DE3413366A1

DE3413366A1 - Verfahren zur aufbereitung von salzschlacke

Info

Publication number: DE3413366A1
Application number: DE19843413366
Authority: DE
Inventors: Ralf 6432 Heringen Diekmann; Ingo Dr. 3160 Lehrte Stahl
Original assignee: K+S AG
Current assignee: K and S Aktiengesellschaft 34119 Kassel De
Priority date: 1984-04-09
Filing date: 1984-04-09
Publication date: 1985-10-17
Also published as: DE3413366C2

Description

"Verfahren zur Aufbereitunq von Salzschlacke"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines deponiefähigen Produktes aus Salzschlacke der Aluminiumindustrie.
Die Herstellung von Aluminium aus Aluminium-Schrott hat im Hinblick auf eine möglichst weitgehende Ausnutzung von Rohstoffen eine erhebliche Bedeutung.
Zur Gewinnung aus Schrott wird das Aluminium durch Schmelzen von den Begleitmaterialien abgetrennt. Um zu verhindern, daß das schmelzflüssige Aluminium dabei durch Luftsauerstoff oxidiert, wird die Aluminium schrott-Schmelze mit einem Abdecksalz abgedeckt. Dieses ist spezifisch leichter als die Aluminiumschrott-Schmelze und schmilzt im Temperaturbereich von 670 bis 700 0C.
Es hat vorzugsweise folgende Zusammensetzung: 26 bis 29 Gew.~°Ó KCL, 65 bis 70 Gew.-°Ó NaCl, 2 bis 4 Gew.-°Ó Magnesium- und Calciumsalze und 2 Gew.-°Ó CaF2.
Pro Tonne Aluminium werden dabei 250 bis 400 kg Abdecksalz eingesetzt. Das Abdecksalz nimmt während des Schmelzvorganges aus der Schmelze Oxide, Phosphide, Sulfide, Nitride und weitere Verunreinigungen sowie geringe Mengen metallischen Aluminiums auf.
Es entsteht eine Salzschlacke, die von dem schmelzflüssigen Aluminium abgetrennt wird und beim Abkühlen erstarrt.
Derartige Salzschlacken entwickeln beim Kontakt mit Wasser Gase, die toxisch wirken und zum Teil übelriechend sind, so daß sich die Ablagerung solcher Schlacken auf Deponien, die der Einwirkung von natürlicher Feuchtigkeit ausgesetzt sind, verbietet. Aus den gleichen Gründen können solche Schlacken auch nicht als Versatz in Salzbergwerke eingebracht werden. So können beispielsweise aus 1000 Gew.-Teilen Salzschlacke in Kontakt mit Wasser 2,3 Gew.-Teile Wasserstoff, 3,6 Gew.-Teile Ammoniak, 0,1 Gew.-Teil Phosphor und 1,2 Gew.-Teile Schwefelwasserstoff entstehen.
Zur Aufarbeitung solcher Salzschlacken beschreibt die US-PS 40 73 644 ein Verfahren. Danach wird die Salzschlacke von der Aluminium-Schmelze abgetrennt und gekühlt, um anschließend unter einem Abdecksalz aus Alkali- und/oder Erdalkalichloriden auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium erhitzt zu werden. Das hierbei schmelzende Aluminium wird abgetrennt und weiterverarbeitet. Nach der Abtrennung des Aluminiums hinterbleibt eine Mischung aus der Salzschlacke, einem restlichen Anteil an Aluminium und dem zusätzlich eingesetzten Abdecksalz. Diese Mischung wird so gekühlt, daß sie während des Abkühlens in Partikel von etwa 1,3 mm Dicke und etwa 5 bis 7,5 mm Durchmesser zerfällt. Dieses Produkt wird in der Wärme mit Wasser digeriert, so daß die darin enthaltenen Salze in Lösung gehen, in der die unlöslichen Schlacken bestandteile aufgeschlämmt werden. Aus der Aufschlämmung werden dann Fraktionen von Partikeln unterschiedlicher Größe, vorzugsweise in mehreren Stufen, durch Siebung abgetrennt. Größere Partikel bestehen hauptsächlich aus Aluminium, das in den Aluminium-Schmelzofen zurückgeführt wird, während die feineren Partikel als unlöslicher Rückstand einer Deponie zugeführt werden. Die von ihren festen Bestandteilen befreite Salzlösung wird zu einer Aufschlämmung von kristallinem Salz in hochkonzentrierter Lauge eingedickt. Das kristalline Salz wird von der Lauge abgetrennt und kann nach Trocknung frischem Abdecksalz zugemischt werden.
Auch die DE-OS 30 43 916 beschreibt ein Verfahren zur Rückgewinnung des Abdecksalzes aus den bei der Altaluminiumverhüttung anfallenden Salzschlacken, durch Lösen dieser Schlacken in Wasser, Abtrennen der Lösung vom Ungelösten und Verwendung der Lösung als Waschflüssigkeit für die Ofenabgase, wobei die Lösung zu einer Kristallmaische eingeengt wird. Das von dieser Maische abgetrennte Salz wird wieder als Abdecksalz eingesetzt.
Die DE-OS 31 37 950 offenbart ein Verfahren zur Aufbereitung von Salzschlacken, nach dem diese in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen gebrochen und zunehmend zerkleinert werden, wobei in jeder Stufe metallisches Aluminium und Schlacke durch Sieben aufgetrennt und schließlich aus den hinterbleibenden Schlackenanteilen die wasserlöslichen Bestandteile zu einer Lösung herausgelöst werden, von der das Ungelöste abfiltriert wird und problemlos deponiert werden kann. Das Filtrat wird eingedampft und der Eindampfrwckstand in den Aluminiumschmelzprozeß zurückgeführt.
Diese vorbekannten Verfahren haben primär das Ziel, aus der Salzschlacke das Abdecksalz für den Aluminiumschmelzprozeß zurückzugewinnen. Sie lösen aber nicht die Aufgabe aus der Salzschlacke ein deponiefähiges Produkt zu gewinnen, das auch problemlos als Versatz in Untertagebetriebe eingebracht werden kann.
Hierzu gibt die DE-OS 32 OD 347 eine Anregung,die ein Verfahren zur Herstellung eines deponiefähigen oder zur Wertstoffrückgewinnung geeigneten Produkts aus Salzschlacke beschreibt. Demgemäß wird die zuvor in eine feinteilige Form übergeführte Salzschlacke in einem geschlossenen Reaktionsbehälter unter Bewegung mit heißem Wasser besprüht, wobei die Hauptmenge der schädlichen Gase freigesetzt wird. Anschließend wird das feuchte Gemisch in einer allseits geschlossenen Drehtrommel mit warmer Luft so behandelt, daß daraus der größte Teil der Feuchtigkeit und die schädlichen Gase praktisch vollständig ausgetrieben werden. Das hierbei anfallende Produkt wird nach dem Trocknen in einer der Drehtrommel nachgeschalteten Trockentrommel gekühlt und kann anschließend problemlos deponiert werden. Die Brüden und Gase aus dem Reaktionsbehälter und die aus der Drehtrommel abziehenden Gase werden gemeinsam dem Brennaggregat der Trockentrommel zugeführt und verbrannt. Die aus der Trockentrommel abziehenden Gase werden durch eine entsprechende Gaswäsche von schädlichen Bestandteilen befreit. Dieses Verfahren ist jedoch apparativ relativ aufwendig und erfordert erhebliche Verweilzeiten.
Die DE-OS 28 25 806 betrifft ein Verfahren zum Entsalzen von Umschmelzschlacken aus der Leichtmetall-Sekundär-Industrie. Danach wird vorzerkleinerte Schlacke in Trommeln mit Wasser bzw einer 15 eigen Salzlösung ausgelaugt, wobei die metallischen Anteile mechanisch abgetrennt werden. Die in der verbleibenden Salzlösung enthaltenen Feststoffe werden in einem nachgeschalteten Eindicker durch Absitzen von der Salzlösung getrennt, von der eine Teilmenge einem Vakuumkristallisator zugeführt wird, aus dem ein Kristallisat zur weiteren Verwendung als Abdecksalz ausgeführt wird. Mit dem anderen Teil der Salzlösung werden die abgesetzten Feststoffe aus dem Eindicker ausgeschlämmt und einer Aufarbeitung zugeführt. Von sämtlichen Trommeln werden die beim Auslaugen gebildeten giftigen Gase abgeleitet und anschließend verbrannt. In der Vakuumkristallisationsanlage wird ein NaCl-KCl-Gemisch und ein Kondensat gewonnen, das wieder als Abdecksalz eingesetzt werden kann.
Das Verdampfen des Wassers in der Vakuumkristallisation erfordert einen hohen Energieaufwand.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, eine Möglichkeit zu finden, die aluminiumhaltige Salzschlacke bei gleichzeitiger Rückgewinnung des in ihr enthaltenen Kaliumchlorids ohne besonderen Energieaufwand und bei geringer Verweilzeit in eine Form überzuführen, die ihre für die Umwelt unschädliche Deponierung erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als heiße, wäßrige Lösung eine auf eine Temperatur von 90 bis 115°C erwärmte, an Natriumchlorid und Kaliumchlorid bei Raumtemperatur gesättigte Lösung mit einem pH-Wert von 6 bis 8 eingesetzt wird, in der die Salz schlacke gerührt wird, bis daraus keine Gase mehr freigesetzt werden, worauf die deponiefähigen Feststoffe in einer Kammerfilterpresse von der wäßrigen Phase abgetrennt werden, aus der unter Kühlung Kaliumchlorid auskristallisiert und von der Mutterlauge abgetrennt wird, während der Filterkuchen unter Druck gehalten und mit Luft trockengeblasen wird.
Für das Verfahren der Erfindung wird die Salzschlacke in an sich bekannter Weise zunächst auf eine Korngröße von kleiner als 1,25 mm vermahlen und von metallischem Aluminium weitgehend befreit. Die verbleibenden Anteile der Salzschlacke werden anschließend in einen geschlossenen, beheizten Reaktor mit Gasableitung eingetragen, der eine an Natriumchlorid und Kaliumchlorid kalt gesättigte wäßrige Lösung enthält, die zuvor mit einer Mineralsäure, vorzugsweise Salzsäure, auf einen pH-Wert von 6 bis 8 angesäuert worden ist. Die Suspension wird bei einer Temperatur von 90 bis 1150C, vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Stunden, in jedem Fall jedoch so lange intensiv gerührt, bis praktisch keine schädlichen Gase mehr daraus freigesetzt werden. Zur Beschleunigung des Entgasungsvorgangs hat es sich besonders bewährt, während des Rührvorgangs Luft oder heißen Wasserdampf in die Suspension einzublasen.
Durch diese Maßnahmen wird eine praktisch vollständige Freisetzung der schädlichen Gase aus der Salzschlacke erreicht. Die schädlichen Gase werden aus dem Reaktor abgeleitet und für die Umwelt unschädlich beseitigt, vorzugsweise verbrannt, wobei es notwendig sein kann, aus den dabei entstehenden Abgasen die schädlichen Bestandteile in an sich bekannter Weise zu eliminieren.
Nach dieser Behandlung wird die suspendierte Salzschlakke erfindungsgemäß einer Kammerfilterpresse zugeführt.
Die Salzschlacke wird darin bei einem Filtrationsdruck von vorzugsweise 6 bis 15 bar abgepreßt und beim gleichen Druck vorzugsweise 2 bis 10 min lang trockengeblasen, während das klare Filtrat in einen Kühlungskristalli sator geleitet wird. Dort fällt ein Salzbrei aus, der hauptsächlich aus Kaliumchlorid besteht. Da im Gegensatz zur Vakuumkristallisation bei der Kühlungskristallisation kein Wasser verdampft zu werden braucht, wird der Energieaufwand für das Verfahren der Erfindung gegenüber einem Verfahren, das eine Vakuumkristallisation als zwingende Maßnahme vorschreibt, vermindert. Das in diesem Salzbrei enthaltene Salz wird anschließend, beispielsweise in einer Zentrifuge, von der Mutterlauge abgetrennt und getrocknet. Auf diese Weise wird das in der Salzschlacke enthaltene Kaliumchlorid zurückgewonnen und kann der Weiterverarbeitung nach einem der bekannten Verfahren zugeführt werden.
Die von dem Kaliumchlorid abgetrennte Mutterlauge wird in den Reaktor zurückgeführt, wobei der im Gesamtprozeß entstandene Verlust an Wasser durch Zugabe von Frischwasser ausgeglichen wird.
Der aus Salzschlacke-Rückstand bestehende Filterkuchen aus der Kammerfilterpresse wird in einem Trockner, vorzugsweise einem Trommeltrockner, bis auf eine Restfeuchte von weniger als 1 Gew.-% getrocknet, Die Beheizung des Trommeltrockners erfolgt dabei in herkömmlicher Weise, wobei in der Brennerflamme die aus dem Reaktor abgeleiteten schädlichen Gase mit verbrannt werden. Die Verbrennungsabgase aus dem Trockner gelangen über eine Gaswäsche als Abluft in den Kamin.
Nach der Trocknung läßt sich der Salzschlacke-Rückstand unschädlich deponieren. Beim Kontakt mit Wasser werden aus dem nach dem Verfahren der Erfindung behandelten Salzschlacken-Rückstand praktisch keine schädlichen Gase mehr freigesetzt.
Erst in dieser bestimmten erfindungsgemäßen Kombination von Maßnahmen gelingt es, die Salzschlacke der Aluminiumindustrie ohne großen apparativen Aufwand und ohne großen Energie- und Zeitaufwand in eine Form überzuführen, die ihre unschädliche Deponierung erlaubt.
Erfindungsgemäß behandelte Salzschlacke läßt sich ohne eine Gefährdung der Umwelt beispielsweise auch unter Tage deponieren.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß das Kaliumchlorid aus der Salzschlacke als Wertstoff gewonnen werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines deponiefähigen Produkts aus unter Rückgewinnung von Kaliumchlorid aus der bei der Aluminiumproduktion anfallenden Salzschlacke, die auf eine Korngröße von kleiner als 1,25 mm vermahlen und vom metallischen Aluminium weitgehend befreit ist, durch Suspendieren in einer heißen, wäßrigen Lösung, Ableiten der gebildeten giftigen Gase und anschließender Abtrennung der deponiefähigen Feststoffe von der wäßrigen Phase, aus der unter Kühlung ein Salzkristallisat abgeschieden und abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als heiße, wäßrige Lösung eine auf eine Temperatur von 90 bis 115°C erwärmte, an Natriumchlorid und Kaliumchlorid bei Raumtemperatur gesättigte Lösung mit einem pH-Wert von 6 bis 8 eingesetzt wird, in der die Salzschlacke gegerührt wird, bis daraus keine Gase mehr freigesetzt werden, worauf die deponiefähigen Feststoffe fe in einer Kammerfilterpresse von der wäßrigen Phase abgetrennt werden, aus der unter Kühlung Kaliumchlorid auskristallisiert und von der Mutterlauge abgetrennt wird, während der Filterkuchen unter Druck gehalten und mit Luft trockengeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzschlacke in der wäßrigen Lösung unter gleichzeitigem Einblasen von Luft gerührt wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzschlacke in der wäßrigen Lösung unter gleichzeitigem Einblasen von heißem Wasserdampf gerührt wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die deponiefähigen Feststoffe von der wäßrigen Phase in der Kammerfilterpresse unter einem Druck von 6 bis 15 bar entwässert werden.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstand in der Kammerfilterpresse bei einem Druck von 6 bis 15 bar trockengeblasen wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch qekennzeichnet, daß der Rückstand in der Kammerfilterpresse 2 bis 10 min lang trockengeblasen wird.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der trockengeblasene Rückstand von der Kammerfilterpresse in einem Trommeltrockner bis auf eine Restfeuchte von ~~ 1 °Ó getrocknet wird.
8. Verfahren nach Ansprüchen -1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Suspension entweichenden Gase der Flamme des Brenners zur Beheizung der Trockentrommel zugeführt werden.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension etwa 0,5 bis 2,0 Stunden gerührt wird.