DE69007806T2

DE69007806T2 - Verfahren und Anlage zum Behandeln von Schlacke aus Schmelzen von Aluminiumschrott und -abfällen, Wiedergewinnung der Komponenten und Behandlung der angefallenen Gase.

Info

Publication number: DE69007806T2
Application number: DE69007806T
Authority: DE
Inventors: Tullio Corsini; Pierluigi Fracchia; Marco Olper
Original assignee: BUS ENGITEC SERV AMBIENTALI
Current assignee: BUS ENGITEC SERV AMBIENTALI
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-01-13
Also published as: US5013356A; DE69007806D1; IT8919118A0; IT1228481B; EP0379245B1; ES2051458T3; EP0379245A1

Description

Aluminiumschrott und -abfall werden üblicherweise in Drehtrommel- oder Flammöfen geschmolzen, und zwar unter Zusatz eines Schmelzflußmittels, das aus NaCl oder einem Gemisch von NaCl und KCl besteht, unter Zugabe von Kryolith und Fluorit, um den Schmelzpunkt zu erniedrigen. Das salzhaltige Flußmittel hat den Zweck, organische und anorganische Rückstände, die in dem Schrott vorliegen oder die sich während seines Schmelzens bilden, zu absorbieren, sowie das geschmolzene Aluminiumbad vor Oxidation zu schützen.
Nach dem Abstechen des Inhalts des Ofens bildet sich eine salzhaltige Schlacke, die aufgrund ihrer Zusammensetzung ernsthafte Entsorgungsprobleme bereitet. Die Menge der erhaltenen Schlacke liegt in der Größenordnung von 30 bis 50 Gew.-% des erzeugten Aluminiums, je nach der Art des verarbeiteten Aluminiumschrotts.
Die Sekundäraluminium-Industrie ist einem beträchtlichen Druck seitens der für den Umweltschutz verantwortlichen Behörden ausgesetzt die Verschmutzung zu beseitigen, die durch das Abladen großer Mengen dieser Schlacke verursacht wird.
Systeme zur Behandlung von Salzschlacke wurden bereits vor langer Zeit entwickelt, wobei die Bestandteile, die einen kommerziellen Wert aufwiesen (wie die prozentualen Anteile an metallischem Al und salzhaltigem Flußmittel) wiedergewonnen wurden und wobei ein hauptsächlich aus Al&sub2;O&sub3; bestehender Rückstand erhalten wurde, der, in geeigneter Weise gewaschen, um seinen Gehalt an löslichen Salzen zu entfernen, ein Rohmaterial ist, das bei der Herstellung von Zement brauchbar ist oder das abgeladen werden kann, ohne daß Probleme entstehen. In diesem allgemein bekannten Verfahren zur Behandlung von salzhaltiger Aluminiumschlacke wird daher eine Phase bereitgestellt, bei der die Alkalichloride, die das salzhaltige Flußmittel bilden, hauptsächlich NaCl und KCl, in Wasser aufgelöst werden.
Bei diesem Auslaugvorgang mit mehr oder weniger heißem Wasser in einer neutralen, sauren oder alkalischen Umgebung entwickeln sich Gase durch die Zersetzung von Substanzen, die in geringen Mengen immer in der salzhaltigen Schlacke enthalten sind, genauer: es werden feinzerteiltes metallisches Aluminium, Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumcarbid (Al&sub4;C&sub3;), Spuren von Sulfiden, Phosphiden usw., die durch Reaktion mit dem Wasser zur Bildung von Wasserstoff, Ammoniak, Methan, verschiedenen Kohlenwasserstoffen, Schwefelwasserstoff, Phosphin, Arsin (Spuren) usw. führen, werden entwickelt.
Wasserstoff, Methan und Ammoniak sind bei weitem die Hauptkomponenten der bei der Behandlung der Schlacke entwickelten Gase. Aber das zusätzliche Vorliegen von extrem toxischen Substanzen im ppm-Bereich, wie hauptsächlich Phosphin und Schwefelwasserstoff, stellen ein ernsthaftes Problem dar.
Es ist vorgeschlagen worden, Anlagen zu bauen, die darauf beschränkt sind, die während des Auslaugens der Salzschlacke mit Wasser entwickelten Gase freizusetzen und sie mit großen Mengen Luft verdünnt in die Atmosphäre auszustoßen, es ist jedoch offensichtlich, daß dieses System die Umwelt und das Bedienungspersonal nicht vor Komponenten schützt, die sogar in sehr geringen Mengen toxisch sind.
Bei neueren Anlagen zur Verarbeitung von Schlacke wird die Behandlung der durch chemische/physikalische Prozesse entwikkelten Gase und insbesondere die Verwendung oxidierender Waschtürme, in denen das Phosphin zu P&sub2;O&sub3; und der Schwefelwasserstoff zu Sulfiten und Sulfaten umgewandelt wird, gefordert. Dann wird der Ammoniak durch Waschen mit Schwefelsäure eliminiert. Als eine Alternative ist auch vorgeschlagen worden, die Gase durch Adsorptionstürme über aktivierten Kohlenstoff zu leiten, der diese Substanzen bindet.
Beide erwähnten Systeme sind bei der Reinigung von Gasen von toxischeren Komponenten wirksam, sie erfordern jedoch große Investitionen und Betriebskosten, und vor allem erzeugen sie Nebenprodukte, die schwierig zu entsorgen sind. Die flüssigen Abwässer des ersten Systems und der mit toxischen Substanzen beladene Kohlenstoff schaffen offensichtliche Entsorgungsprobleme.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Verbrennung der beim Auslaugen entstehenden Gase zu fördern, und zwar sowohl, um daraus Wärme wiederzugewinnen, als auch das Ausstoßen von Gasen wie Wasserstoff, Ammoniak und Methan in die Atmosphäre zu vermeiden. Solch eine Verbrennung der beim Auslaugen entstehenden Abgase ist beispielsweise in US-P-4,073,644 beschrieben. Bei der Verbrennung entwickelte Gase können einem Waschvorgang unterzogen werden, und das Patent DE-A-3 200 347 beschreibt die Verwendung von Kalkmilch, um dieses Waschen durchzuführen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage bereitzustellen, mit der salzhaltige Schlacke behandelt wird, die beim Gießen von Aluminium entsteht, das aus Schrott oder Abfall hergestellt ist, wobei die Verteilung von Gasen mit hochtoxischen Komponenten in die Atmosphäre und die Erzeugung von Nebenprodukten verhindert wird, die nicht abgelagert werden dürfen.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 3 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 und 4 bis 6 angegeben.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Verarbeitung salzhaltiger Schlacke aus der Schmelze von Aluminiumschrott oder -abfall mit Flußmitteln, die Alkalichloride enthalten, die Schritte: Auslaugen der Schlacke mit Wasser, Filtrieren der Lösung und Einengen derselben zur Wiedergewinnung der Chloride, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase, die sich bei der Auslaugung entwickeln, um ihre Selbstentzündungstemperatur zu erreichen, unter Zusatz von unterstützendem Brennstoff verbrannt werden.
Die erfindungsgemäße Anlage, die einen Behälter zum Auslaugen der Schlacke mit Wasser, einen Filter für die so erhaltene Lösung, eine Konzentriervorrichtung zur Wiedergewinnung der Chloride umfaßt ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorrichtungen zum Sammeln der Gase umfaßt, die sich beim Auslaugen entwickeln, und daß sie eine Verbrennungsvorrichtung zum Verbrennen der Gase unter Zugabe von unterstützendem Brennstoff umfaßt.
Zur besseren Klarstellung der Merkmale der Erfindung und ihrer Vorteile ist im folgenden ein Beispiel einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur eine allgemeine schematische Ansicht einer Anlage gemäß der Erfindung darstellt.
In der Zeichnung gibt das Bezugszeichen 10 die Zufuhrleitung zu einem Lösebehälter 11 für salzhaltige Schlacke an, die beim Gießen von Aluminium aus einem Abfallschmelzofen erhalten wird. Die Vorrichtungen, die die Schlacke in der für die Lösebehandlung am besten geeigneten Körnchengröße sammeln, kühlen und mahlen, sind in dieser Art von Anlage üblich und werden hier nicht beschrieben, da sie dem Fachmann bekannt sind. Die Lösungsflüssigkeit wird von 12 zugeführt. Die Lösung wird durch 13 aufgenommen und durch einen Filter (oder eine Abtrennvorrichtung eines anderen, funktionell äquivalenten Typs) geschickt der schematisch durch das Bezugszeichen 14 angegeben ist, wobei die feste Phase bei 15 abgetrennt wird und die flüssige Phase von 16 zu einer Konzentrationseinheit, die allgemein durch 17 angegeben ist, geschickt wird, und wahlweise teilweise durch 18 in den Lösebehälter 11 rückgeführt wird, um dabei zu helfen, die Konzentration der darin enthaltenen Lösung zu erhöhen. Die Konzentrationseinheit 17 umfaßt einen Mischbehälter 19, der den Heißgas-Konzentratoren 20 speist, von dem die konzentrierte Lösung durch 21 in die Separator 22 geschickt wird.
Aus der Separator 22 strömen bei 23 Gase aus, während die eingeengte Lösung bei 24 austritt und zu der Filterpresse 25 geschickt wird, von der die in der Lösung als Suspension vorliegenden Festkörper abgetrennt werden. Die Lösung wird dann in einer Einheit 26, die an sich bekannt ist, behandelt, um die wäßrige Phase zu verdampfen und bei 27 ein festes Salz zu erhalten.
Die von der Leitung 23 gesammelten Gase werden zu der Waschvorrichtung 28 geschickt und dann bei 29 in die Atmosphäre entlassen, und zwar gemäß den Zielen der Erfindung ohne Emission toxischer oder schädlicher Verbindungen.
Angrenzend an den Lösebehälter 11 ist eine Leitung 30 zum Sammeln der Gase angeordnet, die, wie erwähnt, sich in dieser Phase des Verfahrens entwickeln. Die relative Trägheit und die fortschreitende Entwicklung der Gase machen einen Abzug 31 zum Sammeln der Gase erforderlich, der an den Filter 14 angrenzt. Die derart in einer Verteilerleitung 32 gesammelten Gase werden in das Gebläse 33 aufgenommen und erhalten zugesetzten Brennstoff, der aus 34 kommt, um den Brenner zu speisen, der in der bei 20 schematisch gezeigten Konzentrationsvorrichtung enthalten ist und der die heißen Gase erzeugt, die für das Einengen, das darin stattfindet, verwendet werden. 35 gibt den Einlaß für die Verbrennungsluft an.
In der Phase, in der die Salzlösung eingeengt wird, kann dies vorteilhaft behandelt werden, um den pH auf einen Wert einzustellen, der für das Ausfällen von Verunreinigungen geeignet ist, insbesondere in Form von Hydroxiden oder Carbonaten von Schwermetallen oder Erdalkali (Fe, Cd, Cu, Ph, Ca, Mg, Zn, usw.).
Zu diesem Zweck kann eine Einheit 36 bereitgestellt werden, um zu dem Mischer 19 die Substanz zuzugeben, die dafür bestimmt ist, die gewünschte Modifikation des pH sicherzustellen.
Findet beispielsweise das Auslaugen der Schlacke bei 11 in einer sauren Umgebung statt, typischerweise durch die Zugabe von HCl, kann Natriumkarbonat (oder NaOH) aus 36 zugegeben werden, um einen pH der Salzlösung von höher als 9 zu erhalten, um die Präzipitation von Verunreinigungen zu unterstützen.
In dieser Phase der Behandlung mit Salzlösung können sich auch Gase entwickeln, die von 37 zu der Verteilerleitung 32 geschickt werden.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß die Gase, die sich während der Laugung der Schlacke entwickeln, brennbar sind, sich daher also gut für die durch die Erfindung vorgeschlagene Verwendung eignen, die sie als harmlose Verbindungen eliminiert.
Die im folgenden angegebenen Daten zeigen die Verbrennungsreaktionen, die thermischen Werte und die Selbstentzündungstemperaturen der bedeutenderen Verbindungen der fraglichen Gase. Wärmewert mf. (kcal/Nmc) Verbrennungstemperatur (ºC)
Bei der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Entfernung der toxischen Gaskomponenten wird in Anbetracht der beteiligten Volumina eine beachtliche Wärmemenge wiedergewonnen, und die toxischen oder schädlichen Gase können durch Verbrennung mit hohem Konversionsgrad zersetzt werden. Das Gas wird in einer Verbrennungskammer verbrannt, in der das Gemisch über die höchste Selbstentzündungstemperatur der vorhandenen Verbindungen erhitzt wird, z. B. 700 ºC in dem zuovr genannten Fall, und zwar mit Hilfe eines unterstützenden Brennstoffs.
Die exakten Vorschriften zur Durchführung der Verbrennung können je nach den Eigenschaften der Verbrennungseinheit variieren. Die bei der Behandlung der Schlacke gesammelten Gase können beispielsweise zu dem Brennstoff oder der Luft in einer solchen Weise zugegeben werden, daß sie die Verbrennung unterhalten. Es ist zweckmäßig, die Gase in Luft auf eine Konzentration unterhalb der Explosionsgrenzen der Verbindungen zu verdünnen.
Gemäß einer der vorteilhaften Verwendungen der Verbrennung der Gase, wie es in der Erfindung vorgeschlagen wird, werden die Verbrennungsprodukte der Gase zu einem System für die Wiedergewinnung der beträchtlichen Hitze der Gase geschickt, was vorzugsweise mittels einer Venturivorrichtung erreicht wird, wobei die heißen Gase mit einer Flüssigkeit gemischt werden und ihren Wärmegehalt durch adiabatische Konversion darauf übertragen, bis sie ein Gleichgewicht erreichen.
Wie zuvor dargelegt, kann die bei dieser Wiedergewinnung verwendete Flüssigkeit dieselbe salzhaltige Lösung sein, die durch Auslaugen der Schlacke erhalten wird, nachdem sie von dieser abgetrennt wurde, was bei 20 in der in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellten Anlage stattfindet. Solch eine Ausführungsform der Erfindung weist viele Vorteile auf. Während der erwähnten adiabatischen Konversion wird die Salzlösung eingeengt wobei die beträchtliche Wärme der Abgase wiedergewonnen wird, folglich also die durch die toxischen und schädlichen Gase erzeugte Wärme. Diese bevorzugte Art der Wärmewiedergewinnung bewirkt durch das Waschen auch ein wirksames Sammeln verschiedener Substanzen, die durch die Verbrennung gebildet werden, wie P&sub2;O&sub5;, das durch die Verbrennung von Phosphin gebildet wird und das durch Reaktion mit verschiedenen in der Salzlösung vorliegenden Kationen (Ca, Mg, Fe, Al, Pb) als unlösliches Phosphat ausgefällt wird.
Die Lösung wird daher nach dem Eindicken bei 25 sorgfältig abfiltriert und wird bei 26 einer Kristallisation unterzogen, wobei bei 27 feste Alkalichloride (Natrium und Kalium) von sehr hoher Reinheit erzeugt werden.
In der vorherigen Beschreibung eines Beispiels einer Ausführungsform der Erfindung sind hauptsächlich diejenigen Komponenten der Anlage für die Wiedergewinnung aus Schlacke angegeben, die die Verbesserungen betreffen, die das Ziel der Erfindung sind. Demgemäß wurden alle diejenigen bekannten Elemente und Vorrichtungen nicht berücksichtigt, die an sich dem Fachmann bekannt sind, da sie jede der im Stand der Technik vorgeschlagenen Konfigurationen annehmen können, sogar solche, die sich von den hier angegebenen unterscheiden, um gleichwertige funktionelle Wirkungen zu erreichen.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von salzhaltiger Schlacke aus der Schmelze von Aluininiumschrott oder -abfall mit Alkalichloride enthaltendem Flußmittel, umfassend die Phasen: Auslaugen der Schlacke mit Wasser, Filtrieren der Lösung und Konzentrieren derselben zur Wiedergewinnung der Chloride, wobei die Gase, die sich beim Auslaugen und aus der Lösung entwikkeln, um ihre Selbstentzündungstemperatur zu erreichen, unter Zusatz eines unterstützenden Brennstoffs verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verbrennung der Gase erzeugte Wärme verwendet wird, um die durch das Auslaugen der Schlacke erhaltene Salzlösung zu konzentrieren, indem die durch Verbrennung der Gase erzeugten Abgase mit der salzhaltigen Lösung in einer Venturi-artigen Konzentrationsvorrichtung gemischt werden, um die Wärme auf die Lösung zu übertragen, und Waschen des Abgases mit der Lösung, wobei die Produkte, die aus der Vorrichtung für das Konzentrieren und Mischen der Lösung mit den Abgasen ausströmen, zu einem die flüssige und die gasförmige Phase trennenden Separator geschickt werden, die gasförmige Phase in die Atmosphäre entlassen wird und die flüssige Phase abfiltriert und zur Kristallisation und Wiederrgewinnung des Salzgehalts in der festen Phase konzentriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die salzhaltige Lösung, die beim Auslaugen und der nachfolgenden Filtration erhalten wird, mit einer alkalischen Verbindung behandelt wird, um einen pH von höher als 8 zu erhalten, bevor sie mit den Abgasen gemischt wird, um die Präzipitation ihrer Komponenten zu unterstützen, und daß die in dieser Phase entwickelten Gase mit den beim Auslaugen entwikkelten Gasen der Verbrennung zugeführt werden.

3. Anlage zur Behandlung von salzhaltiger Schlacke aus der Schmelze von Aluminiumschrott und -abfall mit Alkalichloride enthaltendem Flußmittel nach dem Verfahren von Anspruch 1 und umfassend einen Behälter zum Auslaugen der Schlacke mit Wasser, einen Filter für die erhaltene Lösung und einen Konzentrator dafür zur Wiedergewinnung der Chloride, umfassend Vorrichtungen zum Sammeln der Gase, die sich beim Auslaugen entwickeln und eine Vorrichtung zur Verbrennung der Gase unter Zugabe eines unterstützenden Brennstoffs, und umfassend eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen der Gase in dem Auslaugbehälter und die an den Filter für die erhaltene Lösung angrenzt, um sie zu der Verbrennungsvorrichtung zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mischer zum Mischen der abfiltrierten salzhaltigen Lösung mit einer Substanz, die einen pH der Lösung von höher als 8 und eine Leitung zum Aufnehmen der Gase, die sich in diesem Gemisch entwickeln, bereitstellt, um sie zu der Verbrennungsvorrichtung zu leiten.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Venturi-artige Konzentrationsvorrichtung die Abgase aus der Verbrennungsvorrichtung erhält, um sie mit der abfiltrierten Lösung zu mischen, und daß ein Separator die Produkte aus der Konzentrationsvorrichtung erhält, um die flüssige Phase von der gasförmigen Phase zu trennen.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung, die die Salze zur Kristallisation einengt, das Produkt in der flüssigen Phase aus dem Separator durch einen Filter aus den Komponenten in Suspension erhält.

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Waschvorrichtung für die Produkte in der gasförmigen Phase umfaßt, die aus dem Separator kommen, und daß sie diese in die Atmosphäre freisetzt.