VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM REINIGEN VON PULVER

PCIYEP95/04917

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Beschreibunq

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Pulver

Die Erfindung bezieht auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum mechanischen Reinigen eines Pulvers gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 , 7 und 9.

Ein solches Verfahren ist geeignet, Verunreinigungen, die an der Oberfläche von Pul¬ verteilchen haften, zu entfernen. Solche Verfahren kommen beispielsweise bei der Reinigung von pulverförmigem Aluminiumoxid zur Anwendung, das zur Herstellung von Aluminium vor gesehen ist. Das pulverförmige Primär-Aluminiumoxid wird bei der Aluminiumherstellung zunächst dazu benutzt, das bei der Schmelzelektrolyse entste¬ hende Rauchgas zu reinigen. Hierbei wird das Rauchgas an dem primären Alumini¬ umoxid vorbeigeleitet, wobei sich die aus der Schmelzelektrolyse abdampfenden Teil¬ chen in Form von Fluorid, Eisen, Phosphor, Kohlenstoff, Silizium, Vanadium und Nickel an die Oberfläche des pulverförmigen Aluminiumoxid anheften. Bevor dieses Aluminiumoxid der Schmelzelektrolyse zugeführt wird, müssen die Verunreinigungen in Form von Eisen, Phosphor, Kohlenstoff, Silizium, Nickel und Vanadium entfernt werden, da sonst der Prozeß damit angereichert wird. Dieses würde sich nachteilig auf die Qualität des Aluminiums und die Effektivität des Prozesses auswirken. Das Fluor, das für die Durchführung der Schmelzelektrolyse benötigt wird, muß gesam¬ melt und dem Prozeß wieder zugeführt werden.

Aus der französischen Patentschrift 7732072 ist ein Verfahren zum Abtrennung von teilchenformigen Verunreinigungen von der Oberfläche von Pulvern bekannt. Bei diesem Verfahren wird das zu reinigende Pulver in zwei sich kreuzende Luftstrahle eingebracht. Im Kreuzungspunkt dieser Strahlen schlagen die Pulverteilchen anein¬ ander. Dabei reiben die Teilchen aneinander, wobei die an der Oberfläche haftenden Verunreinigungen abgelöst werden. Da die abgetrennten Verunreinigungen leichter als die Pulverteilchen sind, können sie mit Hilfe eines Luftsoges entfernt werden, während die schwereren Pulverteilchen nach unten fallen. Dieses Verfahren ist sehr teuer, wenn es in einem laufenden Großprozeß angewendet wird, da es nicht für die Reinigung von großen Mengen an Pulvern ausgelegt ist. Ein weiteres Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche von pulverförmigen Teilchen ist aus der norwegischen Patentschrift 147 791 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Luftstrom, der mit dem zu reinigenden Pulver beladen ist, gegen eine Prallplatte geleitet. Der Aufprall bewirkt, daß die an der Oberfläche des Pulvers haftenden Verunreinigungen abgelöst werden. Anschließend werden die Ver¬ unreinigungen und das Pulver über Sichtung voneinander getrennt. Dieses Verfahren ist schwer zu kontrollieren und weist zudem beim Durchsatz von mehreren Tonnen pro Stunde einen zu geringen Wirkungsgrad auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem Ver¬ unreinigungen, die an ^' der Oberfläche von Pulvern haften, kostengünstig und mit einem höheren Wirkungsgrad als bisher abgetrennt werden können, sowie eine Vor¬ richtung aufzuzeigen, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe das Verfahren betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Aufgabe die Vorrichtung betreffend, wird durch die Merkmale der Patent¬ ansprüche 7, 9 und 10 gelöst.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren durchläuft das zu reinigen¬ de Pulver eine mechanisch arbeitende Reinigungseinrichtung. Dieser umfaßt bei ei¬ ner Ausführungsform der Erfindung eine Abtrennvorrichtung, der ein Zyklon und/oder ein Windsichter nachgeschaltet sind. Die Abtrennvorrichtung entspricht im Aufbau und der Funktionsweise einer Prallmühle. Hierin wird das Pulver durch einen Rotor bzw. ein Schlagwerk mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gegen feststehende Prallplatten oder sich gegenläufig zum Schlagwerk drehende Prallscheiben geleitet. Über die Drehzahl des Rotors bzw. des Schlagwerks und eine festgelegte Verweilzeit des Pulvers in der Abtrennvorrichtung kann die Aufprallgeschwindigkeit des Pulvers und die Anzahl der Zusammenstöße des Pulvers mit den Platten gesteuert werden. Die Aufprallgeschwindigkeit ist kleiner als 120 m/s. Sie wird bevorzugt auf 20 bis 40 m/s eingestellt. Die Einstellung der Aufprallgeschwindigkeit ist besonders wichtig, da nur hiermit erreicht werden kann, daß die Verunreinigungen vollständig von der Ober¬ fläche des Pulvers entfernt, dieses dabei jedoch nicht zerkleinert wird. Nach der Ent¬ nahme des Pulvers und den davon abgelösten Verunreinigungen aus der Abtrennvor¬ richtung wird das gereinigte Pulver mit einer Teilchengröße von > 10 μm von Pulver mit einer Teilchengröße von < 10 μm und den Verunreinigungen, die ebenfalls nicht größer als 10 μm sind, getrennt. Das geschieht beispielsweise mit Hilfe eines Zyklons und/oder eines Windsichters, die der Abtrennvorrichtung nachgeschaltet sind. Wind¬ sichter sind in der Herstellung sehr teuer. Kosten können dadurch eingespart werden, daß der Windsichter dem Zyklon nachgeschaltet wird. Das hat den Vorteil, schon ein Teil des Pulvers mit einer Teilchengröße von > 20 bis 30μm im Zyklon abgetrennt wird. Damit kann ein kleinerer Windsichter verwendet werden. In günstigen Fällen reicht es auch aus, der Abtrennvorrichtung nur einen Zyklon nachzuschalten.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform der Reinigungseinrichtung wird auf die Prallmühle und einen Zyklon verzichtet. Die Reinigungseinrichtung besteht einzig und allein aus einem Windsichter. In diesem Fall muß der Windsichter jedoch, so ausge¬ bildet sein, daß die Luftführung in seinem Innenbereich einen Desintegrationseffekt bewirkt. Der Windsichter muß so gebaut sein, das zu reinigende Pulver mit der oben beschriebenen Geschwindigkeit gegen eine oder mehrere Flächen geleitet wird, so daß die Verunreinigungen, die an dem Pulver anhaften, abgetrennt werden. Die allei¬ nige Verwendung eines Windsichters für die Pulverreinigung hat den Vorteil, daß da¬ mit gleichzeitig die Separierung des gereinigten Pulvers durchgeführt werden kann.

Alle oben beschriebenen Reinigungseinrichtungen sind so ausgebildet, daß das ge¬ reinigte Pulver so nach Größe separiert werden kann, daß Pulver mit einer Teilchen¬ größe von > 10 μm der Schmelzelektrolyse zur Herstellung von Aluminium zugeführt wird. Das Pulver mit einer Teilchengröße < 10 μm sowie die Verunreinigungen wer¬ den auf einer Deponie gelagert oder als Rohstoff weiterverarbeitet. Mit dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mindestens 25% des Eisens, mehr als 50% des Phosphors und 25% des Kohlenstoffs zu entfernen, das als Verunreinigung an dem pulverförmigen Aluminiumoxid haftet. Mit diesem Verfahren ist es zudem möglich 60% des Fluors wieder in die Schmelzelektrolyse zurückzuführen. Die Menge der abgetrennten Verunreinigungen 35 sowie die Menge des Fluors, das mit dem er¬ findungsgemäßen Verfahren zurückgewonnen werden kann, stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber den Ergebnissen dar, die mit bekannten Verfahren erzielt werden. Da Vanadium und Nickel am Eisen haftet, wird entsprechend der abgetrenn¬ ten Menge an Eisen Vanadium bzw. Nickel und aus dem Rauchgas der Schmelzelek¬ trolyse abgesondert.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekenn¬ zeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er¬ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung, Fig. 2 eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Reinigungseinrichtung, Fig. 3 eine vereinfachte Ausführungsform der Reinigungseinrichtung, Fig. 4 einen Windsichter als Abtrenn- und Separiervorrichtung.

Figur 1 zeigt eine Reinigungseinrichtung 1 zum mechanischen Ablösen von an der Oberfläche von Pulver 25 haftenden Verunreinigungen 35. Diese weist eine Abtrenn¬ vorrichtung 2 und einen Windsichter 3 auf. Wie anhand der Figur zu sehen ist, ist der Windsichter 3 der Abtrennvorrichtung 2 unmittelbar nachgeschaltet. Die Abtrennvor- richtung 2 ist im wesentlichen wie eine Prallmühle aufgebaut. Sie verfügt über we¬ nigstens einen Rotor bzw. ein Schlagwerk 2R, mit dessen Hilfe das in die Abtrennvor¬ richtung 2 eingefüllte Pulver 25 gegen feststehende Prallplatten oder sich gegenläufig zum Schlagwerk drehende Prallscheiben 2P geleitet wird. Die hier dargestellte Reini¬ gungseinrichtung 1 ist für die Reinigung von pulverförmigem, primärem Aluminium¬ oxid 25 vorgesehen. Andere Pulver können jedoch auch damit gereinigt werden. Das Schlagwerk 2R und die Prallplatten oder -Scheiben sind aus Werkstoffen hergestellt, die für diese Behandlung von pulverförmigem Aluminiumoxid besonders geeignet sind. Vorzugsweise werden die mit dem Aluminiumoxid 25 in Berührung kommenden Bauteile der Abtrennvorrichtung 2 aus einem Hartmetall, einer Keramik, oder einem Polymer mit den entsprechenden Eigenschaften hergestellt. Mit Hilfe der Reinigungs¬ einrichtung 1 werden die an der Oberfläche des Pulvers 25 haftenden Verunrei- nigungen 35 abgelöst werden. Es handelt sich dabei um Teilchen mit einer Größe von < 10 μm. Bei dem primären Aluminiumoxid 25 bestehen die Verunreinigungen im wesentliche aus Fluor, Eisen, Phosphor, Kohlenstoff, Silizium, Nickel und Vanadium. Das pulverförmige, primäre Aluminiumoxid 25 wird zunächst zur Reinigung des Rauchgases verwendet, das von der Schmelzelektrolyse abdampft. Anschließend wird es selbst gereinigt und der Schmelzelektrolyse für die Aluminiumherstellung zu¬ geführt. Bei der Reinigung des Rauchgases kommt es zur Anlagerung der obenbe¬ schriebenen Verunreinigungen. Die Reinigung des Aluminiumoxid 25 ist erforderlich, damit sich die Schmelzelektrolyse nicht mit diesem Verunreinigungen anreichert. Wird diese Reinigung nicht durchgeführt, so führen Phosphor und Vanadium zum Absinken der Stromausbeute bei der Schmelzelektrolyse. Das bedeutet die Effektivität des Prozesses sinkt. Durch das Eisen und das Silizium wird die Qualität des Aluminiums gemindert. Das pulverförmige, primäre Aluminiumoxid 25 wird über eine Dosiervorrichtung 40 in die Abtrennvorrichtung 2 gefüllt. Der Durchsatz der hier gezeigten Abtrennvorrichtung 2 ist so groß gewählt, daß etwa 20 Tonnen Aluminium¬ oxid 25 pro Stunde gereinigt werden können. Das Einfüllen des pulverförmigen Alumi¬ niumoxids 25 geschieht automatisch. Die Drehzahl des Schlagwerks 2R ist hierbei so eingestellt, daß das Aluminiumoxid 25 mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 30 m/s auf die Prallplatten oder -Scheiben 2P auftrifft. Dabei werden die auf der Oberfläche des pulverförmigen Aluminiumoxids 25 haftenden Verunreinigungen 35 abgetrennt. Etwa 50% des zu reinigenden Aluminiumoxid 25 hat eine Teilchengröße von 50μm. Das übrige Aluminiumoxid 25 weist eine Teilchengröße auf, die größer ist. Die Ge¬ schwindigkeit, mit der das Aluminiumoxid 25 gegen die Prallscheiben oder -Platten 2P geleitet wird, ist gerade so groß, daß die Verunreinigungen 35 abgetrennt werden, das pulverförmige Aluminiumoxid 25 dabei jedoch nicht zerkleinert wird. Nachdem das Aluminiumoxid mindestens einige Zehnmal pro Sekunde mit einer Geschwindig¬ keit von 20 und 30 m/s auf die Prallplatten oder -Scheiben geleitet wurde, wird es zu¬ sammen mit den abgetrennten Verunreinigungen 35 der Abtrennvorrichtung 2 ent¬ nommen und dem Windsichter 3 zugeführt. Beides geschieht wiederum automatisch. Die Verunreinigungen 35, die < 10 μm sind und das Aluminiumoxid 31 mit der glei¬ chen Teiichengröße werden, wie die Fig.1 zeigt, mit Hilfe eines Luftsogs nach der Seite weggeleitet. Das gereinigte pulverförmige Aluminiumoxid 30, das eine Teilchen¬ größe von > 10 μm hat, wird unter Nutzung der Schwerkraft nach unten aus dem Windsichter 3 abgeleitet und der Schmelzelektrolyse (hier nicht dargestellt) zuge¬ führt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Reinigungseinrichtung 1 , die im wesentlichen baugleich mit der Reinigungseinrichtung 1 gemäß Fig. 1 ist, ist zwischen die Abtrenneinrichtung 2 und den Windsichter 3 ein Zyklon 4 geschaltet. Von dem Zyklon 4 werden gerei¬ nigte Aluminiumoxidteilchen mit einer Größe von mehr 20μm bis 30 μm abgesondert und der Schmelzelektrolyse zugeführt. Das verbleibende Pulver mit einer Teilchen¬ größe < 20 bis 30 μm wird dem Windsichter zur weiteren Trennung zugeführt. Diese Reinigungseinrichtung 1 hat den Vorteil, daß im Gegensatz zur Reinigungseinrich¬ tung 1 nach Fig. 1 ein wesentlich kleinerer Windsichter 3 verwendet werden kann, da breits der Teil des gereinigten Aluminumoxids, dessen Teilchen größer sind als 20 bis 30μm vom Zyklon 4 aus direkt wieder der Schmelzelektrolyse zugeführt wird. Da 50% des gereinigten Aluminumoxids größer ist als 50 μm, wird die Pulvermenge, die in dem Windsichter 3 weiterzubehandeln ist, durch das Zwischenschalten des Zyklons 4 stark reduziert.

Fig. 3 zeigt eine Reinigungseinrichtung 1 , die im wesentlichen baugleich mit der Rei¬ nigungseinrichtung 1 gemäß Fig. 1 ist. Hier ist der Abtrenneinrichtung 2 nur ein Zyklon 4 nachgeschaltet . Der Einsatz dieser Reinigungseinrichtung 1 ist dann sinn¬ voll, wenn eine Abtrennung von Teilchen < 16 μm ausreichend ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist für die Abtrennung der Verunrei¬ nigungen 35 von dem Pulver 25 und zur Separierung des Pulvers nach Größe nur ein Windsichter 3 vorgesehen. Diesem wird das zu reinigende Pulver 25 ebenfalls über eine Dosiervorrichtung 40 zugeführt. In diesem Fall wird ein Windsichter 3 verwendet, der eine Desinterationszone (hier nicht dargestellt) aufweist. Diese Zone erlaubt es, das zu reinigende Pulver 25 mit der erforderlichen Geschwindigkeit von 20 bis 30 m/s gegen wenigstens eine Fläche (hier nicht dargestellt) zuleiten, so daß die Verun¬ reinigungen abgetrennt werden können. Mit diesem Windsichter 3 kann anschließend die Trennung der Pulver nach Teilchengrößen durchgeführt werden. Es ist hiermit eine Trennung bis zu einer Teilchengröße < 8μm möglich. Mit dem oben beschriebenen Vorrichtungen ist es möglich, mindestens 25% des Eisens, mehr als 50% des Phosphors, 25% des Kohlenstoffs zu entfernen, das als Verunreinigung 35 an dem pulverförmigen Aluminiumoxid 25 haftet. Mit diesem Ver¬ fahren ist es zudem möglich 60% des Fluors wieder in die Schmelzelektrolyse zurück¬ zuführen. Die Menge der abgetrennten Verunreinigungen 35 sowie die Menge des Fluors, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zurückgewonnen werden kann, stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber den Ergebnissen dar, die mit be¬ kannten Verfahren erzielt werden.