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WO2010060449A1 - Verfahren zum wiedergewinnen von metallen oder metalllegierungen aus schrottmaterialien - Google Patents

Verfahren zum wiedergewinnen von metallen oder metalllegierungen aus schrottmaterialien Download PDF

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WO2010060449A1
WO2010060449A1 PCT/EP2008/010165 EP2008010165W WO2010060449A1 WO 2010060449 A1 WO2010060449 A1 WO 2010060449A1 EP 2008010165 W EP2008010165 W EP 2008010165W WO 2010060449 A1 WO2010060449 A1 WO 2010060449A1
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metal
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Carsten Stratmann
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BELTE AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a process for recovering metals or metal alloys from scrap materials containing higher melting substances, in particular other metals or their alloys, the scrap material being heated above the melting point of the metal or alloy to be recovered and separating the melt formed from the higher melting materials becomes.
  • Scrap materials containing higher melting solids are produced in many areas, e.g. in the scrapping of motor vehicles which have engine blocks with cylinder liners of steel, alloy wheels with steel bushes or body parts with threaded inserts, or of aircraft, household appliances or cans and other containers with steel closures. Because of increasing resource depletion and the need to minimize environmental impact on waste, it is highly desirable to recover at least some of the components contained in the scrap materials.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method in which metals or metal alloys of scrap materials containing higher melting substances, in particular other metals or their alloys, can be recovered easily and the resulting materials are of such high purity that They can be used without further purification steps again for casting high-quality moldings.
  • This object is achieved by the invention by a method in which the scrap material is heated above the melting point of the metal to be recovered or its alloy, and the melt formed is separated from the higher-melting materials.
  • the method is characterized in that the scrap material a) is preheated in a first stage completely to a constant temperature T pw , which is below the melting point T mp of the metal to be recovered or its alloy, and
  • b) is then heated as quickly as possible in a second stage on a melting grid to a temperature T 11n , which is the temperature difference X above the melting point T mp of the metal to be recovered or its alloy and below the melting point of the higher melting substances, and the melt formed leaving behind the non-liquefied higher-melting substances on the melting grid flows through it.
  • the process according to the invention has the significant advantages that it is easy to carry out and results in a very clean melt in a relatively short time, which is virtually free from contamination by components from the higher-melting substances. From this melt is then obtained a high quality material for each type of further use. This eliminates additional time and cost intensive cleaning operations for the recovered metal or its alloy.
  • the temperature T pw is around 3 to 40 0 C, preferably by 10 to 35 ° C, below the melting point T mp of the metal to be recovered or its alloy.
  • This melting point is for example in the range of about 570 to about 670 0 C. It is 660 0 C for aluminum and for magnesium 650 0 C.
  • the temperature difference X by which the temperature of the scrap material in the second process stage is increased, is 10 to 150 ° C., in particular 100 to 120 ° C. As the temperature increases, the viscosity of the melt decreases and its separation from the higher-melting substances takes place much more quickly.
  • the temperature T m to which the scrap material is heated in the second process stage, is preferably at least 50 ° C. below the melting point of the higher-melting substances.
  • the temperature T pm is increased as quickly as possible by the difference X to the temperature T TM in the second stage, ie preferably in a time of 2 s to 15 min, in particular of 5 s to 5 min.
  • the method according to the invention is preferably applied to aluminum alloys from the motor vehicle sector, e.g. on scrap of the known alloys AlSi7Mg and AlSiIOMg applied.
  • Angusssiebe In the production of light metal rims for motor vehicles made of aluminum alloys in low-pressure chill casting so-called Angusssiebe of higher melting metals are used.
  • the sieves prevent coarse impurities from penetrating into the molten metal during the casting phase and optimize the flow behavior of the melt when the mold is filled. After solidification of the cast rims said sprues are punched or drilled with the metal screens. The resulting waste is an inferior scrap material that is no longer suitable for rim manufacture.
  • the method of the invention makes it easy to work up the scrap material from the production of light metal rims and the Reclaimed aluminum component without additional cleaning steps to re-supply the rim production.
  • the inventive method can be carried out very advantageous as part of a recycling process.
  • the invention is illustrated by the following example.
  • the scrap material consisting essentially of sprues made of aluminum alloy having a melting point T AlSi7Mg mp of 590 0 C and contained therein Angus Seven of iron.
  • the scrap material was quickly transferred to the melt grid in a second, pre-heated to 750 0 C air circulation furnace.
  • the temperature of the scrap material was then additionally increased by means of a gas pulse burner during a period of 15 s above the melting point T "vp of the aluminum alloy also to the temperature T n , of 750 0 C.
  • T "vp of the aluminum alloy also to the temperature T n , of 750 0 C.

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Abstract

Angegeben wird ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Metallen oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höher schmelzende Stoffe enthalten, durch Erhitzen des Schrottmaterials über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung und Abtrennen der gebildeten Schmelze von den höher schmelz enden Stoffen. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch (a) eine erste Stufe des Vorwärmens des Schrottmaterials auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung und (b) eine zweite Stufe des schnellen Erhitzens des Schrottmaterials über den genannten Schmelzpunkt hinaus sowie Abfließen der gebildeten Schmelze unter Zurücklassung der nicht verflüssigten höher schmelzenden Stoffe. Das Verfahren hat den Vorteil, dass die Schmelze durch ihren nur kurzzeitigen Kontakt mit den höherschmelzenden Stoffen diese nicht anlöst und so durch sie nicht verunreinigt wird.

Description

Verfahren zum wiedergewinnen von Metallen oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Metallen oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höherschmelzende Stoffe, insbesondere weitere Metalle oder deren Legierungen, enthalten, wobei das Schrottmaterial über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung hinaus erhitzt und die gebildete Schmelze von den höherschmelzenden Stoffen getrennt wird.
Schrottmaterialien mit einem Gehalt an höherschmelzenden Stoffen fallen in vielen Bereichen an, z.B. bei der Ver- schrottung von Kraftfahrzeugen, die Motorblöcke mit Zylinderlaufbuchsen aus Stahl, Leichtmetallfelgen mit Stahlbuchsen oder Karosseriebauteile mit Gewindeschraubeinsätzen, aufweisen, oder von Luftfahrzeugen, Haushaltsgeräten oder Dosen und sonstigen Behältern mit Stahlverschlüssen. Wegen der zunehmenden RohstoffVerknappung und der Notwendigkeit, die Umwelt möglichst wenig mit Abfallstoffen zu belasten, ist es sehr erwünscht, zumindest einen Teil der in den Schrottmaterialien enthaltenen Komponenten wiederzugewinnen.
Derartige Verfahren sind bereits bekannt. Beispielsweise wird in einem kontinuierlichen Verfahren zum Wiedergewinnen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem Schmelz- tiegel das aluminiumhaltige Schrottmaterial so weit erhitzt, dass das Aluminium oder die Aluminiumlegierung aufschmilzt. Die höherschmelzenden Stoffe, wie weitere Metalle, z. B. Stahl und Kupfer, sowie Keramikteile, sinken in der Schmelze auf den Boden des Schmelztiegels und bleiben dort bis die Schmelze abgeführt wird. Der lange Zeitraum des Kontakts zwischen der Schmelze und den höherschmelzenden Stoffen führt naturgemäß zu einem erheblichen Anläsen dieser Stoffe durch das geschmolzene Aluminiummaterial. Die Folge ist eine wesentliche Verunreinigung der Schmelze mit Anteilen der höherschmelzenden Stoffe, wie Eisen und Kupfer. Beispielsweise steigt hierdurch der Eisengehalt der Aluminiumschmelze auf 0,2 bis 2,0 Gew%. Ein daraus hergestelltes Gussbauteil hat deshalb schlechte mechanische Kennwerte, z. B. eine niedrige Bruchdehnung, sowie eine geringe Korrosionsbeständigkeit . Somit entsteht bei dem bekannten Verfahren nur ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit minderer Qualität. Diese schließt den weiteren Einsatz auf verschiedenen Gebieten, oft sogar eine Rückführung in den gleichen Herstellungsprozess, aus dem das Schrottmaterial stammt, aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem Metalle oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höherschmelzende Stoffe, insbesondere weitere Metalle oder deren Legierungen, enthalten, auf einfache Weise wiedergewonnen werden können und die erhaltenen Materialien von so großer Reinheit sind, dass sie ohne weitere Reinigungsschritte wieder zum Gießen hochwertiger Formteile eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren, bei dem das Schrottmaterial über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung hinaus erhitzt und die gebildete Schmelze von den höher- schmelzenden Stoffen getrennt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schrottmaterial a) in einer ersten Stufe vollständig auf eine konstante Temperatur Tpw vorgewärmt wird, die unter dem Schmelzpunkt Tmp des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt, und
b) anschließend in einer zweiten Stufe auf einem Schmelzrost schnellstmöglich auf eine Temperatur T11n erhitzt wird, die um die Temperaturdifferenz X über dem Schmelzpunkt Tmp des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung und unterhalb des Schmelzpunkts der hόherschmelzenden Stoffe liegt, sowie die gebildete Schmelze unter Zurücklassung der nicht verflüssigten höherschmelzenden Stoffe auf dem Schmelzrost durch diesen hindurch abfließt .
Das erfindungsgemäße Verfahren hat vor allem die wesentlichen Vorteile, dass es einfach durchführbar ist und in relativ kurzer Zeit zu einer sehr sauberen Schmelze führt, die praktisch frei von Verunreinigungen durch Anteile aus den höherschmelzenden Stoffen ist. Aus dieser Schmelze wird dann ein hochwertiger Werkstoff für jede Art von weiterer Verwendung erhalten. Somit entfallen zusätzliche zeit- und kostenintensive Reinigungsoperationen für das wiedergewonnene Metall oder seine Legierung.
Es ist zweckmäßig, dass bei dem Verfahren in der ersten Stufe die Temperatur Tpw um 3 bis 400C, vorzugsweise um 10 bis 35°C, unter dem Schmelzpunkt Tmp des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt. Dieser Schmelzpunkt liegt beispielsweise im Bereich von etwa 570 bis etwa 6700C. Er beträgt für Aluminium 6600C und für Magnesium 6500C. Es kommen auch weitere wiederzugewinnende Metalle in - A -
Betracht, z.B. Blei und Zink mit Schmelzpunkten von 3270C bzw. 419°C.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Temperaturdifferenz X, um die in der zweiten Verfahrensstufe die Temperatur des Schrottmaterials erhöht wird, 10 bis 1500C, insbesondere 100 bis 1200C, beträgt. Mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität der Schmelze und ihre Trennung von den hoherschmelzenden Stoffen erfolgt deutlich schneller. Die Temperatur Tm, auf die das Schrottmaterial in der zweiten Verfahrensstufe erhitzt wird, liegt vorzugsweise um mindestens 500C unter dem Schmelzpunkt der höherschmelzenden Stoffe.
Erfindungswesentlich ist auch, dass in der zweiten Stufe die Erhöhung der Temperatur Tpm um die Differenz X auf die Temperatur T™ schnellstmöglich, d.h. vorzugsweise in einer Zeit von 2 s bis 15 min, insbesondere von 5 s bis 5 min, erfolgt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dadurch die aus dem Schrottmaterial wiederzugewinnende Komponente schlagartig schmilzt und sehr rasch durch den Schmelzrost hindurch, auf dem das Schrottmaterial erhitzt worden ist, abfließt. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass so der Zeitraum des Kontakts zwischen der ablaufenden Schmelze und den nicht verflüssigten höherschmelzenden Stoffen stark verkürzt wird. Es besteht dann aus Zeitmangel praktisch keine Möglichkeit, dass die Schmelze die höherschmelzenden Stoffe anlöst und durch sie verunreinigt wird. Das Ergebnis ist ein reines Verfahrensprodukt, das beispielsweise den von der Automobil-Spezifikation geforderten Eisengehalt von <0,15 Gew% erfüllt und deshalb sehr gute mechanische Kennwerte aufweist sowie zusätzlich sehr korrosionsstabil ist. Eine vielseitige Weiterverwendbarkeit dieses Produkts für hochwertige Gießformteile ist daher sichergestellt.
Besonders wertvoll ist das erfindungsgemäße Verfahren bei seiner Anwendung auf verbrauchte oder zerstörte Kraftfahrzeugteile. Diesem Bereich kommt wegen der dort anfallenden enormen Schrottmengen eine herausragende Bedeutung zu, und zwar sowohl wegen der zu vermeidenden Umweltbelastung als auch der weltweiten Verknappung und der entsprechenden Verteuerung der einschlägigen Rohstoffe, z. B. des Aluminiums und seiner Legierungen.
Vor diesem Hintergrund wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise auf Aluminiumlegierungen aus dem Kraftfahr- zeugbereich, z.B. auf Schrott aus den bekannten Legierungen AlSi7Mg und AlSiIOMg, angewandt.
Bei der Herstellung von Leichtmetallfelgen für Kraftfahrzeuge aus Aluminiumlegierungen im Niederdruckkokillenguss werden sogenannte Angusssiebe aus höherschmelzenden Metallen eingesetzt. Die Siebe verhindern, dass während der Gießphase grobe Verunreinigungen in die Leichtmetallschmelze eindringen, und optimieren das Fließverhalten der Schmelze beim Befüllen der Kokille. Nach dem Erstarren der gegossenen Felgen werden die genannten Angüsse mit den Metallsieben ausgestanzt oder ausgebohrt. Der entstehende Abfall stellt ein minderwertiges Schrottmaterial dar, das nicht mehr für die Felgenherstellung geeignet ist.
Im Gegensatz dazu ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren problemlos, das Schrottmaterial aus der Herstellung von Leichtmetallfelgen aufzuarbeiten und die wiedergewonnene Aluminiumkomponente ohne zusätzliche Reinigungsschritte erneut der Felgenproduktion zuzuführen. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft auch als Teil eines Recycling-Prozesses durchgeführt werden .
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel erläutert.
Beispiel
In einer ersten Stufe wurden in einem ersten Luftumwälzofen 150 kg Schrottmaterial aus der Herstellung von Leichtmetallfelgen, gleichmäßig und vollständig auf eine Temperatur Tpw von 575°C vorgewärmt. Das Schrottmaterial bestand im Wesentlichen aus Angüssen aus der Aluminiumlegierung AlSi7Mg mit einem Schmelzpunkt Tmp von 5900C und darin enthaltenen Angusssieben aus Eisen.
Anschließend wurde in einer zweiten Stufe das Schrottmaterial rasch auf den Schmelzrost in einem zweiten, auf 7500C vorgewärmten Luftumwälzofen überführt. Dort wurde dann die Temperatur des Schrottmaterials zusätzlich mittels eines Gasimpulsbrenners während eines Zeitraumes von 15 s über den Schmelzpunkt T„vp der Aluminiumlegierung hinaus gleichfalls auf die Temperatur Tn, von 7500C erhöht. Dadurch verflüssigte sich die Aluminiumlegierung schlagartig und floss durch den Schmelzrost in die darunter befindliche Auffangwanne. Die höherschmelzenden Angusssiebe aus Eisen blieben vollständig auf dem Rost zurück.
Eine Überprüfung der wiedergewonnenen Aluminiumlegierung ergab einen Eisengehalt von <0,15 Gew%, so dass sie der Leichtmetallfelgenproduktion direkt wieder zugeführt werden konnte .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Wiedergewinnen von Metallen oder Metalllegierungen aus Schrottmaterialien, die höherschmelzende Stoffe, insbesondere weitere Metalle oder deren Legierungen, enthalten, wobei das Schrottmaterial über den Schmelzpunkt des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung hinaus erhitzt und die gebildete Schmelze von den höherschmelzenden Stoffen getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrottmaterial a) in einer ersten Stufe vollständig auf eine konstante Temperatur Tpw vorgewärmt wird, die unter dem Schmelzpunkt Tmp des wiederzugwinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt, und b) anschließend in einer zweiten Stufe auf einem Schmelzrost schnellstmöglich auf eine Temperatur Tm erhitzt wird, die um die Temperaturdifferenz X über dem Schmelzpunkt T„,p des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung und unterhalb des Schmelzpunkts der höherschmelzenden Stoffe liegt, sowie die gebildete Schmelze unter Zurücklassung der nicht verflüssigten höherschmelzenden Stoffe auf dem Schmelzrost durch diesen hindurch abfließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Temperatur Tpw um 3 bis 400C unter dem Schmelzpunkt Tn^, des wiederzugewinnenden Metalls oder seiner Legierung liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Temperatur Tpw um 10 bis 35°C unter dem Schmelzpunkt Tn^, liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz X im Bereich von 10 bis 1500C liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz X 100 bis 1200C beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe die Temperatur T1n, um mindestens 500C unter dem Schmelzpunkt der höherschmelzenden Stoffe liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe die Erhöhung der Termperatur Tpw um die Differenz X auf die Temperatur Tm, in einer Zeit von 2 s bis 15 min erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrottmaterial eingesetzt wird, das eine Aluminiumlegierung enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung die Legierung AlSi7Mg oder AlSiIOMg ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrottmaterial eingesetzt wird, das aus der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen stammt .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugteile Leichtmetallfelgen sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung wiedergewonnen wird, das bzw. die einen Eisengehalt von <0,15 Gew% aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass es als Teil eines Recycling-Prozesses durchgeführt wird.
14. Metall oder Metalllegierung, dadurch gekennzeichnet, dass es bzw. sie durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt worden ist.
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