DE69220678T2 - Rückgewinnung von nichteisenmetallen aus krätze - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückgewinnen von Aluminium aus einem Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthaltenden Krätze- oder Schlackenausgangsmaterial, das die Schritte des Zuführens des Ausgangsmaterials in einen mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Drehofen oder drehbaren Konverter, Erwärmen des Ausgangsmaterials auf eine oberhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums liegende Temperatur bei gleichzeitigem kontinuierlichen oder unterbrochenen Drehen des Ofens und Entfernen des erhaltenen geschmolzenen Aluminiums von den verbleibenden Krätzerückständen und/oder von erhaltenen festen Krätzerückständen umfaßt.
• Verfahren zum Rückgewinnen von Aluminium aus Krätze oder Schlacke sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel lehrt die kanadische Patentbeschreibung 1,255,914 und die entsprechende EP-A-322 207 ein Verfahren zum Rückgewinnen von nichteisenhaltigem Metall aus nichteisenhaltiges Metall enthaltender Krätze, das die Schritte des Zuführens der Krätze in einen mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Drehofen, Richten eines Plasmabrenners in den Ofen, um so die Krätze auf eine oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls liegende Temperatur zu erwärmen, Drehen des Ofens entweder kontinuierlich oder unterbrochen und Entfernen des geschmolzenen getrennten Metalls aus dem festen Krätzerückstand umfaßt.
• Ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung aus Aluminiumausschuß ist in US-A-3759702 beschrieben. In dieser Verweisstelle wird das Schmelzen von Aluminiumausschuß in einem Vorglühherd in einer freien Atmosphäre mit einer nicht oxidierenden Oxy-Brennstoff-Flamme zum Beschleunigen und Intensivieren des Erwärmens gelehrt. Es wird kein Salzbad angewendet.
• Es ist weiter bekannt, nichteisenhaltige Metalle aus Krätze und Metallausschuß mit der Hilfe von Oxy-Brennstoff-Brennern bei gleichzeitiger Verwendung einer Schutzschicht aus Salzen zurückzugewinnen. Diese Schicht kann Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl) in etwa gleichen Mengen hinsichtlich des Gewichts einschließen und kann weiter ein Schmelzmittel, zum Beispiel Kryolith, enthalten. Der Effekt der Salzschicht auf die Verschmelzung von Aluminiumtröpfchen beim Behandeln von Aluminiumkrätze ist beispielsweise in dem Second International Symposium beschrieben; Recycling of metals and engineered Materials - Recycling von Metallen und Konstruktionsmaterialien, The minerals, metals and materials society, 1990, Seiten 69-84, von Ray D. Petersen, unter dem Titel "Effect of salt flux additives on aluminium droplet coalescence". In einem Artikel mit dem Titel "Interfacial phenomena in molten aluminium and salt systems", veröffentlicht in derselben Literaturquelle, Seiten 85-103, beschreiben Francis K. Ho und Yogesh Sahai das Umschmelzen von Aluminiumausschuß unter einer Salzschicht.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in dem Rückgewinnen oder Gewinnen von Aluminiummetall aus einem Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthaltenden Krätzeausgangsmaterial mit der Hilfe eines Oxy-Brennstoff-Brenners und in der Abwesenheit einer Schutzsalzschicht.
• Eine weitere Aufgabe stellt das Verringern der Bildung korrosiver Salzdämpfe, die beim Verwenden von Schutzsalzschichten erhalten werden, und das Erhalten eines keine wasserlösliche Salze enthaltenden oxidischen Rückstandsprodukts dar, was einen Vorteil für die Umwelt bedeutet.
• Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren zum Rückgewinnen oder Gewinnen von Aluminiummetall aus einem Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthaltenden Krätzeausgangsmaterial erfüllt. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Einführens des Ausgangsmaterials in einen mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Drehofen oder drehbaren Konverter; Erwärmen des Ausgangsmaterials auf eine oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium liegenden Temperatur bei gleichzeitigem kontinuierlichen oder unterbrochenen Drehen des Ofens mit einer Geschwindigkeit von 5 min&supmin;¹ oder weniger; und Entfernen des erhaltenen geschmolzenen Aluminiums von dem darüberliegenden Krätzerückstand.
• Der Schritt des Erwärmens des Ausgangsmaterials wird mit einem sogenannten Oxy-Brennstoff-Brenner in der Abwesenheit einer Schutzsalzschicht durchgeführt, wobei der Brenner mit einem fossilen Brenstoff und mit einem wenigstens 80% Sauerstoff enthaltenden Gas betrieben wird.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den von dem Hauptanspruch abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
• Die Erfindung soll jetzt ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden, deren einzige Figur eine vertikale Schnittansicht des drehbaren Konverters und zugeordneter Einrichtungen darstellt.
• Die Figur stellt einen Konverter 1 dar, dessen Mittelachse 2 einen spitzen Winkel mit der horizontalen Ebene einschließt, zum Beispiel einen Winkel von 10-25º. Der Konverter 1 ist um seine mittlere Achse 2 drehbar und ist um eine horizontale Achse 2 schwenkbar, die sich senkrecht zu der mittleren Achse 3 des Konverters 1 erstreckt und durch dieselbe verläuft. Das aufwärts gerichtete Ende des Konverters 1 verengt sich in eine Öffnung 4, auf deren Oberseite eine Schutzhaube 9 angebracht ist, die in eine gekrümmte, röhrenförmige Struktur 5 übergeht. Ein Ende oder ein erstes Ende der Haube 9 ist so nah wie möglich an der Konverteröffnung 4 angeordnet, ohne tatsächlich mit dem drehbaren Konverter 1 in Berührung zu kommen. Das röhrenförmige Element 5 ist gekrümmt und sein distales Ende ist nach oben gerichtet. Das röhrenförmige Element 5 wird durch nicht gezeigte Einrichtungen an seinem Platz gehalten und kann leicht von der Konverteröffnung 4 entfernt werden, um so Füllen und Entleeren des Konverters 1 zu ermöglichen. Ein sogenannter Oxy-Brennstoff-Brenner 6 wird durch eine in dem gekrümmten Teil vorgesehene Öffnung oder durch das Knie des röhrenförmigen Elements 5 eingeführt. Die Düsenöffnung erstreckt sich geringfügig in den Konverter 1, wenn das erste Ende des röhrenförmigen Elements 5 unmittelbar vor der Konverteröffnung 1 angeordnet ist. Die erforderlichen Brennstoff-, Sauerstoff- und Kühlwasseranschlüsse sind nicht gezeigt. Eine Lanze 7 wird durch eine andere Öffnung in dem Knie des röhrenförmigen Elements eingeführt.
• Beim Umsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens in die Praxis wird das Ausgangsmaterial 8, das zum Beispiel die Form von Aluminiumkrätze und/oder Aluminiumausschuß haben kann, in den Konverter 1 eingeführt, wobei das röhrenförmige Element 5, der Brenner 6 und die Lanze 7 zu einer Seite bewegt sind. Das röhrenförmige Element 5 und damit der Brenner 6 und die Lanze 7 wird anschließend abdichtend vor der Konverteröffnung angeordnet. Der Konverter wird dann bei einer Geschwindigkeit von bis zu 5 min&supmin;¹ gedreht und der Brenner wird zum Erwärmen des Ausgangsmaterials 8 gezündet. Der Brenner wird normalerweise mit einem fossilen Brennstoff, zum Beispiel einem Kohlenwasserstoff wie Propan, und mit einem sauerstoffhaltigen Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 80% betrieben, welches vorzugsweise auch kleine Mengen Stickstoff enthält. Das verwendete sauerstoffhaltige Gas kann aus Sauerstoff mit einer Konzentration von etwa 93% Sauerstoff aus einer PSA- Anlage bestehen, wobei der Rest des Gases allgemein aus Argon besteht oder aus einer Luftzerlegungsanlage entnommenem Sauerstoff bestehen kann. Die Brennerflamme wird vorzugsweise auf einen von der Konverterachse 2 beabstandeten Punkt auf dem Boden des Konverters gerichtet. Da die dem Brenner 6 zugeführte Sauerstoffmenge kleiner als die stöchiometrische Menge oder möglicherweise gleich der stöchiometrischen Menge ist, d. h. eine Menge, die von 80 bis 100% des für vollständige Verbrennung benötigten Sauerstoffs entspricht, wird die Oxidation von Metall in dem Konverter 6 minimiert.
• Wenn das Ausgangsmaterial, zum Beispiel aluminiumhaltige Krätze, eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium erreicht hat, wird das Aluminium zu schmelzen beginnen und Drehung des Konverters wird bewirken, daß die einen Aluminiumkern einschließenden und eine sie umgebende Aluminiumoxid-Schutzhülle aufweisenden kugelförmigen Körper verformt werden und die Schutzhülle aufgespalten wird, woraufhin das Aluminium, das sich jetzt in einem flüssigen Zustand befindet, beginnt, herabzulaufen und mit geschmolzenem Aluminium zu verschmelzen, das aus anderen Kugeln austritt. Das geschmolzene Aluminium wird in dem untersten Bereich des Konverters gesammelt. Wenn die maximal mögliche Menge Aluminium geschmolzen und unter dem darüberliegenden Krätzerück stand gesammelt worden ist, wird die Schutzkappe 5 entfernt, damit das geschmolzene Metall aus dem Konverter 1 abgestochen werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird, wenn das Metall zu schmelzen beginnt, die Drehgeschwindigkeit des Konverters auf 25 min&supmin;¹ angehoben, während gleichzeitig die Brennerleistung auf 50-10% der Ausgangsleistung reduziert wird. Das Erwärmen des Metalls wird beendet, wenn die Temperatur in der Schmelze eine Höhe von 750-950ºC erreicht hat, wonach das geschmolzene Metall aus dem Konverter in einer herkömmlichen Weise abgestochen wird.
• Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dem Konverter intermittierend Energie bei der höheren Drehge schwindigkeit von bis zu 25 min&supmin;¹ zugeführt. Um Eindringen von atmosphärischem Sauerstoff in den Konverter zu verhindern und hierdurch jegliches Aluminium zu oxidieren, das nicht durch eine Krätzeschicht oder irgendein anderes Rückstandsprodukt geschützt sein könnte, wird ein inertes Schutzgas in den Konverter eingeführt, um so in demselben einen Überdruck aufrechtzuerhalten. Dieses inerte Gas stellt vorzugsweise Argon dar. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird das Schutzgas durch eine mit einer Schutzgasquelle verbundene Lanze oder alternativ durch den Brenner, zum Beispiel durch seine Sauerstoffdüse, eingeführt, die abwechselnd zwischen einer Verbindung mit einer Sauerstoffquelle und einer Verbindung mit einer Schutzgasquelle geschaltet werden kann. Obwohl nicht gezeigt, ist der Brenner auch mit einer Förderleitung für fossilen Brennstoff verbunden.
Beispiel
• Aus der Herstellung einer Aluminiumlegierung, Serie 3000, erhaltene aluminiumhaltige Krätze wurde in einen Konverter eingeführt, dessen Längsachse einen Winkel von etwa 17º mit der horizontalen Ebene definierte. 1240 kg reine Krätze wurden in den Konverter gegeben. Die Krätze umfaßte 66 Gew.-% metallisches Aluminium, 30 Gew.-% Aluminiumtrioxid und den Rest bildeten Oxide von Silicium, Eisen und Kalzium.
• Nach dem Einführen der Krätze wurde in der Abwesenheit von Schutzsalzschichten die Schutzkappe mit einem an derselben angebrachten Oxy-Brennstoff-Brenner in geringem Abstand vor der Konverteröffnung angeordnet. Der Brenner wies eine Leistungsabgabe von 1MW auf und wurde mit Propan und reinem Sauerstoff, d. h. einem mindestens 99,5% Sauerstoff aufweisenden sauerstoffhaltigen Gas, betrieben. Der Konverter wurde bei einer Geschwindigkeit von etwa 1 min&supmin;¹ gedreht, wobei der Brenner bei voller Leistung arbeitete, bis die Krätze zu dem Punkt erwärmt war, an dem das Aluminium schmilzt, wobei die Temperatur des Materials in dem Konverter etwa 750ºC betrug.
• Die Leistungsabgabe des Brenners wurde anschließend auf etwa 200 kW reduziert und der Konverter wurde kontinuierlich bei einer Geschwindigkeit von 8 min&supmin;¹ gedreht. Nachdem das Material in dem Konverter bei dieser reduzierten Leistung über eine Zeitspanne von 20 Minuten erwärmt wurde, wurde festge stellt, daß das metallische Aluminium von der Krätze getrennt wurde, welche nun in einer bedeckenden Schicht über dem geschmolzenen Metall lag.
• 711 kg reines Aluminium wurden erhalten, was einem Ertrag von 57% und einer Prozeßwirkungsgrad von 88% (basierend auf der zugegebenen Menge von metallischem Aluminium und der erhaltenen Menge von reinem Aluminium) entspricht. Der Verbrauch von fossilem Brennstoff entsprach 252 kWh für jede eingebrachte Tonne Krätze, während der Sauerstoffverbrauch 44 Normalkubikmetern für jede eingeführte Tonne Krätze entsprach. Die gesamte Verfahrenszeit betrug 32 Minuten. Das erhaltene Rückstandsprodukt bestand aus reinen Oxiden der vorgenannten Metalle und von Aluminium.
• Höchst zufriedenstellende Ergebnisse wurde erzielt, wenn das dem Konverter zugeführte Ausgangsmaterial teilweise aus das gleiche Metall wie das in der Krätze enthaltendem Ausschuß bestand.
• Wenn dem Konverter nur Ausschuß zugeführt wird, und dann insbesondere nur Aluminiumausschuß, ist es aufgrund der Neigung dieses Metalls, leicht zu oxidieren, erforderlich, daß der zum Erzeugen von Wärmeenergie benötigte Verbrennungsvorgang unter unterstöchiometrischen Bedingungen erfolgt. Wenn die Zufuhr heißer Verbrennungsgase periodisch unterbrochen wird, ist es besonders notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, die ein Eindringen von atmosphärischem Sauerstoff zu dem Metall ver hindern. Wie vorhergehend erwähnt, wird durch Zuführen eines Schutzgases, wie beispielsweise Argon, zu dem Konverter, vorzugsweise ein Überdruck in dem Konverter aufrechterhalten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Rückgewinnen von Aluminiummetall aus einem Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthaltenden Krätze- oder Schlackenausgangsmaterial, das die Schritte des Einführens des Ausgangsmaterials in einem mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Drehofen oder drehbaren Konverter, Erwärmen des Ausgangsmaterials auf eine oberhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums liegende Temperatur bei gleichzeitigem kontinuierlichen oder unterbrochenen Drehen des Ofens mit einer Geschwindigkeit von 5 min&supmin;¹ oder weniger, und das Entfernen des erhaltenen geschmolzenen Aluminiums von dem darüberliegenden Rückstand umfaßt, wobei der Schritt des Erwärmens des Ausgangsmaterials in Abwesenheit einer Schutzsalzschicht mit einem Oxy- Brennstoff-Brenner durchgeführt wird, der mit einem fossilen Brennstoff und mit einem wenigstens 80 % Sauerstoff enthaltenden Gas betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verringern der Ausgangsleistung des Brenners auf 50 bis 10 % des früheren Wertes und Erhöhen der Drehgeschwindigkeit des Ofens auf 5 bis 25 min&supmin;¹ und Fortsetzen der Energiezufuhr, bis das Aluminium geschmolzen ist, nachdem eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Aluminiums erreicht worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch diskontinuierliches Zuführen von Wärme bei der genannten verminderten Leistung während der fortgesetzten Drehung des Ofens bei einer Geschwindigkeit von 5 bis 25 min&supmin;¹; und durch Einführen eines Inertgases in den Ofen, entweder mittels des Brenners oder mittels einer Lanze, während einer Periode der unterbrochenen Wärmezufuhr

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Argon ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Versorgen des Oxy-Brennstoff-Brenners mit Brennstoff und Sauerstoff in stöchiometrischen Verhältnissen, oder im einem Verhältnis, in dem Sauerstoff in einer Menge zugegen ist, die wenigstens 20 % unterhalb der stöchiometrischen Menge liegt, wenn Wärme dem Ofenschmelzgut zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Aufrechterhalten eines Überdrucks von Verbrennungsgasen in dem Drehofen oder Konverter.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Beenden des Erwärmungsvorganges und Abstechen des Aluminiums aus dem Ofen oder Konverter, wenn die Temperatur des Metalls innerhalb des Bereichs von 750 bis 950 ºC liegt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch Beenden des Erwärmungsvorganges und Abstechen des Aluminiums aus dem Ofen oder dem Konverter nach einem Zeitabschnitt von 5 bis 60 Minuten nach dem Zeitpunkt des Erhöhens der Drehgeschwindigkeit des Ofens oder Konverters.