NO319478B1 - Fremgangsmate og anordning for tilsetning av pulver til ei metallsmelte - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for å fjerne alkalier som Na, K og Ca fra lettmetallsmelter gjennom tilsetning av AIFpulver. Pulveret tilsettes smelta i en lukket beholder (7) i fravær av luft, idet pulveret tilføres smelta via et tettsluttende rør (4) som munner ut i et spredemunnstykke (3) for pulveret.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fjerning av alkalier fra ei lettmetallmelte som angitt i innledningen til patentkrav 1. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for gjennomføring av fremgangsmåten, som angitt i innledningen til patentkrav 5.

Bakgrunn

Ved primær produksjon av aluminium vil det, når aluminium taes ut av elektrolysecellen, innholde ca 100 ppm Na, pluss andre alkalier. Krav til utstøpt metall er som regel <20 ppm Na, i enkelte tilfeller < 5 ppm.

Oet er kjent fra markedet og litteraturen at det oppnås god fjerning av Na fra aluminiumsmelte ved:

- Bruk av Cl2(g) hvor det dannes NaCl [Na + ' Å Cl2(g) = NaCl].

Dette er en effektiv metode, men bruk av klor er ikke tilrådelig når man tenker på farene som er forbundet med klor samt korrosjon problemer som kan oppstå i et støperi. Men klor benyttes for komme ned mot 1 ppm Na.

- Tilsats av AIF3 pulver til aluminiumsmelte, hvor det dannes NaF eller NajAIF6

på overflata til A1F3 partiklene.

Fra litteraturen er det kjent at TAC prosessen benytter A1F3 til fjerning av Li og Na med mer fra aluminium (Ghyslain Dubé and V.J. Newberry: TAC- A novel process for removal of lithium and other alkalis in primary aluminium. TMS Light Metals 1983, pp 991 - 1003). I Norge er RAM prosessen (Bjørn Rasch, Erling Myrbostad and Kjell Hafsås: Refining of potroom metall using THE HYDRO RAM CRUCIBLE FLUXING PROCESS. TMS Light Metals 1998, pp 851 - 854) utviklet av Hydro Aluminium og tatt i bruk ved Sunndal Verk og Høyanger Verk.

Både TAC- og RAM-prosessen eksponerer overflata av aluminiumsmelta mot luft, noe som gir oksidasjon av metallet. Varmetapet under behandlingen er også stort.

Formål

Hovedmålet med oppfinnelsen er å redusere eller fjerne disse ulempene og komme frem til en anordning som er gunstig med hensyn til miljøvennlighet, bygging, drift og vedlikehold. Det er et særlig formål å komme frem til en anordning som forhindrer oksidering av smelta og redusere varmetapet, samt gjenvinner avgangsproduktene på en enkel måte.

Oppfinnelsen

I henhold til et første aspekt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte som angitt i patentkrav 1.1 henhold til ett ytterligere aspekt angår oppfinnelsen en anordning som angitt i patentkrav S. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen'fremgår av de uselvstandige patentkrav.

Denne oppfinnelsen virker ved at over en digel som inneholder aluminiumsmelte, anordnes et lokk som er forsynt med et reaksjonskammer hvor smelta behandles med AIF3 pulver tilføres uten at luft kommer inn i reaksjonskammeret..

Smelta kan bringes opp i reaksjonskammeret ved prinsippelt to forskjellige måter:

1) Smelta suges opp, fra en digel som inneholder ei aluminiumsmelte, inn et reaksjonskammer ved hjelp av en ejektor som danner et undertrykk i reaksjonskammeret. 2) En gass, argon eller nitrogen, tilføres en tett digel som inneholder en smelte av aluminium. Gasstrykket reguleres slik at smelta presses opp i reaksjonskammeret.

Eksempel

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det etterfølgende med hjelp av figuren som viser ei prinsippskisse,

Når smelta inne i reaksjonskammeret 1 har nådd riktig nivå 2, blir AIF3 pulver pluss en inert gass (f eks Ar eller N2) tilsatt via en rotor 3. Når rotoren tilføres gass, som sammen med AIF3 - partiklene, via et rør 4 som har utløp inni rotoren 3, strømmer den ut i smelta og stiger mot overflaten, hvilket bevirker at smelte også går oppover. Men samme mengde smelte strømmer nedover gjennom en kanal 5 som også virker som en strømningsbryter inne i reaksjonskammeret 1. Dette betyr at smelta som befinner seg i digelen blir behandlet flere ganger. Reaktorkammeret 1 er montert på et digellokket 6 som står oppå en digel 7. Smelta kommer inn i reaktorkammeret 1, enten ved at et gasstrykk fra gassrøret 8 presser smelteoverflatens nivå 9 inne i digelen ned, eller at en ejektor 10 danner et undertrykk over nivå 2. Ejektoren 10 sørger for at gasspartikler som kommer inn i rotoren 3 og passerer overflata ved nivå 2, suges ut og inn i en syklon 11 hvor partiklene skilles ut og avgassen slippes ut, enten til atmosfæren eller til et sentralt gassrenseanlegg. Rotoren 3 blir drevet av motoren 12. Tilførselsrøret 4, som går gjennom motoren 12 og ned til rotoren 3, far tilført gass ved 13 og AIF3 partikler mates inn fra siloen 14 ved hjelp av en skruemater 15 inn i røret 4. Rotoren 3 koblet til motoren 12 ved hjelp av akslingen 16. Akslingen 16 går gjennom en pakning

17 som sørger for at gasslekkasjer unngås.

Som tidligere nevnt foregår følgende reaksjon:

Som kjent ved aluminiumfremstilling, tilsettes AIF3 til elektrolysebadet for holde ønsket surhetsgrad i badet. Ved å benytte A1F3 til å fjerne Na fra aluminiumsmelta, som er tatt ut av cellen, kan Na returneres sammen med AIF3 tilbake til elektrolysecellen.

Grunnen til at AIF3(s) er så effektiv, er at reaksjonen foregår kun på overflata av A1F3 - partikkelen. Det benyttes ca 2 kg AIF3 per tonn smelte for å fjerne ca 100 g løst Na. Ved å benytte en apparatur, hvor prinsippet er vist på figuren, kan man lett samle opp AIF3 partiklene i en syklon. Det dannede Na3AlF6 legger seg på overflata av A1F3 - partikkelen.

Rotoren 3 som tenkes anvendt er beskrevet i norsk patentskrift 307289.

I reaksjonskammeret kan, om ønskelig, aktive gasser, f eks klor, ledes til smelta gjennom rotoren uten lekkasje til omgivelsene.

Fordelene med den oppfinnelsen er i forhold til de apparaturer som er gitt i Ghyslain Dubé and V.J. Newberry: TAC- A novel process for removal of lithium and other alkalis in primary aluminium. TMS Light Metals 1983, pp 991 - 1003 og Bjørn Rasch, Erling Myrbostad and Kjell Hafsås: Refining of potroom metal usingTHE HYDRO RAM CRUCIBLE FLUXING PROCESS. TMS Light Metals 1998, pp 851 - 854 er: Reaksjonen foregår uten at oksidering av aluminium, på grunn av at luft ikke kommer inn i reaksjonskammeret.

Reaksjonskammeret kan enkelt varmeisoleres.

Retur av A1F3- partikler fra reaksjonskammeret samles enkelt opp i syklonen. Metoden er velegnet, også om det er lite metall i transportdigelen.

Ved å bruke rotoren som er beskrevet i norsk patentskrift 307 289 oppnås meget turbulente forhold i reaktorkammeret samtidig som smelteoverflata i transportdigelen vil være i ro. Prosessen er miljøvennlig, på grunn av at den er lukket. Avgassen kan enkelt knyttes til eksisterende renseanlegg.

Ettersom trykket over smeltenivået i reaktorkammeret er vesentlig lavere enn atmosfære-trykket, samtidig som det er høg turbulens, vil mye natrium forsvinne sammen med avgassen. Reaksjonen som skjer er: Na = Na(g), (Na = natrium løst i smelte).

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å fjerne alkalier, så som Na, K og Ca, fra ei lettmetallsmelte gjennom tilsetning av A1F3 pulver, karakterisert ved at pulveret tilsettes smelta i en lukket beholder i fravær av luft, idet pulveret tilføres smelta via et tettsluttende rør som munner ut i et spredemunnstykke for pulveret.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at pulveret føres gjennom det tettsluttende rør ved hjelp av en inert drivgass.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkravene 1-2, karakterisert ved at smelta blir anordnet i en lukket beholder, hvor det over smelta befinner seg en inert gass.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at lettmetallsmelta er ei aluminiumsmelte.

5. Anordning for tilsetning av pulver til ei metallsmelte i en lukket beholder, karakterisert ved at den omfatter en tett beholder eller en digel (7) med tettsluttende lokk (6) samt et til beholderen tett anordnet rør (4) innrettet for tilførsel av pulver, hvilket rør munner ut i et spredemunnstykke (3) for pulveret.

6. Anordning i samsvar med patentkrav 5, karakterisert ved at spredemunnstykket (3) består av eller omfatter en rotor.

7. Anordning i samsvar med patentkrav 6, karakterisert ved at rotoren (3) omfatter minst ett ringrom konsentrisk rundt et sentralt hulrom.

8. Anordning i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at den lukkete beholderen (6) omfatter minst ett nedre oppholdskammer (7) for smelta og minst ett øvre reaksjonskammer (1) for tilsetning av A1F3 pulver, og at den omfatter en innretning for å bringe smelte til å sirkulere fra det nedre oppholdskammer til det øvre reaksjonskammeret.

9. Anordning i samsvar med patentkrav 8 karakterisert ved at innretningen for sirkulering av smelte er basert på en ejektor innrettet til å danne et undertrykk i reaksjonskammeret (1).

10. Anordning i samsvar med patentkrav 8, karakterisert ved at innretningen for sirkulering av smelte er basert på bruk av en tilførsel (8) for inert gass under overtrykk i oppholdskammeret (7).