巴雷特A约翰逊查尔斯·鲁宾斯坦理查德·J·马丁和詹姆斯·O Leckie陶瓷结合公司
总结
陶瓷结合,Inc . (CBI)成立于1987年,开发技术可靠、廉价、现场转化重金属危险废物安全、有用的材料,如细骨料施工应用。CBI的主要任务是提供设备,可以通过行业不再需要昂贵的和环境毒物在类的不明智的处理我的垃圾场。
在这篇文章中,英国工业联合会工艺和设备(专利),并提出了从实验室实验结果。
两个主要结论是来自实验。酸溶解的金属保税CBI陶瓷骨料很低,通常几个百分点的加州TTLC STLC限制;和英国工业联合会陶瓷骨料的物理性质是非常适合作为专业的建筑材料。CBI的过程不仅仅是治疗或废物的封装;它是一种物理和化学转换,创建一个产品真正的商业价值。
背景
1987年,有害重金属废物在加州生产年率为140000吨/年。1到1989年4月,美国环境保护署(EPA)超过900敏锐地发现危险的危险废物处置场所,要求立即清理通过超级基金计划,27000年,另一个站点可能合格。2最终,美国总审计局相信425000垃圾网站将在未来50需要清理
年,billion.2耗资高达100美元
企业产生有害重金属废物正面临不断升级的成本和增加对交通的限制,存储和物理特性的废物污泥。处理费用,目前每吨300 - 1000美元,预计将增加,特别是在加州,到1990年,未经处理的危险废物的倾倒类我垃圾将被禁止。3浪费生产商toxics4仅限于90天的现场存储,和一个新的50固体百分比1990.5要求有害污泥将成为有效的危险废物的处置者也面临潜在的昂贵的,长期的法律责任。
低价值的废金属有害垃圾的处理仍在继续,主要原因在于目前没有经济上可行的替代方案。传统的沉淀和过滤技术被广泛使用的金属制造商来移除和精矿金属废水流。在某些情况下,污泥随后干减肥之前运输和处置,或遵守固体内容规定。集中废物运送在鼓,垃圾桶里或重塑料袋垃圾。
替代技术最近可用来处理某些类型的废料。离子交换和bio-recovery提供有吸引力的潜在恢复金属废水再利用的主要过程,但这些技术仅限于低浓度、金属离子的水溶液,因此更适合在卸货之前“抛光”废水流到城市污水处理设施。在许多情况下,这些技术的资本成本相对于金属回收的价值。危险废物的封装在混凝土也被建议作为替代直接倾倒。这个过程,有时还伴有可溶性金属离子结合,合成硅酸盐,可能影响价格适中,但没有提供合适的长期保护释放重金属通过机械降解(例如,通过破碎、侵蚀,或地震)化学攻击混凝土的(例如,酸雨,或其他化学物质存在于垃圾填埋场)。因为浪费不是实际上被消除,而是“固定”倾倒之前,该方法更精确地分类作为废物处理,而不是减少废物。
陶瓷结合,Inc . (CBI)开发了一个独特的工艺和专门的设备(专利)呈现金属轴承烂泥无害,并创建一个定制的产品可以用作建筑原料。技术涉及到高温物理化学成键金属成天然alumina-silicates,产生non-soluble non-leachable陶瓷骨料。独特的加工设备,最近已开发和测试,旨在提供连续的,现场有害金属废物转换成安全、有用,CBI聚合。因为英国工业联合会过程适用于多种有害重金属,这也是一个有前途的替代市政当局处理含金属废水,和安全将含金属土壤超级基金网站清理。
本文描述了CBI和一些相关的化学过程。强和弱酸性溶解性特征和保税陶瓷材料的物理和力学性能。
过程
英国工业联合会是一个吸热过程,物理化学结合金属离子的硅酸铝晶体在高温环境中。这个过程是在两个阶段完成:配比和混合添加剂材料的金属污泥;和热处理。
配比和混合是在英国工业联合会系统完成商用喂食器和搅拌器。一旦混合,大小和形状的材料烧结机械和热适合进一步处理。混合和烧结持续执行,监测监控系统。充分的结合会发生各种污泥/添加剂化学计量,然而保持混合比率和水分在经济上是可取的内容在预先设定的范围内。
在CBI热过程中,结节首先被干燥,加热到所需的化学粘结温度。达到所需的温度后,金属离子被纳入晶格结构硅酸铝添加剂。同时,添加剂的物理特性改变的高温和结合重金属阳离子和添加剂晶体增强。这个过程是一种烧结,在材料的孔隙体积减少,以及热力学相变发生。烧结后,材料被冷却,并出院。适当的居住时间为每个上面的流程是保证,通过精心设计的热处理器,通过自动控制系统,监视和控制材料的吞吐率,温度剖面。
实验结果
金属提取和浸出试验。
处理工业含金属的污泥样品已经在我们实验室在各种条件下评估英国工业联合会技术。这些浪费样品确认为A、B和C及其有害元素组成表1中给出。污泥是在少量从两个加州金属产品的制造商,并代表工业废物。表1还确定类型的金属加工过程的每一个生成污泥。
加州标准tests6溶解度的强和弱酸进行纯粹的废物和废物样本/添加剂混合物,前后热处理。分析测试是由国家认证的实验室,结果相比,加州TTLC(强酸)和
表1 -金属来源
a在镀镍浴(硬盘制造商)——包含钴、镍和锌。
b .磁盘抛光残渣(硬盘制造商)——包含镍。
c .化学铣削废料(飞机零部件制造商)——含有铬、铜和锌。
金属的来源。浪费样品列表,其组成的金属元素,和金属加工处理污泥的类型是来自。
表2给出了浓度的可溶性金属的三个类型的样品。未燃烧的污泥和污泥/添加剂混合样本干,和所有的样本都粉细粉之前分析。热处理的样品表2中描述了在实验室马弗炉。
表2 -溶解度的结果
元素(限制)污泥UNFIRED-MIX FIRED-MIX
TTLC STLC TTLC STLC TTLC STLC TTLC STLC毫克/公斤mg / l毫克/公斤mg / l毫克/公斤mg / l毫克/公斤mg / l
答:在浴
5000 250 8000 80 2000 20锌镍钴
340 1500 237
220年18 760 71 200 12
b .抛光残留
镍2000 20 81000
4500 200 350 2.3
c .化学铣削
Chromium2500 560 6200
锌铜2500 25 21000 5000 250 42000
680 24 20 0.08
2000 130 290 1.3 3600 200 100 1.0
溶解度的结果。可溶性金属浓度由TTLC金属干污泥和STLC测试,未燃烧的混合污泥和添加剂,并解雇了污泥/添加剂混合物。分析从三个来源的污泥(表1中列出)。
表2的结果显示出较大的减少由于热处理金属溶解度。之前与添加剂混合,浪费样品B和C包含消化的金属浓度的因素2 40高于TTLC限制。可推断出的镍废物样本中超过了STLC限制了75倍。减少可溶性金属浓度之间的表2中观察到的“污泥”和“unfired-mix”是由于样品稀释的添加剂,在STLC测试的情况下,也弱化学键。然而,发射后,可溶性金属浓度进一步下降,非常低的值在每个样本。热处理的样品导致STLC浓度减少99%到98的钴、镍和锌。TTLC浓度的镍、铬、铜和锌下降了97%到85在热处理后样品B和C。
重要的是要注意,标准的强酸,或“金属消化”test6,它使用集中硝酸和盐酸和过氧化氢,只有一小部分的金属溶解保税CBI陶瓷骨料。这个测试可能量化“总”金属浓度污泥和封装的废物,但不能提取金属化学结合到CBI陶瓷材料。因此,一个更严格的测试,使用氢氟硅酸铝债券,是必要的,以确定总CBI材料构成的化学元素。我们使用术语“TTLC”严格描述测试结果根据加州执行过程^。
CBI陶瓷骨料制备样品元素分析的最初蒸发干燥的样本集中氢氟酸的和硫酸的混合酸。残留物被溶解在盐酸,原子吸收光谱法分析。表3给出了这些结果,从TTLC未燃烧的的分析和相应的数据并发射样品相同的材料。
表3•提取结果
元素
铬铜镍锌
未燃烧的混合TTLC(毫克/公斤)
462 1565 1325 3131
解雇混合TTLC(毫克/公斤)
16 238 63 82
解雇混合HF-EXTRACTION(毫克/公斤)
770 1930 1210 4400
提取结果。金属浓度的两个样品,“未燃烧的组合”和“发射组合”,分析了TTLC和总提取与氟化氢。
比较“Unfired-TTLC”和“Fired-Extraction”浓度的铬、铜、镍和锌浓度相似,“未点燃的
TTLC”数据趋于有点低。在分析不确定性(不同的实验室跑HF-Extraction测试了不同原子吸收校正方法),这些数据揭示了金属最初出现在未燃烧的混合存在发射后大约在同一水平。然而,更大的意义是金属的低溶解度保税到发射材料,强酸,衡量TTLC测试。TTLC浓度,测量样品的解雇,CBI陶瓷骨料,实际上只有2到12%的浓度出现在这些样本,由提取测试。这表明金属非常安全地保税CBI陶瓷骨料。
弱酸(STLC)分析也进行了样本含有添加剂和三个过程化学纯化合物的钴、镍和锌。样本的结果类似于在表2中,同样表明焊接过程与工业产生的污泥或实验室的化学物质。
测试也进行确定的影响温度和化学计量学的金属溶解度CBI陶瓷骨料。总样本的矩阵是由不同的比例混合污泥和添加剂。这些混合物被解雇不同的温度在实验室马弗炉。是废物的18/82混合使用的污泥分别B和C(表1)。两个样本选择TTLC矩阵的分析。第一个示例,包含添加剂材料的比例最高,并解雇了在最高温度,给TTLC结果类似于样品表2 B和C(即85年TTLC减少97%浓度的铬、铜、镍和锌由于解雇)。在第二个示例中,被解雇的最低温度,和最低的添加剂/污泥比,TTLC浓度下降少强烈(41 81%)由于射击,但可溶性金属还不到三分之一的各自的加州限制。这些结果表明化学过程负责抑制浸出也取决于温度和配比,但可接受的安全结合发生在一个广泛的加工条件。
产品属性和物理特性。
CBI陶瓷骨料的物理特性是在斯坦福大学土木工程部门完成。样品进行了分析比表面积和孔体积,通过BET吸附,和微观形貌,通过SEM成像。这些分析进行了样本矩阵的additive-sludge前面的段落中描述的混合物。
布朗auer-Emmett-Teller(打赌)进行分析总氮和氪陶瓷吸附物。样品被干燥已筛,以及74年和589年之间的分数千分尺是保留进行分析。结果是可重复的,两种气体的和一致的。在射击的范围和配比条件研究,比表面积之间的陶瓷骨料是0.3和6 m ^ / g,可以比较,例如,一个无孔的矿物,如石英0.5到10 m ^ / g。三份样品中混合添加剂/污泥比例不变,但在不同的温度下,强烈的负相关是明显的比表面积和烧成温度之间的关系。三份样品中发射一个恒定的温度,但含有不同比例的污泥和添加剂,比表面积之间的观察弱正相关和添加剂/污泥比例。前所述增加TTLC金属溶解度降低温度,减少添加剂/污泥比也可以直接相关的增加比表面积的陶瓷骨料。浸出预计将直接暴露的表面积材料,功能,这些结果符合预期。
CBI陶瓷骨料的微观形态学研究了扫描电子显微镜(SEM)。解雇在最高温度下样品的显微图显示的证据或玻璃融化阶段,包含一个分布的孔隙直径从1到10微米。在许多情况下,空间似乎是孤立的,而不是相互关联,一些地区没有明显的空洞。毛孔不相互联系的存在是符合低押注表面观察,并提供支持的论点,可滤去和暴露的表面积是相关的。
测试也在进行评估的适用性CBI陶瓷骨料用作混凝土砂。英国工业联合会总得分92%加州515测试的相对强度混凝土波特兰砂在七天。可接受的值的范围从100%到80在这个测试。相比之下,解雇了样本的硅酸铝添加剂单独测试得分89%。此外,英国工业联合会陶瓷骨料的比重是7%低于发射添加剂。高强度和低密度的结合使CBI陶瓷骨料更理想的产品对许多施工应用。
初步测试表明英国工业联合会陶瓷骨料适用于混合成一个生产陶瓷产品。举个例子,英国工业联合会总可能使用商业是瓷砖的生产和砖块。在这个过程中,一小部分pre-fired材料有时添加到原料改善产品的完整性。这种pre-fired材料或烈性酒,将目前收购砖制造商从自己的输出,通常的形式有缺陷或破碎的产品,但通常再磨碎,畅销,砖头和瓦片。采用CBI陶瓷骨料烈性酒,而不是重新研磨的产品,陶瓷材料制造商可能经验更高的收益率,降低单位成本。基于测试少量的CBI聚合,当地陶瓷生产商认为材料是一个非常理想的替代reground-product熟料。
在撰写本文时,我们已经设计并建造了一个小的生产单元测试和演示CBI的过程在一个连续的系统。设备设计(专利申请中)包含机械简单和能源效率成一个可靠的、紧凑的包。实验已经进行评估的热力和机械属性单元,产生大约1吨/天的陶瓷CBI聚合。初步结果是非常有利的。在四个单独的8到10小时的实验中,在处理结节由水和硅酸铝添加剂(即没有金属废物),我们已经表明,合适的温度和居留时间可以在连续操作设备来实现。测试正在进行中,以评估化学CBI的有效性过程在我们的生产部门,基于热力和机械的结果,满意的化学成键应该很容易实现。
结论
陶瓷结合,公司开发了新技术可靠,便宜,和现场转换的危险,重金属废物安全、有用的建筑材料。英国工业联合会过程被描述,与热驱动的一些讨论,金属/硅酸铝化学成键。加州TTLC和STLC测试结果,证明了大量减少金属溶解度通过CBI热处理。物理化学和机械性能的保税CBI总检查,验证材料的宏观和微观的稳定性及其适用性用于制造陶瓷产品。
陶瓷焊接开始了一个程序开发多功能设备援助金属制造商在他们的努力来消除危险废物的一代。因为CBI过程的适用性的各种危险,重金属废物,CBI设备也是一个自然的解决方案网站清理和市危险废物转换。创新技术,继续逃亡的重金属释放到环境可以被中止。
确认
作者承认CBI的肯•威尔逊,在实验室里对他的帮助和乔治脸红和温德尔Ela斯坦福大学的物理和化学的贡献分析。
引用
1。加利福尼亚卫生部门服务;(1987);危险废物信息系统;命令列表报告,M.10;“一代郡废物类别”。
2。Scaglione f;(1989);OTC审查;1989年4月;10。
3所示。加利福尼亚卫生部门服务;(1987);健康和安全的代码;部门20日6.5章,第7.7条、第25179.6节
4所示。加利福尼亚卫生部门服务;(1987);健康和安全的代码;部门20日6.5章,第1条,25123.3节
5。加州管理代码;(1987);标题22日(提议)第67425条:
“特别要求允许流体浪费和临时设施”状态。
6。加州管理代码;(1987);标题22日第66700节:“浪费提取测试”。
7所示。加州管理代码;(1987);第66699节:标题22日“无机持久性和生物累积性的有毒物质”。
©1989年陶瓷结合,公司保留所有权利
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