SE450494B - Forfarande for atervinning av metaller ur skrot fran nickel-kadmium-ackumulatorer - Google Patents

Description

450 494 2 stegvis, i ändamål att som återstod i ugnen erhålla en blandning av nickel- och järnskrot.

Det är gynnsamt att vid pyrolysen tillföra en oxide- rande skyddsgas bestående av en inert gas, såsom kväve, med tillsats av 3 - 12 % syre varvid syrgasen kan tillföras i form av luft.

För att medge en lugn sönderdelning av organiskt mate- rial är det fördelaktigt att utföra pyrolysen under höjning av temperaturen i ugnen från en temperatur på ca l00°C till en första temperatur av upp till 400°C, vilket är tillräck- ligt vid flertalet plaster, eller upp till 500°C om det or- organiska materialet innefattar en plast av t ex teflontyp.

För att avdestillera kadmium utföres förångningen av kadmium vid en andra temperatur av upp till 900°C under tillförande* av en reducerande skyddsgas, samt kondenseras den avgivna kadmiumångan varefter den flytande metallen gjutes till kadmiumstavar. _ Det är härvid gynnsamt att som reducerande skyddsgas använda vätgas eller en blandning av vätgas och kvävgas, varvid god ekonomi kan vinnas genom att cirkulera den re- ducerande skyddsgasen inom ett slutet system.

Förfarandet kan utvecklas vidare genom att hopsmälta nickel och järn i samma ugn, som användes för pyrolysen och 13oo°c för smält- ning av järn-nickelskrotet och att gjuta detta till tackor. avdestilleringen, vid en temperatur av ca Vid förfarandet är det vidare lämpligt att ackumula- torerna öppnas genom perforering eller demolering mellan tandade valsar.

Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritning, som visar en anläggning för utförande av förfarandet, vilket kan tillämpas för slutna elektriska celler innehållande kadmium och nickel samt detaljer av järn. Ackumulatorer av denna typ användes exempelvis i diktafoner, in- och avspelningsapparater, radio- och TV- apparater, klockor, räknedosor etc. Uppfinningen skall beskrivas närmare i anslutning till bifogade ritning.

Figuren visar i perspektiv en anläggning, där förfa- randet kan genomföras. Anläggningen visar återvinning av l5 450 494 3 material från slutna ackumulatorceller. Skrotade slutna celler ll tillföres anläggningen i tunnor 10. Cellerna punkteras eller demoleras på lämpligt sätt exempelvis med hjälp av en kvarn 12 med kuggvalser, för att öppna cellerna.

De öppnade cellerna 13 föres via en ränna till en korg eller behållare 14, vilken med sitt innehåll förflyttas till de olika stegen i förfarandet. När behållaren 14 är fylld med material införes den i en varmluftsugn 15. Materialet i korgen 14 är kallt och som regel även fuktigt. I varmlufts- ugnen l5 mynnar en ledning 16 för varmluft, som erhållits på sätt som beskrives närmare nedan. Varmluften strömmar igenom korgen och materialet uppvärmes samtidigt som fuktighet drives ut av varmluften, vilken efter genomströmning av korgen ledes ut till ett stoftfilter, t ex ett slangfilter, genom ett utlopp 17. Korgen och materialet förflyttas av lämplig transportanordning 18, exempelvis en travers, till pyrolys- och destillationsugnen 20. Destillationsugnen har innerst en ugnsvägg 21 samt därutanför uppvärmningselement 22 och ytterst en eldfast ugnsinklädnad 23. Destillations- ugnens öppning täckes av ett ugnslock 24 vid vars kant en gastät locktätning 25 är anordnad.

Efter uppvärmning i varmluftsugnen 15 och transport l8 till destillationsugnen 20 pålägges ugnslocket 24 varefter ugnen uppvärmes. Temperaturstegringen sker programmerat och styres av ett programverk, en dator eller liknande känd an- ordning. När temperaturstegringen påbörjas tillföres pyro- lys- och destillationsugnen 20 oxiderande skyddsgas genom ett inloppsrör 26 och ledes genom korgen 14. För att till- försäkra en god kontakt mellan materialet i korgen och skyddsgasen är korgen l4 utförd med hela väggar och hel botten i vilken dock ett centralt hål med en inåtgående krage har utformats. Skyddsgasen strömmar genom ugnen och lämnar denna genom en utloppsledning 27, som mynnar tätt under u9“S1°°ket 24- Den oxiderande skyddsgasen är en inert gas, exempelvis kväve, som tillsatts syrgas, antingen i ren form eller i form av luft.

Den programmerade temperaturhöjningen sker i första l5 450 494 4 hand till en första temperatur, pyrolystemperaturen, vid vilken pyrolysering av de i de öppnade cellerna 13 befint- liga organiska materialen pyrolyseras, exempelvis plaster och gummi. Temperaturen ökas först relativt sakta från ca l00°C för lugn sönderdelning av de organiska materialen.

Skyddsgasen förhindrar att pyrolysgaserna antände i pyrolysugnen 20. Pyrolystemperaturen uppgår till ca 400oC vid pyrolys av exempelvis gummi och vanliga plaster medan temperaturen måste höjas till ca 500°C om plasten utgöres av teflon. Eftersom kadmium sublimerar redan vid 350°C - 400°C tillsättes i skyddsgasen 3 - 12% syre. Genom tillsats av syre hindras sublimationen emedan kadmium oxideras. För att kunna åstadkomma detta får den lägre gränsen för syrekon- centrationen inte underskridas. För att å andra sidan hindra antändning och förbränning av pyrolysgaserna i ugnen måste syrekoncentrationen hållas under den angivna maximigränsen.

Under denna fas av förloppet pyrolyseras således organiska ämnen medan kadmium inte avgår.

De bildade pyrolysgaserna avgår från pyrolysugnen via utloppsledningarna 27 och 28 till en förbränningsanordning 29 för förbränning av pyrolysgaserna, vilket kräver en hög temperatur, ca 900°C. För att uppvärma och förbränna pyro- lysgaserna i förbränningsanordningen, särskilt vid pyro- lysens början och slut då gasutvecklingen är svag, tillföres gasol och luft till en ringbrännare, varvid pyrolysgaserna förbränns, med vatten och koldioxid som huvudsakliga slut- produkter. Innerhåller plastmaterialet PVC eller teflon bildas även klorväte resp fluorväte som slutprodukter. För- bränningsgaserna leds genom en utloppsledning 30 till en samlingsledning, som samlar upp olika avloppsgaser och leder dem till en reningsanordning, exempelvis bestående av en venturiskrubber, för avskiljning av föroreningar. Eventuellt bildat klorväte och/eller fluorväte avskiljes effektivt i venturiskrubbern genom att tvättvattnet däri hålles alka- liskt.

I När pyrolysen har genomförts höjes pyrolys- och des- tillationsugnens temperatur ytterligare upp till den andra temperaturen, avdestilleringstemperaturen för kadmium.

(Y _10 450 494 Samtidigt som temperaturen börjar höjas växlar man skyddsgas, från oxiderande till reducerande gas. Den re- ducerande skyddsgasen består av kväve och väte och reducerar kadmiumoxiden till metallisk kadmium. 7 Skyddsgasen kan alternativt lämna ugnen 20 genom en utloppsledning 19 och genom en cirkulationsledning åter införas i ugnen genom inloppsledningen 26. I Under temperaturstegringen och vid avdestillerings- temperaturen sker en avdestillering. Metallångorna konden- seras i utloppsledningen 27 och föres till ett förlag 31 med en uppvärmd behållare 32, vilken genom temperaturreglering hålles vid en sådan temperatur att den destillerade kad- miummetallen är i flytande form och lämplig för gjutning.

Korgen 14 hålles så lång tid i destillationsugnen 20 att kadmium helt utdrivits. Tidens längd beror på chargens storlek och den använda temperaturen. Detta framgår närmare av nedan angivna exempel. När processen i destillationsugnen är färdig flyttas korgen 14 medelst en transportanordning 34 till en behållare as med ett :ett leek se. x bottnen på be- hållaren 35 finns en inloppsledning 37 för luft. Inlopps- ledningen passar i samma rörformiga hals på korgen 14, som upptog inloppsledningen 26 vid placeringen i destillations- ugnen 20. Luft blåses således genom den varma korgen 14 och ut genom en utloppsledning 38 vid behållarens 35 topp. Den på detta sätt uppvärmda luften ledes till inloppet 16 för varmluftsugnen 15 och den varma luften utnyttjas sålunda på förut beskrivet sätt. Genom denna värmeåtervinning sparar man energi. _ När temperaturen hos korgen 14 och behållaren 35 sjun- kit tillräckligt lågt förflyttas korgen med en transport- anordning från behållaren 35 och de destillationsrester 39, som finns i korgen och som utgöres av nickel-järn-skrot, tippas i en skrotbehållare 40.

Från den uppvärmda behållaren 32 tappas den smälta kadmiummetallen genom ett isolerat rör 33 till ett kylt gjutverktyg, som består av två verktygshalvor 44 och 45. Den smälta kadmiummetallen flyter in i ett urtag 41 i gjut- verktygets övre del och därifrån ned i cylindriska formrum 450 494 6 42, som är anordnade i delningsplanet mellan verktygshal- vorna 44 och 45. När samtliga formrum har fyllts, skiljes verktygshalvorna 44 och 45 och de gjutna kadmiumstavarna 43 uppsamlas i en behållare 46.

Exempel Ca 1000 kg skrotade, slutna nickel-kadmium-ackumulato- rer, demolerade med hjälp av en kvarn (12) med kuggvalsar, fylldes i en korg (14), som placerades i en uppvärmnings- ugn (15) för bortdrivande av fuktighet under ca l0 timmar, varefter korgen (14) flyttades till en pyrolys- och de- stillationsugn (20).

Ugnens begynnelsetemperatur var ca 50°C. Oxiderande skyddsgas bestående av kväve med 5 volyms-% syre infördes i pyrolysugnens botten och fick genomströmma korgen. Tempera- turen stegrades så att den efter 2 timmar från start upp- gick till ca 315°C. Temperaturen stegrades ytterligare, i stort sett kontinuerligt, till en temperatur av 420°C, vilken nivå nåddes 12 timmar efter start. Denna temperatur bibehölls under ytterligare 12 h. För pyrolysen användes sålunda totalt en tid av 24 timmar.

Pyrolysgasen leddes från retorten till en förbrännings- anordning (29) med en ringformig gasolbrännare, som regle- rades så, att temperaturen i förbränningsanordningen upp- gick till 900°C. De förbrända pyrolysgaserna, i huvudsak bestående av vatten och koldioxid, fördes till en ventu- riskrubber för rening.

Efter pyrolysens avslutande växlades den oxiderande skyddsgasen mot en reducerande skyddsgas bestående av kväve och väte. För att avdestillera kadmium ökades temperaturen ytterligare så att den efter 5 timmar uppgick till 750°C, efter 9 timmer till s2o°c samt efter 15 timmer till 885%, då uppvärmningen avbröts. Stegringen från 820°C till 885°C utfördes för att utdriva de sista resterna av kadmium. Här- vid avdestillerade kadmium, som kondenserades i kondensorn och i flytande form lagrades i förlaget (32), som hölls vid en temperatur på 450°C. När tillräckliga mängder kadmium samlats i förlaget skedde en avtappning och gjutningutill kadmiumstavar. 450 494 7 Efter ytterligare 5 timmar, d v s totalt 20 timmar räknat från pyrolysskedets ca 600°C. Den flyttades då meregenerering (36), genom vilken luft blåstes och upp- slut, hade korgen svalnat till över till en behållare för vär- värmdes för att sedan föras via en ledning (38, 16) till varmluftsugnen (15). När korgen (14) kylts ned tömdes dess innehåll i en skrotlåda. En analys av plåtskrotet visade att resthalen kadmium låg under 0,01%.

Uppfinningen kan tillämpas vid återvinning av för alkaliska ackumulatorer avsedda negativa, kadmium inne- hållande elektrodplattor även om dessa innehåller lite organiska ämnen.

Den längsta tiden för genomförande av en cykel enligt det uppfunna förfarandet upptages av pyrolys och destilla- tion. Man kan därför använda flera pyrolys-/desti11ations- ugnar men endast en enhet av värmeregenereringsbehållaren , en varmluftsugn 15, ett förlag 31, en förbränninge- anordning 29 etc.

Det är uppenbart för fackmannen att uppfinningen kan användas för pyrolys och återvinning av även andra produk- ter, som innehåller exempelvis kadmium och organiska mate- rial och att detta kan ske på ett ur miljösynpunkt mycket tillfredsställande sätt.

Claims (10)

10 20 25 30 4so_494 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för återvinning av metaller ur skrot från nickel-kadmium-ackumulatorer, vilka förutom nickel och kad- mium innehåller organiska bestândsdelar och järndetaljer, k ä n n e t e c k n a t av, a) att öppna ackumulatorerna och tömma dem på fri elektrolyt, b) torka skrotet, c) pyrolysera organiska beståndsdelar vid en första temperatur under tillförande av en skyddsgas bestående av en inert gas, såsom kväve, med tillsats av 3 - 12% syre, och d) avdestillera kadmium genom förångning vid en andra temperatur med efterföljande kondensering, varvid operationerna c) och d) utföres i en och samma ugn genom successiv, programmerad höjning av temperaturen i ugnen, exempelvis i steg, i ändamål att som återstod i ugnen erhålla

2. Förfaradne enligt krav l, att

3. Förfarande enligt krav 1, att en blandning av nickel- och järnskrot. k ä n n e t e c k n a t av, syrgasen tillföres i form av luft. k ä n n e t e c k n a t av, utföra operationen c) under höjning av temperaturen från en temperatur på l00°C till en tur av upp till 400°C.

4. Förfarande enligt krav l, att I i ugnen i ugnen första tempera- k ä n n e t e c k n a t av, utföra operationen c) under höjning av temperaturen från en temperatur på l0OoC till en ratur av upp till 5oo°c. första tempe-

5. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av, att vid operation d) utföra förångningen av kadmium vid en andra temperatur av upp till 900OC under tillförande av en reducerande skyddsgas, samt kondensera den avgivna kad- miumångan och gjuta den flytande metallen till kadmiumsta- Var .

6. Pörfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av, att som reducerande skyddsgas använda vätgas. Lïl 10 450 4 94 9

7. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av, att som reducerande skyddsgas använda en blandning av vätgas och kvävgas.

8. Förfarande enligt krav 5, k a n n e t e c k n a t av, att cirkulera den reducerande skyddsgasen inom ett slutet system.

9. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av, att hopsmälta nickel och järn i samma ugn, som användes för operationerna c) och d) vid en temperatur av ca l3O0OC för smältning av järn-nickelskrotet och att gjuta detta till tackor.

10. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av, att ackumulatorerna vid operation a) öppnas genom per- forering eller demolering mellan tandade valsar.