专利名称：在旋转反应器中分批式处理循环物料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分批式处理含有有价值金属的循环物料的方法，该物料所含的有机成分的含量是如此之高，以至于不适合，甚至不可能用作传统金属冶炼工艺中的冶炼材料。将该物料装入沿其本身纵轴旋转的，且具有用于装卸的普通开口的的倾斜式反应器中，并加热至一温度，通过热解和/或燃烧以形成一种可燃气来促进有机成分的排出。此气体随后与反应器外的二次空气燃烧。该物料至少就其基本部分而言由在操作中可允许连续进料的此种粒级组成。此处“连续”是指在多个连续周期中的某一个周期里，以物料流的方式来进行供给，而并非在操作中不间断地来供给所需物料，即使目的在于此种供给。
按照本发明，使处理循环物料成为可能，所述物料含有有机物以及有价值金属，诸如可燃的铜废料，包括电缆废料和电子废料，例如印刷电路板和源自计算机和移动(蜂窝式便携)(cell)电话的类似物品。此种物料经常含有必要的以各种贵金属的形式存在的有价值金属。其它循环物料是二次废料产物，诸如电池废料式的铅废料以及不锈钢废料式的合金钢。“有价值金属”主要是指不含铁的金属，诸如铜、镍、钴、锡和贵金属如金、银、铂、钯、铑和铱。所述的存在于循环产物中的有机成分经常是选自塑料、橡胶、纸张、石油、焦油、脂肪和油脂中的一种或多种成分。处理上述类型的循环物料时，首先对降低金属的损耗率、其次对降低有害物质的排放率方面提出了非常高的要求。在此处以及下文中“沿其纵轴可旋转的倾斜式反应器”是指TBRC和Kaldo型和类似的顶吹、操作时倾斜的回转炉。与其它可旋转炉子如鼓形转炉相比较，此种炉子特点在于操作时具有较高的速度，由此可以给予进料更大程度上的搅拌和混合。
按照以前Boliden给出的某种方法，该方法在瑞典北部的Rnnskrsverken运行了大约二十年，并具有良好的运行效果，例如在US-A-4415360和US-A-4705562中以不同的实施方式对其进行了阐述，通过在可旋转的转炉中热解和/或燃烧排出有机组分，以批处理的方式来处理含金属废物和具有有机组分的基本部分的循环物料，由此在排出开始之前，当反应器处于静止位置时装入整批物料。按照此种已知方法，将排出有机物之后的剩余无机产物，也称为燃烧剩余物，以排出后所得的相态从反应器中移出，它们可以是固体或者至少部分熔融。在加入炉渣模子或金属冶炼模子之后，该剩余产物的主体也可以一种或多种冶炼物，如炉渣、金属和黄渣的形式移出或者取出。
通过此方法得到的处理产物基本上没有任何有机组分，可作为普通的冶炼材料供给属于传统熔炉的适宜火冶装置，例如Peirce-Smith转炉。由于存在形成重气体，危险的飞溅以及从装置中喷出熔体的危险，废料和包含有机成分的循环产物在上述装置中的冶炼导致极大的问题，经常需要极力避免此类问题。不含任何有机成分的燃烧废料也会导致不便，原因在于它含有大量细粒材料，在处理和进料的过程中会导致严重的生尘。当使用上述方法来处理产物时，无论如何将该缺点消除到必需的程度，由于这些方法中的材料以至少部分熔融的燃烧剩余物的形式得到，由此剩余物的细粒材料在反应器中将被冶炼或者被冶炼物吸收。而且与其它已知方法相比，这是最基本的优点之一，该已知方法是已经可以在按照已知的Boliden方法的转炉和类似的反应器中以批处理的方式进行的、甚至是连续操作的废料燃烧方法。
按照该已知的Boliden方法，将整批废料装入反应器中，于是反应器在旋转过程中通过例如石油-氧气吹管加热至高达可排出有机物质的温度。然后在操作条件下排出过程被允许持续直至气体形成为止。在反应器外通过二次空气流将形成的可燃气体燃烧掉，随后在排入大气之前将其通过气体清洁装置。可燃气的量可通过反应器的旋转来调节，使得当需要更多量的可燃气流时提高旋转速率，反之亦然。在多数情形下，二次空气流几乎保持恒定，它是被吸入到反应器气体出口和用于收集反应器气体并输送到气体清洁体系的风罩间的开口间隙处的漏出空气。在以前的文献US-A-4415360已对生成的可燃气的处理和适宜的气体清洁装置有所描述。
由于不同特性的有机物以不同速率分解和/或排出，批处理过程中可燃气的组成，如同所生成的气体流量，将随时间变化。在批处理开始阶段，可燃气组成将为易挥发和易分解物质；而在处理结束时，将较难排出的组分排出。因此证明要不是反应器旋转速率的改变能够或设法去抵消上述变化，而且以此种方法来调节可燃气的形成和气流量，可燃气的燃烧以及气流量就不会始终像希望的那么均匀。这将产生选择合适的进料材料以及在批量进料中组成适合混合物的问题。
近来，通过开头部分所述的早期的已知方法处理的这种物料在燃烧方面产生了许多问题。其原因(background)部分在于废料市场上电子循环物料的量增加了。这归因于移动电话、电脑和其它类似的电子产品的更新率提高，以及政府对上述产品的循环要求更为严格。这暗示上述方法所处理的循环物料，一方面由于含有越来越多的有机材料而改变了其特性；另一方面由于循环的目的而必须处理的数量也越来越大。而且还需要提高产量，这意味着使用任何已知的方法，会需要更多或更大的熔炉装置，以及相应的昂贵的气体处理系统的扩大。另一种可能的方式是比已知的方法更有效地使用已有的装置，并设法提高上述装置的产率。由于越来越多的循环物料倾向于由含有更多有机物的电子废料构成，而我们早期的已知方法使用批处理进料导致了进料的局限性，同时还要受装入的(charged)未燃烧物料的体积的限制，这提出了一种想法试图连续进料。此种进料将会解决有关成批时进料体积的局限性的问题，也有利于熔炉中热量的生成，而且随着进料中有机物的增加，热量也随之增加。
根据US-A-4512798早先所描述的焙烧反应，在我们生产铅的方法中实施了对Kaldo转炉或类似反应器的连续进料。在该方法中，装入相互不均匀的产物，即细颗粒状硫化物精矿和氧化硫酸盐颗粒，开始时上述物质以为进行反应而调整的预定方式混合。由于反应器中的实际反应仅仅需要达到满足该方法目的的足够高的温度即可，因此不需要对方法进行实际的控制。
已证明对旋转型反应器，如Kaldo熔炉进行循环物料的连续进料以排出有机物时，熔炉的旋转速率不能用于该方法的控制，就如同已知的Boliden方法中使用批量进料一样。为得到所需的高产量，并使反应器中累积未燃烧物料的风险降至最低，最需要使进料阶段中的旋转速率保持尽可能的高。
在DE-A-3617410中提出了另一种使用连续进料来燃烧废料的方法，该方法是用于较低转速的鼓型熔炉，例如称为“Kurztrommelofen”的熔炉中处理累积废料的批处理工艺。此处在熔炉缓慢旋转的过程中，以及在连续并均匀加入过量氧气和少量燃料的过程中，在相同的时间里将废料连续、均匀地进料。由于在该方法中不需要进行控制，气体可以任何适宜的方式移出，而无需进一步的燃烧。因此进料最终参与了氧化燃烧，这也是该方法的目的所在。通过使用连续进料，在该方法的整个操作阶段维持与废料成比例的稍过量的氧气。这种方法在处理已生成的、完全燃烧的气体，该气体的任何二次燃烧以及任何工艺控制方面将不存在任何问题。然而并不推荐废料的氧化燃烧，对含有价值金属的材料而言，这实际也不可能。在上述情形下，由于氧气过量的气氛和因氧气相对于基本部分过量而所得的高温，有价值金属将会变成一种炉渣型熔融相的氧化物，它随后必须单独处理，需要耗费额外的时间和费用。
本发明的目的是提供一种方法，使得对上述类型的旋转反应器的连续进料成为可能，在燃烧处理阶段，即处理批进料时，不需要供给过量氧气从而在高温时所处理的循环物料不会发生氧化燃烧，因此上述的关于所生成的可燃气的组成、流量及其变化的问题减少了。
为此该方法的特征在于附加权利要求所披露的步骤。
操作中物料应当连续进料，即对可调节的流而言，在一个或多个连续周期内，通过对各种工艺参数进行连续测量来控制和/或调节所述的流。可燃气的流量和组成，以及该方法中的放热都以此种方式处于控制之中，由此便于进行随后外部的二次燃烧过程。然后将基本上不含有任何有机物的处理产物从反应器中取出，并加入到传统的金属冶炼过程中。
在操作期间适宜采用所提供的进料设备将该材料供给反应器，该进料设备依靠或通过反应器仅有的一个开口，该供给是通过重力和/或气动传送气，如压缩空气进行的。当反应器在操作中以预定角度倾斜时，这种类型的适宜进料设备是一个通过开口折向下的吹管，而且该吹管在反应器升高至垂直静止的位置前可使之拉开。
一种或多种的工艺参数气体组成、温度和气体流量可用于控制或调节。通过电脑上运行的、已知的算法，对测量值进行运算，就很有可能进行快速和自动的控制。
在操作过程中所加的物料优选具有相同的组成，例如通过良好混合步骤所得的物料，但在物料具有相同尺寸时可使上述步骤容易进行，而通过压碎、过筛或其它的按大小分级步骤可比较容易地得到相同的尺寸。然而必须指出的一点是，该方法出人意料地可以处理组成稍有差异的物料而不会使控制功能失控。
在操作过程中不允许进料的这种物料，可在反应器的静止位置和/或在最初的排出阶段中，以一次或多次分批进料。
基于对一种或多种工艺参数例如气体组成、温度和各种流量进行测试，在操作阶段中进料的物料流可精细地进行控制和/或自动调节和运行，因此熔炉的旋转速率不需要进行改变。通过对所述的氧气供给和循环物料供给量的不同选择，无论如何在燃烧过程之前可人工进行常规调节。基于实际经验来选择设定点，以便于在反应器内会发生尽可能多的燃烧，由此传递给进料更多的冶炼能量。不同的物料需要不同的冶炼能量。在不影响安全的情形下，该方法以这种方式可允许进行操作优化，而且该方法对物料组成等的变化也不太敏感。
部分地为了保持最佳产率，部分地为了减少熔炉中未燃烧物料累积的风险，操作中的旋转速率保持尽可能的高。仅仅在该方法倾向于不遵循自动控制体系时，可将速率用于此目的，使之降低以减弱熔炉中的反应。
在操作过程中可添加可形成矿渣或其它熔体的材料，按照现有技术，其目的在于吸收至少一部分的生成产物。
按照本发明所实施的方法，可从基本上连续进料的含有有价值金属的循环物料中排出有机组分。使用吹管将物料装入反应器，并维持在有利于热解和/或燃烧的条件下，此时允许连续进料直至反应器填至预定的程度，该方法允许持续至得到可燃气。假如通过存在熔融体或者其它方式使得反应器的温度高至燃烧有机物的程度，则可在整个燃烧过程中使用如吹管来进行进料。
当在高的熔炉旋转速率下进行连续进料，并随后快速混合成高粘度的浆态相时，可以得到最佳的热交换，最快速的有机物气化以及最高的产率。在连续进料和通过使用快速旋转的Kaldo型转炉排出有机物的帮助下，才有可能得到如此有利的高热交换。
将通过优选方式来进一步阐述本发明，其中使用Kaldo熔炉来作为反应器。上述Kaldo熔炉是可偏转的，并且也是倾斜的，在静止时可升高至一个向上的位置，该位置处具有一个朝上的用于进料和出料的开口。在操作过程中，熔炉在相对于水平面倾斜的位置将绕其纵轴旋转，并与可接收任何逃逸气体的贮气室相适应。
那些不适于连续进料的循环物料，首先在垂直静止的位置装入反应器内，例如通过阶梯式输送带，将物料从反应器的开口中往下倒入。随后反应器在旋转过程中处于倾斜的位置，并以适宜的方式将其中的物质加热，如通过在向下插入开口的燃烧炉吹管内燃烧油质。当温度升高到足以能够热解和/或燃烧时，即开始排出有机组分。适于这种进料的物料组分的连续进料可通过进料设备来实施，例如以吹管的方式，它在操作中可以向下插入反应器开口中，随后又可以取出。这些组分很大程度上由破碎的、筛分的打印电路板构成，该电路板部分地由塑料制成，但含有必需量的有价值金属，例如贵金属。所添加的材料的有机成分在此连续地、逐渐地排出。
可完全通过热解来进行排出，即在高温下仅仅加热，但优选以空气、氧气或富氧空气的形式供给氧气，以维持排出时所需的温度，由此有机成分至少部分燃烧。有机成分，尤其是任何塑料，具有与石油相当的能量。为得到有效的排出，可通过部分燃烧，在反应器中维持足够高的所需温度。由于前面提及的通过在反应器和气体风罩间的开口缝隙吸入的二次空气而导致的二次燃烧，在随后的气体处理体系中可获得如此高的气体温度。因此在适度的高温下分解塑料类物料时，可避免任何不需要的、通常能够产生问题的有害物的生成，例如二噁英等。
当Kaldo熔炉进料至预定的最佳装填程度时，中止进料并持续旋转至气体生成。彻底排出有机物之后，在熔炉中留下了固体燃烧剩余物，而且通常为一种或多种熔融相。这些相可以是能传送至铜转炉的金属相，或可给铜熔炉其它适宜处供料的矿渣相。通过加入矿渣模子，固体燃烧剩余物也可以熔融成矿渣，由于其同样含有一些贵金属，也可传送至铜熔炉。
与早先已知的在鼓型熔炉的操作过程中具有连续进料的批处理方法相比较，按照本发明的方法具备一些基本的优点。物料这样被连续装入倾斜的旋转反应器内，例如Kaldo型反应器，能够对物料进行充分的搅拌，由此可能得到和维持可燃气的常规流出量，由于不需要保持氧气过量，因此没有发生金属氧化的风险，金属氧化会导致从尘埃和矿渣中回收有价值金属时产生损耗和/或必需的高昂费用。按照该方法，在不需要氧气过量的情形下，通过控制流入的物料流和快速的熔炉旋转速率的结合，具有数种控制该方法以得到最佳产率的可能性。依照这些特征，有可能维持一种快速汽化的方法。在该方法失控的情形下，除可对流入的物料进行连续控制之外，还可通过改变旋转速率来减弱反应。
由于进行连续进料，所生成的气体的组成和温度将不随时间而变化，当进行另一批废料进料的燃烧操作时将会改变。由于气体也具有预定的控制流量，因此适合使用现有的的气体清洁设备而不会产生任何问题。
本发明所提供的其它优点包括，比以前的批处理方法具有更高的产率，即每小时所处理的循环物料的量，可回收更高产量的有价值金属。
相同的温度以及物料和生成气相同的流量都有助于产生均匀和可控的操作条件，可以抑制从循环物料中的有机物生成不需要的含金属挥发性物质以及其它的有害挥发性反应产物，如二噁英等。
权利要求
1.一种分批式处理含有有价值金属的循环物料的方法，该物料所含的有机成分的含量是如此之高，以至于不适合，甚至不可能用作传统的金属冶炼工艺中的冶炼材料，其中将该物料装入沿其自身纵轴旋转的，且具有用于装卸的普通开口的倾斜式反应器中，并加热至可通过热解和/或燃烧排出有机成分的温度，该物料至少就其基本部分而言由在操作中可允许连续进料的此种粒级组成，其特征在于操作过程中所述物料以可调节流的方式连续进料，通过对不同工艺参数进行测量来控制和/或调节该流，由此使可燃气的流量和组成，以及过程热释放都处于控制之中，于是从反应器中取出基本不含有任何有机物的处理产物，并加入到传统的金属冶炼过程中。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于操作过程中，通过进料设备来供给所述物料，该进料设备依靠或通过反应器的单个开口。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于依靠重力和/或气动传送气来供给所述物料。
4.权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于利用一种或多种工艺参数气体组成、温度和气体流量来进行控制。
全文摘要
本发明涉及一种分批式处理含有有价值金属的循环物料的方法，该物料所含的有机成分的含量是如此之高，以至于不适合，甚至不可能用作传统的金属冶炼工艺中的冶炼材料。将该物料装入沿其自身纵轴旋转的，且具有用于装卸的普通开口的倾斜式反应器中。并加热至可通过热解和/或燃烧排出有机成分的温度。该物料至少就其基本部分而言由在操作中可允许连续进料的此种粒级组成。该方法的特征在于操作过程中所述物料以可调节流的方式连续进料，通过对不同工艺参数进行测量来控制和/或调节该流，由此使可燃气的流量和组成，以及热量释放都处于控制之中。从反应器中取出基本不含有任何有机物的处理产物，将其加入到传统的金属冶炼过程中。在操作过程中通过一个进料设备，依靠重力和/或气动传送气来供给所述物料，该进料设备依靠或向下通过反应器的单个开口。
文档编号C22B19/00GK1754971SQ20051010676
公开日2006年4月5日 申请日期2005年6月22日 优先权日2004年6月23日
发明者O·桑德贝里 申请人:布利登矿物公司