PT627388E - Processo para a vitrificacao de residuos - Google Patents

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PT627388E PT94400823T PT94400823T PT627388E PT 627388 E PT627388 E PT 627388E PT 94400823 T PT94400823 T PT 94400823T PT 94400823 T PT94400823 T PT 94400823T PT 627388 E PT627388 E PT 627388E
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Description

É>7^38? f u
DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A VITRIFICAÇÃO DE RESÍDUOS" [0001] A presente invenção refere-se a um processo para a vitrificação de resíduos sólidos produzidos pela incineração de lixos domésticos e/ou industriais e mais particularmente de resíduos produzidos pelo tratamento de gases de incineração de lixos domésticos ou industriais.
[0002] É já conhecido um processo para a vitrificação de resíduos sólidos produzidos pela incineração de lixos domésticos e/ou industriais que consiste em levar os resíduos a uma temperatura elevada a fim de provocar a sua fusão, e em seguida, arrefecer rapidamente estes resíduos para se obter um vidro.
[0003] Esse tipo dé processo é por exemplo descrito no pedido de patente europeia n° EP-A-0 551 056 está compreendido no estado da técnica tal como definido no Artigo 54(3) CBE no presente pedido. 0 pedido de patente WO-A-90 09 211 descreve igualmente esse tipo de processo. Nos dois pedidos de patente, os resíduos sólidos são fundidos para formarem uma ou várias fases líquidas, sendo esta ou estas fases líquidas em seguida evacuadas na sua totalidade.
[0004] O pedido de patente FR 2 668 726 descreve a aplicação de um tal processo à destruição de fibras de amianto.
[0005] Mas, em todos estes pedidos, que utilizam uma temperatura elevada, ocorre uma libertação de poluentes tais como cloretos, óxidos de enxofre e metais pesados, por meio de reacções de vaporização e de decomposição. 1 jJ- u ^ [0006] Foi proposto no pedido de patente WO 92/15531 a fusão em· continuo de uma mistura de óxidos para formar uma fase liquida e uma fase sólida, a fim de manter os poluentes libertados sob a camada sólida. Contudo este processo não impede a libertação dos poluentes.
[0007] Por outro lado, as reacções de decomposição e de vaporização dos poluentes foram já evitadas por meio da utilização de aditivos de ponto de fusão muito baixo. Mas a diferença de temperatura entre a temperatura de fusão dos resíduos e a temperatura de fusão dos aditivos faz com que para uma ligeira variação de composição dada da mistura resíduos/aditivo, devida em particular a uma variação da composição dos resíduos, a variação da temperatura de fusão desta mistura seja importante.
[0008] Ora, a variação importante da composição e da natureza dos resíduos a tratar obriga a trabalhar a uma temperatura muito superior à temperatura de fusão da mistura resíduos/aditivo, e impede por consequência a fuga de poluentes nocivos para o ambiente.
[0009] Além disso, a junção destes aditivos de baixo ponto de fusão aumenta a agressividade do banho de fusão, e torna necessária a utilização de revestimentos da melhor qualidade para as paredes do forno de fusão.
[0010] Por outro lado os fornos de fusão conhecidos ou em desenvolvimento são aquecidos de várias maneiras, por exemplo por meio de queimadores a gás ou a fuel-óleo com ou sem adição de oxigénio, por maçarico de plasma, por plasma de arco transferido, por indução ou por efeito Joule através de eléctrodos submersos.
[0011] O aquecimento por queimadores, arco ou plasma aquece a massa de vidro na sua superfície livre por radiação e por 2 convecção. As temperaturas no forno são muito diferentes quando medidas perto ou longe dos órgãos de aquecimento.
[0012] O aquecimento por meio de indução ou de eléctrodos submersos aquece o vidro através da sua própria massa. Por este facto, as temperaturas são muito mais homogéneas.
[0013] Mas quando se pretende trabalhar a uma temperatura pouco superior à temperatura de fusão, a mistura a fundir que é introduzida na superfície do banho forma uma crosta sinterizada que é difícil de fundir a menos que se utilizem temperaturas muito superiores às temperaturas pretendidas.
[0014] Nos dois casos, é difícil controlar a temperatura do banho e limitá-la a um valor bem determinado.
[0015] A invenção tem por objectivo resolver os inconvenientes anteriores propondo um processo de vitrificação de resíduos sólidos produzidos pela incineração de lixos domésticos e/ou industriais do tipo que consiste em fundir os resíduos e em seguida arrefecê-los rapidamente para formar um vidro, caracterizado por, antes do arrefecimento rápido, se manter um banho fundido a temperatura Ti superior de 50°C a 200°C à temperatura T2 pretendida para fusão dos referidos resíduos a vitrificar, e em seguida se repartirem sobre a superfície deste banho fundido os referidos resíduos a vitrificar, resíduos esses que, em contacto com o banho fundido formam uma camada viscosa intermédia de resíduos fundidos, e finalmente se evacuar apenas a camada viscosa intermédia e de resíduos fundidos por meio de um sistema de vazamento colocado no seio do banho fundido, tendo como condição que o tempo de contacto entre o banho fundido e camada de resíduos fundidos não exceda 15 mn.
[0016] De acordo com uma característica deste processo, a temperatura T2 é superior de 50 °C no máximo à temperatura de fusão T dos resíduos a tratar. 3 ip U κ [0017] De acordo com uma outra caracteristica do processo, o banho fundido tem a mesma composição que os resíduos sólidos a tratar.
[0018] De acordo ainda com uma outra caracteristica do processo, antes do tratamento, os resíduos a vitrificar são misturados com um aditivo para formarem uma mistura M cuja temperatura de fusão é inferior à temperatura de fusão T dos resíduos a vitrificar.
[0019] Neste caso, 45% da massa seca da mistura M são constituídos por um mistura M2 cuja composição está compreendida na zona envolvida pela isotérmica de 1400°C das regiões de liquidus do diagrama ternário de fases Si02-Al203-CaO.
[0020] A massa seca do aditivo é de preferência constituída por pelo menos 60% em peso de uma mistura de Si02, A1203, CaO.
[0021] Esta mistura Mi compreende entre cerca de 55% e cerca de 75% em peso de Si02, entre cerca de 5% e cerca de 30% em peso de A1203 e entre cerca de 5% e cerca de 35% em peso de CaO.
[0022] Os aditivos particulares são escórias, a pozolana e o basalto.
[0023] A invenção será melhor compreendida e outros objectivos, características, pormenores e vantagens suas parecerão mais óbvios no decurso da descrição explicativa que se segue feita com referências aos desenhos esquemáticos anexos dados apenas a título de exemplos e que ilustram várias alternativas de realização da invenção e nas quais: [0024] A figura 1 representa o diagrama ternário de fases CaO-Si02-Al203 em que as proporções em cada um dos constituintes são dadas em percentagem mássica. 4 t' u [0025] A figura 2 representa um primeiro modo de realização do forno de fusão utilizado no processo da invenção.
[0026] A figura 3 representa um segundo modo de realização do forno de fusão utilizado no processo da invenção.
[0027] O processo de vitrificação de acordo com a invenção consiste em manter os produtos sólidos a vitrificar no estado viscoso a fim de reter os poluentes no interior do vidro assim formado.
[0028] Para tal, a invenção propõe um processo que permite limitar a temperatura e a viscosidade dos resíduos fundidos e de evacuar os referidos resíduos antes de a sua viscosidade se tornar demasiadamente baixa para reter os poluentes. É igualmente aqui descrita uma instalação para utilização neste processo.
[0029] A viscosidade adequada para reter os poluentes é a viscosidade obtida quando a diferença de temperatura entre a temperatura Ti à qual são levados os produtos sólidos a tratar e a sua temperatura de fusão não excede 50°C.
[0030] Para manter esta diferença de temperatura, e referindo à figura 2, mantém-se um banho fundido 9, colocado no forno de fusão F, a uma temperatura T2 superior de 50°C a 200°C à temperatura Ta à qual se pretende tratar os resíduos, por meios de aquecimento 5 constituídos de preferência por eléctrodos submersos no banho 9. A temperatura do banho 9 pode ser controlada por meio de um termopar e mantida constante actuando sobre a alimentação de energia eléctrica.
[0031] É colocado no seio do banho fundido 9 um dispositivo de vazamento 7 constituído por um ou mais tubos, por exemplo cilíndricos. O orifício superior do ou dos tubos cilíndricos que constituem o dispositivo de vazamento 7 deve atingir o nível da superfície do banho fundido 9. 5 ff ^ 1 [0032] Os produtos sólidos 11 a fundir são introduzidos por um orifício de introdução de produtos 12 e repartidos na superfície do banho fundido 9 por meio de um sistema de repartição 3, por exemplo rotativo.
[0033] Os produtos sólidos a fundir 11, pelo facto de a sua densidade aparente ser inferior à do banho fundido 9 ficam à superfície do banho fundido 9, isto é logo acima do ou dos orifícios dos tubos que constituem o dispositivo de vazamento 7 .
[0034] A temperatura dos produtos sólidos 11 aumenta em contacto com o banho fundido 9 por condução e radiação. Forma-se assim entre a superfície do banho fundido 9 e a camada de produtos 11 não fundidos uma camada de produtos fundidos 10.
[0035] Quando é atingida a temperatura de fusão, a camada 10 atinge uma viscosidade suficiente para o seu escoamento pelo ou pelos tubos que constituem o dispositivo de vazamento 7 e abandona o forno sob a forma de um fio pastoso.
[0036] Esta disposição permite assim evacuar do forno os produtos sólidos a tratar quando a sua temperatura atinge a temperatura de fusão.
[0037] O sistema é auto-estável dado que a velocidade de escoamento aumenta com a temperatura: não existe portanto a possibilidade de sobreaquecimento local. O banho fundido 9 pode ser constituído por quaisquer compostos que permitam atingir a temperatura T2 pretendida mas de preferência será constituído por uma massa de produtos que tem a mesma composição dos sólidos 11 a tratar.
[0038] O banho fundido 9 é aquecido a temperatura elevada e perde estes poluentes mas isto não representa um inconveniente porque este banho não é renovado. 6 Γ u, t [0039] A experiência mostra que a temperatura da camada de produtos fundidos 10 não excede a temperatura de fusão em mais de 50°C, e que a sua viscosidade é tal que permite o seu escoamento pelo furo de vazamento do sistema de vazamento 7 e que os poluentes sejam retidos na sua massa.
[0040] A camada de produtos ainda não fundidos 11 cria uma barreira protectora na superfície e assim a temperatura da abóbada do forno e do dispositivo de repartição dos produtos introduzidos permanece baixa (da ordem de 200°C a 300°C).
[0041] Além disso, esta camada 11 relativamente fria retém os poucos poluentes que se poderiam escapar das camadas subjacentes.
[0042] A experiência mostra que os produtos da camada de produtos ainda não fundidos 11 não são arrastados para o furo de vazamento do sistema de vazamento 7 quando ocorre o escoamento da camada de produtos fundidos 10, com a condição de o furo de vazamento ser muito pequeno e o débito de fusão ser muito grande.
[0043] Os tubos de escoamento 7 são aquecidos na parte exterior do forno por um sistema de aquecimento 8 que se destina em primeiro lugar a manter nos produtos fundidos 10 uma viscosidade suficiente para não entupir estes tubos e em segundo lugar para que possa continuar o seu escoamento até ao sistema previsto de recuperação do produto sólido. Este sistema pode ser em particular um sistema de têmpera, etc.
[0044] Se o orifício de vazamento for escolhido com uma dimensão maior, ou se o débito do forno tiver de ser modulado (isto é, o débito pode ser baixo), então pode ser adicionado o dispositivo representado na figura 3: é suficiente colocar por cima dos tubos que constituem o sistema de vazamento 7 uma cobertura de protecção 16 ligada quer ao sistema de repartição de produtos 3, quer à soleira superior do forno de fusão F, 7 í“ ^^ quer ao sistema de vazamento. A parte inferior da cobertura 16 atingirá de preferência a parte imediatamente acima do nivel do banho fundido 9.
[0045] Esta cobertura 16 tem por objectivo criar um sifão que os produtos pulverulentos 11 não podem atravessar.
[0046] O forno de fusão representado na figura 2 e na figura 3 compreende também um orifício de evacuação de gases 4 e um dispositivo de refrigeração 6 das paredes do forno, isto para criar uma camada de produtos solidificados 13 que serve de cadinho e que protege as paredes do forno das agressões químicas devidas à fusão dos produtos sólidos 11.
[0047] A parede pode estar quente, isto é não ser arrefecida mas haverá então dificuldade em encontrar produtos refractários que resistam às condições de serviço.
[0048] Um modo particular de realização de um forno de fusão utilizado no processo da invenção é o ilustrado na figura 3.
[0049] Este modo particular consiste em conferir uma configuração especial à parte inferior do ou dos tubos que constituem o sistema de vazamento 7.
[0050] Esta disposição compreende uma camisa térmica 15 que assegura a ligação entre o referido tubo, que constitui o sistema de vazamento 7, e a envolvente do forno e a temperatura de transição correspondente.
[0051] Foi intercalada uma camada de produtos refractários 14 entre a parede do forno e a camada de produtos solidificados 13 a fim de alongar um pouco a zona de transição térmica.
[0052] Esta disposição permite suprimir o sistema de aquecimento 8 representado na figura 2 dado que o tubo que 8 tf u
constitui o sistema de vazamento 7 é aquecido pelo banho fundido 9 até à sua base.
[0053] Em qualquer dos casos, quando a capacidade do forno é muito grande, pode acontecer que o tempo de percurso dos produtos fundidos 10 entre o ponto mais afastado e o orifício do sistema de vazamento 7 seja demasiadamente grande e que a temperatura ultrapasse em mais de 50°C a temperatura de fusão. Colocam-se então vários tubos d;e escoamento a fim de limitar o percurso, portanto o tempo de permanência, portanto as temperaturas.
[0054] Em qualquer dos casos, será necessário limitar o tempo de contacto entre a camada de produtos fundidos 10 com o banho fundido 9 no máximo a um quarto de hora.
[0055] A camada de produtos 10 que se escoa através do sistema de vazamento 7 é em seguida arrefecida rapidamente por qualquer meio adequado de modo a formar um produto vitrificado no qual são retidos os poluentes.
[0056] Podem ocorrer variações na composição dos produtos sólidos a tratar e tal facto ocasionar uma variação da temperatura de fusão destes produtos. É então adequado adicionar antes do tratamento um aditivo a este produto sólido a fim de ser obtida uma mistura M cuja composição poderá variar sem que tal provoque uma grande variação da sua temperatura de fusão.
[0057] Assim, a massa seca da mistura M constituída pelo aditivo e por resíduos a tratar 10 deverá ser constituída por cerca de 45% em peso se por uma mistura M2 de óxidos de sílicio, de alumínio e de cálcio. Esta mistura M2 cuja composição química está normalizada a 100 tem o seu ponto representativo no interior da zona 1 delimitada pela isotérmica de 1400°C das regiões de liquidus do diagrama ternário Ca0-Si02-Al203 representado na figura 1. 9 d~ ^ N·—^ [0058] Com efeito, a zona 1 é uma zona de pequena inclinação de liquidus e, portanto, para uma mesma variação da composição dos produtos sólidos a tratar, a diferença de temperatura entre a temperatura à qual se encontra a mistura de aditivos/produtos a tratar 10 e a temperatura de fusão de todos os constituintes desta mistura será bastante mais baixa do que com a utilização de um aditivo de baixo ponto de fusão.
[0059] A massa seca do aditivo utilizado neste processo é constituída por cerca de 60% em peso de uma mistura Mi de óxido de silício, de alumínio e de cálcio, e por cerca de 40% em peso de óxidos tais como óxidos de sódio, de potássio e de ferro.
[0060] Na figura 1, observa-se igualmente uma segunda zona 2 de forma hexagonal que limita a composição da mistura Mi em óxido de silício, de alumínio e de cálcio.
[0061] Os 60% em peso de óxidos de silício, de alumínio e de cálcio da mistura Mi são normalizados a 100. O óxido de silício está compreendido entre cerca de 55% e cerca de 75% em peso, o óxido de alumínio está compreendido entre cerca de 5% e cerca de 30% em peso, e o óxido de cálcio está compreendido entre cerca de 5% e cerca de 35% em peso.
[0062] Os carbonatos e os óxidos de cálcio são expressos em equivalentes óxido de CaO e os seus sais de cálcio tais como os cloretos e os sulfatos são contabilizados separadamente dos óxidos de cálcio. Com efeito, o hidróxido de cálcio Ca(OH)2 e o carbonato de cálcio CaC03 decompõem-se respectivamente a temperaturas compreendidas entre cerca de 580°C e cerca de 850°C ao ar e á pressão atmosférica para formarem óxido de cálcio CaO.
[0063] O aditivo poderá ser constituído mais particularmente no caso de tratamento de resíduos produzidos pela incineração 10 de produtos domésticos e/ou industriais por escórias, pozolana, ou basalto.
[0064] No caso de se adicionar este tipo de aditivo, será obviamente a mistura M constituída pelo aditivo e pelos produtos sólidos 11 a tratar que será introduzida na superfície do banho fundido 9. E o banho fundido 9 será de preferência constituído pela mesma mistura M.
[0065] O produto sólido obtido de acordo com este processo e este dispositivo é constituído por uma massa vítrea que compreende óxidos na qual são retidos, sob a forma de inclusões finamente dispersas, sais tais como cloretos de sódio, de potássio e de cálcio e os sulfatos de cálcio, ou produtos semelhantes, e metais pesados nocivos para o ambiente.
[0066] Este produto sólido pode reter uma massa dos sais acima mencionados que pode ir até uma massa igual à sua própria massa.
[0067] Assim, se bem que o processo da invenção tenha sido aqui descrito apenas em referência à vitrificação de resíduos sólidos produzidos pela incineração de lixos domésticos e/ou industriais, ele poderá ser igualmente utilizado sem desvio do âmbito da invenção em todos os casos em que seja necessário tratar produtos sólidos a uma temperatura ligeiramente superior à temperatura de fusão ou de os manter durante a sua fusão a uma viscosidade particular.
Lisboa, 13 de Outubro de 2000
O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL
11

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de vitrificação de resíduos sólidos produzidos pela incineração de lixos domésticos e/ou industriais do tipo que consiste em fundir os resíduos e em seguida arrefecê-los rapidamente para formar um vidro, caracterizado por, antes do arrefecimento rápido, se realizarem os passos seguintes: • manutenção de um banho fundido (9) a uma temperatura (Ta) superior de 50 a 200°C à temperatura (T2) pretendida para a fusão dos referidos resíduos a vitrificar, • repartição sobre a superfície do banho fundido (9) dos resíduos (11), que em contacto com o banho fundido formam uma camada viscosa intermédia de resíduos fundidos (10), • evacuação de apenas a camada viscosa intermédia de resíduos fundidos (10) por meio de um sistema de vazamento (7) colocado no banho fundido (9), tendo como condição que o tempo de contacto entre o banho fundido (9) e a camada de resíduos fundidos (10) não exceda 15 mn.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a temperatura (T2) ser superior no máximo de 50°C à temperatura de fusão T dos resíduos (11).
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o banho fundido (9) ter a mesma composição que os resíduos sólidos (11) a fundir.
  4. 4. Processo de acordo com qualquer das . reivindicações anteriores, caracterizado por os resíduos (11) serem misturados com um aditivo para formarem uma mistura (M) que se deita sobre o banho fundido (9).
  5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cerca de 45% em peso da massa seca da mistura (M) ser constituída por um mistura (M2) cuja composição está compreendida na zona (1) do diagrama ternário de fases Si02-Al203-CaO, delimitada pela isotérmica de 1400°C das regiões de líquidus deste diagrama.
  6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado por a massa seca do aditivo ser constituída por pelo menos 601 em peso de uma mistura (Mi) de Si02, Al203, CaO.
  7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a mistura (M^ compreender entre cerca de 55% e cerca de 75% em peso de Si02, entre cerca de 5% e cerca de 30% em peso de A1203 ,e entre cerca de 5% e cerca de 35% em peso de CaO.
  8. 8. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 4 a 7, caracterizado por o aditivo ser escolhido de entre escórias, po.zolana, basalto. Lisboa, 13 de Outubro de 2000 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL
    2
PT94400823T 1993-06-01 1994-04-14 Processo para a vitrificacao de residuos PT627388E (pt)

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