PL196101B1 - Sposób odzyskiwania metali - Google Patents

Abstract

1. Sposób odzyskiwania metali, z zasadni- czo metalicznego mialu, znamienny tym, ze w kolejnych etapach: a) doprowadza sie za- sadniczo metaliczny mial (50) do plomienia (25) tlenowo-paliwowego palnika (20), b) zbryla sie ten mial pod dzialaniem ciepla plomienia (25) zasadniczo bez zmiany skladu chemicznego mialu, przez co tworzy sie zasadniczo meta- liczny zbrylony produkt (60), oraz c) odzyskuje sie ten zbrylony produkt (60). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu odzyskiwania metali, a zwłaszcza odzyskiwania metali z miałów zasadniczo metalicznych.

Metaliczny pył, proszek lub miał powstają w dużych ilościach w różnych procesach w przemyśle metalurgicznym, między innymi przy rozdrabnianiu i przesiewaniu. Drobne cząstki metaliczne zbierane są także, na przykład w filtrach gazu lub płuczkach wodnych. Przerabianie i regenerowanie tych materiałów stanowi często trudny i kosztowny problem. Zwiększa się nacisk ze strony władz i odbiorców, aby znaleźć nowe rozwiązania. Uprzednio stosowane składowanie na wysypiskach nie jest już możliwe, aw wielu krajach jest zabronione. Istniejące sposoby przetwarzania i odzyskiwania są kosztowne.

Z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia, odzyskiwanie jest często korzystnym rozwiązaniem problemu utylizacji silnie rozdrobnionych materiałów metalicznych. Jednakże odzyskiwanie na ogół wymaga pewnego rodzaju obróbki zewnętrznej, związanej z transportem do odpowiednich instalacji przetwórczych i z procesami nieobjętymi typowymi operacjami technologicznymi.

Bardzo trudno jest zawrócić pył lub miał bezpośrednio do pieca, ze względu na ich zapalność. Ponadto ze względu na mały ciężar pyłu i miału, są one łatwo porywane i odprowadzane z gazami wylotowymi z pieca, co ogranicza wydajność i stwarza zagrożenie dla środowiska.

Znanym rozwiązaniem tych problemów jest grudkowanie lub brykietowanie pyłu lub miału do późniejszego wprowadzenia do pieca. Jednakże takie rozwiązanie wymaga dodatkowych nakładów na oddzielną instalację do granulowania oraz do spoiwa.

W przypadku miałów lub pyłów zmieszanych ze szlamem lub zawiesiną, na przykład przy odzyskiwaniu materiału metalicznego z płuczek wodnych, istnieje problem dodatkowych nakładów na oddzielną instalację do suszenia oraz usuwania materiału.

Sposoby odzyskiwania metali są ujawnione w dokumentach patentowych EP-A1-0 618 419, US-A-5.108.496, US-A-6.001.148 i JP 8295 956. Jednakże wszystkie te ujawnienia dotyczą procesów, w których materiał wyjściowy zawiera materiał niemetaliczny, taki jak tlenki.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu odzyskiwania metali z metalicznych miałów, który pozwala na ograniczenie lub unikanie trudności wynikających ze stosowania znanych sposobów.

Sposób odzyskiwania metali z zasadniczo metalicznego miału, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w kolejnych etapach: a) doprowadza się zasadniczo metaliczny miał do płomienia tlenowo-paliwowego palnika, b) zbryla się ten miał pod działaniem ciepła płomienia zasadniczo bez zmiany składu chemicznego miału, przez co tworzy się zasadniczo metaliczny zbrylony produkt, oraz c) odzyskuje się ten zbrylony produkt.

Korzystnie, palnik zasila się gazem utleniającym o zawartości tlenu co najmniej 21%. W szczególności, palnik zasila się gazem utleniającym o zawartości tlenu co najmniej 90%.

Korzystnie, metaliczny miał zawiera proszek żelazo-krzemu, żelazo-chromu lub żelaza. W szczególności, metaliczny miał zawiera cząstki o średnicy mniejszej niż w przybliżeniu 5 mm, akorzystnie mniejszej niż w przybliżeniu 1 mm.

W szczególności, w etapie c) odzyskiwania zbrylonego produktu doprowadza się ten produkt do pieca. Etap c) odzyskiwania przeprowadza się, zwłaszcza, w jednym z następujących rodzajów pieców: elektryczny piec łukowy, piec indukcyjny, piec płomienny lub piec grzany elektrycznie.

Korzystnie, procesem zbrylania w etapie b) steruje się za pomocą co najmniej jednego z następujących parametrów: temperatura i prędkość płomienia, zawartość energii lub gęstość miału, stosunek gazu utleniającego do dodawanego paliwa w palniku, zawartość tlenu w gazie utleniającym, prędkość doprowadzania tlenu i dodawanego paliwa, prędkość doprowadzania miału i jego właściwości, czas ruchu miału w płomieniu, właściwości i konfiguracja palnika, takie jak pochylenie. W szczególności, procesem zbrylania w etapie b) steruje się tak, że co najmniej niektóre cząstki miału są tylko częściowo roztapiane.

Korzystnie, w etapie a) doprowadza się miał zasadniczo do środkowej części płomienia.

W szczególności, miał miesza się z cieczą, a w etapie b) odparowuje się tą ciecz pod działaniem płomienia.

Wynalazek opiera się na spostrzeżeniu, że metaliczne miały zwykle mają znany skład, i dlatego miały w postaci metalicznej można zawracać bezpośrednio do procesu bez istotnego zmieniania ich składu chemicznego, unikając przy tym w miarę możliwości utleniania, przez co możliwe jest tworzenie skutecznego wewnętrznego cyklu operacji.

PL 196 101 B1

Nieoczekiwanie stwierdzono, że stosując palnik zasilany gazem wzbogaconym tlenem, proces roztapiania można kontrolować w zadowalający sposób unikając spalenia miałów doprowadzanych do palnika, a także unikając nadmiernego utleniania uzyskiwanego produktu, co umożliwia odzyskiwanie metali w łatwy itani sposób.

Sposób według wynalazku w przykładzie realizacji jest dokładniej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 schematycznie przedstawia urządzenie do odzyskiwania metali sposobem według wynalazku z miału lub pyłu, fig. 2 pokazuje przekrój palnika stosowanego do realizacji sposobu według wynalazku, fig. 3 pokazuje przekrój poprzeczny palnika według fig. 2, fig. 4 przedstawia drobne cząstki zasadniczo metalicznego miału do stosowania w sposobie według wynalazku, a fig. 5 przedstawia zbrylony produkt uzyskiwany sposobem według wynalazku.

W sposobie według wynalazku stosuje się urządzenie 10 do odzyskiwania metali, schematycznie pokazane na fig. 1. Urządzenie 10 zawiera palnik 20 zamontowany w bocznej ścianie pieca 30. Palnik ten jest palnikiem typu tlenowo-paliwowego, a więc jest zasilany paliwem takim jak olej opałowy, propan, gaz ziemny lub butan, poprzez pierwszy zasilający przewód 21 i tlenem poprzez drugi zasilający przewód 22. Jako tlen jest tu rozumiany gaz o zawartości O2 większej niż 21%, a korzystnie jest to tlen techniczny o zawartości O2 wynoszącej 90-99,5%.

Materiał surowca mający postać drobnych cząstek, takich jak miał 50 lub pył, dostarczany jest trzecim przewodem zasilającym 23. Z dalszego opisu wynika, że sposób według wynalazku nadaje się do stosowania w przypadku zasadniczo metalicznych materiałów o średnicach mniejszych niż w przybliżeniu 5 mm. Zatem zarówno miały, co zwykle oznacza materiały pochodzące z kruszenia i spiekania, jak i pyły, co normalnie oznacza materiały zebrane w filtrach, mogą być surowcem stosowanym według wynalazku. Możliwe jest również wykorzystywanie innych równoważnych materiałów, takich jak proszek.

Trzeci zasilający przewód 23 palnika 20 jest dołączony również do dozownika 40. Ten dozownik 40 zawiera zbiornik 42, do którego doprowadzany jest metaliczny miał 50 (pokazany na fig. 4). Miał 50 jest kierowany ze zbiornika 42 do ciśnieniowego pojemnika 44, a dalej jest kierowany do trzeciego zasilającego przewodu 23 dołączonego do palnika 20. Wykorzystanie takiego układu zapewnia żądaną prędkość doprowadzania miału do palnika 20.

Palnik 20 zawiera główną część 24,do której dołączone są wymienione trzy zasilające przewody 21-23. Część 24 ma zasadniczo kołowy przekrój poprzeczny, uwidoczniony na fig. 3, gdzie pokazano bardziej szczegółowo konstrukcję zasilających przewodów 21-23. Paliwo doprowadzane jest pierwszym zasilającym przewodem 21, który ma postać sześciu jednakowo odległych rur 21a-f, umieszczonych w stałej odległości od środkowej osi głównej części 24. Tlen jest doprowadzany poprzez drugi przewód 22, w obszarze promieniowo umieszczonym względem części 24, otaczającym rury 21a-f doprowadzające paliwo. Natomiast miał 50 jest doprowadzany trzecim przewodem 23 umieszczonym współosiowo w palniku.

Zamontowany w bocznej ścianie pieca 30 palnik 20,w korzystnej realizacji może być przechylany, to znaczy palnik 20 może być usytuowany pod różnymi kątami względem poziomu i pionu. Można zastosować różne orientacje w celu uzyskania żądanych właściwości procesu roztapiania.

W przykładowej realizacji pokazanej na fig. 1, piec 30 jest tak zwanym łukowym piecem elektrycznym. Typowo, zawiera on wiele elektrod 32 dostarczających energię elektryczną do pieca, celem roztapiania materiału. Na dnie pieca gromadzi się wsad 34 pochodzący z materiału doprowadzanego do pieca 30.

W sposobie odzyskiwania metali według wynalazku, miał 50 najpierw jest doprowadzany do zbiornika 42 dozownika 40. Stosowane w sposobie miały (patrz fig. 4) są cząstkami metali w postaci metalicznej o małej zawartości tlenu. Miały te zwykle zawierają cząstki o średnicach mniejszych niż 1mm, i mogą przykładowo stanowić proszek żelazo-krzemu, żelazo-chromu lub żelaza.

Miał 50 spada ze zbiornika do ciśnieniowego pojemnika 44, gdzie za pomocą gazu, będącego również gazem nośnym (takim jak sprężone powietrze, azot lub argon), utrzymywane jest ciśnienie. Pod działaniem tego ciśnienia w ciśnieniowym pojemniku 44, miał jest następnie przenoszony do tlenowo-paliwowego palnika 20 z prędkością, która jest określona przez wartość ciśnienia w pojemniku 44, ilość miału w zbiorniku 42 itd. W przykładowym urządzeniu, wprowadzanie i roztapianie odbywa się z prędkością 3,5 t/h w elektrycznym piecu łukowym, a roztopiony miał doskonale zastępuje inne surowce, takie jak złom lub dodatki stopowe.

Działanie palnika tlenowo-paliwowego 20 jest sterowane za pomocą ilości paliwa i tlenu, dostarczanych poprzez pierwszy i drugi zasilający przewód 21 i 22. Te przewody zasilające są typowo

PL 196 101 B1 dołączone do źródła paliwa i do źródła tlenu. Miał 50 jest doprowadzany poprzez umieszczony centralnie trzeci zasilający przewód 23 z prędkością sterowaną przez dozownik. Paliwo doprowadzane jest sześcioma paliwowymi rurami 21a-f (patrz fig. 3), natomiast osłona tlenowa doprowadzana jest przez drugi przewód 22 w obszarze promieniowo umieszczonym względem części 24. Mieszanina tlenu z paliwem daje płomień 25, którego właściwości, takie jak długość, temperatura itd., są korygowane za pomocą natężenia przepływu paliwa i tlenu. Im większa jest zawartość tlenu, tym wyższa jest temperatura płomienia, która teoretycznie może wynosić 1900-2500°C. Miał 50 jest wprowadzany w środkową część płomienia 25.

Jak pokazano na fig. 2, miał 50 wprowadzony w płomień 25 zbryla się, tworząc zbrylony produkt 60 o wymiarze większym niż wymiar cząstek miału doprowadzanych do palnika. Podczas niektórych eksperymentów przeprowadzanych sposobem według wynalazku, typowy rozmiar skupień wynosił 3-8 mm. Na fig. 5 pokazano zbrylony produkt 60 żelazo-chromu, wytworzony sposobem według wynalazku z pyłu lub miału o cząstkach mających średnicę mniejszą od 1 mm.

Proces zbrylania jest sterowany za pomocą kilku parametrów, z których można wymienić: temperaturę i prędkość płomienia 25, zawartość energii lub gęstość wprowadzanych miałów, stechiometrię, to znaczy stosunek gazu utleniającego do dodawanego paliwa, zawartość tlenu w gazie utleniającym, prędkość doprowadzania tlenu i dodawanego paliwa, prędkość wprowadzania miału i jego właściwości, czas ruchu miału w płomieniu oraz właściwości i konfigurację palnika, np. pochylenie.

Aby zmniejszyć do minimum utlenianie miału, należy ograniczyć roztapianie wprowadzanego materiału. Płomień jest zatem korzystnie sterowany tak, aby była roztapiana tylko powierzchnia miału wprowadzanego przez palnik. Uważa się, że wspomaga to proces zbrylania, to znaczy, że miał z nadtopioną powierzchnią ma tendencję do sklejania się tworząc wymagany zbrylony produkt. Uważa się również, że paliwo częściowo chroni miał przed działaniem tlenu, ograniczając utlenianie.

Utworzony zbrylony produkt spada na dno pieca 30, gdzie zostaje dodany do wsadu 34. Ciepło z pieca powoduje roztopienie zbrylonego materiału przetwarzając go do postaci użytecznej.

W sposobie według wynalazku, proces zbrylania jest realizowany przy bardzo niskim zakresie utleniania miału. Jedną z możliwych przyczyn może być to, że miał jest osłaniany przed tlenem przez gaz nośny, który korzystnie ma małą zawartość tlenu, to znaczy mniejszą niż 21%.

Chociaż w opisie podano, że miały roztapiają się tylko częściowo, możliwe jest również całkowite ich roztapianie, jeżeli tylko uzyskuje się wymagane zbrylanie bez istotnej zmiany składu chemicznego doprowadzanego materiału metalicznego, tzn. przy niewielkim utlenianiu lub bez utleniania.

Do pieca doprowadza się miał i pył o średnicy cząstek do jednego milimetra. Można jednak podawać cząstki metaliczne o średnicy do 5 mm. Cząstki można podawać do pieca nie tylko za pomocą wyżej przedstawionego dozownika, ale na przykład w postaci sypkiej, przenoszonej za pomocą urządzenia mechanicznego itp.

Chociaż w korzystnym przykładzie realizacji sposobu wykorzystywany jest palnik tlenowo-paliwowy 20, to wynalazek można stosować z użyciem innych równoważnych palników, takich jak palniki plazmowe, jeżeli tylko uzyska się wymagane zawartości tlenu, przewyższające 21%.

Ponadto, parametry procesu można regulować poprzez sytuowanie palnika nie tylko w bocznej ścianie pieca, ale np. w górnej części pieca. Możliwe jest też zastosowanie więcej niż jednego palnika.

W korzystnym przykładzie realizacji sposobu według wynalazku pokazano elektryczny piec łukowy 30. Sposób według wynalazku równie dobrze nadaje się do innych rodzajów pieców, takich jak piece indukcyjne, piece płomienne i piece ogrzewane elektrycznie.

Na figurze 4 pokazano suchy surowiec, taki jak miał 50. W przypadku miału zmieszanego z cieczą, np. z wodą lub szlamem, trzeba zastosować odpowiednie urządzenie podające, zawierające np. przenośnik ślimakowy. W trakcie wprowadzania do pieca wilgoć ulega odparowaniu w wysokiej temperaturze płomienia, opuszczając piec 30 w gazach wylotowych wznoszących się ku otworowi wylotowemu (nie pokazano). Miał jest następnie zbrylany w sposób opisany powyżej.

Claims (11)

1. Sposób odzyskiwania metali, z zasadniczo metalicznego miału, znamienny tym, że w kolejnych etapach: a) doprowadza się zasadniczo metaliczny miał (50) do płomienia (25) tlenowo-paliwowego palnika (20), b) zbryla się ten miał pod działaniem ciepła płomienia (25) zasadniczo bez zmiany składu chemicznego miału, przez co tworzy się zasadniczo metaliczny zbrylony produkt (60), oraz c) odzyskuje się ten zbrylony produkt (60).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik (20) zasila się gazem utleniającym o zawartości tlenu co najmniej 21%.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że palnik (20) zasila się gazem utleniającym o zawartości tlenu co najmniej 90%.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metaliczny miał (50) zawiera proszek żelazo-krzemu, żelazo-chromu lub żelaza.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że metaliczny miał (50) zawiera cząstki o średnicy mniejszej niż w przybliżeniu 5 mm, a korzystnie mniejszej niż w przybliżeniu 1 mm.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie c) odzyskiwania zbrylonego produktu (60) doprowadza się ten produkt do pieca (30).

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że etap c) odzyskiwania przeprowadza się w jednym z następujących rodzajów pieców: elektryczny piec łukowy, piec indukcyjny, piec płomienny lub piec grzany elektrycznie.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że procesem zbrylania w etapie b) steruje się za pomocą co najmniej jednego z następujących parametrów: temperatura i prędkość płomienia (25), zawartość energii lub gęstość miału (50), stosunek gazu utleniającego do dodawanego paliwa w palniku (20), zawartość tlenu w gazie utleniającym, prędkość doprowadzania tlenu i dodawanego paliwa, prędkość doprowadzania miału i jego właściwości, czas ruchu miału w płomieniu (25), właściwości i konfiguracja palnika (20), takie jak pochylenie.

9. Sposób według zastrz. 1 albo 8, znamienny tym, że procesem zbrylania w etapie b) steruje się tak, że co najmniej niektóre cząstki miału (50) są tylko częściowo roztapiane.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie a) doprowadza się miał (50) zasadniczo do środkowej części płomienia (25).

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że miał (50) miesza się z cieczą, a w etapie b) odparowuje się tą ciecz pod działaniem płomienia (25).