NO176971B - Fremgangsmåte ved gjenvinning av ikke-jernmetall fra dross - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art som er angitt i krav l's ingress.

Dross er et materiale som dannes på overflaten av smeltet ikke-jernholdig metall under omsmeltning og metallholdings-og håndteringsoperasjoner når det smeltede metall er i kontakt med en reaktiv atmosfære. Dross vil normalt bestå av metalloksyder inneholdende betydelige mengder smeltet, fritt (ikke omsatt) metall og av økonomiske grunner er det ønskelig å ekstrahere det frie metall før resten dumpes.

De tradisjonelle fremgangsmåter ved gjenvinning av fritt metall vil generelt inneholde ett eller flere av de føl-gende trinn: 1. Avkjøling av drosset enten under anvendelse av en mekanisk avkjøler eller i et drossrom (hvor dross utspredes på et gulv). Noe utvinning av metall vil kunne finne sted ved dette trinn ved avtapping av metallet fra drosset, eventuelt hjulpet av mekanisk omrøring. 2. Transport av det avkjølte dross til et drossbehand-lingsanlegg. 3. Knusing og sikting av det avkjølte dross, etterfulgt av eliminering (vanligvis ved dumping) av den fine fraksjon, som hovedsagelig inneholder oksyder og som kan være farlig og ubekvem å håndtere i etterfølgende trinn. 4. Oppvarming av de store drossfraksjoner i nærvær av et smeltet saltbad for å omsmelte metallfraksjonen og forårsa-ke at de smeltede dråper smelter sammen.

Trinn 4 blir normalt utført i en roterende ovn. Drossfrak-sjonene og saltblandingen (vanligvis en 50:50 blanding av

NaCl og KC1, til hvilken blanding det eventuelt er tilsatt en liten mengde fluoridsalt for å senke smeltepunktet for saltene og for å øke fuktbarheten av de faste oksyder), innføres og oppvarmes til en temperatur over metallets smeltepunkt under anvendelse av direkte flammebrennere. Ovnen blir deretter rotert med en egnet rotasjonshastighet for å oppnå en trommel- eller kaskadevirkning på blandin-gen.

Selv om saltbadovner er akseptabelt effektive og høye metallgjenvinninger kan oppnås, har de også alvorlige ulemper, innbefattende de etterfølgende: (i) Saltrøk generert av det smeltede metall (som kan utvikles i store mengder hvis brenneren rettes direkte på saltlakebadet) er meget korrosive både inne i anlegget og for de ytre omgivelser. Kompliserte og kostbare avgassopp-samlings- og avkjølingsutstyr og støvoppsamlingssystemer er nødvendig. (ii) Den gjenværende saltkake med drossforurensninger er meget forurensende på grunn av at saltene er oppløselige og lett lutes ut av fyllplasser. De må derfor dumpes kun i spesielt fremstilte landdepoter, hvilket er et alvorlig problem på grunn av de store mengder som dannes (ca. to vektdeler rest dannes for hver vektdel gjenvunnet metall).

(iii) Saltbadovner er termisk ineffektive, fordi

a) et fossilbrennstoff-oppvarmingssystem anvendes, for hvilket varmegjenvinning er umulig på grunn

av avgassenes korrosive natur,

b) ca. én vektdel salt må smeltes for hver to vektdeler dross.

Trinn 3 fører også til deponeringsproblemer på grunn av at dross-finstoff også er relativt giftig og vanskelig å håndtere.

Det har nylig blitt foreslått prosesser for å unngå disse problemer. Eksempelvis er det foreslått å ekstrahere flytende metall fra dross ved mekanisk sammenpresning av varmt dross gjenvunnet direkte fra ovnen. Denne fremgangsmåte krever kostbart utstyr og høye drosstemperaturer og er begrenset av disse og andre faktorer til operasjoner i relativt stor skala. Ytterligere vil denne tilnærming ikke direkte vedrøre deponeringsproblemet, fordi restene fremdeles inneholder store mengder fritt metall.

Det har også blir foreslått (når det dreier seg om aluminiumdross) å innføre og bibeholde brenning eller "ther-mitting" av drosset under kontrollerte betingelser ved å bearbeide drosset i en hellende roterende tønne som er åpen mot atmosfæren, og således tillate at en viss del av metal-linnholdet forbrukes for å gjenvinne det resterende. Denne metode har den ulempe at den er teknisk komplisert å drive og at det fremstilles voluminøs forurensende røyk. I en modifisert versjon av denne fremgangsmåte blir tønnen lukket og aluminiumkloriddamp innført for å kontrollere oksydasjonen. Imidlertid er problemene med sikkerhet og røykkontroll som oppstår når tønnen åpnes, enda mere akutt enn de som oppstår ved den opprinnelige prosess.

Det er således behov for en mere akseptabel måte til å gjenvinne ikke-jernmetall fra dross, hvorved sikkerhets- og forurensningsulempene unngås, og som kan opereres relativt økonomisk.

Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for gjenvinning av ikke-jernmetaller, spesielt aluminium, fra dross inneholdende slike metaller.

I henhold til et trekk av oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for gjenvinning av ikke-jernmetall fra dross som inneholder slikt metall, hvilken fremgangsmåte er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del, nemlig at drosset oppvarmes ved hjelp av en plasma, og hvor ovnen fortrinnsvis roteres med en rotasjonshastighet på 1 omdr/min eller mindre inntil drosset når en temperatur over metallets smeltepunkt og roteres med en rotasjonshastighet på opptil 10 omdr/min etter at drosset har nådd en temperatur over metallets smeltepunkt.

Et apparat egnet for gjenvinning av ikke-jernmetall fra dross inneholdende slikt metall omfatter: En roterende ovn, innbefattende et lukkbart, generelt sylindrisk roterbart kammer, en plasmaflamme som kan rettes mot det indre av kammeret, midler for å fjerne flytende metall fra kammeret, samt midler for å fjerne en fast drossrest fra kammeret.

Fordelaktig er det anordnet en skrapeanordning for den roterende ovn som er forsynt med en ildfast foring og som inneholder den faste rest, omfattende et skrapeverktøy egnet for innføring i ovnen og skraping av i det minste noe av den faste rest fra foringen når ovnen roteres, en bærer-aksel for skrapeverktøyet, hvilken aksel har en tilstrekkelig lengde til å muliggjøre at skrapeverktøyet kan innfø-res i hele ovnens lengde, midler for å støtte og dreie akselen for å heve og senke skrapevektøyet, samt midler for å styre bærerakselen for å tillate frem- og tilbakerettet bevegelse, men som forhindrer sideveis bevegelse derav.

Foreliggende oppfinnelse vedrører normalt behandling av

dross etter en initial avkjøling og er påtenkt hovedsagelig som en forbedring av det ovenfor nevnte trinn 4. Imidlertid utviser foreliggende oppfinnelse (i det minste i dens foretrukne utførelsesform) signifikante ytterligere fordeler

ved at den eliminerer behovet for ovenfor nevnte trinn 3, og kan derfor unngå eller eliminere sikkerhets- og for-urensningsproblemene som oppstår som følge av trinnene 3 og 4. Da utstyret kan fremstilles relativt smått og billig,

kan behovet for et sentralt eller fjerntliggende dross-behandlingsanlegg unngås, slik at det også er mulig å eliminere det ovenfor nevnte trinn 2 og således gjenvinne metallet fra dross i umiddelbar nærhet av støpehuset eller metallhåndteringsanlegget.

Med betegnelsen "roterende ovn" menes en ovn med et generelt sylindrisk kammer foret med et egnet ildfast materiale og som oppvarmes fra innsiden. Kammeret kan monteres ved ovnens akse generelt horisontalt, selv om det kan være tilstede en mekanisme for å dreie ovnen om en tverrakse om så er ønskelig. Kammeret bør fortrinnsvis være lukkbart, hvilket betyr at den omliggende atmosfære kan utelukkes, selv om det naturligvis må være tilstrekkelig ventilasjon

(vanligvis ved en av ovnens ender) for å tillate avgang av gasser som innføres i ovnen med plasmaflammen og som avgis av drosschargen. En eller begge ender av kammeret kan være forsynt med en lukkbar dør for å tillate chargering av ovnen og fjerning av innholdet. Hvis begge ender av ovnen

ikke er forsynt med slike dører, er en ende normalt forsynt med en permanent endevegg, og den andre har en lukkbar dør. Ovnen er også forsynt med en mekanisme for å rotere kammeret rundt dets lengdeakse og fortrinnsvis er det også innarbeidet midler for å kontrollere rotasjonshastigheten og/eller rotasjonsretningen. Rotasjonsovnen vil normalt arbeide satsvis, til forskjell fra en roterende kalsine-rings- eller røsteovn for mineraler o.l., som generelt har en vesentlig større lengde (f.eks. lengdeforhold på 10-50:1) og som kan arbeide kontinuerlig.

Den ildfaste foring for en roterende ovn oppvarmet med en plasmafakkel bør normalt være i stand til å motstå høyere temperaturer (dvs. temperaturer over 800°C) enn for for-inger som anvendes i ovner som oppvarmes med konvensjonelle brennere. For eksempel kan det være ønskelig å anvende en støpeblanding med høyt aluminiumoksydinnhold i stedet for en vanlig ildfast sten med lavt aluminiumoksydinnhold.

Med betegnelsen 11 plasma fakkel" menes en plasmagenerator som er istand til å rette en strøm av gassformig plasma med ekstremt høy temperatur (ofte opptil 8000°C) i en betydelig lengde i en ønsket retning. Plasmafakler består generelt av et langstrakt rør gjennom hvilket en gass føres og med en eller flere elektroder anordnet inne i røret for å danne en elektrisk lysbue inne i gassen. Plasmafakler av den "contained" bue-type er mest foretrukket for anvendelse ved foreliggende oppfinnelse, selv om det er mulig i visse tilfeller å anvende plasmageneratorer med overført lysbue. Plasmafakler med forskjellig varmeeffekt er kommersielt tilgjengelige, f.eks. fra Plasma Energy Corporation, USA. Fakler med effektavgivelse på 100 kW til 2,5 mW er for tiden tilgjengelige, og en plasmafakkel med egnet energi-avgivelse kan lett finnes for å tilpasse ovner med forskjellige satskapasiteter.

Plasmafakkelen er fortrinnsvis dreibart montert inne i den roterende ovn. Dette tillater at plasmabuen kan rettes bort fra dross-chargen under den initiale oppvarming og tromling (for å forhindre dannelse av varme punkter). For eksempel, hvis plasmabuen rettes oppad ca. 15° i forhold til horisontalplanet, vil varmen rettes mot ovnsforingen og overføres til drosschargen ved varmeledning når ovnen roterer. Plasmafakkelen bør fortrinnsvis ikke rettes langs ovnens akse, da dette vil danne et varmt punkt i foringen på ovnens motsatte endevegg. Straks metallet er tappet av, kan det imidlertid være ønskelig å rette plasmabuen direkte mot drossresten for å kalsinere denne eller på annen måte forbedre dens egenskaper.

Et antall gasser kan føres gjennom plasmabuen, og eksempler innbefatter N2, H2, CO, C02, luft, Ar og CH4 såvel som blandinger av disse. Diatomære gasser er foretrukket frem-for monoatomære gasser, på grunn av at energioverførings-hastigheten er meget høyere når det anvendes diatomære gasser. Da nitrogen både er diatomær og relativt billig, er denne gass mest foretrukket i de fleste tilfeller, selv om N2/H2-blandinger også ofte anvendes. Som det vil bli for-klart mere detaljert senere, kan forskjellige gasser anvendes ved forskjellige trinn ved foreliggende fremgangsmåte.

Metalldross som kan behandles med den nye fremgangsmåte innbefatter alle ikke-jern metalldrosstyper som konvensjonelt kan gjenvinnes ved den ovenfor nevnte saltbadteknikk og spesielt dross av metaller med smeltepunkt under 1200°C. Fremgangsmåten er spesielt egnet for behandling av dross av aluminium, aluminiumlegeringer (f.eks. aluminium-magnesium-legeringer), kobber og kobberlegeringer (f.eks. kobber-tinn-legeringer).

Et av de viktigste trekk ved foreliggende fremgangsmåte er at den eliminerer behovet for anvendelse av saltbad under behandlingen av dross, og derved unngås de alvorlige for-urensningsproblemer som forårsakes av genererte salt-damper og ved dumping av vann-utlutbare salter i landdepoter. Ytterligere, da drossresten forblir fast, er den lett separerbar fra det gjenvundne smeltede metall, f.eks. ved avtapping av smeltet metall gjennom et tappehull eller ved å helle ovnen ned ved én ende og helle ut det smeltede metall gjennom endedøråpningen.

Uten ønske om å bli bundet til en spesiell teori er det imidlertid antatt at behovet for anvendelse av saltbad elimineres ved foreliggende fremgangsmåte av følgende grunner: Anvendelse av en plasmalysbue for oppvarming av dross i stedet for en brenner som anvender fossilt brennstoff, muliggjør at sammensetning av atmosfæren i rommet i den roterende ovn kontrolleres. En plasmalysbue kan operere med gassblandinger som er meget mindre reaktive enn de konvensjonelle forbrenningsprodukter som genereres av fossil- brennstoffbrennere. Dette forhindrer fortykning av oksydbelegget på de frie metallpartikler eller -dråper mens drosset behandles. Dette synes å gjøre det lettere for dråpene å smelte sammen når de støter sammen under tromling av drosset.

Til motsetning kan vanndamp og C02 som dannes av fossilbrennstoff-brennere fortykke oksydbelegget eller "posen" som omgir hver metalldråpe. Da ovnskammmeret er lukkbart, kan luft og vanndamp fra den ytre atmosfære om ønsket utelukkes, i det minste under metallkoaliserings-trinnene. Plasmaflammen innfører en kontinuerlig strøm av gass til det indre av den roterende ovn, og dette danner et svakt positivt trykk som også hjelper til å holde den eksterne atmosfære ute.

Et annet viktig trekk ved foreliggende fremgangsmåte er at plasmabuen genererer en meget mindre mengde avgasser i ovnen enn den konvensjonelle saltbadprosess, hvor fossilt brennstoff danner store mengder forbrenningsgasser og saltbadet produserer røykskyer.

Den mindre mengde av gass krever heller ikke anvendelse av avansert kjøle- og behandlingsutstyr og gassene kan kun fortynnes med luft og føres gjennom et standard filtrer-ingssystem. Det faktum at plasmaflammen har en så høy temperatur betyr ytterligere at drosschargen kan oppvarmes raskt og en større varmemengde kan innføres i ovnen med en relativt liten gassmengde.

Selv om tilstedeværelse av saltflussmiddel unngås ved foreliggende fremgangsmåte, kan et antall reaktive kjemi-kalier tilsettes til ovnen for å kontrollere den kjemiske sammensetning av restene. Et slikt kjemikalium bør fortrinnsvis ikke være lett fordampbart eller giftig eller utlutbart når drossresten kastes, heller ikke må det være av en slik natur at det gjør drossresten flytende eller på annen måte utilfredsstillende. Kjemikaliet bør derfor fortrinnsvis ha et høyt smeltepunkt og et lavt damptrykk og være i stand til å reagere i faststoff/faststofftilstand. For tilfelle av aluminiumdross kan en eller flere basiske forbindelser, såsom ett eller flere oksyder av kalsium, magnesium eller bor, eller karbonater av kalsium eller magnesium tilsettes til drosschargen for å binde eventuelle vannoppløselige fluoridforbindelser som kan være tilstede i drosset, f.eks. som resultat av overføring fra kryolitt eller andre fluoridforbindelser (natriumfluorid eller aluminiumfluorid) i dross fjernet fra holdeovner som får aluminiummetall direkte fra reduksjonscellene. Tilstedeværelse av slike fluorider i dross representerer forurens-ningsfarer, og tilsetning av de nevnte basiske forbindelser omdanner fluoridene til mere stabile og miljøvennlige fluorider.

Under behandlingen av dross kan ovnen roteres med en hvilken som helst egnet rotasjonshastighet. Hastigheten bør fortrinnsvis være tilstrekkelig langsom til å unngå noen vesentlig ødeleggelse av ovnsféringen som følge av støt-sjokk fra drosschargen og til å unngå generering av fine partikler eller støv ved abrasjon, men tilstrekkelig hurtig til å gi jevn oppvarming av drosschargen og koalisering av metalldråpene. Den følgende rotasjonsprosedyre for ovnen er meget ønskelig.

Etter at drosset først er innført i ovnen og plasmabuen er satt i drift, roteres ovnen meget langsomt og fortrinnsvis intermittent. Den viktige betraktning ved dette trinn er at rotasjonen ikke bør være så rask at ovnsféringen ødelegges som følge av støt av store drossklumper eller at det dannes store mengder støv som følge av abrasjon av drosspartik-lene, men forsiktighet bør også utvises for å unngå dannelse av varme punkter i foringen eller i drosschargen (som er en dårlig varmeleder).

Normalt vil rotasjonshastigheten ikke være noe særlig høyere enn 1 omdr/min og fortrinnsvis meget langsommere, eksempelvis kan ovnen roteres 90° over en tidsperiode på ca. 15 s og får deretter henstå i flere sekunder, og deretter roteres igjen 90° (enten i samme retning eller i motsatt retning) i en ytterligere tidsperiode på 15 s. Denne prosedyre fortsettes inntil drosschargen når en temperatur over smeltepunktet for metallet (men under smeltepunktet for drossresten, som vanligvis er metall-oksydet).

Når drosschargen har nådd den ønskede temperatur, kan utgangseffekten for plasmabuen nedsettes, da kun tilstrekkelig varme for å holde chargen véd den ønskede temperatur (fortrinnsvis over 800°C) er nødvendig på dette trinn. Alternativt kan plasmabuen skrues av (selv om gass-strømmen fortrinnsvis bibeholdes) og oppstartes periodisk.

Ovnens rotasjonshastighet blir deretter forøket, fortrinnsvis til området 1-10 omdr/min. Relativt rask rotasjon er nødvendig for å bringe de fri metalldråper til sammenstøt med hverandre og koalisering, og høyere rotasjonshastig-heter kan tolereres på dette trinn, fordi det er mindre risiko for ødeleggelse av ovnsféringen og mindre fare for støvdannelse, da de større partikler er brutt opp og drossresten ofte blir noe klebrig. På den annen side bør rotasjonshastigheten ikke være så rask at koalisering av metalldråpene forhindres i stedet for å lettes. På dette trinn kan rotasjonen være kontinuerlig eller intermittent, men er normalt kontinuerlig.

Etter et passende tidsrom avbrytes rotasjonen, og gjenvunnet metall tappes av. Drossresten kan deretter fjernes fra ovnen eller den kan underkastes ytterligere behandling i den roterende ovn. Eksempelvis kan plasmafakkelen eller annet oppvarmingsutstyr anvendes for å kalsinere drossresten, og i visse tilfeller kan et malemedium (f.eks. stålkuler) anvendes i tillegg for å male drossresten til en forhåndsbestemt finhetsgrad. Rotasjonshastigheten under dette trinn kan varieres vidt etter ønske, men bør ikke være så rask at den forårsaker ødeleggelse av ovnen, spesielt når det er et malemedium tilstede. Generelt vil rotasjonshastigheten være 1-20 omdr/min. Under dette avsluttende trinn kan en eventuell nødvendig oppvarming tilveiebringes ved hjelp av konvensjonelle oppvarmere, f.eks. brennere for fossilt brennstoff, fordi de faste drossrester vanligvis ikke skades av dette.

Imidlertid er plasmaoppvarming fremdeles foretrukket på grunn av den raske varmeeffekt og de høye temperaturer.

Etter sluttbehandlingen fjernes drossresten fra ovnen. Dette kan vanligvis ikke oppnås ved kun å helle ovnen og la resten renne ut, fordi resten vanligvis har dårlige flyte-egenskaper og til og med kan vedhefte til ovnsféringen. Vanligvis er det derfor nødvendig å innføre et skrapeverk-tøy i ovnen. Skrapeverktøyet kan være en oppadrettet plate eller annen anordning festet til enden av et langstrakt skaft, med en støtte- og styremekanisme. Mens ovnen langsomt roteres (fortrinnsvis i en nedadrettet stilling) innføres skraperen i ovnsåpningen tilstøtende den indre ovnsvegg og flyttes langsomt til motstående ende av ovnen, og deretter blir bevegelsen reversert. Denne prosedyre kan gjentas så mange ganger som nødvendig. Skraperen bør fortrinnsvis styres på en slik måte at den følger ovnsprofilen for å unngå at ovnsforingen blir skadet. Selv om skraperen forsiktig kan berøre ovnsforingen for å fjerne så meget av resten som mulig, kan det i mange tilfeller være ønskelig å holde skraperen i en kort avstand fra foringen, slik at et beskyttende lag av resten etterlates som et belegg på ovnsforingen. Når skrapeverktøyet har form av en oppadrettet plate eller blad kan den holdes i en vinkel i forhold til lengdeaksen, slik at bladet vil skrape resten ut av ovnen når den føres tilbake mot ovnsåpningen.

Straks ovnen er renset for drossresten kan en ny fersk drosscharge umiddelbart tilsettes, fortrinnsvis før ovnen kjøles for meget ned, slik at den gir et minimum av energi-tap.

Som ovenfor nevnt, innbefatter ovnsatmosfæren fortrinnsvis ikke visse gasser (f.eks. vanndamp) under behandlingen av drosschargen. Imidlertid kan om ønsket en slik gass være tilstede under den avsluttende behandling av drossresten etter at metallet er tappet av. Ytterligere kan forskjellige gasser anvendes under forskjellige trinn av drossbe-handlingen. Dette kan best illustreres ved å henvise til behandling av aluminiumdross, som følger.

Smeltet aluminium reagerer ved høy temperatur (over 850°C og spesielt over 1000°C) med gassformig nitrogen under dannelse av alumniumnitrid, som er et uønsket produkt fordi det langsomt reagerer med vann under avgivelse av ammoniakk og således er uakseptabelt for omgivelsene. Imidlertid er nitrogen den foretrukne gass for anvendelse i en plasmabue på grunn av den høye varmekapasitet og relativt lave pris. Følgelig kan nitrogenplasma.anvendes for den initiale oppvarming av drosschargen. På grunn av det faktum at metallet hovedsagelig er fast under dette trinn og metallets reaktivitet overfor nitrogen er lav ved lave temperaturer, vil plasmaet oppvarme chargen raskt, og den lang-somme rotasjon eksponerer et relativt lite overflateareal, hvilket betyr at det ikke dannes store mengder nitrid. Når chargen har nådd sin maksimaltemperatur, kan argon (eller annen ikke-reaktiv gass) deretter anvendes som ovnsatmo-sfære for å forhindre en eventuell oksydasjon eller reak-sjon med metallet og tilate en effektiv metallagglomerering ved ovnsrotasjon. Argon innføres i ovnen gjennom fakkelen uten eller med et minimum av tilført elektrisk energi. Imidlertid, hvis dannelse av nitrider er akseptabel eller hvis rotasjonen er slik at slikt nitrid ikke dannes i stor grad, kan nitrogenet også anvendes i de etterfølgende behandlingstrinn.

Eksempler på gasser som kan anvendes i forskjellige trinn ved behandling av aluminiumdross er gitt i den etterfølgen-de tabell:

Således kan luft eller nitrogen anvendes alene eller i blanding i de tidlige behandlingstrinn og kan eventuelt etterfølges av argon.

Etter fjerning av gjenvunnet metall kan det deretter være ønskelig å innføre en reaktiv gass i kammeret, enten via plasmafakkelen (eller ved konvensjonelt varmeutstyr) eller direkte inn i kammeret (f.eks. ved åpning av en lukkbar dør). Det kan også være ønskelig å øke temperaturen i drossresten, f.eks. kan temperaturen heves til over 1000°C og vanndamp kan innføres for å ødelegge eventuelt dannet aluminiumnitrid (omdannelse til aluminiumoksyd skjer raskt ved temperaturer over 1000°C), eller oksygen, luft eller annen oksygeninneholdende gass kan innføres for å omdanne eventuelt fritt metall til aluminiumoksyd. For eksempel vil, i nærvær av alkaliske forbindelser såsom kalsium- og magnesiumoksyder (f.eks. kalsinert dolomitt), en blanding av luft og damp være en effektiv og billig teknikk for fullt ut å oksydere resten, eliminere nitrider og stabili-sere fluoridresten. Nitrogenet i nitridet avgis som gassformig ammoniakk. Fluorinnholdet i fluorider omdannes til uoppløselige kalsium- og magnesiumfluorider.

Det bør bemerkes at foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for behandling av dross avkjølt ved fremgangsmåten og apparatet vist i EP 86.30840.1 av 30. oktober 1986 og publisert som nr. 0.224.343 (3. juni 1987). Ved denne tidligere oppfinnelse avkjøles dross raskt og sikkert med minimal forurensende avgivelse og frigivelsé av drossfin-stoff unngås. Noe fritt metall kan trekkes av fra drosset og gjenvinnes under dette trinn. Det resulterende avkjølte dross dannes imidlertid i form av store klumper eller Stener som kan ødelegge en konvensjonell roterende ovn som roterer med den vanlige hastighet på 5-10 omdr/min. Den lange initiale rotasjon som foretrekkes i henhold til oppfinnelsen, forhindrer at store drossklumper forårsaker

støtskader på ovnsforingen.

Når foreliggende oppfinnelse utøves i forbindelse med den tidligere nevnte oppfinnelse, oppnås en spesielt effektiv måte å håndtere og behandle dross på ved at (a) man unngår forurensning ved gassavgivelse fra varmt dross, (b) drosset avkjøles raskt, (c) man unngår dannelse av skadelig finstoff, (d) man gjenvinner verdifullt metall fra drosset på en effektiv og miljøsikker måte, og (e) man har muligheter for å behandle drossresten ved å omdanne denne til et nytt produkt (f.eks. et pulver egnet som fyllstoff i asfalt, som et tilsetningsmiddel til ildfaste materialer, for fremstil-ling av fiberglass-mineralull o.l.).

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er egnet for computer-styring. For eksempel kan en computer beregne tidene som er nødvendig for hvert behandlingstrinn, basert på vekten av drosschargen, og den kan bestemme optimale rotasjonshastig-heter basert på varmefordelingen inne i drosschargen. For eksempel kan det ved å overvåke temperaturen av avgassene under det initiale oppvarmingstrinn bestemmes hvorvidt rotasjonshastigheten skal økes.

For varme avløpsgasser indikerer at rotasjonshastigheten bør økes, slik at chargen absorberer mere varme. Den ønskede maksimaltemperatur for avgassene kan være 500'C ved begynnelsen av oppvarmingstrinnet, men kan øke til 1200°C under oppvarmingen. Alt dette kan kontrolleres ved hjelp av et passende computerprogram.

En egnet ovn for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal beskrives mer detaljert under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 er et sideriss av en roterende ovn (bortsett fra at plasmafakkelen er utelatt) i henhold til en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er et enderiss av ovnen ifølge fig. 1,

fig. 3 er et tverrsnitt av en plasmafakkel av den type som kan anvendes i foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 er et sideriss av en foretrukket skrape-mekanisme, ovnens roterende kammer er også vist i snitt, og

fig. 5 er et grunnriss av mekanismen ifølge fig.

4 med det roterende kammer utelatt.

En ovn 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse (bortsett fra at plasmafakkelen er utelatt) er vist i sideriss i fig. 1 og og enderiss i fig. 2. Ovnen består av en hul stålsy-1inder 11 hvis indre vegger er foret med et høytemperatur-resistent ildfast lag 12. Sylinderens vegger avskråner innad ved hver endevegg og én ende er lukket med en endevegg 13, mens den andre har en åpning 14 som kan lukkes med en dørmekanisme generelt vist ved 15. Den viste konstruk-sjon danner et lukket ovnskammer for behandling av dross.

Sylinderen 11 er roterbart og hellbart understøttet av et rammeverk 16. Rammeverket tillater at sylinderen roterer rundt lengdeaksen på valser 17 og tillater også at den kan dreie rundt akslene 18. Rotasjon tilveiebringes av et tannhjul 19 fast forankret til sylinderen og en kjede (ikke vist) som er ført rund tannhjulet og som drives av en ikke vist motor som er istand til å rotere sylinderen enten intermittent eller kontinuerlig i begge retninger med en rotasjonshasighet på ca. 10 omdr/min, eller også så høyt som 20 omdr/min. Dreining eller helling utføres ved hjelp av motoren 20 som dreier en gjenget stav 21 anordnet mellom et oppadrettet støtteelement 22 og et horisontalt bære-element 23 via en gjenget brakett 24. Rotasjon av staven forårsaker helling av sylinderen 11 i hver retning rundt akselen 18 og fortrinnsvis i en grad på opptil 30° over eller under horisontalplanet.

Dørmekanismen 15 er båret av rammeverket 25, som er fast festet til den dreibare seksjon av hovedrammeverket 16. Rammeverket 25 omfatter en dør montert vertikalt hengslet på en side via en roterbar vertikal aksel 26. En sirkulær ildfast foret dør 28 er festet på rammeverket 25 med vertikale tapper 29 som tillater at døren kan dreies i forhold til rammeverket 25, slik at døren passer riktig i åpningen 14 i sylinderen 11. Døren har fire horisontale hull 30 som virker som gasskanaler som tillater at ovns-

gassene slipper ut til omgivelsene. Kanalene er dekket av en ringformet kanal 31 med et avgassutløp 32.

Den ildfast forede dør 28 roterer sammen med sylinderen og døren 28 er knyttet til det ikke-roterende rammeverk 25 via et ringformet lager med lav friksjon som roterer under den ringformede kanal 31. Utslipp av gasser mellom periferien av åpningen 14 og den tilsvarende periferi av døren forhindres ved å plassere en pakning av fibrøst materiale rundt ovnsåpningen mellom sylinderen 11 og døren 28. Døren holdes på plass ved hjelp av en kabel og ét vinsjarrange-ment 33, som trekker døren inn i forseglende kontakt med sylinderen 11 og således sammenpresser pakningen.

Døren 28 har et sentralt hull 34 som mottar en ringformet plasmafakkel-montering 35. Veggene som definerer hullet og deler av monteringen i inngrep, danner en skjøt av kule-ledd-typen som tillater at fakkelmonteringen kan dreies i forhold til lengdeaksen av hullet 34 (og følgelig også i forhold til den sentrale lengdeakse av sylinderen 11). Når plasmafakkelen plasseres i monteringen 35 vil den forsegle hullet 34 mot frigivelse av gass, men monteringen tillater at plasmafakkelen dreies etter behov inne i ovnen. Generelt vil monteringen tillate at plasmafakkelen dreies opp 15° enten over eller under ovnens sentrale lengdeakse.

En typisk plasmafakkel 40 av den "contained" bue-type for anvendelse i foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 3. Fakkelen omfatter et langstrakt rør 41 med gassinnførings-åpninger 42 plassert mellom henholdsvis front- og bak-elektrodene 43 og 44. En lysbue 45 dannes mellom for- og bakelektroden og gassen omdannes til plasma og støtes ut gjennom munnstykket 46. Plasmafakkelen er normalt forsynt med en ikke vist vannkappe for å unngå overoppheting. Fakkelen kan monteres i ovnen som indikert ovenfor med munnstykket 46 pekende inn i ovnen.

Figurene 4 og 5 viser en mekanisk skraper 50 for anvendelse med ovnen ifølge fig. 1 og 2. Skraperen har et skrapeverk-tøy 51, fortrinnsvis fremstilt av støpejern, stål eller lignende med en wolframkarbid- eller annen sliteresistent skrapekant montert på den frie ende av et langstrakt skaft. Den motsatte ende av skaftet 52 er dreibart understøttet av en ramme. Skaftet er opphengt ved et dreipunkt i en viss avstand fra ytterenden av skaftet og et hydraulisk stempel virker på skaftet ved et punkt nær ytterenden. Når stempelet beveger ytterenden av skaftet nedad, vil skaftet dreies rundt punktet 54 fra en generelt horisontal hvile-stilling, og skrapeverktøyet 51 heves.

Rammen 53 er montert på horisontale sidebjelker 56 hvis frontender kan festes meget fast til en styreanordning eller bærevogn 57 (også vist i figurene 1 og 2). Bære-vognen er konstruert for bevegelse langs et spor som utstrekker seg under den roterende ovn, og dens virkning er å styre skraperen inn i ovnen og å tilveiebringe en stiv sidestøtte for frontenden av skrapemekanismen. Sporet utstrekker seg under ovnen, hvilket ses best i fig. 5, og består av et par parallelle styreskinner 58, 58 og en massiv sentral bæreskinne 59. Vognen har på hver side et antall hjul som kan rulle langs skinnene 58, 58. , Hjulene 60 bæres av aksler 61 som utstrekker seg tvers over vognen. Vognen har også et antall vertikale valser 62 som går i inngrep med motsatte vertikale sideflater av støtteskinnen 59 og tilveiebringer god sidestøtte for vognen.

Vognen kan inneholde en liten motor (ikke vist) for selv-bevegelse langs skinnen, men dette er ikke nødvendig, fordi skrapemekanismen kan bringes forover eller bakover ved hjelp av andre midler. Når vognen er selvgående kan imidlertid skinnene 58, 58 være forsynt med horisontale gear-tenner og de drevne hjul 60 kan være i form av kjedehjul som går i inngrep med tennene.

Sidebjelkene 56 er montert på små frie valser 63 som også kan rulle langs en skinne, men alltid må motstå sideveis forskyvning av skrapemekanismen.

En digel 64 er anordnet ved ovnens åpne munn, og dennes størrelse er slik at den ikke forhindrer den fremadrettede og bakutrettede bevegelse av skrapemekanismen.

Apparatet beskrevet ovenfor arbeider på følgende måte: Ovnen 10 forvarmes enten ved hjelp av en konvensjonell oppvarmingsanordning (f.eks. en gassbrenner eller et elektrisk element) eller ved hjelp av plasmafakkelen 40.

En drosscharge bearbeides i en satsningsanordning (ikke vist), såsom en skyffel montert på en gaffeltruck og spesielt tilpasset til å passe inn i ovnsåpningen 14. Døren 28 blir deretter åpnet og ovnen dreies til horisontal stilling ved hjelp av dreiemotoren 20. Ovnen chargeres med dross inntil chargen opptar ca. en fjerdedel til en tredjedel av ovnens totale indre volum- Vekten av innført dross kan måles ved hjelp av fire veieceller 36 (fig. 1).

Pakningen av fibermateriale blir deretter installert rundt ovnsåpningen 14, hvoretter døren 28 lukkes og vinsjen 33 blir satt igang for å holde døren tett lukket.

Ovnen dreies deretter oppad (dørenden høyt) opptil 30°. En større hellingsvinkel tillater at en større drosscharge kan håndteres, fordi det smeltede metall, når dette dannes, ikke må stige til døråpningens 14 nivå. Imidlertid bør hel-lingsvinkelen ikke være så høy at tromleeffekten forhin-

dres.

Den initiale plasmaoppvarming utføres med plasmafakkelen 40 hevet oppover fra horisontalen, dvs. bort fra drosschargen. Dette sikrer at det ikke dannes noen varme punkter i drosset.

Når plasmafakkelen er i drift, roteres ovnen med en kontinuerlig eller fortrinnsvis intermittent rotasjonshastighet på mindre enn 1 omdr/min. Rotasjonen forhindrer varmeflekk-dannelse i ovnsforingen 12 og overfører varme til dross-chargen. Temperaturen i drosschargen overvåkes enten av ikke viste termoelementer innbakt i ovnsforingen 12 og/eller ved hjelp av et termoelement montert i avgasskanalen 12. En høy avgasstemperatur indikerer at chargen er klar og at det ildfaste lag blir overopphetet og at ødeleggelse kan oppstå. En computer kan anvendes til å variere rotasjons-hastighetene for ovnen i forhold til avgassens temperatur.

Når chargen er jevnt oppvarmet til en temperatur over smeltepunktet for metallet i drosset (fortrinnsvis over 800°C), kan plasmaenergiavgivelsen slåes ned eller skrues av (og evenuelt kan plasmagassen forandres) og rotasjonshastigheten for ovnen økes inntil mesteparten av metallet har koalisert og skilt seg fra den faste drossrest. Rotasjonen blir deretter stoppet og smeltet metall gjenvinnes gjennom ett eller flere tappehull 37. Ovnens hellings- og rotasjonsmuligheter kan anvendes for å rette det smeltede metall mot det ene eller det andre tappehullet. Smeltet metall helles i en avtrekningspanne (ikke vist) anordnet under ovnen. Ikke-metalliske urenheter i drosset forblir i ovnen som et faststoff og vil vanligvis hefte til veggene i ovnen.

De faste urenheter kan om ønsket underkastes ytterligere behandling (f.eks. varmebehandling under anvendelse av plasmafakkelen eller av en konvensjonell varmeanordning) og deretter kan ovnen åpnes og skrapemekanismen anvendes for å rense ut ovnen. For å oppnå dette blir døren 28 først åpnet og ovnen dreiet nedad, fortrinnsvis til 30°. Digelen 64 plasseres under ovnsåpningen og vognen 57 beveges under frontdelen av ovnen og sidebjeikene 56 på skrapemekanismen festes. Ovnen roteres (5-10 omdr/min) og skrapemekanismen beveges slik at skrapeverktøyet føres inn i ovnsåpningen. Stempelet 55 blir brukt slik at bladet følger konturen til ovnsforingen 12, slik at det ikke forårsakes ødeleggelse av foringen. Verktøyet er som vist formet på en slik måte at hver del av foringen kan nås. Rotasjonen av ovnen sammen-virkende med en forover- og bakoverbevegelse av skrapeverk-tøyet forårsaker at fast drossrest faller ned i digelen 64. Skrapeverktøyet beveges fremover og bakover inntil all drossrest er fjernet.

Med stiplede linjer i fig. 4 er det vist forskjellige posisjoner av skraperbladet 51 under forover- og bakover-bevegelsene og det er også vist fremre og bakre ytterposi-sjoner for skrapemekanismen og vognen 57.

Skrapeverktøyet blir deretter fjernet fra ovnen og skrapemekanismen løsnet fra vognen og denne ført tilbake under ovnen.

Oppfinnelsen skal ytterligere illustreres med de følgende eksempler.

Eksempel 1

En charge av aluminiumdrossprøve av blandet legering-opp-rinnelse med en vekt på 394 kg ble innført i en ildfast foret hellbar og roterende, sylindrisk forvarmet ovn. En 150 kW nitrogen-plasmabue-fakkel installert i ovnsdekslet tilførte varme i ca. 100 min. Ovnen ble intermittent rotert ved begynnelsen av varmeperioden (ca. en kvart omdreining hvert 5. minutt) og kontinuerlig rotasjon ble påbegynt etter ca. 60 minutters oppvarming med et turtall som varierte i området 5-10 omdr/min.

Etter denne oppvarmingsperiode ble 255 kg flytende aluminium trukket av fra ovnen ved at denne ble dreiet. Metall-temperaturen varierte i området 1000-1100°C. Analyse av den pulverformige rest viste et aluminiuminnhold på 2% aluminium, tilsvarende et aluminiumtap på 3,5 kg. Dette tilsvarer en aluminiumekstraksjons-effektivitet på

100 X (266/269,5)=98,7%.

Eksempel 2

En drosscharge med en vekt på 458 kg av en Al-Mn-legering, avkjølt under argonatmosfære, ble charget i en ildfast foret hellbar og roterbar sylindrisk forvarmet ovn. Chargen oppvarmet med en 150 kw nitrogren plasmabuefakkel ble festet til ovnens deksel. Fakkelen ble anordnet hellende i forhold til rotasjonsaksen for ovnen, for å unngå direkte anslag mot drosschargens overflate.

Ved begynnelsen av oppvarmingsperioden ble ovnen intermittent rotert (ca. en kvart omdreining hvert femte minutt) og deretter ble rotasjonshastigheten progressivt øket til en kontinuerlig rotasjonhastighet på 5-100 omdr/min når den faste masse begynte å bli flytende.

Etter ca. 90 min ble 273 kg flytende aluminium tappet av fra ovnen ved helling, tilsvarende et total-aluminiuminnhold på ca. 60%. Den pulverformige rest, fjernet ved mekanisk skraping av ovnsforingen, veide 187 kg og inneholdt 2,3% fritt aluminium (metal-free aluminum?) og ca. 37% aluminium-nitrid. Disse resultater tilsvarer en ekstraksjonseffektivitet på ca. 88% når det antas at den opprinnelige drossprøve inneholdt ca. 4% Al N og at vektforøkelsen av chargen skyldtes dannelse av aliminiumnitrid. Alumi-niumnitridinnholdet i resten ble senere nedsatt til under 10% ved å holde den varme rest i nærvær av en fuktig luft-atmosfære på en temperatur på ca. 1000°C under anvendelse av enten en elektrisk eller gassfyrt fakkel.

I begge tilfeller var energiforbruket mindre enn 1 kWh pr. kg dross, og dette er mindre enn når det anvendes konvensjonelle teknologier under anvendelse av en varmekilde som bruker fossilt brennstoff.

Eksempel 3

En charge av støvformet dross med en vekt på 3009 kg, som stammet fra blandede aluminiumlegeringer og som var avkjølt under en argonatmosfære, ble charget i en forvarmet, sylindrisk ildfast foret roterende og hellbar ovn. Chargen ble oppvarmet med en l MW luftplasma-buefakkel plassert i ovnens dør. Fakkelen ble anordnet svakt hellende i forhold til rotasjonsaksen for ovnen, for å unngå direkte anstøt mot overflaten av drosschargen.

Ovnen ble intermittent rotert (ca. 1/8 omdreining hvert 2. minutt) og anordnet hellende ved 5° i forhold til horisontalplanet. Etter ca. 107 min oppvarming ble fakkelen slått av og argon ble innført i ovnen. Ovnen ble rotert kontinuerlig i ytterligere 210 min med en rotasjonshastighet på ca. 2 omdr/min. Deretter ble 826 kg flytende aluminium tappet av fra den ene siden gjennom et tappehull med en diameter på ca. 6 cm. Ovnen ble rotert kontinuerlig i ytterligere 10 min med en rotasjonshastighet på 6 omdr/- min og 155 kg flytende aluminium ble tappet ut gjennom tappehullet for å gi en total gjenvinning på 981 kg aluminium, tilsvarende en aliminiumgjenvinning på 32,6%.

Den varme pulverformige rest ble fjernet ved mekanisk skraping fra ovnsforingen og veide 2111 kg og inneholdt 5,5% fritt aluminium og ca. 14,6% aluminiumnitrid. Det chargede aluminium inneholdt 16,3% aluminiumnitrid. Resultatet tilsvarer en ekstraksjonseffektivitet på ca. 81% når det forutsettes at vektøkning av chargen skyldes dannelse av aluminiumoksyd.

Energiforbruket var ca 1496 kWh pr. tonn aluminium ekstrahert. Med nitrogenplasma-fakkel var energiforbruket 2144 kWh pr. tonn aluminium ekstrahert. Forskjellen skyldes eksoterm oksydasjon av aluminiumnitrid tilstede i drosset.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved gjenvinning av ikke-jernmetall fra dross inneholdende slikt metall, ved at drosset innføres i en roterbar ildfast ovn i hvilken drosset oppvarmes til en temperatur over metallets smeltepunkt, samt å fjerne metallet som separeres fra den faste drossrest, karakterisert ved at drosset oppvarmes ved hjelp av en plasma, og hvor ovnen roteres med en rotasjonshastighet på 1 omdr/min eller mindre inntil drosset når en temperatur over metallets smeltepunkt og roteres med en rotasjonshastighet på opp til 10 omdr/min etter at drosset har nådd en temperatur over metallets smeltepunkt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at drosset oppvarmes ved hjelp av en plasmabue som rettes inn i ovnen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at plasmabuen rettes bort fra drosset og også bort fra den sentrale lengdeakse av ovnen for å unngå dannelse av varme punkter i drosset og i den ildfaste foring i ovnen.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det som gass for plasmabuen anvendes luft, N2, H2, H2C0, Ar, COz, CH4 eller blandinger derav, fortrinnsvis nitrogen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at når drosset inneholder aluminium, oppvarmes drosset ved å tilføre gasser til plasmabuen etter følgende skjema:

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at når drosset inneholder aluminium, oppvarmes drosset ved å tilføre gasser til plasmabuen etter følgende skjema:

7. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at når drosset inneholder aluminium, oppvarmes drosset ved å tilføre gasser til plasmabuen etter følgende skjema:

8. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at når drosset inneholder aluminium, oppvarmes drosset ved å tilføre gasser til plasmabuen etter følgende skjema:

9. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 - 4, karakterisert ved at når drosset inneholder aluminium, oppvarmes drosset ved å tilføre gasser til plasmabuen etter følgende skjema:

10. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at når drosset inneholder aluminium, oppvarmes drosset ved å tilføre gasser til plasmabuen etter følgende skjema:

11. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-10, karakterisert ved at drosset tilsettes en basisk forbindelse valgt fra gruppen omfattende oksyder av kalsium, magnesium, bor og karbonater av kalsium og magnesium.