СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ БУМАЖНЫХ ДЕНЕЖНЫХ ЗНАКОВ И ДРУГИХ ЦЕННЫХ БУМАГ Российский патент 1998 года по МПК B09B3/00 

Изобретение относится к технологии переработки твердых отходов и может быть использовано для уничтожения и утилизации бумажных денежных знаков и других ценных бумаг.

Известны различные способы уничтожения денежных знаков и других ценных бумаг, суть которых сводится в основном к сжиганию, и/или захоронению, а также переработке во что-либо полезное. Однако каждый из способов имеет как преимущества, так и недостатки в части быстроты процесса, энергетических затрат, влияния на окружающую среду, возможностей рециклинга (ж. "ДЕНЬГИ", еженедельник Издательского дома "Коммерсантъ", N 36, 01.10.97, с. 10-13).

Очевидно, что наиболее простым механическим методом уничтожения бумажных денег является технология, основанная на измельчении до состояния массы посредством многокаскадных дезинтеграторов (US 4878626, G.A.O. GESELLSHAFT FUR AUTOMATION..., 241/57, 07.11.89). В этом случае возможен частичный рециклинг сырья (см., например, Б.З.Смоляницкий, Переработка макулатуры, М., Изд. ЛП, 1980, 1980, с. 111). Вместе с тем, полученная суспензия может содержать ряд вредных веществ и требует усилий по ее очистке.

Известны также методы и аппараты для уничтожения бумаги, в том числе и бумаг конфиденциального (секретного) характера, которые предусматривают многостадийную обработку. Сначала проводится измельчение, затем сжигание и на конечной стадии - газоочистка посредством скруббера (US 3453976, GENERAL INCINERATORS..., 110/222, 07.08.69). В источнике не указывается на возможность использования упомянутого метода для сжигания именно денежных знаков, имеющих ту специфику в отличие от секретных документов на бумажном носителе, что для их изготовления применяют комплекс разного рода добавок. К ним относятся органические красители, пластификаторы, а также неорганические вещества, в совокупности обеспечивающие необходимую прочность в обращении и защиту денег от подделки. Однако эти вещества при сжигании, несмотря на применяемые охранные мероприятия, загрязняют окружающую среду токсичными компонентами сложного и часто непредсказуемого состава.

Так, при сжигании клетчатки (экзотермическая реакция протекает при температурах 960-1466^oC) в присутствии органических добавок, например, винилхлоридов, выделяются не только CO₂ и H₂O, но и CO, COCl₂, HCl, а в присутствии ароматических углеводородов и их токсичные хлорпроизводные - диоксины ("Вредные вещества в промышленности. Органические вещества. Новые данные с 1974 по 1984" Справочник, п/р Э.Н.Левитиной и И.Д.Гадаскиной, Л., Химия, 1985, с. 13-16). При этом безопасной дозой диоксинов считается доза 1•10^-12 г/кг веса человека, что при реализации процессов сжигания требует дополнительного повышения температуры в камере сгорания, а также тщательного контроля за ходом процесса.

В экологическом отношении более безопасно сжигание отходов органических материалов при низких температурах (300-400^oC), однако такие способы могут использоваться лишь для относительно "чистых" отходов, получаемых при выпечке хлеба, кофе и пр., которые не отравляют катализаторов ("Химия окружающей среды"//Под ред. Дж.О.М.Бокриса, М., Химия, 1982, с. 153-154). Бумажные денежные знаки к таким "чистым" продуктам не относятся, поскольку, как отмечалось выше, содержат в своем составе не только органические добавки, но и токсичные соединения металлов, что накладывает дополнительные требования к методам утилизации. Неизвестны и процессы переработки опасных отходов с помощью химических методов применительно к бумажным денежным знакам и другим ценным бумагам (см. Доусон Г., Мерсер Б. "Обезвреживание токсичных отходов", М., Стройиздат, 1996, гл. 5).

Прототипом изобретения является упомянутый способ уничтожения и утилизации бумажных денежных знаков и других ценных бумаг, включающий их резку и переработку (ж. "Деньги", еженедельник Издательского дома "Коммерсант", N 36, 01.10.97, с. 13).

Задачей изобретения является создание технологии термохимического уничтожения бумажных денежных знаков и других ценных бумаг, реализуемой при пониженных температурах, с получением нетоксичных конечных продуктов. Ими являются химически инертная зола, не содержащая вредных примесей, а также продуктивный раствор, содержащий водорастворимые хлориды ценных металлов. Зола может быть использована или захоронена, а раствор направлен для выделения металлов традиционными гидро-металлургическими способами.

Технический результат обеспечивается тем, что в процессе переработки проводят термохимическую обработку, для чего резаное сырье замачивают в рассоле хлоридов щелочноземельных металлов, проводят термообработку полученной пульпы при температуре 300-400^oC в течение 15-30 мин, при этом конденсируют отводимые газы. После чего твердый остаток выщелачивают полученным из конденсата раствором и утилизируют, а обработанный раствор возвращают на замачивание.

Способ может характеризоваться тем, что концентрацию хлоридов щелочноземельных металлов в рассоле берут близкой к пределу насыщения при нормальных условиях.

Способ может характеризоваться тем, что время замачивания сырья составляет не менее 30 минут.

Способ может характеризоваться также тем, что по мере насыщения отработанного раствора продуктами выщелачивания его направляют на выделение металлов известными методами.

В основу патентуемого способа уничтожения бумажных денежных знаков и других ценных бумаг положены следующие предпосылки.

В известных способах переработки бумажных отходов путем сжигания при высокой температуре, в частности в способе (US 3453976), реализуемых в "открытой" системе при доступе кислорода имеет место полное сгорание материала с выделением в газовую фазу углекислоты и воды по реакции:
C₆H₁₀O₅ + 6O₂ = 6CO₂ + 5H₂O, (1)
а в конденсированную фазу лишь небольшого количества золы. В низкотемпературных способах, реализуемых в закрытой системе (при ограниченном доступе кислорода), ставится та же задача, но с проведением процесса при существенно меньшей температуре благодаря применению катализаторов.

В патентуемом способе сочетаются преимущества обоих способов:
- сохраняется "открытая" система осуществления способа, что позволяет достаточно эффективно отводить газообразные продукты основной гетерогенной реакции
C₆H₁₀O₅ = 6C + 5H₂O, (2)
и таким путем обеспечивается практически полное разложение клетчатки;
- экзотермический процесс протекает при существенно более низких температурах, однако без использования катализаторов при сохранении унаследованной от "низкотемпературного" способа ограниченности влияния кислорода, что препятствует протеканию реакции (1);
- на микроуровне достигается достаточная изоляция сферы осуществления основной реакции (2) в открытой системе, т.е. не изолированной от воздействия кислорода воздуха на клетчатку по реакции (1).

Полезный результат достигается за счет установленного в изобретении неизвестного ранее эффекта взаимодействия утилизируемого сырья на основе бумажных денежных знаков с водными хлоридами щелочноземельных металлов, особенно водных хлоридов магния, изученных наиболее подробно.

Эти соединения обладают способностью образовывать в достаточно широком интервале температур (120-350^oC) последовательный ряд кристаллогидратов, например: MgCl₂•6H₂O, MgCl₂•4H₂O, MgCl₂•2H₂O, MgCl₂•H₂O, а также смешанных соединений, как например, KMgCl₃•6H₂O, CaCl₂•6H₂O. Это позволяет регулировать температуру процесса на определенном уровне за счет поглощения выделяющейся энергии экзотермических реакций окисления горючих компонентов сырья эндотермическими процессами в реакциях дегидратации хлоридов. При достаточном количестве вводимого в систему кристаллогидрата, например, гексагидрата хлорида магния, баланс энергий может быть осуществлен таким образом, что температура процесса не превысит некоторой критической величины (например, не превысит 300-400^oC). Выше этой температуры, по нашим наблюдениям, становилась бы возможной реакция термического разложения (пиролиза) сопутствующих полихлорвинильных и подобных им компонентов сырья с выделением токсичных продуктов пиролиза. При заявленных температурах и в присутствии указанных выше хлоридов основными продуктами в твердой фазе являются углерод, углеводороды и примеси металлов, в том числе токсичных, в различных химических состояниях, дальнейшая переработка и утилизация которых перестает быть проблемой. Парогазовые продукты, выделяющиеся при достаточно низких температурах, могут быть сконденсированы с помощью известных в промышленности средств (охлаждение, последующий контрольный дожиг небольшой доли высокомолекулярных компонентов).

Далее, высокая поляризующая способность атома Mg и его иона, а также высокая проникающая способность указанных солей и подобных соединений позволяет ввести их и удержать капиллярными силами в бумажной основе денежных знаков. Установлено, что постепенно, при воздействии нагрева в рекомендованном диапазоне температур, из этих кристаллогидратов дозированно отщепляется вода и химически активный хлористый водород ("в момент выделения"), что разрушает изнутри волокна бумажной основы.

В совокупности на этих эффектах оказалось возможным разработать технологию осуществления реакции (2) при низкотемпературных условиях без радикальной изоляции реагирующих веществ от воздушной атмосферы, т.е. в открытой системе.

Конечными твердыми продуктами термического разложения используемых реагентов, например природного бишофита MgCl₂•6H₂O, могут быть различные соединения, такие как моногидрат MgCl₂•H₂O, 2MgCl₂•MgO•H₂O, MgOHCl, Mg₂OCl₂, MgO и др. Кроме того, при температуре процесса продуктами разложения бишофита являются вода и хлористый водород.

Поэтому, в процессе нагревания утилизируемого сырья на основе бумажных денежных знаков происходят реакции взаимодействия выделяющегося хлористого водорода с нерастворимыми солями металлов, в том числе токсичных (Zn, Cd, Pb, V и др.), входящими в состав красок и элементов защиты. Перевод этих металлов в хлориды позволяет выделить их в раствор методами, известными в гидрометаллургии (осаждение на сорбентах, электролиз и пр.).

Пример реализации. Готовят насыщенный рассол из расчета 1,7 кг бишофита на 1 л воды. Затем разрезанное сырье загружают в рассол и выдерживают в течение 30 мин. Сырье вынимают из рассола, его избыток удаляют посредством стекания. Далее полученную пульпу подают в туннельную наклонную печь с зонным нагревом от 100 до 400^oC. На начальном этапе происходит подсушивание сырья с удалением избыточной влаги, а затем собственно термохимический процесс в зоне нагрева 300-400^oC в течение 20 мин. Газы улавливаются через отверстия в верхней части печи и поступают в холодильник, где конденсируются с образованием раствора хлористо-водородной кислоты. По окончании процесса твердый остаток разгружают, охлаждают и выщелачивают полученным раствором HCl. Отработанный раствор отфильтровывается, в нем определяется содержание металлов и исходя из этого принимается решение о его рециклинге либо на процесс замачивания, либо на выделение металлов известными в гидрометаллургии методами. Как установлено, активно в раствор переходят Fe, Pb, Zn, Ni, Co, в меньшей степени - Ti, Al, Si, Cu.

Твердый остаток имеет черный цвет, рыхлую пористую структуру и состоит из различных соединений углерода, окислов Si, Al, Mg, а также хлоридов магния, и составляет по массе около 22% от массы исходного сырья. Твердый остаток обеднен вредными примесями металлов, которые выщелачены в отработанный раствор в пределах от 20 до 80% для различных элементов. По данным элементоорганического анализа в твердом остатке общее содержание углерода 40 - 60%, водорода 2 - 5% при содержании S<0,1%.

Промышленная применимость. Способ может быть реализован по представленному описанию с использованием реагентов, оборудования и приспособлений, применяемых в промышленности. В качестве хлоридов щелочноземельных металлов могут быть использованы, например, магний хлористый (ГОСТ 4209-77) или его смеси.

Способ уничтожения и утилизации бумажных денежных знаков и других ценных бумаг для повышения эффективности заключается в том, что в процессе переработки проводят термохимическую обработку, для чего сырье замачивают в рассоле хлоридов щелочноземельных металлов, проводят термообработку полученной пульпы при температуре 300-400^oC в течении 15-30 мин. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ уничтожения и утилизации бумажных денежных знаков и других ценных бумаг, включающий их резку и переработку, отличающийся тем, что в процессе переработки проводят термохимическую обработку, для чего сырье замачивают в рассоле хлоридов щелочноземельных металлов, проводят термообработку полученной пульпы при температуре 300 - 400^oC в течение 15 - 30 мин, при этом конденсируют отводимые газы, после чего твердый остаток выщелачивают полученным из конденсата раствором и утилизируют, а отработанный раствор возвращают на замачивание. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию хлоридов щелочноземельных металлов в рассоле берут близкой к пределу насыщения при нормальных условиях. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время замачивания сырья составляет не менее 30 мин. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что по мере насыщения отработанного раствора продуктами выщелачивания его направляют на выделение металлов известными методами.