Procedimiento que permite la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral de un residuo combustible contenido dentro de un aparato (2) destinado al tratamiento mediante combustión-vitrificación directa de residuos (3),

comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas: - una etapa de introducción de dicho residuo dentro del aparato para depositarlo sobre la superficie de un baño de vidrio (1) fundido contenido dentro del aparato (2); - una etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio (1); - una etapa de incorporación de los productos de combustión dentro del vidrio durante la cual el baño de vidrio (1), los productos de combustión y los eventuales aditivos de vitrificación añadidos al baño de vidrio se calientan hasta que se obtiene una masa líquida pastosa; - una etapa durante la cual dicha masa se retira del aparato (2) y se deja enfriar para obtener al final lo que se denomina una matriz de confinamiento, estando dicho procedimiento caracterizado porque se realizan la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral del residuo, por una parte, durante la etapa de introducción del residuo y, por otra parte, durante la etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio, gracias a la presencia de unos medios de retención que permiten mantener al residuo, durante un tiempo determinado, bajo unos vapores oxidantes que emanan de los gases introducidos dentro del aparato, comprendiendo dichos medios de retención del residuo una capa superficial, denominada capa temporal de protección (4), presente en la superficie del baño de vidrio (1), que permite mantener al residuo en la superficie del baño de vidrio (1), durante un tiempo determinado, bajo dichos vapores oxidantes que emanan de los gases introducidos dentro del aparato (2), presentando dicha capa un coeficiente de tensión superficial mayor que el del baño de vidrio fundido (1)

Procedimiento que permite realizar la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral de un residuo tratado en un aparato de combustión-vitrificación directa

Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento que permite realizar la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral de un residuo tratado en un aparato de combustión-vitrificación directa.

Antecedentes de la invención Desde hace varios años, numerosos trabajos de investigación y desarrollo se interesan por el problema de la inmovilización de la fracción tóxica de los residuos combustibles o de los residuos mixtos (orgánicos e inorgánicos) dentro de una matriz de tipo vítreo o vitrocerámico (denominada matriz de confinamiento) , la toxicidad de los residuos pudiendo ser de naturaleza química (metales pesados) o radiactiva.

Este tipo de investigaciones las llevan a cabo múltiples equipos en todo el mundo ya que los beneficios de dichos trabajos son múltiples: estabilizar el residuo a tratar, obtener una matriz de confinamiento a toda prueba y duradera, reducir el volumen inicial de los residuos…

Una de las soluciones de la técnica anterior propone un procedimiento industrial que permite realizar al mismo tiempo la combustión del residuo y la vitrificación de la fracción mineral de los residuos en un mismo aparato. Diferentes tecnologías que se han puesto en práctica consisten en formar, mediante fusión, un baño de vidrio o matriz fundida y en introducir en su superficie el residuo a tratar. De este modo, la fracción orgánica del residuo se descompone o se quema, según el tipo de atmósfera en el interior del aparato, mientras que la fracción mineral, a excepción de los elementos volátiles, se incorpora de manera más o menos homogénea a la matriz fundida.

Se han explorado varias líneas tecnológicas, al nivel de los laboratorios o a escala industrial, para obtener estos resultados.

En las variantes que se encuentran en la mayoría de los casos, el procedimiento de combustión-vitrificación de los residuos utiliza un dispositivo que comprende un crisol, que puede ser de material refractario o con una estructura metálica enfriada, fija o móvil en rotación alrededor de su eje, un medio de calentamiento y de fusión de la matriz vítrea o vitrocerámica de confinamiento de los residuos que se obtiene o bien mediante unos electrodos sumergidos, o bien mediante inducción dentro de un susceptor o directamente dentro de la matriz de confinamiento convertida en conductora, o bien incluso mediante plasma. Se pueden asociar varios medios de calentamiento para obtener la homogeneidad en la temperatura de la matriz de confinamiento, así como el aumento del rendimiento de la incineración. Cada una de estas configuraciones presenta obviamente sus ventajas y sus inconvenientes, pero todas se centran en la eficiencia, la fiabilidad y la simplificación del procedimiento de combustión-vitrificación.

El objetivo de los procedimientos de combustión-vitrificación de los residuos es garantizar un confinamiento eficaz y duradero en el interior de una matriz de tipo vítreo de los elementos tóxicos que contiene el residuo inicial. Ahora bien, las propiedades de confinamiento de los residuos en el interior de la matriz, es decir, la calidad y la homogeneidad de la matriz de confinamiento final que se obtiene, dependen en gran medida del tipo de atmósfera y de las condiciones de tratamiento en la superficie del baño de vidrio (temperatura, acumulación de materiales, agitación…) . Una matriz de confinamiento muy heterogénea que incluye unas fases desmezcladas metálicas de gran tamaño, e incluso unos estratos de diferentes clases, es por lo tanto perjudicial en términos de almacenamiento de residuos, en particular de residuos peligrosos.

Los fenómenos químicos durante la incineración o de interacción entre el residuo a tratar y la matriz fundida pueden conducir a estas heterogeneidades.

Por ejemplo, durante la incineración de residuos ricos en minerales, estos pueden formar con rapidez especies metálicas o sulfuros, lentos de oxidar, y que por la diferencia de densidad van a atravesar de manera casi irremediable la superficie del baño y van a sedimentar. Es el caso, por ejemplo, de los sulfuros de níquel o de hierro que se acumulan en el fondo del baño de vidrio, arrastrando eventualmente con ellos radioelementos en el caso de residuos radiactivos.

De manera más simple, los fenómenos de reducción química solos pueden conducir a la reducción de especies en estado de metal en la superficie del baño si su tiempo de permanencia en este lugar, adecuado para ser oxidante, es demasiado bajo para permitir su oxidación.

A título de ejemplo, el documento US-B-6576807 describe un procedimiento de tratamiento de este tipo para residuos orgánicos que se aplica en un reactor que contiene un baño de vidrio fundido seguido de una fase gaseosa, el procedimiento comprendiendo la incineración, en presencia de oxígeno, de los residuos en la superficie de dicho

baño de vidrio fundido y la vitrificación de dichos residuos incinerados en el baño de vidrio fundido.

Todas las diferentes tecnologías de la técnica anterior que se han aplicado no son iguales frente a estos fenómenos químicos y en las interacciones. Las que crean unas atmósferas reductoras en la superficie del baño de vidrio son las que más producen estas fases heterogéneas. Por otra parte, aunque las tecnologías que utilizan plasma de oxígeno permiten reducir sensiblemente estos fenómenos, estas no llegan sin embargo a evitarlos por completo. Los estudios que pretenden terminar con la oxidación de estas fases en el interior de la matriz vítrea no permiten, a día de hoy, suprimir cuantitativamente estos fenómenos.

El objetivo del procedimiento de combustión-vitrificación que se describe a continuación es, por lo tanto, resolver estos inconvenientes permitiendo que los residuos y a sus subproductos de descomposición se oxiden lo suficiente en la superficie del baño de vidrio para que los minerales se puedan incorporar al vidrio sin generar fases sedimentadas en el fondo del crisol de fusión.

Descripción de la invención Este objetivo se consigue mediante un procedimiento que permite la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral de un residuo combustible contenido dentro de un aparato destinado al tratamiento mediante combustión-vitrificación directa de residuos, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

− una etapa de introducción de dicho residuo dentro del aparato para depositarlo sobre la superficie de un baño de vidrio fundido contenido dentro del aparato;

− una etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio;

− una etapa de incorporación de los productos de combustión dentro del vidrio durante la cual el baño de vidrio, los productos de combustión y los eventuales aditivos de vitrificación añadidos al baño de vidrio se calientan hasta que se obtiene una masa líquida pastosa;

− una etapa durante la cual dicha masa se retira del aparato y se deja enfriar para obtener al final lo que se denomina una matriz de confinamiento, estando dicho procedimiento caracterizado porque se realizan la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral del residuo, por una parte, durante la etapa de introducción del residuo y, por otra parte, durante la etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio, gracias a la presencia de unos medios de retención que permiten mantener al residuo, durante un tiempo determinado, bajo unos vapores oxidantes que emanan de los gases introducidos dentro del aparato, comprendiendo dichos medios de retención del residuo una capa superficial, denominada capa temporal de protección (4) , presente en la superficie del baño de vidrio, que permite mantener al residuo en la superficie del baño de vidrio, durante un tiempo determinado, bajo dichos vapores oxidantes que emanan de los gases introducidos dentro del aparato, presentando dicha capa un coeficiente de tensión superficial mayor que el del baño de vidrio fundido.

La capa temporal de protección del baño de vidrio es una capa que permite la retención de los productos de combustión por encima de la superficie del baño de vidrio durante un tiempo determinado. La capa temporal de protección de la superficie presenta de este modo unas propiedades físico-químicas que le permiten... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento que permite la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral de un residuo combustible contenido dentro de un aparato (2) destinado al tratamiento mediante combustión-vitrificación directa de residuos (3) , 5 comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

− una etapa de introducción de dicho residuo dentro del aparato para depositarlo sobre la superficie de un baño de vidrio (1) fundido contenido dentro del aparato (2) ; − una etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio (1) ;

− una etapa de incorporación de los productos de combustión dentro del vidrio durante la cual el baño de vidrio (1) , los productos de combustión y los eventuales aditivos de vitrificación añadidos al baño de vidrio se calientan hasta que se obtiene una masa líquida pastosa; − una etapa durante la cual dicha masa se retira del aparato (2) y se deja enfriar para obtener al final lo que se denomina una matriz de confinamiento, estando dicho procedimiento caracterizado porque se realizan la combustión y la oxidación completa de la fracción mineral del residuo, por una parte, durante la etapa de introducción del residuo y, por otra parte, durante la etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio, gracias a la presencia de unos medios de retención que permiten mantener al residuo, durante un tiempo determinado, bajo unos vapores oxidantes que emanan de los gases introducidos dentro del aparato, comprendiendo dichos medios de retención del residuo una capa superficial, denominada capa temporal de protección (4) , presente en la superficie del baño de vidrio (1) , que permite mantener al residuo en la superficie del baño de vidrio (1) , durante un tiempo determinado, bajo dichos vapores oxidantes que emanan de los gases introducidos dentro del aparato (2) , presentando dicha capa un coeficiente de tensión superficial mayor que el del baño de vidrio fundido (1) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque la capa temporal de protección (4) se realiza de acuerdo con una al menos de las etapas siguientes:

− reducción de la temperatura de la superficie del baño de vidrio (1) ; 30 − adición de material por encima de la superficie del baño de vidrio.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa temporal de protección (4) se completa mediante la adición de al menos otra capa superficial, denominada sobre-capa temporal de protección, dicha, al menos una, sobre-capa temporal de protección teniendo al menos una de las siguientes funciones:

− desarrollar, por el efecto del peso de los residuos que se le ponen encima, unas fuerzas interfaciales con la capa temporal de protección que mejora la no penetración dentro del baño de vidrio de las partículas procedentes de dichos residuos;

− mejorar la distribución de las tensiones mecánicas por toda la superficie de la capa temporal de protección 40 gracias a un entrelazamiento de los componentes de dicha sobre-capa temporal de protección o a unos enlaces químicos que solidarizan dicha sobre-capa temporal de protección; − proteger la capa temporal de protección de un ataque químico por parte de los residuos.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, caracterizado porque al menos la 45 capa temporal de protección o la o las sobre-capas temporales de protección se eliminan, antes de la etapa de incorporación, mediante acción química.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, caracterizado porque se eliminan al menos la capa temporal de protección o la o las sobre-capas temporales de protección, antes de la etapa de 50 incorporación, mediante un medio seleccionado entre una elevación de la temperatura del baño de vidrio (1) , el burbujeo de la superficie del baño de vidrio (1) , un método mecánico o un método que utiliza los movimientos termohidráulicos del baño de vidrio.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa 55 temporal de protección y la o las sobre-capas temporales de protección tienen una composición química que es compatible con la composición del baño de vidrio (1) .

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la capa temporal de protección y la o las sobre-capas temporales de protección se realizan dispersando, en la superficie del 60 baño de vidrio, material dividido seleccionado entre polvos, sinterizados, escamas o fibras.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la capa temporal de protección y la o las sobre-capas temporales de protección se realizan dispersando, en la superficie del baño de vidrio o en la superficie de una capa ya depositada, material en forma de gel.

9. Procedimiento de protección de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la capa temporal de protección y la o las sobre-capas temporales de protección están prefabricadas y se depositan directamente en la superficie del baño de vidrio (1) o en la superficie de una capa ya depositada.

10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de retención comprenden, además, un soporte rígido que permite retener al residuo, durante un tiempo determinado, bajo unos vapores oxidantes que emanan de los gas introducidos dentro del aparato, durante la etapa de introducción del residuo dentro del aparato.

11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento comprende, además, una etapa de adición de oxidantes al residuo, durante la etapa de introducción del residuo y durante la etapa de combustión y de oxidación del residuo en la superficie del baño de vidrio.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el residuo 15 combustible es un residuo mixto orgánico y mineral.