СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АСБЕСТА В ПРОЦЕССЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ACCELERATION OF ASBESTOS TRANSFORMATION DURING MINERALOGICAL TRANSFORMATION AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION

Настоящее изобретение относится к деструкции и повторному использованию отходов из асбеста, а более конкретно к оборудованию и установке для ускорения процесса минералогического преобразования отходов асбеста для ускорения или повышения каким-либо другим способом эффективности процесса минералогического преобразования, используемых для преобразования отходов асбеста в неасбестовые продукты.
3
2
5
4
Асбест - это термин, относящийся к семейству давно используемых волокнистых минералов, которые, в самом общем виде, принадлежат к группам минералов серпентина и амфибола, включающих такие виды минералов, как хризотил, крокидолит, амозит и антофиллит. Более точно термин относится к так называемым асбестоформирующим минералам, представляющим собой гидратированные силикаты, которые, в общем, содержат в различных соотношениях замещенные железо, кальций, магний и натрий. Группу минералов серпентина, включающую хризотил, антигорит и лизардит, можно представить приблизительной формулой: Mg [SiO] (OH). Из этих минералов хризотил представляет большую часть всех асбестовых минералов, потребляемых в промышленных и коммерческих целях. Имеют место существенные различия в химических и физических характеристиках асбестоформирующих минералов, но все они обладают сходствами базовой структуры, которая обычно модифицирована из-за различий в концентрации кальция, железа, магния и натрия.
Асбест использовали в тысячах продуктов и на ряде рабочих мест. Хотя вред, наносимый асбестом, сначала не очевиден, асбест в раскрытом состоянии может приводить к серьезным поражениям организма человека и часто к фатальным болезням. К ним относятся мезотелиома, рак легких, вызванный асбестом, и асбестоз. Обычно проходит период продолжительностью 10-40 лет или более, прежде чем у жертвы действия асбеста обнаружат первые симптомы «асбестовой» болезни. На рабочем месте нет «безопасного» уровня раскрытости асбеста. По этой причине повышенные ограничения использования в коммерческих продуктах, переработка и уничтожение отходов были и продолжают оставаться проблемами, которыми занимаются во многих странах мира.
Предпринимались различные попытки компенсации асбеста как токсичного минерала. Попытки уничтожения отходов асбеста путем использования одного нагрева для изменения химического состава асбестового волокна привели только к ограниченным успешным результатам, так как асбестовое волокно по своей природе является жаростойким и самоизолирующим. Например, хризотиловое волокно согласно сообщениям выдерживает температуру до 3000°F в течение периода времени до получаса. Так как такая технология требует очень высоких температур для разрушения волокна, то это решение показало себя совершенно экономически неэффективным.
Несколько процессов стеклования (или плавления), например плавление в плазме и электронагрев, оказалось успешными по результатам уничтожения асбестоформирующих минералов. Однако эти процессы являются энергоемкими и для их осуществления требуется очень дорогостоящее и сложное оборудование. Таким образом, процессы стеклования, хотя их можно применять для уничтожения отходов асбеста, не показали коммерческую жизнеспособность.
Предпринимались также и другие попытки, в которых использовали более низкие температуры и ряд различных химических добавок. Они также имели ограниченный успех, за одним исключением. Способ под названием «Минералогическое преобразование отходов асбеста», описанный в патенте США №5096692, включенном в его полном объеме в настоящее описание в качестве ссылки, является способом с одной точкой подплавления, который получил коммерческое развитие. В этом патенте отходы асбеста преобразуют до неасбестовых продуктов при температуре ниже точки плавления путем сочетания химических добавок и нагрева.
В ходе коммерческого развития способа «Минералогическое преобразование отходов асбеста» было установлено, что время, требующееся для полного (100%) преобразования асбестового волокна в отходах, является более продолжительным, чем время, которое потребовалось бы для высоко конкурентноспособного процесса. Время обработки, составляющее до 60 мин, требуется для обеспечения того, чтобы все асбестовое волокно в отходах подверглось достоверному разрушению. Желательно уменьшить время переработки для повышения результативности данного процесса, для его коммерческого применения в больших масштабах.
В соответствии со сказанным выше в раскрытых вариантах исполнения настоящего изобретения представлен способ, в котором асбест, подвергаемый минералогическому преобразованию, может быть подвержен обработке согласно способам, применение которых в комплексе приводят к уменьшению продолжительности времени, требующегося для полного (100%) преобразования асбеста, от около 60 мин до менее чем 20 мин.
Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения способ включает устройство для разрывания пластиковых мешков, в которых содержатся отходы асбеста, и измельчение отходов асбеста до клочков достаточно маленьких размеров для быстрого поглощения минерализующих веществ.
Согласно другому аспекту изобретения предложен способ, включающий устройство для спрессовывания предварительно приготовленных (измельченных и офлюсованных) отходов асбеста с целью увеличения плотности отходов, что, в свою очередь, ведет к увеличению скорости теплопередачи от окружающей среды в печи к отходам.
Согласно другому аспекту изобретения способ включает устройство для разбивания клочков спрессованных отходов в окружающей среде печи для дальнейшего повышения скорости теплопередачи от печи к клочкам отходов.
Согласно другому варианту выполнения изобретения предложен способ, в котором используют другое устройство, с помощью которого рассеивают отходы асбеста таким образом, чтобы отходы подвергались равномерной и консистентной теплопередаче в расположенных ниже по потоку частях окружающей среды печи.
Согласно другому варианту выполнения изобретения предложен способ применения массива топливных горелок, которыми направляют пламя высокотемпературного факела непосредственно на отходы асбеста в тщательно отобранных областях пространства обработки, в результате чего обеспечивают быстрое повышение температуры отходов асбеста, но при этом не расплавляют отходы.
Согласно другому варианту выполнения изобретения создан способ, в котором используют другое устройство, с помощью которого удаляют горячий, преобразованный продукт, полученный путем минералогического преобразования, и передают продукт в горячем состоянии (без охлаждения) для временного хранения.
Отходы асбеста обычно разбивают на кусочки поддающихся регулированию размеров во время удаления. Обычно подают струи воды для предотвращения разлетания волокон, что может происходить во время процесса удаления. Мокрый асбестовый волокнистый материал затем транспортируют в одноразовых полиэтиленовых мешках для сброса в отвалы.
Отходы асбестовых материалов, выбрасываемые таким образом, состоят из асбестового волокна и обычно содержат другие волокна неорганического или органического происхождения вместе с другими материалами, например портландцементом, гипсом, строительным гипсом, доломитом и рядом других силикатов. Под термином «отходы асбеста» при использовании в настоящем описании понимают смеси асбестовых материалов, упомянутых выше, а также минеральные волокна из любых асбестовых материалов, включающие минералы: хризолит, амозит, антофиллит, крокидолит и другие коммерчески и промышленно используемые асбестовые минералы, в общем, известные как асбест и включающие смеси асбестовых минеральных волокон с добавками или матричными веществами, содержащими неорганические и органические материалы.
После удаления отходов асбеста из мест размещения их затем транспортируют к оборудованию для переработки или уничтожения. В способе минералогического преобразования в отходы затем добавляют минерализующие вещества. Было установлено, что путем разрывания пластиковых мешков, в которых содержат асбест, и одновременного измельчения асбеста, содержащегося в мешках, обеспечивают более быстрое поглощение минерализующих веществ отходами и таким образом сокращают время обработки. Измельчение можно производить, используя любое число доступных устройств, включающих (но не ограниченных этим перечнем) низкоскоростной резально-стригальный измельчитель или поперечно-резальный измельчитель.
После измельчения асбеста он обладает очень малой плотностью. Такая малая плотность приводит к высокой степени самоизоляции и при этом возникают ограничения по объему, из-за чего сокращается количество отходов, которое может быть введено в преобразующую установку.
Этим, в свою очередь, жестко ограничивается количество тонн асбеста, которое можно перерабатывать в единицу времени в данной преобразующей установке. Использовали несколько питающих механизмов, пытаясь вводить асбест в преобразующую установку, включая винтовой конвейер и толкающий питатель. При использовании этих механизмов асбест не уплотняют и не спрессовывают. Преимущества способа реализовывали путем спрессовывания асбеста до более высокой плотности. Спрессовывание можно производить путем использования пресса, толкателя, винтового конвейера, экструдера или другого устройства, специально предназначенного для увеличения плотности асбеста. Преимущества, получаемые в результате спрессовывания асбеста, включают: высокую скорость теплопередачи к большей массе отходов; более высокие скорости теплопроводности в уплотненных отходах в сравнении с неуплотненными отходами; большую производительность по тоннажу данной преобразующей установки.
В способе минералогического преобразования в отходы асбеста добавляют минерализующие вещества, которые затем нагревают. К числу минерализующих веществ относятся (но их число не ограничено данным перечнем) минерализующие вещества, указанные в патенте США №5096692, сущность которого в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки. Этим способом понуждают асбест к преобразованию в неасбестовые минералы. После спрессовывания асбеста его вводят в печь для нагрева. Клочки спрессованного асбеста могут быть достаточно большими, при этом клочки большего размера требуют большего времени для преобразования, чем более мелкие клочки. Таким образом, было установлено, что путем разбивания клочков на более мелкие клочки более равномерной консистенции можно уменьшить продолжительность обработки, и все клочки при этом подвергаются преобразованию приблизительно в один и тот же период времени. Устройство, которое использовали для разбивания больших клочков асбеста, содержало отдельный вращаемый вал с билами, выступавшими от вала под таким углом, чтобы достигался эффективный контакт с асбестом. При вращении вала била контактируют с асбестом и разбивают его на кусочки соответствующего размера. Скорость вращения вала, направление вращения вала и расстояние от пода печи могут быть регулируемыми, а вал может быть охлаждаемым воздухом или жидкостью. Число бил на валу, их расположение, их угол наклона и их длина могут быть также регулируемыми.
Вал, которым разбивают асбест, приводит к неравномерному распределению асбестовых клочков по поду печи. Следовательно, существует потребность во втором вале, аналогичном первому валу, но вращаемом в противоположном направлении. Этот второй вал предназначен для выполнения трех целей, которые направлены на повышение эффективности обработки. С помощью второго вала перемешивают клочки асбеста, таким образом обнажая более холодные клочки, скрытые внутри волокнистого слоя, для их нагрева до более высокой температуры в атмосфере печи;  рассеивают асбест по поду печи для обеспечения равномерной толщины слоя; рассеивают асбест для обеспечения более полного застила отходами пода печи.
После преобразования асбеста в неасбестовый материал его удаляют из печи. Многолетняя практика заключалась в сбрасывании горячего преобразованного продукта в воду для способствования быстрому охлаждению и упрощения последующей обработки. Было установлено, что при отказе от немедленного и быстрого охлаждения продукта водой асбест продолжает преобразовываться в течение короткого периода времени после удаления его из преобразующей установки. После этого короткого периода времени можно распылять небольшие количества воды на преобразованный асбест для упрощения последующей обработки. Этой практикой также исключают образование сточных вод, получающихся в процессе охлаждения. Практика обработки преобразованного продукта в горячем состоянии требует использования оборудования, специально предназначенного для обработки горячих материалов и для предотвращения поступления высвобождающихся загрязняющих веществ в атмосферу до тех пор, пока преобразованный продукт может быть испытан. Это оборудование может состоять из (но не ограничено этим): шнекового конвейера или конвейера другого типа, предназначенного для действия в контакте с горячими материалами, снабженного корпусом, который может быть соединен с преобразующей установкой или может быть отдельно присоединен к фильтру.
Предпочтительная установка, пригодная для осуществления способа согласно настоящему изобретению, представлена на Фиг.1. Отходы асбеста 1 вводят в измельчающую установку 2, где пластиковые мешки и содержащийся в них асбест измельчают до клочков меньших размеров для быстрого поглощения ими минерализующих веществ. Измельченный до меньших размеров клочков асбест 3 пропускают через смеситель 4 и подают в уплотнительное устройство 5, в данном случае в шнек 5, хотя это устройство может быть толкателем, шнеком, прессом, как это описано выше, которым спрессовывают и выгружают материал. В идеальном случае уплотнительным устройством можно спрессовывать асбест до минимальной плотности в диапазоне от 40 до 60 фунт/куб. фут, а предпочтительно - до 50 фунт/куб. фут, где его выгружают (6) на поверхность пода 7 печи. Спрессованный асбест наталкивается на гранулирующий вал 9, которым разбивают спрессованный асбест на более мелкие клочки 10.
Била на гранулирующем валу 9 в одном варианте выполнения, в общем, являются ровными, плоскими, металлическими сегментами прямоугольной формы, установленными в выверенном осевом положении относительно продольной оси вала 9. Каждый нож жестко закреплен посредством соответствующего крепежа в упомянутом направлении для обеспечения размера клочков на уровне, желательном для каждого клочка 10. Ориентацию бил можно индивидуально изменять путем прекращения вращения и съема вала, переустановки била или бил в новом положении и последующей повторной установки вала 9. Можно использовать била различной длины и конфигурации для удовлетворения требований, которым должна отвечать конкретная установка. Из-за высокой температуры в печи била невозможно регулировать во время работы установки.
Во время работы гранулирующий вал 9 можно вращать со скоростью от самой медленной желательной скорости до приблизительно максимальной скорости, составляющей 120 об/мин. Клочки 10 разбивают путем взаимодействия бил и пода печи. Расстояние между гранулирующим валом 9 и подом печи можно регулировать для изменения размера клочка.
После пропуска через зону действия гранулирующего вала 9 спрессованный, уменьшенный в размерах клочка асбест подают в зону действия перемешивающего/рассеивающего вала 11, которым рассеивают асбест для раскрывания ранее скрытых поверхностей клочков асбеста относительно окружающей среды печи и для обеспечения равномерной толщины слоя асбеста 12 на поверхности пода печи. Второй вал 11 предпочтительно вращают в направлении, противоположном направлению вращения первого вала 9, чтобы била второго вала 11 вступали в контакт с клочками 10 в направлении, противоположном направлению движения клочков 10. Второй вал 11 имеет такую же конструкцию, что и первый вал 9, и его можно регулировать таким же способом, включая изменения конфигурации и ориентации бил, расстояние от пода печи и скорость вращения.
Топливные горелки 13, расположенные ниже по потоку процесса, направляют непосредственно на асбест, подвергая его интенсивному нагреву. Уплотненный, уменьшенный в размерах клочка асбест преобразуют в неасбестовый продукт 14, где его выгружают на транспортирующее устройство 15. Транспортирующее устройство расположено в помещении (не показано), в котором поддерживают давление ниже атмосферного. Горячий преобразованный асбестовый продукт загружают в контейнер 16 для хранения до испытаний.
Пример 1
Асбест замачивали в минерализующем веществе и затем вводили в преобразующую установку и обрабатывали в течение 60 мин при температуре 2200°F. Наблюдали, что преобразованию подвергались клочки меньших размеров, но не подвергались преобразованию все клочки больших размеров. При обследовании клочков больших размеров обнаруживали, что центральные части клочков не были пропитаны минерализующими веществами.
Пример 2
Асбест, содержавшийся в пластиковых мешках, обрабатывали в резально-стригальном измельчителе и затем пропитывали минерализующим веществом. После этого асбест вводили в преобразующую установку. Асбест доводили до плотности приблизительно 30 фунт/куб. фут и вводили в преобразующую установку шнековым конвейером, которым не спрессовывали асбест. Наблюдения показали, что преобразование происходило на поверхностях пучков асбеста в преобразующей установке, но внутренние части пучков оставались непреобразованными после 60 мин обработки при температуре 2200°F. Для достижения полного преобразования можно было вводить только небольшие количества асбеста для обеспечения толщины слоя асбеста 2 дюйма или менее на поверхности пода печи. Низкая плотность асбеста в сочетании с ограничениями по толщине слоя асбеста приводили к существенному ограничению массы асбеста, которую можно было обрабатывать в течение заданного периода времени.
Пример 3
Асбест, содержавшийся в пластиковых мешках, обрабатывали в резально-стригальном измельчителе и затем пропитывали минерализующим веществом. Пластиковые и другие загрязняющие объекты удаляли из асбеста, а затем из асбеста изготавливали брикеты с целью увеличения плотности асбеста. Небольшое количество брикетов помещали в никелевую «ванну» и подвергали нагреву до 2250°F в течение 10 мин, 15 мин, 20 мин, 30 мин и 60 мин в трубчатой печи. После обработки брикеты обследовали электронным микрозондом для определения, произошло ли преобразование. Было установлено, что преобразование во всех образцах происходило до полного завершения.
Пример 4
Асбест, содержавшийся в пластиковых мешках, обрабатывали в резально-стригальном измельчителе и затем пропитывали минерализующим веществом. После этого асбест вводили в устройство для изготовления брикетов для увеличения плотности асбеста. Наблюдали, что брикеты не обладали связанностью, требовавшейся для поддержания их целостности, и брикеты распадались до того, как их можно было ввести в преобразующую установку. Наличие клочков пластика и других инородных материалов и высокое содержание влаги приводили к такому недостатку связанности. Установили, что невозможно производить брикетирование при таком типе отходов с какой-то разумной скоростью.
Пример 5
Асбест, содержавшийся в пластиковых мешках, обрабатывали в резально-стригальном измельчителе и затем пропитывали минерализующим веществом. После этого асбест спрессовывали, используя гидравлический цилиндр, посредством которого увеличивали плотность асбеста приблизительно до 50 фунт/куб. фут и получали «кирпич» с размерами приблизительно: толщина - 3 дюйма, ширина - 18 дюймов длина - 24 дюйма. Кирпич вводили в преобразующую установку и обрабатывали в течение 60 мин при 2200°F. Установили, что наружные края кирпича подвергались преобразованию, а внутренние части - нет. Другой кирпич вводили в преобразующую установку, но до этого кирпич вручную разбивали на более мелкие кусочки и разбрасывали их по поверхности пода печи, используя металлический инструмент, похожий на садовую тяпку, с длинным черенком. Установили, что преобразование асбеста в разбитом состоянии происходило в течение 35 мин.
Пример 6
Асбест, содержавшийся в пластиковых мешках, обрабатывали в резально-стригальном измельчителе и затем пропитывали минерализующим веществом. После этого асбест спрессовывали, используя гидравлический цилиндр, посредством которого увеличивали плотность асбеста приблизительно до 50 фунт/куб. фут и получали «кирпич» с размерами приблизительно: толщина - 3 дюйма, ширина - 18 дюймов длина - 24 дюйма. Кирпич вводили в преобразующую установку. Кирпич разбивали, используя вращаемый вал, снабженный билами. Билами эффективно разбивали кирпич, но за валом получался слишком толстый слой из мелких кусочков асбеста, в результате чего во внутренних частях слоя не происходило преобразования в течение разумного периода времени. Испытания повторяли, но при этом пучки распределяли вручную по поверхности пода печи для достижения постоянной толщины слоя. Направляли две пропановые горелки на асбест в зоне печи ниже по потоку. Преобразование при этом происходило в течение 20 мин.
Пример 7
Асбест вручную удаляли из печи и не подвергали охлаждению в воде. Наблюдали, что преобразованный асбест оставался «раскаленным до красна» приблизительно в течение 1 мин после удаления из преобразующей установки. Температуры, которые требовались для обеспечения свечения под действием нагрева, были достаточными для ускорения преобразования асбеста. Путем исключения охлаждения продукта можно продлевать процесс преобразования в течение короткого периода времени после удаления из преобразующей установки, таким образом сокращая время пребывания в преобразующей установке. Было установлено, что благодаря использованию материалов, выдерживающих высокую температуру преобразованного продукта, для транспортировки продукта и для ограждения транспортирующей установки можно продлевать преобразование на 1-2 мин после удаления из преобразующей установки, таким образом сокращая требуемое время пребывания приблизительно на 10%.
Все упомянутые выше патенты США, опубликованные заявки на патенты США, заявки на патенты США, иностранные патенты, иностранные заявки на патенты и непатентные публикации, на которые были сделаны ссылки в настоящем описании и/или которые указаны в спецификации к заявке, включены в настоящее описание в их полном объеме в качестве ссылки.
Принимая во внимание изложенное выше, можно понять, что хотя в настоящем описании раскрыты конкретные варианты выполнения изобретения для его иллюстрации, могут быть выполнены различные модификации без отступления от сущности и объема изобретения. В соответствии с этим изобретение не ограничено ничем, кроме как прилагаемой формулой изобретения.