USUWANIE ZANIECZYSZCZEŃ ROPOPOCHIODNYCH Z MATERIAŁÓW MINERALNYCH I CERAMIKI, PRAŻENIE MATERIAŁÓW W WYSOKIEJ TEMPERATURZE

Opisana została unikalna technologia usuwania zanieczyszczeń z materiałów mineralnych i ceramiki poprzez prażenie w kontrolowanej atmosferze. Proces nagrzewania realizowany jest z zastosowaniem skoncentrowanego pola mikrofalowego.

Skażenia środowiska naturalnego mają różne formy i różnorakie przyczyny. Zwykle skażenia takie są spowodowane w wyniku prowadzenia intensywnej działalności gospodarczej bez należytego uwzględniania oddziaływania na środowisko wdrażanych i intensyfikowanych procesów produkcyjnych. Często także bardzo niebezpieczne skażenia powstają w wyniku niezachowania niezbędnych środków bezpieczeństwa lub wręcz są rezultatem skrajnego niezrozumienia skutków prowadzonej działalności a nawet świadomego niszczenia infrastruktury technicznej i jej otoczenia. Skrajnym tutaj przypadkiem mogą być nieodpowiedzialne działania na terenach opuszczonych przez wojsko radzieckie, gdzie do gruntu wprowadzono wielkie ilości odpadów ropopochodnych. W niektórych procesach technologicznych wręcz nieuniknione jest „wytwarzanie” odpadów niebezpiecznych, np. przy wydobyciu ropy naftowej stosowane są drobne kulki ceramiczne, wykonane z ceramiki alundowej i wprowadzane do złoża w trakcie procesu wydobywczego. W rezultacie materiał ten jest silnie skażony substancjami występującymi w złożach roponośnych. Wymienić tutaj można szereg innych jeszcze procesów, w wyniku których powstają skażenia gruntu lub wytworzonych wcześniej materiałów ceramicznych różnymi substancjami organicznymi.

W niniejszym opracowaniu opisana zostanie mikrofalowa instalacja do skutecznego usuwania zanieczyszczeń organicznych z materiałów dielektrycznych, takich jak elementy ceramiczne, gleba itp. Po oczyszczeniu materiały te mogą być ponownie używane nie stanowiąc już żadnego zagrożenia dla ludzi i środowiska i co równie ważne, przy pełnym zachowaniu ich własności użytkowych.

Opracowana i wdrożona w firmie ATON-HT instalacja do oczyszczania ceramiki i gleby z zanieczyszczeń organicznych nazwana została HR i pozwala skutecznie usuwać (wypalać) wszelkie zanieczyszczenia, które mogą być utlenione. Istota procesu polega na przemieszczaniu oczyszczanego materiału wewnątrz powoli obracającego się bębna, do którego wprowadzana jest energia mikrofalowa oraz wymagana ilość powietrza lub tlenu. Ilustruje to schematycznie pokazana na rysunku 1 konstrukcja reaktora.
Rys. 1. Szkic konstrukcji reaktora mikrofalowego HR.

Zanieczyszczony materiał wprowadzany jest do wnętrza obracającego się ceramicznego bębna umieszczonego wewnątrz metalowej obudowy z osadzonymi na ściankach promiennikami mikrofalowymi. Z promiennikami tymi połączone są generatory mikrofalowe dużej mocy. Ceramika, z której wykonany jest obracający się bęben nie pochłania mikrofal, dzięki czemu energia mikrofalowa transmitowana jest bezpośrednio do oczyszczanego materiału, ogrzewając go do wysokiej temperatury (zwykle od 800oC do 1100oC). W wysokiej temperaturze i przy dostarczaniu odpowiedniej ilości tlenu zanieczyszczenia organiczne ulegają szybkiemu utlenianiu (spalaniu). Szybkość i skuteczność procesu utlenianie zależą od ilości tlenu, temperatury i rodzaju zanieczyszczeń. Przeprowadzone badania wskazują, że w przypadku zanieczyszczeń ropopochodnych już po nagrzaniu oczyszczonego materiału do temperatury około 800oC proces wypalania zanieczyszczeń jest bardzo szybki, oczywiście pod warunkiem, że do wnętrza komory (obracającego się bębna) wprowadzona zostanie wymagana ilość tlenu. Na zdjęciu poniżej pokazano próbki materiału ceramicznego zanieczyszczonego substancjami ropopochodnymi oraz próbkę materiału po wyprażeniu w reaktorze HR.

Uzyskany w wyniku procesu materiał ma czysty biały kolor i wykonane badania laboratoryjne w pełni potwierdziły całkowite utlenienie wszystkich zanieczyszczeń organicznych. W tabeli poniżej zestawiono wyniki wykonanych badań laboratoryjnych składu materiału przez i po mikrofalowej obróbce termicznej.

Zobacz jak wyglada cały proces oczyszczania dla takich materiałów jak:

• Tlenek glinku
• Tlenek glinu (nazwa pokrewna)

Tabela 1.

Wyniki tych badań potwierdzają praktycznie całkowite usunięcie (wypalenie) składników organicznych oraz odparowanie wody z badanego materiału. Uzyskany materiał ceramiczny o składzie jest wysokowartościowym surowcem poszukiwanym w przemyśle ceramicznym.

Aby proces nagrzewania oczyszczanego materiału mikrofalami nie zależał silnie od rodzaju materiału (jego zdolności do absorpcji mikrofal), wewnątrz ceramicznego bębna umieszczane są elementy ze specjalnej ceramiki silnie pochłaniającej promieniowanie mikrofalowe. Takie elementy nagrzewane są bardzo szybko przez mikrofale i następnie metodą kontaktową nagrzewają oczyszczany materiał. W praktycznych rozwiązaniach technologicznych firma ATON-HT stosuje kształtki ceramiczne w postaci niewielkich półek, przez które materiał przesypuje się w trakcie obrotu bębna. Jest to rozwiązanie techniczne mające ważne zalety praktyczne: pozwala nagrzewać wewnątrz bębna praktycznie dowolne materiały niezależnie od ich zdolności do pochłaniania mikrofal oraz powoduje lepsze „dotlenianie” materiału w trakcie przesypywania go przez półki wewnątrz bębna. Jeśli w wyniku procesu wypalania zanieczyszczeń organicznych wewnątrz reaktora HR istnieje niebezpieczeństwo emisji zanieczyszczeń w gazach wylotowych opuszczających reaktor, to zastosować należy dodatkowo reaktor MOS opisany szczegółowo w opracowaniu firmy ATON-HT [1] lub inny konwencjonalny układ „wyłapujący” szkodliwe substancje z gazów wylotowych. Wyniki przeprowadzonych badań w skali laboratoryjnej oraz prób technicznych wskazują jednak, że przy usuwaniu zanieczyszczeń organicznych nie zawierających chloru oraz fluoru oraz przy właściwym doborze parametrów technologicznych procesu (temperatura wewnątrz reaktora oraz ilość wprowadzanego powietrza), gazy wylotowe nie zawierają żadnych składników w koncentracjach przekraczających dopuszczalne przepisami limity. Na rysunku 2 pokazano konstrukcję reaktora HR pozwalającego oczyszczać od 200 do 500 kg materiału ceramicznego w ciągu godziny. Osiągana w praktyce wydajność takiego reaktora silnie zależy od zawartości wody w materiale oraz od wartości cieplnej (ciepła spalania) zawartych w oczyszczanym materiale zanieczyszczeń organicznych.

Najważniejsze zalety opisanego reaktora HR:

• Możliwość nagrzewania (prażenia) praktycznie dowolnych materiałów dielektrycznych do wysokich temperatur, nawet do 1200oC - 1400oC
• Możliwość precyzyjnej kontroli temperatury wewnątrz reaktora (stabilizacji temperatury).
• Bardzo krótki czas uruchamiania instalacji (temperaturę 1000oC osiągnąć można już po około 20 minutach).
• Proces prażenia można prowadzić w kontrolowanej atmosferze, np. w reaktorze wypełnionym powietrzem (przy wypalaniu zanieczyszczeń) lub gazami obojętnymi (przy termicznej obróbce bez utleniania).

Konstrukcja reaktora HR powinna być dostosowana do indywidualnych potrzeb poprzez indywidualnie dobraną konstrukcję układu zasypu, wypełnienia bębna ceramicznego, czas prażenia, skład gazów wprowadzanych do komory procesowej itp.

Niektóre parametry techniczne reaktora HR 200: Wydajność : 200 – 500kg/h.
Zasilanie: 3 x 400V, 35 kW.
Temperatura materiału wewnątrz reaktora: 800^oC - 1100^oC.
Czas prażenia: od 2 minut do 20 minut (regulowany prędkością obrotów bębna ceramicznego).
Moc generatorów mikrofalowych: dobierana w zakresie od 12 kW do 36 kW (CW).
Częstotliwość: 2,45 GHz +/- 25 MHz.