DE4201547A1

DE4201547A1 - Verfahren und vorrichtung zum recycling von kontaminierten metallen

Info

Publication number: DE4201547A1
Application number: DE4201547A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Fischer; Fred Dipl Ing Meurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1992-06-17

Description

In Deutschland müssen Transformatoren mit Ölfüllung, die PCB enthalten, bis 1999 durch Trafos ersetzt werden, die frei von PCB sind. Bisher geschieht die Entsorgung in der Weise, daß das Öl aus dem Trafo entfernt, der Trafo dann mit einem Aufsaugmittel für das Restöl befüllt und anschliessend in der Untertage Deponie Herfa-Neurode deponiert wird.

Die Untertage Deponie ist mit erheblichen Kosten verbunden und der Metallwert des Trafos, insbesondere sein Kupferinhalt, ist verloren. Allein aus den in Deutschland zu entsorgenden Trafos werden jährlich ca. 4000 t Kupfer unter Tage vergraben.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, andere Verfahren zu entwickeln. Erwähnt sei hier nur ein Vakuum-Verfahren, bei dem versucht wurde, mittels Hochvakuum das restliche Öl aus dem Trafo zu entfernen. Wegen der Durchtränkung der Isolation ist es jedoch nicht gelungen, abgesehen davon, daß die Kosten höher waren als die Deponiekosten.

Kupferhütten verarbeiten nur Kupferschrotte mit max. 10 ppm PCB.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sich die Aufgabe, die Metalle des Trafos einer Wiederverwendung zuzuführen, ohne daß eine Umwelt belastung durch PCB oder ähnliche, toxische Stoffe entsteht.

Alle diese toxischen Stoffe, durch die Metalle kontaminiert sein können, sind organischer Zusammensetzung, d. h. sie können bei ausreichend hoher Temperatur in ihre Bestandteile zerlegt werden. So werden z. B. poly chlorierte Biphenyle durch Verbrennung über 1200°C in Kohlensäure, Wasserdampf und Salzsäure zerlegt. Salzsäure läßt sich aus Rauchgas ohne besondere Schwierigkeiten mit bekannten Methoden ausscheiden.

Das Zerlegen oder Zerkleinern der mit PCB-haltigen Ölen gefüllten Trafos ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Wird von Hand zerlegt, müssen die damit Beschäftigten Vollschutzkleidung und Gasmas ken tragen.

Es ist auch versucht worden, die Trafos mit Scheren zu schneiden oder in Shreddern zu zerkleinern. Dabei werden an den Schnitt- bzw. Bruch stellen so hohe Temperaturen erreicht, daß PCB verdampft. Derartige An lagen müßten also luftdicht abgekapselt sein und abgesaugt werden, um gefährliche Emissionen zu vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese Schwierigkeiten und wird wie folgt beschrieben:
Trafos werden in üblicher Weise von PCB-haltigen Ölen entleert. Falls ein Zwischentransport erforderlich ist, können sie mit den bekannten Adsorptionsmitteln befüllt werden, um das Austreten flüssiger Ölreste zu verhindern. Bis hierher ist es noch geübte und bewährte Praxis.

Nach dem erfindungegemäßen Verfahren werden die Trafos nun in eine hermetisch verschließbare Kabine mit Sichtfenstern gefahren, in denen sich ein ferngesteuertes Hebezeug befindet. Dort wird der Trafokern herausgezogen. Mittels des bekannten Abrasiv-Jet-Verfahrens, bei dem ein Hochdruckwasserstrahl mit einem Zusatz von Schleifmitteln verwendet wird, wird der aktive Teil vom Trafodeckel abgetrennt und der Kern aus Trafoblechen freigelegt. Das Blechgehäuse wird ebenfalls nach dem gleichen Schneidverfahren zerlegt.

Die Schneidvorrichtung wird von außerhalb der Kabine von einem Be dienungsmann fernbedient. Sie kann aus einem oder mehreren Schneid köpfen bestehen.

Da das Schneiden mit Wasser kalt erfolgt und keine Temperaturerhöhung an der Schnittstelle stattfindet, wird auch kein PCB-haltiges Öl ver flüchtigt.

Das für das Schneiden benötigte Wasser wird aufgefangen und in bekann ter Weise gereinigt.

Mechanische Hilfsmittel, wie Abziehvorrichtungen und dergl., können eben falls in der Kabine angeordnet sein und werden von außen fernbedient.

Nach Zerlegen der Trafos werden die Teile auf Wagen gelegt, die in der Kabine stehen und die über ein Gleis und eine Schleuse in einen Tunnelofen gezogen werden.

Nach Verlassen des Tunnelofens werden die Wagen entleert und kehren über eine Schleuse in die Kabine zurück.

Die Teile der Trafos werden entweder vermischt oder getrennt nach möglichst eisenfreiem Kupfer und überwiegend Eisen enthaltenden Teilen auf die plattform der Wagen oder in darauf befindliche, feuerbeständige Kübel gelegt. An Stelle der Wagen können natürllch auch andere, geeignete Transportmittel eingesetzt werden.

Damit ist der Zerlegungsvorgang als 1. Verfahrensschritt beendet.

Im 2. Verfahrensschritt werden die Wagen mit den Trafoteilen durch einen Tunnelofen gefahren und auf über 800°C, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts von Kupfer, erhitzt. Die Erhitzung erfolgt durch Sauerstoff brenner, in denen Brennstoff mit möglichst hochprozentigem Sauerstoff, über 95% O₂, verbrannt wird. Die Verbrennung soll deshalb mit Sauer stoff erfolgen, um die Rauchgasmenge möglichst klein zu halten und den Aufwand für die spätere Überhitzung auf 1200°C und die anschließende Gasreinigung zu minimieren.

Die O₂ -Menge wird in den Sauerstoffbrennern so eingestellt, daß genü gend Sauerstoff vorhanden ist, um an den Trafoteilen anhaftendes Öl und die vorhandene Isollerung zu verbrennen.

Die Wagen mit ihrer Schrottfracht verlassen weitgehend erkaltet den Tunnelofen und sind von kontaminierenden, organischen Stoffen befreit. Der Schrott enthält dann unter 10 ppm PCB.

Die im Tunnelofen anfallenden Rauchgase passieren eine Nacherhitzungs kammer und werden dort mit Sauerstoffbrennern auf über 1200°C aufge heizt.Dadurch werden alle organischen Verbindungen, auch toxische, in ihre Bestandteile zerlegt, die hauptsächlich aus Kohlendioxid, Wasserdampf und den beim Zersetzen der halogenierten organischen Verbindungen ent stehenden Halogen-Wasserstoff-Verbindungen bestehen.

Die heißen Rauchgase passieren einen Wärmetauscher, vorzugsweise einen Abhitzekessel, und werden dann gereinigt. Die Entfernung der Halogen- Wasserstoffe kann entweder mit Hilfe der bekannten Trockenverfahren, z. B. mit Kalkmilch, oder Naßverfahren, z. B. mit Sodalösung, durchgeführt werden. Etwa mitgerissener Staub wird bei dieser Gelegenheit abgeschieden. Die durch die Verbrennung mit hochprozentigem Sauerstoff nur sehr geringe Abgasmenge macht kleine Wärmetauscher und Gasreinlgungsanlagen erfor derlich. Fig. 1. Es besteht auch die Möglichkeit, die heißen Abgase der Nacherhitzung zur indirekten oder direkten Erhitzung des Tunnelofens zu verwenden. Fig. 2.

An Stelle des beispielhaft genannten Tunnelofens kann jeder andere, mit Sauerstoffbrennern beheizte, geeignete Ofen verwendet werden.

Im Verfahrensschritt 3 wird der kupferhaltige Schrott in einem Flamm ofen, vorzugsweise einem stationärem Flammofen, mit Sauerstoffbrennern eingeschmolzen. Wichtig ist hierbei, daß das Chargieren des Flammofens etwa in dem gleichen Rythmus wie der Ausstoß des Tunnelofens erfolgt, um Zwischenlagerung des Schrottes zu vermeiden. Außerdem erlaubt diese Anpassung, den Schrott dem Tunnelofen heiß zu entnehmen und den Flammofen heiß zu chargieren, was eine Brennstoffersparnis bedeutet. Dazu ist es erforderlich, daß bei der Aufgabe der zerlegten Trafos bereits Kupfer schrott getrennt von Eisenschrott in die auf den Wagen befindlichen Kübel gelegt wird.

Die Abgase des Tunnelofens werden nicht in einem Nacherhitzer erhitzt, sondern in den Schrotteinschmelzofen geführt und dort nacherhitzt.

Die Abgase des Schmelzofens können ebenfalls zur direkten oder indirekten Beheizung des Tunnelofens verwendet werden und werden, wie vor beschrieben, abgekühlt und gereinigt. Fig. 3.

In gleicher Weise kann natürlich ein Schmelzofen für den Eisenschrott im 3. Verfahrensschritt eingesetzt werden.

An Stelle eines Flammofens kann auch jeder andere, mit Sauerstoffbrennern beheizte, geeignete Ofen für das Einschmelzen verwendet werden. Wo elektr. Energie preiswert zur Verfügung steht, kann auch ein elektr. beheizter Schmelzofen Verwendung finden.

Der 3. Verfahrensschritt ist nicht zwangsläufig an die Verfahrensschritte 1 und 2 gekoppelt. Verfahrensschritte 1 und 2 können auch ohne Schritt 3 betrieben werden, wenn man es vorzieht, den nach dem Tunnelofen dekon taminierten Kupferschrott nicht selbst einzuschmelzen, sondern zu verkaufen. Aus Gründen der Energieersparnis ist es jedoch vorteilhaft, den 3. Ver fahrensschritt an die Schritte 1 und 2 anzuschließen.

Die Vorrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:

Für Verfahrenschritt 1 die Vorrichtung 1, bestehend aus einer, mit einem Sichtfenster versehenen, gegen die Außenluft abgedichteten Kabine, ausgerüstet mit von außen ferngesteuerter Hebevorrichtung, Abziehvorrichtung, Wasserstrahl-Schneidvorrichtung, mit Schleusen für das Ein- und Ausfahren der Wagen, mit oder ohne darauf befindlichen Kübeln, und einer Auffangvorrichtung und Aufbereitung für das Schneidwasser.

Anstelle der Wasserstrahlschneidvorrichtung kann jede andere geeignete Kaltschneidvorrichtung verwendet werden.

Für Verfahrensschritt 2 die Vorrichtung 2, bestehend aus einem Tunnelofen mit üblichem Wagenumlauf, in dem die Schrotte durch Sauerstoffbrenner und/oder heiße Abgase direkt oder indirekt aufgeheizt werden, und der wahlweise mit einer Zone zur indirekten Kühlung der beladenen Wagen aus gerüstet ist.

Anstelle eines Tunnelofens kann auch jeder andere geeignete Ofen verwen det werden.

Dem Tunnelofen ist eine Nacherhitzungsvorrichtung nachgeschaltet, die mit einem Sauerstoffbrenner ausgestattet ist. Zur Behandlung der Rauchgase ist ein Wärmetauscher, vorzugsweise ein Abhitzekessel, und eine Gasreini gungsanlage bekannter Bauart zur Abscheidung von Staub und anderen schädlichen Bestandteilen, wie z. B. Salzsäure, eingesetzt.

Die Nacherhitzungsvorrichtung kann entfallen, wenn Verfahrensschritt 3 zur Anwendung kommt.

Für Verfahrensschritt 3 die Vorrichtung 3, bestehend aus einem Flammofen, vorzugsweise einem stationären Flammofen, mit Beschickungsvorrichtung und Einrichtung zum Abstechen von flüssigem Metall und Schlacke, beheizt mit Sauerstoffbrennern, und einer nachgeschalteten Rauchgasbehandlungs anlage konventioneller Art, vorzugsweise bestehend aus Abhitzekessel und Filter.

Für Verfahrensschritt 3 können auch andere, geeignete Schmelzöfen ein gesetzt werden.

Unter Sauerstoffbrennern werden hier Brenner verstanden, bei der das Verbrennungsmedium hochprozentiger Sauerstoff und der Brennstoff Öl, Gas, Kohle oder ein sonst geeigneter Brennstoff sein kann. Das könnten z. B. Abfallbrennstoffe, wie Kunststoffabfälle, Abfallöle und andere brennbare organische Stoffe sein, die allein oder in Kombination als Brennstoff Ver wendung finden.

Claims

1. Verfahren zum Recycling kontaminierter Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß die, kontaminierte Metalle enthaltenden, Bauteile in einer luftdicht verschlossenen Kabine kalt zerlegt, in mit Sauerstoffbrennern beheizten Öfen bei erhöhter Temperatur dekontaminiert, die dabei entstehenden Abgase nach Entfernung aus dem Dekontaminierungsofen auf Zersetzungs temperatur der toxischen Stoffe erhitzt und anschließend in Wärmetauschern abgekühlt und in Gasreinigungsanlagen gereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Dekontaminierungsofen auf mindestens 800°C, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der kontaminierten Metalle eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zersetzung der toxischen organischen Stoffe eine Temperatur von über 1200°C gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Dekontaminierungsofens in einer Brennkammer mit Sauerstoffbrennern auf die erforderliche Zersetzungstemperatur erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase des Dekontaminierungsofens in einem oder mehreren Öfen auf die er forderliche Zersetzungstemperatur erhitzt werden, die gleichzeitig zum Einschmelzen der Schrotte verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Brennkammer oder dem Schmelzofen austretenden, heißen Gase für die direkte oder indirekte Beheizung des Dekontaminierungsofens verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sauerstoffbrenner Sauerstoff mit über 50% O₂ verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ver brennung mit Sauerstoff anstelle des üblichen Brennstoffes, wie Öl, Gas oder Kohle, auch Abfallbrennstoffe, wie Kunststoffabfälle, Abfallöle und andere brennbare, organische Stoffe, einzeln oder in Kombination, verwendet werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kaltzerlegen eine ferngesteuerte Wasser strahl-Schneidvorrichtung, vorzugsweise mit Schleifmittelzusatz, verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dekontaminierung ein direkt oder indirekt beheizter Tunnelofen verwendet wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für das Einschmelzen der Schrotte ein mit Sauerstoff brennern beheizter Flammofen verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für das Einschmelzen der Schrotte ein Elektroofen verwendet wird.