DE3940212A1

DE3940212A1 - Rueckgewinnung von freiem aluminium aus aluminiumabstrich unter ausnutzung von plasmaenergie ohne mitverwendung eines salzflussmittels

Info

Publication number: DE3940212A1
Application number: DE19893940212
Authority: DE
Inventors: Richard Dale Lindsay; David Lloyd Cheek; Jack Lee Dochterman; Robert Lamar Kirkland
Original assignee: Plasma Energy Corp
Current assignee: PLASMA PROCESSING CORP., BRENTWOOD, TENN., US
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1990-06-13
Also published as: CH683181A5; IE893924L; IE62891B1; GB9309568D0; ATA277889A; AR245507A1; FR2640283B1; ES2017875A6; GB2228014A; AU639421B2; JPH02225632A; GB8927768D0; AT399512B; GB2264489A; US4997476A; BE1006159A5; FR2640283A1; GB2228014B; CH682920A5; BR8906347A

Description

Die Erfindung betrifft die Rückgewinnung von freiem Alu minium aus Aluminiumabstrich, insbesondere ein Verfahren zur Rückgewinnung von metallischem Aluminium aus Aluminium abstrich in einem Ofen, z. B. einem Drehofen, der mit einem Plasmalichtbogenbrenner, welcher vorzugsweise mit Luft als Lichtbogengas betrieben wird, beheizt wird. Überraschender weise kann man hierbei freies Aluminium und Aluminium nebenprodukte in guter Ausbeute ohne Mitverwendung eines Salzflußmittels rückgewinnen und dadurch die bei Verwendung eines Salzflußmittels auftretenden Schwierigkeiten ein schließlich 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 wer den 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 Ab strich kann auch - möglicherweise in Abhängigkeit vom Be handlungsverfahren - einige Nitride und Chloride enthalten.

In der Industrie ist längst bekannt, daß aus wirrschaft lichen 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 Reaktions fähigkeit des Aluminiums zurückzuführen ist. Bei einem typischen Rückgewinnungsverfahren wird der Abstrich normalerweise bei hohen Temperaturen in einem Ofen er schmolzen. 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 ver mindern.

Zur Lösung der beim Aufarbeiten von Abstrich auftretenden Probleme und zur Verbesserung des Aluminiumrückgewinnungs grades ist es bekannt, den Abstrich in einem Induktions ofen in Gegenwart eines Salzflußmittels zu erwärmen (vgl. beispielsweise US-PS 36 76 105). 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 rückzugewinnen, indem man Aluminium salze bei Temperaturen von mindestens 2500° bis 5500°C spaltet. Gemäß der US-PS 39 38 988 kann das Erwärmen auf diese wesentliche hohe Temperatur mittels Plasmaenergie 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 durch führen, darüber hinaus wäre sie auch aus Kostengründen oder ökologischen Gründen für eine Abstrichaufarbeitung nicht praktikabel.

Zur Reduktion der verschiedensten Metalloxide, einschließ lich von Aluminiumoxiden, wurde auch bereits der Einsatz eines Plasmastrahlgenerators erwogen (vgl. US-PS 41 77 060). Bei dem in der genannten Literaturstelle beschriebenen Ver fahren werden Kohle und Aluminiumoxid 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, unter scheidet 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, Aluminiumverbindungen, wie Aluminiumoxiden, und sonstigen metallischen Neben produkten aus Aluminiumabstrich an die Hand zu geben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von freiem Aluminium und Aluminiumoxiden aus Aluminiumab strich durch Erwärmen des Abstrichs in einem Hochtemperatur ofen mit Hilfe eines Plasmalichtbogenbrenners, dem vorzugs weise Luft als Lichtbogengas zugeführt wird, ohne Salzfluß mittelzusatz.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es bei Einsatz von Plasmaenergie aus einer Plasmakanone oder einem Plasma brenner in einem Ofen, z. B. einem Drehofen, ohne notwendiges Salzflußmittel zu einer Abtrennung und Agglomeration des freien Aluminiums aus dem Abstrichrückstand kommt. Vermut lich führt die Kombination Drehofen/Plasmaströme 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. Dieses indirekte Erwärmen des Abstrichs beseitigt oder vermindert den Nitridierungs effekt 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 er wiesen, daß bei Benutzung eines mit Plasmaenergie beheizten Drehofens sich entweder von Hause aus im Abstrich vorhandene oder während der Abstrichaufarbeitung gebildete Aluminium oxide an der Ofenwandung ansammeln und damit den Ofen aus kleiden. Das freie Aluminium, das bei niedrigeren Tempera turen 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 Ofen wand 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 durch führen zu können, trägt zu einer Vermeidung von durch das Entstehen von Salzdämpfen bedingten ernsthaften Umwelt problemen bei und schließt die Notwendigkeit einer Be seitigung von durch Wasser auslaugbaren Salzen aus. Die Salze sind, da sie durch Wasser ausgelaugt werden können, auf Deponien unerwünscht, da sie mit Abwasser oder Regen wasser in den Boden eingeschleppt werden und darin drasti sche Verschmutzungsprobleme hervorrufen. Darüber hinaus bleibt der Abstrichrückstand, da er nicht mit einem Salz flußmittel verdünnt wird, fest und läßt sich leicht aus dem erschmolzenen freien Aluminium abtrennen.

Die vorteilhaften Ergebnisse des erfindungsgemäßen Ver fahrens stellen sich bei Verwendung der verschiedensten Lichtbogengase für den Plasmagenerator, z. B. Luft, Stick stoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Argon, Methan und Mischungen dieser Gase, ein. Der Rückgewinnungs grad an freiem Aluminium und brauchbaren Aluminiumneben produkten ist höher. Darüber hinaus gibt es keine mit der Salzbeseitigung verknüpfte Probleme. Obwohl die ver schiedensten Lichtbogengase zur Verfügung stehen, bedient man sich vorzugsweise der Luft als Lichtbogengas. Die Ver wendung von Luft bietet im Vergleich 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 Al₂O₃, das im Gegensatz zu einem bei Verwendung von Stickstoff gebildeten, in stabilen und ein Umweltproblem darstellenden Nitrid stabil ist und keine Umweltprobleme schafft;
4. Die Verwendung 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:

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

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

bei konstantem Aluminiumgehalt von 50% und einem konstanten Wärmewirkungsgrad, der zur Erschmelzung von 1134 kg Aluminium/h/Aufnahme von 1 Megawatt elektrischer Leistung führt, festgelegt. Aus unabhängigen Variablen "Enthalpie, Wärme wirkungsgrad und Aluminiumgehalt" läßt sich eine Reihe "prozentuale Oxidation" aufstellen.

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

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 folgen dem:

Beim Aufarbeiten von Aluminiumlegierungen mit stärker (als Al) aktiven Metallen, wie Magnesium, Lithium und dergleichen, werden zunächst Magnesium und Lithium oxidiert, so daß diese Metalle zuerst "verbraucht" werden. Dies führt zu einem ge ringeren Aluminiumverlust und zu ähnlichen Wärmeabgabevor teilen.

Die Eignung von Luft als Lichtbogengas und die (dabei er reichten) verbesserten Ergebnisse sind überraschend. Er wartungsgemäß wäre das bevorzugte Gas Stickstoff oder ein sonstiges nicht-oxidierendes Gas, wie Argon, Neon und der gleichen, um eine Oxidation und ein Brennen des Aluminiums (wie es in Anwesenheit von Luft zu erwarten ist) zu ver meiden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Verwendung von Stickstoff als Lichtbogengas eine Nitridbildung erfolgt, was den Betrieb des Brenners erschwert und einen merklichen Aluminiumverlust 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 Licht bogengas Luft verwendet wird. Dies ist auf die begrenzte Menge an durch den Plasmabrenner zugelassener Luft zurück zuführen. 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 beob achten. 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 Dreh ofens, Plasmalichtbogenbrenners und Zufuhrsystems;

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

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 zuge führt. 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 weiter behandelt 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 Druckluftzylin ders 22 betätigten Drehpunkt 20, um eine bequeme Rückge winnung des freien erschmolzenen Aluminiums zu gestatten. Folglich müssen die Zufuhrleitungen zum Plasmabrenner bieg sam 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 zurückge schwungen werden, um die gesamte Ofenfläche um einen Dreh punkt 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 Brenner systems. 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 Heraus nahme des Brenners eine Tür. Das Öffnen der Tür verhindert einen Druckanstieg und jegliche Gefahr einer Explosion. Darüber hinaus bedient man sich eines dem Ofensystem ent sprechenden Überwachungssteuersystems, das auf der Basis der verschiedensten Zufuhrparameter zum Ofensystem computer gesteuert 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 43 83 820 und 45 59 439 beschrieben. Ein vereinfachter Querschnitt durch einen geeigneten Brenner mit Lichtbogen übertragung ist in Fig. 4 dargestellt. Wie dargestellt, umfaßt der mit Lichtbogenübertragung arbeitende Brenner eine Elektrode 40, einen Kollimator 42, einen Wirbel generator 44, eine Wasserzufuhreinrichtung 46 zum Kühlen des Brennermechanismus und eine Einrichtung 48 zur Wasser ableitung. Eine Gaszufuhreinrichtung 43 speist den Wirbel generator 44 zwischen der Elektrode 40 und dem Kollimator 42. Bei dem Plasmageneratorsystem wirken die Ofenunterseite und der erwärmte Abstrich als Grund zur Aufnahme des übertra genen Lichtbogens aus der Elektrode 40. Wie in Fig. 2 dar gestellt, sind das Wasser/Gas-Leitungssystem und die elektrische Leitung für den Brenner zu einem Energie/Wasser- Verbindungskasten 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 Plasma brenners ohne Lichtbogenübertragung eine erhöhte Rückge winnung 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 Plasmaflamme dieses Brennertyps eine große Zahl an aktiven Ionen ent hält. 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 Ionenart. Diese aktivere Art verstärkt die Fähigkeit zur Abtrennung von freiem Aluminium von den Abstrichrückständen ohne Mitverwendung eines Salzflußmittels. 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 Ar beitsfläche bildet oder auf dieser vorgesehen ist.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veran schaulichen.

Beispiel 1

2268 kg Aluminiumlegierungabstrich mit etwa 50% Aluminium werden in den Drehofen 10 gefüllt. Ein handelsüblicher Plasma brenner 30 mit nicht-übertragenem Lichtbogen wird mittels eines Druckluftzylinders 38 in Position gesenkt und so aus gerichtet, 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 Be schickung auf Schmelzezustand 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 2268 kg Beschickung liefern 1077 kg reines Aluminium. Die vom Boden der Trommel ab gekratzte Schlacke liefert 1243 kg Aluminiumoxid. Darüber hinaus werden 45,4 kg Aluminiumoxid aus dem Sacklager rück gewonnen. 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 Ver wendung 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 Aluminiumnebenprodukten 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 Aluminiumoxid und stabilen gemischten Metall oxiden 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 2stündiger Reaktionsdauer, d. h. bei der im Vergleich zur Verwendung von Luft als Lichtbogengas doppelter Behand lungsdauer, 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 Aus trittstemperatur 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 Aluminium rückgewinnung 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, Kohlen monoxid, 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 Aluminium- und 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 CO₂-Sauerstoff- Gemischen (mit mehr als 40% Sauerstoff) oder Sauerstoff- Argon-Gemischen (mit mehr als 40% Sauerstoff) als Lichtbogen gas 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 zweck mäßig sein, zur Unterstützung oder Beschleunigung des Ver fahrens 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 Anwendungsge bieten 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 mittels 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 Mega watt betrieben. Nach 45 min Betriebsdauer wird der Ofen abgeschaltet und die Beschickung entfernt. Die Beschickung besteht praktisch aus reinen gemischten Metalloxiden (Al, Mg, Al-Mg-Oxide/Spinelle).

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

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

Claims

1. Verfahren zur Rückgewinnung von freiem Aluminium aus Aluminiumabstrich oder Aluminiumabfällen durch Be schicken eines mit einem Plasmalichtbogenbrenner zum Erwärmen der Beschickung ausgestatteten Ofens mit dem Aluminiumabstrich oder den Aluminiumabfällen, Erwärmen der Beschickung durch Zufuhr von Plasmaenergie zu der Beschickung, wobei die Plasmaenergie durch Luftzufuhr zu dem Brenner zur Ionisation erzeugt wird, weiteres Erwärmen bis zum Erschmelzen der Beschickung und Aus tragen von freiem Aluminium in erschmolzenem Zustand aus dem Ofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft mit Stickstoff gemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft mit Sauerstoff gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine drehbare Trommel aufweist und die Trommel während des Erwärmens gedreht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es chargenweise betrieben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich betrieben wird, wobei ein periodischer Abstich des freien Aluminiums aus dem Ofen erfolgt.

7. Verfahren zur Rückgewinnung von freiem Aluminium aus Aluminiumabstrich durch Beschicken eines mit einem Plasmalichtbogenbrenner zur Erwärmung der Beschickung ausgestatteten Ofens mit Aluminiumabstrich, Erwärmen der Beschickung durch Zufuhr von durch den Plasmalicht bogenbrenner erzeugter Plasmaenergie zu der Beschickung unter ausreichendem Rühren derselben zur Agglomerierung von freiem Aluminium in dem Ofen beim Erschmelzen, weiteres Erwärmen bis zum vollständigen Erschmelzen der Beschickung und zur Agglomeration von freiem Aluminium im Ofen und Entfernen von freiem Aluminium in erschmolze nem Zustand aus dem Ofen, wobei das Verfahren vollständig in Abwesenheit eines zugesetzten Salzflußmittels durch geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Luft dem Plasmalichtbogenbrenner als Lichtbogengas zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Luft mit Sauerstoff gemischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft mit Stickstoff gemischt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es chargenweise durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich betrieben wird, wobei ein periodischer Abstich des freien Aluminiums aus dem Ofen erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen aus einem Drehofen besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen aus einem Drehofen besteht.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmalichtbogenbrenner eine Einrichtung zur Richtungsänderung des Plasmaausstoßes aus dem Brenner im Ofen enthält und daß der Brenner so ausgerichtet ist, daß der Plasmaausstoß in Richtung einer Ofenwandung des Ofens erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Ofens kontinuierlich erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Ofens intermittierend erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß es sich bei dem Brenner um einen sol chen ohne übertragenen Lichtbogen (non-transferred arc type torch) mit der Kathode als Brennerfrontelektrode handelt.

19. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß nach dem Abstich des freien erschmolzenen Aluminiums aus dem Ofen der Abstrichrückstand in dem Ofen einer Oxidationsbehandlung mit einem mit einem oxidierenden Gas als Lichtbogengas betriebenen Plasma lichtbogenbrenner unterworfen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um Sauerstoff handelt.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Sauerstoff und Luft handelt.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff handelt.

23. 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 Komponentengemischs mit einem Plasmalichtbogen brenner zur Zufuhr eines oxidierenden Gases als Licht bogengas und anschließende Rückgewinnung der praktisch reinen Aluminiumoxide.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem festen Material um den bei der Aluminiumabstrichbehandlung und Entfernung des freien Aluminiums aus diesem erhaltenen Rückstand handelt.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekenn zeichnet, daß die praktisch reinen Oxide weniger als etwa 1% an Nitriden und Chloriden enthalten.

26. Verfahren nach Ansprüchen 23 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um Sauerstoff handelt.

27. Verfahren nach Ansprüchen 23 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Luft und mehr als 50% Sauerstoff handelt.

28. Verfahren nach Ansprüchen 23 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Kohlendioxid und mehr als 40% Sauerstoff handelt.

29. Verfahren nach Ansprüchen 23 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem oxidierenden Gas um ein Gemisch aus Argon und mehr als 40% Sauerstoff handelt.