Sposób otrzymywania gąsek z aluminium i stopów aluminium w procesie recyklingu złomów i odpadów pokrytych powierzchniowo związkami organicznymi

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C22B 21/00 ( ) C22B 9/10 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób otrzymywania gąsek z aluminium i stopów aluminium w procesie recyklingu złomów i odpadów pokrytych powierzchniowo związkami organicznymi (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/10 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/14 (73) Uprawniony z patentu: IP SYSTEM CONTROL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Poznań, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ZDZISŁAW SMORAWIŃSKI, Konin, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jerzy Łuczak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania gąsek z aluminium i stopów aluminium w procesie recyklingu złomów i odpadów pokrytych powierzchniowo związkami organicznymi, mający zastosowanie do otrzymywania aluminium z odpadów pokrytych warstwą lakieru, warstwą organiczną. Dynamicznie rozwijający się rynek opakowań aluminiowych, aluminiowej stolarki budowlanej oraz aluminiowych pokryć elewacyjnych i dachowych, powoduje ciągły wzrost tego rodzaju odpadów. Z uwagi na wysokie wymagania estetyczne, wszystkie wyroby pokryte są warstwą lakieru i/lub farb, i/lub powłokami tworzyw sztucznych. Konwencjonalnie, technologia recyklingu tego typu materiałów polega na procesie w którym stosowane są następujące operacje: - sortowanie (postaciowo i gatunkowo), - mechaniczne przygotowanie materiału do topienia (rozdrabnianie lub paczkowanie), - topienie w piecach: indukcyjnych, trzonowych lub szybowo-wannowych, - w przypadku stosowania do topienia pieców trzonowych i szybowo-wannowych stosowane są niekiedy pompy do metalu i system topienia wirowego, - rafinacja ciekłego metalu przy pomocy wirującej dyszy podczas odlewania wytopu. Efektem tak prowadzonych procesów jest szereg negatywnych zjawisk. Najważniejsze z nich to: - zanieczyszczenie metalu związkami pochodzącymi z pokryć organicznych, co skutkuje niemożnością bezpośredniego zastosowania pozyskanego metalu w przemyśle motoryzacyjnym, - konieczność stosowania nadmiernej ilości żużli fluorkowych do mało efektywnych zabiegów redukcyjnych Ca, Na, Mg, - w wyniku zachodzących procesów fizykochemicznych podczas topienia wsadu, na granicy faz atmosfera-związki organiczne-ciekły metal powstaje znaczna ilość produktów utleniania, co skutkuje zmniejszonym uzyskiem (pogorszenie ekonomii procesu), - prowadzenie rafinacji podczas odlewania, a więc w ostatniej fazie produkcji, wymusza utrzymywanie w przybliżeniu powtarzalnego poziomu jakościowego topionego wsadu, co praktycznie podczas recyklingu złomów i odpadów jest niemożliwe. Powyższe wady eliminuje nowa technologia. Istota wynalazku, którym jest sposób otrzymywania gąsek z aluminium i stopów aluminium w procesie recyklingu złomów i odpadów pokrytych powierzchniowo związkami organicznymi, poprzez topienie w piecach wyposażonych w system topienia wirowego, polega na tym, że metal topi się w komorze wirowej w osłonie wirującego pola atmosfery ochronnej z gazu obojętnego, formowanego za pomocą obrotowej głowicy o ruchu obrotowym w zakresie obr/min i minimalnym wydatku gazu 10 l/min, korzystnie azotu lub argonu o czystości co najmniej 99,99%, utrzymując jednocześnie temperaturę ciekłego metalu C powyżej temperatury likwidusu. Z kolei dozuje się do stopionego metalu w komorze topienia wirowego, w obszar pomiędzy ciekłym metalem a strefą gazu ochronnego, żużel o własnościach ekstrakcyjnych zanieczyszczeń niemetalicznych, w tym związków węglowo - wapniowych, oraz utleniania magnezu i pierwiastków alkalicznych. Następnie przepompowuje się, za pomocą pompy, ciekły metal wraz z żużlem do komory reakcyjnej, gdzie poddaje się go mieszaniu pęcherzykami gazu obojętnego, korzystnie argonu lub azotu o czystości co najmniej 99,99% i statystycznej średnicy pęcherzyka wynoszącej 1 mm, wytwarzanymi przy pomocy mikrodyspersyjnej wirującej dyszy, po czym poddaje się ciekły stop mieszaniu za pomocą mieszadła mechanicznego do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym odlewa się z tak przygotowanego stopu gąski na maszynie odlewniczej. Zastosowana technologia produkcji gąsek z aluminium i stopów aluminium w procesie recyklingu złomów i odpadów pokrytych powierzchniowo związkami organicznymi, umożliwia prowadzenie procesu w sposób nowoczesny, ekonomiczny, zgodnie z wymaganiami ochrony środowiska. Efektem technicznym i użytkowym przedstawionego rozwiązania według wynalazku jest: - możliwość stosowania w procesie 100% kontaminentów (wsadu z zanieczyszczeniami organicznymi) na wytop, bez ujemnego wpływu na końcową jakość produkcji; w obecnie stosowanych technologiach topienia ilość kontaminentów we wsadzie jest ograniczona do 5-10%, a ograniczenia te są stosowane ze względu na nieefektywny system oczyszczania gazów poprodukcyjnych, - zastosowanie podczas topienia innowacyjnego rozwiązania pod nazwą system ciągłej ekstrakcji zanieczyszczeń gwarantuje powtarzalną jakość gąsek z różnych wytopów, a topionych z różnych struktur wsadowych,

3 PL B1 3 - w stosunku do obecnie stosowanych technologii projektowany proces produkcyjny, poprzez zastosowanie głowicy do wytwarzania otwartej atmosfery ochronnej umożliwiającej zasyp materiału i zastosowanie procesu zgazowania przed topieniem materiału, podnosi efektywność procesu recyklingu o 3-12% uzysku, w zależności od stosowanych struktur wsadowych. Wyprodukowany stop według wynalazku cechuje: - wysoka jakość w zakresie czystości od zanieczyszczeń niemetalicznych i pierwiastków alkalicznych, - bardzo wysoka skuteczność usuwania wodoru, - duża efektywność redukcji magnezu przy niskim zużyciu żużli, - możliwość uzyskania powtarzalnej jakości stopów przy stosowaniu różnych jakościowo struktur wsadowych w kolejno produkowanych wytopach. Konwencjonalne procesy technologiczne recyklingu złomów i odpadów pokrytych pokryciami organicznymi nie spełniają warunków jakościowych i środowiskowych, jak również w dużej mierze obniżają efektywność ekonomiczną. Cechą nowej technologii jest zastosowanie w procesie recyklingu złomów i odpadów powierzchniowo pokrytych sytemu ciągłej ekstrakcji zanieczyszczeń. Do realizacji sposobu według wynalazku wykorzystywany jest przykładowo piec topielny z systemem topienia wirowego i zabudowanym systemem ciągłej ekstrakcji zanieczyszczeń. Przedstawiono sposób w przykładowym wykonaniu, a dla lepszego jego zobrazowania w powiązaniu z rysunkiem, gdzie na fig. 1 przedstawiono piec w przekroju w płaszczyźnie pionowej, na fig. 2 ten sam piec w widoku z góry, który wyposażony jest w pompę 1, głowicę do wytwarzania atmosfery ochronnej 2, głowicę mikrodyspersyjną 3, mieszadło mechaniczne 4 i dozownik żużla 5, na fig. 3 przedstawiono głowicę 2 w półwidoku - półprzekroju, gdzie na wale 6 osadzony jest obrotowo korpus 7 z dyszami skrętnymi 8 i komorą rozprężną 9, na fig. 4 pokazano głowicę 2 w widoku od strony dysz 8, zaś na fig. 5 pokazano zakres oddziaływania dyszy 8. Zanieczyszczony ciekły metal, pochodzący z topienia wirowego, pompowany jest pompą 1 przez komorę reakcyjną z określoną intensywnością wprost proporcjonalną do ilości i temperatury metalu. Przepływający przez blok ceramiczny topienia wirowego ciekły metal tworzy charakterystyczny wklęsły menisk powierzchni swobodnej przy ruchu wirowym. Negatywnym efektem powyższego zjawiska jest zasysanie powietrza z otoczenia, co spowoduje dalsze utlenianie i zanieczyszczenie metalu. W celu zapobieżenia utleniania zastosowano obrotową głowicę 2 do wytwarzania atmosfery ochronnej (azot lub argon) nad strefą menisku. Poniżej parasola ochronnego gazu obojętnego umiejscowiony jest przewód do dozowania żużla 5. Zastosowany żużel posiada własności redukcyjne pierwiastków alkalicznych i magnezu oraz związków węglowo-wapniowych, stanowiących główne zanieczyszczenie metalu z procesu recyklingu złomów i odpadów pokrytych litografią i/lub tworzywami sztucznymi. W procesie zastosowano żużel pod nazwą środek pokrywająco - rafinujący dla aluminium i jego stopów, będący przedmiotem zgłoszenia patentowego P z pierwszeństwem od dnia Ciekły metal przepływając następnie do komory reakcyjnej poddawany jest intensywnemu mieszaniu gazem obojętnym przy pomocy mikrodyspersyjnej głowicy rafinacyjnej 3 i/lub mieszaniu przy pomocy mieszadła mechanicznego 4. Efektem tych zabiegów jest homogeniczna mieszanina o dużej powierzchni kontaktu. W tym procesie ekstrahentami zanieczyszczeń niemetalicznych i gazowych są żużel i gaz obojętny. Zastosowany żużel, poprzez swoje właściwości fizyko-chemiczne usuwa sód, wapń i magnez oraz zanieczyszczenia niemetaliczne. Efektywność stosowania żużla w procesie ciągłej ekstrakcji zanieczyszczeń jest o co najmniej jeden rząd wyższa od konwencjonalnych metod. Efektywność ta wynika ze sposobu jego wprowadzania, homogenicznego rozprowadzenia i czasu kontaktu z ciekłym metalem. Gaz obojętny do komory reakcyjnej wprowadzany jest przy pomocy mikrodyspersyjnej głowicy 3, która decyduje o zdolności przyjęcia i transferze określonej ilości gazu do komory reakcyjnej (10-60 litrów/min), i w połączeniu z obrotami daje średnią statystyczną wielkość pęcherzyka gazu (około 1 mm) o określonej aerodynamicznej energii kinetycznej. Pęcherzyk taki porusza się w potencjalnym polu sił ciężkości, wyporu i oporu ośrodka. Dla danych warunków transferu gazu im mniejszy pęcherzyk tym wyższa energia kinetyczna pęcherzyka, lepszy międzyfazowy kontakt cząsteczek ośrodka i większa efektywność procesowa usuwania zanieczyszczeń.

4 4 PL B1 Proces ciągłej ekstrakcji zanieczyszczeń sterowany jest za pomocą sterownika PC z możliwością ustawiania takich parametrów jak: obroty mieszadła i głowicy rafinacyjnej, głębokość zanurzenia mieszadła i głowicy, ilość dozowanego żużla, ilość dozowanego gazu obojętnego, płynna regulacja kurtyny gazu ochronnego w komorze wtapiania i wysokości usytuowania przewodu żużlowego. Tradycyjnie, atmosfera ochronna jest stosowana w postaci poduszki. Przy takim rozwiązaniu konieczna jest względna szczelność, co automatycznie uniemożliwia zastosowanie otwartego zasypu. Nowe rozwiązanie usuwa dotychczasowe wady, zapewniając jednocześnie ekonomiczne zużycie gazu ochronnego. Atmosfera ochronna jest wytwarzana przy pomocy obrotowej głowicy 2, przedstawionej na fig. 3 i 4. Na wale 6, napędzanym elektrycznie lub pneumatycznie gazem ochronnym, zamocowana jest głowica 2. Gaz ochronny (azot lub argon) doprowadzony jest do komory rozprężnej 9, skąd dalej poprzez dysze skrętne 8 wypływa w strefę topienia tworząc parasol ochronny. Powstawanie parasola ochronnego w zależności od ustawienia dysz skrętnych 8 obejmuje obszar od 60 do 120. Na rysunku 5 przedstawiono geometryczny obszar tworzenia się parasola z gazu obojętnego. W zależności od uwarunkowań technologicznych obroty dobierane są z zakresu obr/min, a wydatek gazu obojętnego od 10 litrów/min i powyżej. Po nadtopieniu wsadu w ilości 25% masy wytopu uruchamiany jest podczas topienia proces ciągłej ekstrakcji zanieczyszczeń. Parametryzacja procesu (wydajność pompy, ilość żużla, obroty głowicy mikrodyspersyjnej, ilość gazu rafinacyjnego oraz obroty mieszadła mechanicznego) uzależniona jest od jakości wsadu, gatunku produkcji oraz wymagań jakościowych wyrobu. W zależności od aktualnych potrzeb asortymentowych produkcji, wyprodukowany stop może być odlewany w gąski na maszynie odlewniczej lub przelewany do kadzi transportowej o pojemności 6000 kg i dalej transportowany do odbiorcy. Zastrzeżenie patentowe Sposób otrzymywania gąsek z aluminium i stopów aluminium w procesie recyklingu złomów i odpadów pokrytych powierzchniowo związkami organicznymi poprzez topienie w piecach wyposażonych w system topienia wirowego, znamienny tym, że metal topi się w komorze wirowej w osłonie wirującego pola atmosfery ochronnej z gazu obojętnego, formowanego za pomocą obrotowej głowicy (2) o ruchu obrotowym w zakresie obr/min i minimalnym wydatku gazu 10 l/min, korzystnie azotu lub argonu o czystości co najmniej 99,99%, utrzymując jednocześnie temperaturę ciekłego metalu C powyżej temperatury likwidusu, po czym dozuje się do stopionego metalu w komorze topienia wirowego, w obszar pomiędzy ciekłym metalem a strefą gazu ochronnego, żużel o własnościach ekstrakcyjnych zanieczyszczeń niemetalicznych, w tym związków węglowo - wapniowych, oraz utleniania magnezu i pierwiastków alkalicznych, następnie przepompowuje się, za pomocą pompy (1), ciekły metal wraz z żużlem do komory reakcyjnej, gdzie poddaje się go mieszaniu pęcherzykami gazu obojętnego, korzystnie argonu lub azotu o czystości co najmniej 99,99% i statystycznej średnicy pęcherzyka wynoszącej 1 mm, wytwarzanymi przy pomocy mikrodyspersyjnej wirującej dyszy (3), a następnie poddaje się ciekły stop mieszaniu za pomocą mieszadła mechanicznego (4) do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym odlewa się z tak przygotowanego stopu gąski na maszynie odlewniczej.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)