CH683181A5

CH683181A5 - Rückgewinnung von Aluminiumoxiden aus Aluminiumabstrich oder Aluminiumabfällen.

Info

Publication number: CH683181A5
Application number: CH1832/93A
Authority: CH
Inventors: Richard Dale Lindsay; Jack Lee Dochterman; David Lloyd Cheek; Robert Lamar Kirkland
Original assignee: Plasma Energy Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1994-01-31
Also published as: NZ231544A; US4997476A; GB2228014B; BE1006159A5; BR8906347A; AU639421B2; IE62891B1; GB8927768D0; CH682920A5; GB9309568D0; JPH02225632A; GB2264489A; ATA277889A; DE3940212A1; ES2017875A6; AR245507A1; FR2640283A1; FR2640283B1; AT399512B; IE893924L

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

CH 683 181 A5

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung eines festen Materials mit einem Gemisch aus Nicht-Metall-Aluminiumkomponenten, umfassend Aluminiumnitride und/oder Aluminiumchloride, zu praktisch reinen Aluminiumoxiden.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Rückgewinnung von Aluminiumoxiden aus Aluminiumabstrich in einem Ofen, z.B. einem Drehofen, der mit einem Plasmalichtbogenbrenner, welcher vorzugsweise mit Luft als Lichtbogengas betrieben wird, beheizt wird. Überraschenderweise kann man hierbei freies Aluminium und Aluminiumnebenprodukte in guter Ausbeute ohne Mitverwendung eines Salzflussmittels rückgewinnen und dadurch die bei Verwendung eines Salzflussmittels auftretenden Schwierigkeiten einschliesslich von Umweltproblemen vermeiden.

Wenn ein Aluminiumstück in einem Ofen zum Zwecke des Giessens und dergleichen erschmolzen wird, bildet sich auf der Oberfläche des erschmolzenen Aluminiums Schaum, der von Zeit zu Zeit durch Abstreichen und dergleichen entfernt werden muss. Der entfernte Abstrich enthält beträchtliche Mengen an freiem Aluminium sowie Aluminiumoxiden, wie Bauxit, und - je nach der Natur des (der) zu behandelnden Aluminiums oder Aluminiumlegierung - bestimmte andere Metalle und Metallsalze, wie Magnesium, Mangan und Lithium. Der Abstich kann auch - möglicherweise in Abhängigkeit vom Behandlungsverfahren - einige Nitride und Chloride enthalten.

In der Industrie ist längst bekannt, dass aus wirtschaftlichen Gründen das freie Aluminium, Aluminiumoxid und sonstige metallische Nebenprodukte aus dem Abstrich in wiederverwertbarer Form rückgewonnen werden müssen. Es ist jedoch auch bekannt, dass die Rückgewinnung dieser Materialien aus dem Abstrich Schwierigkeiten bereitet, was u.a. auf die Natur des Abstrichs und die Reaktionsfähigkeit des Aluminiums zurückzuführen ist. Bei einem typischen Rückgewinnungsverfahren wird der Abstrich normalerweise bei hohen Temperaturen in einem Ofen erschmolzen. Bei erhöhten Temperaturen ist jedoch der Abstrich, insbesondere das im Abstrich enthaltene freie Aluminium, leicht oxidationsanfällig und neigt darüber hinaus üblicherweise zur Entzündung und zum Brennen in Anwesenheit von Luft. Das Brennen des Aluminiums kann die Menge an rückgewonnenem Aluminium beträchtlich vermindern.

Zur Lösung der beim Aufarbeiten von Abstrich auftretenden Probleme und zur Verbesserung des Aluminiumrückgewinnungsgrades ist es bekannt, den Abstrich in einem Induktionsofen in Gegenwart eines Salzflussmitteis zu erwärmen (vgl. beispielsweise US-PS 3 676 105). Die Mitverwendung eines Salzflussmittels, das zu einer Agglomeration des freien Aluminiums beiträgt, ist wegen der hohen Kosten unerwünscht. Darüber hinaus muss das durch Wasser auslaugbare Salz seinerseits vom Aluminium getrennt werden, was zu Kosten- und Umweltproblemen führt.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, metallisches Aluminium in gasförmigem Zustand rückzugewin-nen, indem man Aluminiumsalze bei Temperaturen von mindestens 2500° bis 5500°C spaltet. Gemäss der US-PS 3 938 988 kann das Erwärmen auf diese wesentliche hohe Temperatur mittels Piasmaener-gie aus einem Plasmalichtbogenbrenner erfolgen. Bei dem in der genannten Literaturstelle beschriebenen Verfahren bedient man sich eines flüssigen Kühlmittels zur «Blitzkühlung» eines Gemischs aus Aluminium und sonstiger gasförmiger Elemente zur Herbeiführung einer Trennung. Diese Massnahme lässt sich bei der Aufarbeitung von Abstrich nicht durchführen, darüber hinaus wäre sie auch aus Kostengründen oder ökologischen Gründen für eine Abstrichaufarbeitung nicht praktikabel.

Zur Reduktion der verschiedensten Metalloxide, einschliesslich von Aluminiumoxiden, wurde auch bereits der Einsatz eines Plasmastrahlgenerators erwogen (vgl. US-PS 4 177 060). Bei dem in der genannten Literaturstelle beschriebenen Verfahren werden Kohle und Aiuminiumoxid einem in einer Reaktionskammer befindlichen erschmolzenen Reaktorbett zugeführt. In diesem findet während einer Applikation von Plasmaenergie aus einem Plasmabrenner eine carbothermale Reduktion statt. Die Verwendung von Kohle bei der Reduktion von Aluminiumoxid, d.h. eine chemische Reaktion, unterscheidet sich erheblich von der Aufarbeitung von Abstrich, bei der lediglich eine Materialtrennung angestrebt wird.

Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, der Industrie ein preisgünstiges und ökologisch sicheres Verfahren zur Rückgewinnung von freiem Aluminium und Aluminiumoxiden, und sonstigen metallischen Nebenprodukten aus Aluminiumabstrich in die Hand zu geben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Aluminiumoxiden gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1.

Dabei befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Rückgewinnung von Aiuminiumoxiden aus Aluminiumabstrich durch Erwärmen des Abstriches in einem Hochtemperaturofen mit Hilfe eines Plas-mabogenbrenners, dem ein oxidierendes Lichtbogengas zugeführt wird, wie beispielsweise Luft, ohne Salzflussmittelzusatz.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass es bei Einsatz von Plasmaenergie aus einer Plasmakanone oder einem Plasmabrenner in einem Ofen, z.B. einem Drehofen, ohne notwendiges Salzflussmittel zu einer Abtrennung und Agglomeration des freien Aluminiums aus dem Abstrichrückstand kommt. Vermutlich führt die Kombination Drehofen/Piasmaströme aus dem Plasmabrenner - ohne die Notwendigkeit eines Salzzusatzes - zu einer Agglomeration des freien Aluminiums während des Erwärmens. Vorzugsweise wird der Plasmabrenner bzw. die Plasmakanone gegen die Ofenwand und nicht direkt auf die Beschickung gerichtet, um den Abstrich indirekt über die Ofenwandung zu erwärmen. Die-

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 683 181 A5

ses indirekte Erwärmen des Abstrichs beseitigt oder vermindert den Nitridierungseffekt bei Verwendung von Stickstoff als Lichtbogengas oder die Bildung von Oxiden bei Verwendung von Luft als Lichtbogengas. Vorzugsweise enthält der Drehofen einen Kippmechanismus, um in vorteilhafter Weise einen Abstich des freien erschmolzenen Aluminiums und eine Entfernung des festen Rückstands aus dem Ofen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäss hat es sich auch noch als vorteilhaft erwiesen, dass bei Benutzung eines mit Plasmaenergie beheizten Drehofens sich entweder von Hause aus im Abstrich vorhandene oder während der Abstrichaufarbeitung gebildete Aluminiumoxide an der Ofenwandung ansammeln und damit den Ofen auskleiden. Das freie Aluminium, das bei niedrigeren Temperaturen als die Oxide erschmilzt, sammelt sich im Inneren der gebildeten bzw. aufgebauten Auskleidung an und lässt sich damit aus dem Ofen leicht austragen. Das an der Ofenwand festgebackene Aluminiumoxid lässt sich von Zeit zu Zeit, beispielsweise nach jedem Durchlauf oder nach zwei oder drei Durchläufen, von der Ofenwandung entfernen.

Die Fähigkeit, die Abstrichaufarbeitung ohne notwendigen Salzflussmittelzusatz während der Abstrichbehandlung durchführen zu können, trägt zu einer Vermeidung von durch das Entstehen von Salzdämpfen bedingten ernsthaften Umweltproblemen bei und schliesst die Notwendigkeit einer Beseitigung von durch Wasser auslaugbaren Salzen aus. Die Salze sind, da sie durch Wasser ausgelaugt werden können, auf Deponien unerwünscht, da sie mit Abwasser oder Regenwasser in den Boden eingeschleppt werden und darin drastische Verschmutzungsprobleme hervorrufen. Darüber hinaus bleibt der Abstrichrückstand, da er nicht mit einem Salzflussmittel verdünnt wird, fest und lässt sich leicht aus dem erschmolzenen freien Aluminium abtrennen.

Die vorteilhaften Ergebnisse des erfindungsgemässen Verfahrens stellen sich bei Verwendung der verschiedensten Lichtbogengase für den Plasmagenerator, z.B. Luft, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmo-noxid, Kohlendioxid, Argon, Methan und Mischungen dieser Gase, ein. Der Rückgewinnungsgrad an freiem Aluminium und brauchbaren Aluminiumnebenprodukten ist höher. Darüber hinaus gibt es keine mit der Salzbeseitigung verknüpfte Probleme. Obwohl die verschiedensten Lichtbogengase zur Verfügung stehen, bedient man sich vorzugsweise der Luft als Lichtbogengas. Die Verwendung von Luft bietet im Versleich zur Verwendung von Stickstoff folgende Vorteile:

1. Bei gleicher Stromzufuhr (kW/h) ist die Wärmeabgabe 40% höher, was eine kürzere Behandlungsdauer und merklich höhere Durchsätze (etwa den doppelten Durchsatz) zur Folge hat;

2. Die Nitridbildung ist verringert, da der heisseste Teil des Plasmas, der dem Brenner am nächsten ist, oxidiert und nicht nitridiert;

3. Luft liefert ein Oxid, nämlich AI2O3, das im Gegensatz zu einem bei Verwendung von Stickstoff gebildeten, instabilen und ein Umweltproblem darstellenden Nitrid stabil ist und keine Umweltprobleme schafft;

4. Die Venwendung von Luft ist wirtschaftlicher, da Luft billiger ist als Stickstoff oder Argon und zahlreiche andere verfügbare inerte Lichtbogengase.

Bei Zufuhr von 1 Megawatt elektrischer Energie und 100 SCFM (Standard-Kubikfuss/min) Luftplasmagas lassen sich folgende Berechnungen durchführen:

100 SCFM Luft x 0,2 (On) x 60 min - 3,166 n-Mole — —r —r

379 SCF/n-Mole

3,166 n-Mole x 32n = 101,34n O2

n-Mole

2 AI + 3/2 02 > 1 A1203

3,166 n-Mole O2 verbrauchen 4,221 n-Mole AI = x 4,221 n-Mole = 113,97

n-Mole n Aluminium, das zu AI2O3 verbrennt.

Von einer 2,5 Tonnen-Charge Abstrich eines 50%igen Aluminiumgehalts, die in 1 h erschmolzen wird, werden lediglich 4,6% des Aluminiums oxidiert, wie folgende Gleichung zeigt:

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

CH 683 181 A5

113,97n Al oxidiert

———— 7TT-T - 4,6% Al

250On Al verfugbar

Die 4,6% an oxidiertem Aluminium werden als konstante Brennerenthalpie von

10 kW SFH

bei konstantem Aluminiumgehalt von 50% und einem konstanten Wärmewirkungsgrad, der zur Er-schmeizung von 1134 kg Aluminium/h/Aufnahme von 1 Megawatt elektrischer Leistung führt, festgelegt. Aus unabhängigen Variablen «Enthalpie, Wärmewirkungsgrad und Aluminiumgehalt» lässt sich eine Reihe «prozentuale Oxidation» aufstellen.

Der Beweis für eine zusätzliche ± 40%ige Wärmezufuhr ergibt sich aus den Wärmebildungsdaten wie folgt:

2,110 n-Mole Al203 x 399,09 kCal x 1800 (n-Mole) (BTÜ) _

n-Mole (n-Mole) (KCal)

1 515 743 BTP/h _ ^

3413 BTÜ/h/kW/h

Luft führt folglich zu einer Gesamtwärmefreigabe von 1,444 Megawatt bei 1 Megawatt elektrischer Leistung, was einer um 40% erhöhten Wärmezufuhr entspricht.

Der Beleg für die Kostenwirksamkeit ergibt sich aus folgendem:

T, ^ jr-i « <f?n/u 100 SCFM x 60 min $5 Kosten für N0 = $30/h - x

2 1000 1000

„ . _ eisn/. 100 SCFM x 60 min $25 Kosten für Ar = S150/h ^ x 5355

Luftkosten = $8/h bei Energiekosten von $0,06/kW/h.

Beim Aufarbeiten von Aluminiumlegierungen mit stärker (als AI) aktiven Metallen, wie Magnesium, Lithium und dergleichen, werden zunächst Magnesium und Lithium oxidiert, so dass diese Metalle zuerst «verbraucht» werden. Dies führt zu einem geringeren Aluminiumverlust und zu ähnlichen Wärmeabgabevorteilen.

Die Eignung von Luft als Lichtbogengas und die (dabei erreichten) verbesserten Ergebnisse sind überraschend. Erwartungsgemäss wäre das bevorzugte Gas Stickstoff oder ein sonstiges nicht-oxidie-rendes Gas, wie Argon, Neon und dergleichen, um eine Oxidation und ein Brennen des Aluminiums (wie es in Anwesenheit von Luft zu erwarten ist) zu vermeiden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei Venwendung von Stickstoff als Lichtbogengas eine Nitridbildung erfolgt, was den Betrieb des Brenners erschwert und einen merklichen Aluminiumveriust zur Folge hat. Luft verbrennt das Aluminium jedoch nicht in merklichem Masse und liefert andererseits in hohem Masse vorteilhafte Ergebnisse. Eine übermässige Oxidation des Aluminiums tritt nicht auf, wenn als Lichtbogengas Luft verwendet wird. Dies ist auf die begrenzte Menge an durch den Plasmabrenner zugelassener Luft zurückzuführen. Damit lässt sich also die Aluminiumverbrennung steuern. Der Verlust an Aluminium ist geringer als der Verlust infolge Nitridbildung bei Verwendung von Stickstoff als Lichtbogengas. Darüber hinaus lässt sich eine höhere Wärmeabgabe bei gleicher elektrischer kW/h-Aufnahme beobachten. Dies führt zu kürzeren Behandlungszeiten und einem deutlich höheren, etwa doppelten Abstrichdurchsatz.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Fliessbild des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bevorzugten Drehofens, Plasmalichtbogenbrenners und Zufuhrsystems;

Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 2 dargestellten Ofens und Plasmabrenners;

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 683 181 A5

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäss benutzten Plasmalichtbogenbrenners und

Fig. 5 ein Vergleichstemperaturprofil bei Verwendung von Luft bzw. Stickstoff als Lichtbogengas.

Gemäss Fig. 1 wird bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens Abstrich gewogen und in einen Ofen 10 gefüllt. Nach dem Beschicken des Ofens mit dem Abstrich wird in dem Ofen ein Plasmalichtbogenbrenner 30 in Position gebracht, worauf der Abstrich bis zum Schmelzezustand erwärmt wird. Das erschmolzene freie Aluminium wird rückgewonnen. Der aus dem Ofen ausgetragene Staub, bei dem es sich um etwa 99%iges Aluminiumoxid handelt, wird einem Sacklager zugeführt. Die Schlacke bzw. der Rückstand, die bzw. der sich auf der Ofenwandung gebildet hat, wird von dieser abgekratzt und vorzugsweise zusammen mit zusätzlichem Abstrich in den Ofen rückgeführt. Andererseits kann er, wie später noch näher beschrieben werden wird, zur Gewinnung wertvoller nicht-metallischer Produkte mit einem Plasmabrenner weiterbehandelt werden. Der bevorzugte Ofen besteht, wie Fig. 2 und 3 zeigen, aus einem Kippdrehofen. Der Ofen enthält auf einem Rahmen 14 eine drehbare Trommel 12. Diese wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Elektromotors über einen Riemen 16 und eine Scheibe 18 auf Schienen 15 bewegt. Wie die Fig. 2 und 3 auch zeigen, kippt die einen Brenner 30 tragende Trommel um einen vorzugsweise mittels eines Druckluftzylinders 22 betätigten Drehpunkt 20, um eine bequeme Rückgewinnung des freien erschmolzenen Aluminiums zu gestatten. Folglich müssen die Zufuhrleitungen zum Plasmabrenner biegsam sein. Der Plasmabrenner 30 ist entfernbar im Deckel 26 des Ofens 10 gelagert. Der Brenner am Rahmen 14 wird mittels eines Druckluftzylinders 34 vertikal in die (gewünschte) Position und aus dieser heraus bewegt. Wenn der Brenner einmal im Ofen positioniert ist, kann er durch Betätigen eines Druckluftzylinders 38 im Ofen vor- und zurückgeschwungen werden, um die gesamte Ofenfläche um einen Drehpunkt 36 abzudecken. Der Brenner ist unabhängig von der Trommel 12 positioniert, um eine Drehung der Trommel zu gestatten. Diese unabhängige Positionierung des Brenners entspricht auch Sicherheitsgesichtspunkten des Brennersystems. Wie dargestellt, ermöglicht das Brennersystem ein Herausnehmen des Plasmabrenners aus dem Ofen, wenn - aus, welchen Gründen auch immer (fehlende Energiezufuhr, Wasseraustritt und dergleichen) - die Flamme im Brenner abgerissen ist. Entsprechend der Ausgestaltung des Ofens öffnet sich an der Ofenkammer gleichzeitig mit der Herausnahme des Brenners eine Tür. Das Öffnen der Tür verhindert einen Druckanstieg und jegliche Gefahr einer Explosion. Darüber hinaus bedient man sich eines dem Ofensystem entsprechenden Überwachungssteuersystems, das auf der Basis der verschiedensten Zufuhrparameter zum Ofensystem computergesteuert ist.

Erfindungsgemäss verwendbare Plasmabrenner sind solche mit Übertragung und ohne Übertragung. Solche Brenner sind im Handel erhältlich. Geeignete Brenner werden ferner in den US-PS 4 383 820 und 4 559 439 beschrieben. Ein vereinfachter Querschnitt durch einen geeigneten Brenner mit Lichtbogenübertragung ist in Fig. 4 dargestellt. Wie dargestellt, umfasst der mit Lichtbogenübertragung arbeitende Brenner eine Elektrode 40, einen Kollimator 42, einen Wirbelgenerator 44, eine Wasserzufuhreinrichtung 46 zum Kühlen des Brennermechanismus und eine Einrichtung 48 zur Wasserableitung. Eine Gaszufuhreinrichtung 43 speist den Wirbelgenerator 44 zwischen der Elektrode 40 und dem Kollimator 42. Bei dem Plasmageneratorsystem wirken die Ofenunterseite und der erwärmte Abstrich als Grund zur Aufnahme des übertragenen Lichtbogens aus der Elektrode 40. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind das Wasser/Gas-Leitungssystem und die elektrische Leitung für den Brenner zu einem Energie/Wasser-Ver-bindungskasten geführt und werden dann an dem Brenner angeschlossen. Das Lichtbogengas, vorzugsweise Luft, wird zwischen dem Wirbelgenerator und dem Kollimator ionisiert.

Es hat sich gezeigt, dass auch bei Verwendung eines Plasmabrenners ohne Lichtbogenübertragung eine erhöhte Rückgewinnung an freiem Aluminium ohne Salzflussmittel erreichbar ist, wenn (im Brenner) die Kathode die Frontelektrode und die Anode die rückwärtige Elektrode bilden. Brenner dieser Art sind ebenfalls im Handel erhältlich. Vermutlich beruht das verbesserte Ergebnis darauf, dass die Plas-mafiamme dieses Brennertyps eine grosse Zahl an aktiven Ionen enthält. Wenn die Kathode die rückwärtige Elektrode bildet, vereinigen sich diese Ionen vor dem Verlassen des Brenners und Erreichen der Arbeitsfläche. Die Frontkathode liefert folglich eine aktivere lonenart. Diese aktivere Art verstärkt die Fähigkeit zur Abtrennung von freiem Aluminium von den Abstrichrückständen ohne Mitverwendung eines Salzfiussmittels. Der Ausdruck «nicht übertragener Lichtbogen» wird im traditionellen Sinne verwendet und bedeutet, dass beide Elektroden, d.h. die Anode und die Kathode, im Brenner (selbst) vorliegen. Im Gegensatz dazu bedeutet «Brenner mit übertragenem Lichtbogen», dass eine der Elektroden die Arbeitsfläche bildet oder auf dieser vorgesehen ist.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

2 268 kg Aluminiumlegierungabstrich mit etwa 50% Aluminium werden in den Drehofen 10 gefüllt. Ein handelsüblicher Plasmabrenner 30 mit nicht-übertragenem Lichtbogen wird mittels eines Druckluftzylinders 38 in Position gesenkt und so ausgerichtet, dass er im wesentlichen das Zentrum des Bodens der Ofentrommel 12 kontaktiert. Danach werden dem Brenner 30 elektrische Energie, Kühlwasser und Luftlichtbogengas zugeführt. Unter Drehung der Ofentrommel 12 wird die Beschickung auf Schmelze5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

CH 683 181 A5

zustand erwärmt. Danach wird das Erwärmen mit Hilfe des gegen die Ofenwandung gerichteten Brenners 30 1 h lang fortgesetzt. Nach dem Herausziehen des Brenners wird die Aluminiumschmelze durch Kippen der Ofentrommel ausgetragen. Die 2 268 kg Beschickung liefern 1 077 kg reines Aluminium. Die vom Boden der Trommel abgekratzte Schlacke liefert 1 243 kg Aluminiumoxid. Darüber hinaus werden 45,4 kg Aluminiumoxid aus dem Sacklager rückgewonnen. Die Zunahme des Gesamtgewichts ist auf den in den Oxiden vorhandenen Sauerstoff zurückzuführen.

in diesem Beispiel beträgt die Rückgewinnung an reinem legiertem Aluminium 47,5% der Ursprungsbeschickung, der Rest besteht hauptsächlich aus verwertbarem Aluminiumoxid und stabilen gemischten Metalloxid-Nebenprodukten. Dies steht im Gegensatz zur üblichen Rückgewinnung von etwa 35% an freiem Aluminium in einem üblichen Drehofen unter Verwendung von Salz als Flussmittel. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass bei der Aufarbeitung eines Abstrichs mit 50% an freiem Aluminium die Rückgewinnung unter Verwendung eines Salzflussmittels etwa 35% Aluminium und einen Rest von 65% Aluminiumoxid und sonstigen Aiuminiumnebenprodukten im Gemisch mit bis zu etwa 15% Aluminium liefert. Dieser relativ hohe Prozentsatz an freiem Aluminium muss entweder getrennt rückgewonnen oder in Aluminiumoxid umgewandelt werden, da der Gehalt an freiem Aluminium zu hoch ist, um die Verwendung des Nebenprodukts als Oxid zu gestatten. Wird dagegen das erfindungsgemässe Verfahren mit einem 50% Aluminium enthaltenden Abstrich durchgeführt, beträgt die Rückgewinnung an freien Aluminium etwa 47-50%. Der Rest besteht aus Aiuminiumoxid und stabilen gemischten Metalloxiden und weniger als etwa 3% an freiem Aluminium. Die Oxide können somit wirksam ohne weitere Aufarbeitung als Aluminiumoxidprodukt eingesetzt werden, da der niedrige Aluminiumgehalt nicht schadet.

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wird wiederholt. In diesem Fall besteht jedoch das Lichtbogengas aus Stickstoff. Bei 2-stündiger Reaktionsdauer, d.h. bei der im Vergleich zur Verwendung von Luft als Lichtbogengas doppelter Behandlungsdauer, erreicht man folgende Rückgewinnungsergebnisse: 998 kg reines legiertes Aluminium, 1043 kg Schlacke und 23 kg Staub.

Die Vorteile der Verwendung von Luft als Lichtbogengas ergeben sich aus dem Vergleichstemperaturprofil gemäss Fig. 5. Wie Fig. 5 zeigt, erfordert der Erwärmungszyklus - ausgehend von einem kalten Ofen und bei Verwendung von Stickstoff als Lichtbogengas - 178 min. Die maximale Austrittstemperatur beträgt 1200°C. Wird dagegen - ebenfalls ausgehend von einem kalten Ofen - Luft als Lichtbogengas verwendet, wird die maximale Temperatur von etwa 850°C in etwa 80 min erreicht. Dies entspricht in etwa dem Temperaturprofil mit Stickstoff in einem heissen Ofen.

In den vorhergehenden Beispielen wurde der Vorteil der Verwendung von Luft als Lichtbogengas bei der Aluminiumrückgewinnung belegt. Obwohl jedoch Luft das bevorzugte oxidierende Lichtbogengas darstellt, kann man auch andere oxidierende Lichtbogengase, wie Sauerstoff, Gemische aus Sauerstoff und Luft oder Gemische aus Luft und Stickstoff, sowie Gase, wie Stickstoff, Kohlenwasserstoffe, Koh-lenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und Mischungen solcher Gase, verwenden und trotzdem die erfindungsgemäss, gemessen an den mit Salzflussmitteln arbeitenden bekannten Verfahren, wesentlich vorteilhafteren Ergebnisse erzielen. Dies ist insbesondere möglich, da bei der Aufarbeitung von Aluminimund Aluminiumlegierungsabstrichen in einem Drehofen unter Verwendung entweder eines Plasmabrenners oder fossiler Brennstoffe das restliche feuerfestmaterial-artige Produkt, das sich an der Ofenwandung absetzt und aus gemischten Metalloxiden und/oder Aluminiumnitrid sowie untergeordneten Mengen Aluminiumchlorid, Magnesiumnitriden und eingeschlossenem Aluminium besteht, einer kontrollierten Plasmaoxidation unterworfen werden kann. Somit wird das restliche feuerfestmaterial-artige Produkt in dem Plasma/Ofen-System, in dem der Plasmabrenner zur Einleitung von Sauerstoff, angereicherten Luft-Sauerstoffgemischen (mit mehr als 50% Sauerstoff), angereicherten C02-Sauerstoff-Gemischen (mit mehr als 40% Sauerstoff) oder Sauerstoff-Argon-Gemischen (mit mehr als 40% Sauerstoff) als Lichtbogengas benutzt wird, behandelt, um den Rückstand zu oxidieren und Nitrid-, Chlorid- und Metallgehalte von weniger als etwa 1% zu erreichen. Bei einigen Legierungen kann es zweckmässig sein, zur Unterstützung oder Beschleunigung des Verfahrens ein Flussmittel mitzuverwenden. Bei Flussmittelmengen von weniger als 5% der Beschickung können die gebildeten Nebenprodukte, bei denen es sich praktisch vollständig um Oxide handelt, anschliessend auf bekannten Anwendungsgebieten als Feuerfestmaterialien und dergleichen eingesetzt werden.

Beispiel 3

Die in Beispiel 2 gewonnenen 1243 kg Schlacke und 23 kg Staub, die 30% Aluminiumnitrid, 3% in dem Rest eingeschlossenes freies erschmolzenes Aluminium und zum Rest ein Gemisch aus Metalloxiden enthalten, werden mitteis eines Plasmabrenners 30 in einem Drehofen auf eine Temperatur von 1460°C erhitzt.

Der Plasmabrenner wird mit einem gesteuerten Strom von 150 SCFM Sauerstoff bei einer Plasmaleistung von 1 Megawatt betrieben. Nach 45 min Betriebsdauer wird der Ofen abgeschaltet und die Beschickung entfernt. Die Beschickung besteht praktisch aus reinen gemischten Metalloxiden (AI, Mg, Al-Mg-Oxide/Spinelle).

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 683 181 A5

Folglich wurden hierbei die normalerweise bei einer Nitridbildung oder bei Anwesenheit von Chloriden und sonstigen Nebenprodukten auftretenden Nachteile vermieden.

Anstelle des beschriebenen Drehofens können selbstverständlich auch andere in geeigneter Weise modifizierte Öfen benutzt werden. Selbstverständlich können erfindungsgemäss anstelle von Abstrich, Aluminium und Aluminiumnebenprodukten auch Aluminiumabfälle aufgearbeitet werden, und zwar insbesondere dann, wenn als Lichtbogengas für den Plasmabrenner Luft verwendet wird.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Umwandlung eines festen Materials mit einem Gemisch aus Nicht-Metall-Aluminiumkomponenten, umfassend Aluminiumnitride und/oder Aluminiumchloride, zu praktisch reinen Aluminiumoxiden durch Erwärmen des Komponentengemisches mit einem Plasmalichtbogenbrenner zur Zufuhr eines oxidierenden Gases als Lichtbogengas und anschliessende Rückgewinnung der praktisch reinen Aluminiumoxide.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem festen Material um den bei der Aluminiumabstrichbehandlung und Entfernung des freien Aluminiums aus diesem erhaltenen Rückstand handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die praktisch reinen Oxide weniger als etwa 1% an Nitriden und Chloriden enthalten.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oxidierenden Gas um Sauerstoff handelt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Luft und mehr als 50% Sauerstoff handelt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Kohlendioxid und mehr als 40% Sauerstoff handelt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Argon und mehr als 40% Sauerstoff handelt.

7