NO311688B1 - Fremgangsmåte for resirkulering av sterkt forurenset ovnsbrudd fra elektrolyseceller innen aluminiumindustrien, samtanvendelse av det resirkulerte materiale ved fremstilling avildfaste produkter, samt nevnte ildfaste produkter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for resirkulering av sterkt forurenset ovnsbruddmateriale fra elektrolyseceller innen aluminiumindustrien, så vel som anvendelse av det resirkulerte materiale som råstoff ved fremstilling av ildfaste produkter, samt nevnte ildfaste produkter.

Den samlede mengde av elektrolysecellebruddmaterialer SPL) utgjør 15-50 kg/tonn produsert primæraluminium. I dette er katodematerialet (karbon og jern) så vel som sideoppbygnin-gen og overbygget (spesielt SiC-steiner, karbonmasse) inneholdt. Det egentlige underbygg (isolasjon bestående av ildfaste sjamottesteiner, lette ildfaste steiner, kalsiumsilikat-plater, aluminiumoksidprodukter) utgjør 6,22 kg/tonn produsert aluminium. Som giftige, spesielt vannoppløselige bestanddeler skal cyanider 0,002-0,6 % og fluor 5-20 % nevnes.

Fra teknikkens stand er forskjellige metoder for å behandle den samlede SPL kjent. Disse metoder kan deles i ut-lutningsmetoder og termiske prosesser. Alle disse metoder tar enten sikte på en separering av de kjemiske (ufarlige, delvis igjen anvendbare, f.eks. kryolitt) bestanddeler eller SPL blir behandlet på omstendelig måte slik at sluttproduktet kan anvendes som landfyllingsmateriale. Generelt blir ved ovnsopp-brytning det brukte ildfaste materiale under katoden tatt hånd om separat fra det øvrige SPL-materiale (forskjellig sterkt forurensende stoffer).

Fra SU 617435 er en masse for fremstilling av porøse, ikke-ildfaste teglsteiner kjent som inneholder fluorholdig avfall fra aluminiumproduksjonen i en andel på 12-22 vekt% som magringsmiddel. Som fluorholdig avfall fra aluminiumproduksjonen kan også den brukte foring fra elektrolyseovner anvendes .

Opplysninger angående behandling hhv. opparbeidelse av disse materialer kan imidlertid ikke utledes fra denne vei-ledning. For de steiner som er fremstilt i henhold til denne fremgangsmåte, dreier det seg ikke om tette, ildfaste steiner, men om tegl med et vannopptak > 12 %. Disse tegl inneholder dessuten ytterligere utbrenningsstoffer, mens det karbon som er inneholdt i SPL-materialet skal oksideres ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fra SU 1717584 er en råblanding for fremstilling av leirtegl for katodefåringen til en aluminiumelektrolyseovn kjent. Istedenfor det fluorholdige avfall fra aluminiumproduksjonen skal her imidlertid pulveret av utslaget fra det øver-ste sjikt av katodesokkelen til en aluminiumelektrolyseovn anvendes. For leirtegl fremstilt i henhold til denne fremgangsmåte dreier det seg likeledes ikke om et ildfast arbeids-materiale fordi temperaturen for begynnende mykning skal ned-settes. Dessuten blir også her utbrenningsstoffer tilsatt.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å fremskaffe en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken forurenset tidligere ildfast materiale, spesielt for aluminiumelektrolyseceller, kan tilføres en økonomisk gjenutnyttelse.

Ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir omvandlingen av det forurensede materiale til et råstoff som er anvendbart for fremstilling av tykke, ildfaste sjamottesteiner og teglsteiner, muliggjort. Forbundet med dette er kryolittbestandighet for de ildfaste sjamottesteiner og mins-kning av steinbrenningstemperaturene for ildfaste sjamottesteiner av teglsteiner.

Med oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for resirkulering av sterkt forurenset ovnsbrudd fra elektrolyseceller innen aluminiumindustrien, og fremgangsmåten er særpreget ved at

a) materialet forhåndsfindeles til en kornstørrelse på < 10 mm, b) det på denne måte forbehandlede materiale kalsineres ved en temperatur fra 350 til 850 °C, c) det kalsinerte materiale blir deretter finmalt, og d) det således opparbeidede materiale anvendes som råstoff i en andel på 0,1-12 vekt% av den samlede

charge ved fremstilling av ildfaste produkter, spesielt av tette ildfaste sjamottesteiner.

Kalsineringen utføres fortrinnsvis ved 650 °C, og innenfor det angitte temperaturområde blir giftige cyanider som er inneholdt i dette materiale ødelagt, og dessuten oppnås deloksidasjon av restkarbon. På grunn av den lave temperatur fås et minimum av fluorutslipp. Etter kalsineringen blir materialet finmalt, og derved fås en homogenisering av det kalsinerte materiale. Det på denne måte opparbeidede materiale blir deretter anvendt som råstoff ved fremstilling av ildfaste produkter, i en andel av 0,1-12 vekt% i forhold til den samlede sats, spesielt for fremstilling av ildfaste sjamottesteiner for foring av elektrolyseceller. Den foreliggende fremgangsmåte innbefatter således et lukket kretsløp for resirkulering av elektrolysecellebrudd.

Ifølge et annet særtrekk ved oppfinnelsen kan det resirkulerte materiale også anvendes som råstoff for teglat steinfremstilling, hvorved brenntemperaturen eventuelt kan reduseres.

Med oppfinnelsen tilveiebringes også en ildfast stein, spesielt en sjamottestein som er særpreget ved at chargen foruten det for ildfaste steiner vanlige bindemiddel, leire og sjamotte inneholder 5-10 vekt% av et råstoff som består av bruddmateriale fra aluminiumelektrolyseceller som er blitt kalsinert ved en temperatur på 350-850°C og malt til en kornstørrelse på < 0,5 mm.

Det kalsinerte malte ildfaste bruddmateriale fra aluminiumelektrolyseceller har ifølge et foretrukket trekk ved oppfinnelsen en sammensetning av:

Med oppfinnelsen tilveiebringes også et råstoffmateriale for fremstilling av ildfaste keramiske produkter, så som sjamottesteiner, sjamottegranulater eller lignende, spesielt for anvendelse i aluminiumelektrolyseceller, spesielt som tilsetning til forøvrig vanlige råstoffblandinger, og råstoff-materialet er særpreget ved at det består av ovnsbruddmateriale fra aluminiumelektrolyseceller kalsinert ved 350-850 °C henholdsvis glødet og eventuelt forurenset.

Med oppfinnelsen tilveiebringes også en fremgangsmåte for fremstilling av råstoffmaterialet ifølge oppfinnelsen, og fremgangsmåten er særpreget ved at bruddmateriale, spesielt fra underbygget for og/eller isolasjonsmateriale fra aluminiumelektrolyseceller,

a) kalsineres hhv. glødes ved temperaturer fra 350 til 850 °C inntil ødeleggelse av for-

urensende stoffer, spesielt inntil øde-

leggelse av cyanider, og inntil fortrinnsvis i det minste delvis oksidasjon av restkarbon,

b) materialet behandlet ifølge a) avkjøles og

males til en kornstørrelse < 0,5 mm.

Nedenfor vil oppfinnelsen bli nærmere forklart ved hjelp av et utførelseseksempel. Det anvendte kalsinerte og malte bruddmateriale fra en aluminiumelektrolysecelle (SPL) har den følgende gjennomsnittlige kjemiske sammensetning an-gitt i vekt%: Eksempler

Råstoffene ble blandet under tilsetning av ca. 5,5 vekt% vann i et intensivt blandeapparat. Det kalsinerte og malte SPL-materiale ble tilsatt blandingsprosessen som den siste faste råstoffkomponent. Den samlede blandingstid utgjorde ca. 15 minutter. Blandingene ble formet til steiner på en hydraulisk stempelpresse ved et pressetrykk på 40-50 MPa. De oppnådde tettheter for formstykkene i rå tilstand utgjorde 2,2 0 g/cm<3>. De tørkede steiner (24 timer ved 110 °C) ble brent i 4 timer ved forskjellige temperaturer (se tabellen), og oppvarmings- og avkjølingshastighetene utgjorde begge ca. 100 °C/h.

De målte egenskapsverdier for arbeidsmaterialprøvene var:

For arbeidsmaterialprøvene for brenningsserien 1000 °C/4h ble kryolittbestandigheten undersøkt. For dette formål ble teglsteiner med dimensjonene (ca.) 114 x 114 x 64 mm fremstilt med en sentral boring (diameter ca. 59 mm og boredybde ca. 40 mm). Ved teglsteinstesten ble en pulverblanding bestående av 60 vekt% kryolitt og 40 vekt% NaF anvendt. 160 g av denne pulverblanding ble fylt i boringen til de tørkede prøve-stykker og ble deretter kapslet med et lokk av arbeidsmateri-alet som skulle testes. Testtemperaturen var 950 °C, oppvarm-ingshastigheten 4 °C/min og holdetiden 24 h. Etter avsluttet forsøk ble teglsteinene skåret diagonalt, og som mål på kryolittbestandigheten ble den ødelagte flate vurdert (visuelt) .

På overraskende måte viser arbeidsmaterialprøvene fremstilt med SPL-materiale ingen forringelse av kryolittbestandigheten sammenlignet med prøven uten SPL-tilsetning, og omfanget av ødelagt flate er tendensmessig mindre.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for resirkulering av sterkt forurenset ovnsbrudd fra elektrolyseceller innen aluminiumindustrien, karakterisert ved at a) materialet forhåndsfindeles til en kornstørrelse < 10 mm, b) det på denne måte forbehandlede materiale kalsineres ved en temperatur fra 350 til 850 °C, c) det kalsinerte materiale blir deretter finmalt , d) det således opparbeidede materiale anvendes som råstoff i en andel på 0,1-12 vekt% av den samlede charge ved fremstilling av ildfaste produkter, spesielt av tette ildfaste sj amottesteiner.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kalsinering utføres ved en temperatur på ca. 650 °C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det således opparbeidede materiale anvendes som råstoff ved teglsteinfremstil-ling.

4. Ildfast stein, spesielt sjamottestein, karakterisert ved at chargen foruten det for ildfaste steiner vanlige bindemiddel, leire og sjamotte inneholder 5-10 vekt% av et råstoff som består av bruddmateriale fra aluminiumelektrolyseceller som er blitt kalsinert ved en temperatur på 350-850°C og malt til en kornstørrelse på < 0,5 mm.

5. Ildfast stein ifølge krav 4, karakterisert ved at det kalsinerte og malte ildfaste bruddmateriale fra aluminiumelektrolyseceller oppviser en midlere kjemisk sammensetning på

6. Råstoffmateriale for fremstilling av ildfaste keramiske produkter, så som sjamottesteiner, sjamottegranulater eller lignende, spesielt for anvendelse i aluminiumelektrolyseceller, spesielt som tilsetning til forøvrig vanlige råstoffblandinger, karakterisert ved at det består av ovnsbruddmateriale fra aluminiumelektrolyseceller kalsinert ved 350-850 °C henholdsvis glødet og eventuelt forurenset.

7. Materiale ifølge krav 6, karakterisert ved at det oppviser en korn-størrelse på under 0,5 mm.

8. Materiale ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det oppviser den føl-gende sammensetning:

9. Fremgangsmåte for fremstilling av et råstoffmateriale ifølge ett eller flere av kravene 6 til 8, karakterisert ved at bruddmateriale, spesielt fra underbygget for og/eller isolasjonsmateriale fra aluminiumelektrolyseceller, a) kalsineres hhv. glødes ved temperaturer fra 350 til 850 °C inntil ødeleggelse av forurensende stoffer, spesielt inntil ødeleggelse av cyanider, og inntil fortrinnsvis i det minste delvis oksidasjon av restkarbon, b) materialet behandlet ifølge a) avkjøles og males til en kornstørrelse < 0,5 mm.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at bruddmaterialet forhåndsfindeles til en kornstørrelse < 10 mm før temperaturbe-handlingen.