DE1184093B - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen aus der Aluminium-Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen aus der Aluminium-Schmelzflusselektrolyse

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DE1184093B DEP31152A DEP0031152A DE1184093B DE 1184093 B DE1184093 B DE 1184093B DE P31152 A DEP31152 A DE P31152A DE P0031152 A DEP0031152 A DE P0031152A DE 1184093 B DE1184093 B DE 1184093B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: C22d
Deutsche Kl.: 40 c - 3/12
Nummer: 1184 093
Aktenzeichen: P 31152 VI a/40 c
Anmeldetag: 15. Februar 1963
Auslegetag: 23. Dezember 1964
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen aus der Aluminiumelektrolyse unter Verwendung von Söderberg-Elektroden bei gleichzeitiger Wiedergewinnung dei in den Abgasen enthaltenden Fluorverbindung und Rückführung dieser in die Elektrolyse. Beim Sintern und Abbrand der selbstbackenden Söderberg-Anoden in Aluminium-Schmelzflußelektrolyseanlagen entwickeln sich Gase, wie leichte Kohlenwasserstoffe, Kohlenoxyd und schwefelhaltige Verbindungen. Diese sind mit Fluorverbindungen aus der Elektrolyse des Kryoliths beladen. Die Umgebungsluft solcher Anlagen enthält die verschiedensten Substanzen, wie Aluminiumoxyd, Teere, Ruß, fluor- und schwefelhaltige Verbindungen, so daß aus arbeitshygienischen Gründen eine starke Belüftung zur dauernden Erneuerung der Luft erforderlich ist. Diese Abgase aus den Elektrolyseanlagen haben, wenn man sie in die Atmosphäre abbläst, bekanntlich auch einen schädigenden Einfluß auf die Gesundheit der in der Nähe wohnenden Bevölkerung, auf Vieh und Pflanzen.
Im allgemeinen ist es in Aluminiumhütten üblich, die sich aus den Elektrolysezellen entwickelnden Abgase unter mehr oder weniger dicht schließenden Hauben abzusaugen und diese Gase (relativ geringes Volumen mit relativ hohem Fluorgehalt) einer Entstaubung und Aufarbeitung des angefallenen Staubes auf Fluorverbindungen zu unterziehen. In diesem Fall wird die Hallenluft über Dach abgeblasen. Ein anderes vielfach geübtes Verfahren besteht darin, daß man die Ofengase frei entweichen läßt und dann die ganze Hallenluft reinigt.
Das erste bekannte Verfahren weist den großen Nachteil des Verlustes an Fluor durch Abblasen der Hallenluft auf. Das zweite Verfahren arbeitet mit großen Gasvolumina relativ geringer Fluorkonzentration und benötigt daher einen sehr großen operativen und apparativen Aufwand. Bei derart großen stündlichen Gasmengen ist aber eine elektrostatische Gasabscheidung wirtschaftlich undiskutabel, so daß in die Gaswäscher nicht nur die Fluorverbindungen, sondern auch alle anderen Schwebstoffe, wie Teer, Ruß u. dgl., aus dem Brennen und Abbrennen der Söderberg-Elektroden sowie aus dem Stauben des Einsatzes in die Waschlaugen gelangen und zu einer starken Verunreinigung des ausgefällten Kryoliths führen.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen aus der Aluminium-Schmelzflußelektrolyse, bei der Söderberg-Elektroden zur Anwendung gelangen, und ist dadurch gekennzeich-Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung
von Abgasen aus der Aluminium-Schmelzflußelektrolyse
Anmelder:
Pechiney, Compagnie de Produits Chimiques
et Electrometallurgiques, Paris
Vertreter:
Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2
Als Erfinder benannt:
Jean Grolee, Paris
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 15. Februar 1962 (888 122) -
net, daß man in einem sogenannten Bodenkreis die aus den Elektrolysezellen entweichenden Abgase absaugt, einer elektrostatischen Staubabscheidung zur Abscheidung der Schwebstoffe unterwirft, die so von Schwebstoffen befreiten Abgase in einen Wäscher einbringt, wo mit Hilfe einer Aluminiumwaschlauge die Fluor- und Schwefelverbindungen aus den Abgasen ausgewaschen werden und dabei Kryolith ausfällt, und man in einen sogenannten Dachkreis die Hallenluft absaugt und einem Wäscher zuführt, in welchem mit einer Sodalösung als Waschlauge die Fluor- und Schwefelverbindungen aus den Abgasen gelöst werden.
Es war eigentlich nicht voraussehbar, daß durch die Kombination von Bodenkreis mit elektrostatischer Staubabscheidung und Waschen mit AIuminatlauge, wobei ein sehr reiner Kryolith ausfällt, mit einem Dachkrei« unter Verwendung einer Sodalösung als Waschlauge, wobei eine sehr reine Natriumfluoridlosmng erbalten wird, es möglich ist, eine so weit gehende Kryo.Uthwiedergewinnung zu erreichen, daß bei großtechnischen Anlagen damit kostenmäßig die Reinigung der ganzen Abgase im wesentlichen gedeckt ist. Es darf bei diesen großtechnischen Verfahren nicht außer acht gelassen werden, daß die aus hygienischen Gründen vorgeschriebene Abgasreinigung ein sehr hoher Ausgabenposten ist und das Fertigprodukt in nicht unbeträcht-
409 759/303
licher Weise kostenmäßig belastet. Eine Entlastung des Fertigprodukts von diesen Reinigungskosten ist daher von großem wirtschaftlichem Wert.
Aus folgender Tabelle geht der außerordentlich hohe Reinigungsgrad, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht wird, hervor.
Rohgas
mg/m1 		Bodenkreis
gereinigtes
Gas
mg/ms 		Reinigungs
grad
°/o		 Rohgas
mg/m3 		Dachkreis
gereinigtes Gas
mg/m3 		Reinigungs
grad
·/.
Fluorgehalt im Gas
Fluorgehalt im Staub
Staub und Teer 		250 bis 450
50 bis 80
400 bis 700		 2 bis 5
2 bis 5
10 bis 30		 99
95
97		 4 bis 8
0,5 bis 0,8
12 bis 16		 0,5 bis 1
0,18 bis 0,12
3 bis 4		 88
84
75
Die Figuren erläutern die Erfindung.
F i g. 1 ist ein Schema der erfindungsgemäßen Gasreinigung;
F i g. 2 und 3 zeigen die Zerstäuber, und zwar Fig. 2 im Querschnitt und Fig. 3 im Schnitt A-A der F i g. 2.
Die Elektrolysezelle der Anlage, die mit einer Gasreinigung versehen werden soll, weist die Elektrolysewanne 10 und die Anode 11 auf, außerdem zwei Brenner 12 bzw. 16 zur Verbrennung von Kohlenoxyd und der Schwefelverbindungen sowie Teer aus der Verkokung der Anode 11 in dem Zellengas. Dei untere Teil der Brennereinheit ist bei 13 bzw. 17 mit der Zellenhaube verbunden und besitzt in dem vertikalen Teil Öffnungen 14 und 18 zur Einführung der Verbrennungsluft. Die Brenner sind mit einem Leitungssystem 15 bzw. 19 verbunden, um die Verbrennungsgase in die Sammelleitung 20 zu führen.
Im Bodenkreis 100 wird das Zellengas gereinigt, das Gasvolumen ist gering, jedoch die Fluorkonzentration relativ hoch. Vor dem Waschen ist eine elektrostatische Staubabscheidung vorgesehen, um Ruß und Teer zu entfernen, so daß ein sehr reiner Kryolith abgeschieden wird. Die Gase gelangen über die Sammelleitung 20 in die elektrostatische Staubabscheidung 101, wo Teer, Ruß und Stäube in Form von Tonerde und die sublimierten Fluorverbindungen zurückgehalten werden. Das Gas verläßt die Staubabscheidung 101 über Rohr 102 und gelangt in den. Wäscher 103 mit der Kammer 104, die aus; Beton oder jedem Werkstoff, der gegenüber dem Gas und den reaktionsfähigen Substanzen beständig ist, bestehen kann oder eine entsprechend widerstandsfähige Auskleidung trägt. Die Kammer 104 ist in eine Anzahl von Sektoren 105, 106, 107 unterteilt. In einem Teil dieser Sektoren, z. B. 105 und 106, wird mit Hilfe der Zerstäuber 108 in 105 und 109 in 106 die Waschlauge in Form einer Natriumaluminatlösung eingesprüht. Diese Lösung wird über mindestens eine Pumpe 110 und über mindestens einen Sammelbehälter 111 in den Kreislauf rückgeführt. Die Waschwässer werden kontinuierlich von der Leitung 112 in den Abscheider 113 geführt. Der letzte Sektor 107 enthält keinen Zerstäuber, er weist am Austragende 114 einen Saugzug 115 für den Kamin
116 auf. Der angereicherte Kryolithschlamm wird im Abscheider 113 getrennt, welcher einen Rührer
117 enthalten kann, um ein zu festes Absetzen zu vermeiden. Die geklärten Abwasser gelangen über Leitung 118 in den Behälter 119, wo sie mit neuem Reaktionsmittel aufgefrischt werden. Der abgeschiedene Kryolith gelangt über Leitung 120 auf das oder die Filter 121, in den Trockner 122 und schließlich zur Absackung 123.
Der zweite Kreis 200 ist der sogenannte »Dachkreis« zur Aufnahme der Raumluft aus der Werkshalle. Dieser Kreis verarbeitet ein großes Gasvolumen, jedoch mit geringer Fluorkonzentration. Die Anwendung eines ElektrofUters würde wohl so wenig wirtschaftlich sein. Daraus ergibt sich, daß man bei Verwendung von Natriumaluminat als Waschlauge nur einen stark verunreinigten Kryolith, und zwar verunreinigt mit Teer und Ruß, erhalten würde. Um dies jedoch zu vermeiden, bindet man den Fluorgehalt des Abgase als lösliche Substanz. Dazu eignet sich als Wasohlauge eine Sodalösung. Man erhält gelöstes Natriumfluorid. Diese Lösung läßt sich leicht von den anderen Verunreinigungen durch Absitzen trennen. Die geklärte Lösung wird dann im Behälter 119 mit Natriumaluminat gemischt und dadurch das Natriumfluorid als Kryolith ausgefällt.
Dieser Kreis nimmt die Raumluft über Abzug 201 in Ventilator 202 auf und leitet sie in den Wäscher 203, in den von dem Zerstäuber 204 die Sodalösung eingespritzt wird. Die Waschlauge wird über mindestens eine Pumpe 205 in den Behälter 206 rückgeleitet. Die Feststoffe, und zwar Tonerde, sublimierte Fluorverbindungen, Teer und Ruß, werden suspendiert, während der Fluor- und Schwefelgehalt der Gase in Form von Natriumfluorid und Natriumsulfat in Lösung geht. Die mit Feststoffen und gelösten __, Substanzen angereicherten Waschwässer werden kontinuierlich in den Abscheider 207 geleitet. Die aus dem Abscheider 207 kommenden geklärten Wasser werden über Leitung 208 in Behälter 119 geführt, wo sie mit Natriumaluminat gemischt werden, das gelöste Natriumfluorid fällt als Kryolith — zusammen mit den Substanzen aus dem ersten Kreis 100 — aus. Frische Sodalösung wird über Leitung 211 eingespeist. Die den Wäscher 203 verlassenden Abgase gelangen in den Kamin 209, in welchen zur Abscheidung der Tröpfchen Prallbleche 210 angeordnet sind.
Die feste Phase aus dem Abscheider 207 kann bei geringem Fremdstoffgehalt auch auf ein Filter 121 und in eine Trockenvorrichtung 122 geführt werden. Der so erhaltene Kryolith wird vor seiner Wiederverwendung gebrannt, um vor allem restliches Wassei und eventuell vorhandene geringste Mengen an Ruß und Teer zu entfernen.
Die Zerstäuber 108 und 109 des Kreises 100 sowie der Zerstäuber 204 des Kreises 200 werfen Probleme auf, da die Lösung mit den Gasen in gute Berührung kommen muß. Die vorhandenen Vorrichtungen gestatten nur eine Abscheidung von ungefähr 65 °/o der Feststoffe in den Abgasen. Darüber hinaus und insbesondere bei dem Zerstäuber 204 des Kreises
200 ist durch die verschleißende Wirkung der Feststoffe nur eine Betriebszeit von ungefähr 2 Monaten gegeben. Indem man die bekannten Zerstäuber durch exzentrische Zerstäuber ersetzte, erhielt man einen Entstaubungsgrad von 95%. Ein derartiger Zerstäuber ist in F i g. 2 und 3 gezeigt.
Dieser Zerstäuber besitzt nach Fig. 2 ein geschlossenes Gehäuse 1 um die Achse 2. Um den Schnittpunkt der Achse 2 mit dem Gehäuse 1 befindet sich eine Austrittsöffnung 3. Knapp bei dem anderen Schnittpunkt ist eine Ableitung 4 für die unter Druck stehende Flüssigkeit, und zwar tangential zur Innenwand des Gehäuses 1 vorgesehen. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform besteht das Gehäuse 1 aus einem an beiden Seiten verschlossenen Zylinder 5, wobei der eine Boden 6 die Öffnung 3 und der andere Boden 7 knapp beim Ansatz der Ableitung 4 angeordnet ist. Der Boden 7 ist bei dieser Ausführungsform für Reparatur und Wartung abnehmbar. Das Gehäuse 1 kann jedoch auch eine andere Form besitzen, und zwar halbkugelig, konisch oder eine Kombination eines Zylinders mit einem Konus oder einen Kugelausschnitt, kann aber auch ein gerades Teil sein, bei dem sich der Radius gleichmäßig vom Boden 7 bis zum Boden 6 verringert.
Die Zerstäuber werden aus Polyamiden hergestellt, weil dieses Material am besten dem chemischen Angriff und der Erosion der Schwebstoffe widersteht, so daß mit solchen Zerstäubern längere Betriebszeiten erreicht werden.
Der Ventilator 202, der Mantel mit dem Wäschei 203 sowie auch die Verteilerdüsen für die Flüssigkeit bestehen zweckmäßigerweise aus Polyvinylchlorid.

Claims (3)

Patentansprüche: 35
1. Verfahren zur Reinigung von Abgasen aus der Aluminium-Schmelzflußelektrolyse unter Verwendung von Söderberg-Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus den Elektrolysezellen entweichenden Abgase absaugt, einer elektrostatischen Staubabscheidung zur Abscheidung der Schwebstoffe unterwirft, die so von Schwebstoffen befreiten Abgase in einen Wäscher einbringt, wo mit Hilfe einer Aluminatwaschlauge die Fluor- und Schwefelverbindungen aus den Abgasen ausgewaschen werden und Kryolith au&- fällt, und man die Hallenluft absaugt und einem Wäscher zuführt, in welchem mit einer Sodalösung als Waschlauge die Fluor- und Schwefelverbindungen aus den Abgasen gelöst werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Brenner (12 bzw. 16) zum Abbrennen von Kohlenoxyd, der Schwefelverbindungen und Teer aus der Verkokung der Elektrode in Verbindung mit der Elektrolysewanne (10) und der Anode (11), wobei der untere Teil der Brennereinheit (13 bzw. 17) mit der Zellenhaube verbunden, mit öffnungen (14 bzw. 18) zur Einführung der Verbrennungsluft und Gasleitungen (15 bzw. 19) in die Sammelleitung (20) versehen ist, sowie im Bodenkreis (100) eine elektrostatische Staubabscheidung (101), verbunden über Leitung (102) mit dem Wäscher (103), enthaltend eine Kammer (104), unterteilt in die Sektoren (105, 106, 107), wobei die Sektoren (105, 106) Zerstäuber (108 bzw. 109) für die Waschlauge besitzen, welche über Pumpe (110) und Sammelbehälter (111) im Kreislauf geführt wird, und sich eine Leitung (112) zum Abscheider (113) für die Waschwässer anschließt, der Sektor (107) schließlich ein Austragende (114) zum Saugzug (115) in den Kamin
(116) besitzt, der Abscheider (113) mit Rührer
(117) und Leitung (118) zu Behälter (119) zui Auffrischung der Reaktionsmittel ausgestattet ist und andererseits Leitung (120) die Verbindung zu einem Filter (121) zur Gewinnung des Kryoliths herstellt, wobei sich an das Filter (121) der Trockner (122) anschließt sowie im Dachkreis (200) Abzug (201) für die Ansaugung der Hallenluft mit Hilfe des Ventilators (202), anschließend Wäscher (203), enthaltend Zerstäuber (204) füi die Sodalösung, zu deren Förderung die Pumpe (205) in den Behälter (206) dient, Leitung für die Waschwässer in den Abscheider (207) und Leitung (208) für die geklärten Wasser zu Behälter (119).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuber ein Gehäuse (1) um eine Achse (2) mit einer Austrittsöffnung (3) in Achsrichtung des Gehäuses und eine Flüssigkeitszuleitung (4) nahe dem Schnittpunkt der Achse (2) mit dem Gehäuse tangential in die Gehäusewand aufweisen und aus einem Polyamid-Kunststoff bestehen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 107 946;
USA.-Patentschrift Nr. 2 730 195;
»Zeitschrift für Erzbergbau und Metallhüttenwesen«, Bd. XII (1959), S. 400 bis 405, und Bd. ΧΙΠ (1960), S. 419 bis 424.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 759/303 12.64 © Bundesdruckerei Berlin
DEP31152A 1962-02-15 1963-02-15 Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen aus der Aluminium-Schmelzflusselektrolyse Pending DE1184093B (de)

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