专利名称：从散布的混合物中提取液态轻金属的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从由至少一种轻金属、特别是铝，或者由这种金属的合金和由至少一种由至少一种这种金属的氧化物或氧化化合物和/或其他化合物组成的非金属物态，必要时一种或几种其他物质，例如盐或者盐混合物等组成的散布的混合物中在高温状态下，特别是由在制造、处理以及回收铝或铝合金时附带产生的炉渣中通过使用加速力(离心力)提取金属(状态物)的方法。本发明还包括实现上述方法的装置，它主要由一个可旋转和倾斜的冶金炉组成。
轻金属像铝、硅、镁和这类合金在熔融状态的提炼和特别是处理，以及通过废金属和类似材料的熔化回收这种金属时在熔化的物体和溶液表面会产生氧化和氮化作用，因为轻金属与氧气和氮气有强烈的亲合作用。形成的氧化物和非金属物态形成带有棱角颗粒的宏观结构，并具有比金属大得多的比重，液体轻金属的表面张力和特别是与熔化的氧化物交界表面的张力以及颗粒之间的空腔使非金属态物质悬浮在液态金属上，尽管它的比重较大。
表面张力和“液体金属/固体非金属颗粒”之间的边界面张力也使金属质点保留在非金属颗粒之间，从而使形成或者处于液态金属熔液之上的、炉渣即所谓的浮渣具有可能高达80％(重量)的金属含量。在从金属熔液表面上去除炉渣时会因此倒掉有价值的金属，在倒放炉渣时可能造成经济损失和生态问题。
自从开始大规模应用轻金属和应用熔炼冶金方法以来人们力求从炉渣或浮渣形成的散布混合物中提取金属态物质。
为了减少炉渣中的金属含量，可以在它里面加盐。这种措施虽然有时是有效的，但是易熔化的盐和化合物大多不能经济地重新利用，并能溶解于水，在操作和清除时带来很大困难。
曾经有人建议(USPS4040820)不用盐，而将炉渣放在一个可加热的水平管状转炉中脱除金属。通过炉渣或散布的混合物在炉内缓慢的颠簸运动金属颗粒应该积聚在一起，汇合成液态金属，并将它浇注出来。但是这里也存在混合物的金属提取率低和经济性问题。
按照US-PS5421850建议，在一个同样基本上水平设置的转炉中同样不用盐进行加工，在炉内放入炉渣，将炉渣用等离子加热到温度超过金属的熔点，通过混合运动使混合物内的金属颗粒附聚，相互结合。应该通过转炉的不同旋转速度防止炉料结块，其中形成的金属部分通过一个排出孔排出，残余的炉渣通过将炉子略微倾斜排渣。其缺点是费用高，从散布的混合物中金属的提取率不够高。
由GB-2228014A得知一种方法，其中在一个垂直的管式转炉中通过等离子能量或者等离子燃烧器使炉渣或废铝加热，局部熔化，并通过炉子的旋转使液态金属颗粒附聚，从而实现散布混合物的金属提取，其中产生金属铝和铝矾土，也就是氧化铝。采用空气或富含氧气、氮气等与铝起反应的气体、特别是富含起氧化作用气体的空气作为等离子气体。通过与等离子气体的放热反应虽然炉料的加热和熔化时间缩短了，但是由于烧损或氧化造成金属的损失，从而通常需要对排放废气除尘，同时金属排出量减少。
另外已知一种从散布混合物中提取金属的方法，用这种方法时液态金属积聚在一起，然后固化。按照WO-A2-93/01321在第一阶段处于高温下的混合物在一个金属模离析，并通过离心作用使液态金属积聚。然后在第二阶段中金属固化成一个金属空心体。有一种这样的方法(EP-626458A1)可以更好，更简单，如果处于高温状态下的粉碎混合物在一个金属模中通过加速运动使它逐步离析，金属态积聚，在金属模表面汇拢，冷却以及固化的话。
为了改进从轻金属和非金属态组成的散布混合物中提取金属，如由AT400448B或EP-646654A1所知，将混合物放入预炼炉或准备炉中形成炉料，将炉料加热，使温度均匀分布，并通过运动使状态均匀，然后和匀的炉料从准备炉中倒出，倒入一个离析装置中。但是这里高昂的机械设备费用和复杂的方法流程是一个缺点。
迄今为止所有公之于众的以实现从散布混合物特别是炉渣中提取金属的方法和装置金属提取量都不够高，和/或为此必须花费很大的机械设备费用，和/或当金属重新用于熔液时具有较差的热效率，同时常常不能充分避免残存物排除时存在的问题。
本发明创造一种补救方法，其目的在于排除已知金属回收方法的缺点并提供一种方法，用这种方法可以简便地以高的提取率从散布的混合物中回收液态轻金属，同时例如可以重新用于金属熔液。本发明的另一个目的在于创造一个从散布混合物中提取金属的装置，它结构简单紧凑，具有小的结构高度，可以经济地运行。
对于开头所述这种方法这个目标通过以下顺序实现将散布的混合物装入一个冶炼炉；加热和/或将炉料温度调整到超过金属熔点20℃至250℃；通过翻混使炉料均匀并产生良好的流动性；产生流动性的散布混合物围绕冶炼炉的旋转轴线均匀分布；混合物建立至少1g的径向加速度；在至少0.015小时之内保持径向加速度以提取金属或使之离析；在大于0.03小时时间间隔内径向加速度降低到0；将金属态(熔液)从冶炼炉中浇出来；将非金属态物质从冶炼炉中倒出。
本发明的优点主要在于仅仅在一个冶炼炉中通过相互协调的先后顺序以简单和经济的方法可以达到从由轻金属和非金属态物组成的散布混合物中比较高的金属提取率。其中通过装料、调整到希望的温度、产生高的流动性和绕旋转轴的均匀分布完成炉内散布混合物的相应准备，以便紧接着可以达到一个高的金属提取率，因为通过以上步骤在炉料或者混合物内创造了良好的离析条件。按照在前面的步骤中已经创造了高效率必要前提的顺序，采用一定的径向加速循环对于散布混合物基本上完全的金属提取是重要的。其中特别重要的是径向加速度建立和撤除的控制，由此可以意外地避免金属重新混入非金属物态区域，并在最后可以使金属态物质单独浇出来。为此可以用一种简单的方法使非金属部分首先用一种烟道或分离槽(Siphon)留住，接着在金属浇出以后可以方便地倒出或排空非金属化合物。但是也可以，例如在由于在执行流程时参数调整不合适金属提取率不够高时将炉料留在炉内，必要时再加上其他炉料，并重新按本发明的顺序提取金属，以便提取尽可能多的液态金属。特别地当散布混合物加热、拌匀和流动性调整以最大不超过0.39g的同一加速度，在或通过冶炼炉以一个与垂直方向倾斜成85至45°，最好是于45°至20°角时进行的话有好处，因为用这样的方法均匀化条件调整得特别好。
尽管在冶炼炉垂直旋转时由于地球引力引起的，促使金属提取的、叠加的炉料振动载荷不会出现，对于专业人员会十分惊奇地发现，如果散布的混合物经受基本上垂直于地球加速度方向的金属提取径向加速度的话，这个方法效果特别好，并可以方便地进行。对此中重要的是在金属提取以后在冶炼炉的轴线基本上垂直的情况下将径向加速度降到0，以防止(不同)状态物质重新混合。其次如果以简单的方法首先将金属态物质通过冶炼炉的装料口用翻转炉子的方法浇注出来有好处。最后下面将会证明，如果如前所述在浇出金属态物质后不将冶炼炉中的残留部分倒掉，而再经受一次径向加速度，对于提高金属提取量是有利的。
本发明的另一个任务对于开头所述这种装置将这样来解决，基本上旋转对称设计的冶炼炉与一个具有分别带不同轴线方向或轴线倾角和一个至少为106°炉子总翻转角度的两个或两个以上工作位置的翻转装置相连，并且可以以两种或两种以上的速度绕轴线旋转。
一种这样的装置可以不仅制成紧凑的结构，而且也具有很高的应用灵活性和很高的效率。
如果冶炼炉的内腔和/或位于其中的散布混合物是可加热的、并且炉子是用耐火材料衬砌成的，那末不管是已冷却的散布混合物还是直接生成的炉渣在具有非常坚固的炉壁的炉子中可以以最高的金属提取率处理。
其次如果冶炼炉在倾斜位置至少具有一个其旋转轴与垂直位置成一个在85至45°范围内的角度(β)的、用来翻混炉料的工作位置，和一个基本上垂直的，用来使之获得起离析作用的径向加速度的工作位置，那么既能保证用来达到快速升温或者快速温度调整的有效翻混，也可以有效地均匀化和使炉料有很高的流动性，以及保证混合物均匀分布和有效离析的良好前提条件。如果冶炼炉在至少一个用来翻混炉料的工作位置可以用转速N1(1/秒)驱动，则特别有好处，其中N1按下述公式计算N1<Y·2A]]>其中Y是一个混合常数，其大小为12.12，数值A是炉子的内径，以米表示；在本发明的其他结构中，冶炼炉在基本上垂直的工作位置可以用一个转速N2(1/秒)驱动，其中N2按以下公式计算N2>X·2A]]>其中X是分离常数，其大小为28.55，数值A是炉子的内径，以米表示。
由此不仅整个流程，而且金属的离析效率可以大大改善。
最后，如果对于金属态物质从冶炼炉中浇注出来炉子的装料口至少可以用盖子部分关闭起来的话，对于不同状态物质的有效分离有好处。
下面仅仅借助于表示一个实施例的图形对本发明作进一步阐述。它们是
图1，按本发明的装置的侧视示意图。
图2和图3是一个在环境保护舱内的装置的侧视图和正视图。
图1中表示一个在工作位置B的冶炼炉2，其中表示了另外两个工作位置，其中一个位置A带有垂直的轴线21，装料口24朝上；另一个倾斜的位置C，这时装料口24朝下，带一个相对于垂直方向转过一个α角的轴线。按本发明的方法可以按以下顺序进行必要情况下在位置B的炉子2用一个燃烧器5预热，其中燃烧器的安装可以通过装料口24进行。在炉壁22进行预期的预热以后将加热装置5从装料口24移开，然后将炉子2摆动或者翻转到轴线21基本上处于垂直的位置A，在这个位置必要情况下通过例如一个漏斗71通过装料口24将炉渣等等装入炉内。在装入炉料以后将炉子2倾侧到轴线位置B并使炉子绕轴线21旋转(通过一个旋转装置23，例如一个可调速的驱动电机)。用来使散布的混合物均匀化和达到很高的流动性的炉子2在轴线位置B的旋转运动在炉料的径向加速度小于0.39g的情况下进行，在这期间炉子可能通过燃烧器5加热或者由于新炉渣吸收热量而冷却。炉子2在基本上垂直的工作位置A的后续旋转运动可以在较小的径向加速度下进行，因为这样有利于液化的炉料绕旋转轴21均匀分布。在垂直轴线位置A进行升速，从而使混合物的径向加速度上升到大于1g。这个高的径向加速度(其数值也可能有多至26％的脉动变化)至少保持0.015小时，以便达到(不同)物态基本上完全离析或者炉料完全排除金属，然后在一个大于0.03小时的时间间隔内使转速降低到0。转动着的炉子2快速的制动常常使得离析出来的金属态物重新混合。在炉子2的静止状态将它倾侧到使它的装料口24朝下，例如在轴线位置C，非金属态物质留在炉内，将液态金属倒入桶6′内，然后可以移动小车，在将截留装置撤去后将非金属的或者提取金属后的物态倒入另一个桶6内。
图2和图3表示带装料装置7的装置的侧视图和正视图。散布混合物从装料容器7通过一个送料机构71装入用耐火材料22砌成炉衬的炉子2的装料口24内。为了避免对环境的影响将这个装置设置在一个带排气口91的密封舱9内。
权利要求
1.用来从由至少一种轻金属，特别是铝，或者由这种金属的合金和至少一种由至少一种这种金属的氧化物或氧化化合物、必要时一种或几种其他物质，例如盐或盐的混合物等构成的非金属物态组成的散布混合物中在高温条件下，特别是从由生产、处理，回收铝或铝合金附带产生的炉渣中在使用加速力的情况下提取金属态物质的方法，其特征在于以下步骤将散布的混合物装入冶炼炉内；将炉料加热和/或调整到超过金属态熔点的20°至250℃的温度；通过翻和使炉料均匀并产生高的流动性；使变得可流动的散布混合物绕冶炼炉的旋转轴均匀分布；使混合物建立至少到1g的径向加速度；在至少0.015小时之内保持这个径向加速度以提取金属或使之离析；在大于0.03小时的时间间隔内使径向加速度降低到0；将金属物态从冶炼炉中浇出来；将非金属物态从冶炼炉中倒出来。
2.按权利要求1的方法，其特征在于；散布混合物的加热以及均匀化和流动性的调整以混合物具有最高至0.39g的径向加速度，在或者通过具有与垂直方向倾斜85至45°，最好是45至20°的旋转轴线的冶炼炉旋转时进行。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于；散布混合物经受一个基本上与地球加速度垂直的方向的提取金属径向加速度。
4.按权利要求1至3之任一项的方法，其特征在于在冶炼炉基本上垂直的轴线位置时使径向加速度降低到0。
5.按权利要求1至4之任一项的方法，其特征在于金属态物质通过冶炼炉装料口通过倾倒炉子浇出来。
6.按权利要求1至5之任一项的方法，其特征在于；在浇出金属态物质后残留在冶炼炉中的部分倒出或者经受另一次径向加速度。
7.用来从由至少一种轻金属，特别是铝或者由这种金属的合金和至少一种由至少一种这种金属的氧化物或氧化化合物、必要时一种或几种其他物质，例如盐或盐的混合物等构成的非金属态物质组成的散布混合物中在高温条件下，特别是从由生产、处理、回收铝或铝合金附带产生的炉渣中提取金属态物质的装置，它主要由一个可旋转和可倾倒的冶炼炉组成，特别是用来实现前述权利要求之任一项的方法的装置，其特征在于基本上做成回转对称形的冶炼炉(2)与一个倾倒机构(3)相连，倾倒机构具有两个或两个以上工作位置(A、B、C)，它们分别具有不同的轴线方向或者轴线倾角和一个炉子的总倾角(α)，它至少是106°，最好是121°，炉子可以用两种或两种以上的速度绕轴线(21)旋转。
8.按权利要求7的装置，其特征在于冶炼炉(2)的内腔和/或位于其中的散布混合物可以借助于一个最好是可以装上的加热装置(5)加热。
9.按权利要求7或8的装置，其特征在于冶炼炉(2)包砌有耐火材料(22)。
10.按权利要求7至9之任一项的装置，其特征在于冶炼炉(2)在倾倒位置(α)至少具有一个用来翻混炉料的、旋转轴线(21)与垂直位置成一个在85至45°范围内夹角(β)的工作位置，并且具有一个基本上垂直的用于施加产生离析作用的径向加速度的工作位置。
11.按权利要求7至10之任一项的装置，其特征在于冶炼炉(2)在至少一个用来翻混炉料的工作位置可以以转速N1(1/秒)驱动，N1以下述公式计算N1<Y·2A]]>其中Y表示混和常数，数值为12.12，数值A表示炉子的内径，它以米为单位。
12.按权利要求7至11之任一项的装置，其特征在于冶炼炉(2)在基本上垂直的工作位置可以用一个转速为(N2)的驱动装置(23)驱动，N2的大小按下述公式计算N2>X·(12A)]]>其中X表示分离常数，数值为28.55，数值A表示炉子的内径且以米为单位。
13.按权利要求7至12之任一项的装置，其特征在于至少为将金属态物从冶炼炉(2)中浇出的装料口(23)可通过盖子(4)局部关闭。
全文摘要
本发明涉及一种从散布的混合物或炉渣中提取液态轻金属的方法和装置，其步骤是把散布混合物装入冶炼炉；将炉料加热到超过金属的熔点20至250℃；通过翻混使炉料均匀并调整到很高的流动性；使具有流动性的散布混合物绕冶炼炉的旋转轴均匀分布；建立混合物的径向加速度至最小1g；保持加速度0.015小时的提取金属和离析；在超过0.03小时的时间间隔内使径向加速度下降至0；从炉子中浇出金属态物质；从炉子中倒出非金属态物质。
文档编号C22B7/04GK1163315SQ9710208
公开日1997年10月29日 申请日期1997年1月28日 优先权日1996年1月29日
发明者伯恩德·高丝 申请人:伯恩德·高丝