AT407881B - Verfahren und vorrichtung zur intensivierung der entmetallisierung von dispersen phasenmischungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung der metallischen Phase aus ei ier dispersen Mischung bestehend aus mindestens einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus einer Legierung aus diesem(n) Metall(en) und aus zumindest einer nichtmetallischen Phase, gebildet aus zumindest einem Oxid oder einer Oxidverbindung und/oder anderen Verbindunj |en von diesem(n) Metall(en), gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Stoff(en), zum Beispiel Salzen oder Salzmischungen und dergleichen, bei höheren Temperaturen, insbesondere aus Verfahren zur Erzeugung, Verarbeitung sowie Rückgewinnung von Aluminium und Aluminium!© gerungen anfallenden Krätzen bei Anwendung von Beschleunigungskräften mit einer Schrittfolge: Einsetzen der dispersen Mischung in ein rotierbares metallurgisches Gefäß. Erwärmen und/oder Einstellen des Einsatzes auf eine Temperatur von 20 bis 250°C über Liquidustemperatur der Metallphase. Homogenisieren und Erstellen hoher Fließfähigkeit des Einsatzes durch wälzendes Mischen Gleichmäßiges Verteilen der fließfähig erstellten dispersen Mischung um die Rotationsac ise des metallurgischen Gefäßes. Aufbau einer Radialbeschleunigung der Mischung von mindestens 1 g. Aufrechterhalten der Radialbeschleunigung während mindestens 0,015 Stunden bzw. 54 künden zur Entmetallisierung bzw. Desintegration. Abbau der Radialbeschleunigung auf den Wert 0. Ausgießen der metallischen Phase aus dem metallurgischen Gefäß. Austrag der nichtmetallischen Phase(n) aus dem metallurgischen Gefäß. Die Erfindung umfaßt weiter eine Vorrichtung zur Gewinnung der metallischen Phase aus eliner dispersen Mischung bestehend aus mindestens einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus einer Legierung aus diesem(n) Metall(en) und aus zumindest einer nichtmetallischen Ph ise, gebildet aus zumindest einem Oxid oder Oxidverbindungen und/oder anderen Verbindungen von diesem(n) Metall(en), gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Stoff(en), zum Beispiel Salzen oder Salzmischungen und dergleichen, bei höheren Temperaturen, insbesondere aus bei Verfahren zur Erzeugung, Verarbeitung sowie Rückgewinnung von Aluminium und Aluminiumverbindungen anfallenden Krätzen, gebildet im wesentlichen aus einem dreh- und kippbaren Gefäß, wobei das im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeformte metallurgische Gefäß mit einer Kippeinrichtung, welche zwei oder mehr als zwei Arbeitspositionen mit jeweils unterschiedli :her Axrichtung bzw. Axneigung und einem Gesamtkippwinkel des Gefäßes von gegebenenfalls 360°, mindestens 106°, vorzugsweise 121° aufweist, verbunden ist und mit zwei oder mehr als zwei Geschwindigkeiten um die Axe drehend antreibbar ist. Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung der metallischen Phase aus einer dispersen Mischung bekannt geworden, bei welchen, durch eine Bewegung der in ihrer Temperatur eingestellten Mischung, die flüssigen Metallpartikel koaleszieren und das Metall von den nichtmetallischen Phasen separiert und ausgetragen wird. Besonders vorteilhaft, insbesondere für die Rückgewinnung von Aluminium und Aluminiumlegierungen aus Krätzen ist ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß österreichischem Patent Nr. AT 403482 B geeignet. Bei diesem Verfahren, mit welchem gute Ergebnisse erzielbar sind, wild im wesentlichen eine disperse Mischung mit einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Metalles nach einem gleichmäßigen Verteilen im metallurgischen Gefäß einer Radialbeschlouni-gung unterworfen, durch welche eine Trennung von Metall und nichtmetallischen Phasen er olgt. Beim Aufbau der Radialbeschieunigung infolge von Drehung des metallurgischen Gefäßes kö inen jedoch in der fließfähig erstellten Mischung sogenannte Schwimmphänomene entstehen, die verlängerte Behandlungszeiten für eine hochgradige Entmetallisierung und/oder einen etwas geringeren Entmetallisierungsgrad verursachen. Weiters werden gegebenenfalls gerundete grCbere Gebilde, zum Beispiel Krätzenklumpen, nicht unmittelbar in die Mischung integriert, sondern <jiiese rollen sozusagen vor dem Einbinden einige Zeit auf der bewegten Masse. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, obige Nachteile zu vermeiden und das Verfahren und die Vorrichtung gemäß Österreichischem Patent Nr. AT 403482 B zl verbessern, um eine Entmetallisierung von dispersen Mischungen in kürzerer Zeit und/oder mitgiöße-rer Effizienz zu erreichen. Dieses Ziel wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß der disporsen Mischung mittels Mitnehmer in der Wandung des drehbaren metallurgischen Gefäßes eine erhöhte die

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Zerkleinerungsarbeit sowie schneller eine im wesentlichen gefäßgleiche Rotationsgeschwindigkeit erteilt und die Mischung verstärkt homogenisiert sowie in Bereiche des Gefäßes mit größerer Entfernung von der Drehachse gedrängt wird und gegebenenfalls einen Abbau der Radialbeschleunigung in einer Zeitspanne von weniger als 108 Sekunden erfährt.

Die zielgemäße weitere Aufgabe der Erfindung, nämlich eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, ist dadurch gelöst, daß die vorzugsweise aus Feuerfestbeton gebildete Innenwand des drehbaren metallurgischen Gefäßes Einbauten bzw. Mitnehmer aufweist, die im Bereich der Rotationsaxe und zumindest am konischen Teil der Wand angeordnet sind.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß beim Fluidisieren der dispersen Mischung in dieser zusätzlich eine Turbulenzkomponente induziert und dadurch die dreidimensionale Bewegung der Mischungskomponenten gefördert wird. Bei Verkürzung der Homogenisierungszeit erfolgen im gesamten Volumen des Einsatzes ein verstärktes Aufeinandertreffen und Agglomerieren der Flüssigmetallteilchen, es werden größere Partikel gebildet und ein Entmetallisieren kann mit erhöhter Effizienz Platz greifen.

Ein besonderer Vorteil beim Fluidisieren aber auch für eine Zerkleinerung und Einbindung von Klumpen in die Mischung wird erreicht, wenn während mindestens eines Schrittes ein relativ zur Drehbewegung feststehender Prallkörper bzw. eine dergleichen Prallfläche in die bewegte disperse Mischung eingebracht und Teile derselben in drehachsennähere oder drehachsenfemere Bereiche im metallurgischen Gefäß umgelenkt werden. Wenn die Teile der dispersen Mischung, insbesondere während der Umlenkung durch den Prallkörper, eine Änderung der Beschleunigungskräfte erfahren, kann ein verbessertes Zerkleinern von Krätzepartikeln sowie Agglomerieren der Flüssigmetallteilchen erreicht werden.

Um eine weitere Verkürzung der Behandlungszeit der dispersen Mischung bei gesteigerter Ent-metalliserung derselben zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Prallkörper bzw. die Prallfläche in Achsrichtung und/oder in Richtung zur und von der Achse des metallurgischen Gefäßes in der bewegten dispersen Masse verbracht wird. Bei der Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß der Prallkörper zumindest teilweise gedreht wird und/oder daß sämtliche Bewegungen des Prallkörpers intermittierend ausgeführt werden, wobei damit weitere Vorteile bei der Gewinnung der metallischen Phase aus einer dispersen Mischung erreichbar sind.

Besonders wirkungsvoll erstellt sich eine Entmetallisierung, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Innenwand des metallurgischen Gefäßes im Bereich der größten Entfernung von der Drehachse beim Homogenisieren der dispersen Mischung auf einen Wert zwischen 0,008 m/sek und 0,5 m/sek und beim Entmetallisieren bzw. Desintegrieren derselben auf einen Wert zwischen 1 m/sek und 10 m/sek eingestellt wird.

Insbesondere im Hinblick auf eine sichere Temperaturführung während der Behandlung der Mischung aber auch für eine Erhöhung des Metallausbringens ist es bevorzugt, wenn im metallurgischen Gefäß zumindest teilweise eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine solche mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10 Vol-%, zumindest während eines Verfahrensschrittes eingestellt wird.

Vorrichtungstechnisch können besonders vorteilhaft verbesserte Bedingungen zur Abtrennung des Metalles aus Krätzen und dergleichen Stoffe geschaffen werden, wenn eine Umlenkeinrichtung bestehend aus einem Prallkörper und einer Halterung in deren Längsrichtung in den Innenraum des rotierbaren metallurgischen Gefäßes und in die darin in Bewegung befindliche disperse Mischung einbringbar und der Prallkörper in Richtung zur und von der Rotationsaxe sowie in oder gegen die Drehrichtung des metallurgischen Gefäßes bewegbar ist.

Wenn weiters der im wesentlichen flächig ausgeformte Prallkörper in Längsrichtung der Halterung in der dispersen Mischung, gegebenenfalls intermittierend bewegbar oder verstellbar und um die Längsaxe der Halterung zumindest teilweise drehbar, gegebenenfalls winkelpositionenfestlegbar, ausgebildet ist, kann unterschiedlich zusammengesetzten Mischungen mit jeweils veränderter Konsistenz in vorteilhafter Weise Rechnung getragen werden.

Um eine rasche Durchmischung der Krätze zu erreichen und eine effiziente Agglomerierung der Flüssigmetallpartikel erwirken zu können, ist es günstig, wenn die Einbauten bzw. Mitnehmer der Innenwand des Gefäßes und/oder die Prallfläche des Prallkörpers eine von der Radialen abweichende, gegebenenfalls eine gekrümmte Richtung zur Gefäßaxe aufweisen.

Eine besonders bevorzugte Möglichkeit zur Einstellung einer Gasatmosphäre im metallurgi- 3

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 407 881 B sehen Gefäß kann erreicht werden, wenn die Halterung der Umlenkeinrichtung rohrförmig aus jebildet und damit Schutzgas in den Innenraum des metallurgischen Gefäßes einbringbar ist und ier Schutzgasauslaß sich im Nahbereich des Prallkörpers befindet. Wenn weiters, wie vorteilhaft vorgesehen sein kann, das rotierende metallurgische Gefäß i nit-tels einer Abdeckung zur Erstellung und Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre unter fi us-bildung eines erforderlichen Minimalspaltes zur Öffnung des Gefäßes hin verschließbar ist, isi es möglich, ein Einbringen von Sauerstoff auch bei geringer Zufuhr von Schutzgas weitgehend zu vermeiden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellen ien Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine vertikale Schnittdarstellung eines metalk rgi-schen Gefäßes mit einer Umlenkeinrichtung schematisch, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt mit Draufsicht eines metallurgischen Gefäßes schematisch. In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein metallurgisches Gefäß 2 mit einer Feuerfestzustellung 1 darges eilt, wobei in diese Zustellung 1 jeweils ein Mitnehmer 12 zentrisch, normal zur Gefäßaxe 21 und weitere Mitnehmer 13 konzentrisch zur Gefäßaxe 21 in einem konischen Bereich der Auskleic ung 1 des Gefäßes 2 positioniert sind. Fig. 1 zeigt weiters im Gefäß 2 eine Umlenkeinrichtung 3 für ;ine disperse Mischung M mit einem in diese einbringbaren Prallkörper 31, welcher an einer Haltei ung 32 befestigt ist. Die Halterung 32 weist eine Rohrform auf, wobei nahe dem Prallkörper Bohrur gen 35, die als Gasauslässe dienen, in das Halterungsrohr 32 eingebracht sind, sodaß ein Schutzgi is S in den Innenraum des metallurgischen Gefäßes 2 einleitbar und in diesem verteilbar ist. Eine est-stehende ausstellbare Abdeckung 4 verhindert zumindest teilweise ein Ausströmen des Sei lutz-gases S aus dem oder einen Eintrag von Sauerstoff in das drehbare und schwenkbare Gefe ß 2. Mittels der Halterung 32 ist der Prallkörper 31 in eine disperse Mischung M einbringbar, kann gedreht und in Richtung 34 zur und von der Gefäßaxe 21 verbracht und festgelegt werden.PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Gewinnung der metallischen Phase aus einer dispersen Mischung b »stehend aus mindestens einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus einer L sgie-rung aus diesem(n) Metall(en) und aus zumindest einer nichtmetallischen Phase, gebildet aus zumindest einem Oxid oder einer Oxidverbindung und/oder anderen Verbindungen von diesem(n) Metall(en), gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Stoff(en), zum Beispiel Salzen oder Salzmischungen, bei höheren Temperaturen, insbesondere aus bei Verfahren zur Erzeugung, Verarbeitung sowie Rückgewinnung von Aluminium und 4lumi-niumlegierungen anfallenden Krätzen bei Anwendung von Beschleunigungskräfteifi mit einer Schrittfolge. Einsetzen der dispersen Mischung in ein rotierbares metallurgisches Gefäß Erwärmen und/oder Einstellen des Einsatzes auf eine Temperatur von 20 bis 250°C über die Liquidustemperatur der Metallphase Homogenisieren und Erstellen hoher Fließfähigkeit des Einsatzes durch wälzendefs Mischen Gleichmäßiges Verteilen der fließfähig erstellten dispersen Mischung um die Rotationsachse des metallurgischen Gefäßes Aufbau einer Radialbeschleunigung der Mischung von mindestens 1 g Aufrechterhalten der Radialbeschleunigung während mindestens 0,015 Stunden b^w. 54 Sekunden zur Entmetallisierung bzw. Desintegration Abbau der Radialbeschleunigung auf den Wert 0 Ausgießen der metallischen Phase aus dem metallurgischen Gefäß Austrag der nichtmetallischen Phase(n) aus dem metallurgischen Gefäß, dadurejh gekennzeichnet, daß der dispersen Mischung mittels Mitnehmer in der Wandung des drehbaren metallurgischen Gefäßes eine erhöhte Zerkleinerungsarbeit sowie schneller eine im wesentlichen gefäßgleiche Rotationsgeschwindigkeit erteilt und die Mischung verstärkt homogenisiert sowie in Bereiche des Gefäßes mit größerer Entfernung von der Drehachse gedrängt wird und gegebenenfalls einen Abbau der Radialbeschleunigung in einer Zelt- 4 55 AT 407 881 B spanne von weniger als 108 Sekunden erfährt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während mindestens eines Schrittes ein relativ zur Drehbewegung feststehender Prallkörper bzw. eine dergleichen Prallfläche in die bewegte disperse Mischung eingebracht und Teile derselben in drehachsennähere oder drehachsenfernere Bereiche im metallurgischen Gefäß umgelenkt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper bzw. die Prallfläche in Achsrichtung von dessen Halterung und/oder in Richtung zur und von der Achse des metallurgischen Gefäßes in der bewegten dispersen Masse verbracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Innenwand des metallurgischen Gefäßes im Bereich der größten Entfernung von der Drehachse beim Homogenisieren der dispersen Mischung auf einen Wert zwischen 0,008 m/sek und 0,5 m/sek und beim Entmetallisieren bzw. Desintegrieren derselben auf einen Wert zwischen 1 m/sek und 10 m/sek eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im metallurgischen Gefäß zumindest teilweise eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine solche mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10 Vol-%, zumindest während eines Verfahrensschrittes eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur Gewinnung der metallischen Phase aus einer dispersen Mischung bestehend aus mindestens einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus einer Legierung aus diesem(n) Metall(en) und aus zumindest einer nichtmetallischen Phase, gebildet aus zumindest einen Oxid oder Oxidverbindungen und/oder anderen Verbindungen von diesem(n) Metall(en), gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Stoff(en), zum Beispiel Salzen oder Salzmischungen und dergleichen, bei höheren Temperaturen, insbesondere aus bei Verfahren zur Erzeugung, Verarbeitung sowie Rückgewinnung von Aluminium und Aluminiumverbindungen anfallenden Krätzen, gebildet im wesentlichen aus einem dreh- und kippbaren Gefäß, wobei das im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeformte metallurgische Gefäß (2) mit einer Kippeinrichtung, welche zwei oder mehr als zwei Arbeitspositionen (A,B,C) mit jeweils unterschiedlicher Axrichtung bzw. Axneigung und einem Gesamtkippwinkel (a) des Gefäßes von mindestens 106°, vorzugsweise 121° aufweist, verbunden ist und mit zwei oder mehr als zwei Geschwindigkeiten um die Axe (21) drehend antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus Feuerfestbeton gebildete Innenwand (1) des drehbaren metallurgischen Gefäßes (2) Einbauten bzw. Mitnehmer (12,13) aufweist, die im Bereich (12) der Rotationsaxe (21) und zumindest am konischen Teil (13) der Wand (1) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkeinrichtung (3) bestehend aus einem Prallkörper (31) und einer Halterung (32) in deren Längsrichtung (33) in den Innenraum des rotierbaren metallurgischen Gefäßes (2) und in die darin in Bewegung befindliche disperse Mischung (M) einbringbar und der Prallkörper (31) in Richtung (34) zur und von der Rotationsaxe (21) sowie in oder gegen die Drehrichtung des metallurgischen Gefäßes (2) bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen flächig ausgeformte Prallkörper (31) in Längsrichtung (33) der Halterung (3) in der dispersen Mischung (M) gegebenenfalls intermittierend bewegbar oder verstellbar und um die Längsaxe der Halterung (3) zumindest teilweise drehbar, gegebenenfalls in Winkelpositionen feststellbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten bzw. Mitnehmer (12,13) der Innenwand (1) des Gefäßes (2) und/oder die Prallfläche des Prallkörpers (31) eine von der Radialen abweichende, gegebenenfalls eine gekrümmte Richtung zur Gefäßaxe (21) aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (32) der Umlenkeinrichtung (3) rohrförmig ausgebildet und damit Schutzgas (S) in den Innenraum des metallurgischen Gefäßes (2) einbringbar ist und der Schutzgasauslaß (35) sich im Nahbereich des Prallkörpers (31) befindet. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 407 881 B

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende metallurgische Gefäß (2) mittels einer Abdeckung (4) zur Erstellung und Aufrecht er-haltung einer Schutzgasatmosphäre unter Ausbildung eines erforderlichen Minimalspaltes zur Öffnung des Gefäßes (2) hin verschließbar ist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 6 55