NO172838B - Fremgangsmaate og anlegg for behandling av avfallsprodukter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for behandling av avfallsprodukter, spesielt avfallsprodukter av reaktive metaller forurenset av olje og oljeholdige kjølemidler og et apparat for utførelse av fremgangsmåten.

Ved maskinering av metaller dannes det automatisk en mengde avfallsprodukter i form av dreiespon, borespon eller maskineringsspon. Ved maskinering av reaktive metaller som eksempelvis magnesium og magnesiumlegeringer, må det benyttes olje og/eller oljeholdige væsker til kjøling ved prosessen. Mas-kineringssponene vil derfor være forurenset av olje. Dette forårsaker et stort miljøproblem hos brukerne ettersom oljeholdig spon pr. idag har praktisk talt ingen kommersiell anvendelse. Deponering av avfallet påfører brukerne kostnader. Med dette som bakgrunn vil det være ønskelig at mest mulig av dette avfallspro-duktet kan gjenvinnes, men oljen sammen med lettantennelig magnesiumspon, skaper problemer. Nedsmelting av oljeholdige spon er prøvd, men dette er ikke en anbefalt metode da de brenner og forårsaker også til en viss grad magnesium avbrann. Oljen må derfor fjernes før en eventuell nedsmelting.

En vanlig gjenvinningsprosess som kan benyttes for messing- eller aluminiumspon, er sentrifugering og/eller vasking av sponene med en etterfølgende tørkeprosess. En slik prosess er eksempelvis beskrevet i US patent nr.4721457. Når det gjelder mer reaktive metaller som eksempelvis magnesium og magnesiumlegeringer, er ikke en slik fremgangsmåte egnet. Magnesium reagerer med vann under hydrogenutvikling som er farlig. Dessuten vil sponover-flaten bli oksydert, slik at produktet vil bli enda mindre egnet til gjennvinning enn det var i utgangspunktet. 01jeinnholdet i det vaskede materialet vil også være forholdsvis høyt, ca. 0,5-1%.

Bruk av løsningsmidler gir en brukbar fjerning av oljen fra oljebelagte spon. Dette er imidlertid en dyr og miljømessig lite akseptabel metode.

Metoder basert på termisk fjerning av olje er også tidligere kjent. Fra tysk utlegningsskrift nr. 2 522 659 er det kjent en fremgangsmåte for å gjenvinne slipespon fra nikkel- og kromlegert stål. Sponene som kan inneholde inntil 20 % olje, blir først sentrifugert og deretter blir oljen avdampet ved induksjonsoppva-rming og gjenvunnet ved destillasjon.

Magnesiumspon er et materiale som blir håndtert med stor forsiktighet pga. dets pyrofore egenskaper. Magnesium er-brannfarlig i nærvær av oksygen og økende temperatur gir også økende damptrykk. Ved vanlig bruk regnes oppvarming av magnesium til over 200 °C som brannfarlig.

Formålet med oppfinnelsen er å gjenvinne metallspon, særlig av reaktive metaller som magnesium og magnesiumlegeringer, ved å fjerne olje ved en miljøvennlig prosess til et nivå som gjør dem egnet for nedsmelting eller videre fremstilling av høyverdige produkter.

Dette formål med oppfinnelsen oppnås med den fremgangsmåte og apparat som er beskrevet nedenfor, og søknaden er nærmere karakterisert og definert ved de medfølgende patentkrav.

Det ble overraskende funnet at det var mulig å benytte termisk behandling som en sikker og effektiv måte for å fjerne restolje fra magnesiumspon. Sponene blir oppvarmet i luft, men atmosfæren rundt partiklene vil bli reduserende pga. olje som fordamper og til en viss grad spaltes. Hvis ønskes kan det også tilsettes inertgass. Temperaturen holdes nær eller over oljens kokepunkt og lavere enn metallets smeltepunkt. Fortrinnsvis holdes temperaturen lavere enn 430 °C, og spesielt gunstig er temperaturområdet 200-410 °C. Endel av oljen vil bli trykkdestillert og gir et beskyttende karbonbelegg på magnesiumsponene. Det ble overraskende funnet at dette belegget gjør det mulig å utsette sponene for direkte kontakt med luft i varm tilstand uten fare for antenning. Det er foretrukket å holde sponene under fri/kontinuerlig bevegelse under varmebehandlingen. Metoden er også egnet for å fjerne flyktige bestanddeler (inkl. lakk- og malingsrester) fra magnesiumskrap og/eller fra andre typer metallspon av reaktive metaller.

Det benyttes fortrinnsvis en lukket roterende ovn for behandling av de oljeholdige sponene. Det er anordnet en innmatnings-anordning for tilførsel av materialet. Ovnen har innvendige skovler/vinger for fremmating av materiale og er utstyrt med et sentralt rør for temperaturmåling og eventuell innmatning av inertgass. Ovnen er utstyrt med et trykkreguleringssystem i utløpet og har et lukket utløpssystem for uttak av ferdigtørket materiale. Oljedamp forlater ovnen og blir kondensert og fraskilt i en egen enhet. Det benyttes elektrisk oppvarming av ovnen, men andre oppvarmingsmåter kan anvendes.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger, figur 1-2, hvor Figur 1 viser et pilotanlegg med en lukket roterende ovn til bruk ved fjerning av olje og/eller oljeholdige sub-stanser fra magnesiumspon. Figur 2 viser et arrangement for kondensering samt utskilling

av olje fra avgassene.

Dreiespon, borespon og/eller maskineringsspon av magnesium eller magnesiumholdige legeringer kan ha varierende form og en størrelse i området 1/10 mm til 30 mm med et varierende innhold av olje. Den ujevne overflaten på slike produkter gjør at oljen sitter fast i alle ujevnheter og er vanskelig å fjerne. Det benyttes ordinære mineraloljer for kjøling av magnesiumsponene for å hindre magnesiumavbrann og oksydasjon. For å fjerne oljen blir sponene først sentrifugert. For en gitt magnesiumspon gir sentrifugeringen praktisk talt et konstant restinnhold av olje på mellom ca.7-15%.

Magnesiumspon er et produkt som blir håndtert med stor forsiktighet pga. dets eksplosjonsfårlige egenskaper. Det har derfor hersket store fordommer mot oppvarming av magnesiumholdig materiale. Det ble overraskende funnet at det var mulig å fjerne olje fra magnesiumspon ved oppvarming uten å forårsake brann. Videre ble det funnet at under fjerning av olje ved oppvarming oppnår partiklene et beskyttende belegg. Dette belegget er fordelaktig for videre bruk av sponene ettersom det passiverer metallet og hindrer derved en direkte kontakt mellom metallisk magnesium og oksygen i luft.

Den optimale temperatur for oppvarming måtte først fastlegges. Dette ble gjort i labskala med oppvarming av en liten materialmengde i en lukket rørovn uten tilsats av argon eller annen inertgass. De mest vanlige kjøleoljene som blir brukt ved maskinering av magnesium er basert på mineraloljer og har kokepunkt i området 250- 300° C. Som eksempel kan nevnes VACMUL 03C (Mobil Muster) med kokepunkt 280 °C . Forsøkene ble utført i et temperaturområde mellom 200 og 430° C. Prøven ble tatt ut og inspisert underveis. Ved temperaturer > 410°C ble materialet helt oksydert og og det var behov for å ha inert atmosfære i ovnen.

På grunnlag av disse innledende forsøkene utført i luft, ble det fastlagt at det gunstigste temperaturområdet for en. termisk prosess i luftatmosfære vil være en temperatur nær eller over oljens kokepunkt og lavere enn metallets smeltepunkt. For magnesium og magnesiumlegeringer vil dette området være ca. 200 -

410° C. Ved bruk av inertgass kan den øvre temperaturgrensen økes noe, men dette blir en økonomisk avveining. Det ble videre

utført forsøk i større skala. Fremgangsmåten vil bli nærmere beskrevet gjennom de etterfølgende eksempler.

Eksempel 1

Til alle storskalaforsøkene ble det benyttet en tørkeovn/- kalsineringsovn med et rominnhold på 2 m<3>. Ca. 30 kg oljeholdig magnesiumspon ble først sentrifugert slik at sponene inneholdt i størrelsesorden 5-8% olje. Sponene ble fordelt på 8 skuffer med et lag på 5-6 cm spon i hver skuff. Ovnen ble gradvis oppvarmet. Ved 120° C begynte olje å ryke av og ovnen ble holdt ved 200° C til det meste av oljen hadde fordampet (ca.2 timer). Ovnen ble deretter oppvarmet til 350° C og holdt ved denne temperaturen i 3 timer. Ovnen ble slått av og sponene fikk stå i ovnen til neste dag. Temperaturen var ca. 50° C da sponene ble tatt ut. Sponene hadde fått en gulbrun overflate. Magnesiumspon har en svært ujevn overflate og har magnesiumoksyd i alle sprekker. Nærmere analyse av behandlet spon viste at overflaten var dekt av en blanding av C og MgO med stor variasjon i fordelingen. Under behandlin-gen/avdampingen av olje blir en liten del av oljen spaltet slik at karbon dannes der oljen er konsentrert og rene mag-nesiumoverf later vil alltid være dekt av et C-lag. Dette gir spon med en passiv overflate. Restoljeinnholdet ble også analysert og funnet å være i området mindre enn 0,01%.

Eksempel 2

Det ble også utført tilsvarende forsøk som beskrevet i eksempel 1 med direkte oppvarming fra romtemperatur til 350° C i løpet av 3-4 timer. Basert på det produktet man hadde oppnådd i første forsøk ville man se hvorvidt det var mulig å utsette de behand-lede og varme sponene for luftkontakt uten nedkjøling først. Magnesiumsponene ble derfor tatt direkte ut av ovnen ved 350° C. Overraskende ble ingen avbrann eller oksydasjon av sponene observert. Sponene hadde fått en jevn gulbrun overflate og hadde praktisk talt samme innhold av restolje som tidligere beskrevet.

Både oppvarmingstid og oppvarmingstemperatur vil være avhengig av materialmengde og luftsirkulasjon i ovnen. Sponene har en dårlig varmeledningsevne på grunn av det ytre belegget og på grunn av porøsitet og ujevnheter. Det ble gjort forsøk både med spon av ren magnesium og legeringer med 91% magnesium, med praktisk talt samme resultat selv i luftatmosfære nær spon. Inne i ovnen vil det bli en reduserende atmosfære nær sponene på grunn av nærvær av oljen som fordamper. Denne vil hindre at metallet oksyderer. Endel av oljen vil avspaltes og karbon avsettes på sponene. Inertgass kan også tilsettes hvis ønsket og derved kan sponene behandles ved litt høyere temperaturer.

For en industriell utførelse er det foretrukket å fjerne olje og evnt. andre flyktige bestanddeler fra sponene ved en rask og kon-, tinuerlig prosess. Dette kan gjøres ved bruk av et anlegg som vist i figur 1-2. Figur 1 viser et pilotanlegg med en lukket roterende rørovn 1 egnet til bruk for fjerning av olje fra eksempelvis spon av magnesiumlegeringer. Ovnen har en lengde på ca.2 m og en diameter på 200 mm. Ovnen oppvarmes ved hjelp av tre varmeelementer 2,3,4 og har ytre isolasjon 5. Metallspon tilføres ovnen fra en beholder 6 via et innmatningsrør 7 med en skrumater 8. Eventuelt kan et transportbånd og/eller en annen anordning benyttes for tilførsel av spon til ovnen. Metallet i beholder/- innmatningsrør utgjør en effektiv lås som hindrer at ukon-trollerte luftmengder slipper inn i ovnen. Ovnen er utstyrt med indre skråstilte skovler/vinger 9 for fremmating av metallet. Vinkelen på skovlene og rotasjonshastigheten vil bestemme gjennomstrømningshastigheten for metallsponene. Ved rotasjon av ovnen vil metallsponene transporteres mot utløpsenden av ovnen. Rotasjonshastigheten kan varieres. Det er viktig at sponene kan beveges fritt uten lokale opphopninger. Ovnen blir oppvarmet til 300-400 °C.

Flere termoelementer 10 er anordnet for regulering av ovns-temperaturen. I utløpsenden av ovnen er det anordnet et rør 11 for temperaturmåling og eventuell tilførsel av inertgass, eksempelvis argon. Da det er liten lufttilgang i prosessen trengs ingen/liten tilførsel av argon. Selv om man tilstreber å ha en fullstendig tett ovn, vil også en viss innlekkasje av oksygen kunne tillates i ovnen, da det ikke vil være noen direkte kontakt mellom magnesium metall eller legering og oksygen fordi metallsponene under tørkingen får et ytre passivt belegg.

Behandlet metallspon føres ut av ovnen gjennom et lukket utløpssystem 12 for å hindre lufttilførsel. Man kan med fordel også bruke en skruanordning for å føre sponene kontinuerlig ut av ovnen. Oljedamp og andre flyktige bestanddeler forlater ovnen gjennom et rør 13 til et kjøle-/kondenseringssystem som er vist på figur 2. Ved ovnsutløpet er det anordnet en trykkføler 14 for å hindre overtrykk eller undertrykk i enden av ovnen. Hvis trykket overstiger atmosfæretrykket vil en vakuumpumpe automatisk starte. Dette for å kunne kontrollere at utløp av oljedamp o.l. kun skjer gjennom utløpsledningen.

I figur 2 er det vist et oppsamlingssystem for oljedamp. Oljedamp fra utløpsrøret 13 blir ført gjennom en kjøler og gjennom tre kolonner 15 for kondensering/ fjerning av oljen. Det benyttes en vakuumpumpe for å sikre gjennomløp av dampen. De to første kolonnene er eksempelvis fylt med stålull (16) eller andre liknende materialer for koalisering av oljedampen. Kondensert olje kan tappes av i bunnen av kolonnene. De siste spor av olje fjernes f.eks. ved bobling av gassen gjennom en NaOH løsning (17) .

Eksempel 3.

Det ble utført flere forsøk med en ovn som vist på figur 1 med en lengde på ca. 2 meter og en diameter på 200 mm. Spon av mag-nesiumlegering var på forhånd blitt sentrifugert og hadde et oljeinnhold på 5,2 til 7,5 %. Matningshastigheten av sponene ble variert fra 0,1 til 0,5 liter pr. minutt. Temperaturen i ovnen ble variert fra 350 til 370 °C. Det ble forsøkt med behand-lingstider som varierte fra 5 til 20 minutter. Resultatene fra forsøkene er gitt i tabell l. 01jeinnholdet i sponene ble redusert helt ned til 0,05% og man fikk god utskilling av olje fra avgassen. Det endelige oljeinnholdet i sponene kan reguleres ytterligere ved å endre oppholdstid i varm sone, som er påvirket blant annet av rotasjonshastighet og ovnslengde.

I den senere tid har det også blitt mer vanlig å benytte kjølevæsker bestående av en vann/olje emulsjon. En vanlig blanding kan være 1-10 % olje og resten vann. Etter sentrifugeringen vil slipespon hvor slike kjølevæsker er brukt, inneholde også 1-2% vann. For spon som også inneholder vann, anbefales en separat avdamping av vannet før olje fjernes. Ved oppvarming til ca. 110°C vil vannet fordampe uten at oljen vil dampe av. Vannfri spon blir deretter matet inn i tørkeovnen.

Sponene vil være anvendelig eksempelvis til avsvovling av jernsmelter.

Selv om denne oppfinnelsen er primært beskrevet med eksempler på behandling av reaktive metaller og legeringer, vil den også være anvendelig for behandling av andre typer spon.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for behandling av avfallsprodukter, særlig oljeholdige spon av reaktive metaller som magnesium og magnesiumlegeringer, karakterisert ved at sponene oppvarmes til en temperatur nær eller over oljens kokepunkt og • lavere enn metallets smeltepunkt, slik at oljen fordamper og det dannes et ytre karbonholdig belegg på sponene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen holdes lavere enn 430°C, fortrinnsvis i området 200 - 410°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sponene holdes under fri/kontinuerlig bevegelse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sponene oppvarmes i luft og/eller en reduserende atmosfære og/eller en inert atmosfære.

5. Fremgangsmåte for å behandle oljeforurensede metallspon, karakterisert ved at sponene tilføres en lukket ovn (1) og holdes i bevegelse under transport gjennom en oppvarmingssone, hvorved oljen fordamper og det avsettes et karbonholdig belegg på sponene og hvor sponene føres ut av ovnen gjennom et lukket utløpssystem (12) og oljedampen føres ut av ovnen og koaliseres.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at temperaturen i ovnen holdes nær eller over oljens kokepunkt og under spons smeltetemperatur.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at direkte kontakt med luft ved ovnens innløp hindres ved å tilføre metallsponene fra en beholder (6) gjennom et innmatningsrør (7) med skruemater (8).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at trykket i ovnsut-løpet overvåkes for å hindre over- eller undertrykk.

9. Anlegg for behandling av oljeforurensensede metallspon, karakterisert ved at det er anordnet en lukket sylindrisk ovn (1) som er innrettet for fast eller variabel rotasjon om lengdeaksen, hvor ovnen har indre skråstilte skovler/vinger (9) anbrakt på ovnsveggen og hvor det er anordnet en beholder (6) og en transportanordning (8) for innføring av spon og et lukket ut-løpssystem (12) for føre sponene ut av ovnen, og hvor ovnen har minst et utløp (13) for oljedamp.

10. Anlegg ifølge krav 9, karakterisert ved at det er anordnet en trykkføler (14) ved ovnsutløpet og at det har midler (11) for innføring av inertgass.