NO179858B - Fremgangsmåte og innretning for separering av harde fra mindre harde substanser - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en innretning for separering av hardere fra mindre harde substanser, ifølge kravinnledningene.

Kjente metoder for utvinning av metall fra magnesium-og aluminiumholdige slagger og avfall, eller for separasjon av liknende materialsammensetninger, er teknisk kompliserte, ofte miljømessig krevende, og følgelig kostbare.

Således gjenvinnes eksempelvis magnesium-metall av "magnesiumslam" som er utstøpt i blokker, eller fylt på stålfat mens det ennå er i smeltefasen, og som inneholder magnesium i en matriks av salter og oksider. Det er vanlig at blokkene knuses ned i flere trinn med samtidig manuell utplukking og mekanisk utsikting av metall, mens restslam fjernes fra prosessen, for sluttdeponering, eller går til annen anvendelse. Prosessen krever store maskinenheter, uavhengig av kapasitetsbehovet, for å kunne bearbeide materialet. Samtidig genereres relativt små mengder magnesiumslam ved de enkelte verk. Ytterst få sentralanlegg i verden utfører derfor gjenvinning, og frakt til disse anleggene kan bli kostbar, både på grunn av avstanden og dessuten fordi det er knyttet strenge bestemmelser til transport og emballering av magnesiumslam.

Prosessen utvikler farlige og sjenerende gasser som må kontrolleres. Dette sammen med sterkt hygroskopiske egenskaper gjør at det ved tørrbehandling av magnesiumslam stilles helt spesielle krav til valg av såvel knuse- og sikteutstyr som til transportører og utstyr for behandling av støv og gass.

Mange verk dumper eller har inntil nylig dumpet slammet, som den rimeligste og mest komfortable løsningen. Ettersom miljøkravene er blitt skjerpet, har flere industriland nedlagt forbud mot slik dumping.

Et annet eksempel er gjenvinning av aluminium-metall fra støperislagg (white dross) som foregår ved omstendelige og kostbare metoder. Første trinn i behandlingen av dross som er nedkjølt i tobber, er gjerne en mekanisk oppkonsentrering gjennom flere knusetrinn med frasikting av oksider og annet ikke-metallisk materiale, til et konsentrat på 60-70% Al-metall, som så går videre til omsmelting i roterende saltbadovner. Ved nedkjøling i slaggtobber regner man imidlertid med metalltap på ca. 1% Al pr. minutt i den nærmeste nedkjølingsperioden etter at "skimmingen" er utført.

Kjøletromler har i løpet av de seneste ti årene vunnet innpass til erstatning for nedkjøling i tobber. Ved dette oppnås rask nedkjøling og mindre oppbrenning av metallkorn. Dross fra kjøletromler holder 35-60% Al.

Trommelkjølt dross er håndterbart, men har den ulempen at det ikke lar seg oppkonsentrere i særlig grad i knuse/sikteanlegg, fordi kjølemetoden sammenfiltrer metall og oksider slik at direkte behandling i saltbadovn blir et uunngåelig neste produksj onsledd.

Saltbadovnprosessen er kostbar og lite miljøvennlig, idet den gir omlag like meget avfall som påsatt drosskonsentrat. En dross med 50% Al og 50% oksider krever "50%" salttilsats, eller samme mengde salt som drossens ikke-metalldel.

Deponering av saltkakeavfall har utviklet seg til et stort problem i flere industriland, fordi saltoppløsning har vist seg å trenge ned i grunnen og forurense grunnvannet. Gjenvin-ningsanlegg for salt er bygget i flere land, men saltet fra gjenvinningen blir kostbarere enn nytt salt. Likevel pålegges ovnsmelteverkene i disse landene å levere og betale leveringsut-styr på saltkakeavfall og å kjøpe tilbake det dyre saltet.

Mangler og negative sider ved eksisterende prosesser har ført til betydelig innsats for å forenkle disse, eller utvikle nye, men uten at dette hittil har gitt praktisk anvend-bare resultater.

De foran nevnte ulemper og begrensninger ved kjente utforminger unngås med foreliggende oppfinnelse slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

I forhold til de i dag kjente og vanlig benyttede metoder, gir fremgangsmåten og innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse vesentlig enklere og billigere anlegg og utrustning, som kan behandle mindre mengder i prismessig konkurranse med større, ofte fjerntliggende sentralanlegg. Det oppnås ved bruk av spyling med meget høyt trykk, bedre separering og renere produkter, spesielt renere metallkonsentrater. Videre oppnås betydelig hurtigere oppdeling av masseblokken enn tidligere kjente våtprosesser, noe som, sammen med spyle- og vaskevannets hurtig avkjølende effekt, hindrer oksidasjon og tap av verdifulle bestanddeler, f eks metall, under selve prosessen.

Foreliggende oppfinnelse kan benyttes til å separere mykere materiale fra hardere materiale, uavhengig av hvilket materiale som har interesse.

Med foreliggende oppfinnelse oppnås også en rekke andre fordeler og forbedringer i forhold til kjent teknikk. Anlegget er kompakt, slik at farlig og sjenerende gassutvikling lett kan kontrolleres og gassen eventuelt nøytraliseres. Videre er metoden som våtprosess betraktet, hurtig. Dette er nødvendig ved behandling av Mg- og Al-slagger, som reagerer sterkt eksotermisk, med utvikling av en rekke farlige og sjenerende gasser ved påvirkning av vann og luft. Suksessivt reduseres metallinnholdet når vann og luft tilføres. Over tid vil slike reaksjoner redusere eller helt fjerne metallinnholdet i utgangsmaterialet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir renere produkter i de fleste tilfeller, fordi man unngår at urenheter blir "bakt inn" i metall, i samme grad som en flertrinns knusebehandling av Mg og Al kan resultere i. Den gir videre bedre gjenvinning med høyere utbytte av f eks Mg og Al enn ved knuse- og mølleoperasjoner, og særlig bedre enn ved smelting av Al i saltbadovn, der tapet kan være ca. 10%.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse har vist seg spesielt godt egnet til å separere magnesium fra magnesium-holdig slagg og avfall og tilsvarende å separere aluminium fra aluminiumholdig slagg og avfall, men er ikke begrenset til disse bruksområder. Prinsippet kan tvert imot benyttes også innenfor andre fagområder hvor hardere materiale ønskes separert fra omliggende noe mykere materiale, hvor det av forskjellige grunner ikke er hensiktsmessig å utføre prosessen i knuseanlegg eller ved lavtrykk utvasking, dels på grunn av tidsfaktoren og dels pga mulige bivirkninger.

Selv om oppfinnelsen især har vist seg velegnet ved gjenvinning av metall fra magnesium- og aluminiumholdig slagg og avfall, kan den med fordel benyttes til å separere andre materialer som er sammensatt av flere komponenter med forskjellig hårdhet.

Saltkakeavfall (black dross) som kan inneholde 3-10% Al-metall, kan således med fordel også behandles med foreliggende oppfinnelse. Behandlingen eller fragmenteringen kan da enten inngå som ledd i en fullstendig prosess for gjenvinning av metaller, oksider og salter, eller bare utføres slik at metall og Al-oksid gjenvinnes, mens oppløste salter (i det vesentlige NaCl) slippes ut, f eks til sjøs.

Under gjennomføringen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sprenger en fluidstråle under meget høyt trykk ut bløte eller sprø bestanddeler fra de hardere eller seigere. Trykket på strålen tilpasses det materialet som skal behandles, og kan variere fra noen få hundre opp til flere tusen bar.

Fluidstråler med meget høye trykk har vist seg meget velegnet til å skille harde og seige (duktile) faststoffer som eksempelvis metaller, fra sprø, bløte eller sandkornige materialer som metallpartiklene er innesluttet i. Høytrykkstrålene bryter opp blokken etter grenseflatene mellom bestanddeler med ulike mekaniske egenskaper, kjennetegnet f eks ved ulik hardhet, sprøhet eller seighet. De bestanddeler som lettest lar seg påvirke av fluidstrålen, rives løs, og vaskes bort fra de mer resistente bestanddeler.

Prosessen kan ta utgangspunkt i en kompakt blokk med slagg og innesluttet metall i form av dels klumper av ulik størrelse og formasjoner og dels metall i kuleform med liten diameter.

Det synes å foreligge en terskelverdi for trykket i fluidstrålene, ved at de mindre motstandsdyktige bestanddelene under denne terskelverdi enten vaskes sakte mekanisk ut fra utgangsmaterialet, oppløses i spylemediet og vaskes bort eller reagerer kjemisk med spylemediet for deretter å vaskes bort.

Under terskelverdien kan mekanisk motstandsdyktige bestanddeler, f eks metall, reduseres eller forsvinne helt dersom uønskede reaksjoner får tid til å utvikle seg.

Over denne terskelverdi oppnås imidlertid en hurtig utsprengning og fjerning av de mindre motstandsdyktige bestanddeler, med frigjøring av de harde og seige. Reaksjoner som reduserer f eks metallinnholdet, vil ikke ha tid til å utvikle seg i slik grad at det betyr noe.

Terskelverdien vil variere med sammensetningen på materialet som behandles.

Det er på nåværende tidspunkt ikke funnet frem til noen konkret terskelverdi for overgangen mellom vanlig utvasking og knusing av det mykere materiale ved behandling av forskjellige materialsammensetninger, men det kan antas at en slik terskelverdi muligens kan ligge i størrelsesordenen 300-500 bar og at det relevante arbeidstrykk i forbindelse med især magnesium og aluminium, vil ligge i størrelsesordenen fra 500 bar og oppover, også over 1000 bar.

Høytrykksspyling er imidlertid overlegen andre metoder når det gjelder å få frem rent metall med minimalt metalltap i tilfellene magnesiumslam, aluminiumsdross og saltkakeavfall, fordi masseblokken "knuses" like godt som ved mekaniske knusemaskiner, men uten å skade, knuse eller skrelle av metall i uønsket grad. Videre demolerer høytrykksspyling blokken hurtig, slik at reaksjoner som reduserer metallinnholdet ikke rekker å gjøre vesentlig skade. Høytrykksspyleprosessen gir et kompakt anlegg, som gjør det lett å fange opp gasser som måtte utvikles, for videre sikker behandling.

De foran beskrevne fordeler oppnås med fremgangsmåten og innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse, slik den er beskrevet med de i kravene anførte trekk.

Oppfinnelsen beskrives eksempelvis i sammenheng med tegningen hvor figur 1 viser et skjematisk blokkskjerna av et anlegg for utførelse av oppfinnelsen og figur 2 viser et skjematisk blokkskjerna av en alternativ utførelse.

Begge figurer viser en blokk 1 bestående av en materialblanding av minst to komponenter, med for prosessens virkemåte nødvendig forskjell i hårdhet (mekaniske egenskaper), for eksempel metall i en slaggblokk, føres.gjennom en luke i et avlukke 2 i hvilket en eller flere dyser 11 for høytrykksspyling er montert på en til formålet passende utformet arm eller ramme som kan beveges i avlukket, både horisontalt og vertikalt, slik at dysen eller dysene 11 suksessivt dekker hele overflaten av blokken 1 med høytrykkstråler. Herved vil biter skalles av blokken, noen så små at de vil falle ned gjennom risten 4 under blokken 1, som kan være fast eller utføres som en roterende skive, andre vil bli liggende på risten 4 for senere å bli behandlet videre av høytrykkstrålen(e), etter hvert som strålene bryter opp, arbeider seg inn i blokken og skiller bestanddelene fra hverandre for til slutt å renspyle stykkene som ligger tilbake på risten. Høytrykksstrålene kommer fra et aggregat 3 for

vann under høyt trykk.

Høytrykkstrålene kan utspringe fra et spylehode med en programmert bevegelse av strålene eller spylehodet kan styres slik at strålene selv søker etter klumper som skal brytes opp. Enten strålene kommer fra en arm eller ramme med flere dyser 11, et spylehode med flere eller bare en stråle, er det vesentlig at strålene er målrettet' og sikrer at hele blokken brytes opp. Dysehodet eller hodene kan være rettet mot blokken vertikalt nedover og eventuelt dreies derfra til i det vesentlige horisontal retning mot blokken. Dysehodet eller -hodene må også kunne føres inn under risten 4 for å spyle oppover fra undersiden. Som fluid kan benyttes vann eller andre hensiktsmessig væsker.

Stykker av materiale som motstår høytrykkstrålene, eksempelvis metall, som er større enn hullene i risten 4, vil bli liggende igjen på risten 4 og kan fjernes etter at blokken 1 er ferdig behandlet.

Avhengig av ønsket sluttprodukt kan de frembrakte materialer benyttes direkte, tilføres for gjentatt bearbeiding, siktes eller bearbeides videre eksempelvis i en trommelseparator 6, et knuse-sikteanlegg, vasketrommel eller tørkeinnretning 5. For videre behandling føres materialet fra risten 4 til trommelseparatoren 6, hvor høytrykksspyling igjen benyttes til å skille bestanddeler med forskjellige mekaniske egenskaper, dvs især metaller fra slaggblandinger. Fortrinnsvis bringes materialet inn i trommelseparatoren 6 aksialt midt gjennom separatoren til separatorens andre ende hvor det slippes for behandling. I en noe skråstilt trommelseparator rettes høytrykkstråler mot materialet idet dette transporteres opp av et vannbad, slik at materialet knuses mot trommelens bak- eller sidevegg, for så å falle ned i vannbadet igjen, så materialet i minst mulig grad utsettes for luftpåvirkning.

Materialet behandles i trommelen 6 av en eller flere dyser som bearbeider materialet etter hvert som dette gjentatte ganger påvirkes av høytrykkstrålene.

Trommelseparatoren 6 er fortrinnsvis skråstilt, slik at materialet pga trommelens rotasjon beveges "nedover" i trommelen, i motsatt retning av den inngående transportørs transportretning. Denne del av trommelen omfatter langsgående riller eller løftere, for at det skal være et visst feste for materialet, så det ikke lett bare spyles vekk av høytrykkstrålene, men brytes og/eller knuses ned og renvaskes så effektivt som mulig.

Etter høytrykksspylingen føres materialet over en sikteseksjon i trommelen 6, der finstoff under den skillegrense man velger, siktes ut og fjernes fra systemet, med eller uten tilførsel av vanlig spylevann (våtsikting). Hensiktsmessig samler en renne 13 opp finstoff og driftsvann fra hele anlegget og fjerner det fra prosessen.

Overkom på sikten fortsetter til enden av trommelen 6, som der er utstyrt med løftere, som på grunn av trommelens rotasjon, vil løfte materialet opp på transportøren som fører det videre til motsatt ende av trommelen 6, til gjentatt behandling under høytrykkstrålene. Det foregår her en behandling i lukket krets, med frasikting av finmaterialet.

Når den eller de overkorn-bestanddeler man ønsker å skille ut er rene nok, noe som kan avgjøres visuelt eller erfaringsmessig knyttes til bearbeidingstiden, tas produktet (oppsamlet fraksjon) ut ved hjelp av en klaffluke, renne eller liknende 5, som føres inn under utløpet av transportøren.

Figur 2 viser en annen utførelse av oppfinnelsen, især utviklet for de tilfeller hvor de stykker som brytes løs fra masseblokken, f eks materiale som inneholder magnesium og aluminium, i en størrelse som slipper gjennom risten 4, ikke er tilstrekkelig ren med hensyn til den eller de komponenter som ønskes skilt ut. Dermed kan materialet deles i to eller flere fraksjoner før videre behandling, nemlig en finfraksjon som går direkte til sluttvasking i en trommelseparator eller til en vasketrommel, og en eller flere grovere fraksjoner, som går til en sluttet knusekrets, der salter og oksider slås løs fra metallet og knuses ned til finstoff, som senere kan frasiktes.

En vibrasjonsrenne mater ut vann, slam og stykker som har sluppet gjennom risten 4. Ristestaver i enden av rennen slipper finstoff gjennom. Dette føres via en vibrasjonsrenne til minst en vasketrommel 7. Vann og finslam skilles ut og fjernes med rennen 13 fra prosessen, her ved hjelp av en sikt 8, montert rundt innløpet til vasketrommelen.

Kaldt ferskvann tilføres trommelen gjennom en dyse 9 i så store mengder at temperaturen holder seg tilnærmet på det tilsatte ferskvannets temperaturn!vå. Vaskingen kan pågå fra noen minutter til 30-40 minutter, eller noen ganger enda lenger, til metallkonsentratet i vasketrommelen har oppnådd ønsket renhetsgrad.

Overvann og finslam slipper ut gjennom sikten 8, Når ønsket renhetsgrad er oppnådd, føres et lokk på trommelinnløpet, og trommelen 7 tømmes for vann og finslam gjennom sikten 8, som vist i figur 2, mens metallkonsentratet blir liggende tilbake i trommelen. Omgående deretter føres en kraftig varmestrøm, inn i trommelåpningen, mens den fortsatt roterer, for å sjokktørke metallkonsentratet, før det begynner å reagere med vann og luft. Så snart konsentratet er tørt, har reaksjonen et betydelig saktere forløp.

Tørt metallkonsentrat tømmes i fat eller containere, som tettes og sikres best mulig mot vann og lufttilgang.

Grovere stykker føres fra rennen og over stavene til et saktegående transportbelte, som fører til en slag- eller hammerknuser 10, der salter og andre urenheter slås løs fra metallet. En vibrasjonsrenne og et transportbelte 12 fører materialet fra knuseren til en sikt hvor finstoff frasiktes og føres til vasketrommelen 7, via vibrasjonsrenner for sluttvasking sammen med finstoffet som kommer direkte fra spylekammeret.

Korn med overstørrelse fra sikten går tilbake til knuseren 10. Fra beltet 12 kan rene metallstykker plukkes ut manuelt, eller materialet kan samles opp og gå i rundgang gjennom knuseren 10 til metallet har oppnådd akseptabel renhetsgrad, ved at salter, oksider og andre urenheter er knust ned og siktet fra metallet.

Metallkonsentratet kan gå til renvasking i vasketrommelen 7, eller det kan tas ut som det er via en luke.

De største metallstykkene, som ligger igjen på risten 4 renspyles på risten 4 og plukkes ut manuelt.

Følgende momenter er vesentlige i denne prosessen. For å holde temperaturen nede og dermed de uønskede metallreduserende reaksjoner borte, er det viktig med store vannmengder. Prosessen må skje meget hurtig, for at uønskede reaksjoner ikke skal få tid til å komme i gang. Knusetrinnet er lagt inn for å nedsette bearbeidingstiden for de mellomstore fraksjoner, som ikke lett lar seg renspyle på risten 4, og har så meget saltbelegg eller tungtoppløselig ikke-metalliske forbindelser vedhengende, at direkte vasking i vasketrommel vil ta uforholdsmessig lang tid å gjennomføre.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for separering av hardere fra mindre harde substanser av en kompakt masseblokk bestående av harde og mindre harde substanser, eksempelvis magnesium eller aluminium fra magnesium- eller aluminiumholdig slagg og avfall, KARAKTERISERT VED å rette minst en fluidstråle med minst 400 bar trykk mot masseblokken for ved avbrekking å separere de hardere fra de mindre harde substanser, idet dysen(e) og masseblokken beveges i forhold til hverandre, og at substansene avkjøles med vann for å redusere metalltap ved oksidasjon.

2. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED å gjennomføre ytterligere behandlinger i knuse- og siktemaskiner av materiale som ikke er rent nok, etter den første avbrekking med fluidstrålene.

3. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED å gjennomføre ytterligere behandlinger av materialet med trykksatte fluidstråler i trommelseparator og/eller med vann i vasketrommel, etter den første avbrekking med fluidstrålene eller knusemaskinene,

4. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED å benytte vann som trykkfluid.

5. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED å la blokken rotere og å la dysen(e) stå i ro eller beveges lineært.

6. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED å kjøle blokken og avbrukne substanser med vann for å nedsette oksidering av metall og derved nedsette metalltap.

7. Innretning for separering av hardere fra mindre harde substanser av en kompakt masseblokk (1) bestående av harde og mindre harde substanser, KARAKTERISERT VED at minst en dyse (11) for målrettet avgivelse av en fluidstråle med trykk på minst 400 bar, er anordnet over, under og/eller på siden av masseblokken (1).

8. Innretning ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at dysen(e) (11) er montert i et strålehode som manuelt, forprogrammert eller automatisk innretter strålen(e) mot eventuelle gjenværende deler av masseblokken (1) som ikke er separert i harde og mindre harde substanser.

9. Innretning ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at dysen(e) (11) er montert dreibart i strålehodet, slik at dysen kan dreies fra horisontal til vertikal retning.

10. Innretning ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at en trommelseparator (7) er innrettet til å motta de behandlede masser og omfatter innretninger (9) for avgivelse av fluidstråler, fortrinnsvis vannstråler, med høyt trykk, som separerer eventuelle resterende ikke separerte substanser, og at trommelseparatoren (7) endelig separerer de harde fra de mindre harde substanser.