Možnosti zpracování kovových kalů pyrolýzní technologií

Roman Gabor

Doctoral thesis

Options of Metal Sludge Processing by Pyrolysis Technology

Abstract:

Předkládaná disertační práce přináší zhodnocení možností zpracování komplexně charakterizovaných kovových kalů s obsahem oleje v podmínkách pyrolýzy s cílem stanovit distribuci a chemické složení pyrolýzních produktů. Z provedených chemických analýz vyplývá, vzhledem k stanovenému vysokému obsahu železa v kovové formě (až 88,3 hm. %) a přítomnosti legujících prvků (Cr, W, Mo), potenciální využití kovových kalů jako druhotné suroviny ve výrobě kovů. Pro stanovený vysoký obsah řezných kapalin (až 45,4 hm. %) jsou kovové kaly s obsahem oleje hodnoceny jako nebezpečné odpady a v současné době jsou po termickém zpracování ve spalovnách nebezpečných odpadů ukládány na skládky odpadů. Ke zhodnocení termické stability oleje obsaženého v kovových kalech a výpočtu kinetických parametrů byla využita termická analýza. V sestavené laboratorní pyrolýzní jednotce byl studován vliv navržených procesních podmínek na vývoj jednotlivých pyrolýzních produktů. Po aplikaci rychlostí ohřevu 10 a 20 °C.min-1 na konečnou pyrolýzní teplotu 450 °C, 550 °C, 650 °C s výdrží na zvolené teplotě 30 min. byly kvantitativně a kvalitativně hodnoceny kapalné, pevné a plynné produkty. Původní vzorky a pyrolýzní tuhé produkty byly analyzovány metodou rentgenové práškové difrakční analýzy. U pyrolýzních tuhých zbytků byly provedeny stanovení karbidického a pyrolytického uhlíku, včetně analýzy obsahu C10-C40. Analýza původních kapalných podílů vzorků získaných sedimentací a pyrolýzních kapalných produktů byla provedena s využitím infračerveného spektrometru s Fourierovou transformací. V pyrolýzním plynu byly v závislosti na teplotě a rychlosti ohřevu chromatograficky sledovány obsahy CO, CO2, H2, CH4, C3H8, C3H6, C2H6, C2H4. Obsahy jednotlivých 16 prioritních PAHs podle U. S. EPA a jejich toxikologické vlastnosti byly stanoveny při rychlosti ohřevu vzorku IIIK 10 °C.min-1 na konečnou pyrolýzní teplotu 450 °C, 550 °C a 650 °C s dobou výdrže 30 min.

Abstract:

This Ph.D. thesis provides evaluation of options of processing a comprehensively characterized metal sludge containing oil at pyrolysis conditions with the goal to determine the distribution and chemical composition of pyrolysis products. The performed chemical analysis shows potential use of metal sludge as secondary raw materials in the production of metals relative to the set of high content of iron in metallic form (up to 88.3 wt. %) and the presence of the alloying elements (Cr, W, Mo). For the set of high content of metalworking fluids (up to 45.4 wt. %) the metal sludge containing oil are evaluated as hazardous waste and after thermal treatment they are currently stored in hazardous waste incinerators as a landfill waste. For assess the thermal stability of oil contained in the metal sludge and the calculation of the kinetic parameters there was used the thermal analysis. In the assembled laboratory pyrolysis unit there was studied the influence of designed process conditions on the development of individual pyrolysis products. After applying a heating rate of 10 and 20 °C.min-1 to the final pyrolysis temperature of 450 °C, 550 °C, 650 °C with a holding time at a selected temperature for 30 min. there were quantitatively and qualitatively evaluated liquid, solid and gaseous products. Initial samples and solid pyrolysis products were analyzed by X-ray powder diffraction analysis method. For the pyrolytic solid residues the determination of carbidic and pyrolytic carbon was executed including analysis of kontent of C10 - C40. The analysis of the portion of original liquid samples obtained by sedimentation and pyrolysis liquid products was performed using an infrared spectrometer with Fourier transformation. In the pyrolysis gas depending on the temperature and heating rate there was chromatographically monitored levels of CO, CO2, H2, CH4, C3H8, C3H6, C2H6, C2H4. The contents of each of the 16 priority PAHs according to the U. S. EPA and their toxicological properties were determined at a heating rate of the sample IIIK 10 °C.min-1 to the final pyrolysis temperature of 450 °C, 550 °C and 650 °C with exposure time of 30 min.

Keywords

pyrolýza, kovový kal s obsahem oleje, pyrolýzní produkt, pyrolýzní teplota, rychlost ohřevu, pyrolytický uhlík, pyrolýzní kapalina, karbidický uhlík.

Keywords

pyrolysis, metal sludge containing oil, pyrolysis product, pyrolysis temperature, heating rate, pyrolytic carbon, pyrolysis liquid, carbon carbide.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 24. 6. 2014
• Supervisor: Jana Seidlerová
• Reader: Miroslav Kaloč, Jan Vymětal, Boleslav Taraba

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme / field:
Metalurgie / Chemická metalurgie