用于再循环包含表面杂质的粒状金属材料的再循环工艺的制作方法
【专利说明】
[0001]发明
技术领域
[0002]本发明涉及金属制备和再循环工艺，该金属制备和再循环工艺在冶金工业中、并且更具体地在用于回收包含在废料中的金属(尤其是当金属具有小粒度时)的金属回收领域中具有应用。这些废料的特征在于，金属被诸如油、塑料、木材、油漆等的有机材料所污染，并且它们还可包含无机杂质。
[0003]本发明的目的是允许从具有高金属含量的废料中去除主要为有机产物和各种杂质的非金属成分的工艺。尽管工艺可应用于各种粒度标准和大小的金属材料，但该工艺特别地适用于通过当今已知的工艺不可回收的或以低收率和/或低品质可回收的小金属颗粒。工艺适合于大量金属，所述金属包括铝、铜、镁、锌等和它们的合金。
[0004]发明背景
[0005]用于处理被杂质尤其是有机杂质污染的金属的目前的热工艺具有以下问题:
[0006]-金属在再循环工艺中随着温度增加以及随着金属接触有机元素而被氧化。这防止了这些元素热烧结和制团(briquetting)，即形成团块。而且，在该工艺中产生气体，由于水分而存在爆炸的风险，并且冶金收率低。
[0007]-从脏的原材料再循环的材料的所得品质不允许其用于需要高金属纯度和低金属氧化的应用中(合金片、铝丸、阴极铜等)。
[0008]-包含在通常粘附到金属的油漆中的负载(load)不被充分去除。
[0009]-可能有必要提供熔融盐来实现更高的回收率。这些盐产生难以再循环并且具有高成本和环境影响的熔渣。
[0010]-非常难以再循环夹层式复合元件、面板等。
[0011]由于这些问题，存在使用已有工艺不能回收的金属材料流。在其中回收是可能的其他情况中，由于再循环工艺中金属经历的污染，冶金收率低和/或再循环的金属不能用于具有高纯度要求的应用中。
[0012]已被建议用于金属回收的方法之中的是基于烧掉或燃烧与金属一起存在的诸如塑料、橡胶、树脂或纸的有机部分的那些方法。所述方法需要氧化气氛，并通常在相对高的温度下进行。因此，金属的一部分被氧化，随之带来回收收率的损失。
[0013]金属材料在氧气的存在下暴露于相对高的温度的事实由于至少两个原因是可疑的，第一，因为金属在表面上被氧化；以及第二，因为最终回收的金属的性质通常受过热影响。因此，该金属不具有与在被处理以便去除污染元素之前的金属的性质一样好的性质。
[0014]美国专利7，976，611描述了用于回收金属的连续工艺，其中有机组分通过在高温下直接燃烧被去除。所指示的工艺温度是在400°C到1000°C之间、优选地从600°C到900°C，并指定最优选的温度在700-850°C的范围中。在这些温度下添加氧气允许通过氧化去除有机部分，但其具有几个缺点。第一，处理温度对于大量金属来说太高，这些金属包括Al、Mg、Pb，因为它们具有较低的熔化温度。第二，如已在上文已提及的，直接的有机物质燃烧工艺产生导致较低的回收收率的金属腐蚀。在所提到的专利的情况中，该现象是特别相关的，因为金属在氧化介质中在高温下被处理。第三，所建议的工艺导致必须被保留在用于处理呈氧化物形式的气体的处理线中的特定金属的挥发，产生新的废物并降低金属回收收率。
[0015]德国专利1，370，071使用倾斜的旋转炉，以便通过以下工艺回收具有粘附的有机材料的碎片，该工艺包括在存在氧气的气氛中将碎片运动通过具有上升的温度梯度的曲折路径。这表明处理温度必须是足够的以便处理温度使有机污染物挥发或氧化，但低于金属被实质上氧化的温度。然而，未指定对于每种被处理的金属是另外不同的必需的温度。只指明了用于青铜处理的特定温度，其至多必须比熔化温度低200° F。应用于许多金属时，该温度限度产生以上提及的问题:显著的金属氧化和朝气体出口的高金属挥发。当处理存在容易挥发的金属的金属混合物时，此最后现象主要出现。在杂质去除过程之后，本发明在输出温度下或在局部冷却之后应用碎片压实系统，可选地接着在熔炉中熔化压实的金属。碎片在高温、但比被处理的金属的熔化温度低500° F的温度下被压实。换言之，压实温度远远低于半固态温度，且因此不确保金属处于足够软的状态，以便允许最佳的金属压实。另一方面，此专利不适合对尺寸大且具有小浓度有机负载的金属起作用。
[0016]用于回收被污染的金属的其他方法包括在密封室内和在没有氧气的环境中对金属和所附杂质进行加热，以导致有机化合物的热解。该方法通常需要处理小批量的产物，这增加了与连续工艺有关的成本。此外，有机化合物的热解产生各种各样的副产物，这使其管理复杂化。一方面，存在需要重新收集和处理的热解冷凝物和气体、大量有机产物的混合物；并且另一方面，存在粘附到金属的大量的含碳的废物。
[0017]美国专利3，744，779提出了用于通过“分解蒸馏”有机组分回收废弃金属的连续工艺，该工艺在金属相对不受影响的温度下在没有氧气的情况下使用加热进行。该工艺实际上由两个高度分化的子工艺组成。第一，金属废物在没有氧气的情况下被加热，产生挥发性有机化合物的馏分。当温度足够高时，且仍然与金属在一起的重有机化合物被热解，产生热解液体和气体的复杂混合物。对从两个子工艺释放的气体的管理非常复杂:首先必须浓缩将随后与在热解步骤中产生的可浓缩产物混合的从废物直接挥发的挥发性化合物。最终，在熔炉的出口处将产生必须被连续去除的不可浓缩的热解气体。这是很适合于仅被挥发性有机产物污染的金属废物的工艺，甚至允许金属回收，然而，当谈到具有有机产物的复杂混合物的废物时，特别是当存在非挥发性的、高分子量产物时，该工艺具有热解工艺典型的复杂性。而且，该工艺有以下缺点:一旦获得最终的金属，最终的金属必须通过物理分离来处理，并且盐浴被用于清洁来自含碳废物的金属。由于难以回收的熔渣的产生，盐的使用具有大的环境影响。另一方面，必须熔化回收的金属，以便获得合适的清洁。
[0018]发明描述
[0019]本发明克服了在上文所描述的工艺中所提到的问题，并涉及用于从废料中再循环金属的再循环工艺，该再循环工艺由三个子工艺组成。在第一子工艺中，有机部分在氧化气氛中在防止金属氧化的低温下被氧化。在第二子工艺中，杂质残渣在较高的温度下并且在惰性气氛中被去除，去除粘附到金属的非金属组分。优选地通过两次所提到的热处理来连续地实施该工艺，最终产生净金属(clean metal)。该金属可适合于直接使用或在经历在非常接近金属的熔化温度的温度下烧结的第三子工艺之后使用。该工艺还允许处理被例如油或漆污染的金属，防止使用其他需要添加盐来将金属从其熔渣中分离的工艺。必须强调的是，该工艺的优点中的一个是它被连续实施。
[0020]当金属优选地呈具有减小的大小的颗粒的形式并且伴随有非金属组分特别是有机产物时，用于再循环金属废物的再循环工艺是特别合适的。通过两个连续的子工艺I和2，该工艺的第一阶段允许去除与金属相关联的所有那些有机材料，诸如冷却剂、泡沫、塑料、木材等，并且降低污染物(比如油漆负载)在再循环金属中的百分比，而不导致其氧化。因此，在第一阶段中，该工艺允许获得可在不同工业应用中被直接用作二次原料的呈丸(shot)或团块形式的净金属。在第二阶段中，预期子工艺3的应用，子工艺3允许在非常接近于但小于金属熔点的温度下压实金属(如果最终用途如此要求)，获得类似于熔融金属的最终品质。
[0021]因此，由本发明所提议的总工艺包括结合三个子工艺:前两个子工艺的目标是去除伴随金属废物的杂质，而第三子工艺的目标是通过烧结处理来压实金属。
[0022]在子工艺I中，大部分污染材料、特别是有机部分被去除。材料首先在氧化气氛中被加热至低于300°C的温度。在其中进行处理的反应器或熔炉设置有使材料保持运动的系统，其可通过诸如振动盘、旋转等的系统被制作。
[0023]另一方面，在子工艺2中，将由先前的子工艺产生的材料在惰性气氛中加热至400-550°C,以防止氧化。在还在运转中的此子工艺中，去除诸如炉渣和其他杂质的污染材料的剩余残渣。然后通过温度和机械处理(摩擦、膨胀等)的组合作用来分离粘附到金属表面的无机组分。这些无机组分可能起源于原始废物(陶瓷材料、油漆负载等)或者可能由于有机产物(炉渣)的不完全燃烧而已经在先前的子工艺中产生。
[0024]加热的两个子工艺(一个子工艺使用氧化气氛，并且另一个子工艺使用惰性气氛，两个子工艺均使用控制的温度范围)的所述组合允许以新颖且有效的方式获得不含原始杂质且没有几何形状改变的非氧化金属。此净金属可能已经作为二次原料被用在不同工业应用中。
[0025]然而，常常发生的是，粒状金属不能被再循环和重新用于任何工业应用中。此不可能性或困难的原因通常在于以下事实:小的金属在氧气存在的环境中随着温度上升而容易被