Sposób otrzymywania koncentratu nieorganicznego o wysokiej zawartości cynku

Istota wynalazku

Utylizacja starych opon samochodowych ze względu na masę i trwałość jest jednym z najpoważniejszych problemów ekologicznych w Polsce i na Świecie. Prezentowany wynalazek jest nowatorskim i kompleksowym rozwiązaniem z zakresu recyklingu materiałowego opon oraz jest alternatywą dla spalania opon samochodowych w cementowniach i ciepłowniach. Wynalazek stanowi bardzo istotne ulepszenie upowszechniającej się w Polsce i na Świecie utylizacji opon przez ich beztlenowy termiczny rozkład czyli pirolizie opon.

W tej metodzie guma z opon samochodowych poddana termicznemu rozkładowi dostarcza trzech głównych produktów: palnego gazu pirolitycznego, oleju pirolitycznego (tzw. ropa pirolityczna) i koksu pirolitycznego. Gaz jest zużywany na miejscu do podgrzewania reaktora a olej jest m. in. poddawany przetworzeniu w rafineriach ropy naftowej. Koks pirolityczny jest uciążliwym produktem ubocznym. Koks pirolityczny jest trudny do utylizacji na drodze jego przetworzenia do bardziej użytecznych form tj. węgla aktywnego lub sadzy. Wszystkie te próby jednak nie podejmują rozwiązania najistotniejszej wady jaką jest obecność cynku. Równocześnie parametry użytkowe węgla aktywowanego i sadzy uzyskanej z koksu są zdecydowanie gorsze niż pozyskanych z innych surowców. Dodatkowo, nakład kosztów na takie przetwórstwo koksu kwestionuje sens całego przedsięwzięcia.

Zawartość cynku w węglu pirolitycznym jest znacznie wyższa niż w gumie oponiarskiej i zwykle waha się w granicach 4-5%. Można przyjąć, że 100 ton opon poddanych pirolizie dostarcza około 40 ton produktu stałego tj. węgla pirolitycznego. Przy 4-5% wagowej zawartości cynku (przyjęto jako średnią) otrzymany węgiel pirolityczny łącznie zawiera 1600-2000 kg w przeliczeniu na czysty cynk. Przy rocznej światowej produkcji 20 mln ton opon w corocznie wytwarzanych oponach znajduje się od 200 000 do 400 000 ton Zn, który później w znacznej mierze wchodzi w obieg środowiskowy.

ISTOTĄ WYNALAZKU JEST PRZETWORZENIE KOKSU PIROLITYCZNEGO DO TZW. KONCENTRATU CYNKOWEGO ZAWIERAJĄCEGO OK. 45% CYNKU ORAZ KOGENERACJA CIEPŁA/ENERGII ELEKTRYCZNEJ Z WYKORZYSTANIEM WYSOKIEJ WARTOŚCI OPAŁOWEJ KOKSU PIROLITYCZNEGO POWYŻEJ 40 MJ/KG.

W opracowanym wynalazku, powstały koks pirolityczny spala się indywidualnie (bez domieszkowania innymi paliwami) w nadmiarze tlenu z powietrza w piecu pozwalającym na odbiór ciepła przez medium chłodzące np. wodę. W zależności od stopnia ogrzania możliwa jest generacja ciepłej wody lub pary wodnej. W tej postaci ciepło może posłużyć do ogrzewania budynków i/lub generowania energii elektrycznej (sprzężenie pieca z generatorem energii elektrycznej). Jednocześnie powstały popiół jest selektywnie zbierany. Popiół jest w istocie koncentratem cynkowym, który zawiera w przeliczeniu 40-50% cynku pierwiastkowego w postaci chemicznej nadającej się do przetworzenia w zakładach metalurgicznych. Głównie jest to tlenek cynku z domieszką siarczanu cynku. Nowy sposób zagospodarowania koksu pirolityczego ma szereg zalet:
- usuwa uciążliwy produkt uboczny jakim jest koks pirolityczny,
- umożliwia zagospodarowanie dużych mas koksu pirolitycznego,
- polepsza efekt ekonomiczny procesu pirolizy opon, gdyż dostarcza poszukiwanego koncentratu cynku o wysokiej wartości rynkowej,
- polepsza efekt ekonomiczny procesu pirolizy opon, gdyż dostarcza ciepła i/lub energii elektrycznej o wysokiej wartości rynkowej,
- uniemożliwia przenikanie cyku do środowiska naturalnego, co ma miejsce podczas współspalania opon samochodowych w cementowniach i elektrociepłowniach,
- eliminuje cynk z obiegu w środowisku naturalnym.

Potencjał komercjalizacji

Miejscem zastosowania wynalazku są firmy zajmujące się utylizacja zużytych opon w procesie pirolizy. Firmy te są małymi oraz średnimi podmiotami gospodarczymi rozproszonymi geograficznie. Wynika to z lokalnego charakteru zbiórki opon i pozwala na skrócenie dowozu odpadu gumowego i optymalizację kosztów transportu i całego procesu. Zastosowanie wynalazku czyni pirolizę opon procesem bezodpadowym i wszystkie produkty są zagospodarowywane:
gaz – spalany na miejscu do podgrzania reaktora,
olej – przekazywany do przetwarzania w rafineriach,
koks – przetwarzany (wg. wynalazku) na koncentrat cynkowy i energię.

Przetwórstwo koksu wg. wynalazku da wyraźne korzyści ekonomiczne tj. nowy sprzedawalny produktu - koncentrat cynkowy i tanią energie cieplną/elektryczną na potrzeby własne lub na sprzedaż. Rozwiązany zostaje problem składowania znacznych ilości koksu pirolitycznego, który będzie przetwarzany na miejscu bez potrzeby jego przeładunku i transportu do odbiorcy.