NO883954L - Fremgangsmaate for forbrenning av brukte beholderforinger fra fremstilling av aluminium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for forbrenning og bortskaffeise av brukte beholderforinger som dannes ved fremstillingen av aluminium.

Aluminium fremstilles konvensjonelt ved elektrolyse av alumina (AI2O3) som reduseres til metallisk aluminium. Reduksjonen skjer i et bad av smeltet kryolitt (3NaF.AlF3). Denne reduksjonsreaksjon skjer i et kar med en karbonholdig foring for kryolittbadet, og karet utgjør katode i en elektrolysereaksjon ved omtrent 87 0-982°C. Ved bruk over lengre tid nedbrytes den karbonholdige foringen i karet gradvist, og foringsmaterialet gjennomtrenges av materialene i karet, hvilket bevirker lekkasje av badet og aluminium-metaller.

Hundretusener tonn av brukte foringer dannes hvert år ved produksjon av aluminium. Brukte karbonholdige foringer inneholder som et resultat av bruken, nedbrytningen og gjennomtrengningen av materialer i badet betydelige mengder fluorider såvel som aluminium, alkalimetaller, nitrider og noe cyanid. Fordi brukte foringer består av forskjellige materialer som omfatter slikt farlig avfall som fluorider og cyanid har dannelsen, lagringen og bortskaffeisen av foringene miljømessig betydning. Fordi en betydelig andel av de brukte foringer er karbonholdig er forbrenning av disse brukte foringer en logisk måte å løse bortskaffelsesproble-mene på. Det finnes flere patenter som angår dette generelle konsept, men de fleste av disse, slik som US-Patent Nr. 4.444.740 og 4.053.375, angår enten minskning av et poten-sielt miljøproblem med utslipp fra forbrenningsanordningen eller gjenvinning av noe materiale som kan anvendes på nytt, slik som kreolitt eller fluorin fra foringene.

Forbrenning av brukte foringer utgjør et meget effektivt middel for å ødelegge den karbonholdige foringen og cyanid i denne, samt muliggjør at fluoridsaltene kan behandles på en mer hensiktsmessig måte enten i forbrenningsanordningen eller i prosesser etter forbrenningen. F.eks. i forbindelse med cyanid, ved temperaturer på omtrent 7 60°C, oksyderes cyanid til T$ 2, co2°9nitrogenoksyder. Stabil forbrenning av brukte foringer har blitt funnet å kreve temperaturer som overstiger 7 60°C. Ved disse temperaturer har mange partikler i foringene og aske fra disse tendenser til å agglomerere. Agglomereringen skyldes salter slik som alkalimetallsalter, halogensalter og siliciumsalter som reagerer og deretter smelter ved forbrenningstemperaturene. Disse reagerende og smeltende salter danner betingelser for agglomerering av partikler i foringene. Agglomerering av disse partikler hindrer at de forbrenner fullstendig. Dessuten er agglomereringen skadelig for forbrenningsanordninger og ødelegger evnen til de fleste forbrenningsanordninger til å fortsette å bringe partiklene i foringene i kontakt med luft for å opprettholde stabil forbrenning.

I forbrenningsanordninger med fluidisert skikt og forbrenningsanordninger med sirkulerende skikt har agglomereringen skadelig virkning på skiktene og deres evne til å bringe foringene i kontakt med luft for fullstendig, stabil forbrenning. En rapport laget for the United States Environmental Protecion Agency av Battelle Columbus Labo-ratories (Rapport nr. EPA-600/2-84-064, heretter kalt "Rapporten") angår problemet med agglomerering av foringer fra kar i forbrenningsanordninger med fluidisert skikt. Rapporten anså agglomerering av foringspartikler under forbrenning som et uløst problem som rapporten foreslo kunne løses bare ved å senke temperaturen i forbrenningsanordningen til under 760°C og akseptere ufullstendig men "vesentlig" forbrenning av foringen. Dessuten, mens rapporten omtalte bruken av kaolinleire sammen med aske fra forbrenningen av brukte foringer foreslo ikke Rapporten bruken av kaolinleire eller partikkelformede tilsetninger sammen med pulveriserte foringer, i motsetning til foringsaske, for fullstendig å forbrenne brukte foringer ved 760°C eller høyere.

Et formål med oppfinnelsen er å oppnå fullstendig forbrenning av brukte, karbonholdige karforinger som dannes under

produksjon av aluminium.

Et annet formål med oppfinnelsen er å hindre agglomerering av pulveriserte, karbonholdige foringer under forbrenningen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å komme frem til en sikker og økologisk akseptabel fremgangsmåte for bortskaf-felse av brukte foringer uten at skadelige materialer slippes ut i omgivelsene.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å utnytte foringene som en brennstoffkilde for dannelse av varmeenergi ved forbrenningen.

Disse og andre formål med oppfinnelsen vil fremgå klarere av den følgende, detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte for forbrenning av brukte karforinger som benyttes i aluminiumproduksjon. Fremgangsmåten omfatter at foringene males til en partikkelstørrelse som ikke er større enn omtrent 50 mm i noen dimensjon, at de malte foringer blandes med fra omtrent 1 til omtrent 20 vekt%, basert på vekten av foringene, en pulverformet tilsetning som har en midlere partikkelstørrelse som ikke er større enn 10 p i noen dimensjon, og at de malte foringer brennes i en forbrenningsanordning ved en temperatur i området fra omtrent 760°C til omtrent 1200°C, idet tilsetningen fysisk dekker de malte foringer og hindrer at disse agglomerer i forbrenningssonen i forbrenningsanordningen.

I denne sammenheng er brukte karforinger karbonholdige foringer som benyttes ved omdannelse av aluminiumoksyd til metallisk aluminium, hvilke foringer har begynt å nedbrytes eller har blitt gjennomtrengt av materialene som inneholdes i foringen.

I denne sammenheng er en forbrenningsanordning en anordning med et kammer der det skjer forbrenning.

I denne sammenheng er forbrenning med fluidisert skikt en fremgangsmåte for forbrenning av brennstoff der brennstoffet kontinuerlig tilfores i et skikt av reaktive eller inerte partikler som bæres av oppstrømmende luft som bevirker at skiktet oppfører seg som et turbulent fluid.

En forbrenningsanordning med fluidisert skikt omfatter et kammer med en bunn som er slisset, perforert eller utstyrt med dyser for jevn fordeling av oppstrømmende luft. Kammeret er delvis fylt med partikler under en viss størrelse som fluidiserer ved den luftstrømshastighet som kreves for forbrenning. Når fluidisering inntreffer, ekspanderer skiktet av material og oppviser egenskapene til en væske. Når lufthastigheten øker, blandes partiklene mer voldsomt, og overflaten av skiktet kan ha utseende som en kokende væske.

I denne sammenheng er en forbrenningsanordning med sirkulerende skikt en type forbrenningsanordning med fluidisert skikt der det fluidiserte skikt sirkulerer eller beveger seg gjennom mer enn en fysisk sone.

Et vesentlig aspekt ved oppfinnelsen er at høye temperaturer benyttes i forbrenningsanordningen for å sikre hovedsakelig fullstendig forbrenning og nedbrytning av foringene. Forbrenningsanordningen benyttes således fortrinnsvis for å brenne de malte, brukte foringer uten agglomerering under slike tilstander at karboninnholdet i asken fra de forbrente foringer ikke er større enn 5 vekt% av asken på grunn av forholdsvis liten oppholdstid i forbrenningsanordningen. I prosessen er luften i forbrenningsanordningen i området fra omtrent 1 til omtrent 10 sekunder før restene kommer ut fra forbrenningskammeret sammen med andre eksosgasser. Små partikler som opprinnelig generelt har en største dimensjon som er mindre enn omtrent 1,6 mm har en oppholdstid i forbrenningskammeret i området fra omtrent 2 sekunder til omtrent 15 minutter før restene feies ut av forbrenningskammeret, og dette området er fortrinnsvis fra omtrent 2 sekunder til omtrent 1 minutt. Større foringspartikler som har omtrent 1,6 mm eller mer som sin største dimensjon forblir i forbrenningskretsen og kan ha en oppholdstid i forbrenningsanordningen som er så lang som 1 time.

Tilsetningen er et inert, partikkelformet materiale. Inert, partikkelformet materiale betyr at materialet ikke smelter ved en temperatur i området fra omtrent 760°C til omtrent 1200°C, og ikke reagerer kjemisk med pulveriserte, brukte foringer i dette temperaturområdet, og det endrer ikke sin kjemiske tilstand dersom det brennes sammen med brennstoffer i dette temperaturområdet. Silikatmineraler med forholdsvis små mengder av alkalimetaller, omfattende natrium og kalium og halogener som omfatter fluorider, klorider og jodider, ikke mer enn omtrent 10 vekt% basert på vekten av mineralet, kan utgjøre tilsetningen. Nærmere bestemt kan kaolinleire og aluminasilikater med omtrent 38 vekt% aluminium eller mindre og omtrent 4 5 vekt% silika eller mer benyttes som tilsetning. Flyveaske og kullaske, der størstedelen er i form av ildfaste oksyder, slik som brunkullaske, kan også benyttes som tilsetning. Videre kan brunkull tilsettes forbrenningsanordningen, fortrinnsvis sammen med andre asker, for å utgjøre tilsetningen. Brunkullet bør ha et askeinnhold på i det minste omtrent 20 vekt%. Slikt kull og eventuell annen aske bør utgjøre den ønskede, samlede mengde av tilsetning.

Tilsetningen bør ikke være så findelt at det oppstår problemer med håndtering og lagring ved at det oppstår store mengder av støv. Til en tilsetning i meget findelt partik-kelform bør imidlertid ikke ha skadelig virkning på fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Den midlere partik-kelstørrelse i hvilken som helst dimensjon av tilsetningen er i området fra omtrent 0,6 til omtrent 5,0 um. I fremgangsmåten kan benyttes fra omtrent 1 til omtrent 20 vekt% tilsetning, basert på vekten av foringene. Fortrinnsvis benyttes det i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fra omtrent 10 til omtrent 15 vekt% tilsetning, basert på vekten av foringene.

Pulveriserte, brukte karforinger benyttes i fremgangsmåten. Etter fjernelse fra karene som benyttes i omdannelsen til aluminium findeles eller pulveriseres foringene f.eks. i en hammermølle, en kjeveknuser eller en hvilken som helst annen anordning for findeling av forholdsvis hardt materiale. I fremgangsmååten i henhold til oppfinnelsen bør foringspartiklene være mindre enn omtrent 50 mm i alle dimensjoner. Fortrinnsvis er den midlere, største dimensjon til partiklene av de malte, brukte foringer i området fra omtrent 6 mm til omtrent 25 mm, og omtrent 13 mm foretrekkes.

Forskjellige forbrenningsanordninger kan benyttes i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, omfattende anordninger med fluidiserte skikt, sirkulerende fluidiserte skikt, roterende ovner, multippelovner, brennere av syklontypen og andre typer forbrenningsanordninger som er egnet for forbrenning av brukte, pulveriserte karforinger når agglomerering er av betydning. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er imidlertid av særlig betydning ved brenning av malte, brukte karforinger i fluidiserte skikt og i sirkulerende fluidiserte skikt, fordi i slike forbrenningsanordninger hindrer ikke bare agglomereringen fullstendig forbrenning av foringene, men er også skadelig for skiktene i forbrenningsanordningene.

Fordi salter i foringene smelter og/eller reagerer og derved øker tendensen til at foringspartiklene agglomererer under forbrenningen av de malte, brukte foringer er det viktig for fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen at tilsetningen blandes med de malte foringer før forbrenningen eller i det minste før smeltereaksjonen eller faseovergangen til de malte foringer som utsettes for høye temperaturer på mer enn omtrent 7 60°C.

I en alternativ utførelse av oppfinnelsen oppsamles tilsetning som ikke danner belegg på foringene eller er tilknyttet aske fra de brente, malte foringer i et hus med en tekstil-filterpose når de kommer ut av forbrenningskammeret sammen med forbrenningsgasser. Den oppsamlede tilsetning og asken kan derved fores tilbake til forbrenningsanordningen som tilsetning for å belegge de malte, brukte foringer som føres inn i forbrenningsanordningen for å brennes. Avhengig av mengden av Hf-gass som følger med forbrenningsgassene og av hvor mye fjernelse av denne som kreves eller ønskes kan Hf-vaskere slik som en alumina-vasker benyttes i forbindelse med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen dersom uønskede mengder Hf-gass strømmer ut.

Det følgende eksempel er satt opp for å illustrere oppfinnelsen nærmere. Det skal imidlertid ikke oppfattes som noen begrensning av omfanget til oppfinnelsen, idet mange varianter er mulige.

EKSEMPEL

En forbrenningsanordning med sirkulerende skikt og et skiktareal med 90 cm innerdiameter oppvarmes til 816°C. Malte, brukte karforinger med en største dimensjon og omtrent 13 mm tilsettes det indre av forbrenningskammeret gjennom en sidevegg, ved hjelp av en transportør, i en mengde på 900 kg/time. En annen transportør reguleres for å transportere kaolinleire som har en midlere partikkelstørrelse på omtrent 2 um, og leder tilsetning gjennom den samme dør i sideveggen, og reguleres for å tilføre tilsetning som utgjør omtrent 20 vekt% basert på vekten av foringene som transporteres inn i forbrenningsanordningen. Luft i forbrenningsanordningen har en oppholdstid på omtrent 2 sekunder.

Oppholdstiden til partiklene som har en største dimensjon på 1,6 mm eller mer er omtrent 1 time. Det nederste parti av forbrenningskammeret er utstyrt med en skruetransportør for å fjerne brente partikler som har en største dimensjon på

1,6 mm eller mer. Skruetransportøren arbeider med en mengde på omtrent 225 kg/time.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for forbrenning av karforinger som benyttes i aluminiumproduksjon, omfattende at foringene males til en partikkelstørrelse som ikke er større enn omtrent 50 mm i noen dimensjon, at de malte foringer blandes med omtrent 1 til omtrent 20 vekt%, basert på vekten av foringene, av en pulverformet tilsetning som har en midlere partikkelstørrelse som ikke er større enn 10 ym, og at de malte foringer brennes i en forbrenningsanordning ved en temperatur i området fra 760°C til omtrent 1200°C, idet tilsetningen belegger de malte foringer og hindrer at disse agglomererer i forbrenningssonen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at tilsetningen er et inert materiale som ikke smelter ved en temperatur i et område fra omtrent 760°C til omtrent 1200°C og ikke reagerer kjemisk med de malte foringer.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at tilsetningen er et silikatmineral med ikke mer enn 10 vekt%, basert på vekten av mineralet, av alkalimetaller og halogener.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at tilsetningen er kaolinleire.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at den midlere partikkelstørrelse til de malte foringer er mellom omtrent 6 mm og omtrent 25 mm og at den midlere partikkelstørrelse til tilsetningen er mellom omtrent 0,6 um og omtrent 5 ym.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at tilsetningen er aske, idet størstedelen av denne er i form av ildfaste oksyder.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at brunkull tilsettes forbrenningsanordningen sammen med asken, idet kullet har et askeinnhold på i det minste omtrent 20 vekt% basert på vekten av kullet, idet brenningen av kullet i forbrenningssonen i forbrenningsanordningen danner ytterligere inert aske for belegging av de malte foringer.

8. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at fra omtrent 10 til omtrent 15 vekt% av pulverformet tilsetning, basert på vekten av foringene, blandes med disse, og at karboninnholdet i asken fra de forbrente foringer ikke er større enn omtrent 5 vekt%.

9. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at forbrenningsanordningen er en anordning med fluidisert skikt.

10. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at forbrenningsanordningen er en anordning med sirkulerende skikt.