SI9200247A - POSTOPEK LOČEVANJA KOVINSKIH FAZ OD TISTIH, KI JIH VSEBUJEJO, Sl 9200247 A IN NAPRAVA ZA IZVEDBO POSTOPKA - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je postopek za demetalizacijo preostankov, plen, žlinder ipd., ki nastajajo pri termičnih procesih v metalurgiji in pri procesih ponovnega pridobivanja kovin iz odpadnih starih kovin. Bistvo postopka je v tem, da mešanico kovinske in nekovinske faze pri določeni temperaturi napolnimo v centrifugirno kokilo ali jo segrevamo do te temperature po vložitvi, jo v prvi fazi postopka ob vzdrževanju dosežene temperature določen čas vrtimo (radialni pospešek), dokler ne dosežemo želene stopnje demetalizacije, v drugi fazi postopka pa ob vzdrževanju radialnega pospeška z rotacijo s postopnim ohlajanjem dosežemo strjevanje oz. konsolidacijo vsaj kovinske faze, ki se je izločila iz mešanice faz in se razporedila na periferiji bobna. Ko se kovinska faza ohladi na manipulativno temperaturo, jo izvlečemo iz kokile kot vsaj eno telo, katerega zunanje ploskve so v glavnem enake notranjosti kokile, v svoji notranjosti pa ima v glavnem obliko rotacijskega paraboloida oz. je cilindričen. Izum obsega tudi najprimernejše naprave za izvedbo postopka.

Description

Postopek ločevanja kovinskih faz od tistih, kijih vsebujejo, naprava za izvedbo postopka in uporaba le-te

Predmet izuma je postopek za po načinu z odvozom in/ali recikliranjem doseženo pridobivanje, ponovno pridobivanje in/ali ločevanje vsaj ene kovinske faze od vsaj ene faze, ki le-to vsebuje, a se od nje razlikuje, takšne faze, pretežno neorganske narave, ki nastane pri termičnem načinu pridobivanja, proizvodnje, recikliranja, obdelave in/ali predelave kovin; nadalje naprava za izvajanje postopka kot tudi uporaba le-te.

Pri praktično vseh vrstah pridobivanja in predelave kovin oz. kovinskih spojin, ki v številnih primerih obsegajo termične procese, kot so npr. taljenje, pretaljevanje, pretapljanje, odtapljanje, redukcija, oborinsko delo ipd., se pojavljajo žlindre, solne žlindre, plene in podobni preostanki kot tudi kovinski odpadni materiali, ki pogosto vsebujejo še precejšnje količine kovine v elementarni obliki. Z vidika ponovnega pridobivanja teh kovinskih deležev pa obstaja ta pomanjkljivost, da je kovinska faza v nekovinski fazi, ki jo obdaja in s katero je ona dobesedno zraščena, izredno fino in neenakomerno porazdeljena. Tako se dogaja, da je npr. v aluminijevi pleni do 80 mas.% aluminija v kovinski obliki.

Kovinske vsebnosti v preostankih, ki se pojavljajo pri predelavi kovin ipd., so razlog, da tovrstnih preostankov zaradi vedno ostrejših ekoloških zakonov ne gre odlagati na običajna odlagališča, pa je zato treba tovrstne preostanke s precejšnjimi in predvsem naglo rastočimi stroški spravljati na posebna odlagališča. Pri uporabi sredstev za znižanje temperature teČenja in solnih žlindrah, ki pri tem nastajajo in vsebujejo kovino, se ob problemu vsebnosti kovine pojavi še problematika vnosa velikih, za okolje škodljivih količin vodotopnih soli, ki vsebujejo ione, kot so predvsem halogenidi.

Tako se pri zgoraj opisanih, do neke mere metalurških procesih ob ekoloških stremljenjih, da bi s tem, ko se kovine iz opisanih materialov preostanka ločijo do visoke stopnje izločitve, razbremenili okolje na tem področju in se s tem izognili posledičnim stroškom za posebna odlagališča, ki so v doglednem času izredno narasli, ali da bi te stroške vsaj v bistvu zmanjšali, minimizacija izgub na kovini, ki se je doslej jemala za samoumevno, iz ekonomskih razlogov zmeraj bolj zapostavlja. Pri uporabi solnih žlinder se da po ustrezni - po učinkovitosti boljši - odstranitvi kovin s pomočjo načrtovanega novega vodenja postopka pri procesih taljenja, pretaljevanja ali čiščenja talin pozornost obrniti na recikliranje. S tem naj bi bilo v samem obratu možno bistveno zmanjšati količine soli, ki jih je sicer treba dovažati na odlagališče, kot tudi doseči bistvene prihranke.

Izven opisanih problemov obstaja mnogo metalurških procesov, pri katerih npr. velja, da se faze, obogatene z dragocenimi kovinami, ločijo od manj dragocenih faz, ali da se kovine ločijo od nezaželenih primesi, npr. krhkih, drobljivih faz.

Vsi doslej razviti postopki ponovnega pridobivanja kovin, ki so fino porazdeljene v drugih fazah, temeljijo na tem, da se drobne kapljice kovine, ki je na voljo v staljenem stanju, združijo (koagulirajo) v večje skupke (agregate), ki lahko potem skozi pore, razpoke ali majhne kanale odtečejo iz zmesi ali se v stanju, ki ni več primerno za fino dispergiranje, pod vplivom svoje gostote, ki je drugačna od gostote žlindre, s pomočjo vpliva težnosti izločijo iz staljene žlindre.

Ob tem je postalo znano, da je mogoče v primeru plen in preostankov, ki so v bistvu trdni, omočljivost trdne faze zmanjšati s pomočjo kovine ter s tem podkrepiti odtekanje staljene faze ali pa da se zlitje (koalescenca) in izločanje kovine izboljšata z iztiskanjem s pomočjo stiskalnic z najrazličnejšimi oblikami paha ali izvedbami privijanja.

Znano je tudi postalo, da potrebno aglomeracijo dosežejo z mešanjem.

V spisu US-A 4,575,332, katerega predmet kot tak je postopek iztiskavanja staljenega aluminija iz vroče plene, se poroča o prekinjenih poskusih, ki nikoli niso presegli laboratorijskega obsega, uporabe mehanskih postopkov ločevanja aluminija iz plen, npr. centrifugiranja, ter o težavah pri vpeljavanju teh postopkov v tehnične razsežnosti, pri čemer so problemi predstavljeni, kot da so - zaradi blokade - naravno neločljivo povezani (inherentni) s sistemom žlindre/plene in kovine, torej kot v bistvu nepremagljivi.

Kljub tej črnogledi napovedi je predlaganih in opisanih veliko število postopkov in naprav za ločevanje kovin iz nekovinskih faz, ki jih vsebujejo, ki delajo na osnovi centrifug s kontinuirnim načinom delovanja in z odvajanjem ločene kovine v tekočem, staljenem stanju. Zadevna izkušnja na tem ekološko-tehničnem kot tudi ekonomsko pomembnem področju pa je pokazala, da se uporaba tehnike centrifug kljub velikemu številu predlogov v industrijo in obrt ni prebila, tovrstnih naprav se tudi ne ponuja in potemtakem napovedi zgoraj omenjenega US-spisa praksa ni mogla ovreči.

Predmet izuma je sedaj postopek uvodoma opisane vrste, pri čemer je faza v bistvu neorganske narave in izvira iz velike skupine nekovinskih faz. Novi postopek je posebej ugodno primeren za ločevanje kovin iz žlinder, solnih žlinder, plen in podobnih preostankov in kovinskih odpadnih materialov, ki vsebujejo zadevne kovine, ob izkoriščanju razlik v gostoti med fazami, ki so nad temperaturo taline prisotne vsaj v zvezi z eno od faz.

Novi postopek ločevanja - po načinu odvažanja oz. recikliranja - kovinske faze od vsaj ene nekovinske faze, ki le-to vsebuje, iz skupine žlinder, solnih žlinder, plen, preostankov in odpadkov, ki se pojavljajo pri termičnem pridobivanju, proizvodnji, obdelavi, predelavi in recikliranju kovin, pri čemer je zmes faz za dosego razkovinjenja v temperaturnem območju, ležečem nad tališčem oz. območjem taljenja kovinske faze, v centrifugirni napravi z vrtenjem podvržena radialnemu pospešku, obstaja v bistvu v tem, da zmes kovinske/nekovinske faze s temperaturo, ki se nahaja v omenjenem temperaturnem območju, vložimo v centrifugirno kokilo ali jo po vnosu spravimo na omenjeno temperaturo, jo tam v 1. fazi postopka ob ohranjanju temperature v omenjenem območju za vnaprej dan čas podvržemo radialnemu pospešku do doseženja želene stopnje razkovinjenja, in da je v 2. fazi postopka ob ohranjanju radialnega pospeška s pomočjo vrtenja vsaj ločena, iz zmesi faz že prispela kovinska faza, ki se razporeja zunaj periferno, z znižanjem njene temperature dovedena do utrditve oz. strditve, nakar se kovinska faza, ko doseže temperaturo manipuliranja, odvede kot vsaj eno telo, ki ima v bistvu zunanjo površino, ki ustreza zasnovi notranje površine centrifugirne kokile, in v bistvu kot rotacijski paraboloid speljano ali cilindrično notranjo površino.

Razlika gostot med kovinsko fazo, ki je na razpolago pri temperaturi tališča ali nad njo, in drugimi fazami oz. preostalo zmesjo faz znaša smotrno vsaj 0,1 t/m3. Mešanica je podvržena vrtilnemu gibanjumo s kotno hitrostjo, pri kateri dobi vsak prostominski element mešanice faz, ki jih ločujemo, radialni pospešek, ki je vsaj desetkratnik zemeljskega pospeška, torej vsaj 10 g, prednostno vsaj 30 g.

Če je pri enostavnem vodenju postopka, ki je prilagojeno sunkovitemu pojavljanju plen v metalurškem obratu in kakršno (vodenje) omogoča izum, pri vsaki točki mase zmesi faz zagotovljena minimalna vrednost radialnega pospeška skozi časovno obdobje - v bistvu v območju od 1 do 20 min, ki sploh omogoča zlitje (koalesciranje) fino porazdeljenih staljenih kovinskih delcev, se dajo doseči visoke stopnje razkovinjenja. Pri teh pogojih se podpira koalesciranje kovinskih delcev, toda prepreči ponoven razpad kovinske taline, združene v večje enote, na poti skozi pore, kanale, razpoke, mikroprehode in vmesne prostore med zrni plene. Ne le pri plenah, temveč tudi v primeru npr. gosto tekoče, kovino vsebujoče žlindre se je izvrstno obnesel postopek po izumu, ki je hoteno nezvezno voden in prednostno obsega dve druga v drugo prehajajoči postopkovni fazi. Z novim postopkom se je dalo prvič storiti korak od predloga ločevanja kovin s pomočjo centrifug, kot je razviden iz mnogoštevilnih objav, k dejanski, ekonomsko sprejemljivi in ekološko prednostni obratovalni praksi.

Pri tem se naprimer v slučaju predelave plene, ki vsebuje aluminij, lahko poleg strjenega kovinskega obroča z nekakšnim sesalnikom odsesajo metalizirani preostanki, ki imajo v bistvu obliko peska, in cevast surovec, ki se je z ohladitvijo ločil od notranje stene bobna centrifuge, odvedemo z ustrezno prijemalno napravo. S tem postane vrtilna kokila prosta za razkovinjenje naslednje šarže aluminijeve žlindre naprimer iz druge talilne peči kot pri predhodni šarži. Izvlečeni kovinski surovec lahko po mehanskem grobem čiščenju, kot npr. s krtačenjem, ali spraskanju ostankov plene oz. žlindre iz njegove votle notranjosti damo neposredno v pretaljevalno peč, pri čemer je zasnova tankega obroča posebno ugodna za hitro stalitev. Preostale snovi se v primeru aluminija pojavljajo v bistvu kot pesek in smejo s tako nizko vsebnostjo preostanka kovine, kot je dopustna z vidika okolja in odlaganja, biti praktično brez problemov odložene ali pa npr. kot surovina dodane za pridobivanje oz. pripravo aluminija, npr. po Bayerjevem postopku.

Če delamo s solno žlindro, novi postopek omogoča čisto ločevanje soli od oksida in izločene kovine. Soli lahko brez težav ponovno uporabimo kot sredstvo za znižanje temperature tečenja pri novi šarži taline, kar po eni strani prispeva k razbremenitvi okolja, po drugi pa zmanjšuje stroške za nabavo soli. Ni nujno, da je kovinsko telo po ohladitvi v kokilnem bobnu zasnovano v bistvu cevasto z v sebi sklenjeno obliko; v bobnih šesterokotnega preseka se kovinska faza lahko izoblikuje v šestih enakih, medsebojno nepovezanih porcijah, ki se naberejo v območju robov in ki se slednjič strdijo in odvedejo kot šestero kosov, omejenih z ravnimi zunanjimi in cilindričnimi notranjimi ploskvami.

Iz manipulacij sko-tehničnega vidika ima veliko prednosti postopek z dvo- ali večstopenjskim šaržiranjem po zahtevku 2. Pri tem postopku se stopnja demetalizacije celo še poveča. Razen skrajšanja trajanja celotnega procesa je pri dvojni ali večkratni količini mešanice faz velika prednost tudi manjša obremenitev notranje stene kokile, saj pri dodatku druge šarže prva v celoti pokriva notranjo steno kokile. Tako odpade eden ali več postopkov ohladitve zaradi odstranitve surovcev. Kar zadeva preostale snovi pri prvi šarži, le-te splavajo na novo nastali obroč tekoče kovine pri drugi šarži, torej potujejo navznoter ter se združijo z demetaliziranimi preostanki druge šarže.

Pri zgoraj omenjenem dvojnem ali večkratnem šaržiranju lahko postopamo tudi na način, kot ga opisuje manipulacijsko-tehnično prav tako ugodna varianta postopka po zahtevku 3, pri kateri prav tako odpade vmesno hlajenje prve šarže, saj kovina ostane v tekočem stanju, po ohladitvi pa dobimo en sam surovec, ki vsebuje še manj primesi.

Kot delno že zgoraj omenjeno, je posebno ugodna oblika postopka, kot jo določa zahtevek 4. Cevasti surovci, ki jih dobimo po tem postopku, so mehansko stabilni, mogoče jih je zlagati, hitro se spet stalijo in jih je mogoče po želji brez večjih težav zdrobiti v manjše kose.

Posebna pozornost, še posebej v smislu varovanja okolja in hkrati varčevanja s surovinami, velja postopku po zahtevku 5.

Kot so pokazali ustrezni pilotski in industrijski poskusi, omogoča postopek v svojih različicah neposredno vračanje v industrijski proces okoli 60 - 70% uporabljenih talilnih sredstev in soli, samo 30 - 40% jih moramo povezane z oksidi in podobnimi snovmi izlužiti in s koncentracijo kristalizirane ponovno pridobivati. Na ta način je mogoče doseči precejšnje znižanje porabe energije, potrebne za reciklažo soli. Posebno prednost pomeni uporaba moderne reverzibilne osmoze ali elektrodializnega postopka oz. le-tega v kombinaciji s konvencionalnim postopkom desalinacije namesto do sedaj uporabljanega termičnega postopka koncentracije, kot npr. sušenja z razprševanjem.

Na tem mestu moramo posebej opozoriti, da poleg tehničnih težav, ki so očitno ovira za industrijsko uporabo centrifugirnih naprav s kontinuimim delovanjem - torej pri transportu kovine v tekoči obliki - obstajajo tudi druge slabosti in stroški za zagotovitev infrastrukturnih naprav za transport kovine v vročem stanju v peč ali podobno.

Postopek po izumu pa zaradi diskontinuirnega načina dela, kjer centrifugimi boben služi hkrati tudi kot kokila, prvič odpira možnost učinkovite uporabe centrifugirnih naprav pri ločevanju faz v žlindrah, plenah idr., ki vsebujejo kovine, na način, kije ustrezen iz tehnično-ekonomskega in ekološkega stališča.

Za okolje posebej ugodna je lahko naknadna obdelava po zahtevku 6, pri kateri preostanke kovine, npr. aluminija, aluminijevega karbida, nitrida ipd. spremenimo v neškodljiv A1₂O₃.

Kot je bilo ugotovljeno, je potrebno ravnati po zahtevku 7, če želimo doseči visoko stopnjo demetalizacije in učinkovito ločiti kovinsko fazo od nekovinskih. Pri tem se zahteva po naraščajoči rotacijski hitrosti ujema z zagonom centrifuge. Tukaj moramo omeniti, da diskontinuirno naraščanje števila obratov s prekinitvami pospešuje demetalizacijo, še posebej pri določenih gostotah žlinder, pri katerih je postopek demetalizacije otežen.

Preizkušeni industrijski parametri predvidevajo npr. pri enojnih šaržah ca. 0,5 t aluminijeve plene in rotacijski kokili s premerom ca. 1,5 m in dolžine 0,4 m za dosego hitrosti od 0 na 800 obr./min zagonske čase od 0,5 do 2 min. Pri tem znaša čas izločanja pri hitrosti 800 obr./min in radialnem pospešku ca. 250 g od 5 - 20 min. Proti koncu faze konstantnega števila obratov se že prične strjevanje. Faza strjevanja se pri nadaljevanju rotacije lahko podaljša preko za to potrebnega časa, in v veliko primerih pride do strjevanja že med ustavljanjem centrifuge. V zgoraj omenjenem konkretnem primeru nastane pri demetalizaciji aluminijeve solne žlindre obroč kovinskega aluminija debeline ca. 2 cm, na njegovi notranji strani pa povsem nepričakovano obroč iz aluminijevega oksida in soli debeline ca. 3,5 cm, saj ima aluminijev oksid večjo gostoto od kovinskega aluminija. Zadnjo notranjo plast tvori obroč iz relativno čiste in strjene solne žlindre, prav tako debeline ca. 3,5 cm (npr. KCbNaCl v količinah okoli 4:6 do 6:4), ki ga odstranimo s pomočjo krožne žage, prebijala ali drugega orodja za razbijanje in brez težav dodamo naslednji pretaljevalni šarži.

Pri postopku po zahtevku 8, ki je ugoden za optimiranje pridobivanja kovinske faze, je mogoče z raztapljanjem, kemičnimi reakcijami, modifikacijskimi spremembami, s procesi omočenja in vlečenja s seboj v vsakem posameznem primeru optimizirati način obratovanja. Tako lahko raztopimo ovire v sami pleni, ki onemogočajo izločitev kovinske faze, z dodatkom CaO pa npr. dosežemo peskasto strukturo preostale snovi, ki bistveno olajšuje njeno odstranitev in še posebej ločevanje tistih delov, ki vsebujejo kovine. Tukaj kot primer navajamo že zgoraj omenjene solne žlindre kot talilna sredstva, ki so posebno pomembna pri ponovnem pridobivanju aluminija, pa tudi alkalne dodatke v obliki sode ali kalcijevega oksida oz. kisle dodatke v obliki silicijevega dioksida, ki skupaj s SiO₂ oz. CaO lahko prispevajo k tvorbi žlindre, kakršna nastane npr. pri ponovnem pridobivanju niklja.

Posebno pomembnen je vpliv na površinsko napetost posamezne faze, ki mora biti v najboljšem primeru takšna, da po eni strani zvišuje tečnost npr. kovinske faze, po drugi strani pa pospešuje oz. zagotavlja konsistenco aglomeriranih kovinskih kapljic.

Pri prednostnem postopku po zahtevku 9 lahko na eleganten način enakomerno uravnavamo temperaturo in sicer neposredno vsaj v eni od faz, s tem pa tudi temperaturo v njeni okolici znotraj centrifugirne kokile. Na ta način dosežemo povečano demetalizacijo. S spremembo frekvence napajalnega izmeničnega toka lahko nastavimo optimalno globino prodiranja indukcijskih tokov.

Naslednji bistveni predmet izuma je priprava za izvlečenje kovinske faze, ki se je izločila iz mešanice faz v trdni obliki, kakor jo določa zahtevek 10. Predvidena skupna koničnost kota odprtine na strani praznjenja je lahko med 0,5 in 15°, prednostno 5°. Koničnost odprtine bistveno olajša praznjenje Šarže celo pri tistih fazah, ki se z ohlajanjem širijo, in sicer zaradi komponente lastnega sunka proti strani praznjenja. Preseki imajo lahko kakršno koli simetrično obliko ali obliko večosne simetrije, npr. obliko mnogokotnika. Uporabimo lahko tudi zvezdaste preseke z zaokroženimi robovi.

Ker zagotavlja enostavno proizvodnjo in manipulacijo, ima posebno prednost krožni presek po zahtevku 11. Pri takšnem preseku uporabljamo centrifugo, ki ima notranjost bobna v obliki prisekanega stožca.

Oprema naprave za izvedbo postopka po opisanem izumu po zahtevku 12 ima posebne prednosti, omogoča visoko proizvodnjo in majhne stroške za čistilna dela med posameznimi šaržami. Praznjenje faz je prav tako olajšano kot tudi vzdrževalna dela v primeru izmenljivih šarž. Pri tem je notranja stran bobna zaščitena proti abraziji in kemičnim spremembam, kar bobnu povečuje življenjsko dobo. Dodatno ali alternativno se uporabljajo tudi sredstva za ločevanje od kalupov, kot je grafitni prah.

Za oblaganje rotacijske kokile so posebej primerni materiali, ki jih omenja zahtevek 13, od katerih imata prednost grafit in borov nitrid, ki sta slabše omočljiva.

Postopek polnjenja in praznjenja centrifugirne kokile sta lahko bistveno olajšana, če uporabimo izvedbo centrifugirne kokile z vrtljivo osjo, ki omogoča spremembo nagiba, po zahtevku 14. Pri pokončni vrtljivi osi lahko z zmanjšanjem števila vrtljajev centrifuge poljubno oblikujemo surovec. Pri velikem št. vrtljajev bo surovec cevasto-valjaste oblike, pri nižjem Št. vrtljajev pa bodo njegove notranje ploskve paraboloidne.

Pri novi obliki centrifugalne kokile po zahtevku 15, ki je posebno ugodna z vidika vodenja procesov in kvalitete surovcev, lahko poleg zaščite šarže, npr. z zaščitnim plinom pri aluminijevi pleni, poteka tudi preobrazba faze, npr. z oksidacijo ali redukcijo ene faze. Kar se tiče dovajanja hladilnega sredstva, ki je posebno primemo za nadzorovanje 2. faze postopka, seje izkazalo navadno brizganje vode na boben kokile od zunaj kot zelo uspešna metoda hlajenja, pri kateri se učinek hlajenja še poveča z izparevanjem vode.

Pričujoči izum se slednjič nanaša tudi na uporabo centrifugirnih naprav za namene, ki so podani v zahtevkih 17-18, kot je opisano zgoraj, ob upoštevanju tam navedenih meril.

sliki 3 in 6 prerez kokile z vodoravno vrtilno osjo, in

Izum je podrobneje predstavljen na priloženih listih skic. Pri tem kažejo slike 1, 2 in 5 prerez centrifugirnih kokil z vertikalno vrtilno osjo, katerih notranjost je v izvedbi po sl. 1 enotna, ona po sl. 2 pa stopnjevana, sl. 4 diagram odvisnosti stopnje demetalizacije pri aluminijevi pleni od radialnega pospeška ter različnih delovnih temperatur.

Centrifugirna kokila 100 na sl. 1 s pokončno vrtilno osjo a ima boben 1 kokile, katerega plašč 13 in dno 14 sta izdelana iz enega kosa. Skupaj s pokrovom 2 na strani praznjenja bobna 102, ki je pri prikazani kokili identičen s stranjo polnjenja 101, oklepa notranji prostor 10, ki se nekoliko konično odpira proti strani praznjenja 102.

Skozi dovod 3, ki sega v odprtino 20 pokrova 2, lahko polnimo vročo žlindro, pleno in podobno, ki jih želimo demetalizirati. Zmes centrifugiramo, po končani izločitvi aluminija iz žlindre in njegovi strditvi še med vrtenjem dobimo cevast aluminijast surovec I in v njegovi notranjosti paraboloidno odloženo peščeno maso II, ki jo po odstranitvi pokrova 2 in lijaka 3 za polnjenje ter morebitnem nagibu osi a brez težav odstranimo (npr. odsesamo).

Centrifugirna kokila 100 na sl. 2 je grajena analogno kokili na sl. 1. Zato imajo tudi opisi njenih posameznih delov identičen pomen tistim na sl. 1. Drugače je oblikovana le notranjost kokile 10, v kateri glavna komora 12 postopoma prehaja v manjšo komoro 11 na dnu kokile, ki ima manjši premer. Prednost te konstrukcije je, kakor kaže sl. 2, da se kompakten kos kovine I z majhno količino žlindre II odloži na stene kokile, sama žlindra pa v manjši komori na dnu kokile. Na ta način je ponovno pridobljena kovina še toliko manj pomešana z žlindro.

Kokila 100 na sl. 5 je sorodna tisti na sl. 2, le da je prehod predkomore 12 v glavno komoro 11 centrifugimega bobna izveden poševno pod kotom. Vsi drugi opisi posameznih delov so enaki.

Slika nadalje kaže tudi uležajenje 5 gredi 4 kokile, pogonski motor 7 s prenosom moči 6 in okvir 8, ki nosi vse omenjene elemente.

Tukaj moramo ugotoviti, da ni namen izuma, da bi se omejili le na suhe plene. Prav tako lahko prikazane rotacijske kokile polnimo z žlindrami, ki vsebujejo kovine, oz. solnimi žlindrami, ki imajo kašasto strukturo.

Tudi pri centrifugimi kokili 100 na sl. 3, ki ima vodoravno vrtljivo os, so deli analogni tistim na sl. 1. Razlika je v tem, da sta plašč in dno cilindra (131, 141) obložena s posebno oblogo iz neobčutljivega keramičnega materiala, prav tako tudi pokrov 2 s plastjo 21.

Pri kokili 100 na sl. 6 z vodoravno vrtilno osjo a, kjer so vsi opisi delov prav tako analogni sl. 1, je prehod iz glavne komore 12 v spodnjo komoro 11 izveden poševno. Boben 1 je uležajen v blokih 53, poganja pa ga motor 7 preko razklopljive sklopke 6, pogonske gredi 52, pogonskih koles 50 in gnanih koles 51 s prosto vrtljivo osjo a.

Končno lahko iz diagrama sl. 4 za aluminijeve plene s približno enako vsebnostjo fino porazdeljenega kovinskega aluminija (70 - 80%) za vrsto tehnično zanimivih temperatur plene razberemo odstotke preostalega aluminija v oksidu, ki jih dobimo v centrifugirni kokili v skladu z izumom z različnimi radialnimi pospeški.

Primer 1: 20 kg aluminijeve plene iz peči za pretaljevanje aluminija s ca. 75 mas.% aluminija smo odstranili iz taline in jo pri temperaturi ca. 800 °C nalili v centrifugirni boben navpične konstrukcije iz jekla (sl. 1, 2) z notr. premerom 400 mm in notranjo višino 500 mm. Vsebina je napolnila boben do ca. 25%. Po zagonskem času 1,5 min smo dosegli hitrost bobna 600/min in jo vzdrževali 15 min, tako da je v skrajnem zunanjem sloju plene radialni pospešek znašal 80 g.

Čas centrifugiranja pri 800 - 700 °C je znašal 12 min. Boben smo potem ohladili tako, da smo ga z zunanje strani obrizgali s hladno vodo. Boben se je vrtel z enako hitrostjo še 3 min, potem smo ga ustavili. Dobili smo sklenjen obroč kovinskega aluminija z maso 15 kg. V bobnu je ostalo še 5,2 kg A1₂O₃ v peščeni obliki zli mas.% kovinskega aluminija. Ta ostanek lahko brez težav deponiramo.

Primer 2: Postopek je bil enak kot v 1. primeru, le da smo aluminijevo pleno vrteli z radialnim pospeškom 160 g. Dobili smo sklenjen obroč kovinskega aluminija z maso 15,5 kg in 3,8 kg A1₂O₃ v peščeni obliki s približno 6 mas.% kovinskega aluminija.

Primer 3: Postopek je bil enak kot v 1. primeru, vendar smo uporabili centrifugo, kot jo kažejo sl. 2, 4 oz. 5, z notranjostjo premera 450 mm, zoženim spodnjim delom premera 350 mm in notranjo višino 200 mm ter skupno notranjo višino 500 mm. Pleno smo zavrteli z radialnim pospeškom 160 g in dobili sklenjen obroč kovinskega aluminija mase 15,7 kg, ki je bil praktično povsem brez oksidne primesi. Preostala snov je vsebovala 7 mas.% kovinskega aluminija.

Primer 4: Postopek je bil v principu enak kot v 1. primeru, pri čemer smo steno bobna kokile (naklon stene Γ, premer 1500 mm, višina 400 mm, brez notranje zožitve komore, plašč iz litega železa) segrevali z indukcijskimi tuljavami, tako da je temperatura v kokili bila 680 °C. V kokilo smo dali solno žlindro iz topilne peči za aluminij, ki je vsebovala 9 mas.% aluminija. Radialni pospešek je znašal 220 g in je pri temperaturi 680 °C trajal 15 min. Kokilo smo obrizgali s hladno vodo, medtem ko se je še 3 min vrtela s pospeškom 220 g. Na koncu smo jo pustili izteči se in jo zavrli.

Od stene centrifuge se je gladko odluščil obroč z debelino stene 2,2 cm in mase 22,0 kg. Proti sredini obroča se je napravil obroč ca. 80% A1₂O₃ iz KCl-NaCl v razmerju 1:1 z debelino stene 3,8 cm, znotraj tega obroča pa se je z dobro vidno mejo ločnico oblikoval obroč iz čistih soli (KC1, NaCl) z debelino stene 4 cm. Le-tega smo od obroča A1₂O₃ mehansko ločili in ga dodali talini starega aluminija za tvorbo solne žlindre.

Po odstranitvi strjene suspenzije oksida in soli od kovinskega obroča smo suspenzijo lužili z vodo, netopni, še vlažni A1₂O₃ pa smo vrnili v napravo za predelavo boksita. Iz dobljene slanice smo s pomočjo sušenja z razprševanjem izkristalizirali sol, ki smo jo ponovno lahko uporabili kot talilno sredstvo za pripravo solne žlindre.

Dobljeni obroč iz aluminija smo dodali talini v pretaljevalni peči.

Preostala količina aluminija v solni žlindri je znašala skupno 0,3 mas.%.

Na tem mestu še enkrat povzemamo prednosti našega izuma, in sicer na osnovi primerov ponovne uporabe žlindre, ki vsebuje aluminij.

60-70% soli v slani žlindri je mogoče mehansko pridobiti nazaj. To pomeni, da ni potrebno luženje z vodo ali uparjevanje vode, za kar je potrebno veliko energije. Takšen način pomeni prihranek pri energiji od 60 do 70% v primerjavi z dosedanjimi postopki ponovnega pridobivanja soh iz žlindre.

Na podlagi različnih gostot lahko ločimo praktično vse nečistoče, ki izvirajo iz aluminijevih talin, kot so aluminijev karbid, fluorid, oksid in nitrid od soli oz. mešanice soli.

Preostali aluminij, pa tudi aluminijev karbid in nitrid lahko z naknadnim sežigom spremenimo v neškodljive aluminijeve spojine, kijih lahko brez posledic odlagamo na deponijah.

Spremljajoče snovi se kopičijo v pleni oz. žlindri. Zaradi njihove visoke kon centracije je potrebno malo energije za naknadni sežig plene oz. žlindre.

Claims (18)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek ločevanja kovinskih faz od tistih, ki jih vsebujejo, zlasti postopek odstranjevanja po načinu odvažanja oz. recikliranja kovinske faze od vsaj ene nekovinske faze, ki vsebuje kovinsko fazo, iz skupine žlinder, solnih žlinder, plen, preostankov in odpadkov, ki nastajajo pri termičnem pridobivanju, proizvodnji, obdelavi, predelavi in recikliranju kovin, pri čemer je zmes faz za dosego razkovinjenja (demetalizacije) s pomočjo vrtenja podvržena radialnemu pospešku v centrifugimi napravi v temperaturnem območju nad tališčem oz. talilnim območjem kovinske faze, značilen po tem, da pri vodenju postopka po načinu s šaržami mešanico kovinske/nekovinske faze z znotraj omenjenega temperaturnega območja razporejeno temperaturo damo v centrifugirno kokilo ali jo do te temperature segrejemo po vložitvi, jo v 1. fazi postopka pri ohranjanju temperature znotraj omenjenega območja za vnaprej dan čas podvržemo radialnemu pospešku do doseženja želene stopnje demetalizacije, in da v 2. fazi postopka ob ohranjanju radialnega pospeška s pomočjo vrtenja vsaj izločeno, iz zmesi faz prispelo in zunaj periferno razporejajočo se kovinsko fazo z znižanjem njene temperature dovedemo do utrditve oz. strditve, nakar kovinsko fazo potem, ko je doseženea manipulacijska temperatura, odvedemo kot vsaj eno telo, ki ima v bistvu zunanjo površino, ki ustreza zasnovi notranje strani centrifugirne kokile, in v bistvu kot rotacijski paraboloid potekajočo ali cilindrično notranjo ploskev.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, značilen po tem, da je s prvo šaržo operacija, ki je opisana v zahtevku 1, vodena do utrditve oz. strditve kovinske faze, ki se razporeja zunaj periferno, in da ob nadaljnjem vrtenju vsaj eno, tedaj kot drugo, šaržo zmesi faz s temperaturo, ki je predvidena za 1. postopkovno fazo, vložimo v centrifugirno kokilo, da se jo znotraj temperaturnega območja, ležečega nad tališčem kovinske faze, z vrtenjem podvrže radialnemu pospešku, nakar se s pomočjo znižanja temperature vsaj kovinsko telo, ki se je razporedilo znotraj utrjene 1. šarže in ki na to meji, privede do utrditve oz. strditve, in slednjič se ustvarjeno telo iz kovinske faze, ki je narejeno iz vsaj dveh plasti, izvleče.
3. 3. Postopek po zahtevku 1, značilen po tem, da se prva šarža mešanice faz podvrže 1. fazi postopka in da se ob nadaljnjem vrtenju vsaj ena nadaljnja, tedaj druga faza zmesi faz s temperaturo, kot je predvidena za prvo šaržo, vloži v centrifugirno kokilo, se jo tam znotraj temperaturnega območja, ležečega nad tališčem kovinske faze, s pomočjo vrtenja podvrže radialnemu pospešku, nakar sledi strjevanje oz. utrditev v enem kosu izvedenega kovinskega telesa in slednjič sledi izvlečenje le-tega.
4. 4. Postopek po enem od zahtevkov 1-3, značilen po tem, da je uporabljena za razkovinjenje predvidena žlindra, solna žlindra ali plena iz pridobivanja, proizvodnje ali recikliranja kovin s kovinsko vsebnostjo iz skupine aluminija in aluminijevih legur in izvleče se v bistvu cevasto kovinsko telo.
5. 5. Postopek po enem od zahtevkov 1-4, značilen po tem, da delež razkovinjene nekovinske faze, ki se ne drži kovinskega telesa, prav tako izvlečemo, in deleže taiste, ki se drži kovinskega telesa, mehansko ločimo od njega, pri čemer v primeru uporabe sredstev za znižanje temperature tečenja oz. soli le-te kot vir sredstav za znižanje temperature tečenja recikliramo novim pretaljevalnim šaržam.
6. 6. Postopek po enem od zahtevkov 1-5, značilen po tem, da so snovi ostanka, ki se jih dobi po obdelavi s centrifugiranjem, za prevedbo v njih preostalih kovinskih ostankov in škodljivih kovinskih spojin pri povišani temperaturi podvržene naknadni oksidaciji oz. naknadnemu zgorevanju z zrakom.
7. 7. Postopek po enem od zahtevkov 1-6, značilen po tem, da se zmes faz, ki jo je treba ločiti, v postopkovni fazi obremeni v 1. stopnji z naraščajočim radialnim pospeškom in v drugi stopnji, ki dlje traja, z v bistvu konstantnim radialnim pospeškom.
8. 8. Postopek po enem od zahtevkov 1-7, značilen po tem, da so mešanici faz, ki jo je treba deliti, pred ali med 1. fazo postopka dodana oz. primešana sredstva za vplivanje na vsaj eno od fizikalnih lastnosti vsaj ene od faz iz skupine konsistenca, viskoznost, območje taljenja, tiksotropičnost in površinska napetost.
9. 9. Postopek po enem od zahtevkov 1-8, značilen po tem, da je v zmesi faz, ki jo je treba deliti, pred in/ali med 1. postopkovno fazo temperatura kovinske faze nastavljena, vzdrževana oz. krmiljena s pomočjo indukcijskega dovoda energije.
10. 10. Naprava za izvedbo postopka po enem od zahtevkov 1-9, značilna po tem, da ima vsaj en, v danem primeru izmenljiv, v ohišju ali okviru (8) razporejen, s pomočjo spremenljivega pogona (6, 7) v vrtilno gibanje želenega števila vrtljajev prevedljiv, s konvencionalno ali induktivno grelno napravo opremljen boben (1) centrifugime kokile z notranjim prostorom (10,11,12), ki ima prečno na vrtilno os (a) večosno oz. večpramensko simetričen presek ali krožni presek in ki je obremenljiv z zmesjo faz, pri čemer je presečna ploskev izvedena tako, da se v smeri k praznilni strani (102) veča oz. širi.
11. 11. Naprava po zahtevku 10, značilna po tem, da je presek notranjega prostora (10, 11, 12) bobna (1) centrifugime kokile zasnovan tako, da se pri geometrični podobnosti v smeri k praznilni odprtini (102) kontinuirno veča.
12. 12. Naprava po enem od zahtevkov 1-11, značilna po tem, da so vsaj površine tistih delov centrifugime kokile (100) oz. njenega bobna (1), ki pridejo v stik z mešanico faz, ki jih ločujemo, izdelane iz materialov, ki jih posamezne faze pri temperaturi delitve faz v bistvu ne omočijo in/ali s temi ne reagirajo, pri čemer so ti materiali v obliki obloge (131,141, 21) ali zamenljivih vložkov.
13. 13. Naprava po zahtevku 12, značilna po tem, da so zgoraj omenjeni deli centrifugime kokile (100) oz. njenega bobna (1) izdelani iz litega železa, jekla, grafita ali na visokih temperaturah obstojnega oksida, karbida, nitrida, silicida ali borida vsaj enega od elementov iz skupine Mg, B, Al, Si ter kovin 4. do 6. stranske skupine periodnega sistema, pri čemer so posebno primerni materiali kermet (metalkeramika), borov nitrid, silicijev karbid, aluminijev oksid ali magnezijev oksid.
14. 14. Naprava po enem od zahtevkov 9-13, značilna po tem, da je centrifugirna kokila (100) oz. njen boben (1) izveden z vrtilno osjo (a), katere nagib je spremenljiv.
15. 15. Naprava po enem od zahtevkov 9-14, značilna po tem, da je centrifugirna kokila (100) opremljena s pripravami za dovod hladilnega sredstva in/ali izpiralnega oz. zaščitnega plina v boben (1), nanj oz. v njegov notranji prostor (10).
16. 16. Naprava po enem od zahtevkov 9-15, značilna po tem, da je notranji prostor (10, 11, 12) bobna (1) centrifugime kokile zasnovan s predkomoro (11), ki ima manjši presek in ki v smeri k iznašalni strani prehaja v stopenjsko od te zamaknjeno, integralno priključujočo se glavno komoro (12), ki je večjega premera.
17. 17. Uporaba centrifugime naprave, zlasti po enem od zahtevkov 10-16, za ločevanje po načinu odvoza oz. recikliranja kovinske faze od vsaj ene nekovinske, ki le-to vsebuje, iz skupine žlinder, solnih žlinder, plen, preostankov in odpadkov, ki nastajajo pri toplotnem pridobivanju, proizvodnji, obdelavi, predelavi in recikliranju kovin, značilna po tem, da mešanico kovinske/nekovinske faze damo v centrifugimo kokilo z znotraj omenjenega temperaturnega območja razporejeno temperaturo ali jo na to temperaturo segrejemo po vnosu, jo tam v prvi fazi postopka ob ohranjanju temperature v omenjenem temperaturnem območju za vnaprej določen čas podvržemo radialnemu pospešku, dokler ne dosežemo želene stopnje razkovinjenja (demetalizacije), in da v drugi fazi postopka ob ohranjanju radialnega pospeška s pomočjo rotacije vsaj že izločeno kovinsko fazo, ki se je ločila od preostalih sestavin mešanice faz in se porazdelila na periferiji kokile, ohladimo in konsolidiramo z znižanjem temperature ter jo odstranimo iz kokile, ko doseže manipulativno temperaturo, v obliki vsaj enega obroča, katerega zunanja ploskev je enaka notranji površini kokile, notranjost telesa pa je v bistvu oblikovana kot rotacijski paraboloid oz. je cilindrična.
18. 18. Uporaba centrifugirne naprave po enem od zahtevkov 10-16 za namen, ki ga opredeljuje zahtevek 17, značilna po tem, daje aluminij oz. aluminijeva zlitina iz plen ali žlinder, ki ga oz. jo vsebujejo, ločen/ločena po postopku po enem od zahtevkov

    2-9 in po končani demetalizaciji recikliran/reciklirana v novo talilno šaržo.