(例如，已知的商品名稱為“neobore”)的產(chǎn)品0.3-2.0％碳酸氫鈉或氯化鈉0.3-1.5％干抽提明膠(例如，骨明膠)1.8-3.0％木薯蟲糞 2.0-6.0％木薯淀粉 4.0-12.0％藻酸鈉 2.0-8.0％羧甲基纖維素1.5-4.0％甲基纖維素 1.0-3.0％改性甲基纖維素(例如，已知的商品名稱為“thylose”的產(chǎn)品)1.5-5.0％增塑聚醋酸乙烯酯2.0-8.0％聚乙烯醇 2.5-8.0％脲甲醛樹脂 0.5-3.0％酚醛樹脂 1.0-2.0％聚乙烯醇不溶劑、蜜胺甲醛樹脂不溶劑、苯并呋喃樹脂硅酸鉀或硅酸鈉、等等。
具體地說，以添加物方式添加的一種粉狀物可由第一種粉末和第二種粉末混合(重量比1∶2-2∶1)而成。第一種粉末含有0.3-1.2份(重量)的硫酸鈣0.1-1.2份(重量)的一元磷酸鈣0.5-0.2份(重量)的硼砂0.5-2份(重量)的尿素0.5-3份(重量)的骨明膠0.1-1份(重量)的羧甲基纖維素10-50份(重量)的碳酸鈣第二種粉末是通過在甲醛和氨的水介質(zhì)中加熱木薯渣使之膨脹到沸點(diǎn)，再經(jīng)干燥制備而成的(例如，以重量計(jì)0.5-2份的甲醛、以重量計(jì)0.5-2份的波美400°的氨水、以重量計(jì)的10-40份的木薯渣)。
例如，加入粉狀廢料中的添加物重量比可以是0.5-5％。
廢料(可選擇性地含有輔助填料)和添加物，以及粉狀生石灰或者生石灰和至少一種鈣鹽的混合物的壓制加工，在壓制步驟之前把生石灰加到粉狀廢料的情況下，可采用本來已知的方式，這取決于轉(zhuǎn)變最終產(chǎn)物的材料結(jié)構(gòu)所需要的形狀。為了得到粒料，例如長為6-30毫米，直徑為4-20毫米的小圓柱顆粒，使用工業(yè)型造粒機(jī)是十分有利的，其中造粒的壓力為150-900巴。廢料的輔助填料和添加物(如果有的話)的混合物可被壓制成幾厘米大小的塊，并可用作墻壁或鋪路建材，或者壓成板材或面板形式，例如可作為墻面材料。
與含填料和添加物的壓制廢料固體制品接觸，如果需要，且要經(jīng)過熱處理的生石灰或生石灰及碳酸鈣的混合物比例最好是CaO的重量最好為0.3-0.5％和碳酸鈣的重量最好為0.3-0.5％?？偀崽幚淼臅r間最好是20-45分鐘，第一階段的熱處理時間最好相當(dāng)于總熱處理時間的三分之一。
按照本發(fā)明的一個特別有利的優(yōu)選實(shí)施例的方法，通過以恒定速率將固體或顆粒從初始加熱區(qū)(溫度范圍為250℃-300℃)，中間通過一個中間加熱區(qū)，移至最后加熱區(qū)(溫度范圍為60℃-80℃)，對物料進(jìn)行熱處理。在中間加熱區(qū)中提供一個與固體或顆粒從初始加熱區(qū)輸送到最后一個加熱區(qū)相一致的溫度逐漸變化的溫度梯度。在初始加烈區(qū)開始處，要熱處理的固體或顆粒與生石灰和鈣鹽如碳酸鈣的混合物同時加入。例如在固體物料進(jìn)入初始加熱區(qū)之前，迅速將粉狀生石灰或生石灰和鈣鹽的混合物倒入固體物料中。
利用隧道式旋轉(zhuǎn)爐實(shí)施熱處理是十分有利的，轉(zhuǎn)爐的軸基本水平放置，在該爐的初始加熱區(qū)的一端加入要熱處理的物料，在爐子的另外一端附近輸出經(jīng)過熱處理的物料。最終產(chǎn)品具有惰性、不溶固體的形式，例如圓柱形顆粒，它幾乎是由無機(jī)物組成并且其結(jié)構(gòu)與石灰石相同。這種產(chǎn)物具有多種用途，尤其是作為建筑工業(yè)中及土木工程中的建材、面材或者填料。
該方法的實(shí)施將用非限制的實(shí)例說明實(shí)例1主要來自家庭的城市垃圾直接收集入卸料倉，并連續(xù)以恒定速率向第一研磨機(jī)中加料。研磨機(jī)帶有一個5米高的，能吹起廢物的沖擊筒，用來排出固體塊狀物，特別是重量為50-3000克的廢金屬碎片，并帶有一個防爆裝置(防護(hù)板)。
在研磨機(jī)的出口，廢物被送進(jìn)轉(zhuǎn)簡篩，篩選出大小達(dá)到6厘米的廢物，篩剩物被送回最初接收倉中。經(jīng)篩選的廢物送到聯(lián)接有磁鐵分離器和安裝在輸送帶前端磁鐵滾筒的輸送帶上，為的是除去所有殘留在來自第一研磨機(jī)廢物中的鐵磁物顆粒。經(jīng)這樣處理的廢料送入第二研磨機(jī)，在此研磨機(jī)中，廢料被粉碎成平均粒徑為2-30毫米的顆粒。接著，粉碎的廢料送入螺旋葉片式攪拌機(jī)，在此加入一種粘合劑。粘合劑的制備是混合10份(重量)木薯粉、2.5份(以重量計(jì))苛性的水溶液(波美32°)和100份(以重量計(jì))水中加有2.5份(重量)的鹽酸水溶液(波美32°)；90℃下加熱15分鐘；然后干燥最后的混合物，使獲得一種基本上干的，粉狀產(chǎn)物。這樣制備的均勻粉狀混合物送入旋轉(zhuǎn)造粒機(jī)中，在600巴壓力下，將混合物壓縮制成長15毫米、直徑5毫米的圓柱形顆粒。這樣制備的顆粒含濕度大約為30％(以重量計(jì))。
顆粒連續(xù)地與生石灰和碳酸鈣的混合物一同送入管式旋轉(zhuǎn)爐(長10米，直徑1米)的進(jìn)口，生石灰和碳酸鈣的對應(yīng)量為0.35％細(xì)粉狀生石灰(平均粒徑50-100微米)以及0.35％的工業(yè)級的粉末碳酸鈣(平均粒徑80-150微米)，其中含有至少20％(重量)的鈣；按照物料的停留時間調(diào)整旋轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)速度，物料的仃留時間必須低于25分鐘。
旋轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動軸基本上是水平安裝的，并且在旋轉(zhuǎn)爐的最底部，在顆粒與生石灰和碳酸鈣的混合物加料的部位，通過煤氣燃燒器加熱旋轉(zhuǎn)爐。顆粒通過旋轉(zhuǎn)爐中安裝的螺旋桿的逐漸推進(jìn)通過旋轉(zhuǎn)爐，在進(jìn)料口的另一端出料，物料在旋轉(zhuǎn)爐中的總仃留時間為40分鐘。在物料通過旋轉(zhuǎn)爐的過程中，顆粒順序地送入初始加熱區(qū)(溫度范圍280℃-260℃)，在此物料仃留15分鐘；接著在中間加熱區(qū)仃留15分鐘，在該區(qū)溫度從260-80℃近似線性地逐漸下降；最后，進(jìn)入最后加熱區(qū)，在此物料保持在80-60℃之間。
實(shí)例2除了在向研碎的廢料中加入添加物的同時加入適量的廢建筑灰泥漿以外，實(shí)例2中的步驟與實(shí)例1中的步驟相同。這樣，灰泥漿在由廢料和灰泥漿中的輔助填料所構(gòu)成的總組成中所占的比例等于30％(重量)。
權(quán)利要求
1.含有至少30％(以重量計(jì))纖維素物質(zhì)的固體廢料轉(zhuǎn)變成惰性和不溶于水的固體產(chǎn)品方法，其特征在于可能包含的金屬體被除去，然后廢物經(jīng)過研磨和均勻化，形成均勻的粉狀料，再壓制成大量的固體，最后，這些固體在有生石灰存在下進(jìn)行熱處理，所述的熱處理包括初始加熱區(qū)，在此區(qū)內(nèi)，固體中心溫度從初始溫度低于100℃迅速升到至少250℃，但要低于原始廢物中可能包含的塑料熱分解溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述的固體的濕含量，在熱處理前控制在27-30％(以重量計(jì))。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于所述的粉狀廢料在150-900巴的壓力范圍內(nèi)加壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1-3之一所述的方法，其特征在于所述的粉狀廢料顆粒壓制成圓柱體形狀，其直徑為4-20毫米，長為6-30毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1-4之一所述的方法，其特征在于在粉狀廢料加壓之前，快速將至少一種添加劑摻入其中。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的方法，其特征在于所述的添加劑選自如下物質(zhì)一元磷酸鈣、磷酸、硫酸鈣、尿素、銨鹽、氨水溶液、硼砂、碳酸氫鈉、氯化鈉、干抽提明膠、木薯渣或淀粉、藻酸鈉、羧甲基纖維素、甲基纖維素、改性甲基纖維素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、蜜胺甲醛樹脂、酚醛樹脂、蜜胺甲醛樹脂不溶劑、聚乙烯醇不溶劑、苯并呋喃樹脂、脲甲醛樹脂、硅酸鉀、硅酸鈉，當(dāng)該物質(zhì)摻入粉狀廢物料時，它可以是粉狀、溶液狀或水溶液分散體。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1-6之一所述的方法，其特征在于含有至少一種無機(jī)物的輔助填料摻入廢料中。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于無機(jī)物選自下述化合物碳酸鈣、石膏、灰漿、高爐瓦灰、氧化鎂、硫酸鋇、鋅鋇白、白云石、泥質(zhì)物類、煤粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7和8之一所述的方法，其特征在于輔助填料的比例占廢料混合物和該輔助填料總重的20-40％(以重量計(jì))。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5-9之一所述的方法，其特征在于粉狀廢料壓制步驟前，摻入顆粒中相當(dāng)于0.3-10％的所述顆粒的生石灰。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1-10之一的方法，其特征在于在初始加熱階段，所述固體的中心溫度升到250-3000℃且在此溫度下保持一定時間，在所述的初始加熱后，接著中間加熱階段，其溫度逐漸降低60-80℃和最后階段，其溫度在60-80℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1或11所述的方法，其特征在于總加熱時間為20-45分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1、11或12之一所述的方法，其特征在于初始加熱階段加熱時間相當(dāng)于總加熱時間的三分之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1-13之一所述的方法，其特征在于熱處理是通過以恒定速度移動固體物料進(jìn)行，首先從250-300℃的初始加熱區(qū)，經(jīng)過提供溫度梯度的中間區(qū)，到60-80℃的最后加熱區(qū)，中間區(qū)溫度梯度相當(dāng)于固體從初始加熱區(qū)移向最后加熱區(qū)方向逐漸溫度變化，在初始加熱區(qū)開始，所述固體與生石灰或生石灰和至少一種鈣鹽同時加入。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于所述的鈣鹽為碳酸鈣。
16.根據(jù)權(quán)利要求
1-15之一所述的方法，其特征在于熱處理之前，與固體物料接觸的生石灰或生石灰和鈣鹽的混合物所占的比例，以所述固體物料總重為基準(zhǔn)，相當(dāng)于0.3-0.5％重量的CaO和0.3-0.5％重量的鈣鹽。
17.根據(jù)權(quán)利要求
1-16之一所述的方法，其特征在于熱處理的進(jìn)行是通過隧道式旋轉(zhuǎn)爐輸送固體物料，它的旋轉(zhuǎn)軸基本是水平放置的，所述旋轉(zhuǎn)爐的側(cè)壁的內(nèi)表面與螺桿傳送器整體配合，它使固體物料以基本恒定的速度從旋轉(zhuǎn)爐一端向其另一端輸送。
18.根據(jù)權(quán)利要求
1、2或5-10之一所述的方法，其特征在于粉狀廢料壓制成制品形式，例如磚或板。
專利摘要
含有至少30％(以重量計(jì))纖維素物質(zhì)的固體廢料轉(zhuǎn)變成惰性和不溶于水的固體產(chǎn)品方法，其特征在于可能包含的金屬體被除去，然后廢物經(jīng)過研磨和均勻化，形成均勻的粉狀料，再壓制成大量的固體，最后，這些固體在有生石灰存在下進(jìn)行熱處理，所述的熱處理包括初始加熱區(qū)，在此區(qū)內(nèi)，固體中心溫度從初始溫度低于100℃迅速升到至少250℃，但要低于原始廢物中可能包含的塑料熱分解溫度。
文檔編號C04B18/04GK86104053SQ86104053
公開日1986年12月17日 申請日期1986年6月19日
發(fā)明者喬治·比茨 申請人:洛馬金融公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan