ES2201755T3 - Procedimiento y aparato para la recuperacion de materia metalica de residuos. - Google Patents

Procedimiento y aparato para la recuperacion de materia metalica de residuos.

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Abstract

Procedimiento para recuperar una materia metálica de un residuo incluyendo una materia orgánica, tal como una materia plástica, y una materia metálica bajo la forma de materia de hoja delgada, cuyo procedimiento incluye las etapas siguientes que consisten en: (a) introducir el residuo en un gasificador de lecho fluidizado, introducir aire a través de una rejilla de fondo en el gasificador para fluidizar un lecho de partículas sólidas, para gasificación de la materia orgánica en el interior y para la producción de un gas combustible y (b) descargar separadamente del gasificador las cenizas pesadas y el gas combustible producido en la etapa (a). Estando caracterizado el procedimiento por: - el mantenimiento de la temperatura en el gasificador por debajo de la temperatura de fusión de dicha materia metálica; - desgarrar dicha materia metálica de hoja delgada en pequeñas escamas metálicas en el lecho fluidizado; - fijar la velocidad del aire en el lecho fluidizado de manera que las escamasmetálicas sea arrastradas con el gas combustible producido, pero quedando en el lecho el material residual no gasificado y las partículas del propio lecho; - descargar las escamas metálicas del gasificador conjuntamente con el gas combustible e - introducir el gas combustible descargado del gasificador en un separador, para separar la materia metálica desde dicho gas.

Description

Procedimiento y aparato para la recuperación de materia metálica de residuos.
Memoria descriptiva
La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para recuperar materia metálica de un residuo incluyendo una materia orgánica, tal como una materia plástica, y una materia metálica bajo la forma de hoja delgada, según se especifica en el preámbulo de las reivindicaciones independientes adjuntas.
Numerosos residuos contienen materias valiosas tales como metales, vidrio, fibras de papel, madera y plásticos. Parte de los materiales valiosos pueden ser bastante fácilmente separados del material residual por ejemplo, las fibras de papel pueden separarse de otras materias residuales mezclando estas últimas con agua. Las fibras mezcladas con agua forman una suspensión acuosa, que puede separarse con bastante facilidad del resto del material residual.
También es bien conocido que el hierro puede separarse del material residual triturando esta última y separando el hierro por medios magnéticos. Algunas materias metálicas pueden separarse del material residual por combustión de la materia orgánica en el residuo y recuperando el metal a partir del residuo de la combustión.
También se conoce el procedimiento de someter el residuo a combustión, como tal, para poder recuperar energía a partir del mismo en la forma de energía térmica. Asimismo, se ha sugerido gasificar los residuos comunitarios u otros residuos similares para proporcionar gas de producto útil, que puede utilizarse para generación de energía.
Sin embargo, la combustión de residuos puede ser difícil, si el contenido de metales en el residuo es alto y si los metales tienen una baja temperatura de fusión, por ejemplo, por debajo de las temperaturas de combustión típicas, por ejemplo, por debajo de 1100ºC. Dichos metales son, por ejemplo, Al, Ag, Au, Mg, Pb, Zn y Sn. Los metales fundidos tienden a formar depósitos sobre superficies y causar incrustaciones graves en las calderas de combustión de residuos. Las sales alcalinas, presentes en el material residual, tienden a aumentar el problema causado por los depósitos e incrustaciones en el dispositivo de combustión.
Numerosas materias residuales contienen aluminio en una forma que puede fundirse ya a temperaturas de aproximadamente 670-700ºC. Dicho material residual, si es objeto de combustión o gasificación con aire, debe tratarse, por lo tanto, a temperaturas bastante por debajo del punto de fusión del aluminio presente en ella, preferiblemente por debajo de 650ºC, para evitar así problemas derivados del aluminio fundido.
El polvo de aluminio puede ser un componente muy peligroso en cualquier proceso de combustión. El aluminio, si se oxida, puede formar localmente muy altas temperaturas, temperaturas por encima de 2000ºC o incluso casi 3000ºC. Dichas altas temperaturas locales, en los dispositivos de combustión, pueden causar graves daños en el combustor. Asimismo, el aluminio en forma de polvo es un material explosivo cuando se mezcla con aire. Además, el aluminio metálico puede reaccionar con hidróxido alcalino, por ejemplo, presente en las cenizas volantes, y formar hidróxido de aluminio y gas hidrógeno. Es bien conocido que el gas hidrógeno, bajo determinadas condiciones, puede formar fácilmente mezclas de gases explosivas. Asimismo, el almacenamiento de cenizas volantes con aluminio puede causar problemas, puesto que la formación de gas hidrógeno en las cenizas volantes puede proseguir durante un largo período de tiempo en su lugar de descarga.
Sin embargo, muchas materias residuales que tienen su origen en el sector del embalaje y de los aislamientos, dispositivos o componentes electrónicos, o residuos de demolición de vehículos contienen tales cantidades de metales de baja temperatura de fusión que su recuperación es de gran interés. Por ejemplo, las placas de circuitos incluyen hojas delgadas de metales especialmente valiosos. Por ejemplo, las etiquetas, por el contrario, contienen considerables cantidades de hojas metálicas. Con frecuencia, el metal está en la forma de hojas metálicas delgadas, cuyo espesor suele estar comprendido entre 5 y 50 \mum, lo que hace imposible una separación mecánica del metal.
El documento WO-A-87/05052 se refiere a un proceso para recuperar metal a partir de los materiales residuales incluyendo la materia orgánica y la materia metálica, tal como níquel, en la forma de materia en partículas. El procedimiento incluye las etapas de:
-
triturar el material residual;
-
precalentar el material residual;
-
introducir, más adelante, el material residual precalentado en un gasificador de lecho fluidizado, para la gasificación de la materia orgánica, siendo la temperatura en el gasificador de lecho fluidizado tal que las partículas de níquel se convierten en óxido, es decir, a una temperatura por debajo del punto de fusión del níquel que se va a recuperar y
-
evacuar el gas junto con las partículas de óxido a un separador ciclónico, en el que se recoge el óxido recuperado.
El aire se introduce en el gasificador a través de una rejilla inferior.
El procedimiento del documento WO-A-87/05052 puede aplicarse también a materiales residuales tales como placas de circuito impreso que contengan metales tales como oro o platino, que son previamente triturados al tamaño adecuado.
La presente invención se refiere a un procedimiento mejorado para recuperar la materia metálica a partir del material residual según se define en la reivindicación 1, que resuelve los inconvenientes anteriormente descritos.
También es objeto de la presente invención un procedimiento para recuperar materia metálica a partir del material residual en el que la energía térmica de material plástico presente en el material residual se recupera de una manera óptima.
Otro objeto de la presente invención es un procedimiento para recuperar materia metálica a partir del material residual en el que metal, tal como aluminio, presente en el material residual, puede recuperarse de una forma óptima.
Otro objeto de la presente invención es un procedimiento para recuperar materia metálica a partir de material residual a una temperatura relativamente baja, en el que pueden evitarse numerosos problemas planteados a altas temperaturas.
El presente procedimiento perfeccionado, para recuperar materia metálica a partir del material residual, se define en la reivindicación 1.
Según la presente invención, un procedimiento típico para recuperar metal a partir del material residual, incluyendo materia orgánica, tal como plástico, y material metálico en la forma de material en hojas delgadas, incluye las etapas siguientes:
(a) introducir el material residual desde el que se ha de recuperar el metal en un gasificador de lecho fluidizado, para gasificación de la materia orgánica y
(b) separar la materia metálica del gas producido en la etapa (a).
En correspondencia, un aparato típico para recuperar metal a partir del material residual incluye:
-
un gasificador de lecho fluidizado con un lecho fluidizado de sólidos para gasificación de la materia orgánica en el material residual a partir del cual ha de recuperarse el metal y
-
un separador para separar la materia metálica del gas producido en el gasificador.
En condiciones normales, el metal, tal como Ag, Al, Au, Mg, Pb, Zn y/o Sn, presente como hojas metálicas delgadas en el material residual, puede recuperarse según la presente invención. El material en hojas puede tener un espesor de aproximadamente 5-50 \mum. En el lecho fluidizado del gasificador, el material en hojas delgadas se convierte en pequeñas escamas. La velocidad del gas real, en el lecho fluidizado, ha de ser tal que las escamas metálicas sean arrastradas con el gas hasta la salida de gas, pero el material residual todavía no gasificado y las partículas del lecho han de permanecer en el propio lecho. Puede utilizarse un lecho fluidizado burbujeante, lentamente fluidizado, que tenga una velocidad del gas menor que 2 m/s y preferiblemente, de 0,5 a 1 m/s. el lecho suele consistir en partículas sólidas inertes que tienen un diámetro medio aproximado de 0,5 a 2 mm, preferiblemente en torno a 1 mm.
En el material residual, las hojas metálicas suelen estar más o menos permanentemente combinadas con alguna materia orgánica, tal como plástico o papel, si el residuo incluye polietileno u otra materia plástica, que no contenga cloro, el material residual puede gasificarse con aire con bastante facilidad. El polietileno tiene un alto valor calorífico y consiste en casi un 100% de materias volátiles, que puede convertirse casi totalmente en gases y vapores en un gasificador de soplado de aire a temperaturas por debajo de la temperatura de fusión del aluminio presente. La materia plástica es, por lo tanto, un combustible muy valioso. En el gasificador puede producirse un gas combustible que tenga un alto valor calorífico de aproximadamente 7 - 15 MJ/m^{3}, preferiblemente 9 - 10 MJ/m^{3}. El gas puede utilizarse en la producción de energía u otros procesos que utilizan calor de combustión.
La temperatura en el gasificador suele mantenerse próxima, si no inmediatamente por debajo de, la temperatura de fusión de la materia metálica que se va a recuperar a partir del gas producido en el gasificador. Por lo tanto, la temperatura suele mantenerse por debajo de 1100ºC. La gasificación de materia plástica suele tener lugar a una temperatura menor que 650ºC. La gasificación del polietileno puede tener lugar a una temperatura aproximada de 400 - 550ºC.
El gas producido en la etapa (a) se suele enfriar y la energía térmica recuperada del mismo, antes de la materia metálica, se separa del gas.
Si la materia orgánica gasificada en el gasificador incluye C1, es decir, si se gasifica la materia plástica de PVC, entonces el gas producido puede lavarse después de su enfriamiento para separar HC1 del gas.
Las impurezas sólidas pesadas gruesas pueden separarse del material residual antes de la introducción del material residual en el gasificador. Por consiguiente, por ejemplo material de hierro puede separarse, por medios mecánicos o magnéticos, de la materia plástica y del material de aluminio de peso liviano. Las impurezas de sólidos pesados suelen tener su origen en escorias de hierro, material refractario o flejes metálicos utilizados para unir el material residual en balas.
Las impurezas más pesadas son, como se indicó anteriormente, separadas del material residual antes de que se introduzca en el gasificador. Algunos materiales de metales pesados pueden, sin embargo, permanecer todavía en el material introducido en el gasificador. Dichas impurezas de metales pesados restantes se descargarán desde el gasificador junto con las cenizas del fondo, siendo descargadas desde el fondo del gasificador impurezas que tienen su origen en escorias de metales pesados o materiales similares que son demasiado pesados para ser arrastrados por el flujo de gas ascendente en el gasificador y por lo tanto, no se mezclan en el gas producido y la fracción de material metálico ligero que se descarga desde la parte superior del gasificador.
El material residual puede lavarse o mojarse en agua o disolvente para disolver los componentes solubles, tales como sales alcalinas u otros componentes dañinos. De este modo, los componentes solubles pueden separarse del material residual antes de la introducción del material residual en el gasificador. Por lo tanto, las sales alcalinas, por ejemplo, pueden, al menos en parte, retirarse del material residual antes de la introducción de este último en el gasificador. Además, el material de fibra recuperable, presente en el material residual, puede extraerse lavando o arrastrando el material residual, antes de su introducción en el gasificador.
Un separador convencional, tal como un ciclón centrífugo, puede disponerse corriente abajo del gasificador para separar la materia metálica que se descarga del gasificador con el gas producido en el gasificador.
La presente invención se refiere a un procedimiento de reciclado en el que la fracción metálica ligera del material residual puede separarse de la materia orgánica sin, por ello, separar simultáneamente y mezclar en la fracción de metal ligero otra materia mecánica u otras impurezas pesadas posiblemente presentes en el material residual.
La presente invención se describirá ahora, con más detalle, de acuerdo con la figura adjunta, que ilustra de manera esquemática un procedimiento según la invención.
El material residual 10 se introduce en un aparato de pre-tratamiento opcional 12, tal como un dispositivo de lavado. Durante el pre-tratamiento, el material residual puede mezclarse con agua 14 u otro líquido para, por ejemplo, separar sales alcalinas o fibras desde el material residual. El líquido introducido en el aparato de pre-tratamiento se descarga a través de la salida 16. Las impurezas pesadas, tales como escoria de hierro, pueden descargarse a través de otra salida 18.
El material residual pretratado se transporta a través del canal 20 a un gasificador 22. El aire de gasificación 24 se introduce en el gasificador a través de la rejilla del fondo 26 para fluidizar un lecho 28 de partículas sólidas allí existente. Las cenizas del fondo y las impurezas pesadas se descargan desde el lecho 28 a través de una salida 30 conectada a una abertura en la rejilla 26.
El gas producido en el gasificador se descarga a través de una salida 32 en la parte superior del gasificador. Las escamas metálicas delgadas, liberadas desde el material residual durante la gasificación, son arrastradas por el gas que fluye en sentido ascendente al gasificador y se descargan también a través de la salida 32.
El flujo de gas es dirigido a través de un enfriador de gas 34. El calor generado puede utilizarse en, por ejemplo, producción de energía (no se ilustra). El gas enfriado se introduce en un ciclón centrífugo 36. Las partículas o escamas delgadas de materia metálica son separadas del gas en el ciclón. El metal se descarga a través de la salida 38 y el gas limpio a través de la salida 40. El gas limpio puede utilizarse en la producción de energía o cualquier otro procedimiento que utilice el calor de combustión.
Las ventajas siguientes pueden conseguirse con el procedimiento ilustrado en el dibujo:
-
El lavado del material residual antes de la introducción en el gasificador elimina las sales alcalinas solubles, que suelen causar problemas en los procesos térmicos, tales como la gasificación. Pueden reducirse al mínimo los problemas tales como corrosión, depósito sobre superficies, incrustaciones y emisiones del proceso térmico.
-
El lavado permite también la separación de piezas metálicas más grandes a partir del material residual, proporcionando así un combustible bastante limpio para la gasificación.
-
El proceso permite también, por ejemplo, que se gasifique la materia plástica a una temperatura relativamente alta, en donde el grado de conversión del carbón (en la materia plástica) a gas es alto.
-
Cuando se trabaja a una temperatura por debajo del punto de fusión del metal que se va a recuperar, pueden evitarse numerosos problemas en la gasificación y limpieza del gas. La temperatura en el proceso de gasificación puede controlarse de una manera muy exacta y por lo tanto, es posible hacer funcionar el gasificador muy próximo al punto de fusión del metal y evitar así problemas que se derivan de la fusión del metal. También es posible producir un gas, que contenga bajas cantidades de carbón no gasificado.
-
Puesto que es bajo el contenido en hollín en el flujo del gas, las escamas metálicas separadas del gas están casi libres de carbón y pueden recuperarse fácilmente para la producción de metal.
La presente invención no debe limitarse a solamente referirse a la aplicación específica anteriormente descrita. Por el contrario, se pretende proporcionar una protección para la presente invención tan amplia como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

1. Procedimiento para recuperar una materia metálica de un residuo incluyendo una materia orgánica, tal como una materia plástica, y una materia metálica bajo la forma de materia de hoja delgada, cuyo procedimiento incluye las etapas siguientes que consisten en
(a) introducir el residuo en un gasificador de lecho fluidizado, introducir aire a través de una rejilla de fondo en el gasificador para fluidizar un lecho de partículas sólidas, para gasificación de la materia orgánica en el interior y para la producción de un gas combustible y
(b) descargar separadamente del gasificador las cenizas pesadas y el gas combustible producido en la etapa (a).
Estando caracterizado el procedimiento por:
-
el mantenimiento de la temperatura en el gasificador por debajo de la temperatura de fusión de dicha materia metálica;
-
desgarrar dicha materia metálica de hoja delgada en pequeñas escamas metálicas en el lecho fluidizado;
-
fijar la velocidad del aire en el lecho fluidizado de manera que las escamas metálicas sea arrastradas con el gas combustible producido, pero quedando en el lecho el material residual no gasificado y las partículas del propio lecho;
-
descargar las escamas metálicas del gasificador conjuntamente con el gas combustible e
-
introducir el gas combustible descargado del gasificador en un separador, para separar la materia metálica desde dicho gas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el enfriamiento del gas producido en la etapa (a) y la recuperación de la energía térmica procedente de dicho gas antes de que se separe la materia metálica.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la gasificación de materia orgánica en la etapa (a) que tiene lugar a una temperatura inferior a 1100ºC.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la gasificación de materia plástica en la etapa (a) que tiene lugar a una temperatura comprendida entre 550ºC y 650ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la gasificación de polietileno en la etapa (a) a una temperatura comprendida entre 400ºC y 550ºC.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la recuperación de una materia de hoja delgada de Al, Ag, Au, Mg, Pb, Zn y/o Sn desde el material residual.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la recuperación de una materia de hoja delgada que tiene un espesor aproximado de 5 y 50 \mum.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la formación en el gasificador de un lecho fluidizado burbujeante de partículas sólidas, teniendo las partículas un tamaño aproximado de 0,5 a 2 mm y teniendo lugar la fluidización del lecho con una velocidad de fluidización inferior a 2 m/s, típicamente de 0,5 a 1 m/s.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la descarga de impurezas pesadas, tales como una materia de hierro, desde el gasificador con las cenizas pesadas del propio gasificador.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la producción en la etapa (a) de un gas combustible que tiene un valor calorífico elevado de aproximadamente 7 a 15 MJ/m^{3}, típicamente de 9 a 10 MJ/m^{3}, para una utilización en producción de energía u otros procedimientos que utilicen el calor de combustión.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la recuperación del metal, de dispositivos y de componentes electrónicos, tales como las placas de circuito impreso, los componentes de demolición de vehículos, un material aislante, un material de embalaje y/o etiquetas.
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