用于再循環(huán)包含表面雜質(zhì)的粒狀金屬材料的再循環(huán)工藝的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]發(fā)明
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及金屬制備和再循環(huán)工藝，該金屬制備和再循環(huán)工藝在冶金工業(yè)中、并且更具體地在用于回收包含在廢料中的金屬(尤其是當(dāng)金屬具有小粒度時(shí))的金屬回收領(lǐng)域中具有應(yīng)用。這些廢料的特征在于，金屬被諸如油、塑料、木材、油漆等的有機(jī)材料所污染，并且它們還可包含無(wú)機(jī)雜質(zhì)。
[0003]本發(fā)明的目的是允許從具有高金屬含量的廢料中去除主要為有機(jī)產(chǎn)物和各種雜質(zhì)的非金屬成分的工藝。盡管工藝可應(yīng)用于各種粒度標(biāo)準(zhǔn)和大小的金屬材料，但該工藝特別地適用于通過(guò)當(dāng)今已知的工藝不可回收的或以低收率和/或低品質(zhì)可回收的小金屬顆粒。工藝適合于大量金屬，所述金屬包括鋁、銅、鎂、鋅等和它們的合金。
[0004]發(fā)明背景
[0005]用于處理被雜質(zhì)尤其是有機(jī)雜質(zhì)污染的金屬的目前的熱工藝具有以下問(wèn)題:
[0006]-金屬在再循環(huán)工藝中隨著溫度增加以及隨著金屬接觸有機(jī)元素而被氧化。這防止了這些元素?zé)釤Y(jié)和制團(tuán)(briquetting)，即形成團(tuán)塊。而且，在該工藝中產(chǎn)生氣體，由于水分而存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，并且冶金收率低。
[0007]-從臟的原材料再循環(huán)的材料的所得品質(zhì)不允許其用于需要高金屬純度和低金屬氧化的應(yīng)用中(合金片、鋁丸、陰極銅等)。
[0008]-包含在通常粘附到金屬的油漆中的負(fù)載(load)不被充分去除。
[0009]-可能有必要提供熔融鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的回收率。這些鹽產(chǎn)生難以再循環(huán)并且具有高成本和環(huán)境影響的熔渣。
[0010]-非常難以再循環(huán)夾層式復(fù)合元件、面板等。
[0011]由于這些問(wèn)題，存在使用已有工藝不能回收的金屬材料流。在其中回收是可能的其他情況中，由于再循環(huán)工藝中金屬經(jīng)歷的污染，冶金收率低和/或再循環(huán)的金屬不能用于具有高純度要求的應(yīng)用中。
[0012]已被建議用于金屬回收的方法之中的是基于燒掉或燃燒與金屬一起存在的諸如塑料、橡膠、樹(shù)脂或紙的有機(jī)部分的那些方法。所述方法需要氧化氣氛，并通常在相對(duì)高的溫度下進(jìn)行。因此，金屬的一部分被氧化，隨之帶來(lái)回收收率的損失。
[0013]金屬材料在氧氣的存在下暴露于相對(duì)高的溫度的事實(shí)由于至少兩個(gè)原因是可疑的，第一，因?yàn)榻饘僭诒砻嫔媳谎趸灰约暗诙?，因?yàn)樽罱K回收的金屬的性質(zhì)通常受過(guò)熱影響。因此，該金屬不具有與在被處理以便去除污染元素之前的金屬的性質(zhì)一樣好的性質(zhì)。
[0014]美國(guó)專(zhuān)利7，976，611描述了用于回收金屬的連續(xù)工藝，其中有機(jī)組分通過(guò)在高溫下直接燃燒被去除。所指示的工藝溫度是在400°C到1000°C之間、優(yōu)選地從600°C到900°C，并指定最優(yōu)選的溫度在700-850°C的范圍中。在這些溫度下添加氧氣允許通過(guò)氧化去除有機(jī)部分，但其具有幾個(gè)缺點(diǎn)。第一，處理溫度對(duì)于大量金屬來(lái)說(shuō)太高，這些金屬包括Al、Mg、Pb，因?yàn)樗鼈兙哂休^低的熔化溫度。第二，如已在上文已提及的，直接的有機(jī)物質(zhì)燃燒工藝產(chǎn)生導(dǎo)致較低的回收收率的金屬腐蝕。在所提到的專(zhuān)利的情況中，該現(xiàn)象是特別相關(guān)的，因?yàn)榻饘僭谘趸橘|(zhì)中在高溫下被處理。第三，所建議的工藝導(dǎo)致必須被保留在用于處理呈氧化物形式的氣體的處理線(xiàn)中的特定金屬的揮發(fā)，產(chǎn)生新的廢物并降低金屬回收收率。
[0015]德國(guó)專(zhuān)利1，370，071使用傾斜的旋轉(zhuǎn)爐，以便通過(guò)以下工藝回收具有粘附的有機(jī)材料的碎片，該工藝包括在存在氧氣的氣氛中將碎片運(yùn)動(dòng)通過(guò)具有上升的溫度梯度的曲折路徑。這表明處理溫度必須是足夠的以便處理溫度使有機(jī)污染物揮發(fā)或氧化，但低于金屬被實(shí)質(zhì)上氧化的溫度。然而，未指定對(duì)于每種被處理的金屬是另外不同的必需的溫度。只指明了用于青銅處理的特定溫度，其至多必須比熔化溫度低200° F。應(yīng)用于許多金屬時(shí)，該溫度限度產(chǎn)生以上提及的問(wèn)題:顯著的金屬氧化和朝氣體出口的高金屬揮發(fā)。當(dāng)處理存在容易揮發(fā)的金屬的金屬混合物時(shí)，此最后現(xiàn)象主要出現(xiàn)。在雜質(zhì)去除過(guò)程之后，本發(fā)明在輸出溫度下或在局部冷卻之后應(yīng)用碎片壓實(shí)系統(tǒng)，可選地接著在熔爐中熔化壓實(shí)的金屬。碎片在高溫、但比被處理的金屬的熔化溫度低500° F的溫度下被壓實(shí)。換言之，壓實(shí)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于半固態(tài)溫度，且因此不確保金屬處于足夠軟的狀態(tài)，以便允許最佳的金屬壓實(shí)。另一方面，此專(zhuān)利不適合對(duì)尺寸大且具有小濃度有機(jī)負(fù)載的金屬起作用。
[0016]用于回收被污染的金屬的其他方法包括在密封室內(nèi)和在沒(méi)有氧氣的環(huán)境中對(duì)金屬和所附雜質(zhì)進(jìn)行加熱，以導(dǎo)致有機(jī)化合物的熱解。該方法通常需要處理小批量的產(chǎn)物，這增加了與連續(xù)工藝有關(guān)的成本。此外，有機(jī)化合物的熱解產(chǎn)生各種各樣的副產(chǎn)物，這使其管理復(fù)雜化。一方面，存在需要重新收集和處理的熱解冷凝物和氣體、大量有機(jī)產(chǎn)物的混合物；并且另一方面，存在粘附到金屬的大量的含碳的廢物。
[0017]美國(guó)專(zhuān)利3，744，779提出了用于通過(guò)“分解蒸餾”有機(jī)組分回收廢棄金屬的連續(xù)工藝，該工藝在金屬相對(duì)不受影響的溫度下在沒(méi)有氧氣的情況下使用加熱進(jìn)行。該工藝實(shí)際上由兩個(gè)高度分化的子工藝組成。第一，金屬?gòu)U物在沒(méi)有氧氣的情況下被加熱，產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物的餾分。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，且仍然與金屬在一起的重有機(jī)化合物被熱解，產(chǎn)生熱解液體和氣體的復(fù)雜混合物。對(duì)從兩個(gè)子工藝釋放的氣體的管理非常復(fù)雜:首先必須濃縮將隨后與在熱解步驟中產(chǎn)生的可濃縮產(chǎn)物混合的從廢物直接揮發(fā)的揮發(fā)性化合物。最終，在熔爐的出口處將產(chǎn)生必須被連續(xù)去除的不可濃縮的熱解氣體。這是很適合于僅被揮發(fā)性有機(jī)產(chǎn)物污染的金屬?gòu)U物的工藝，甚至允許金屬回收，然而，當(dāng)談到具有有機(jī)產(chǎn)物的復(fù)雜混合物的廢物時(shí)，特別是當(dāng)存在非揮發(fā)性的、高分子量產(chǎn)物時(shí)，該工藝具有熱解工藝典型的復(fù)雜性。而且，該工藝有以下缺點(diǎn):一旦獲得最終的金屬，最終的金屬必須通過(guò)物理分離來(lái)處理，并且鹽浴被用于清潔來(lái)自含碳廢物的金屬。由于難以回收的熔渣的產(chǎn)生，鹽的使用具有大的環(huán)境影響。另一方面，必須熔化回收的金屬，以便獲得合適的清潔。
[0018]發(fā)明描述
[0019]本發(fā)明克服了在上文所描述的工藝中所提到的問(wèn)題，并涉及用于從廢料中再循環(huán)金屬的再循環(huán)工藝，該再循環(huán)工藝由三個(gè)子工藝組成。在第一子工藝中，有機(jī)部分在氧化氣氛中在防止金屬氧化的低溫下被氧化。在第二子工藝中，雜質(zhì)殘?jiān)谳^高的溫度下并且在惰性氣氛中被去除，去除粘附到金屬的非金屬組分。優(yōu)選地通過(guò)兩次所提到的熱處理來(lái)連續(xù)地實(shí)施該工藝，最終產(chǎn)生凈金屬(clean metal)。該金屬可適合于直接使用或在經(jīng)歷在非常接近金屬的熔化溫度的溫度下燒結(jié)的第三子工藝之后使用。該工藝還允許處理被例如油或漆污染的金屬，防止使用其他需要添加鹽來(lái)將金屬?gòu)钠淙墼蟹蛛x的工藝。必須強(qiáng)調(diào)的是，該工藝的優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)是它被連續(xù)實(shí)施。
[0020]當(dāng)金屬優(yōu)選地呈具有減小的大小的顆粒的形式并且伴隨有非金屬組分特別是有機(jī)產(chǎn)物時(shí)，用于再循環(huán)金屬?gòu)U物的再循環(huán)工藝是特別合適的。通過(guò)兩個(gè)連續(xù)的子工藝I和2，該工藝的第一階段允許去除與金屬相關(guān)聯(lián)的所有那些有機(jī)材料，諸如冷卻劑、泡沫、塑料、木材等，并且降低污染物(比如油漆負(fù)載)在再循環(huán)金屬中的百分比，而不導(dǎo)致其氧化。因此，在第一階段中，該工藝允許獲得可在不同工業(yè)應(yīng)用中被直接用作二次原料的呈丸(shot)或團(tuán)塊形式的凈金屬。在第二階段中，預(yù)期子工藝3的應(yīng)用，子工藝3允許在非常接近于但小于金屬熔點(diǎn)的溫度下壓實(shí)金屬(如果最終用途如此要求)，獲得類(lèi)似于熔融金屬的最終品質(zhì)。
[0021]因此，由本發(fā)明所提議的總工藝包括結(jié)合三個(gè)子工藝:前兩個(gè)子工藝的目標(biāo)是去除伴隨金屬?gòu)U物的雜質(zhì)，而第三子工藝的目標(biāo)是通過(guò)燒結(jié)處理來(lái)壓實(shí)金屬。
[0022]在子工藝I中，大部分污染材料、特別是有機(jī)部分被去除。材料首先在氧化氣氛中被加熱至低于300°C的溫度。在其中進(jìn)行處理的反應(yīng)器或熔爐設(shè)置有使材料保持運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其可通過(guò)諸如振動(dòng)盤(pán)、旋轉(zhuǎn)等的系統(tǒng)被制作。
[0023]另一方面，在子工藝2中，將由先前的子工藝產(chǎn)生的材料在惰性氣氛中加熱至400-550°C,以防止氧化。在還在運(yùn)轉(zhuǎn)中的此子工藝中，去除諸如爐渣和其他雜質(zhì)的污染材料的剩余殘?jiān)Ｈ缓笸ㄟ^(guò)溫度和機(jī)械處理(摩擦、膨脹等)的組合作用來(lái)分離粘附到金屬表面的無(wú)機(jī)組分。這些無(wú)機(jī)組分可能起源于原始廢物(陶瓷材料、油漆負(fù)載等)或者可能由于有機(jī)產(chǎn)物(爐渣)的不完全燃燒而已經(jīng)在先前的子工藝中產(chǎn)生。
[0024]加熱的兩個(gè)子工藝(一個(gè)子工藝使用氧化氣氛，并且另一個(gè)子工藝使用惰性氣氛，兩個(gè)子工藝均使用控制的溫度范圍)的所述組合允許以新穎且有效的方式獲得不含原始雜質(zhì)且沒(méi)有幾何形狀改變的非氧化金屬。此凈金屬可能已經(jīng)作為二次原料被用在不同工業(yè)應(yīng)用中。
[0025]然而，常常發(fā)生的是，粒狀金屬不能被再循環(huán)和重新用于任何工業(yè)應(yīng)用中。此不可能性或困難的原因通常在于以下事實(shí):小的金屬在氧氣存在的環(huán)境中隨著溫度上升而容易被