SE434405B - Forfarande for upparbetning av metallinnehallande avfallsprodukter - Google Patents

Description

8104490-1 praktiskt, exempelvis mekaniska, kryotekniska samt pyro- och hydrome- tallurgiska metoder. 7 Mekaniska metoder är miljövänliga och resulterar ofta i en produkt, metallgranulat, som för den fortsatta upparbetningen kan doseras via fickor och transportband. Bland de mekaniska metoderna kan nämnas skal- ning, en arbetsintensiv metod, som bäst lämpar sig för sådan kabel, där isoleringsskiktet kan skäras upp och skiljas från koppartråden. Vidare har föreslagits granulering, varvid skrotet hugges ned till viss par- tikelstorlek, varefter det separeras, exempelvis i luftström. Metall- förlusterna uppskattas vid granulering till ca l %. Separeringen kan även genomföras såsom en klassering, exempelvis i en uppåtgående vatten- ström. Svårigheter uppstår emellertid då turbulent vattenflöde kan med- föra icke önskade omblandningar av materialfraktionerna. I materialet eventuellt närvarande järn och stål förorsakar ett onormalt högt slitage på knivar i granulatorerna, och klibbande komponenter medför att det granulerande godset bakar ihop sig. De mekaniska metodernas användbar- het begränsas därför starkt genom att material innehållande stor andel järn, rostfritt m m samt olja, tjära eller fett ej kan behandlas.

Bland de kryotekniska metoderna är kryomalningen mest diskuterad. Här- vid kyles skrotet ned till mellan -80 och -l00°C med flytande kväve före malning. Separering sker därefter med luft eller vatten som vid de mekaniska metoderna. Kryomalningen har samma begränsningar som de mekaniska metoderna, varvid skillnaden främst ligger i att malnings- arbetet endast fordrar 20-30 % av den elenergi som krävs vid normal malning. En annan kryoteknisk, dock hittills oprövad metod bygger på ultraljudssönderdelning efter kylningen.

Kända pyro- och hydrometallurgiska metoder innefattar förfaranden för smältning eller lakning av avfallsmaterialet, där antingen metallinne- håll eller organiskt material kan lakas. En väsentlig fördel med sådana förfaranden är att skrotupparbetningen på ett naturligt sätt kan integ- reras med de vidare metallurgiska processerna, bl a av den orsaken att det upparbetade materialet erhålles i en för den vidare metallfram- ställningen attraktiv och direkt användbar form. Vid en känd skrot- smältanläggning vid AMAX i Carteret, USA, brännes och smältes koppar- 8104490-1 skrot kontinuerligt i kupolugn, varefter den smälta kopparn förs till anodugn för vidare hantering. Metoderna belastas emellertid allvarligt av de olägenheterna att avfallsmaterial med organiskt innehåll endast i begränsad omfattning kan chargeras på kupolugnarna. Endast 4-5 % av ingående till kupolugn kan således utgöras av organiskt material.

Lakningsmetoder för metaller är kända sedan länge, men har hittills endast föreslagits, alltså icke provats, när det gäller upparbetning av här aktuella material. Koppar kan exempelvis lakas med svavelsyra, klorgas, ammoniakalisk lösning, cyanid- eller klorlösning. Om även guld och silver skall lakas ut, är cyanidlakning eller klorgaslakning i kloridlösning nödvändiga, men dessa metoder är av miljöskäl ej sär- skilt attraktiva. Metallskrotet måste vid lakningsbehandling dessutom förbehandlas, så att metallytorna till en del frilägges, varefter skrotet avses lakas på en del Cu, Ag och Au, som går till cementering.

Lakresten avses därefter behandlas med klorgas för utlakning av resten av metallinnehållet. Erforderlig klorgas och vätgas för processen avses framställas i en klor-alkali-cell. Förutom den komplicerade process- föringen begränsas applicerbarheten för sådana lakningsmetoder på grund av att relativt konstanta förhållanden måste råda vid processen, varför ensartade material måste utväljas. Det har även föreslagits att med lösningsmedel avlägsna PVC från tråd- och kabelmaterial, men någon praktisk tillämpning har ännu ej kunnat motiveras.

Ett intressant alternativ till de gamla brännmetoderna anses vara pyro- lys, som närmast kan jämföras med förgasning eller termisk sönderdel- ning. Vid pyrolys kan materialet uppvärmas direkt eller indirekt för spjälkning och avdrivning av organiska substanser.

Under 70-talet har stort arbete lagts ned, framför allt i Västtyskland, på utveckling av pyrolysmetoder för behandling av organiskt metallav- fall. Metoderna går i många fall ut på att återvinna organiskt material i form av olja, tjära eller gas. De flesta av dessa metoder har indi- rekt värmeöverföring, varvid vid en typisk metod skrotchargen placeras i en korg i en behållare som har "förslutits". Behållaren placeras i sin tur i en ugn, där chargen värmes indirekt till 400-50000 med olja eller elenergi. Vid den termiska sönderdelningen av organiskt material 8104490-1 l0 l5 bygger förångade kolväten upp ett övertryck som regleras genom avtapp- ning av gas till en kondensor. Saltsyra avskiljes antingen i tvätt 0 eller tillsammans med kondenserade kolväten i en kondensor. Kolväten med högre kckpunkt avtappas som en tjärfraktion i botten av behållaren. Även om sådana metoder har ett antal fördelar, nämligen frånvaro av skadliga avgaser, ringa kopparoxidbildning på grund av inert atmosfär, återvinning av organiskt material och ringa metallförluster, anses de ändå inte tillräckligt attraktiva, då de är mycket kostnadskrävande och dessutom har en synnerligen begränsad kapacitet, varvid 3-5 ton skrot/ dygn anses vara en typisk siffra för en medelstor enhet.

Högre kapaciteter kan sannolikt uppnås vid pyrolysmetoder med direkt värmeöverföring, varvid vid en föreslagen metod varm gas («»500°C) får cirkulera genom skrotchargen i en ugn. Emitterade brännbara substanser och gaser förbrännes tillsammans med olja i en brännkammare ansluten efter ugnen. Utgående gas från brännkammaren recirkuleras och blandas med recirkulerad kall tvättad gas från en efterföljande gastvättanlägg- ning till en ingående gastemperatur på ca 50000 in till ugnen. Ungefär l5-30 % av brännkammargasen föres efter stoftavskiljning till skorste- nen. Ett flertal fördelar kan uppnås vid metoden jämfört med övriga pyrolysmetoder, bl a med avseende på saltsyrahalten, som kan hållas låg, avgasvolymen, som på grund av recirkulation blir liten, varför gasreningsanläggning av mindre dimension än eljest erfordras.

De hittills använda eller föreslagna pyrolysmetoderna för upparbetning av metallskrot uppvisar emellertid även väsentliga olägenheter, bl a ur materialhanteringssynpunkt. Varje pyrolysenhet har sålunda såsom antytts även en kraftigt begränsad kapacitet, varför ett flertal pyrolysugnar måste installeras och köras samtidigt, om tillräckligt hög avverknings- kapacitet skall kunna uppnås, vilken i typiska fall uppgår till 50-100 ton skrot per dygn. Dessutom krävs viss förbehandling av materialet, eftersom alltför stora härvor, kabeltrummor eller apparatskâp ej kan chargeras direkt. Det pyrolyserade materialet är inte heller särskilt attraktivt eller lämpligt att hanteras isefterföljande metallutvinnings- steg, exempelvis i kopparkonvertrar, eftersom väsentliga andelar damm - och stoft förekommer i det vid låg temperatur pyrolyserade materialet, liksom i bränt skrot, såsom ovan antytts. 8104490-1 Det har nu överraskande visat sig möjligt att vid ett förfarande enligt föreliggande uppfinning samtidigt eliminera de ovan antydda kapacitets- och hanteringsproblemen vid upparbetning av organiska substanser inne- hållande metallskrot, samtidigt som de fördelar som erhålles vid exem- pelvis pyrolysmetoderna bibehålles, varvid dessutom den behandlade pro- dukten kan ges en väsentligt mer attraktiv form än i kända bränn- eller pyrolysmetoder. Förfarandet kännetecknas härvid av de steg som framgår av patentkraven.

Genom att avdrivningen av organiskt material genomföres i en roterande reaktor, exempelvis av sama typ som en toppblåst rotationskonverter, så kallad TBRC eller Kaldo-ugn, kan avlägsnandet av organiskt material från metallfraktionerna och förbränningen av den erhållna brännbara processgasen genomföras med överraskande hög kapacitet och med väsent- ligt mindre avgivning av stoft till omgivningen. Dessutom går för- bränningen av processgasen enkelt att styra, så att optimala förbrän- ningsbetingel ser hela tiden kan tillförsäkras. Det har nämligen visat sig att rotationen av materialet under avdrivningsförloppet, dvs av- lägsnandet av organiska substanser från skrotet, inte blott väsentligt påskyndar förloppet utan även möjliggör en hittills icke anad effekt vad gäller kontroll av det utvecklade processgasflödet. Härvid möjlig- göres även att den efterföljande förbränningen av gasen enkelt kan styras inom optimala gränser, exempelvis för destruktion av avdrivna gasformiga organiska substanser, vilka ofta är illaluktande eller giftiga. Det har sålunda visat sig möjligt att med endast smärre juste- ringar av reaktorns rotationshastighet under avdrivningsförloppet er- hålla ungefär konstant mängd brännbar gas per tidsenhet nästan ända till avdrivningsskedets slut. Avdrivningen av organiska beståndsdelar kan vid förfarandet enligt uppfinningen genomföras som en regelrätt pyrolys utan tillförsel av syre under avdrivningen, men det är även möjligt och i vissa fall fördelaktigt, särskilt under slutfasen av förloppet, att om så önskas tillföra luft eller syrgas åtminstone i mindre mängder för att underlätta och påskynda avdrivningsförloppet.

Denna syretillförsel bör emellertid begränsas till en understökio- metrisk mängd i förhållande till närvarande organisk substans, så att endast en partiell förbränning av denna kommer att ske. Det sålunda behandlade materialet kan om så önskas snabbt smältas i reaktorn, 8104490-1 åtminstone partiellt, för att åstadkomma en vid den fortsatta metall- framställningen lättare hanterbar produkt. Om produkten skall smältas, höjes temperaturen i reaktorn med hjälp av samma brännare, som i början av behandlingsskedet kan användas för initiering av avdrivningen av organisk substans. Om produkten innehåller väsentliga mängder koppar, skall temperaturen höjas tili åtminstone l050-ll00°C, varvid koppar- innehållet i produkten till stor del smältes, varefter reaktorinne- hållet tömmes, företrädesvis i en skänk med sådan form att “smältan" efter stelning lätt kan uttagas. Alla dammprodukter i det behandlade materialet binds på detta sätt i den stelnade smältan, som sedan kan chargeras som sådan på en konventionell kopparkonverter för upparbet- ning på metallinnehållet. Därigenom löses i väsentlig grad de problem g som hittills varit förknippade med hantering av bränn- och pyrolysskrot vid den fortsatta metallutvinningen.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i en föredragen utföringsform och med utnyttjande av den i figuren visade anläggningen, där reaktorn utgöres av en Kaldo-konverter. Figuren visar således ett processchema för en anläggning inklusive gasreningssystem för upparbetning av skrot enligt uppfinningen. Anläggningen enligt figuren har en kapacitet på 70-100 ton/dygn skrot. Skrotet som kan chargeras utan särskild förbe- handling lastas på skäppor och chargeras på en reaktor (Kaldo-konver- ter) l i bakåtlutat läge (ej visat på figuren). Efter chargering värmes chargen 2 under rotation av reaktorn ca l-5 rpm med hjälp av en höj- och sänkbar brännare 3, som matas med olja och syrgas genom tillförsel- ledningarna 4 och 5. Oljetillförseln är normalt 2-5 l/min. Sedan chargen efter ca 5-10 minuter blivit tillräckligt varm, omkring 600-800°C, börjar organisk, brännbar gas att bildas, såsom antydes av pilarna 6.

Den brännbara gasen antänds med hjälp av brännaren 3, nu med spetsen i ett övre läge, som på figuren antydes med 3', inne i en såsom för- bränningskammare fungerande gashuv 7 och förbrännes med sekundärluft, som tillföres i spalten mellan konvertermynning och huv såsom antydes av pilarna 8. Brännaren 3 bör lämpligen vara i drift under avdrivnings- förloppets första l0-20 minuter, eftersom avdrivningen då är störst och huven är kall, vilket innebär att den vid "normalförhållanden“ erhållna efterförbränningen i huven ej blir lika effektiv, varvid även stoftning och luktfenomen kan uppstå. Under avdrivningen kan syre l5 8104490-1 (exempelvis luft) och eventuellt även olja tillföras brännaren 3 vid behov, varvid huvtemperaturen och mynningsflammans utseende utnyttjas som indikation pa behov. Syre och eventuellt olja kan även tillföras reaktorn under avdrivningens sista 5-l0 minuter för att underlätta avdrivningen av eventuellt kvarvarande organiskt material. När allt organiskt material är avbränt, höjes temperaturen i reaktorn medelst brännaren 3 till l050-ll00°C, varvid erhålles en partiell smältning av i skrotet ingående metaller. Sedan innehållet i reaktorn tömts i här icke visade skänkar under reaktorn och där fått svalna, erhålles det behandlade skrotet som dammfria porösa klumpar sammanhållna av ett stelnat metallskikt i botten. Klumpvikterna kan ur hanteringssynpunkt lämpligen väljas till 4-5 ton, men kan även vara större. Klumparna kan direkt chargeras på kopparkonverter under skärstensblåsning. De för- brända processgaserna med en temperatur på 700-100000 och i en mängd av ca 30 000 Nm3/h föres till en venturitvätt 9, där gasens klorinne- håll löses i vatten och samtidigt stoft avskiljes som ett slam, som via en ledning l0 föres till en förtjockare ll för avvattning och neutralisering. För neutralisering tillsättes en lämplig alkali, exem- pelvis kalk eller Na0H. Ett avvattnat slam uttages vid l2. En del av det neutraliserade klarvattnet från förtjockaren ll föres via ledningar l3, l4 tillbaks till venturitvätten 9 som tvättvatten. Vid jämvikt i gasreningssystemet har ingående venturivatten ungefär samma innehåll av föroreningar som från processen uttaget avdrag l7. Det finns emellertid en möjlighet att avskilja ytterligare slam ur klarvattnet i förtjockaren l5, varvid ett slam l6 kan uttagas. I venturitvätten 9 behandlad gas föres via en ledning l8 till en cyklon l9, varvid av- skilda partiklar via ledningen 20 överföres till venturislamför- tjockaren ll via ledningen l0. Via en ledning 2l med en fläkt 22 föres den renade gasen till en 60 m hög skorsten 23. Figuren antyder även en ventilationsgasledning 24 med ett stoftfilter 25, vilket visar att den från processen utgående gasen är så ren, att den direkt kan släppas ut via en enkel skorstensanläggning avsedd för gaser med mycket låga mängder föroreningar.

Exempel I en anläggning såsom den som beskrivits med hänvisning till figuren gjordes ett antal brännings- och pyrolysförsök med olika typer av ,a1o449o-1 metallskrot. I samtliga försök chargerades skrotet pâ varm konverter, och syrgas-oljeförhållandet var l,7 - l,9 Nm3 syrgas/l olja.

Försök l 4700 kg telestationsmaterial upparbetades, varvid pyrolys initierades genom tillsats av ca l0 l olja samt syrgas genom brännaren. Därefter roterades konvertern utan tillförsel av syre. Under försökets sista kvart tillfördes luft för partiell förbränning av resterande organiskt material. Tiden för total avdrivning av organiskt material uppgick till 60 minuter.

Försök 2 4200 kg av samma material som i försök l chargerades. Vid starten till- fördes 20 l olja. Under försökets första 20 minuter kördes en olje- brännare i huven och ingen luft tillfördes konvertern. 25 minuter efter start tillfördes konvertern luft via en lans, varvid "pyrolysförloppet“ stabiliserades. Den totala pyrolys- och bränntiden var 55 minuter.

Försök 3-5 -7 ton, varav 2/3 fragmenterat elektronikskrot samt l/3 kabelskrot behandlades, varvid en oljetillförsel på 2-3 l/min under försökens första 5-l0 minuter upprätthölls. Luft tillfördes under hela försöks- tiden med lans. Olja tillfördes dessutom vid behov genom manuell styr- ning via dels huvtemperaturen, dels mynningsflammans utseende. Olje- förbrukningen uppgick totalt till 50-70 l under en total behandlings- tid av 80-l00 minuter.

Farsakg Försöket genomfördes i stort som försöken 3-5 med den skillnaden att en oljebrännare med förbrukningen l l olja/min kördes i huven i syfte att erhålla en mer effektiv slutförbränning av avrykta brännbara sub- stanser. Oljeförbrukningen i konvertern var 93 l under en total be- handlingstid på l00 minuter.

Stofthalten i process- och skorstensgaserna under försöken har upp- mätts. Stofthalten före venturitvätten varierade mellan 3 och 15 kg/h.

Det lägsta värdet erhölls, när oljebrännaren var i drift i huven. 8104490-1 Stoftha1ten i processgasen har eme11ertid endast sekundärt intresse.

Det primära är stoftha1ten i skorstensgasen som varierar me11an 0,4 och 0,8 kg/h, Stoftemissionen hamnade så1edes på en mycket 1âg nivå.

Om man antar 0,5 - 1,0 kg/h stoft i gasen som ett snitt, motsvarar detta 0,2 - 0,3 kg stoft/ton skrot som kan jämföras med emissioner på ca 10 kg stoft per ton skrot från den vid Rönnskärsverken befint- 1iga skrotförbränningsan1äggningen. Meta11för1usterna är även av mycket oväsentïig omfattning i jämföre1se med existerande bränn- metoder. Kopparför1usterna kan uppskattas ti11 2-10 kg/ton skrot och si1verför1usterna ti11 5-50 g Ag/ton skrot på basis av hitti11s genom- förda körningar. Erfarenhetsmässigt kan eme11ertid förmodas att även dessa 1åga siffror kommer att sjunka, när anläggningen ytter1igare fintrimmas.

Claims (9)

8104490-1 l0 15 20 25 30 10 PATENTKRÅV

1. l. Förfarande för upparbetning av metallinnehâllande avfallsprodukter med väsentlig del organiska beståndsdelar till en för metallutvinning lämplig produkt, k ä n n e t e c k n a t av att avfallsprodukterna (2) införes i en kring sin längsaxel roterbar reaktor (l) försedd med en botten samt en för chargering och tömning gemensam öppning, att produkterna (2) under rotation av reaktorn (l) med axeln lutande i en vinkel mindre än 900 mot horisontalplanet hälles vid en temperatur tillräckligt hög för avdrivande av organiska beståndsdelar i form av en brännbar gas (6) så länge en sådan gas bildas, att gasavdrivningen regleras med hjälp av reaktorns rotation, varvid rotationshastigheten ökas, när ett ökat flöde brännbar gas (6) önskas, att den brännbara gasen (6) kontinuerligt förbrännes utanför reaktorn samt att det kvar- varande innehållet (2) i reaktorn (l) uttages i smält och/eller osmält tillstånd.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att luft eller annan fritt syre innehållande gas med en lans (3) tillföres re- aktorn i ett stökiometriskt underskott under åtminstone en del av av- drivningsförloppet.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den brännbara gasen förbrännas i en förbränningskammare (7) med en nedre mynning belägen i anslutning till reaktorns öppning.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att för- bränning sker genom att luft eller annan fritt syre innehållande gas införes i en spalt (8) mellan reaktorns (l) gasuttag och förbrännings- kamarens (7) nedre mynning.

5. Förfarande enligt något av kraven l-4, k ä n n e t e c k n a t av att avdrivningsförloppet initieras genom uppvärmning av avfalls- produkterna med en brännare (3) riktad ned genom reaktoröppningen. 10 15 8104490-1 ll

6. Förfarande enligt nagot av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a t av att avdrivningen genomföres med en temperatur av ca 600-800°C.

7. Förfarande enligt något av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a t av att efter avdrivningsförloppets slut och därmed bildningen av den brännbara gasen upphört, höjes tenperaturen i reaktorn (l) för att åt- minstone partiellt smälta i produkterna ingående metaller.

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att kvar- varande innehåll uttages ur reaktorn (l) i delvis smält tillstànd.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att det kvarvarande innehållet tömmes i en skänk och där tilläts svalna till bildning av en fast klump, så att eventuellt icke-smält material i reaktorinnehâllet bindes.