NO314443B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av sekund¶raluminium - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av sekundæraluminium hvor aluminiumholdig avfall nedsmeltes i en ovn under et beskyttelsessalt dannet overveiende av NaCl og/eller KCl, ovnsavgassene tilføres i en avgasskanal opptil 5 g pr. Nm<3> alkaliske tilslagsstoffer som inneholder natrium og/eller kalium som kation, og de således behandlede ovnsavgasser befris for støv og dråper ved å føres gjennom et dukfilter.

Rensingen av ovnsavgasser i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen hører til den type av rensemetoder hvor avgasstrømmen som kommer fra ovnen først tilsettes tilslagsstoffer og ved den videre prosess renses på nytt fra støv og dråper i en separator.

Typiske ovnsavgasser som kan renses er avgassene fra søppelforbrenningsanlegg, smelteovner og fra ovner hvori skrapmetall nedsmeltes.

Som separator tjener f.eks. dukfiltere, rørfiltere, sykloner, elektrostatisk virkende separatorer eller våtseparatorer.

Tilslagsstoffene forbedrer fraskillingen av skadelige stoffer som f.eks. metalloksider, sure komponenter, organiske hydro-karboner, dioksiner (PCDD) og furaner {PCDF), henholdsvis vanskeliggjør de dannelsen av bestemte skadelige stoffer.

Tilslagsstoffene virker mest ved adsorpsjonen av skadelige stoffer, altså ved tilleiring eller binding av skadelige stoffer på en spesifikk stor overflate. Mange ganger bevirker tilslagsstoffene også en kjemisk omvandling av skadelige stoffer eller en blokkering av katalysatorer som fører til dannelse av skadelige stoffer.

Tilslagsstoffene blir på nytt fraskilt i separatoren sammen med i avgassen på forhånd tilstedeværende stoffer.

Ofte blir den ovnsvarme avgass også avkjølt før inngangen i separatoren. For dette innsprøytes en væske i avgasskanalen, oftest en vandig basisk løsning. Med væsken kan også til-slagsstof f ene innføres i løs eller dispergert form. Væsken fordamper og avkjøler derved avgassen meget hurtig under det kritiske temperaturområde hvori PCDD/PCDF dannes. Ved at væsken er basisk blir sure komponenter i avgasstrømmen nøy-tralisert.

Kjente tilslagsstoffer som hyppig tilsettes i kombinasjon med hverandre, enten med vann eller som støv, også i forbindelse med stoffer som de vanlig forekommer sammen med, er aktivt kull, kalk (CaC03) , hydratkalk (Ca(OH)2), magnesiumforbin-delser (MgO,' MgC03 ...) , natriumkarbonat (Na2C03) og NH-forbindelser.

Ved de kjente metoder er det problematisk at fraskillings-graden av PCDD/PCDF ofte ikke er tilstrekkelig (f.eks. på grunn av at kobber-, magnesium- og kalsiumforbindelser kan virke som katalysator ved dannelse av PCDD/PCDF). Ved til-setning av en stor andel aktivt kull kan riktignok PCDD/PCDF fraskilles godt, men den derved resulterende filterrest kan imidlertid ikke enkelt resirkuleres, men må behandles som skadelig stoff med store omkostninger eller deponeres. Filtere med høy aktivt kull-andel kan også ha tendens til selvantennelse.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen består til forskjell fra dette i å tilveiebringe en rensemetode for ovnsavgasser med en fordelaktig utnyttelsesmulighet for den derved resulterende filterrest som råstoff.

Denne oppgave løses ved at avgassen tilsettes stoffer som som kationer inneholder natrium eller kalium og som i den videre prosess frafiltreres og den derved resulterende filterrest ved nedsmelting av skrapaluminium tilsettes det beskyttelsessalt som anvendes.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for fremstilling av sekundæraluminium hvor aluminiumholdig avfall nedsmeltes i en ovn under et beskyttelsessalt dannet overveiende av NaCl og/eller KC1, ovnsavgassene tilføres i en avgasskanal opptil 5 g pr. Nm<3> alkaliske tilslagsstoffer som inneholder natrium og/eller kalium som kation, og de således behandlede ovnsavgasser befris for støv og dråper ved å føres gjennom et dukfilter, som er kjenne-tegnet ved at den filterrest som samles ved dukfilteret tilføres en senere anvendt påfylling med beskyttelsessalt.

De alkaliske tilsetningsstoffer kan f.eks. være natriumhydroksyd, natriumkarbonat, natriumhydrogenkarbonat, natriumsulfid (Nå2S), natriumsulfitt (Na2S03) eller analoge forbindelser på kaliumbasis eller blandinger av disse komponenter. De kan tilsettes i fast (støvformet) form, eller i form av en vandig løsning eller delvis i fast form og delvis i form av en vandig løsning gjennom dyser inn i avgasskanalen.

Ved den alkaliske karakter av de innførte tilsetningsstoffer blir ved høye temperaturer klororganiske forbindelser som f.eks. PCDD/PCDF nedbrudt, henholdsvis blir deres dannelse hindret.

Filterresten består da av en høy andel av alkalihalogenider, særlig av forbindelser av natrium eller kalium med klor, i mindre grad også med fluor og av uomsatte tilslagsstoffer.

Dette er nettopp de stoffer som kommer til anvendelse som beskyttelsessalt ved nedsmelting' av sekundæraluminium, fremfor alt i dreietrommelovner. Dette beskyttelsessalt har det formål at det som flussmiddel oppløser oksydhuden på overflaten av de tilførte aluminiumstykker, hemmer oksyda-sjonen av aluminiumsmelten, og opptar bestemte forurensninger. I en for nedsmelting av sekundæraluminium vanlig anvendt dreietrommelovn er vektforholdet mellom tilført material og beskyttelsessalt omtrent 4:1. Tilførsels-materialet består av aluminium og forurensninger, og er sammensatt av skrapaluminium, aluminiumspon og aluminiumholdig ovnsslagg fra aluminiumstøpeovner.

Det er da spesielt nærliggende å fordelaktig anvende fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen når det dreier seg om rensning av ovnsavgassen,- som dannes ved nedsmelting av sekundæraluminium i dreietrommelovner. Den filterrest som resulterer innenfor rammen for en påfylling av ovnen kan på nytt tilsettes det nødvendige beskyttelsessalt ved en senere påfylling. Filterresten behøver dertil bare å transporteres i det umiddelbare driftsområde. Når ovnsgassen fra dreietrommelovnen hvori sekundæraluminium smeltes under anvendelse av beskyttelsessalt, renses i oppfinnelsens sammenheng, så resulterer omtrent en tiendedel til en femtedel av vekten av beskytteisessaltet igjen som filterrest. Dette betyr at man sparer kjøp av en tiendedel til en femtedel av det nødvendige beskyttelsessalt.

Under forbrenningsbetingelsene i dreietrommelovnen ødelegges de med filterresten medinnførte organiske forbindelser slik at disse ikke virker negativt. De øvrige dermed innbragte forurensninger som f.eks. tungmetalloksyder reduseres av aluminium til metaller, og som løst i aluminium da danner normale, ønskede legeringselementer.

Filterresten tillegges således ved anvendelse som beskyttelsessalt ved nedsmelting av sekundæraluminium en menings-full anvendelse og man behøver ikke ha bryet med dens bortskaffing.

Når de alkaliske tilslagsstoffer i det minste delvis inn-sprøytes i avgasskanalen med en vandig løsning, dvs at den avkjøles med løsningen, så blir dermed avgassen raskt avkjølt. Derved kan den raskt avkjøles under det temperaturområde hvori PCDD/PCDF danner seg. Ved avdamping av vannet blir de alkaliske tilslagsstoffer dannet som fint støv med en meget høy spesifikk overflate (stor overflate pr. masse). Denne spesifikke overflate er større enn når tilslagsstoffene allerede innføres i støvform i avgasskanalen. Konsentra-sjonen av de alkaliske tilslagsstoffer i den vandige løsning ligger mellom 1 og 50 % av metningskonsentrasjonen. Ved for høy konsentrasjon består faren for at dysene hvorigjennom løsningen innsprøytes i avgasskanalen, kan tilstoppes.

Mengden av de alkaliske tilslagsstoffer i forhold til mengden av avgass retter seg etter mengde og art av forurensningene i avgassen. For at det skal oppnås en god rensevirkning og at også den resulterende filterrest har den ønskede sammensetning, nemlig et overskudd av alkaliske komponenter, er det nødvendig med 0,01 til 5 g alkaliske tilslagsstoffer pr. Nm<3 >("normaIkubikkmeter") avgass. I lengre tid er det i normal-tilfeller gjennomsnittlig nødvendig med 0,5 til 0,6 g til-slagsstof f pr. Nm<3> avgass. Fig. 1 viser et prosesskjema av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen hvorved avgassen fra to trommelovner behandles og tilslagsstoffene innsprøytes såvel i vandig løsning som også i støvform i avgasskanelen. Fig. 2 viser fremgangsmåten i fig. 1 hvorved det ytterligere

innsprøytes emulsjon i avgasskanalen.

Fig. 3 viser fremgangsmåten i fig. l hvorved det ytterligere

i avgasskanalen innsprøytes syntetisk sot.

I trommelovn 1 nedsmeltes skrapaluminium (bokser, emballasje-folier, blikkavfall ...), ovnsslagg (flyter i aluminiumstøpe-ovner på smeiten) , og aluminiumspon (er tilsmusset med emulsjoner fra metallbearbeidsmaskiner), under tilstedeværelse av beskyttelsessalt. Fra en beholder 2 innsprøytes ved hjelp av en pumpe 3 de alkaliske tilslagsstoffer i vandig løsning gjennom dyser 4 inn i den avgasskanal som fører fra trommelovnen 1.

På ett i strømningsretningen knapt deretter beliggende sted av avgasskanalen måles temperaturen av den nå avkjølte avgass. Avhengig av denne temperatur innstilles tilførsels-pumpen 3 på en større eller mindre tilførselsytelse■slik at avgasstemperaturen på målestedet ideelt omtrent konstant ligger ved 200°C til 220°C.

Fra en ytterligere beholder 11 blir de alkaliske tilslagsstoffer innblåst i avgasskanalen i støvformet tilstand.

Avgassen kommer i den videre prosess inn i rørfilteret 6 hvor filterresten fraskilles. Den resulterende filterrest blandes i en beholder 7 med beskyttelsessalt og tilføres sammen med dette på nytt trommelovnen l ved en ytterligere påfylling.

Da filterresten på grunn av sin støvform kan være .helse-skadelig bør den enten bare transporteres og håndteres i systemer som er isolert fra omgivelsens luft, eller den bør for den største del presses eller briketteres.

Ved et typisk anvendelseseksempel tilsvarende fig. l blir to gassoppvarmede trommelovner hver fylt med 12 tonn råmaterial som er sammensatt av omtrent like deler ovnsslagg fra alumi-niumstøpeovner, spon og skrapaluminium, og råmaterialet nedsmeltes. Som beskyttelsessalt tilføres hver ovn 3 tonn salt. Avgassene fra de to ovner føres sammen i en ledning og renses

i et felles rørfilter for støv og dråper. Før rørfilteret reguleres avgasstemperaturen ved passende hurtig innsprøyting av en 5 % sodaløsning {vann + Na2C03) fra i alt tre dyser til 200 til 22 0°C. Behovet for sodaløsning blir gjennomsnittlig 300 1 pr. time. Det tilføres også 2 kg/time natriumkarbonat (Na2C03) i støvform. Etter omtrent fire timer kan det smeltede sekundæraluminium tappes ut. Det på smeiten svøm-mende beskyttelsessalt blir trukket ut separat.

Det resulterer omtrent 1000 kg filterrest. Filterresten blir kompaktert ved hjelp av en transportskrue og blir i mer grovere form tilblandet en påfylling av beskyttelsessalt som skal anvendes senere, slik at blandingen har den samme vekt som den opprinnelig tilførte mengde beskyttelsessalt. Denne beskyttelsessaltfylling, nå sammensatt av nytt salt og filterrest fra den tidligere ovnsfylling, tilføres ved en sammenligningsfylling, hvor den samme mengde likeartet råmaterial tilføres.

Sammenlignende målinger viser at det med hensyn til sammensetningen av den resulterende filterrest, den filtrerte avgass ("rengassen") og endelig det forbrukte beskyttelsessalt som skal tømmes ut, såvel med hensyn til kvaliteten av det nedsmeltede sekundæraluminium, ikke kan konstateres noen nevneverdige forskjeller mellom de to sammenlignede ovns-fyllinger. Av dette følger at filterresten, som ved rensingen av avgassen resulterer ved nedsmelting av sekundæraluminium, på nytt i sin helhet kan tilføres beskyttelsessaltet innenfor det samme anlegg.

Hvis også ekstra tilført filterrest oppnådd x den foreliggende oppfinnelses sammenheng innblandes' i beskyttelsessaltet, må nødvendigvis den resulterende sammensetning av det faktisk anvendte beskyttelsessalt kontrolleres. Jo sterkere sammensetningen av den tilblandede filterrest avviker fra den ideale sammensetning av beskyttelsessaltet, desto mindre filterrest kan det tilblandes i beskyttelsessaltet.

Minst 75 % av det resulterende, faktisk anvendte beskyttelsessalt må faktisk være salt (NaCl eller KC1).

Den følgende tabell viser øvre grenser for noen forurensninger i beskyttelsessalt:

Om nødvendig kan rensning av avgasser forbedres ytterligere ved at det før filtertrinnet i avgasskanalen innføres ytterligere tilslagsstoffer med rensevirkning. Disse tilslagsstoffer må ha. en slik beskaffenhet og doseres slik at de ikke hindrer den vidére anvendbarhet av filterresten som beskyttelsessalt. Aktivt kull må bare maksimalt tilføres i en utstrekning på omtrent 10 % av vekten av de alkaliske tilslagsstoffer da filterresten ellers eventuelt blir brennbar. Filterresten skal også bare inneholde maksimalt 5

% kalsiumforbindelser som forurensninger, da

kalsiumforbindelser ugunstig påvirker egenskapene av beksyttelsessaltet, fremfor alt med hensyn til dets i sin tid vanlige bortskaffing.

Meget fordelaktige tilslagsstoffer er emulsjoner av vann med organiske stoffer som f.eks. avsponings- og valseemulsjoner, som ved slike temperaturer tilføres i avgasskanalen, hvor riktignok vannet fordamper men de organiske stoffer hverken forbrennes eller fordamper. Av dette følger at temperaturen i avgassen etter innsprøyting av emulsjonene og fordampningen av det i emulsjonene inneholdte vann ikke lenger skal ligge over omtrent 2 50°C. Emulsjonen kan innføres sammen med den alkaliske kjøleiøsning eller bedre innsprøytes fra en separat beholder gjennom, en separat ledning (fig. 2). Det danner seg tynne oljesj ikt på støvpartiklene i avgassen. I disse olje-sjikt løses klororganiske forbindelser, som f.eks. PCDD/PCDF. Man utnytter altså derved ved siden av adsorpsjonen også absorpsjonen som rensemekanisme. Emulsjonene inneholder ytterligere vanligvis også stoffer som undertrykker de katalytiske egenskapene av støvet i avgassen til dannelse av PCDD/PCDF. Det kan anvendes bruktoljeemulsjoner, metallbearbeidingsemulsjoner og valseverkemulsjoner som er blitt ubrukbare, spesielt'fra aluminiumvalseverk. Vekten av de sammen med emulsjonene i avgasskanalen innførte organiske stoffer kan ligge omtrent i størrelsesorden av vekten av de innførte alkaliske stoffer. De dermed i filterresten innførte organiske bestanddeler forstyrrer ikke den videre anvendelse av filterresten som beskyttelsessalt, da disse stoffer på grunn av støvet fra avgassen og på grunn av det tilkommende nye beskyttelsessalt bare forekommer i så liten konsentrasjon at de ikke danner noe antennbart støv.

Et ytterligere fordelaktig ekstra tilslagsstoff er sot; som fordelaktig fremstilles kort foran det sted hvor det innføres i avgasskanalen (fig. 3). Avgasstemperaturen bør der hvor soten innføres fordelaktig ikke lenger ligge over 250°C.

Soten kan f.eks. fremstilles ved hjelp av en sotbrenner,

f.eks. en acetylensotbrenner. Sot fremstilt på denne måte er nesten rent karbon, har en meget stor spesifikk overflate og er umiddelbart etter sin fremstilling også reaktivt..Derfor har det fremragende gode adsorpsjonsegenskaper. Fordelen med soten er videre at den i motsetning til aktivt kull er vanskelig antennbar da den i en meget kort tid etter sin fremstilling med hensyn til kjemiske egenskaper er grafitt-lignende.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av sekundæraluminium hvor aluminiumholdig avfall nedsmeltes i en ovn under et beskyttelsessalt dannet overveiende av NaCl og/eller KC1, ovnsavgassene tilføres i en avgasskanal opptil 5 g pr. Nm<3 >alkaliske tilslagsstoffer som inneholder natrium og/eller kalium som kation, og de således behandlede ovnsavgasser befris for støv og dråper ved å føres gjennom et dukfilter, karakterisert ved at den filterrest som samles ved dukfilteret tilføres en senere anvendt påfylling med beskyttelsessalt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav l, karakterisert ved at de alkaliske tilslagsstoffer er natriumhydroksyd, natriumkarbonat, natriumhydrogenkarbonat, natriumsulfid, natriumsulfitt eller analoge forbindelser på kaliumbasis, som i det minste delvis innsprøytes i avgasskanalen i vandig løsning, idet det inn-sprøytes så mye løsning at temperaturen i avgassene avkjøles til 150 til 300°C ved fordampning av vannet og at det inn-sprøytes totalt en så stor mengde alkaliske tilslagsstoffer at det i filterresten inneholdes et overskudd av alkaliske komponenter.

3 . Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det i tillegg til de alkaliske tilslagsstoffer ytterligere innsprøytes en emulsjon (8) av vann med organiske stoffer i avgasskanalen.

4 . Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det som emulsjon (8) henholdvis for de organiske stoffer i emulsjonen (8) anvendes opprinnelig for et annet formål anvendte emulsjoner eller oljer som er blitt ubrukelige.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det etter det område i avgasskanalen hvori avgassen ble avkjølt ved innsprøyting av den vandige alkaliske løsning, men før filteret (6), tilføres sot (9).

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at soten (9) fremstilles ved hjelp av en sotbrenner (10) nær stedet for dets innføring i avgasskanalen.