RU2789121C2

RU2789121C2 - Method for production of thermally processed material

Info

Publication number: RU2789121C2
Application number: RU2021106374A
Authority: RU
Inventors: Роланд ШАРФ-БЕРГМАН
Original assignee: Норск Хюдро Аса
Priority date: 2018-08-15
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2023-01-30

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to non-ferrous metallurgy; it can be used in the production of primary and secondary aluminum. A method for the production of secondary aluminum includes provision of aluminum scrap to be thermally processed and carbon scrap from an electrolysis cell for the production of primary aluminum, introduction of aluminum scrap into a furnace, processing of carbon scrap to obtain fuel of scrap having an average particle size of 10-300 mcm, thermal processing, and melting of aluminum scrap, using energy obtained by means of transportation of the specified fuel of scrap to flame of a burner and combustion of fuel of scrap for the production of secondary aluminum.

EFFECT: invention allows for disposal of degraded elements of electrolyzers containing carbon, as well as elimination of the use of methods for generation of water steam energy or electrical energy.

14 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к способу производства вторичного алюминия из скрапа с использованием, кроме того, скрапа, полученного из электролизной ячейки (электролизера), производящей первичный алюминий, в качестве вторичного/дополнительного твердого топлива.The present invention relates to a method for the production of secondary aluminum from scrap, using, in addition, scrap obtained from an electrolysis cell (cell) producing primary aluminum as a secondary/additional solid fuel.

Уровень техникиState of the art

Первичный алюминий обычно производят путем плавления глинозема (оксида алюминия) в электролизной ячейке в соответствии с известным процессом Холла-Эру. Такая электролизная ячейка обычно содержит корпус с боковыми стенками и нижней стенкой (днищем), обычно облицованными огнеупорным материалом, образующими реакционную камеру. Вверху реакционной камеры размещен угольный анод, а на нижней стенке реакционной камеры или вблизи неё размещен угольный катод. Катоды и аноды часто называют также электродами. В некоторых конструкциях электролизной ячейки, кроме того, угольный материал электрода может присутствовать на боковых сторонах реакционной камеры. В реакционную камеру загружают также криолит (фтористый алюминий) и оксид алюминия, и при протекании между катодом и анодом электрического тока требуемой величины оксид алюминия восстанавливается до алюминия, который накапливается на днище реакционной камеры, за счет катодной реакции, протекающей в реакционной камере. Primary aluminum is usually produced by melting alumina (alumina) in an electrolysis cell according to the known Hall-Héroult process. Such an electrolysis cell typically comprises a body with side walls and a bottom wall (bottom), usually lined with a refractory material, forming a reaction chamber. A carbon anode is placed at the top of the reaction chamber, and a carbon cathode is placed on or near the bottom wall of the reaction chamber. Cathodes and anodes are also often referred to as electrodes. In some electrolysis cell designs, in addition, carbon electrode material may be present on the sides of the reaction chamber. Cryolite (aluminum fluoride) and aluminum oxide are also loaded into the reaction chamber, and when an electric current of the required value flows between the cathode and anode, aluminum oxide is reduced to aluminum, which accumulates on the bottom of the reaction chamber due to the cathodic reaction occurring in the reaction chamber.

Вторичный алюминий обычно получают путем переплавки алюминия, например, из алюминиевого скрапа, образовавшегося по окончании срока эксплуатации изделия из алюминия (после того, как продукт из алюминия пользователем уже не используется), или из производственного алюминиевого скрапа, который образуется в процессе производства изделия из алюминия (например, при выштамповке отверстий для окон в металлических листах, из которых изготавливают двери автомобилей). Процесс производство вторичного алюминия может быть повторен многократно. Recycled aluminum is usually obtained by remelting aluminum, for example, from scrap aluminum formed at the end of the life of the aluminum product (after the aluminum product is no longer used by the user), or from industrial aluminum scrap, which is formed during the production of the aluminum product (for example, when punching holes for windows in metal sheets from which car doors are made). The process of producing secondary aluminum can be repeated many times.

Хотя для производства вторичного алюминия обычно требуется меньшее количество энергии, чем для производства первичного алюминия, нельзя сказать, что это количество энергии является незначительным. Во вторичном алюминии во многих случаях качество металла снижается с каждым повторным циклом вследствие недостатков при разделении материала на частицы, не содержащие примесей, и на примеси, что приводит к низкой эффективности удаления образовавшихся накоплений. Кроме того, практически весь имеющийся в наличии вторичный алюминий первоначально был произведен как первичный алюминий, и вследствие роста мирового спроса на алюминий не весь спрос может быть удовлетворен вторичным алюминием. Это означает, что производство первичного алюминия будет продолжаться. Although the production of recycled aluminum usually requires less energy than the production of primary aluminum, this amount of energy cannot be said to be negligible. In recycled aluminum, in many cases, the quality of the metal decreases with each recycle due to shortcomings in the separation of the material into particles that do not contain impurities, and into impurities, which leads to a low efficiency in removing the resulting accumulations. In addition, virtually all available recycled aluminum was originally produced as primary aluminum, and due to the growth in global demand for aluminum, not all demand can be met by recycled aluminum. This means that primary aluminum production will continue.

При осуществлении процесса Холла-Эру происходит деградация (расходование) элементов конструкции электролизной ячейки, содержащих уголь, т.е. катода и анода или, другими словами, совместно используемых электродов, и необходима их замена. Поскольку при осуществлении процесса Холла-Эру происходит диффузия атомов из криолита и примесей, присутствующих в глиноземе (оксиде алюминия), в элементы электролизера, содержащие уголь, утилизация деградированных элементов электролизной ячейки, содержащих уголь, является затруднительной из-за опасности для здоровья и окружающей среды, которую представляют собой эти элементы конструкции. During the implementation of the Hall-Héroult process, degradation (expenditure) of the structural elements of the electrolysis cell containing coal occurs, i.e. cathode and anode or, in other words, shared electrodes, and need to be replaced. Because the Hall-Héroult process diffuses atoms from the cryolite and impurities present in alumina (alumina) into the electrolyzer elements containing carbon, the disposal of degraded electrolysis cell elements containing carbon is difficult due to health and environmental hazards. , which these structural elements represent.

Из патентного документа US 4927459 известно, что в печах, работающих с открытым пламенем во внутреннем пространстве печи, в качестве присадки к топливу используется отработанная футеровка благодаря содержанию в ней углерода. В указанном патентном документе сообщается, что вовлечение в технологический процесс, осуществляемый в таких печах, отработанной футеровки позволяет поддерживать желаемую температуру с использованием горелки, работающей при значительно меньшей производительностью, чем полная производительность; сообщается также, что печи с открытым пламенем являются предпочтительными для целей превращения определенных, обычно опасных включений, присутствующих в отработанной футеровке, в безопасные газообразные оксиды, накапливания их в дымовых газах и возможного извлечения. Например, цианиды могут быть превращены в оксиды углерода и оксиды азота. Однако при создании настоящего изобретения было установлено, что такой метод является нежелательным, поскольку, вопреки изложенному в указанном патентном документе, в дроссе, который образуется внутри камеры печи, остаются вредные остаточные вещества в том случае, если в камеру печи вводят отработанную футеровку. Соответственно, при разработке настоящего изобретения было обнаружено, что метод, изложенный в упомянутом патентном документе, не решает проблему обезвреживания отработанной футеровки, а лишь заменяет указанную проблему на проблему обезвреживания загрязненного дросса. Помимо этого, было обнаружено, что при производстве вторичного алюминия качество полученного вторичного алюминия является низким в том случае, если отработанная футеровка вводится во внутреннее пространство печи в достаточно большом количестве, при этом производительность горелки значительно снижается. Имеются основания полагать, что этот эффект обусловлен загрязнениями, содержащимися в отработанной футеровке. From patent document US 4927459 it is known that in furnaces operating with an open flame in the interior of the furnace, spent lining is used as a fuel additive due to its carbon content. Said patent document teaches that incorporating a spent lining into the process carried out in such furnaces makes it possible to maintain the desired temperature using a burner operating at a significantly lower capacity than full capacity; open flame furnaces are also reported to be preferred for the purpose of converting certain, normally hazardous, impurities present in spent linings into harmless gaseous oxides, accumulating them in flue gases and eventual recovery. For example, cyanides can be converted to carbon oxides and nitrogen oxides. However, the present invention has found that such a method is undesirable because, contrary to what is stated in said patent document, harmful residues remain in the dross that forms inside the furnace chamber if the spent lining is introduced into the furnace chamber. Accordingly, during the development of the present invention, it was found that the method set forth in the said patent document does not solve the problem of disposal of spent lining, but only replaces this problem with the problem of disposal of contaminated dross. In addition, it has been found that in the production of recycled aluminum, the quality of the obtained recycled aluminum is low if the spent lining is introduced into the interior of the furnace in a sufficiently large amount, while the productivity of the burner is significantly reduced. There are reasons to believe that this effect is due to contaminants contained in the spent lining.

В соответствии с изложенным желательно обеспечить эффективный способ утилизации деградированных элементов электролизера, содержащих углерод. Кроме того, желательно обеспечить более эффективный способ производства первичного и вторичного алюминия.In accordance with the foregoing, it is desirable to provide an efficient method for the disposal of degraded cells containing carbon. In addition, it is desirable to provide a more efficient method for the production of primary and secondary aluminum.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

При создании настоящего изобретения было обнаружено, что указанные выше и другие задачи могут быть решены за счет получения скрапа/вторичного топлива и за счет использования топлива из скрапа для термической обработки материала так, как это описано ниже. Соответственно, согласно одному аспекту изобретение обеспечивает способ производства термически обработанного материала, например, вторичного алюминия, при этом способ включает обеспечение материала, подлежащего термической обработке, например, скрапа, содержащего алюминий (алюминиевого скрапа), обеспечение скрапа, содержащего уголь (угольного скрапа), из электролизной ячейки, предназначенной для производства первичного алюминия, подачу материала, подлежащего термической обработке, в печь, например, во вращающуюся печь, обработку угольного скрапа с получением из скрапа топлива, и термическую обработку материала, например, алюминиевого скрапа, в печи, с использованием энергии, получаемой при сжигании топлива из скрапа, для производства термически обработанного материала, например, вторичного алюминия. Способы в соответствии с изобретением обеспечивают возможность производства материального продукта и позволяют исключить использование способов генерирования энергии, например, способов генерирования водяного пара или электрической энергии.It has been found in the course of the present invention that the above and other objectives can be achieved by making scrap/secondary fuel and by using fuel from the scrap to heat treat the material as described below. Accordingly, according to one aspect, the invention provides a method for producing a heat-treated material, such as recycled aluminum, the method comprising providing a material to be heat-treated, such as aluminum-containing scrap (aluminum scrap), providing coal-containing scrap (coal scrap), from an electrolysis cell for producing primary aluminum, supplying the material to be heat treated to a furnace, such as a rotary kiln, processing coal scrap to produce fuel from the scrap, and heat treating the material, such as aluminum scrap, in a furnace using energy from scrap fuel combustion to produce heat-treated material such as recycled aluminium. The methods according to the invention enable the production of a material product and avoid the use of power generation methods, for example steam or electric power generation methods.

В частности, и, как отмечено выше, было обнаружено, что с учетом всей технологической цепочки производственного процесса, алюминий может быть получен с большей эффективностью, если при производстве вторичного алюминия используются отходы производства первичного алюминия в соответствии с изложенным ниже. In particular, and as noted above, it has been found that considering the whole process chain of the production process, aluminum can be obtained with greater efficiency if primary aluminum waste is used in the production of secondary aluminum in accordance with the following.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение обеспечивает способ производства вторичного алюминия, при этом способ включает обеспечение алюминиевого скрапа, например, имеющего первое, более низкое определенное содержание алюминия, обеспечение угольного скрапа из электролизной ячейки для производства первичного алюминия, подачу алюминиевого скрапа во вращающуюся печь, обработку угольного скрапа с получением из скрапа топлива, плавление алюминиевого скрапа во вращающейся печи, используя энергию, получаемую при сжигании топлива из скрапа, с получением вторичного алюминия, например, имеющего второе, более высокое, определенное содержание алюминия.According to another aspect, the present invention provides a method for producing secondary aluminum, the method comprising providing scrap aluminum, for example, having a first, lower defined aluminum content, providing coal scrap from a primary aluminum electrolysis cell, feeding aluminum scrap to a rotary kiln, processing coal scrap to produce scrap fuel, melting scrap aluminum in a rotary kiln using the energy generated by burning the scrap fuel to produce recycled aluminium, for example having a second, higher defined aluminum content.

Обычно угольный скрап размещают в качестве отходов производства в местах хранения отходов. В соответствии с воплощениями настоящего изобретения угольный скрап может быть получен из анода и/или катода электролизной ячейки.Typically, coal scrap is disposed of as production waste in waste storage areas. According to embodiments of the present invention, scrap coal can be obtained from the anode and/or cathode of an electrolysis cell.

В соответствии с воплощениями изобретения алюминиевый скрап может представлять собой дросс, полученный в результате плавления алюминия и литья алюминия.In accordance with embodiments of the invention, aluminum scrap may be dross obtained by melting aluminum and casting aluminum.

В соответствии с воплощениями изобретения алюминиевый скрап может представлять собой скрап, содержащий алюминий, из которого было изготовлено изделие, срок эксплуатации которого закончился (т.е. скрап из отработанного алюминия), или производственный алюминиевый скрап.In accordance with embodiments of the invention, aluminum scrap can be scrap containing aluminum from which an end-of-life product was made (ie, waste aluminum scrap) or industrial aluminum scrap.

В соответствии с воплощениями изобретения в состав алюминиевого скрапа может быть включен материал ванны электролизной ячейки, содержащий фтор.In accordance with the embodiments of the invention, the composition of the aluminum scrap can include the material of the bath of the electrolysis cell containing fluorine.

В соответствии с воплощениями изобретения обработка угольного скрапа может включать механическую обработку, включающую дробление и/или измельчение угольного скрапа. In accordance with embodiments of the invention, the processing of scrap coal may include mechanical processing, including crushing and/or grinding coal scrap.

В соответствии с воплощениями изобретения угольный скрап может быть подвергнут механической обработки так, чтобы получить частицы, размер которых находится в интервале от 10 мкм до 300 мкм, в частности, от 50 мкм до 100 мкм. According to embodiments of the invention, scrap coal can be mechanically processed so as to obtain particles whose size is in the range of 10 µm to 300 µm, in particular 50 µm to 100 µm.

В соответствии с воплощениями изобретения полученное из угольного скрапа топливо может быть введено пневматическим способом в пламя горелки для получения тепловой энергии, необходимой для плавления алюминиевого скрапа.In accordance with embodiments of the invention, scrap coal-derived fuel may be pneumatically introduced into a burner flame to provide the thermal energy needed to melt aluminum scrap.

В соответствии с воплощениями изобретения полученное из скрапа топливо может быть введено в пламя горелки посредством диспергирования в жидкое топливо, в частности, в нефть, для получения тепловой энергии, необходимой для плавления алюминиевого скрапа.In accordance with embodiments of the invention, the scrap-derived fuel can be introduced into a burner flame by dispersion into a liquid fuel, in particular oil, to provide the thermal energy needed to melt the aluminum scrap.

В соответствии с воплощениями изобретения горелка может работать, по меньшей мере, с частичным использованием природного газа для создания пламени.In accordance with embodiments of the invention, the burner may operate at least in part using natural gas to create a flame.

В соответствии с воплощениями изобретения, в отношении теплоты сгорания топлива следует отметить, что, по меньшей мере, 30%, в частности, по меньшей мере, 50% тепловой энергии, необходимой для плавления алюминиевого скрапа, может быть обеспечено указанным топливом из скрапа.In accordance with embodiments of the invention, with regard to the calorific value of the fuel, it should be noted that at least 30%, in particular at least 50% of the thermal energy required to melt aluminum scrap can be provided by said scrap fuel.

В соответствии с воплощениями изобретения в дополнение к алюминиевому скрапу во вращающуюся печь могут быть введены хлористые соли, в частности, NaCl и/или KCl и/или соль фтористого соединения, в частности, CaF₂.According to embodiments of the invention, chloride salts, in particular NaCl and/or KCl and/or a salt of a fluoride compound, in particular CaF ₂ , can be introduced into the rotary kiln in addition to aluminum scrap.

В соответствии с воплощениями изобретения содержание фтора во вращающейся печи регулируют путем изменения отношения количества материала ванны электролизной ячейки к количеству алюминиевого скрапа. According to embodiments of the invention, the fluorine content in the rotary kiln is controlled by changing the ratio of the electrolysis cell bath material to the amount of aluminum scrap.

В соответствии с воплощениями изобретения в качестве окислителя для сжигания топлива из скрапа может быть использован кислород с чистотой 50% или более, в частности, 80% или более.According to embodiments of the invention, oxygen with a purity of 50% or more, in particular 80% or more, can be used as the oxidant for scrap fuel combustion.

В соответствии с воплощениями изобретения в качестве окислителя для сжигания топлива для скрапа может быть использован воздух. In accordance with embodiments of the invention, air may be used as the oxidant for burning scrap fuel.

В соответствии с воплощениями изобретения в качестве окислителя для сжигания топлива для скрапа может быть использован воздух, обогащенный кислородом. In accordance with embodiments of the invention, oxygen enriched air may be used as the oxidant for burning scrap fuel.

В соответствии с воплощениями изобретения отходящий газ, образовавшийся при плавлении алюминиевого скрапа во вращающейся печи, может быть введен в пламя горелки с целью дожигания. In accordance with embodiments of the invention, the off-gas generated from the melting of aluminum scrap in a rotary kiln may be introduced into a burner flame for post-combustion purposes.

В соответствии с воплощениями изобретения кислород может быть направлен в поток отходящего газа для дожигания через горелку или через отдельную фурму. In accordance with embodiments of the invention, oxygen may be directed to the off-gas stream for post-combustion via a burner or via a separate lance.

В соответствии с воплощениями изобретения дополнительно обеспечивается способ производства алюминия, включающий перемещение потока массы в замкнутом контуре (например, включающий перемещение потока массы, главным образом, в замкнутом контуре), при этом способ включает производство первичного алюминия с использованием электролизной ячейки, производство продуктов из первичного алюминия и вторичного алюминия, получение алюминиевого скрапа из указанных продуктов (скрапа из отработанного алюминия после выхода из строя изделий, изготовленных из этого алюминия) или в процессе производства продукта (производственный скрап), получение угольного скрапа из электролизной ячейки и производство вторичного алюминия из алюминиевого скрапа и угольного скрапа в соответствии с описанным выше способом. In accordance with embodiments of the invention, there is further provided a process for producing aluminum, comprising moving a mass flow in a closed loop (for example, including moving a mass flow, mainly in a closed loop), the method including the production of primary aluminum using an electrolysis cell, the production of products from primary aluminum and recycled aluminum, obtaining aluminum scrap from these products (scrap from waste aluminum after the failure of products made from this aluminum) or in the production process of the product (production scrap), obtaining carbon scrap from the electrolysis cell and producing secondary aluminum from aluminum scrap and coal scrap in accordance with the method described above.

В соответствии с воплощениями изобретения способ может дополнительно включать использование материала ванны электролизной ячейки и производство вторичного алюминия из алюминиевого скрапа с использованием также угольного скрапа и материала ванны. Указанный материал ванны может быть негорючим материалом.In accordance with embodiments of the invention, the method may further include using the bath material of the electrolysis cell and producing recycled aluminum from aluminum scrap using also coal scrap and bath material. Said bath material may be a non-combustible material.

Способы в соответствии с изобретением позволяют отделить вредные компоненты, присутствующие в составе угольного скрапа, полученного из электролизной ячейки (например, содержащиеся в отработанной футеровке), от материала, подлежащего термической обработке, и в результате эти вредные компоненты не могут оказывать пагубное влияние на обрабатываемый материал. The methods according to the invention separate harmful components present in the composition of the coal scrap obtained from the electrolysis cell (for example, contained in the spent lining) from the material to be heat treated, and as a result, these harmful components cannot have a detrimental effect on the material being processed. .

Хотя способы в соответствии с настоящим изобретением описаны, главным образом, в связи с производством вторичного алюминия, эти способы могут быть использованы для термической обработки в печи любого материала.Although the methods of the present invention have been described primarily in connection with the production of recycled aluminium, these methods can be used to heat treat any material in a furnace.

В соответствии с воплощениями изобретения полученное из скрапа топливо не вводится в камеру (во внутреннее пространство) печи, а сжигается снаружи печи. То есть, в соответствии с воплощениями изобретения топливо из скрапа не вступает в контакт с материалом, подлежащим термической обработке, например, с алюминиевым скрапом, который загружают в печь, например, внутрь камеры печи.In accordance with the embodiments of the invention, the fuel obtained from the scrap is not introduced into the chamber (inner space) of the furnace, but is burned outside the furnace. That is, according to embodiments of the invention, scrap fuel does not come into contact with the material to be heat treated, such as aluminum scrap, which is loaded into the furnace, for example, inside the furnace chamber.

Краткое описание чертежаBrief description of the drawing

Представленная фигура схематически иллюстрирует способ согласно воплощению изобретения. The present figure schematically illustrates a method according to an embodiment of the invention.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает производство вторичного алюминия (алюминия, который не производят непосредственно из оксида алюминия) из алюминиевого скрапа. Как показано на фиг.1, электролизная ячейка 10 производит первичный алюминий 15 из оксида алюминия (не показан). Обычно это достигается путем осуществления процесса Холла-Эру, включающего прохождение электрического тока от катода, размещенного на нижней стороне электролизной ячейки, через реакционную камеру электролизной ячейки 10, к аноду, размещенному на верхней стороне электролизной ячейки 10. Реакционная камера заполнена оксидом алюминия и криолитом (Na₃AlF₆) и, при необходимости, другими добавками, в частности, фторидом лития. Анод и катод содержат углерод. Хотя анод расходуется с большей скоростью по сравнению с катодом за счет окисления углерода, которое происходит в процессе восстановления оксида углерода, катод также изнашивается (расходуется) со временем и в конце концов должен быть заменен. Поскольку и анод и катод вступают в реакционной камере в контакт с фтором или фторсодержащими соединениями, использованные аноды и катоды (называемые также «израсходованными»), могут содержать фтор. Израсходованные/использованные аноды и/или катоды электролизной ячейки 10 в соответствии с настоящим изобретением именуются как угольный скрап 20. Другими побочными продуктами производства первичного алюминия в электролизной ячейке 10 являются материал 25 ванны и смесь, образованная из примесей, содержащихся в глиноземе, криолита/добавок, и примесей, содержащихся в аноде/катоде и в самой электролизной ячейке, которые накапливаются вверху реакционной камеры электролизной ячейки 10 и периодически удаляются. Материал 10 ванны может содержать значительное количество фтора (F).The process according to the invention enables the production of recycled aluminum (aluminum that is not produced directly from alumina) from aluminum scrap. As shown in FIG. 1, electrolysis cell 10 produces primary aluminum 15 from alumina (not shown). This is usually achieved by a Hall-Heroult process involving the passage of an electric current from a cathode located on the underside of the electrolysis cell, through the reaction chamber of the electrolysis cell 10, to an anode located on the upper side of the electrolysis cell 10. The reaction chamber is filled with alumina and cryolite ( Na ₃ AlF ₆ ) and, if necessary, other additives, in particular lithium fluoride. The anode and cathode contain carbon. Although the anode is consumed at a faster rate than the cathode due to the oxidation of carbon that occurs during carbon monoxide reduction, the cathode also wears out (is consumed) over time and eventually must be replaced. Because both the anode and cathode come into contact with fluorine or fluorine-containing compounds in the reaction chamber, used anodes and cathodes (also referred to as "spent") may contain fluorine. The spent/used anodes and/or cathodes of the electrolysis cell 10 in accordance with the present invention are referred to as coal scrap 20. Other by-products of primary aluminum production in the electrolysis cell 10 are bath material 25 and a mixture formed from impurities contained in alumina, cryolite/additives , and impurities contained in the anode/cathode and in the electrolysis cell itself, which accumulate at the top of the reaction chamber of the electrolysis cell 10 and are periodically removed. The bath material 10 may contain a significant amount of fluorine (F).

Первичный алюминий 15 используют для изготовления продуктов 30, таких как литое изделие, металлический лист, прессованные профили и тому подобное. Алюминиевый скрап 35 получают из производственных отходов, которые образуются в процессе производства упомянутых продуктов 30 (производственный скрап), а также из самих продуктов 30 в конце их срока эксплуатации (скрап из продуктов после окончания срока их использования). Указанный алюминиевый скрап 35 может быть также получен из дросса, образовавшегося в процессе литья алюминия или из производственного скрапа процесса литья. Primary aluminum 15 is used to make products 30 such as cast product, metal sheet, extruded profiles, and the like. Aluminum scrap 35 is obtained from industrial waste generated during the production of said products 30 (industrial scrap) as well as from the products 30 themselves at the end of their useful life (end-of-life scrap). Said aluminum scrap 35 may also be obtained from dross from an aluminum casting process or from production scrap from a casting process.

В соответствии с изобретением алюминиевый скрап 35 вводится во вращающуюся печь 40. Вращающаяся печь 40 нагревается с помощью горелки 45 так, чтобы обеспечить плавление алюминиевого скрапа 35. Плавление скрапа может привести к очистке обрабатываемого материала во вращающейся печи применительно к конкретному составу, содержащему алюминий, поскольку органические соединения, присутствующие в алюминиевом скрапе 35, такие как лаковые отложения и покрытия, сгорают, а другие примеси и оксиды могут накапливаться в дроссе, который образуется сверху расплава во вращающейся печи 40 и может быть отделен от расплава. Расплавленный и отвержденный материал, который получают во вращающейся печи 40, называют вторичным алюминием 50, поскольку в отличие от первичного алюминия его не получают непосредственно из оксида алюминия.In accordance with the invention, aluminum scrap 35 is introduced into a rotary kiln 40. The rotary kiln 40 is heated by a burner 45 so as to melt the aluminum scrap 35. The melting of the scrap can lead to a cleanup of the work material in the rotary kiln for a particular composition containing aluminum, because organic compounds present in the aluminum scrap 35, such as varnish deposits and coatings, burn off, and other impurities and oxides may accumulate in the dross that forms on top of the melt in the rotary kiln 40 and can be separated from the melt. The molten and solidified material that is produced in the rotary kiln 40 is referred to as recycled aluminum 50 because, unlike primary aluminum, it is not obtained directly from alumina.

Вторичный алюминий 50, подобно первичному алюминию 15, может быть использован для производства продуктов 30 в результате осуществления по существу замкнутого цикла массового потока алюминия. Этот цикл: Recycled aluminum 50, like primary aluminum 15, can be used to produce products 30 in a substantially closed aluminum mass flow cycle. This cycle:

«продукт 30 → скрап 35, содержащий алюминий → вторичный алюминий 50 → продукт 30 → …. » “product 30 → scrap 35 containing aluminum → recycled aluminum 50 → product 30 → …. ""

может быть, в принципе, происходить повторно без ограничения, однако на практике при повторном проведении цикла некоторое количество алюминия теряется, и в некоторых областях применения существует проблема чистоты вторичного алюминия 50, и потребность в алюминии во всем мире растет, так что на глобальном уровне для удовлетворения потребности в алюминии вторичный алюминий 50 должен быть дополнен первичным алюминием 15. can in principle be repeated without limitation, however in practice some aluminum is lost when the cycle is repeated and in some applications there is a problem with the purity of recycled aluminum 50 and the demand for aluminum worldwide is growing, so globally for To meet the demand for aluminum, secondary aluminum 50 must be supplemented with primary aluminum 15.

В соответствии с настоящим изобретением угольный скрап 20 обрабатывают так, чтобы получить топливо 55 из скрапа. Указанная обработка может включать дробление и/или измельчение угольного скрапа 20, для того чтобы уменьшить размеры твердых частиц. В зависимости от конструкции горелки 45, средний размер частиц, определяемый методом круга наибольшего диаметра (например, с использованием светооптического микроскопа) для топлива 55 из скрапа, может находится в интервале от 10 мкм до 300 мкм, в частности, от 50 мкм до 100 мкм. Хотя меньшие средние размеры частиц имеют большее отношение поверхности к объему по сравнении с частицами большего размера, и, следовательно, они лучше сгорают в пламени горелки 45, обработка угольного скрапа 20 является ресурсоёмким процессом (требует интенсивного расхода ресурсов), и установленный заданный средний размер частиц в интервале от 10 мкм до 300 мкм, в частности, от 50 мкм до 100 мкм, считается по некоторым оценкам хорошим компромиссом между качеством топлива 55 из скрапа и эффективностью процесса производства топлива 55 из скрапа. В соответствии с одним воплощением, которое считается особенно эффективным с точки зрения трудозатрат на обработку и при этом позволяет получать твердые частицы, имеющие подходящее отношение площади поверхности к объему, угольный скрап 20 измельчают с получением частиц среднего размера больше или равным 150 мкм. Измельченный материал затем пропускают через средство просеивания для получения просеянной фракции, например, пропускают через сито, которое обеспечивает получение частиц с диаметром 150 мкм или менее. Просеянная фракция затем используется в качестве полученного из скрапа топлива 55. В том случае, если частицы получаются слишком большими, скорость сгорания будет слишком низкой, и горелка может забиваться, что приводит к менее эффективному использованию теплоты сгорания и увеличению продолжительности простоя оборудования. С другой стороны, если полученные частицы имеют слишком малые размеры, ухудшается суммарный общий баланс энергии, поскольку слишком большое количество энергии было затрачено на механическую обработку угольного скрапа 20. In accordance with the present invention, scrap coal 20 is processed to produce scrap fuel 55. Said processing may include crushing and/or grinding the scrap coal 20 in order to reduce the size of the solid particles. Depending on the design of the burner 45, the average particle size determined by the circle of largest diameter method (for example, using a light optical microscope) for scrap fuel 55 may be in the range from 10 μm to 300 μm, in particular, from 50 μm to 100 μm . Although smaller average particle sizes have a larger surface to volume ratio than larger particles, and therefore burn better in the flame of the burner 45, the processing of coal scrap 20 is a resource-intensive process, and the established target average particle size in the range of 10 µm to 300 µm, in particular 50 µm to 100 µm, is considered by some to be a good compromise between the quality of the scrap fuel 55 and the efficiency of the scrap fuel 55 production process. According to one embodiment, which is considered to be particularly efficient in terms of processing labor while still producing solid particles having a suitable surface area to volume ratio, scrap coal 20 is crushed to an average particle size of greater than or equal to 150 microns. The ground material is then passed through a screening means to obtain a screened fraction, for example, passed through a sieve that provides particles with a diameter of 150 μm or less. The sieved fraction is then used as scrap fuel 55. If the particles are too large, the combustion rate will be too slow and the burner may clog, resulting in less efficient use of the heat of combustion and increased equipment downtime. On the other hand, if the resulting particles are too small, the overall overall energy balance deteriorates because too much energy has been expended in mechanical processing of the scrap coal 20.

Указанное топливо 55 из скрапа сжигают с помощью горелки 45 для получения вторичного алюминия 50 во вращающейся печи 40 за счет нагревания алюминиевого скрапа 35. Подвод теплоты, генерируемой горелкой 45, которая нагревает вращающуюся печь 40, схематически показан стрелкой 46 на фиг.1. В соответствии с воплощениями изобретения горелка 45 размещена снаружи печи 40, например, снаружи вращающейся печи 40. Другими словами, горелка 45 может быть размещена снаружи топочной камеры печи 40. В соответствии с воплощениями изобретения полученное из скрапа топливо 55 не вступает в контакт со алюминиевым скрапом 35 или со вторичным алюминием. Это также означает, что ни одна из отработанных футеровок электролизной ячейки не вступает в контакт с материалом, загруженным внутрь печи 40 (например, внутрь топочной камеры). Said scrap fuel 55 is burned by a burner 45 to produce secondary aluminum 50 in a rotary kiln 40 by heating the aluminum scrap 35. The heat input generated by the burner 45 which heats the rotary kiln 40 is shown schematically by arrow 46 in FIG. In accordance with embodiments of the invention, the burner 45 is located outside the furnace 40, for example, outside the rotary kiln 40. In other words, the burner 45 may be placed outside the combustion chamber of the furnace 40. In accordance with the embodiments of the invention, the scrap-derived fuel 55 does not come into contact with the aluminum scrap 35 or recycled aluminium. This also means that none of the spent electrolysis cell liners come into contact with the material loaded inside the furnace 40 (eg, inside the combustion chamber).

Для повышения эффективности работы горелки 45 топливо 55 из скрапа может быть дополнено природным газом или нефтью или углеводородами, производными газа/нефтепродуктов, такими как дизельное топливо, бензин или иного рода переработанное углеводородное сырье.To increase the efficiency of the burner 45, the scrap fuel 55 may be supplemented with natural gas or oil or hydrocarbons, gas/petroleum derivatives such as diesel, gasoline, or other processed hydrocarbon feedstock.

Топливо 55 из скрапа можно вдувать в пламя горелки 45, или топливо 55 из скрапа можно смешивать с дополнительным топливом. В том случае, если дополнительным топливом является газ, смесь из указанного газа и твердых части топлива 55 из скрапа может быть подвергнута сжиганию для получения теплоты. Если дополнительным топливом является жидкость, такая как нефть, топливо 55 из скрапа может быть диспергировано в этой жидкости, и полученная суспензия может быть сожжена с получением теплоты. Scrap fuel 55 may be blown into burner flame 45, or scrap fuel 55 may be mixed with additional fuel. In the event that the additional fuel is a gas, a mixture of said gas and the solid portion of the scrap fuel 55 may be combusted to generate heat. If the secondary fuel is a liquid, such as oil, the scrap fuel 55 can be dispersed in the liquid, and the resulting slurry can be combusted to generate heat.

В соответствии с настоящим изобретением вращающаяся печь 40 используется, учитывая тот факт, что горелка 45 за счет сжигания твердого топлива 55 из скрапа создает пламя 45, которое имеет большой объем и генерирует большое количество энергии теплового излучения. Было установлено, что вращающаяся печь 40 имеет оптимальную поверхность теплообмена для передачи тепловой энергии, излучаемой факелом пламени, который создается горелкой 45, сжигающей топливо 55 из скрапа. Кроме того, вращающаяся печь 40 дает возможность производить очистку отходящего газа, генерируемого горелкой 45 и/или генерируемого при плавлении алюминиевого скрапа 35.In accordance with the present invention, the rotary kiln 40 is used in view of the fact that the burner 45, by burning the solid fuel 55 from the scrap, creates a flame 45 that has a large volume and generates a large amount of radiant heat. It has been found that the rotary kiln 40 has an optimal heat exchange surface for transferring the heat energy radiated from the flame that is produced by the burner 45 burning the scrap fuel 55. In addition, the rotary kiln 40 makes it possible to clean the exhaust gas generated by the burner 45 and/or generated by the melting of aluminum scrap 35.

Отходящий газ (на фиг.1 не показан), который образуется при нагревании алюминиевого скрапа 35 во вращающейся печи 40, может быть направлен в горелку 45 для сжигания в этой горелке 45. В результате происходит очистка отходящего газа, поскольку вредные химические соединения, содержащиеся в отходящем газе, сгорают. В том случае, если отходящий газ содержит соединения, которые могут быть сожжены в экзотермической реакции (например, которые выделяются из органических покрытий или лаков или полимерных материалов, содержащихся в алюминиевом скрапе 35), указанные химические соединения выделяют дополнительную тепловую энергию и повышают энергоэкономичность.The off-gas (not shown in FIG. 1) that is generated when the aluminum scrap 35 is heated in the rotary kiln 40 can be sent to the burner 45 for combustion in the burner 45. As a result, the off-gas is cleaned, since the harmful chemical compounds contained in exhaust gas are burned. In the event that the exhaust gas contains compounds that can be burned in an exothermic reaction (for example, which are released from organic coatings or varnishes or polymeric materials contained in aluminum scrap 35), these chemical compounds release additional thermal energy and increase energy efficiency.

В соответствии с изобретением во вращающуюся печь 40 вместе с алюминиевым скрапом 35 могут быть введены соли, содержащие хлор, такие как NaCl или KCl . Было обнаружено, что добавление солей, содержащих хлор, может повысить качество вторичного алюминия 50, производимого во вращающейся печи 40. Имеются основания полагать, что этот результат связан с накоплением в дроссе, образующемся во вращающейся печи 40, повышенного количества интерметаллических соединений с высокой температурой плавления благодаря добавкам солей хлора. In accordance with the invention, salts containing chlorine such as NaCl or KCl can be introduced into the rotary kiln 40 together with the aluminum scrap 35 . It has been found that the addition of salts containing chlorine can improve the quality of secondary aluminum 50 produced in the rotary kiln 40. There is reason to believe that this result is due to the accumulation in the dross formed in the rotary kiln 40 of an increased amount of intermetallic compounds with a high melting point thanks to the addition of chlorine salts.

Согласно изобретению во вращающуюся печь 40 вместе с алюминиевым скрапом 35, при необходимости, может быть также введен материал 25 ванны, содержащий фтор. Считается, что фтор, присутствующий в составе материала 25 ванны, уменьшает действие сил поверхностного натяжения в каплях алюминия, образующихся во время плавления во вращающейся печи 40, в результате чего объем образующихся капель увеличивается. Чем больше капли, тем в меньшей степени происходит окисление на поверхности капель в соответствии с отношением величины поверхности к величине объема. Кроме того, фтор может способствовать поддерживанию чистоты стенок вращающейся печи 40. Следует отметить, что материал 25 ванны, содержащий фтор, согласно настоящему изобретению не является отработанной футеровкой, а отбирается из внутреннего объема электролизной ячейки. According to the invention, the bath material 25 containing fluorine can also be introduced into the rotary kiln 40 together with the aluminum scrap 35 if necessary. The fluorine present in the composition of the bath material 25 is believed to reduce the effect of surface tension forces in the aluminum droplets formed during melting in the rotary kiln 40, thereby increasing the volume of the droplets formed. The larger the drop, the less oxidation occurs on the drop surface in accordance with the ratio of the surface area to the volume value. In addition, fluorine can help keep the walls of the rotary kiln 40 clean. It should be noted that the fluorine-containing bath material 25 of the present invention is not a spent lining, but is taken from the interior of the electrolysis cell.

В качестве варианта, в дополнение к материалу 25 ванны или вместо этого материала, во вращающуюся печь 40 вместе с алюминиевым скрапом 35 могут быть введены соли фтора, такие как CaF₂ и/или Na₃AlF₆или другие соли. Alternatively, in addition to or instead of the bath material 25, fluorine salts such as CaF ₂ and/or Na ₃ AlF ₆ or other salts may be introduced into the rotary kiln 40 together with the aluminum scrap 35 .

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способы, которые обеспечивают эффективное производство вторичного алюминия 50 за счет использования отходов производства первичного алюминия 15 в электролизной ячейке 10, что позволяет уменьшить потребление энергии и количество отходов, подлежащих утилизации в местах их хранения.Accordingly, the present invention provides methods that enable the efficient production of recycled aluminum 50 by using waste from primary aluminum 15 in the electrolysis cell 10, thereby reducing energy consumption and the amount of waste to be disposed of at storage sites.

Claims

1. A method for producing recycled aluminum (50) by means of a thermal process, the method comprising

provision of aluminum scrap (35) to be heat treated,

provision of coal scrap (20) from the electrolysis cell (10) for the production of primary aluminum (15),

introduction of aluminum scrap (35) into the oven (40) for heat treatment,

processing of scrap coal (20) to obtain fuel (55) from scrap having an average particle size of 10-300 microns, and said processing of coal scrap (20) includes crushing and/or grinding,

and thermally treating and melting the aluminum scrap (35) in a furnace (40) using the energy obtained by transporting said fuel (55) from the scrap to a burner flame and burning the fuel (55) from the scrap to produce secondary aluminum (50).

2. Method according to claim 1, including introducing aluminum scrap (35) into a rotary kiln (40).

3. Process according to claim 1 or 2, wherein the scrap coal (20) is obtained from the anode and/or cathode of the electrolysis cell (10).

4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, in which the aluminum scrap (35) is dross obtained by melting and casting aluminum.

5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, wherein the aluminum scrap (35) is scrap aluminum or recycled aluminum.

6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, in which the aluminum scrap (25) includes a fluorine-containing bath material of the electrolysis cell (10).

7. The method according to claim 6, in which the scrap coal (20) is mechanically processed so as to obtain solid particles, the average size of which is in the range from 50 µm to 100 µm.

8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, wherein scrap fuel (55) is conveyed by pneumatic transport to a burner flame (45) to generate energy for melting aluminum scrap (35).

9. The method according to any one of paragraphs. 1-7, wherein scrap fuel (55) is transported to a burner flame (45) to generate energy for melting aluminum scrap (35), wherein said scrap fuel (55) is dispersed into liquid fuel, in particular oil.

10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, in part relating to p. 8 or 9, in which at least 30%, in particular at least 50% of the energy required to melt the aluminum scrap (35), is provided by fuel (55) from the scrap.

11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, in which, in addition to the aluminum scrap (35), a chloride salt, in particular NaCl and/or KCl, and/or a fluoride salt, in particular CaF ₂ , is introduced into the rotary kiln (40).

12. The method according to any one of paragraphs. 1-11, in part relating to p. 6, in which the concentration of fluorine in the rotary kiln (40) is controlled by adjusting the ratio of the amount of bath material (25) to the amount of aluminum scrap (35).

13. The method according to any one of paragraphs. 1-12, in part relating to p. 8 or 9, in which the exhaust gas generated during the melting of aluminum scrap (35) in a rotary kiln (40) is sent to the flame of the burner (45) for afterburning.

14. A method for producing aluminum using a substantially closed mass flow, the method comprising

production of primary aluminum (15) from alumina in an electrolysis cell (10),

production of products (30) from primary aluminum (15) and from secondary aluminum (50),

obtaining aluminum scrap (35) from waste aluminum scrap generated from the products themselves (30) after the end of their useful life, or from industrial waste generated during the production of these products (30),

obtaining coal scrap (20) from the electrolysis cell (10) and

production of recycled aluminum (50) from aluminum scrap (35) and using coal scrap (20) in accordance with the method according to any one of paragraphs. 1-13.