DE10023373A1

DE10023373A1 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Teilen sowie Verfahren zur Pyrolyse von Elektronikschrott mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE10023373A1
Application number: DE2000123373
Authority: DE
Inventors: Albrecht Melber; Georg Molitor; Erwin Wanetzky
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-15
Also published as: JP2002088415A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Teilen, insbesondere zur Pyrolyse von Elektronikschrott, weist einen nach oben hin offenen Tiegel (1) mit einem Wärmeträger (2) auf. In diesen Wärmeträger (2) taucht von oben her eine an ihrer Unterseite offene Vakuumkammer (3) ein, in welcher die zu behandelnden Teile in einem Korb (5) untergebracht sind. Durch eine Absaugung (6) im oberen Bereich der Vakuumkammer (3) kann man in der Vakuumkammer (3) Unterdruck erzeugen. Dadurch steigt der Flüssigkeitsspiegel des Wärmeträgers (2) in der Vakuumkammer (3) gegenüber dem im Tiegel (1) an und bringt die Teile im Korb (5) mit ihr in Kontakt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehand lung von Teilen, beispielsweise zur Pyrolyse von Elektro nikschrott, welche einen Behälter mit einem flüssigen Wärmeträger aufweist, in den die zu erwärmenden Teile eingetaucht und aus dem durch die Erwärmung der Teile entstehende gasförmige Bestandteile herausgeführt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Pyro lyse von Elektronikschrott mit einer solchen Vorrichtung.

Eine Vorrichtung der vorstehenden Art ist Gegenstand der US 5,979,033. Bei der in dieser Schrift erläuterten Vor richtung wird Elektronikschrott in einen Behälter mit ei nem Zinnbad eingebracht. In dem Behälter ist oberhalb des Zinnbades ein Brenner angeordnet, durch den das in den Behälter eingebrachte Zinn geschmolzen und vom Elektro nikschrott entweichende gasförmige Bestandteile verbrannt werden. Anschließend gelangt das Abgas in eine Nachbrenn kammer, wo unvollständig verbrannte und noch nicht sta bile Gasbestandteile vollständig verbrannt werden, bevor sie in einen Schornstein gelangen. Das Zinnbad dient zu sätzlich zur Funktion eines Wärmeträgers dazu, Kupfer und andere Metalle aus dem Elektronikschrott zurückzugewin nen.

Die DE 195 22 064 C2 beschreibt auch schon eine Vorrich tung, bei der Elektronikschrott in eine Vakuumkammer ein gebracht und elektrisch durch eine "konduktive Beheizung" derart beheizt wird, dass die verdampfbaren Komponenten des Elektronikschrottes entweichen und einer Kondensati onsanlage zugeführt werden können. Probleme bereitet bei einer solchen Anlage die Zufuhr der erforderlichen Wärme, weil Elektronikschrott sehr viele thermisch isolierende Bestandteile enthält und in einer Unterdruckkammer eine Wärmeübertragung durch Konvektion ausscheidet. Die Schrift lehrt deshalb, den Elektronikschrott zunächst durch eine Strahlungsheizung so weit aufzuheizen, dass eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der gesamten Schrottmasse eintritt. Ein weiteres Problem liegt darin, dass bei zu schneller Aufheizung einer Charge und damit zu großem Anfall gasförmiger Bestandteile die Leistung der Kondensationsanlage nicht ausreicht und dadurch nicht kondensierte Stoffe zur Vakuumpumpe gelangen können.

Das Problem der möglichst raschen und energiesparenden Aufheizung von Teilen ist nicht auf Elektronikschrott be schränkt. Beispielsweise ist ein möglichst rasches Auf heizen von Teilen immer dann wünschenswert, wenn Materia lien durch Verdampfen mindestens einer Komponente vonein ander getrennt werden sollen. Das ist unter anderem bei der Pyrolyse von Altreifen und Kunststoffprodukten der Fall.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrich tung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass in ihr Teile möglichst rasch und mit möglichst geringem Energieaufwand erwärmt werden können. Weiterhin soll ein Verfahren zur Pyrolyse von Elektronikschrott entwickelt werden, welches sich durch einen möglichst geringen Ener giebedarf auszeichnet und das mit möglichst geringem Auf wand ausführbar ist.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, dass der Behälter als Vakuumkammer mit einer Absau gung im oberen Bereich ausgebildet und mit seiner Unter seite in einen Tiegel mit dem flüssigen Wärmeträger ein getaucht ist und dort eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Wärmeträger in dem Tiegel hat.

Eine solche Vorrichtung vermag in sie eingebrachte Teile sehr rasch zu erwärmen, weil der flüssige Wärmeträger die gesamte Oberfläche der Teile zu berühren vermag und des halb der Wärmeübergang von dem Wärmeträger zu den Teilen gut ist. Durch die rasche Erwärmung sind die Wärmeverlus te gering. Weil in der Vakuumkammer Unterdruck herrscht, sieden verdampfbare Bestandteile früher als bei Normaldruck, so dass man bei all denjenigen Verfahren, bei denen die Vorrichtung dazu dient, verdampfbare Be standteile auszutreiben, mit niedrigeren Temperaturen ar beiten kann als bei mit Normaldruck arbeitenden Verfah ren.

Die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist be sonders einfach, weil die Vakuumkammer mit ihrer Unter seite in den flüssigen Wärmeträger eingetaucht ist. Hier durch kann man den Flüssigkeitsstand in der Vakuumkammer über den Druck in der Vakuumkammer steuern. Nimmt dieser Druck ab, dann steigt zwangsläufig aufgrund des archime dischen Prinzips der Flüssigkeitsstand in der Vakuumkam mer, so dass die beispielsweise in einem Korb eingebrach ten Teile weiter in den Wärmeträger eintauchen. Kommt es durch das Verdampfen von verdampfbaren Komponenten der Teile zu einer Druckerhöhung in der Vakuumkammer, dann sinkt automatisch der Flüssigkeitsstand, so dass der Dampfanteil wieder abnimmt. Die Anlage regelt sich somit von selbst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders kosten günstig herstellbar, wenn gemäß einer vorteilhaften Wei terbildung der Erfindung der Tiegel als nach oben hin of fene Wanne ausgebildet ist. Hierdurch genügt es, wenn nur die Vakuumkammer als Druckbehälter ausgebildet ist. Diese kann ein geringes Volumen haben, weil man die zu behan delnden Teile nicht innerhalb der Vakuumkammer in das Flüssigkeitsbad hinein und wieder aus ihm heraus bewegen muss, sondern stattdessen den Flüssigkeitsstand in der Vakuumkammer den Prozesserfordernissen entsprechend ver ändert. Da der Flüssigkeitsstand ausschließlich durch Verändern des Druckes in der Vakuumkammer verändert wird, sind keine Pumpen zum Fördern von Flüssigkeit in die Va kuumkammer hinein oder aus ihr heraus erforderlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat einen großen Durch satz, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfin dung der Tiegel zumindest zwei Vakuumkammern aufweist. Hierdurch kann man während der Wärmebehandlung von Teilen in einer Vakuumkammer die andere Vakuumkammer dazu benut zen, beispielsweise den flüssigen Wärmeträger abtropfen zu lassen und die Vakuumkammer zu entladen und mit neuen Teilen zu beladen.

Das Beschicken der Vakuumkammer mit Teilen und ihr Entla den sind besonders einfach, wenn die Vakuumkammer an ih rer Oberseite von einem nach oben hin abzuhebenden Deckel verschlossen ist und wenn an dem Deckel ein Korb für die zu behandelnden Teile hängend befestigt ist.

Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Pyro lyse von Abfall, insbesondere Elektronikschrott, ist es vorteilhaft, wenn sie zur Verwendung eines flüssigen Me talls als Wärmeträger ausgebildet ist. Hierdurch kann die erforderliche Wärmemenge besonders rasch zugeführt wer den. Weiterhin haben flüssige Metalle bei den erforderli chen Temperaturen einen niedrigen Dampfdruck, so dass es nicht zu einem unerwünschten Verdampfen des Wärmeträgers kommt. Für andere Anwendungen kann die Vorrichtung jedoch auch mit anderen flüssigen Wärmeträgern - beispielsweise einem Öl oder einer Salzlösung - verwendet werden.

Die Abdichtung der Vakuumkammer lässt sich besonders zu verlässig und im Dauerbetrieb haltbar verwirklichen, wenn der Deckel eine innere Deckelwand hat, die bei geschlos senem Deckel durch eine Innendichtung und einen Dicht flansch gegenüber der Innenwand der Vakuumkammer abdich tet, und weiterhin eine zweite Deckelwand hat, welche durch eine umlaufenden Außendichtung gegenüber der Vaku umkammer abdichtet, und wenn durch eine geringe Undich tigkeit der Innendichtung von dem Raum zwischen den bei den Deckelwänden eine Leckageverbindung zum Inneren der Vakuumkammer hin besteht.

Diese Gestaltung ermöglicht es, die innere Dichtung zu Lasten einer nicht völligen Dichtheit aus einem Material zu bilden, welches der Strahlungswärme des flüssigen Me talls gut standhält. Da die äußere Dichtung dieser Strah lungswärme nicht ausgesetzt ist, kann diese eine zuver lässige Dichtheit gewährleisten, indem sie hierzu als wassergekühlte Vakuumdichtung ausgebildet wird. Die in der Vorrichtung entstehenden dampfförmigen Stoffe können nicht an der inneren Dichtung vorbei in den Raum zwischen die beiden Deckelwände gelangen und dort kondensieren, weil aufgrund ihrer Gestaltung als Leckageverbindung wäh rend des Arbeitens der Vorrichtung Gas aus dem Raum zwi schen den beiden Deckelwänden entlang der inneren Dich tung in die Vakuumkammer strömt und deshalb eine entge gengesetzt gerichtete Bewegung von dampfförmigen Stoffen aus der Vakuumkammer in den Deckel verhindert.

Wenn man ausschließen will, dass durch die Leckageverbin dung geringe Mengen von Luft und damit auch Sauerstoff in die Vakuumkammer gelangt, kann man gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorsehen, dass der Raum zwi schen den beiden Deckelwänden einen Inertgasanschluss hat. Hierdurch wird es möglich, den Innenraum des Deckels beispielsweise mit Stickstoff als Inertgas zu beaufschla gen.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zur Pyrolyse von Elektronikschrott mit der er findungsgemäßen Vorrichtung, bei dem der Elektronik schrott in einen Behälter mit einem flüssigen Metall ein getaucht und das durch die Erwärmung des Elektronik schrotts entstehende Gas herausgeführt wird, wird erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pyrolyse in einer nach unten hin offenen, mit ihrer Unterseite in ein Me tallbad eines nach oben hin offenen Tiegels eingetauchten Vakuumkammer stattfindet und die Höhe des Metallbadspie gels in der Vakuumkammer durch den Unterdruck in der Va kuumkammer geregelt wird.

Bei dieser Verfahrensweise ergibt sich ein rasche Erwär mung Energieverbrauch, weil der flüssige Wärmeträger die zu erwärmenden Teile allseitig berührt und ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist. Weiterhin kann die Va kuumkammer klein ausgebildet werden, weil in ihr kein Platz für einen Korb mit den zu behandelnden Teilen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels vorgesehen werden muss. Insgesamt ist der regelungstechnische Aufwand bei einem solchen Verfahren gering, weil sich das Maß des Eintau chens der Teile in den Wärmeträger durch den Anfall gas förmiger Stoffe nach dem Prinzip von Archimedes von selbst regelt, indem der Flüssigkeitsstand sich von selbst in Abhängigkeit vom Druck verändert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Metallbad ein Zinnbad, Bleibad oder eine Legierung beider Metalle ver wendet wird, weil dieses Metalle für diesen Anwendungs fall einen optimalen Schmelzpunkt und nur einen geringen Dampfdruck bei den herrschenden Temperaturen haben.

Für die Pyrolyse von Elektronikschrott ist es vorteil haft, wenn der Vakuumkammer eine Kondensationsanlage für die aus der Vakuumkammer abgesaugten gasförmigen Bestand teile nachgeschaltet ist. Eine solche Kondensationsanlage vermag zuverlässig die im durch die Pyrolyse entstandenen Gas vorhandenen, umweltschädlichen Stoffe zu kondensie ren, so dass sie nicht in die Atmosphäre zu gelangen ver mögen.

Da Elektronikschrott Stoffe enthält, die in der Gasphase mit Sauerstoff reagieren und dann schwierig weiterzube handeln sind, kann man vorsehen, dass die Luft in der Va kuumkammer nach dem Einbringen des Elektronikschrotts und vor dem Eintauchen des Elektronikschrotts in das Metall bad durch ein Inertgas ersetzt wird.

In Elektronikschrott sind zahlreiche wertvoll Metalle enthalten. Diese können zurückgewonnen werden, indem die bei der Pyrolyse des Metallschrottes sich im Metallbad lösenden Edelmetalle des Metallschrottes periodisch aus der Metallschmelze separiert werden.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Schnittes durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine konkrete Ausführungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen als nach oben hin offene Wanne ausgebildeten Tiegel 1, in welchem sich eine Metall schmelze als flüssiger Wärmeträger 2 befindet. In diesen Wärmeträger 2 taucht von oben her eine an ihrer Unter seite offene Vakuumkammer 3 hinein, die an ihrer Ober seite durch einen Deckel 4 verschlossen ist. An diesem Deckel 4 hängt ein aus Lochblechen gebildeter Korb 5, in welchem die durch den Wärmeträger 2 zu behandelnden Teile, beispielsweise Elektronikschrott, untergebracht sind.

In den oberen Bereich der Vakuumkammer 3 mündet eine Ab saugung 6, die zu einer Vakuumpumpe 7 führt. Der Vakuum pumpe 7 ist eine Kondensationsanlage 8 vorgeschaltet.

Wenn die Leistung der Vakuumpumpe 7 ansteigt, dann nimmt der Druck in der Vakuumkammer 3 ab. Dadurch steigt der flüssige Wärmeträger in der Vakuumkammer 3, so dass zu nehmend mehr Teile im Korb 5 mit ihr in Berührung gelan gen und erwärmt werden. Wenn mehr Stoffe der Teile im Korb 5 verdampfen als die Kondensationsanlage 8 zu kon densieren vermag, dann steigt der Druck in der Vakuumkam mer 3, so dass der Flüssigkeitsspiegel absinkt und da durch der Anfall von gasförmigen Stoffen wieder zurück geht.

Die Fig. 2 zeigt, dass in dem Tiegel 1 auch zwei Vakuum kammern 3, 3a nebeneinander angeordnet sein können. Die Vakuumkammer 3 ist durch den Deckel 4 verschlossen. Die ser Deckel 4 besteht aus einer äußeren Deckelwand 9 und einer inneren Deckelwand 10. Die innere Deckelwand 10 dichtet durch eine Innendichtung 11 und einen umlaufenden Flansch 12 gegenüber der Innenwand des Vakuumbehälters 3 weitgehend ab; lediglich eine sehr geringe Leckage wird von der Innendichtung 11 zugelassen. Hierzu im Gegensatz dichtet die äußere Deckelwand 9 durch eine Außendichtung 13 völlig dicht gegenüber der Wandung der Vakuumkammer 3 ab. Zwischen den beiden Deckelwänden 9, 10 verbleibt ein Raum 14.

Im linken Teil der Fig. 2 ist der Deckel 4a von der Va kuumkammer 3a abgehoben dargestellt. Zu erkennen ist da durch der Korb 5a, in welchem die nicht dargestellten Teile, also beispielsweise der Elektronikschritt, enthal ten sind. Der Deckel 4a ist hier mit einem Inertgasan schluss 15 versehen, der entsprechend auch beim Deckel 4 im rechten Bildteil vorgesehen sein kann und es ermög licht, in den Raum 14 des Deckels 4, 4a Inertgas einzuge ben.

Bezugszeichenliste

1

Tiegel

2

flüssiger Wärmeträger

3

Vakuumkammer

4

Deckel

5

Korb

6

Absaugung

7

Vakuumpumpe

8

Kondensationsanlage

9

äußere Deckelwand

10

innere Deckelwand

11

Innendichtung

12

Flansch

13

Außendichtung

14

Raum

15

Inertgasanschluss

Claims

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Teilen, beispiels weise zur Pyrolyse von Elektronikschrott, welche einen Behälter mit einem flüssigen Wärmeträger aufweist, in den die zu erwärmenden Teile eingetaucht und aus dem durch die Erwärmung der Teile entstehende gasförmige Bestand teile herausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter als Vakuumkammer (3, 3a) mit einer Absaugung (6) im oberen Bereich ausgebildet und mit seiner Unter seite in einen Tiegel (1) mit dem flüssigen Wärmeträger (2) eingetaucht ist und dort eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Wärmeträger (2) in dem Tiegel (1) hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (1) als nach oben hin offene Wanne ausge bildet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Tiegel (1) zumindest zwei Vakuum kammern (3, 3a) aufweist.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (3, 3a) an ihrer Oberseite von einem nach oben hin abzu hebenden Deckel (4) verschlossen ist und dass an dem De ckel (4) ein Korb (5) für die zu behandelnden Teile hän gend befestigt ist.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Verwendung eines flüssigen Metalls als Wärmeträger (2) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (4) eine innere Deckelwand (10) hat, die bei geschlossenem Deckel (4) durch eine Innendichtung (11) und einen Dichtflansch (12) gegenüber der Innenwand der Vakuumkammer (3) abdich tet, und weiterhin eine zweite Deckelwand (9) hat, welche durch eine umlaufenden Außendichtung (13) gegenüber der Vakuumkammer (3) abdichtet, und dass durch eine geringe Undichtigkeit der Innendichtung (11) von dem Raum zwi schen den beiden Deckelwänden (9, 10) eine Leckageverbin dung zum Inneren der Vakuumkammer (3) hin besteht.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (14) zwi schen den beiden Deckelwänden (9, 10) einen Inertgasan schluss (15) hat.

8. Verfahren zur Pyrolyse von Elektronikschrott mit einer Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, bei dem der Elektronikschrott in einen Behälter mit einem flüssigen Metall eingetaucht und das durch die Erwärmung des Elektronikschrotts entstehende Gas heraus geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse in einer nach unten hin offenen, mit ihrer Unterseite in ein Metallbad eines nach oben hin offenen Tiegels einge tauchten Vakuumkammer stattfindet und die Höhe des Me tallbadspiegels in der Vakuumkammer durch den Unterdruck in der Vakuumkammer geregelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallbad ein Zinnbad, Bleibad oder eine Legie rung beider Metalle verwendet wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, dass der Vakuumkammer eine Kondensationsan lage für die aus der Vakuumkammer abgesaugten gasförmigen Bestandteile nachgeschaltet ist.

11. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft in der Va kuumkammer nach dem Einbringen des Elektronikschrotts und vor dem Eintauchen des Elektronikschrotts in das Metall bad durch ein Inertgas ersetzt wird.

12. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Pyro lyse des Metallschrottes sich im Metallbad lösenden Edel metalle des Metallschrottes periodisch aus der Metall schmelze separiert werden.