Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 Izvleček: Izrabljen katodni odpadek pri proizvodnji aluminija se obravnava kot nevaren odpadek. Trenutne teh- nološke rešitve ne ponujajo celovite ponovne uporabe ali recikliranja odpadnega materiala, zato veči- na materiala konča v sežigalnicah in na deponijah. Predstavljena inovativna tehnologija za recikliranje katodnih odpadkov iz proizvodnje aluminija zapira snovno zanko proizvodnega procesa. Razstrupljene sestavine kot sta ogljični in šamotni del ter fluoridne soli se bodo lahko uporabili v proizvodnji aluminija, v gradbenem sektorju in v industriji ognjevzdržnih materialov. Prispevek opisuje princip nove tehnologije, zasnovo pilotne naprave in krmilni sistem, ki omogoča učin- kovito spremljanje in vodenje procesa z možnostjo analize dobljenih rezultatov in optimizacijo tehnologije. Ključne besede: SPL-Cycle, izrabljen katodni odpadek, recikliranje, zapiranje snovnih zank, pilotna naprava, avtomatizacija, šaržni proces, ISA S88.01 104 1 Uvod Aluminij je ena najpomembnejših kovin, ki se pri- dobiva z elektrolizo taline glinice. Proces pridobi- vanja aluminija poteka dvostopenjsko; Najprej se iz boksitne rude pridobiva glinica, t.j. aluminijev oksid Al 2 O 3 po Bayerjevem postopku. Nato pa se v elek- troliznih celicah po Hall-Héroultovem postopku pri- dobiva primarni aluminij. Slika 1 prikazuje elektrolizno celico, kjer se na katodi izloča kovinski aluminij, na anodi pa se sprošča ki- sik. Ogljikova anoda se porablja zaradi zgorevanja z nastalim kisikom v ogljikov dioksid in jo je potrebno stalno menjavati na 2–3 tedne. Nastali staljeni alu- minij se zbira v z ogljikom obloženi katodni kadi, ki je toplotno zaščitena z oblogo iz šamotne opeke. Katodna obloga iz ogljika je porozna, zato se njena porozna struktura tekom življenjske dobe (6–9 let) prepoji s fluoridnimi solmi (NaF), pri tem pa nasta- jajo tudi cianidi. Na ta način dobimo impregnirane katodne obloge, ki izgubljajo električno prevodnost in jih je potrebno obnavljati vsakih šest do devet let. Po koncu življenjske dobe se izrabljena katodna obloga elektrolizne kadi (Spent Pot-Lining – SPL) mehansko razstavi in postane odpadek. Postopek rušenja oziroma odstranjevanja se izvaja s hidravlič- no opremo, odpadek je po tem postopku v obliki velikih kosov in nekaj prahu, tako da ga je možno transportirati iz obrata. Odpadek se namreč razdeli na ogljični del ali FC (first cut) in šamotni del ali SC (second cut) v masnem razmerju približno 60:40. Na vsako tono proizvedenega aluminija se proizve- de približno 20 kg SPL-a. SPL je nevaren odpadek zaradi visokega deleža topnih fluoridov in cianidov, ki predstavljajo nevar- nost za okolje. V ogljičnem delu (FC) je približno 22 % vodotopnih fluoridnih soli in do 2% cianidov. Zaradi alkalnih kovin in oksidov ima odpadek tudi visok pH, zato ga je potrebno skladiščiti na suhem. i z Gradnja in Krmiljenje pilotne naprave za reciKliranje izrabljeneGa KatodneGa odpadK a iz proizvodnje aluminija Primož Rus, Janez Urevc, Bojan Starman, Dušan Klinar, Ana Mladenović, Mateja Košir, Miroslav Halilovič RECIKLIRANJE Dr. Primož Rus, univ. dipl. inž., dr. Janez Urevc, univ. dipl. inž., dr. Bojan Starman, univ. dipl. inž., doc. dr. Miroslav Halilovič, univ. dipl. inž., vsi Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; Doc. dr. Dušan Klinar, univ. dipl. inž., ZRS Bistra Ptuj; Dr. Ana Mladenović, univ. dipl. inž., dr. Mateja Košir, univ. dipl. inž., obe Zavod za gradbeništvo Slovenije, Ljubljana Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 105 RECIKLIRANJE SPL reagira tudi z vlago, pri čemer nastajajo vnetlji- vi, strupeni in eksplozivni plini. Zaradi navedenega so bile uvedene nekatere ome- jitve glede uporabe in odlaganja SPL, kar je v za- dnjih desetletjih vodilo v številne raziskave na tem področju [1]. V Avstraliji [2] se na primer ukvarja- jo z recikliranjem topnih soli, medtem ko se iner- tni ostanki odlagajo na deponijah. Podjetje Befesa [3] je uvedlo novo tehnologijo za recikliranje SPL, solnih žlinder, livarskih peskov in filtrskega pepela s pomočjo katerih se lahko takšna sol reciklira. Podje- tje Rusal je razvilo postopek za recikliranje SPL [4], pri katerem se soli reciklirajo v fluoridne soli kot kri- olit (Na 3 AlF 6 ), ki se uporablja pri elektrolizi glinice in ostanek, ki se še vedno sežiga. Nobena od zgoraj omenjenih tehnologij ne predsta- vlja tehnologije osnovane na principu »nič odpad- kov«, ki bi obsegala 100-odstotno recikliranje SPL. Ogljični del (FC), ki predstavlja večinski del odpad- ka, je zelo uporaben material v proizvodnji alumini- ja, predvsem pa v metalurgiji pri pridobivanju jekla. Nobena od sedanjih tehnologij ne predvideva reci- kliranje očiščenega FC in SC ter uporabo v krožnem gospodarstvu, ampak le sežig in uničenje oziroma deponiranje. Na splošno gre večina odpadkov SPL še vedno v sežig (vključno s sosežigom v cementnih pečeh) ali pa je odložena na primernih deponijah. Takšna netrajnostna obdelava predstavlja znatne stroške za proizvajalce aluminija, v povprečju 200 EUR na tono, kar na leto znaša od 15 do 30 milijonov EUR v celotni Evropi. Poleg tega se v Evropi vsako leto izgubi 160.000 ton surovin z vrednostjo najmanj 20 milijonov EUR, kar predstavlja vrednost ogljika v odpadkih SPL. Na drugi strani se porabi 350 kg ogljikove anode na 1 tono aluminija. Medtem ko se ogljikova katoda običajno kupuje na trgu, se ogljikova anoda izdela v obratu samem s stroški 350 EUR/tono ogljika. To pomeni, da je ogljik najdražji material v SPL, razen soli, ki so potrebne za elektrolit in druge materiale, ki jih je mogoče reciklirati v drugih uporabah. Prve laboratorijske poskuse za potrditev ideje o 100-odstotnem recikliranju odpadkov SPL znotraj proizvodnega obrata sta leta 2015 izvedla Znan- stveno-raziskovalni center Bistra, Ptuj in podjetje za proizvodnjo aluminija Talum, Kidričevo [5] in [6]. Na podlagi ugodnih laboratorijskih rezultatov je bil prijavljen in izbran za financiranje v okviru EIT Raw Materials projekt SPL-Cycle, katerega cilj je iz- delati pilotno napravo za reciklažo SPL in pripraviti izhodne frakcije v primerni obliki za ponovno upo- rabo na različnih področjih industrije. Tehnologija, razvita v okviru projekta SPL-Cycle, bo omogočila zaprto snovno zanko v podjetju samem ali v lokal- nem okolju in s tem izboljšala njeno ekonomičnost z zmanjšanjem ogljičnega odtisa. Razvita tehnologija je primerna za proizvajalce z manjšimi kapaciteta- mi in za geografsko dislocirane obrate, npr. Talum Slovenija, Aluminium of Greece (Mytilineos Holding S.A.) Grčija ipd., ki v svoji okolici nimajo velikega predelovalca SPL ali drugih metalurških žlinder. 2 Tehnologija SPL-Cycle Tehnologija SPL-Cycle je zasnovana kot postopek ekstrakcije, izpiranja z vodo in lugom (izluževanje) ter razstrupljanja pri normalnih temperaturah, in je predstavljena na sliki 2. S predelavo po tem postop- ku se SPL spremeni v nenevarni material, primeren za recikliranje in ponovno uporabo. Izrabljena katodna obloga katodne kadi se razbije, zdrobi in zmelje do velikosti zrn, ki so manjši od 3 mm. Tako pripravljen material je primeren za na- daljnjo ekstrakcijo in razstrupljanje. Slika 1 : Shematski prikaz elektrolitske celice Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 Najprej se izvede izpiranje z vodo, kjer se izločijo fluoridne soli (NaF), ki so dobro topne v vodi. Proces izpiranja poteka nekaj ur. Nato sledi izpiranje s po- močjo luga (NaOH), da izločimo še kriolit (Na 3 AlF 6 ), ki je slabo topen v vodi. Tudi ta proces poteka nekaj ur. V času izpiranja z vodo se izvaja tudi razstruplja- nje s pomočjo vodikovega peroksida (H 2 O 2 ), da se razgradijo prisotni cianidi. Za učinkovitejše delova- nje peroksid aktiviramo z UV svetlobo. Rezultat izpiranja z vodo in lugom sta čista trdna in tekoča frakcija. V trdni frakciji ostanejo ogljik in alumosilikati, ki jih kasneje ločimo s postopkom flo- atacije. Tako očiščen ogljik se uporablja v industriji aluminija za izdelavo anod, za izdelavo elektrod in kot alternativno gorivo v cementarnah in jeklarnah. Alumosilikati pa so primerni za uporabo v gradbeni- štvu za zemeljska dela in druge aplikacije, lahko tudi za izdelavo ognjevzdržnega materiala. Tekoča frakcija vsebuje v vodi raztopljene fluori- dne soli (NaF). Fluoridne soli pretvorimo s pomočjo obarjanja, kjer raztopino NaF zmešamo s Ca(OH) 2 , da dobimo suspenzijo, ki jo nato ločimo na tekočo in trdno fazo v filtrski stiskalnici. Tekoča faza je pre- ostali lug (NaOH), ki ga ponovno uporabimo v zače- tnem delu procesa za izpiranje z lugom. Trdno fazo pa predstavljajo kalcijeve soli (CaF 2 ), ki se uporablja- jo v metalurgiji za izboljševanje talilnosti žlinder pri proizvodnji jekla. 3 Izdelava in avtomatizacija pilotne naprave Pilotna naprava, ki je razvita v okviru projekta SPL- -Cycle, je postavljena na Zavodu za gradbeništvo Slovenije (ZAG). Naprava je postavljena v lovilni ba- zen za primer izlitja tekočin. Kot je označeno na sliki 2, je pilotna naprava name- njena izpiranju in ekstrakciji zmletega materiala ter obarjanju in filtriranju izluženih soli. Temu sledi tudi postavitev opreme v prostoru, kar je razvidno iz slik 3 in 4. Oprema, prikazana na sliki 3, je namenje- na izpiranju in ekstrakciji, na sliki 4 pa je prikazana oprema za obarjanje in filtriranje. V dozirni zalogovnik iz nerjavečega jekla (1) na sliki 3 se izven prostora naloži zmlet material, nato se ga z viličarjem postavi na za to predvideno mesto dozirne naprave (2). Po namestitvi je potrebno od- preti ročni ventil (3), da se material vsuje v zalo- govnik dozirnega polža (4). Sledi izbira delovnega ekstraktorja (5) ali (6) preko usmerjevalne lopute (7). V pilotno napravo sta vgrajena dva ekstraktorja iz PP in PEHD, saj lahko fazi izpiranja in ekstrakci- je potekata vzporedno. S takšno konstrukcijo lah- ko na enostaven način povečamo kapaciteto pilo- tne naprave. Na dnu ekstraktorja je vgrajen filter, ki trdnim delcem preprečuje širjenje po cevovodih. Usmerjevalna loputa (7) in vsi avtomatsko vodeni ventili so pnevmatsko krmiljeni preko ventilskega otoka (43), prikazanega na sliki 5a, ki je povezan s krmilnim sistemom (44) v elektro omari na sliki 5a. Krmilni sistem z vizualizacijo (HMI) je podrobneje opisan v naslednjem poglavju. Po izbiri ekstraktorja operater sproži doziranje ma- teriala v ekstraktor. Po doziranju ustrezne količine materiala je naprava pripravljena na fazo izpiranja vodotopnih soli. Nivo tekočine v ekstraktorju se na dovodni strani krmili s kapacitivnima nivojskima 106 RECIKLIRANJE Alumosilikati Ogljik Fluoridne soli Lug Proizvodnja Al SPL odpadek Mletje Izpiranje z vodo, razstrupljanje in izluževanje Trdna frakcija Tekoča frakcija Flotacija Obarjanje Filtriranje Pilotna naprava Slika 2 : Osnovni oris principa tehnologije SPL-Cycle Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 sondama (8) ter pnevmatskim ventilom. Tekočina priteka iz rezervoarja (9) v ekstraktor gravitacijsko ali se sesa s podtlakom. Na odvodni strani je na- meščena peristaltična dozirna črpalka (10) oziroma (11), kar je odvisno od izbire delovnega ekstraktor- ja, s katero je mogoče regulirati količino odvedene tekočine. Peristaltične dozirne črpalke so izbrane, ker omogočajo nemoteno delovanje tudi takrat, ko niso predhodno zalite. Tekočina se po izpiranju zbira v rezervoarju (12). Med izvajanjem faze lahko operater izbere krožni način delovanja. To pomeni, da se zapre dovod in odvod nove in stare tekočine, obstoječa tekočina pa kroži preko ekstraktorja. V času izvajanja faze spremljamo na odvodni strani prevodnost (13) ter pH (14) oziroma (15) ter (16) in ko meritvi dosežeta želeno stacionarno stanje, je faza izpiranja končana. Vzporedno s fazo izpiranja z vodo se izvaja faza razstrupljevanja s pomočjo peroksida (17) za izlo- čitev cianidov. Količina peroksida se regulira s peri- staltično dozirno črpalko (18). Za učinkovitejše de- lovanje peroksid aktiviramo z UV žarnico (19). Za boljše mešanje tekočin je v sistem dodano stacio- narno mešalo (20). Sledi faza izpiranja s pomočjo NaOH za izluževa- nje kriolita, ki je netopen v vodi. Izvajanje faze je 107 RECIKLIRANJE Slika 3 : Pilotna naprava, izpiranje z vodo in lugom Slika 4 : Pilotna naprava, obarjanje in filtriranje Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 podobno kot pri izpiranju z vodo, s to razliko, da se pri izpiranju uporablja lug (21). Izhodna tekočina se zbira v istem rezervoarju kot pri prvem izpiranju z vodo (12). Želeno koncentracijo luga spremljamo na dovodu v ekstraktor s pomočjo merilnika pre- vodnosti (22). Koncentriran lug (23) se dovaja v sistem preko peristaltične dozirne črpalke (24) in stacionarnega mešala (25). Tudi ta faza omogoča krožni način delovanja. Faza izpiranja z lugom je končana, ko spremljani vrednosti prevodnosti (13) in pH (14) oziroma (15) in (16) dosežeta želeno sta- cionarno vrednost. V tem stanju so v materialu raz- grajeni cianidi, kriolit in fluoridne soli. Po končani fazi izluževanja se ponovi faza izpira- nja z vodo, nato pa se izčrpa voda iz ekstraktorja. Sledi odpiranje ekstraktorja na spodnji strani (28), da prečiščen ogljik pade v začasno zbirno posodo (29). V drugi fazi procesa je potrebno reciklirati še odpa- dno tekočino, raztopljene fluoridne soli (NaF), ki se je natekla pri ekstrakciji. Odpadna tekočina se ob dodatku apna (Ca(OH) 2 ) obori, pri čemer je trdna frakcija oborina CaF 2 , tekoča frakcija pa NaOH, ki ga v procesu ponovno uporabimo za ekstrakcijo. Obarjanje poteka v mešalni posodi izdelani iz PP (31), prikazani na sliki 4. Faza priprava suspenzije poteka tako, da iz rezervoarja (12) na sliki 3, kjer je zbrana izprana in izlužena tekočina, ta pretoči v mešalno posodo (31). Količina dozirane tekočine se krmili z nastavljivim kapacitivnim dvo-nivojskim senzorjem (32). Apno (33) za obarjanje se dozira s peristaltično dozirno črpalko (34). Za pripravo homogene suspenzije je v mešalno posodo vgra- jeno mešalo z Rushtonovo turbino (35). Optimalni pogoji za obarjanje CaF2 in pripravo suspenzije se kontrolira z merilnikom prevodnosti in pH (36). Tako pripravljena suspenzija se loči na trdno in te- kočo frakcijo v filtrski stiskalnici (37), ki ima 6 plošč velikost 250 x 250 mm in debelino kolača 20 mm. Zapiranje in odpiranje plošč se izvaja ročno preko hidravličnega valja (38). Suspenzija se tlači v filtr- sko stiskalnico s pnevmatsko dvo-membransko čr- palko (39). Črpalka lahko doseže maksimalni tlak 8 barov, ki je nastavljiv preko pnevmatskega regula- cijskega ventila (45), prikazanega na sliki 5b. Iztisnjena tekočina se zbira v zbirni posodi (40), ki se prazni preko delovne centrifugalne črpalke (30) na sliki (3), in se prečrpa v rezervoar (21) na sliki 3 za iz- piralni lug. Na regulacijo centrifugalne črpalke vpliva dvo-nivojski senzor (41), nameščen v zbirni posodi. Faza ločevanja je končana po iztisnjeni celotni ko- ličini suspenzije. Sledi ročno (38) odpiranje filtrske stiskalnice, da iztisnjen kolač CaF 2 pade v začasno zbirno posodo (42). 4 Krmilni sistem Krmilni sistem temelji na dvojedrnem industrijskem krmilniku Beckhoff CX5130 z operacijskim siste- mom Win10 IoT Enterprise 64 bit. Na njem se hkrati izvajata TwinCAT 3 (realno časovni PLK) in program za vizualizacijo procesa [7]. Ključna prednost upo- rabe takšnega računalniško krmilnega sistema pred klasičnim PLK-jem je v sočasnem izvajanju tako 108 RECIKLIRANJE Slika 5 : Pilotna naprava: a) Elektro omara in b) Enota za priprava stisnjenega zraka Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 krmilnega programa kot vizualizacije na enem sa- mem sistemu. Krmilnik omogoča kratke cikle (okoli 50 µs) izvajanja krmilnega programa. Vhodno / izhodni moduli so modularni, kar pomeni, da jih je mogoče poljubno dodajati in odvzemati ter s tem sestaviti oziroma nadgraditi v potrebno kon- figuracijo. Povprečni čas pretvorbe signala iz A/D oz. D/A pri analognih modulih je 1,3 ms. Zato je čas izvajanja PLK programa nastavljen na 2 ms. Prav tako takšen sistem omogoča enostavno pove- zljivost s PC svetom, kar pomeni enostaven prenos podatkov – rezultatov v obliki datotek formata csv. 4.1 Krmilni program (PLK) Krmilni program je razvit v razvojnem okolju Visual Studio z vključenim paketom TwinCAT 3 v ST pro- gramskem jeziku. Glavni program je razdeljen na posamezne sklope – podprograme, ki si logično sledijo v naslednjem zaporedju: Prvi podprogram prgParametersIn se izvede samo v prvem ciklu po zagonu krmilnika. V njem se na- stavijo vsi parametri pilotne naprave, ki so bili shra- njeni v stalni spomin. Stalni spomin je spomin, ki se ohrani tudi, ko je krmilnik brez napajanja. Drugi podprogram prgInit se tudi izvede samo v prvem ciklu po zagonu. V njem se nastavijo vsi pa- rametri, ki so prednastavljeni za ustrezno delovanje pilotne naprave. Naslednji podprogram prgInitReq se izvede na zah- tevo. V njem se nastavijo vsi parametri pilotne na- prave, ki so shranjeni v stalni spomin, na prednasta- vljene vrednosti. Sledijo podprogrami, ki se izvajajo stalno. Najprej se izvede podprogram prgImplElemIn za obdelavo vseh vhodnih elementov, analogni in digitalni sen- zorji. V obeh primerih je izvedba zasnovana tako, da je možno preko vizualizacije vsiliti njihove vho- dne vrednosti, za enostavno testiranje pilotne na- prave in same tehnologije procesa. Vsak posame- zen element ima ustrezno skalirno funkcijo, preko katere se vrednosti vhodov preslikajo v inženirske veličine. Nato sledi podprogram prgPhase, v katerem se ob- delajo vse avtomatske faze, ki sledijo tehnološkim fazam, predstavljenim v prejšnjem podpoglavju. Pred obdelavo posameznih faz se vsem aktuator- jem avtomatski izhod nastavi status na izklopljen, tako da v posamezni fazi aktuatorji samo vklapljajo. Sledi podprogram prgImpElemOut za obdelavo vseh izhodnih elementov, črpalk, ventilov in digital- nih izhodov. Elementi so zasnovani tako, da jih je možno preko vizualizacije krmiliti ročno ali pa nji- hovo delovanje vodijo avtomatske faze. Prav tako imajo izhodni elementi vgrajene ustrezne funkcije za preslikavo inženirskih vrednosti v izhodne veliči- ne primerne za vodenje naprav. Zadnji podprogram prgParametersOut zapiše vse spremenjene parametre v stalni spomin. 109 RECIKLIRANJE Slika 6 : Vizualizacija; Osnovni uporabniški vmesnik Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 110 RECIKLIRANJE 4.2 Vizualizacija Na sliki 6 je predstavljen osnovni uporabniški vme- snik za vizualizacijo tehnološkega procesa, ki sledi P&ID shemi. S klikom na oznako elementa se odpre pogovorno okno, prikazano na sliki 7a, kjer je kot zgled prika- zan senzor temperature Ti.01. Pri analognih senzor- jih je mogoče vklopiti funkcijo alarmiranja, z vklo- pljeno vsiljeno vrednostjo pa simulirati vrednost senzorja v nadaljnjih preračunih. Slika 7b pa prika- zuje pogovorno okno vizualizacije stanja in vodenja peristaltične črpalke P.01. Črpalki je možno preko tega dialoga ročno nastaviti hitrost ali jo prepustiti vodenju preko avtomatskih faz. 4.3 Vodenje avtomatiziranih faz Vodenje avtomatiziranih faz je izvedeno na osno- vi standarda ISA S88.01 [8]. Na sliki 8 je prikazan standardni statusno / ukazni vmesnik, preko ka- terega je možno spremljati in izvajati standardne ukaze karakteristične za posamezno fazo, opisano v predhodnem poglavju. Uporaba tega vmesnika za normalno delo z napravo oziroma izvajanje procesa ni nujna, namenjena je predvsem razvijalcem pro- gramske opreme in zahtevnejšim uporabnikom. Za vsakdanje delo se za upravljanje z vsemi avto- matiziranimi fazami uporablja vmesnik, prikazan na sliki 9. Preko tega vmesnika je mogoče nastaviti pa- rametre faze, zagnati, zadržati ali ustaviti posame- zno fazo. Prav tako nam vmesnik prikazuje stanje posamezne faze. Fazo je možno voditi ročno ali avtomatično, kar po- meni, da jo vodimo preko druge faze. Kot lahko sklepamo iz slike 8, je posamezna faza razdeljena na korake. Prehod med koraki je lahko izveden na zahtevo operaterja ali ko je dosežen nek pogoj. Pred programiranjem podprograma prgPha- se tehnolog procesa pripravi tabelo sekvenc kora- kov, alarmno tabelo in tabelo parametrov. Za namen prikaza je v tabeli 1 predstavljen primer ene od faz in sicer definicije sekvence korakov faze »Praznje- nje zbirne posode iz stiskalnice«. Vse ostale faze so izvedene na enak način. Vsaka faza preide v stanje »Zadržana« v primeru generalnega alarma ali enega od alarmov, ki vpliva- jo na delovanje faze. Na pilotni napravi so to izpad napetosti 24V in 220V in izklop v sili. V tabeli 2 so prikazani alarmi faze »Praznjenje zbir- ne posode iz stiskalnice«. Alarmi tipa »Opozorilo« ne vplivajo na delovanje faze, ampak samo opozo- rijo operaterja. Posamezni fazi pripadajo parametri, ki jih definira tehnolog v tabeli »Parametrov faze«, za primer faze »Praznjenje zbirne posode iz stiskalnice« so prika- zani v tabeli 3. 5 Zaključek V okviru projekta SPL-cycle je bila predstavljena nova tehnologija recikliranja izrabljenega katodne- ga odpadka pri proizvodnji aluminija. Tehnologija je primerna za proizvajalce z manjšimi kapacitetami Slika 7 : Pogovorno okno: a) Senzor temperature Ti.01 in b) Črpalka P.01 Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 111 RECIKLIRANJE Slika 8 : Vizualizacija; Standardni statusno / ukazni vmesnik Slika 9 : Vizualizacija; Statusno / ukazni vmesnik vseh faz Tabela 1 : Sekvence korakov faze »Praznjenje zbirne posode iz stiskalnice« ID Opis koraka Krmilna akcija Pogoj za nadaljevanje Naslednji korak Opomba 1 Nedejavna Ukaz Zaženi Naslednji Vedno prvi korak 20 Mirovanje Izklop črpalke P.06 Zaprtje ventila V.12 Ld.03.LH = 1 20 30 Delovanje Odprtje ventila V.12 Vklop črpalke P.06 Ld.03.LL = 0 30 100 Zaključena Ponastavitev ukaza 1 Vedno zadnji korak Tabela 2 : Alarmi faze »Praznjenje zbirne posode iz stiskalnice« ID Opis alarma Aktiven v korakih Pogoj za alarm Tip alarma 1 Izpad elementa 20-30 P.06.AlmState = 1 Λ P.06.AlmErr = 1 Alarm Tabela 3 : Parametri faze »Praznjenje zbirne posode iz stiskalnice« ID Ime Opis parametra Tip Enota Min Max Privzeto 1 N.A Ventil 2 / 2020 • Letnik 26 112 RECIKLIRANJE in za geografsko dislocirane obrate. Za potrditev učinkovitosti novo razvite tehnologije je bila razvita pilotna naprava, ki je postavljena v prostorih ZAG in bo v tem letu pričela s predelavo testnih vzorcev iz podjetja Talum, kar bo omogočilo nadaljnje analize in optimizacijo same tehnologije. Avtomatizacija pilotne naprave je bila izvedena na krmilnem sistemu Beckhoff CX5130 v program- skem okolju TwinCAT 3. Krmilni program skrbi za varnost, vklop / izklop aktuatorjev, spremljanje in zajemanje vrednosti iz senzorjev ter vodenje regu- lacijskih zank. Razvit grafični uporabniški vmesnik omogoča operaterju tako ročno kot avtomatizirano vodenje tehnološkega procesa ter mu nudi svobo- do pri vnosu parametrov in preglednemu spremlja- nju za proces pomembnih parametrov. Viri [1] G. Holywell, R. Breault, “An Overview of Use- ful Methods to Treat, Recover, or Recycle Spent Potlining”, JOM, vol. 65, no. 11, pp. 1441- 1451, 2013, https://doi.org/10.1007/s11837- 013-0769-y. [2] T. K. Pong, R. J. Adrien, J. Besida, T. A. O’Don- nell and D. G. Wood, “Spent potlinning – a hazardous waste made safe”, Institution of Chemical Engineers Trans IChemE, vol 78, Part B, pp. 204-208, 2000. [3] Befesa, “Salt slags and SPL Recycling Servic- es”, https:/ /www.befesaaluminium.com/web/ en/nuestros-procesos/detalle/Salt-slags- and-SPL-Recycling-Services/. [4] V. Mann, V. Pingin, A. Zherdev, Y . Bogdanov, S, Pavlov, V. Somov, “SPL Recycling and Re-pro- cessing”, The Minerals, Metals and Materials Series. Trans IChemE, 78 part B, pp. 571-578, 2017. [5] B. Tropenauer, D. Klinar, N. Samec, J. Golob, “Circular economy model of cathode waste processing”, 1st International Conference on Technologies & Business Models for Circular Economy, September, 5th - 7th, 2018, Porto- rož, Slovenia, https://doi.org/10.18690/978- 961-286-211-4.8. [6] B. Tropenauer, D. Klinar, N. Samec, J. Golob, J. Kortnik , “Sustainable waste treatment pro- cedure for the Spent Potlining (SPL) from aluminium production”, Materials and tech- nology, vol. 53, pp. 277-284, 2019, https:/ /doi. org/10.17222/mit. [7] Beckhoff Automation GmbH, “The New Au- tomation Technology Advantage”, https:// download.beckhoff.com/download/Docu- ment/Catalog/The_New_Automation_Tech- nology_Advantage_e.pdf [8] ISA, “ISA88, Batch Control”, https://www.isa. org/isa88/. The Pilot Plant Construction and Control for Spent Pot-Lining (SPL) from Aluminium Production Abstract: A Spent Pot-Lining is waste from aluminium production and is treated as hazardous waste. Current tech- nological solutions do not offer full reuse or recycling of waste material, which is why most of the material ends up in incinerators and landfills. The introduced innovative technology for recycling cathodic waste from aluminium production closes the material loop of the production process. Detoxified ingredients such as carbon and fireclay and fluoride salts can be used in aluminium production, the construction sec- tor and the refractory industry. The paper describes the principle of the new technology, the design of the pilot plant and the control system, which enables efficient monitoring and control of the process with the possibility of analysing the results obtained and optimizing the technology Keywords: SPL-Cycle, Spent Pot-Lining, recycling, closing material loops, pilot unit, automation, batch process, ISA S88.01 Zahvala Avtorji se zahvaljujemo finančni podpori projektu SPL-Cycle – »Zapiranje zanke izrabljenih katodnih odpadkov (IKO) v industriji proizvodnje aluminija (Closing the loop of the Spent Pot-line (SPL) in Al smelting process)«, ki je triletni projekt (2018-2021), sofinanciran iz strani EIT RawMaterials (št. pro- jekta: 17141), t.j. organ Evropske unije, ki prejema podporo raziskovalnega in inovacijskega programa Evropske unije Obzorje 2020. Zahvaljujemo se tudi finančni podpori Slovenske raziskovalne agencije ARRS za programsko financiranje P2-0263.