Neutralizace kyselých složek odpadních plynů s pomocí metalurgických odprašků

Jakub Korpas

Doctoral thesis

Neutralization of Acidic Components of the Pyrolysis Gases with Metallurgical Dust

Abstract:

V posledních letech rapidně narůstá množství PVC odpadu v důsledku konce životního cyklu PVC produktů s dlouhou životností, vyprodukovaných v počátcích masivního rozšíření PVC v polovině minulého století. Zároveň je v současnosti skládkováno velké množství metalurgických odprašků. Odprašky jsou charakterizovány jako nebezpečný odpad z důvodů vysokého obsahu zinku a dalších těžkých kovů. Práce je tedy zaměřena na redukci množství PVC odpadu pyrolýzou v přítomnosti metalurgických odprašků. Základní myšlenkou procesu je konverze organicky vázaného chlóru do anorganické formy a tím eliminace možnosti vzniku toxických látek jako jsou polychlorované bifenyly aj. Dalším bodem výzkumu byla možnost zisku kovových surovin jako vedlejšího produktu procesu. V rámci experimentů byl zkoumán termický rozklad PVC a s tím spojené uvolňování chlorovodíku a následně zachytávání chlorovodíku do odprašků během kopyrolýzy směsi těchto materiálů. Jako sorbent byl použit průměrný vzorek ocelárenských odprašků z tandemových pecí. Výsledky experimentů ukazují dobré sorpční vlastnosti odprašků k navázání uvolněného chlorovodíku. Při zkoumaných podmínkách byl veškerý vzniklý chlorovodík převeden na anorganické soli, z toho až 92% do vodou loužitelných chloridů. Z hlediska možnosti zisku kovových surovin je hlavní zájmovou látkou chlorid zinečnatý, který se společně s chloridy těžkých kovů soustřeďuje do vodou loužitelného podílu. V nerozpustné fázi je pak koncentrováno železo v oxidické formě a uhlíkaté pyrolýzní zbytky. Za zkoumaných podmínek nelze železo a zinek zcela oddělit. Větší množství zinku přechází do rozpustné formy při nižších teplotách, kdy se však také do roztoku dostává větší množství železa. Provedené experimenty ukazují schůdnost procesu ve zkoumané oblasti teplot pyrolýzy. V závěru jsou doporučeny další možné kroky ve výzkumu tohoto procesu.

Abstract:

In recent years, amount of waste PVC have rapidly increased due to the end of the life cycle of long life PVC products, produced since the beginning of a massive expansion of PVC in the middle of the last century. Rather different waste material is metallurgical dust of landfilled. It is a hazardous waste due to high content of zinc and other heavy metals. The work is focused on reducing the amount of PVC waste by pyrolysis in presence of the steelmaking dust. The idea was to convert of organically bound chlorine into inorganic salts, which can prevent formation of chlorinated dioxins and similar toxic substances. Possibility to gain metal materials as a byproduct may be the other goal of the process. Pyrolysis of PVC was investigated studying its destruction and release of hydrogen chloride. Then, efficiency of chlorine capture was determined by PVC co-pyrolysis with metallurgy dust. The dust under investigation was taken as an averaged refuse of the steel-making plant. The results of experiments show good sorption and neutralization potential of the dust to capture the hydrogen chloride in nascent state. Moreover, all the formed hydrogen chloride has been transferred to inorganic salts, 92% of them being water soluble. From the viewpoint of the metal separation, it is primarily the zinc chloride, which can be leached along with minor heavy metal chlorides. The insoluble solid phase dust residuum is enriched by iron oxides and some carbonaceous pyrolysis product. Unfortunately, iron and zinc cannot be completely separated under by the one-step process. Greater amounts of zinc is transferred into the soluble form at lower temperatures, however it occurs for iron as well. To conclude, the presented study demonstrates feasibility of the process of chlorine abatement and simultaneous zinc gain from a couple of dangerous waste materials. Some proposals for following research leading to further potential improvements of the suggested technology are outlined.

Keywords

Odpadní PVC, pyrolýza, ocelárenské odprašky, eliminace chlorovodíku.

Keywords

PVC waste, pyrolysis, steelmaking dust, hydrogen chloride capturing.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 4. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 21. 10. 2015
• Supervisor: Kamil Wichterle
• Reader: Michael Pohořelý, Václav Slovák, Lucie Obalová

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme / field:
Metalurgie / Chemická metalurgie