מחזור של סלדג' תעשייתי וסובסידיות: אתגרים הנדסיים

אקולוגיה תעשייתית דורשת ממהנדסים להתעמת עם פרדוקס חומרי: זרמי הפסולת הענקיים שנוצרים על ידי התעשייה המודרנית מכילים לעתים קרובות ריכוזים גבוהים יותר של מתכות יקרות ערך ומינרלים מאשר פיקדונות טבעיים. Transforming זה אחריות לתוך נכס הוא המטרה העיקרית של מיחזור של זחל תעשייתי ו שאריות.אבל, עם זאת, תכונות הנדסיות פיזיות, כימיות והנדסה של חומרים אלה הנוכחי אתגרים כי הרבה יותר על אלה של כרייתות קונבנציונליות ושישות גבוהה.

Defining the Feedstock: Sludge, Residue, and By- Product

פתרונות הנדסה חייבים קודם כל בחשבון את הגמישות הרחבה של החומר עצמו.התחילה תעשייתית מתייחסת בדרך כלל לזחלות חצי פתורות שנוצרו במהלך טיפול במים או תהליכים רטובים.החלים האלה יש תוכן נוזלי גבוה, לעתים קרובות מעל 80%, ומכיל תערובת של חומר אורגני, הידרוקסידים מחוסנים מראש, ומדווים.

סובסידיות, לעומת זאת, הן לעתים קרובות יבשות או נפוחות על ידי תוצרים של תהליכים עתיריים גבוהים או כימיים. שאריות תעשייתיות נפוצות כוללות:

• להקות פראנס ולא מעוררות מפעולות ממליצות
• לטוס אפר ותחתית מתחנות כוח משורפות פחם ומכשפות
• זרזים מנפט מסדיר וסינתזה כימית
• Bauxite שאריות, הידוע בשם בוץ אדום, מייצור אלומיניום
• Phosphogypsum ו פלואורגנופסיה מפריים וייצור כימי
• חולות שנמצאו מפעולות ליהוק מתכת

ההבחנה בין "פסולה" לבין "מוצר לוואי" היא לעתים קרובות עניין של הנדסה. שאריות הופך למוצר לוואי פעם נתיב עיבוד בר קיימא קיים כדי להפוך אותו לחומר גלם משני בשוק.המשימה ההנדסית היא לעצב את נתיב עיבוד זה.

נהגים לפסולת תעשייתית

המקרה הכלכלי של מיחזור שאריות תעשייתיות חזק יותר, מונע על ידי גורמי הדבקה.עלויות לנדפיל ממשיכות לעלות באזורים תעשייתיים, ומסגרות רגולטוריות כגון צו המסגרת של האיחוד האירופי לאכוף היררכיה פסולת קפדנית כי עדיפות ההתאוששות על פני הרשות.מדינות אירופיות רבות יישמו איסורי קרקע עבור פסולת עם תוכן אורגני גבוה או מתכות ניתנות לשחזור.

אבטחת שרשרת האספקה מספקת תמריץ גדול נוסף. שאריות תעשייתיות עשירות לעתים קרובות בחומרי גלם קריטיים, כולל אבץ, נחושת, ניקל, קובלט ואלמנטים נדירים של כדור הארץ.FLT:0 הביקוש העולמי למתכות אלה הוא מאיץ את FLT:1 בשל המעבר האנרגיה, מה שהופך התאוששות משנית יותר ויותר תחרותי עם כרייה ראשונית.

תמחור פחמן ומחויבות ESG התאגידית מוסיפים לחץ נוסף על השימוש בחומרים ממוחזרים בדרך כלל דורש פחות אנרגיה משמעותית מאשר עיבוד בתולה אוה, באופן ישיר להפחית את פליטות Scope 1 ו- Scope 2.עבור תעשיות העומדות בפני מנגנוני הסתגלות בגבול פחמן, השקעה במיחזור פסולת היא גידור פיננסי ישיר.

אתגר הנדסי 1: הטרוגניות ואופייזציה

אולי האתגר ההנדסי הבסיסי ביותר הוא יכולת ההרכב הקיצוני של שאריות תעשייתיות. אצווה אחת של אבק קשת חשמלי (EAF) יכול להשתנות בתוכן אבץ מ 15% עד 35% בהתאם תערובת הגרדונית המואשמת לתוך הפרווה.

מהנדסים אינם יכולים לעצב תהליך קבוע עבור מטרה מרגשת.הגישה הסטנדרטית כוללת דגימה סטטיסטית קפדנית ואפיון.טכניקות כגון X-ray diffraction (XRD) עבור זיהוי שלב מינרלים, סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) יחד עם תנודות פיזור אנרגיה (EDS) עבור ניתוח חלקיקים, וניתוח כימי כמותי הם חיוניים בשלב העיצוב.

אתגר הנדסה 2: Dewatering ו Moisture Removal

תכולת לחות גבוהה היא מאפיין מוגדר של סדקים תעשייתיים ומחסום גדול למחזור יעיל של תוכן מים מגביר את המסה של חומר הדורש טיפול, מעלה עלויות תחבורה, ומגדיל באופן דרמטי את האנרגיה הנדרשת לעיבוד תרמי במורד הזרם. הסרת מים מזחלת דקירה, דחוס הוא ניתוח יחידת אנרגיה שיכול לקחת חלק משמעותי של עלויות התפעול.

טיהור מכני הוא קו ההגנה הראשון.טכנולוגיות כוללות:

• (FLT:0) סיקור וסינון מסגרת (Recessed) של עוגות עם 60-70% מוצקות
• (ב) ,0) , 000 סיקור מסנן (בקיצור: 1) עבור פעילות רציפה על כרכים גדולים
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) ,Vacuum תופים מסננים 1 לרכיבים עם מאפיינים של סינון מתון

האתגר ההנדסי שוכן בטבע הקולגואידאלי של הרבה סדקים.חלקיקים יפים, לעתים קרובות פחות מ 10 מיקרונים בקוטר, לשמור מים באמצעות כוחות capillary ודבקות על פני השטח.מיזוג כימי עם flocculants ו coagulants נדרש כדי לגזום את החלקיקים, יצירת מבנה ⁇ כי משחרר מים תחת לחץ.

אתגר הנדסה 3: מכשולים מסוכנים ואי-יציבות

שאריות תעשייתיות רבות מכילות חומרים רעילים הדורשים ניהול קפדני. מתכות כבדות כגוןעופרת, קדמיום, כרום (במיוחד כרום hexavalent), כספית, ואסרניק נפוצים בסדקים מן גמר המתכת, כרייה ותעשיות כימיות. מזהמים אורגניים, כולל פחמימנים שוכנים, דיוקסינים, פרוסים, ניתן להציג בסדקים מנפט מפסולת ופסולת.

תהליכי מחזור חייבים להסיר רכיבים מסוכנים אלה לאיכות המתאימה לשימוש במוצר או לערעור אותם כך שהם לא יכולים להיצמד לסביבה במהלך מחזור החיים של המוצר. Immobilization היא האסטרטגיה המועדפת עבור יישומים גדולים כמו חומרי בנייה.

יציבות ועוצמה (S /S) היא גישה הנדסית מבוססת היטב.הפסולת מעורבת עם כור, בדרך כלל פורטלנד מלט או חומר פוזול כגון זבוב אפר או פיצוץ slag.הקפאה וכתוצאה מכך ממטרה מוכווצת פיזית חייב לייצב את החלקיקים השפכים וכימיקליים רבים לתוך תחמוצת hydrle או שלב לימפולסי של חוסר יציבות הוא גם מבטיח את הפחתת חומרים עמידים לטווח ארוך של חסכוניים יציבים.

אתגר הנדסה 4: אחריות כלכלית והיקף

תהליך מחזור אלגנטי מבחינה טכנית ביותר הוא ערך מועט אם הוא לא יכול להתחרות מבחינה כלכלית.מודל הפיננסי של מחזור פסולת תעשייתי בדרך כלל מאזן שלושה גורמים: עלות ההימנעות של סילוק, את ההכנסות ממוצרים התאוששים, ואת העלות התפעולית של התהליך עצמו.

שולי דק עושים יעילות תהליכים חשוב מאוד. צמח הידרומטרי מחלים ניקל וקובלט מזרזים בילו חייב להשיג שיעורי התאוששות גבוהים תוך צמצום צריכת אנרגיה וצריכת אנרגיה. A pyrometallurgical Waelzln עיבוד EAF חייב להתאים את יעילות אבץ תוך ניהול העלות של coke ושיקום.

סולם הוא גורם קריטי נוסף.מתקן מיחזור מרכזי יכול להשיג כלכלות של קנה מידה כי צמח קטן יותר באתר לא יכול להתאים.עם זאת, תחבורה של שאריות מסוכנות נושאת את העלות שלה ואת הנטל הרגולטורי. מהנדסים חייבים לבצע הערכות טכנולוגיות מפורטות-כלכליות כי מודל הלוגיסטיקה של איסוף הפסולת, ההון עבור מתקן העיבוד, ואת המחירים תנודתיים עבור מתכות או חומרים התאוששו.

פתרונות הנדסה: Proproproology

בעשורים האחרונים, כמה טכנולוגיות ליבה צמחו כסטנדרטים בתעשייה עבור סוגים מסוימים של שאריות.

עיבוד Pyrometallurgical

עיבוד עתיר גבוה הוא הנתיב העיקרי עבור שאריות עשירות מתחמי תנודתי או מופחת.ה Waelz ln הוא הטכנולוגיה הדומיננטית לטיפול אבק EAF, עיבוד מיליוני טונות מדי שנה ברחבי אירופה, צפון אמריקה, ואסיה.ב ln זה ln רוטארי, תחמוצת אבץ מופחתת על ידי פחמן בטמפרטורות מעל 1100 ° C. vulor אבץ הוא reided משוחרר בתוך מערכת ייצור חית, אשר הוא מרוכזת חומר לא מוכר אז.

עבור שאריות המכילות מתכות בסיס כגון נחושת ניקל, פצעי קשת חשמליים או פרוות קשת מעוות משמשים לייצור סגסוגת מתכת. תהליכים אלה דורשים שליטה זהירה של הכימיה של הזחל כדי למזער את אובדן המתכת ולהבטיח כי גל נוזל שניתן לקלוע מן הפרווה.

הידרומטאורגיה ליג'י

הידרומטאורג'יה מציעה אלטרנטיבה דלת-זמן כי הוא מתאים היטב ל שאריות שקשה לטפל תרמי או המכיל מתכות שניתן לפרק באופן סלקטיבי. Acid leaching עם חומצה sulfuric או הידרוכלורית משמש כדי לפזר מתכות מזרזים מובלים, דלות דקים, ואבקי מתכת.

(FLT:0) התקדמות במיצוי מפלט 1: [ה] השתפרו בוחרות של התאוששות מתכת מפתרונות מורכבים ללחמה, לאחר פירוק, מזרקים ספציפיים משמשים כדי להפריד נחושת מן ניקל, cobalt מן אבץ, וכדורים נדירים מן מתכות חד-משמעיות.הפתרונות המטוהרים לאחר מכן להאכיל מעגל אלקטרו-צומחה שמייצרת גבוהה מתכת קדומים.

פתרונות הנדסה ביולוגית

(בלטינית: Bioleaching היא טכנולוגיה מתפתחת המשתמשת microorganisms כדי לזרז את פירוק מתכות מ sulfide או oxide matrices. Bacteria כגון microorg:0Acidithiobacillus ferrooxidansFLT 1 ו-FLT:2Leptosrillum ferrooxidthiobcillus ferricus fersferscaerancesoricus, אשר מציע לחץ אנרגיה נמוכה יותר.

האתגר ההנדסי עם ביו-leaching הוא הקינטיקה האיטית, אשר יכול לדרוש זמני מגורים של ימים או שבועות במקום שעות. Stirred טנק ביולוגיים מציעים שיעורים גבוהים יותר מאשר מערכות היחוס heap, אבל מגיע עם מורכבות מכנית מוגברת ועלויות הפעלה. החל ביו-שובל לשרידים תעשייתיים דורש שליטה זהירה של pH, טמפרטורה, וספק תזונתי, כמו גם ניהול של אלמנטים כגון chlor או פתרון אורגני לא יעיל יותר.

פיתוח ועיבוד חומרי בנייה

עבור שאריות בעלות גבוהה שאין מספיק ערך מתכת כדי להצדיק את החילוץ, הדרך ההסתברותית ביותר היא לעתים קרובות ניצול כחומר בנייה. גישה זו דורשת הנדסה קפדנית כדי להבטיח שהחומר עומד בדרישות הפיזיות והסביבתיות של היישום המיועד.

פלדה slag, למשל, משמש נרחב כ מצטבר בבניית הכביש ו asphalt. האתגר הנדסי כאן הוא הפוטנציאל של אי יציבות נפח בשל נוכחות של ליג חינם ולהגדיל את היבשות ולהרחיב לאורך זמן. Slag, טיפול קיטור, ותהליכי קירור אופטימיזציה אופטימיזציה הם פתרונות הנדסיים שהופכים את השלבים השבירה האלה לhydrate יציב לפני החומר ממוקם.

זבובים מתחנות הכוח של פחם מנוצלים בהצלחה כחומר מלטי נוסף בטון במשך עשרות שנים.איכות האפר זבוב, במיוחד תכולת הפחמן והזונות שלה, יש לשלוט בזהירות על מנת להבטיח ביצועים עקביים.(FLT:0Environmentalתקנות השולטות בשימוש של פחמי פחם:1) דורש כי החומר עומד בקריטריונים ספציפיים ללח, אשר דורש אימות אופי זהיר ותכניות אבטחה איכותיות.

הפרדה מכנית מתקדמת

טכניקות הפרדה פיזיקליות הן קריטיות לשדרוג שאריות לפני עיבוד כימי.הפרדה מגנטית משמשת כדי לשחזר ברזל מתכתי מסולן פלדה וסולן מילימטר. אדדי הנוכחי מחלים מתכות לא מעוררות ממערכות מחוסמות למטה.מערכות מיון מבוססות חיישן, באמצעות העברת רנטגן (XRT) או ספקטרום של פירוק לייזר (LIBS), יותר ויותר ממוקדים לזהות ולסלק חומרים ספציפיים כדי לרכז או לרכז חומרים ספציפיים.

הפרדה של דשנות, באמצעות ג'יגס, ספירלות, או הפרדה תקשורתית צפופה, יכולה למעשה להפריד חומרים המבוססים על הכבידה מסוימת. התהליכים המכניים האלה הם בדרך כלל נמוכים יותר באנרגיה ובעלויות מאשר שיטות תרמיות או כימיות, מה שהופך אותם צעד ראשון אטרקטיבי בגליון זרימה גדול יותר של תהליכים.

כיוונים עתידיים בהנדסה ועיצוב

הנדסה של מחזור פסולת תעשייתי ממשיך להתפתח.די.די.ליזציה ואינטליגנציה מלאכותית מוחלים על אופטימיזציה של בקרת תהליכים בפני ניתוח המזינים המשתנה. ניתוח בזמן אמת באמצעות ספקטרוסקופיה של פירוק לייזר או פלואורדת רנטגן נייד יכול לספק משוב מיידי על הרכב החומרי, המאפשר למפעילים להתאים את תהליך פרמטרים דינמיים.

הגדלת תהליכים היא מגמה חשובה נוספת.קומפקטית, עיצובי כור מודולרי שניתן לפרוס בקנה מידה קטן יותר קרוב למקור הפסולת מפותחים.זה מפחית עלויות תחבורה ומאפשר אתרי תעשייה קטנים יותר לנהל את שאריותיהם ביעילות.טכנולוגיות כגון צנרת מיקרוגל-מחוסן מלוטשות אולטרסאונד וממים אולטרסאונד-enhanced עובר מהמעבדה לבדיקות בקנה מידה פיילוט.

במבט קדימה, עקרונות העיצוב המעגלי מוחלים על תהליך הייצור של הזרם.אם מהנדסים מעצבים מוצרים ותהליכים תעשייתיים עם מחזור חיים של חיים בראש, שאריות וכתוצאה מכך יהיו נקיים, עקביים יותר וקלים יותר לעבד.שינוי זה לעבר "עיצוב עבור מעגליות" מייצג את הפתרון ההנדסי האולטימטיבי לניהול פסולת תעשייתית.

מסקנה

מיחזור של שיתוק תעשייתי ו שאריות הוא משמעת הנדסית תובענית שיושבת בצומת של מדע חומרי, עיצוב תהליכים כימיים, ותקנה סביבתית. האתגרים של הטרוגניות, לחות, רעילות וכלכלה דורשים פתרונות חזקים, מוכרים היטב, מותאמים לכל זרם פסולת ייחודי, בעוד שהמכשולים הטכניים הם אמיתיים, טכנולוגיות מוכחות קיימות למגוון רב של שאריות יקרות, והמשך את האחריות של מרכזי יעיל יותר לכדי שינוי יעיל של תהליכים תעשייתיים.