DE4333316A1 - Verfahren zur Wiederverwertung von Abfällen oder Rückständen aus Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederverwertung von Abfällen oder Rückständen aus Aluminium.

Unter Aluminium ist hierbei sowohl Reinaluminium als auch Legierungen mit Aluminium als Hauptbestandteil zu verstehen. Abfälle und Rückstände aus Aluminium sind beispielsweise Schrott, bei der Verarbeitung von Halbzeug anfallende Ab­ schnitte, aus Folien oder Dosen gepreßte Briketts oder Pellets.

Aluminium besitzt den großen Vorteil, daß es nahezu beliebige Male als erneuerbarer Werkstoff genutzt werden kann, ohne Qualitätseinbußen zu bedingen.

Die Wiederverwertung von Aluminium, d. h. die Produktion von Sekundär-Aluminium, stellt außerdem eine wesentliche Energie­ einsparung gegenüber der Gewinnung von Primär-Aluminium dar. Der Energieaufwand beim Schmelzen von Sekundär-Aluminium kann bei nur etwa 5% desjenigen der Gewinnung von Primär-Aluminium liegen.

Bei bislang bekannten Verfahrensweisen, z. B dem Einschmelzen unter einer Salzschicht, dem schnellen Eintauchen von Alt- Aluminium in die Schmelze mittels Stempeln oder Rührern oder dem Einschmelzen mittels Induktionstiegelöfen, fallen bei der Produktion von Sekundär-Aluminium jedoch erhebliche Menge von Schlacken und sogenannten Krätzen an, so daß der Erfolg solcher Recycling-Verfahren deutliche beeinträchtigt ist. Zudem müssen solche Schlacken und Krätzen auf Sondermülldeponien entsorgt werden, was erhebliche Kosten verursacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Wieder­ verwertung von Abfällen oder Rückständen aus Aluminium, bei dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere der Anfall von Schlacken oder Krätzen auf ein Minimum herabgesetzt bzw. weitgehend vermieden wird, das kontinuierlich durchgeführt werden kann und das eine Optimierung der eingesetzten Energie­ menge erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient der erfindungsgemäße Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abfälle oder Rückstände auf eine geeignete Größe zerkleinert werden und die zerkleiner­ ten Aluminiumteilchen mit Hilfe eines Inertgasstrahles durch ein Einführungsrohr in ein schmelzflüssiges Aluminiumbad, das sich in einem geeigneten Aufschmelzbehälter befindet, unterhalb der Oberfläche des bereits aufgeschmolzenen Aluminiums eingeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den An­ sprüchen 2 bis 7 angegeben.

Die beim Schmelzen von Aluminium anfallende Krätze stellt ein Gemisch aus metallischem Aluminium, Aluminiumoxid und heiteren Salzen aus Verunreinigungen dar, wobei das Aluminiumoxid teil­ weise aus der sich auf Aluminium bei Zutritt von Sauerstoff gebildeten, dünnen Odixhaut oder auch aus der dünnen Oxidhaut, die sich beim Aufschmelzen von Aluminium immer bildet, herrührt.

Durch die Verwendung eines Inertgasstrahles zur Einführung von Aluminiumteilchen, die auf eine für einen Transport mit diesem Inertgasstrahl geeignete Größe zerkleinert wurden, in das Alu­ miniumschmelzbad unterhalb von dessen Oberfläche wird der Zu­ tritt von Sauerstoff und damit die Neubildung einer Oxidhaut vollständig oder weitgehend vermieden, so daß die Menge an anfallender Krätze herabgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein allgemeines Schema der Einzelstufen des Verfahrens,

Fig. 2 eine Darstellung des Verfahrens mit Verwendung eines Gasheber-Steigrohres,

Fig. 3 eine Darstellung des Verfahrens mit Anwendung einer Reinigungs- und Schleusenstufe für die einzuführenden Aluminiumteilchen,

Fig. 4 eine Ausführungsform des Verfahrens mit Vorerhitzung der Aluminiumteilchen in dem Gasstrahl,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Vorerhitzung der Aluminiumteilchen in dem Gasstrahl,

Fig. 6 eine Darstellung des Verfahrens mit Beseitigung der oxidischen und sonstigen Verunreinigungen aus dem auf­ geschmolzene Aluminiumteilchen umfassenden Bad des geschmolzenen Aluminiums.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren als allgemeines Schema der Einzelstufen des Verfahrens dargestellt. Der aufzu­ schmelzende Aluminiumschrott wird, falls erforderlich, zunächst bei 1 konditioniert, d. h. gereinigt und verfahrensgerecht gestückelt, um durch einen Gasstrom transportiert werden zu können. Dazu kann Schrott mit Hilfe eines Shredders auf eine Größe von einigen Millimetern Stückgröße zerkleinert werden oder mit Hilfe einer Presse kann Alt-Aluminium in Form von Spänen oder Folien zu Pellets oder Briketts mit geeigneter Stückgröße gepreßt werden. Gegebenenfalls wird das Alt-Aluminium oder die hieraus erhaltenen Stücke geeigneter Größe in Luft aufgeheizt, um organische Verunreinigungen, insbesondere Öl, zu verbrennen, was die Belastung des Schmelzbades durch solche Verunreinigungen herabsetzt oder ganz vermeidet. Des weiteren ist es vorteilhaft, das Alt-Aluminium von eventuellen anderen Verunreinigungen vor dem Stückeln oder Schmelzen zu reinigen, beispielsweise kann Eisen durch magnetische Sortierung entfernt werden, oder es können Kunststoffe oder Buntmetalle durch eine Floatbehandlung abgetrennt werden.

Die aufzuschmelzenden und in den Inertgasstrahl einzuführenden Aluminiumteilchen durchlaufen dann zweckmäßigerweise ein Flüssigkeitsbad, das als Schleuse wirkt, um eine Trennung des Luftraumes von dem Inertgasraum zu erreichen. Diese Stufe ist in Fig. 1 mit 2 bezeichnet.

Die so vorbehandelten Aluminiumteilchen werden dann mit einem Gasstrom oder Gasstrahl in einem Injektor 3 aufgegeben, wodurch sie in das Bad aus geschmolzenem Aluminium, das sich in einem Schmelzherd oder Schmelzbehälter 4 befindet, gefördert werden.

Die Eingabe der Aluminiumteilchen mit Hilfe des Inertgasstrahles 5 kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, sofern diese Einführ­ ung unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums in dem Schmelzbehälter 4 erfolgt. Beispielsweise kann diese Einführung der durch den Inertgasstrahl geförderten Aluminiumteilchen seit­ lich und tangential an einem Schmelzbehälter mit rundem Quer­ schnitt erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt diese Eingabe der in dem Inertgasstrahl geförderten Aluminiumteilchen jedoch unter Anwendung eines Steigrohres oder einer sogenannten "Mammutpumpe" von unten, wie dies in Fig. 2 näher erläutert wird.

Das bei dem Verfahren eingesetzte Inertgas ist aus Kostengründen vorteilhafterweise Argon, obwohl auch Helium oder noch vorteilhafter Krypton bei ausreichend geringen Leckraten ver­ wendet werden könnte.

Das Inertgas wird vorteilhafterweise im Kreislauf geführt, wie sich dies aus der Fig. 1 ergibt. Hierbei können geeignete Gas­ behandlungsstufen 6 zwischengeschaltet werden, um eine Anreich­ erung solcher Verunreinigungen in dem Kreislaufgas zu vermeiden, ferner kann noch eine geeignete Abgasreinigung 7, falls erfor­ derlich, nachgeschaltet werden.

Die zum Umlauf und zum Einblasen des mit Aluminiumteilchen be­ ladenen Inertgases erforderlichen Pumpen sind in Fig. 1 nicht dargestellt, da sie übliche Einrichtungen bilden.

Aus dem Schmelzherd 4 kann über eine geeignete Einrichtung 8 geschmolzenes Aluminium abgezogen werden, um ein konstantes Badniveau des geschmolzenen Aluminiums aufrecht zu erhalten.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform unter Verwendung eines Gasheber-Steigrohres bzw. einer sogenannten Mammutpumpe gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind insgesamt drei Schmelzherde 4, 4′ und 4′′ vorhanden, die untereinander durch am Boden der Schmelzbehälter angeordnete Verbindungsleitungen 9, 9′ kommuni­ zieren. Dabei dient der Schmelzherd 4 als Entgasungsherd und die Schmelzherde 4′ und 4′′ dienen als Läuterherd und Speicherherd. Ferner ist noch eine Verbindungsleitung 9′′ vorhanden, die einen Umlauf von geschmolzenem Aluminium ermöglicht und von der ein Abschnitt gleichzeitig ein Gasheber-Steigrohr 10 bildet.

Im mittleren Abschnitt des Gasheber-Steigrohres wird über die Gasleitung 11 der Gasstrahl, der mit den Aluminiumteilchen mit Hilfe der Einspeisungsschnecke 12 versetzt wurde, in das flüs­ sige Aluminium eingeblasen. Die Gasleitung 11 führt ferner zu einem oder mehreren Oberteilen der geschlossenen Schmelzherde, im vorliegenden Fall zu den Oberteilen der Schmelzherde 4 und 4′. Die Pumpen für den Umlauf des Gasstrahles in der Gasleitung 11 sowie die Schleuse zur Abtrennung der Atmosphäre von dem Gas in der Gasleitung 11 im Bereich der Einspeisungsschnecke sind nicht in Fig. 2 dargestellt.

Die im mittleren Teil des Gasheber-Steigrohres der Fig. 2 eingeführten Gasblasen enthalten in ihrem Inneren Aluminium­ teilchen, die während des Aufsteigens in dem Gasheber-Steigrohr zum Schmelzherd 4 aufgeschmolzen werden. Die dazu benötigte Schmelzwärme kann entweder durch vorhandene Überschuß-Wärme­ energie in dem umlaufenden geschmolzenen Aluminium angeliefert werden, wozu eine Heizeinrichtung oder ein Wärmetauscher in der Leitung 9′′ eingeschaltet werden kann, oder sie kann auch durch Wärmezufuhr von außen im Bereich des Gasheber-Steigrohres oder der Einspeisungseinrichtung zugeführt werden, wie dies im fol­ genden noch mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 näher erläutert wird. Die injizierten Gasblasen steigen nach oben und transportieren dabei das sich bildende geschmolzene Sekundär-Aluminium in den Schmelzherd 4. Durch die im Gasheber-Steigrohr aufsteigenden Gasblasen wird der Aluminium-Umlauf über die Leitung 9′′ herbei­ geführt.

Das Steigrohr bildet in diesem Fall den eigentlichen Prozeßraum des Verfahrens, wobei seine Dimensionierung den Durchsatz - neben der eingeblasenen Gasmenge, der Förderleistung der Aluminiumeinspeisung etc. - bestimmt.

In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform mit einer Reinigungs- und Schleusenstufe für die einzuführenden, zerkleinerten Alu­ miniumteilchen gezeigt. Die Aluminiumteilchen werden aus einem Zugabetrichter 13 über eine Förderschnecke 14 zu einer Zwischen­ kammer 15 geführt, in welcher sich eine Reinigungsflüssigkeit befindet, wodurch z. B. anhaftende Öle von den Aluminiumteilchen abgelöst werden können. Aus dieser Zwischenkammer 15 werden die behandelten Aluminiumteilchen dann wieder über eine zweite Förderschnecke 14′ zu der Gasleitung 11 geführt, wo bei 16 die Zugabe zu dem Gasstrahl erfolgt. Der die Aluminiumteilchen mitreißende Gasstrahl kann dann in den als Gasheber-Steigrohr dienenden Abschnitt 10 der Aluminium-Umlaufleitung 9′′ von Fig. 32 eingeführt werden.

In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform mit zusätzlicher Auf­ heizung der zerkleinerten, einzuführenden Aluminiumteilchen gezeigt, bei der das Gasstrahlrohr 11 und das Gasheber-Steigrohr 10 mit einem Mantel 17 versehen sind, mittels dessen eine zu­ sätzliche Aufheizung der Aluminiumteilchen erreicht werden kann, was deren Aufschmelzen beschleunigt oder erleichtert, so daß die Aluminiumteilchen vollständig erschmolzen sind, bevor sie die Oberfläche des Bades aus geschmolzenem Aluminium in dem Schmelz­ herd 4 von Fig. 1 erreichen könnten.

Die Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform zu Fig. 4, bei der die zusätzliche Aufheizung des flüssigen Aluminium in der Umlauf-Leitung 9′′ und der Aluminiumteilchen in dem Gasstrahl im Gasheber-Steigrohr 10 durch Wärmezufuhr über einen Mantel 17 erfolgt, sowie das sich in dem Gasheber-Steigrohr 10 befindliche Metall noch durch induktiven Energieeintrag über eine Induktions-schleife 18 aufgeheizt wird.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die sich auf dem Bad aus geschmolzenem Aluminium befindlichen Verunreini­ gungen, sogenannte Krätzen, mittels einer Hebereinrichtung 19 in einen zusätzlichen Abfallherd 4′′′ abgeführt werden, wobei in dem Abfallherd 4′′′ eine Trennung von metallischem geschmol­ zenem Aluminium und Salzen sowie Aluminiumoxiden erfolgen kann. Das Fördergas aus dem Gasheber-Steigrohr durchströmt die Schicht der Verunreinigungen im dem Entgasungsherd 4. Hat diese auf­ schwimmende Schicht eine ausreichende Dicke erreicht, so fließt die überstehende Menge in den Abfallherd 4′′′ ab. Hierdurch ist ein kontinuierliches Abziehen der entstehenden Verunreinigungen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Inertgasatmosphäre möglich.

Je nach Anfall stark verunreinigter Chargen von Alt-Aluminium als Abfallaluminium lassen sich gezielt Reinigungschemikalien bzw. -zusätze zu dem Fördergasstrom zudosieren.

Das Verfahren ermöglicht auch die Unterdruckentgasung der Alu­ miniumschmelze in den Schmelzherden, da das hier ankommende Fördergas unter Unterdruck abgezogen und als Fördergas rückge­ führt werden kann.

In dem Gasheber-Steigrohr wird vorteilhafterweise ein Injektor eingesetzt, der es erlaubt, stetig Gasblasen mit Aluminium­ teilchen in seinem Inneren im Steigrohr zu bilden, ohne daß Verstopfungen auftreten. Dies kann in vorteilhafter Weise durch das zusätzliche Aufheizen gemäß den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 erreicht werden, da hierdurch sogar ein Aufschmelzen von verstopfenden, festen Aluminiumteilchen erreicht werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Wiederverwertung von Abfällen oder Rückständen aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfälle oder Rückstände auf eine geeignete Größe zerkleinert werden und die zerkleinerten Aluminiumteilchen mit Hilfe eines Inertgas­ strahles durch ein Einführungsrohr in ein schmelzflüssiges Aluminiumbad, das sich in einem geeigneten Aufschmelzbehälter befindet, unterhalb der Oberfläche des in dem Aufschmelz­ behälter bereits vorhandenen, geschmolzenen Aluminiums eingeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeglicher Zutritt von Sauerstoff bei der Einführung der zerkleinerten Aluminiumteilchen in das schmelzflüssige Aluminiumbad verhindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der zerkleinerten Aluminiumteilchen in das schmelzflüssige Aluminiumbad mit Hilfe eines Gasheber-Steig­ rohres durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in dem Inertgasstrahl befindlichen, zer­ kleinerten Aluminiumteilchen während durch Durchtrittes durch das Einführungsrohr durch Zufuhr der erforderlichen Schmelzwärme durch Wärmeleitung aus dem schmelzflüssigen Aluminiumbad aufgeschmolzen werden und/oder durch Zufuhr von Wärme von außen an das Einführungsrohr vor dem Eintritt in das schmelzflüssige Aluminiumbad vorerhitzt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Argon verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Aluminiumteilchen vor der Einführung in das schmelzflüssige Aluminiumbad von anhaf­ tenden Verunreinigungen befreit werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einführung der zerkleinerten Aluminiumteilchen eine Zudosierung von Prozeßchemikalien und/oder Legierungsmetallen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oxidische und sonstige Verunreinigungen aus dem aufgeschmolzene Aluminiumteilchen umfassenden Bad des geschmolzenen Aluminiums entfernt werden.