Verfahren zur Rückgewinnung von fluorhaltigen Bestandteilen aus den Ofengasen der Aluminiumherstellung in Öfen mit selbstbackenden Anoden. Bei der Herstellung von Aluminium nach dem heute üblichen Verfahren (Elektrolyse von in einer Schmelze von Fluoriden gelöster Tonerde) entstehen Gase, die feste Bestand teile mit sieh reissen.
Bei Aluminiumöfen mit gebrannten Kohleanoden besteht dieser Flug staub hauptsächlich aus Tonerde und Fluori- den. Wenn man an Stelle von gebrannten Anoden selbstbackende Elektroden, wie sie unter dem Namen Söderbergelelitroden be mannt. sind, verwendet, enthält der Flugstaub im wesentlichen noch Teer und dessen py ro- #gene Zersetzungsprodukte; hinzu kommen noeli Silikofluoride und Eisenoxyd.
Die Gase selbst, bestehen grösstenteils aus einer 1Vlri- sehung von Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Luft. Besonders bei Verwendung von selbstbackenden Elektroden enthalten sie fer ner Fluorwasserstoffsäure und Schwefeldi oxyd.
Da manche Bestandteile der Ofengase und des mitgerissenen Staubes grossen Wert be sitzen, wurde ihre Rüelzgewinnung seit lan- geni angestrebt und verwirklicht. Ausserdem soll verhindert werden, dass die umgebende Atmosphäre mit fluorhaltigen Gasen verun reinigt wird.
iNaeli einem bekannten Verfahren sind die Elektrolysierzellen mittels Hauben abgeschlos sen und die sich über der Oberfläche des Bades ansammelnden Gase werden aufgefan gen und schliesslich mit einer Sodalösung, die in geschlossenem Kreislauf strömt und sich fortschreitend in Fluoridlösung umwandelt, gewaschen. Nach genügender Anreicherung wird die Lösung mit Aluminiumfluorid behan delt, wobei Kryolith ausfällt. Nach Trock nung kann dieser in -die Elektrolysierzellen zurückgeführt werden.
Nach einem weiteren Verfahren werden die Ofengase gesammelt und mit Luft so weit verdünnt, dass das entstehende Gasgemisch nicht mehr explosibel ist, worauf man eine Sodalösung einspritzt. Nach dieser Behand lung gelangen die Ofengase in einen Elektro filter, in dem die festen Stoffe abgeschieden werden. Damit sieh die Abscheidung im Elek trofilter gtit durchführen lässt, ist es notwen dig, da.ss die Ofengase etwa 60 IM relative Feuchtigkeit aufweisen.
Die abgeschiedenen festen Bestandteile enthalten Russ, Tonerde, Fluorverbindungen, gelegentlich Sulfate und Sulfite, sowie Eisenoxyd und untergeordnete Mengen von andern Verunreinigungen. Dieser Staub muss zunächst durch Erwärmen vom Wasser befreit. werden. Hierauf lässt sich der Teer durch trockene Destillation und der Kohlenstoff (Hauptbestandteil des Russes) durch Verbrennung entfernen. Der Rück stand wird in Kryolith umgewandelt und ge langt in die Elektrolyse zurück.
Abgesehen davon, da.ss die zurückgewon nenen Stoffe entweder in Lösung oder in feuchtem Zustand gewonnen werden, haben die beiden beschriebenen Verfahren den gro ssen Nachteil, dass eine sehr umfangreiche Apparatur erforderlich ist, deren Einrich tung und Betriebskosten hoch sind und die viel Platz beansprucht.
In letzterer Zeit sind bei Aluminiumöfen selbstbatikende Elektroden mit vertikalen Kontaktbolzen entwickelt worden, die eine Sammlung der Gase in einem Kanal, der die Elektrode im Bereich der Badoberfläche um gibt, gestatten. Da. es nicht notwendig ist, den Kanal mit. Arbeitsöffnungen oder andern Türen zu versehen, die eine Abdichtung er schweren würden, wird jede Verdünnung des Ofengases mit Luft vermieden. Das Ofengas kann deshalb in konzentriertem Zustand an gesammelt werden und enthält 30-6011/o, CO zusammen mit ziemlich viel Teerdampf, der sich während des Backens der Elektrode ent wickelt. Bei den neuesten Ausführungsformen verbrennt man das Ofengas beim Austritt. aus dem Ofen.
Es wird durch einen Gasbrenner geleitet, wo es mit Luft verbrennt, wobei nicht nur das C0, sondern auch die Teergase oxydiert werden. Bei kleineren Ofeneinh.eit.en kann man die Abgase nach Verbrennung des CO und des Teers in die Luft ablassen. Man hat zudem vorgeschlagen, die Abgase nach dem oben an zweiter Stelle erwähnten Ver fahren durch eingespritzte Sodalösung zu neu tralisieren und in einen Elektrofilter von den festen Bestandteilen zu befreien.
Auch nach dieser letzten Arbeitsweise benötigt man also eine teure Apparatur und erhält eine abge schiedene feste Masse, die einen beträchtlichen Prozentsatz an Wasser enthält, so dass vor der Wiedereinführung der Fluor- und Alumi niumverbindungen in die Elektrolysierzellen eine Aufarbeitung notwendig ist. Ausserdem erhält man, infolge der Aufarbeitung mit Soda, naturgemäss einen stark alkalischen Miederschlag, der bei der Wiederverwendung beträchtliche Mengen von A1F3 zur Neutra lisation erfordert.
Die Erfindung bezieht sieh nun auf ein Verfahren, dem die geschilderten Nachteile der hohen Installations- und Betriebskosten. für die Apparatur sowie der Aufa.rbeitungs- kosten nicht anhaften.
Es besteht darin, da-ss die Ofengase beim Austritt aus dem Ofen ver brannt werden, worauf die entstehenden Ab gase ohne vorherige Neutralisation in einen mechanischen Sta.ubabseheider eingeleitet wer den, in welchem der überwiegende Teil der noch vorhandenen, fluorhaltigen, festen Schwebestoffe in trockenem Zustand abge schieden wird.
Diese festen Stoffe bestehen im wesentlichen aus Aluminiumfluorid, Kryo- lith und Tonerde und sind vollkommen trok- ken. Als Staubabseheider kommen hier nur die mechanischen Staubabseheider in Be tracht, wie z. B. Zyklone, nicht aber Elektro filter, die wie schon weiter oben erwähnt, nur dann richtig arbeiten, wenn der abzuscliei- dende Staub einen bestimmten, verhältnis mässig hohen Gehalt an Feuchtigkeit aufweist.
Vorteilhaft werden die vom Brenner kom menden Abgase durch den mechanischen Staubabscheider hindurch gesaugt, was durch einen nachgeschalteten Ventilator oder Ex haustor geschehen kann.
Die Einrielitung zur Durelifühiling des Verfahrens umfasst einen Brenner, in welchem die aus der um die Anode gelegten Haube kommenden Ofengase verbrannt werden, einen mechanischen Staubabscheider, in welchem der überwiegende Teil der fluorhaltigen festen Schwebestoffe in trockenem Zustande abgeschieden wird und eine Saugvorrichtung, welche die verbrannten Ofengase absaugt. Meistens wird noch nach dem Ventilator ein Rohrstüeli:
angeschlossen, das die Restgase entweder in die Luft oder in eine weitere Einrichtung zur Festhaltung weiterer Ver bindungen leitet.
Die Zeichnung zeigt schematisch einen Aluminium-Elektrolyseofen mit. selbstbacken der Elektrode und eine beispielsweise Aus führungsform der Einrichtung zur Ausfüh rung des erfindungsgemässen Verfahrens.
1 ist die selbstbackende Anode, \? der per manente Mantel, der die Anode umgibt-, und 3 die um die Anode gelegte Haube für das Auffangen der Gase. Die Haube ist nach aussen durch die sich auf der Badoberfläche befindende Kruste abgedichtet. 4 ist das zum Brenner führende Rohr, welches bei 5 mit einer Stockeröffnung für die Reinigung ver sehen ist. Die Gase verbrennen im Brenner 6. Zwischen Brennerzylinder und Zuführungs- rohr sind regulierbare Eintrittsöffnungen für den Luftzutritt 7.
Durch das steil angeord nete Rohr 8, welches vom nachfolgenden Teil der Anlage durch ein- Isolierstück 9 isoliert ist, gelangen die Gase zum Ventilator 10 Lind von dort. in den Staubabscheider 11. Zwischen Ventilator 10 und Staubabscheider 11 ist ein Schieber 12 für die Regulierung der Druck- verhältnisse im Ofen eingebaut. Der Ventila tor 10 kann auch erst. nach dem Stauhabschei- der 11 angeordnet, sein.
Je nach den örtlichen Verhältnissen und den gestellten Anforde rungen können die Gase entweder direkt durch ein Kamin 13 ins Freie oder nach dem naehgesehältetenWaschkasten 14 geleitet wer den. Dieser dient zur Abscheidung der noch enthaltenen gasförmigen Fluor- und Schwe felverbindungen. Die so gereinigten Gase ge langen durch das Kamin 16 ins Freie. Falls es die Druckverhältnisse verlangen, ist dem Waschkasten ein Ventilator 15 naehzuschal- ten.
Die Apparatur für die Gasreinigung kann entweder für jeden Elektrolyseofen gesondert oder, was wirtschaftlicher ist, für eine be- stimmte Anzahl von Öfen gemeinsam erstellt werden. Auf alle Fälle ist es empfehlenswert, für jeden Ofen einen separaten Ventilator zu verwenden, um bei Abstellungen der gemein samen Reinigungsanlage die Absaugverhält- nisse am Elektrolyseofen nicht zu stören. Durch Schieber oder Klappen sorgt man für die Mögliehl@eit einer Regulierung der Menge der abgesaugten Gase.
Die Gasgeschwindig keit in der Leitung zwischen Brenner und Ventilator soll zweckmässigerweise 12-15 m/s betragen. Bei den gewöhnlichen Aluminium- Elektrolyseöfen mit selbstbackenden Elektro den mit seitlichen Kontakten und üblicher Ciasabsaugeeinriclitung müssen beträchtliche Mengen Gas pro Ofen und Sekunde abgesogen werden. Beispielsweise erfordert ein Ofen von 61-000 A Stromstärke Gasmengen von 1-2 m3.
Bei den Öfen mit senkrechten Kontaktbolzen Lind der erfindungsgemässen Einrichtung müs sen nur noch etwa 0,1 m3 Gas pro Sekunde und Ofen abgeleitet werden.
Die Sammelleitung, die mit Vorteil ausser halb der Elektrolysezelle angeordnet ist, wird zweckmässigerweise mit leicht zu öffnenden und gut zugänglichen Reinigungsöffnungen versehen. Die Verbrennungsgase in der Rohr leitung 8 führen z. B. für den oben erwähn ten Ofentyp pro Sekunde 65 mg Staub, 1,5 mg Teer, 25 mg gasförmiges Fluor und 7,4 mg Schwefel weg, je nach Zusammen setzung der für die Herstellung der selbst backenden Elektroden verwendeten Roh stoffe.
Eine Analyse des abgeschiedenen Staubes lautet z. B.: NaF 31 0/0 A1F3 31 0/0, A103 15 0/0 Russ 15 % Teer 0,3 %@ Besonders erwünscht ist der AIF3-Gehalt des Staubes.
Mit guten Staubabscheidern kann man ohne grosse Schwierigkeiten einen Wirkungs- grad von 98 % erreichen. Bei einer Jahres- produktion von 10 000 Tonnen Aluminium können beispielsweise je Tag 400 kg Staub zurückgewonnen werden.
In einem nachgeschalteten Wascher lassen sich neben den gasförmigen Fluor- und Schwefelverbindungen. auch die noch vorhan denen Spuren der staubförmigen Verunreini gungen abscheiden.
Ausser der relativen Einfachheit der Ap paratur gemäss der Erfindung und der ver hältnismässig geringen Kosten für deren Her stellung und Unterhalt bietet das Verfahren den weiteren, sehr erheblichen Vorteil, dass, im Gegensatz zu andern Verfahren, der im Staubabscheider zurückgebliebene Staub trok_ ken ist und keine flüchtigen Bestandteile ent hält, so dass er ahne weitere Behandlung un mittelbar in die Elektrolyseöfen zurückge führt werden kann.