NEMVASFÉMEK, NEMES- ÉS RITKAFÉMEK HULLADÉKAI
3.2
Kemencekonstrukciók különböző alumíniumhulladék-fajták átolvasztásához Tárgyszavak: alumíniumhulladék; alumíniumolvasztás; hulladék-újrahasznosítás; kemence; konstrukció.
Bevezetés A mai globalizált alumínium-újrafeldolgozó iparban a túlélés érdekében a lehető legtöbb alumíniumot kell kinyerni a különböző hulladékfajtákból. Bedobni a hulladékot egy lángkemencébe néhány lapát sóval – ez már nem megoldás. A túléléshez a hulladékfeldolgozásban a gyáraknak a legnagyobb kihozatalt kell elérniük a legkisebb termelési költségekkel, és meg kell felelniük az egyre szigorodó kibocsátási és környezetvédelmi szabványoknak. A brit Mechatherm vállalat évek óta épít az alumínium-újraolvasztáshoz használt berendezéseket. A cég által megvalósított projektekben kulcsjelentőségű kérdés az adott feladatokhoz alkalmas berendezéstípusok kiválasztása és az, hogy a berendezések teljesítménye miért változott az újraolvasztáshoz felhasznált alumíniumhulladéktól függően. A nyereség és a veszteség közötti különbséget általában a hulladék olvasztás előtti kezelésére vezethető vissza. Erre alkalmas berendezések a következők: – a hulladékot nyíró, osztályozó és szétválasztó gépek; – egykamrás olvasztókemencék bővített száraz munkatérrel; – iker- vagy hármas kamrás olvasztókemencék gáz-visszakeringetéssel a leégető és az olvasztó vagy hőntartó kamrák között; – folyamatos üzemű forgókemencék; – szakaszos üzemű forgókemencék. Bármely újraolvasztó üzem üzleti tervének elsőként a következő kérdésekre kell felelnie:
– Milyen termékeket kíván értékesíteni? – Mekkora lesz az éves termelés? – Milyen lesz a nyersanyagok forrása és típusa? Ezek sok további kérdéshez vezetnek, amelyeket meg kell válaszolni átolvasztó üzemek létesítése előtt. Ilyen kérdések: a telek, az épület, a munkaerő ára, a hulladék előkezelési költségei, az alternatív kemencetípusok, a segédberendezések, a szállítás a gyárba és a gyárból, és nagyon fontos a működési engedélyek kérdése. Az engedélyek beszerzése az utóbbi években drámai módon megnehezedett, és ebből a szempontból döntő jelentőségűekké váltak a környezetvédelmi kérdések.
A berendezések kiválasztása A berendezések kiválasztásának folyamatában figyelembe kell venni a rendelkezésre álló hulladék fajtáit, például: – extrudált hulladék, tiszta, festett, anódkezelt, hőszigetelt, hosszú (6–7 m) vagy rövid; – aprított, általános, piaci hulladék; – használt italdobozok; – forgács; – vastartalmú hulladék (motorblokkok stb.); – könnyű fólia és bevont lemez. Egészen másként kell vizsgálni a folyamatos, egy forrásból érkező, szűk összetétel-tartományú hulladékot feldolgozó üzemet, mint az olyant, amely mindenféle piaci hulladékot feldolgoz. Ha fontos az ötvözetek váltásához szükséges rugalmasság, ez erősen hatni fog a kemence és a technológia kiválasztására. A továbbiakban a Mechatherm által szállított újabb berendezések négy példáját ismertetjük. Tekercset és fóliát gyártó üzem Ebben az esetben a megrendelő saját tekercs- és fóliahulladékát akarta újrafeldolgozni. Éves termelése 50 ezer tonna volt, kevés ötvözéssel, legfeljebb 3%-os hengerdei olaj- vagy lakkszennyezéssel. A könnyű hulladék bálákban érkezett a kemencéhez, a nehezebb tekercsekben vagy nagy darabokban (meredvények, végdarabok). A választott berendezés 75 tonnás, statikus, oldalaknás olvasztókemence és adagológép volt. A forró fém visszakeringetésével óránként héttonnás teljesítményt értek el. A hulladékot tíztonnás forgó géppel adagolták. A megrendelő meglévő por- és füstelszívó rendszerét módosították, hogy a kamra és az ajtó feletti ernyő füstjeit is fogadja. A bálá-
zott és a könnyű hulladékot a gép az oldalaknába adagolja. A nehezebb, tiszta hulladék közvetlenül a fő kamrába adagolható. A rövid és száraz munkatérben történik a nedvesség eltávolítása, mielőtt a meredvényeket a fürdőbe tolnák. A forró fém átmossa a frissen az oldalaknába adagolt hulladékot, hogy a könnyű hulladék beolvadjon, anélkül, hogy közvetlen lánghatásnak tennék ki, ami súlyosbítaná az oxidációját. A megrendelő mechanikus szivattyút részesített előnyben az olvadék keringetéséhez a fő kamrából az oldalaknán át. Az ötvözetek ritka cseréje azt jelenti, hogy a megrendelő a mechanikus szivattyúhoz szükséges, nagy (30 tonnás, 300 mm mély) folyékony tócsával dolgozhatott. Regeneratív földgázégőket választottak, kis fogyasztásuknak és NOxkibocsátásuk köszönhetően. A kemence bélése nem nedvesedő, nagy Al2O3-tartalmú tűzálló anyagból készült, amelynek nagy az ellenállása a nagy sebességű folyékony fémmel szemben. Kerékgyártó üzem Az üzem a megmunkáláskor keletkező saját forgácsát, valamint a tiszta, csupasz vagy festett, selejtes kerekeit kívánta feldolgozni. A forgács legfeljebb 10% olajemulziós szennyezést tartalmazott, ezért lényeges volt az olvasztás előtti kezelése. Az ötvözetek gyakran cserélődtek, ezért a megrendelő a kemence könnyű és gyors kiürítését igényelte, így a statikus, oldalaknás kemencetípust kizárta. A forgács tisztítására kipróbált rendszert választottak: malom a forgácsméretek kiegyenlítéséhez; centrifuga a víz eltávolításához; pneumatikus szállítórendszer; termikus szárító az olaj eltávolításához; forgácstároló siló; rezgőkonvejor a forgács aknába adagolásához. A forgácsot az adagolóakna örvényébe adagolják, amely az EMPtípusú fémkeringető rendszer része. A Mechatherm és az EMP sok projektben működtek együtt, hogy tökéletesítsék az EMP-berendezések integrációját és elhelyezését a kemencéken. Az adott üzem azt igényelte, hogy az adagolóakna és a szivattyú a kemence hátfalában legyen, a billentő csapokkal és a csapoló csőrrel együtt. Az EMP-adagolóaknába óránként négy tonna forgácsot lehetett kényelmesen adagolni. Az örvény biztosította a forgács bemerülését még a kemencekamrába kerülése előtt, kiküszöbölve az égők lángjának a közvetlen hatását. A kemencének száraz munkatere van a szennyezők leégetéséhez a kerekekről, a folyékony fürdőbe tolásuk előtt. Új füstszűrő berendezést telepítettek a fő kamrából, az ajtótól és az adagolóakna elszívó ernyőjétől, valamint a forgácsszárítótól érkező füst kezelésére.
A kemence konstrukciója regeneratív égőket, monolitikus, nem nedvesedő, nagy Al2O3-tartalmú tűzálló bélést és hidraulikus buktatást foglalt magába, és biztosította a kis fűtőanyag-fogyasztást és a jó fémkihozatalt. A kibocsátási szintek megfeleltek a szigorú norvég szabványoknak. A forgácson maradt olajból (0,25% körül) származó füstöt elszívó rendszerrel távolították el, és mész/koksz-adagoló rendszerrel kezelték. Extrudálási öntecset gyártó üzem – 1. A megrendelő újrafeldolgozott (tiszta, festett, anódkezelt és hőszigetelt) extrudált anyagból és általános piaci hulladékból akart primer extrudálási öntecset gyártani. Nagyon rugalmas rendszerre volt szüksége, amely képes: – minden fajta piaci hulladék feldolgozására; – ötvözetváltásra minden adag után; – primer extrudálási öntecsek gyártására. Ezek a követelmények és a nagy éves termelési volumen kizárják a statikus, oldalaknás vagy nagy tócsával működő más kemencetípusokat. Két nagy teljesítményű, billenthető kemencét választottak, amelyeket minden olvasztási ciklus után teljesen hőntartó kemencébe ürítettek. A lehetséges legnagyobb rugalmasság elérése és a hulladék lehetséges nagy szennyezettségének kezelhetősége érdekében úgy döntöttek, hogy minden szennyezést eltávolítanak az olvasztáshoz vezető út közben. Az üzem gazdasági teljesítménye és megtérülése szempontjából nagyon fontosnak tekintették, hogy maximális legyen a hulladékból az alumíniumkihozatal és minimális a redukáló salak mennyisége. Nem ítélték megfelelőnek a statikus leégető kamrákat a két- vagy háromkamrás olvasztó/bevonateltávolító kemencerendszerekben az olyan, hatékonyabb bevonateltávolító rendszerekhez képest, amelyek hevítése közben buktatják-koptatják a hulladékot. A megrendelő a lehető legteljesebb tisztítást igényelte már a hevítés előtt, hogy ne kelljen nem alumínium anyagokat hevítenie. A homok, a por, a papír, és különösen a vas és az acél különválasztásához a hulladékot kis (legfeljebb 300 mm-es) darabokra kell nyírni vagy őrölni. Ez lehetővé teszi szállítószalagos továbbítását mágneses dob és osztályozó felett, és megfelel a szakaszos lakktalanító rendszernek is. A szakaszos bevonatmentesítéshez a viszonylag új „Rodecs” rendszert választották. Ez a kemence a piaci hulladék minden fajtáját kezeli, és a legtöbb előnyt kínálja: – az óránként 5 t kapacitású, rugalmas, szakaszos üzem programozható, ami segíti az ötvözet cseréjét;
– a forgókemence buktató–koptató hatást gyakorol, a hulladékot egyenlően és egyenletesen érik a forró gázok, biztosítva az öszszes szerves anyag teljes eltávolítását; – a zárt működés csökkenti az oxigén felvételét és növeli a kihozatalt; – a visszakeringtető/égető rendszer fűtőanyagként használja fel a szennyezőket, csökkentve a fűtőanyag-fogyasztást (a szennyezők mennyiségétől függően, tonnánként, közelítően 325 kWh-val); – a hevítés közbeni koptatás lehetőséget ad minden fajta hulladék kezelésére, a keréktárcsáktól a forgácsig; – programozható ciklus a különböző szennyezők eltávolításához, például alacsony hőmérséklet és rövid ciklus csak forgács szárításához, vagy magas hőmérséklet és hosszabb ciklus olyan szenynyezők eltávolításához, mint a műanyagok, a festékek és a lakkok; – kisebb beruházási igény, mint a folyamatos üzemű kemencék esetén; – gyors átvitel az olvasztókemencékbe, a hő megtartásához; – a belső égető rendszer és az adottságokhoz tervezett APC (air pollution control = légszennyezés-szabályozó) füstelszívó és kezelő szűrőrendszer biztosítja a kibocsátásra vonatkozó szabályok betartását.
fémszint
padlószint
jellemző metszet
1. ábra Olvasztókemence felső adagolása
A megrendelő nem szándékozott feldolgozni vékony fóliát és forgácsot, ezért felső adagolású olvasztókemencéket választottak. Mint az 1. ábrán látható, nagy, nyíló fenékajtós vödrökkel adagoltak. Az ilyen kemencék nagyon termelékenyek, mivel: – az adagolás nagyon gyors; – a nagy sebességű égőkkel kombinált körkörös konstrukció örvénylő, konvektív hőátadást, nagyon nagy fajlagos olvasztási sebességet nyújt; – a medence alatti elektromágneses keverő növeli az olvasztási sebességet és csökkenti a fürdő hőmérsékletének a kiegyenlítődéséhez szükséges időt; – a billenthető konstrukció lehetővé teszi a fém gyors átvitelét. Extrudálási öntecset gyártó üzem – 2. A negyedik példa olyan olvasztást ismertet, amely állandó minőségű hulladék folyamatos szállításán alapul. A megrendelő jórészt tiszta, részben festett, a saját üzeméből származó sajtolási hulladékot akart feldolgozni. Az adagolandó darabok hossza 7 m-ig terjedt, és az ügyfél nem akarta ezeket kisebb darabokra fűrészelni. Mint a 2. ábra mutatja, olyan kemencét részesítettek előnyben, amelynek az ajtaja elég széles egy 8 m-es adagolódoboz fogadásához. Úgy döntöttek, hogy a kemencébe tíztonnás adagokat fognak adagolni. Részletes számításokat végeztek arra vonatkozóan, hogy legfeljebb mennyi szennyezőt tűr el a kemence adagonként, majd megállapították a képződő füstök mennyiségét. Ezeket részben a kemencében égetik el, a többit pedig túlméretezett elszívóval a füst- és porelszívó és -kezelő berendezésbe vezetik. A fémveszteségek így ugyan nagyobbak, de a művelet kereskedelmileg megvalósítható. Gyakran ismételték, mindig belül maradva az emissziós határokon.
Az olvasztókemencék égésrendszerei A fenti példák mutatják, hogyan változnak a kemencekonstrukciók a különböző hulladékfajtáktól függően. Az égési rendszerek is változnak a kemence konfigurációjától és a hulladékfajtáktól függően. Népszerűek a takarékos, regeneratív rendszerek, amelyeket a Mechatherm széles körben felhasznált. A szennyezett hulladékot kezelő összes (olvasztó, bevonatmentesítő) égési rendszerekben lényeges az oxigén ellenőrzése. Az ellenőrzés elsősorban a robbanásveszélyes gáz-
keverékek elkerülése céljából szükséges, másodsorban pedig a kamra hőmérsékletének a szabályozásához. Az oxigénszintek ellenőrzése még a rendes olvasztás esetén is tanácsos a gáz teljes elégetése és a salaktöbbletet generáló levegőfelesleg elkerülése céljából. adagolóvödör felső darun
tiszta hulladék
olvasztókemence eltávolított fedéllel
2. ábra Dobozos adagológép hosszú/széles extrudált hulladékhoz A regeneratív égők hajlamosak légfelesleggel működni a folyamatos váltás (egy égő leáll, és a másik indul) vagy a szakaszolt égésrendszereik következtében, amelyeket az NOx-kibocsátás csökkentésére terveztek. Az olvasztókemence kamrájában az oxigénfelesleg az alumínium oxidációját, salak képződését okozza. A nagy sebességű rekuperatív égők gazdaságosabbak, mivel alacsonyabb oxigénszinttel működnek, és hozzávetőleg 1%-kal kevesebb salakot termelnek. Ezek ugyan mintegy 10%-kal több fűtőanyagot fogyasztanak, de ez kevesebbe kerül, mint a regeneratív égők által okozott salaktöbblet. A regeneratív rendszer kibo-
csátási problémákat is okozhat, dioxinok szabadulhatnak ki az elégtelen, 400 °C-os kimeneti hőmérséklet következtében. A Mechatherm jelenleg két ilyen rendszert telepít, amelyek hamarosan meg fogják erősíteni a fűtőanyag-fogyasztásra és a salakképződésre vonatkozó számokat, és adatokat szolgáltatnak a fenntartási költségekről is. Korábbi hasonló berendezésekben a regeneratív égők tonnánként mintegy 675 kWh-t, a rekuperatív égők pedig 800 kWh-t takarítanak meg.
Elektromágneses szivattyúk és keverők A Mechatherm sok elektromágneses szivattyút és keverőt szerelt fel az olvasztókemencéin. Ezek nagymértékben csökkentik a fémveszteséget, különösen könnyű hulladék, így forgács átolvasztásakor. Tisztítás után, a forgácsot egy EMP-szivattyú örvényébe adagolják, amivel 2%nál, sőt 1%-nál is kisebb fémveszteséget érnek el. A legjobb eredményeket a Rodecs-ben tisztított forgáccsal érik el. Egyáltalán nincs láng az akna felett, ami a teljesen tiszta hulladékot jelzi, és ez biztosítja a fém lehetséges legnagyobb visszanyerését.
hulladékgázelszívó vezeték
regeneratív égetőrendszer
tetőplatform
elektromágneses szivattyú, adagolóakna
tetőplatform
adagolóajtó
3. ábra 65 tonnás buktatható olvasztókemence elektromágneses szivattyúval és adagolóaknával
A Mechatherm nehéz, 400 mm-ig terjedő hosszúságú darabokat tartalmazó hulladékot olvasztó kemencéket is telepített, amelyek óránként 9 tonnáig terjedő teljesítményt érnek el (3. ábra). Összeállította: Szende György Emes, C.; Becker, D.: Different furnace designs to remelt different kinds of aluminium scrap. = Aluminium, 82. k. 2006. 1/2. sz. p. 40–44. Shinzato, M. C.; Hypolito, R.: Solid waste from aluminium recycling process: characterization and reuse of its economically valuable constituents. = Waste Management, 25. k. 1. sz. 2005. p. 37–46.
Röviden… Cink visszanyerése acélporból Viszonylag hosszú ideig túlságosan drágának tartották a cink-oxid viszszanyerését acélporból. A helyzet azonban a cink drágulása, a környezetvédelmi előírások szigorodása és a technológia korszerűsítése következtében megváltozott. A cink ára jelenleg mintegy 1300 dollár. A kinyerésére szakosodott ZincOx Resources nagyvállalat vezetője közölte, hogy a legkorszerűbb technológia bevezetése révén tonnánként mintegy 500 dollár költséggel képesek előállítani a cinket. Tekintettel tehát a jelenlegi árra, a termelés rendkívül nagy haszonnal valósulhat meg. A hasznot még fokozza, hogy az elektroacél-gyártó üzemek fizetnek azoknak a cégeknek, amelyek a cink-oxid-tartalmú acélport átveszik. Az elektroacél-gyártó üzemek légtisztító berendezéseiben visszamaradó acélpor cinktartalma azért nagy, mert az acélgyártáshoz túlnyomórészt vashulladékot dolgoznak fel. A por cink-oxid-tartalma 25–35 százalék, de ezen felül tartalmaz természetesen sok vasat, valamint ólom-oxidot is. A ZincOx Resources vállalat – gazdaságos technológiájának lehetőségeit hasznosítva – új acélpor-újrahasznosítási kapacitásokat kíván létrehozni az USA-ban és Törökországban. Nyilvánvalóan kifizetődő az ilyen beruházás, mivel nagy a hulladékból kinyert cink iránti kereslet, most, amikor a cink ára jóval meghaladja a tonnánkénti 850–900 dollárt. A szakemberek sajnálatosnak tartják, hogy jelenleg Európában nem áll rendelkezésre az acélpor kohósításához szükséges kapacitás. Egyébként ma már egyik EU-tagállamban sincs arra törvényes lehetőség, hogy a porszűrőkben visszamaradó acélport egyszerűen depóniára juttassák. Ha tovább folyta-
tódik az elektroacél-gyártásban felhasznált vashulladék mennyiségének növekedése, az acélpor eltávolítása szempontjából könnyen kialakulhat a szűk keresztmetszet. Pedig nagyon helytelen lenne, ha a légszűrőkben visszamaradó port, ezt az értékes nyersanyagot, kellemetlen hulladéknak tekintenék. Egyes európai vállalatok már most eredményesen állítanak elő acélporból 50–60 százalék cinket tartalmazó cink-oxidot, amelyből elektrolitikus eljárással tiszta cinket lehet kinyerni elfogadható, tonnánként 200 dolláros áron. Egyébként az elektroacél-üzemek is változnak. Bár egyesek ma még tonnánként 100 dollárt fizetnek a szűrőport átvevő cégeknek, mások viszont olyan technológiát fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a pormennyiség csökkentését. Végső soron a keletkező pormennyiség jellege is a felhasznált vashulladék-keverék összetételétől függ. Végeredményben a német elektroacél-üzemekben évente 360 000– 400 000 tonna szűrőpor keletkezik, melynek jelentős része értékes nyersanyag. (Recycling Magazin, 60. k. 19. sz.. 2005. szept. p. 16.)
A CD- és DVD-hulladékok ártalmatlanítása Németországban A kiselejtezett CD-kre és DVD-kre nem vonatkozik az elektromos és az elektronikai hulladékokra vonatkozó új németországi törvény, az ún. ElektroG, vagyis ezeket nem kell elkülönítetten gyűjteni és feldolgozni. A Szövetségi Környezetvédelmi Minisztérium (BMU) által kiadott tájékoztatófüzetben foglaltak szerint a gyártóknak és a kereskedőknek nincs visszavételi kötelezettségük sem. Ugyanakkor a lemezek teljes mértékben újrahasznosíthatók, ez azonban nem valósítható meg, ha a háztartási hulladékba kerülnek. A minisztérium szerint a telefon- és a hitelkártyákra sem vonatkozik a törvény. Más a helyzet a mobil tárolóegységekkel, mint például a fényképezőgépek memóriakártyái vagy az MP3 lejátszók. Kiindulhatunk abból is, hogy a kommunális hulladékokat gyűjtő helyek a jövőben átveszik a CD- és a DVD-lemezeket is. Nagyobb ártalmatlanítandó mennyiségek esetén vannak szolgáltatók, amelyek biztosítják a CD-ken és a DVD-ken tárolt adatok törlését, és tevékenységi körükbe tartozik a műanyaghulladékok újrafeldolgozásának előkészítése: ennek keretében a CD- és DVDlemezek esetében a polikarbonát lemezről leválasztják az alumíniumréteget és a lakkozást. (Recycling Magazin, 60. k. 24. sz. 2005. dec. p. 8.)
