Metal Dünyası

Isıl Hurda Hazırlama Yöntemleri – Kurutma, Boyama ve Lak Giderme

Giriş
İkincil alüminyum hammaddelerin yani eski ya da yeni hurdanın içerdiği kirlilikleri metalik, organik ve inorganik kirlilikler olmak üzere üç grupta incelemek mümkün. Alüminyum-dışı metallerden oluşan metalik kirlilikleri ve toz, toprak ya da metal oksitlerden oluşan inorganik kirlilikleri mekanik hurda hazırlama işlemleri ile büyük ölçüde gidermek mümkün iken, yağ, boya ve lak gibi organik kirlilikler için ısıl hurda hazırlama yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Çünkü bu tür organik kirlilikler, ergime sırasında sadece kendi ağırlıkları kadar değil, ciddi miktarda da alüminyum ve eğer alüminyum-magnezyum alaşımı söz konusu ise magnezyum kaybına neden olur. Başka bir deyişle oksidasyon reaksiyonlarını hem tetikler hem de şiddetlendirir.

Şekil 1’den kalitatif olarak üç önemli sonuç çıkartabiliriz:

- İnce kestili hurdaların geridönüşümü zordur,

- Boyalı hurdaların geridönüşümü zordur,

- Hem ince kesitli hem de boyalı hurdaların geridönüşümü daha da zordur.

Sonuç olarak hurda kalitesi arttıkça geridönüşüm kolaylaşmakta, yani metal verimi artmaktadır.

Isıl Boya ve Lak Giderme İşlemleri
Boya ve lak giderme işlemi mekanik ve pirometalurjik ön-işlemlerin bir kombinasyonudur.

Herhangi bir boya-lak giderme ya da kurutma prosesinin başarılı olabilmesi için aşağıdaki 4 parametreye dikkat etmek gerekir:

- Proses sıcaklığı,

- Fırındaki oksijen düzeyi,

- Hurdanın fırında kalma süresi,

- Gaz-metal teması

Proses iki aşamalı olarak gerçekleşir: 

- Düşük sıcaklık ve oksijen düzeyinde, uçurulabilir organik maddeler ve nem uzaklaştırılır,

- İkinci aşamada ise daha yüksek sıcaklık ve oksijen düzeyinde karbon artıklar yanma reaksiyonu sonucu CO ve CO₂’e dönüşerek uzaklaşır.

Boya-lak giderme işleminin temeli hurda ile birlikte bulunan organiklerin, yüksek sıcaklıklarda (450-530 °C) buharlaşma ve oksidasyon yolu ile uzaklaştırılmasıdır.

İşlem buharlaştırma ve yanma kademelerini içerir. Gaz ve katran buharlaşarak uzaklaştırılırken, siyah karbon parçacıkları alüminyum yüzeyine yapışık olarak kalır. Bunlar havanın oksijeni ile gerçekleşen yanma ile uzaklaştırılır.

Bu hem sisteme bir yakıcı ile dışarıdan ısı verilmesi hem de içeride kendiliğinden oluşan yanma reaksiyonları sonucu oluşan ısının yardımı ile olur. 

Başarılı bir operasyon sonucunda CO, CO₂ ve su buharı oluşur. Oluşan gazlar ve partiküller atmosfere verilmeden once afterburner, insineratör ya da filtre ile temizlenir.

Lak-boya giderme fırınları kamara ya da silindirik döner fırın tipinde fırınlardır. Katı hurdanın üzerindeki kaplamalar direkt ya da indirekt sıcak gaz teması ile uzaklaştırılırlar. Bu işlem için gerekli olan sıcak gazlar, sistemin entegre olduğu ergitme ya da tutma fırınlarının baca gazlarından sağlanabilir. Fırın içinde kontrolsüz yanmayı engellemek için O₂ sürekli olarak ölçülür ve gerektiğinde taze hava ya da oksijen beslenir.

İdeal bir boya ve lak giderme hattı için aşağıdaki noktalara dikkat etmek gerekir:

• Proses sürecinde maksimum temas yüzeyi yaratmak için malzeme parçalanmalıdır (shredding),

• Döküntü ve ince hurdaların sisteme girmesini engellemek için malzeme önce elenmeli ve ayıklanmalıdır,

• Serbest demir ve demirli alüminyum parçacıkların sisteme girişini önlemek için malzeme manyetik ayırımdan geçmelidir,

• Proses sıcaklığı ve proses süresi, boya ve lakın uzaklaştırılabileceği, ancak alüminyum hurdanın oksitlenemeyeceği düzeyde olmalıdır,

• Proses sırasında alevlenme ve aşırı duman oluşumunu önlemek için, proses edilecek malzeme üzerindeki artık karbon minimize edilmelidir,

• Fırın içinde oksidasyonu ve alevlenmeyi engellemek için, oksijen düzeyi kontrol edilebilmelidir,

• Maksimum ısıl verimlilik sağlayabilmek için, tesis içindeki atık sıcak gazlar lak ve boya giderme amacı ile kullanılabilir,

• Çevresel olumsuzluklara neden olmamak için, atık gaz emisyonu kontrol edilebilmelidir,

Sonuç 
Bu oranlar hurda malzemenin toplanma, taşıma ve proses etme koşullarına göre farklılıklar gösterebilir. Ancak deneyimler göstermiştir ki, % 5 civarında alüminyum dışı kirlilkler içeren 1 ton kullanılmış alüminyum içecek kutusu;

Döner fırında, % 8-20 ergimiş tuz banyosu altında  % 75-85,

Düşük frekanslı indüksiyon fırınında % 70-75 ve

Sakin banyoya sahip Reverber fırında % 65-80 metal verimi ile ergitilebilir iken;

lak yakma-boya giderme işlemi uygulandıktan sonra bu oranlar:

Döner fırında % 3-8 ergimiş tuz banyosu altında % 90-92,

Düşük frekanslı indüksiyon fırınında seçilen frekansa bağlı olarak % 85-96,

Şarj odasına girdap altında sürekli hurda besleme tekniğinin uygulandığı balkonlu Reverber fırında % 85-96 metal verimlerine ulaşılabilir. 
 

Ergitme işlemi öncesi bu kirliliklerin uzaklaştırılması hem metal ve ergitme veriminin artmasına hem de dolayısıyla toplam proses veriminin artmasına neden olacaktır.

Öte yandan, bu organikler aynı zamanda enerji kaynağıdır. Alüminyum içecek kutuları için yapılan bir çalışma, piroliz sonrası oluşan gazların kg başına 8 kWs enerji içerdiğini göstermiştir (6). Örneğin % 5 organik içeren hurda, yaklaşık olarak ton başına 50 kg ağırlıkça organik maddeye sahiptir ve piroliz sırasında 50 kg x 8 kWs = 400 kWs enerji açığa çıkar. Bu rakam standart bir alüminyum ergitme fırınında 500-750 kg hurda ergitmek için gerekli enerjiye eşdeğerdir. Bir anlamda çok kamaralı alüminyum ergitme fının tasarımı için de bu avantaj, itici güçlerden birisi olmuştur.

Kaynaklar

1. Ingrid Meling, Recycling and Utilisation of Secondary Aluminium Products, Norwegian University of Science and Technology, June 2018
 

2. Yongxiang Yang, Yanping Xiao, Bo Xhou, Markus A. Reuter, Aluminium Recycling: Scrap Melting and Process Simulation, John Floyd International Symposium on sustainable Developments in Metals Processing, July 2005, Melbourne-Australia
 

3. Ray D. Peterson, Secondary Metal Supply: Furnace Technology, Aluminium Castshop, TMS 2019
 

4. Oscar Irıbarren, High Recovery Decoating & Melting Process, Aluminium and Its Alloys-Aluminium E Leghe, 2/2010
 

5. Mike Dines, Innovative Scrap De-Coating and Drying, F.E. Mottram Ltd, 11th Metal Bulletin Secondary Aluminium Conference, Paris, 2003
 

6. Hertwich-SMS, The Optimized Process for Melting Cans, International Recycled Aluminium Conference, Germany, 2019
 

7. Otto Junker GMBH, Efficient Used Beverage Can Recycling, International Recycled Aluminium Conference, Germany, 2019
 

8. B. Jaroni, B. Friedrich, Conditions of Pyrolytic Processes in Multi Chamber Furnaces for Aluminium Recycling, RWTH AAchen University
 

9. Richard Evans, Graham Guest, The Aluminium Decoating Handbook, www.gillesipiepowers.com