一种清洁砂中的有毒物质的方法和清洁组合物与流程

本发明涉及一种清洁砂的方法，所述砂用作用液体射流清洁和抛光金属表面的研磨料，还涉及一种用于清洁污染了的砂的组合物。更确切地说，本发明涉及清洁在喷砂过程中被重金属污染的砂，还涉及一种三组分组合物，用于清洁被重金属污染的砂。用作研磨剂的砂的类型的实施例包括砂砾、石英砂、黑色和棕色金刚砂、钢球和石榴石。

根据国际专利分类，本发明归类为针对使有害化学物质无害的化学品的a62d3/00类；以及归类为b03b区域-用液体分离固体物料，更精确地归类为b03b9/00-分离装置的总体布置。

技术问题

在用研磨砂的液体射流清洁和抛光金属表面过程中，例如在维护船舶和金属加工期间，会消耗大量的砂子。在喷砂处理完成之后，砂子会带走金属表面上的所有杂质，例如金属腐蚀部分、防腐蚀涂层和防污染涂层。上述这些涂层基于重金属化合物，主要基于金属化合物，例如铜、锌、铬、铁、铯、镓、锰、钼、镍、铅、硅、锡、钨、锆和可能的铅。由于喷砂后大量的重金属残留在砂的表面上，这种砂子无法再次使用，并且必须将其作为危险废品进行处理，这对公司而言是一个很大的问题，因为处理危险废品的成本很高，这又是因为目前缺少处理这类危险废品等的垃圾填埋场。

该权利要求旨在提供一种解决所述技术问题的技术方案，该方案具有一种生态学上可接受的且可持续的工艺，用于清洁来自金属的砂子，使得这些砂子可以再次用作喷砂中的研磨剂。

另一个技术问题是找到一种清洁方案，这种清洁方案应该是生态学上可接受的，且应将来自所有有毒金属的砂子清洁至以下这种程度，即这种砂子不会对工人的身体健康造成威胁，这些工人指的是那些将使用按照上述方法清洁后的砂子，用于喷砂的人。

本发明还旨在通过在喷砂后比现有已知的方法更有效地清洁砂子的方式来解决这个技术问题。

此外，本发明要解决的技术问题是减少清洁砂子后留下的废物量。通过本发明，与参与清洁过程的砂子的总量相比，必须作为有毒废物处理的这些废物的量将达到0.3wt％。在完成本发明提出的方法之后，除了获得上述有毒废物外，还获得了以下物质：具有0.2mm至3mm颗粒的干净的砂，可接受作为研磨剂；坚硬的油漆脱落物，以进行进一步的化学处理；净化和澄清的水，可以返回系统，用于清洁受喷砂和类似过程污染的新砂子；污泥，由90％砂和10％氢氧化钙组成，可用于制造建筑业的混凝土板和砌块。

背景技术：

公开号为ep0622121的欧洲专利申请ep94302603.9代表了与本发明最接近的现有技术。它公开了一种在喷砂后清洁砂子中的重金属的方法，主要是一种在喷砂后清洁砂中的铅、铜，镉和铬的方法。所描述的方法包括用2-5％过氧化钠溶液处理污染的砂子，接着从仍然被上述金属污染的砂子中分离出几乎不含金属的干净的砂子。基于颗粒大小进行分离，其中干净的砂子的颗粒大于污染的砂子的颗粒，并且它们的直径不得小于60微米。进一步用凝结和絮凝剂处理污染的砂子，然后过滤干净的砂子并将干净的砂子与污染的砂子分开。根据引用的专利申请实施该流程导致在处理结束时产生大约40wt％的大量污染的砂子，这些污染的砂子需要多次经历整个流程，以便清洁干净，这大大增加了流程的成本。根据所引用的文献，在本发明的更有利的实施方案中，清洁后的砂子中的有毒金属如铅、铜、镉和铬的含量不超过1,000ppm，即500ppm。砂子不能包含超过5ppm的铅和铬，和超过1ppm的镉，这表明了通过使用引用的文献中公开的本发明所清洁的砂子不能再次用于喷砂。换言之，在喷砂之后，这种方法将砂子从有毒和危险的废物转化为无害废物。

喷砂后清洁砂子的关键步骤是通过擦洗清洁砂子的步骤。通过选择通过擦洗来洗涤砂子的液体可以将清洁后的砂子中的有毒金属的份额降低到它们不会对健康或环境构成威胁的水平。换言之，通过选择用于清洁砂子的液体，可以获得可再次用于喷砂的砂子。

本发明使得可以在砂粒由于粒度变得太小而无法用于喷砂之前清洁3-4次。因此，通过由砂子制成石块，该砂子可用于建筑中。

本发明使用氧化钙在水中的溶液和偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子和/或离子表面活性剂的化合物的水溶液作为液体，用于通过擦洗来清洁砂子。

在喷砂后，通过在砂砾样品上的电感耦合等离子体上的发射光谱检测作为清洁砂子的独立溶液的这种清洁液体与2-5％wt氢氧化钠水溶液和氧化钙溶液相比时的有效性，其中所述砂砾之前通过振动筛过滤。作为验证，以相同的方式对未用于喷砂的砂砾的表面上的金属含量进行分析，即分析干净的砂砾。在用清洁液洗涤和清洁砂砾之后，再次通过振动筛筛分砂粒以将砂粒与油漆残余物分离，然后仅在此时砂砾经受硝酸的作用，以去除砂砾表面上的残留金属原子。

对于所有使用过的清洁液，在具有磁性混合物的锥形烧瓶中在10分钟内在实验室条件下进行清洁和擦洗砂砾。

表1显示了分析结果。最后一栏显示了用偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液清洗砂子的结果。表1中的先前解决方案名为“解决方案”。

从结果可以清楚地看出，氢氧化钙水溶液和偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液的组合到目前为止产生了最好的结果并且将砂砾清洁到再次用于喷砂所需要的水平。

因此，例如通过根据本发明洗涤砂砾，砷、钡、铍、铋、钴、铬、铜、铁、锰、钼、镍、硒和锡的量回到在将砂砾用作研磨喷砂剂前就存在的初始值。

此外，与喷砂前的干净的砂砾相比，许多上述金属的量已经减少。同样清楚的是，如最接近的现有技术中所述，用2-5％wt氢氧化钠水溶液洗涤不会对上述大部分金属产生影响。如果我们将用根据本发明的液体清洁砂砾得到的结果与仅用水和氧化钙清洗砂砾得到的结果和用偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液清洗砂砾得到的结果相比，我们可以看到强烈的协同效应，这是因为在前述后两种清洗方法中，砂砾的表面上的金属含量减少了，但是这种金属含量未减少到砂砾可以再次用作研磨剂的程度。有趣的是，喷砂后的砂砾以及清洁后的砂砾中不再含有铅(最接近的现有技术涉及所述铅的去除)，因此，看起来所述砂砾不需要清洁铅。

而且，可以看出2-5％wt氢氧化钠溶液的ph值约为13，并且与文献ep0622121中的断言相反，ph值不能小于12。与此相反，根据本发明的解决方案的溶液的ph大于11且小于12，并且实际上约为11.5。

技术实现要素：

清洁含有毒有害物质的砂子的方法包括以下步骤：

a)用筛子3筛分受污染的砂子，

b)通过加入来自水箱5的水，在摩擦装置4中清洁/擦洗污泥中的污染的砂子，以去除砂砾表面上的有毒有害物质和油脂，

c)在脱水器8上分级滴落，由此获得清洁的砂子和污泥，

d)在锥形容器14中沉淀污泥并通过过滤除去污泥，

e)通过在污泥分离器9和9'处以及在获得清洁的砂和废石的浓缩台10和10'处使用重选通过颗粒大小分离清洁的砂子，

f)干燥干燥的砂子，按粒度分级以及储存和包装这种分级的砂子，

其中在步骤b)的砂清洁步骤中，加入水、氧化钙和含有偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和选自离子和/或非离子表面活性剂的水溶液(其中非离子表面活性剂是首选)，并且当在摩擦装置4中混合时，上述物质产生用于清洁砂子的混合物，而在步骤d)中，使用压滤机17分离污泥中的水。砂清洁混合物的ph值大于11且小于12。在本发明的有利实施方式中，砂清洁混合物的ph值约为1.5。在步骤b)擦洗/洗涤过程中，在每吨砂中连续加入量为1-3升的偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液，在擦洗/洗涤过程中，在每吨砂中连续加入量为0.5-1.5千克的氧化钙，以及在步骤b)擦洗/洗涤过程中，在每吨砂中连续加入量为100升至500升的水。在本发明的更有利的实施方式中，在擦洗/洗涤步骤中，在每吨砂中连续加入量为150升至400升的水。在本发明的更有利的实施方式中，在擦洗/洗涤步骤中，在每吨砂中连续加入量为200升的水。

另一方面，在步骤b擦洗/洗涤过程中，在每吨砂中连续加入量为两升的本发明的更有利的实施方式中的偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液，以及在步骤b)擦洗/洗涤过程中，在每吨砂中连续加入量为1千克的氧化钙。在摩擦机中的步骤b)擦洗/洗涤的时间长达至少10分钟。

添加到摩擦机中的偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液具有以下组分：

a)偏硅酸二钠-0.2至0.5％w/w，

b)碳酸钠-0.03至0.1％w/w，

c)非离子表面活性剂-0.1至0.2％w/w，

d)苯扎氯铵-0.1至0.2％w/w，

e)水多达100％w/w。

根据本发明的一个实施方案，添加到摩擦机中的偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的溶液具有以下组分：

a)偏硅酸二钠-0.35％w/w，

b)碳酸钠-0.075％w/w，

c)非离子表面活性剂-0.15％w/w，

d)苯扎氯铵-0.15％w/w，

e)水多达100％w/w。

实施了清洁砂子的上述方法之后，按照造粒方法对砂子进行分类，然后过滤、滴加和干燥砂子，而污泥，即颗粒小于0.2mm部分砂子则无法用于进一步加工金属和喷砂，并通过使用压滤机将污泥转化为惰性污泥饼，这些污泥饼可用于建筑物中作为石板和砌块的基础。从污泥饼提取的水中含有重金属和其它有毒物质，必须作为有毒废物进行处理。与处理中的砂子总量相比，废物含量高达0.3wt％。

本发明的第二方面是液体，即在该砂子用作研磨剂后用于清洁该砂子的液体混合物。所述清洁混合物由每吨砂0.5-1.5千克氧化钙，每吨砂1-3升偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和离子和/或非离子表面活性剂的水溶液和每吨砂100-500升的水组成。

在一个实施例中，即在该砂子用作研磨剂后用于清洁该砂子的混合物的本发明由每吨砂1千克氧化钙，每吨砂2升偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液和每吨砂150-400升的水组成。在本发明的下一个变型中，用于清洁已经用作研磨剂的砂子的混合物由每吨砂1千克氧化钙，每吨砂2升偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液和每吨200升的水组成。当然的，可以加入等量的适当浓度的氢氧化钙水溶液来代替水和氧化钙。

其中偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液具有以下组分：

a.偏硅酸二钠-0.2-0.5％w/w，

b.碳酸钠-0.03-0.1％w/w，

c.非离子表面活性剂-0.1-0.2％w/w，

d.苯扎氯铵-0.1-0.2％w/w，

e.水多达100％w/w。

即，在本发明的有利实施方案中，

a)偏硅酸二钠-0.35％w/w，

b)碳酸钠-0.075％w/w，

c)非离子表面活性剂-0.15％w/w，

d)苯扎氯铵-0.15％w/w，

e)水多达100％w/w。

非离子表面活性剂可选自以下组，所述组包括但不限于已知的非离子表面活性剂，例如烷基多葡糖苷、聚乙二醇与十六醇缩合1000、十六十八醇、十六醇、椰油酰胺dea、椰油酰胺mea、癸基葡糖苷、癸基多聚葡萄糖、椰油酰两性基二乙酸乙钠、单硬脂酸甘油酯、igepalca-630、异鲸蜡醇聚醚、月桂基葡萄糖苷、麦芽糖苷、甘油一月桂酸酯、抗霉枯草菌素、窄范围乙氧基化物、乙基苯基聚乙二醇(nonidetp-40)、壬苯醇醚9、np-40、八乙二醇单十二烷基醚、n-八甲基-d-吡喃葡萄糖苷(n-octabeta-d-tioglucopyranoside)、辛基葡糖苷、油醇、peg-10向日葵油甘油酯、五乙二醇单十二烷基醚、聚多卡醇、泊洛沙姆、泊洛沙姆407、聚乙氧基化牛油脂肪胺、聚甘油蓖麻醇脂、聚山梨醇酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯80、脱水山梨糖醇、失水山梨醇油酸酯、山梨醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、硬脂醇、聚乙二醇辛基苯基醚(tritonx-100)、吐温80。

可以从专家已知的一组物质中选择离子表面活性剂，我们在此不再详述。

本发明的另一方面是使用水、氧化钙和偏硅酸二钠、碳酸钠、非离子表面活性剂和苯扎氯铵在水中的混合物作为清洁已被用作除去重金属的研磨剂的砂子和其它有毒物质，作为上述流程的一部分。

如果将氧化钙和水混合，而不是分别加入水和氧化钙，那么每吨砂加入等量的氢氧化钙水溶液，从而可以实现本发明的所有方面。因此，该实施方式代表了本发明的所有前述方面的等同物，并且意味着它不需要单独列出，因为它的范围属于所描述和要求保护的本发明的各个方面。

具体实施方式

将砂子分配到受料斗1中，其中用振动电机抖落粘附的材料。砂子通过传送带2传送到开口大小为3mm的振动筛3，用于干筛。留在筛上的材料为在喷砂过程中产生的油漆和金属的脱落物并且如此沉积。通过筛子且尺寸最大为3mm的产品通过传送带传送到摩擦机4。在摩擦机4处通过加入来自水槽4的水来强力清洁/擦洗稠泥中的砂砾(固体部分：液体部分的比例为10:1-1:1)：来自水槽/分配器6的每吨砂1kg氧化钙和来自水槽/分配泵7的每吨砂2升偏硅酸二钠、碳酸钠、苯扎氯铵和非离子表面活性剂的水溶液。然后将洗过的污泥通过重力进料到脱水器8，在脱水器8处砂子在两级筛分离，两级筛的筛孔为0.5m和0.2mm。然后将分成两种尺寸的砂输送到污泥分离器9和9'。重力分离器9和9'将污泥分成两部分并将其送到双重浓缩台10和10'的接收盒，其中在所述接收盒中进行清洁。浓缩台10和10'的重馏分代表在筛11和11上滴下的经洗涤和清洁的砂，然后将砂送到储存堆12中进行干燥。将浓缩台10和10'的轻馏分合并并通过引力输送到澄清器13，在澄清器13处轻馏分与水分离并输送到储存堆12进行干燥。通过脱水器8中的两层筛的颗粒，即小于2mm的颗粒形成污泥和污水，并且颗粒通过引力输送到锥形容器14中，并且在通过絮凝器15分配的絮凝剂a-923的辅助下，污泥变稠且与水分离，其中每立方米污泥就有2升絮凝剂a-923。增稠的污泥通过污泥混合器16输送到容器中，其中污泥从污泥混合器16输送到压滤机17，压滤机17制造生态无害的污泥饼，将污泥饼储存在废料区，这些污泥饼可用作制造建筑中所用的石板和石砌块的基础材料。从污泥饼中分离出的水含有重金属和有毒物质，必须作为危险废物处理。在砂子或污泥与水分离的地方获得的水可以返回系统到需要的地方。