用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备及方法与流程

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用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备及方法与流程
用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备及方法本发明涉及用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备及方法。在本领域已知几种用于分离和回收构成合金的各种元素的分离方法。具体地,已知几种用于从与金或其它贵金属键合或与其混合的非贵金属材料、诸如原生矿物或生产废料中分离出金和其它贵金属的精炼方法。那些精炼方法通常借助于使用化学试剂的设备和程序进行;因此,虽然通常使用那些精炼方法,但它们具有不少关系到工作地点的安全问题、污染风险和健康保护的关键方面。另外,已知方法会是非常昂贵的,以至于实际上中小型制造商难以达到。为试图解决上述问题,目前已设计出一些分离方法,这些分离方法利用真空蒸馏系统并且确实需要使用化学试剂。更具体地,那些系统通常包括布置在气密外壳内部的坩埚,在该气密外壳内产生真空。外壳还容纳能够冷凝从包含在坩埚中的材料的熔化得到的气态物质的装置,以便允许对它们进行回收。熔化通常通过使用由发电机供电的电感器或借助于其它加热元件来实现。冷凝装置通常由杯形主体构成,该杯形主体被冷却并且被布置成其凹面朝向坩埚的上开口。在某些情况下,在冷凝器的凹面上设置捕集器,以便促进包含待回收的材料的气态物质的沉积。虽然上述系统对于化学类型的系统是有利的,但它们仍然有可改善的方面。在没有它们流动的精确取向的情况下,源于坩埚的气态物质倾向于沉积在坩埚上方的相同区域中,并且从而使塞子或其它回落到坩埚中,从而限制了方法的效率。另外,冷凝区域通常由上述捕集器从中突出的凹面构成;这种构造在用于回收已沉积在其上的材料的操作中产生相当大的困难。另一个不利方面是,存在由于沉积金属所经受的辐射引起的相当多的热交换;该事实可使低熔点元素难以分离。本发明的目标是提供用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备及方法,该设备和方法允许解决现有技术系统的缺点。在该目标范围内,本发明的具体目的是提供一种设备和方法,该设备和方法允许对从包含在坩埚中的材料的熔化得到的气态物质的流动执行可靠且有效的控制,并且允许将物质聚集在冷凝装置上。本发明的另一个目的是提供能够使回收材料的量最大化的设备及方法。本发明的另一个目的是提供促进沉积在冷凝装置上的材料的回收的设备及方法。本发明的另外目的是提供一种设备和方法,该设备和方法允许处理源自各种工艺的各种类型的贵金属,诸如例如被分类为金器-银器废料、电子废料、牙科废料或从矿产品得到的废料等的贵金属。本发明的另一个目的是提供具有最小化的环境影响的设备及方法。本发明的另一个目的是提供允许减少能量消耗和加工时间的设备及方法。在下文中将变得更加显而易见的该目标以及这些和其它目的通过用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备来实现,该设备包括高真空室,该高真空室容纳有至少一个用于待分离的合金的坩埚;至少一个在使用期间设置在所述坩埚周围的加热元件;至少一个在使用期间面向所述坩埚的上嘴部的冷凝装置;所述设备的特征在于,所述冷凝装置包括至少一个冷却元件和至少一个偏转器,该偏转器使从所述合金的熔化和蒸发得到的气态物质(气体物质)的流动朝向所述冷却元件转向。该目标和这些目的还通过用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的方法来实现,其中,待分离的合金通过加热元件熔化在容纳在高真空室内部的坩埚中,该高真空室设有一个或多个适于冷凝从合金的熔化得到的气态物质的冷凝装置,其特征在于该方法执行迭代程序,迭代程序至少包括以下步骤:-将坩埚布置在第n冷凝装置下方;-使合金达到第n温度值并且在高真空室内产生第n真空度,以便使得具有第n挥发度的合金的组分蒸发;-为了允许具有第n挥发度的组分基本上完全蒸发,在第n时间间隔之后,降低合金的温度并且降低高真空室内部的真空度,以便抑制合金的组分的蒸发;-从第一步开始对于每个冷凝装置重复所述程序;-进一步降低合金的温度并且消除高真空室内部的真空;-从每个冷凝装置的壁回收具有对应挥发度的合金的组分;-从坩埚回收合金的未蒸发组分。从在附图中以非限制性示例的方式示出的根据本发明的设备的优选但非排他性实施例的描述中,其它特征和优点将变得更加明显,其中:图1为根据本发明的设备的立体图;图2为根据本发明的设备的剖切立体图;图3为根据本发明的设备的侧视图;图4为根据本发明的设备的剖切侧视图;图5为根据本发明的设备的部件的立体图;图6为上图的部件的剖切侧视图;图7为图5的部件的另一剖切侧视图。参考附图,用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备通常由附图标记1表示。设备1具有至少一个用于包含待分离的合金的坩埚2。坩埚2优选地由石墨、氧化锆(二氧化锆)或其它适合该用途的材料制成,并且可移除地容纳在高真空室3中。高真空室3由外壳4和盖5限定,外壳4和盖5优选地由钢制成并且通常气密地联接。设备1还具有真空构件6和移动构件7,真空构件6用于在外壳被气密地封闭时在外壳4中产生真空,移动构件7用于使外壳4移动远离盖5,从而允许触及坩埚2。在所述实施例中,盖5紧固至支撑结构8,而将外壳4安装成使得其可在支撑结构8上水平移动,使得外壳4可远离或朝向盖5移动。根据本发明的另外实施例,外壳4可以是固定的,并且盖5可相对于外壳4移动。在任何情况下,上述部件的相对运动沿大致垂直方向发生。根据本发明的未在附图中示出的另外实施例,设备1还包括用于促进在盖5和外壳4之间的相对运动的机械运动构件。设备1还包括加热元件,其有利地由至少一个电感器9构成,电感器9在使用期间布置在坩埚2内部,其中圆柱形护罩10间设于其间,圆柱形护罩10由耐熔(耐火)材料或其它具有等效特征的材料制成。圆柱形护罩10的存在允许限制由于辐射导致的交换,否则该交换将成为坩埚2中热损失的一个非常重要的部分。方便起见,电感器9连接至包含在机柜11中的电力供应装置,机柜11内还容纳合适的控制构件。根据本发明的未在附图中示出的另外的实施例,由坩埚2、电感器9和间设的圆柱形护罩10形成的组件可围绕大致水平振荡轴翻转,以便于提取包含在坩埚2中的材料。根据所示实施例,设备1还设有两个冷凝装置,它们分别以附图标记12和12a表示。坩埚2的上嘴部交替地面向冷凝装置12和12a。然而,根据本发明的设备可具有不定数量的冷凝装置,这对本领域技术人员而言是显而易见的。在下文中,将通过示例的方式仅描述第一冷凝装置12,应当理解第二冷凝装置12a和可选地安装在根据本发明的设备上的任何其它冷凝装置是类似的。每个冷凝装置的外形和比例被设计成优化具有特定特性和具有特定挥发度的合金的组分的蒸气的捕捉。根据本发明,冷凝装置12包括有利地由中空主体构成的冷却元件13、和偏转器14,偏转器14适于侧向(横向)地分散由待分离合金的熔化和蒸发产生的气态物质,从而使气态物质朝向冷却元件13的内侧壁改变它们的流动方向。根据未在附图中示出的优选的实施例,冷却元件13由第一侧壁15形成,第一侧壁15大致为圆柱形并且形成由冷却装置供给的冷却流体所冷却的交换表面。第一侧壁15具有间隙,该间隙具有冷却流体在其内部流动的螺旋通道19。根据未在附图中示出的本发明的另外的实施例,间隙和通道19被线圈替换,这些线圈设置在第一侧壁15中或者与侧壁15相关联,并且例如形状设定为圆柱螺旋线。第一侧壁15由上壁16封闭,上壁16有利地由第一板17构成,第一板17优选地由用耐熔金属制成的盘组成,该盘联接至由钢制成的第二板18。第一板17指向冷却元件13的内部并且进一步有利于限制由辐射造成的交换。根据未在附图中示出的本发明的另外的实施例,第二侧壁可拆卸地容纳在第一侧壁15内部;第二侧壁与冷却元件13的对称轴线100同轴布置。在实践中,第二侧壁旨在用作在冷却元件13内部冷凝的材料的沉积基质,以便促进其回收。根据本发明的优选实施例,偏转器14由用石墨或其它具有等效特性的材料制成的大致锥形的主体构成,该锥形主体大致布置在冷却元件13的对称轴线100处,其顶点指向坩埚2。根据本发明的另外方面,偏转器14至少部分由被二次曲面限界的主体构成;换言之,偏转器14可由例如旋转抛物面、双曲面、球面、椭球面等的一部分构成。偏转器14由石墨和具有等效特性的其它材料制成,并且被布置成使得凸部指向坩埚2。有利地,偏转器14可沿由对称轴线100标记的方向垂直移动,以改变其与坩埚2的距离,直到偏转器14突出超过第一侧壁15的下边缘并且至少部分伸到坩埚2的上嘴部中。以类似的方式,偏转器14还可被升高直到其搁置在上壁16上。偏转器14的运动由已阐述的控制装置自动管理,并且在整个过程中偏转器的位置根据精确的程序而改变。根据本发明的另外方面,设备1还包括已知类型且未在图中示出的加热装置,该加热装置允许升高偏转器14的温度。根据本发明的另外方面,设备1还包括第一环形护罩20,第一环形护罩20由耐熔材料或其它具有等效特性的材料制成并且大致布置在第一侧壁15的下边缘处,以便限制从在冷凝装置12外部的待处理材料的熔化和蒸发得到的气态物质的分散。在实践中,第一环形护罩20填充在坩埚2的上嘴部和第一侧壁15之间的空白空间。根据本发明的另外方面,设备1还包括未在附图中示出的第二环形护罩;第二环形护罩大致布置在坩埚2的上嘴部处并且面向第一环形护罩20,以便进一步减少在冷凝装置12外部的气态物质的分散。根据本发明的另外方面,设备1还包括未在附图中示出的与坩埚2相关联的用于连续称重的系统。根据本发明的另外方面,设备1包括操纵构件21,操纵构件21允许沿大致水平方向和沿大致垂直方向两者移动坩埚2。在所示实施例中,操纵构件21具有框架22,该框架可运动以便将坩埚2从第一位置移位至第二位置,在第一位置中,坩埚2的上嘴部面向第一冷凝装置12,在第二位置中,坩埚2的上嘴部面向第二冷凝装置12a。根据未在附图中示出的本发明的另外方面,坩埚2保持在大致固定位置,而冷凝装置移动。本发明还涉及用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的方法。该方法可通过任何适合该目的的系统执行,但优选地通过作为本专利申请的主题的设备执行。根据本发明的方法,待分离的合金例如通过电磁感应和其它手段在坩埚内部熔化,该坩埚布置在具有一个或多个冷凝装置的高真空室内,其中冷凝装置适于冷凝从合金的熔化和蒸发得到的气态物质。假设存在多个冷凝装置,冷凝装置中的每个可用其自身的标记n标识,根据本发明的方法提供迭代程序的实施,对于每个冷凝装置,该迭代程序必须至少部分地重复。具体地,该程序最初提供将坩埚布置在在第n冷凝装置下方。此时,合金达到第n温度值并且同时在高真空室中产生第n真空度,以便使得具有第n挥发度的合金的组分蒸发。为了允许具有第n挥发度的组分基本上完全蒸发,在第n时间间隔之后,合金的温度和位于高真空室内部的真空度两者均降低,以便抑制合金的基本上所有组分的蒸发。在实践中,上述第n时间间隔可由控制装置确定,例如通过连续称重系统(如果存在)来确定。事实上,如果开始已知具有第n挥发度的合金的各组分的重量,则在蒸发过程中,可持续地将该重量与由称重系统检测的重量损失进行比较。当两个值基本上一致时,可考虑具有第n挥发度的组分完全蒸发。然后,从头开始对每个冷凝装置重复到目前为止所描述的程序。在这方面,应当注意,该程序提供,标记n从1到存在的冷凝装置的总数递增地变化。另外,每个第n温度值大于第(n-1)温度值并且同样地,每个第n真空度大于第(n-1)真空度。当该方法已影响所有冷凝装置时,合金的温度进一步降低并且同时消除高真空室内部的真空。此时,可从每个冷凝装置的壁回收具有对应挥发度的合金组分。例如,可从第一冷凝装置的壁回收具有第一挥发度的合金的各组分,可从第二冷凝装置的壁回收具有第二挥发度的合金的各组分,等等。相反,从坩埚回收未蒸发的合金组分。上述方法可借助具有第一冷凝装置12和第二冷凝装置12a的设备1有利地实施。在这种情况下,该方法从第一步开始,在第一步中,包含待分离合金的坩埚2布置在第一冷凝装置12的下面。此时,合金通过加热元件达到第一温度值,同时在高真空室3内部产生第一真空度。第一温度值和第一真空度以这种方式设定,以使得合金熔化并且具有第一挥发度的组分蒸发,在这种情况下使得较易挥发的组分蒸发。为了允许较易挥发的组分基本上完全蒸发,在第一时间间隔之后,合金温度和高真空室3内部的真空度两者均降低,以便抑制合金的基本上所有组分的蒸发。当温度下降足够时,坩埚2移动到第二冷凝装置12a下方,并且温度连同真空度再次升高。更具体地,待分离的合金达到高于第一温度值的第二温度值,并且在高真空室3内部产生高于第一真空度的第二真空度,以便使得具有第二挥发度的组分也蒸发,在这种情况下使得较难挥发的组分蒸发。为了允许较难挥发的组分基本上完全蒸发,在第二时间间隔之后,合金达到一温度和一真空度,以抑制其蒸发并且及允许将其从坩埚2中回收。此时,可打开高真空室3,取出第一冷凝装置12并且回收已沉积在其侧壁上的合金的较易挥发的组分。从高真空室3取出装置后,反而从合金的较难挥发组分沉积在其上的第二冷凝装置12a的侧壁将其回收。在该方法期间,未蒸发的合金组分留在坩埚2内部,从坩埚2内部中可方便地将它们回收。坩埚2通过由已阐述的控制装置控制的操作构件21来移动。基于已描述的内容,显而易见的是,通过设备1可实施用于分离和回收合金组分的特别有效的方法。该方法提供,合适的冷凝装置的使用,冷凝装置中的每个可用于提取和回收具有精确挥发特性的合金元素,对于每个冷凝装置,利用其所承受的合金温度和真空度的适当组合。此外,通过具有适于使气态物质的流动朝向冷凝装置的内侧壁转向的偏转器,该冷凝装置的创新形状促进合金的各组分的分离和回收,其中气态物质从放置在坩埚中的合金的熔化和蒸发得到。另外,这些冷凝装置具有大且均匀的沉积表面,该沉积表面允许使回收材料的量最大化,还有助于需要回收的操作。根据本发明的设备的各护罩极大地限制了由于辐射导致的损失,并且因此允许减少能量消耗。在实践中,已经发现根据本发明的用于分离和回收合金、特别是贵金属合金的组分的设备及方法完全达到预期目标。本申请要求于2015年2月12日提交的意大利专利申请第VI2015A000038号的优先权,其主题通过引用并入本文。...
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