The effect of thickness and compaction on the recovery of aluminium in recycling of foils in salt flux

Abstract

I Norge förbränns mer än 40 000 ton aluminiumförpackningar årligen. Återvinning av denna mängd aluminiumförpackningar skulle spara 1,5 TWh energi och hundratusentals ton av koldioxidutsläpp. Det mycket svårare att återvinna tunn aluminiumfolie i förpackningar än större och renare aluminiumskrot. I denna uppsats har egenskaper hos komprimerad beläggningsfri aluminiumfolie med fem olika tjocklekar (15, 30, 100, 200, 300 μm) bestämts. Dessa egenskaper är sedan till kopplade till återvinningsgraden efter smältning i saltfluss.

Uppsatsen består av fem huvuddelar. I de två inledande delarna strimlas foliet till en bestämd spånstorlekt varpå dessa komprimeras med tre olika presstekniker till briketter av olika bulkdensiteter. I de nästa två delarna bestäms relevanta brikettegenskaper och oxidationsbeteendet. I den sista delen bestäms återvinningsgraden av spån och briketter som smälts i saltfluss.

Briketternas bulkdensitet, porositet och ytarea varierade beroende på pressningsteknik. Högtryckvridning under tillförd värme var ett effektivt sätt att öka bulkdensiteten. Tunnare folie oxiderade mera på grund av stor specifik ytarea och hög mikrosträvhet. Oxidationsgraden för briketter med bulkdensitet över 2.4 g/cm3 var betydligt lägre än briketter med lägre bulkdensitet. Briketter av de två tunnaste folierna ledde till högre återvinningsgrad jämfört med motsvarande spån. Effekten av kompression på återvinningsgraden var mindre för de tre tjockaste folierna. Återvinningsgraden ökade med ökad kompression för det tunnaste foliet. Trots att denna folie oxiderades relativt mycket var återvinningsgraden 99-100 % efter kompression till 2.6 g/cm3. Resultatet indikerar på att främst specifika ytarean påverkar återvinningsgraden av aluminiumet. Baserat på den föreslagna teorin borde ett optimum av saltmängd, fluorinnehåll och ytarea skrot kunna utvecklas för att maximera återvinningsgraden.

In Norway, more than 40.000 tonnes of aluminum (Al) in food packaging goes to incineration annually. Recycling this waste would save more than 1.5 TWh of energy and several hundred thousand tonnes of CO2 emissions. However, recycling thin aluminum foil in small packaging is more difficult than recycling of larger and cleaner scrap. In this thesis, properties of compacted coating-free Al foil with five different thicknesses (15, 30, 100, 200, 300 μm) were investigated and related to percentage Al recovery during remelting in salt flux.

This thesis consists of five main parts. Two initial studies involved shredding of the foil into a controlled chip size and compaction of these chips to briquettes of a wide range of bulk densities using three types of compaction techniques. In the following two studies, relevant briquette properties and oxidation behavior were determined. Finally, chips and briquettes were melted in salt flux and the percentage Al recovery was calculated.

The bulk density, porosity and surface areas of the briquettes were significantly influenced by the type of compaction technique. Applied torque and heat in addition to uniaxial pressing were found to be effective measures to increase bulk density. Oxidation was higher for thin Al foil due to higher specific surface area and micro roughness. However, the oxidation of briquettes significantly decreased as the bulk density exceeded 2.4 g/cm3. Briquetting led to significantly increased recovery of the two thinnest foils. For the three thickest foils the effect of briquetting was smaller. For the thinnest foil, recovery increased with compaction. For this foil, even significantly oxidized chips compacted to bulk density 2.6 g/cm3 resulted in 99-100 % recovery. The specific surface area of the aluminum was the most important material property influencing recovery. It is expected that an optimum amount of salt flux and fluoride content related to specific surface area of the scrap can be developed.