CN104105802B - 贱金属回收 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理含金属废物的方法，该方法包括：(i)将粒状含金属废物引导至等离子体处理装置中；(ii)等离子体处理该粒状含金属废物以形成熔渣层，和任选地熔渣层下方的金属层；及(iii)从等离子体处理装置回收熔渣和/或金属；其中该等离子体处理装置包含用于容纳熔渣层和任选的金属层的导电炉缸，设置于炉缸之上的用于含金属废物的一个或多个入口，和设置于炉缸之上的电极，使得在使用时在电极和炉缸之间形成等离子弧，且其中设置用于粒状含金属废物的一个或多个入口，使得在使用时，在接触熔渣层之前通过等离子弧加热该被引导至等离子体处理装置中的粒状含金属废物。

Description

贱金属回收
技术领域
本发明涉及一种用于在炉中精炼矿粉、尾矿和其它含金属废物而不需要复杂的预处理的方法。特别地，该方法通过等离子体处理装置的使用提供了含金属废物的有效且安全的热处理。
采矿和金属精炼工业产生了被称为尾矿的细粉末废物和含金属泥渣，其与常规的处理技术不兼容。常规的技术包括烧煤气的炉子(回转窑和转底炉)和埋弧炉。因此常将该材料填埋和堆放，这代表大的资金损失和对环境的显著影响。
由于需要化石燃料和氧化剂气体例如空气或氧，因此回转窑和转底炉具有需要高的气体流量的缺点。这些高的气体流量是由加热该炉所需的燃烧导致。该高流量还导致了颗粒带走，特别是具有细颗粒矿石的颗粒带走。因此，大量的进料将绕过(bypass)该炉或使该炉短路(short circuit)。这意味着回收效率低于所需要的，且在处理气体所带走的颗粒的废气净化***(例如集尘室)上存在额外的负担。烧煤气的炉子的第二个缺点是不能脱离该工艺化学来控制温度。在烧煤气的炉子的操作期间，对燃烧气体的需要限制了在炉内发生的可获得的还原程度。由于以上所述的结果，这样的炉被有力地限于从团块进料制备直接还原的铁。
在埋弧炉(SAF)中电极浸于熔渣/进料水平线之下，且电弧通过熔渣/进料在电极之间运行。在弧的存在下，进料中的水将蒸发为蒸汽。在进料的表面下水的蒸发导致快速膨胀/***，这可为危险的。埋弧的剧烈作用倾向于迫使一部分细颗粒离开该熔体，这污染该熔渣和/或设备(特别是废气***)。已知通过添加预处理过程例如将原料材料干燥、制团或制粒解决了这些问题中的一些。但是，这增加了显著的成本和时间。
此外，SAF操作取决于熔渣电阻率，其随温度、密度、空隙空间和组成而变化。这可限制工艺化学且导致在启动期间的延迟。SAF通常使用交流电且通常具有用于三相电源的三个电极。电极通过与熔渣和不稳电弧移动的相互作用而被迅速消耗。电极是大的，但由于高的电极磨损速率必须频繁更换。而且，该SAF配置倾向于导致在经处理的进料中的热点和冷点，这阻止反应接***衡，阻止熔渣中的完全反应，且导致耐火材料的较快磨损。
US4518417公开了用于还原含氧化物的细颗粒矿石的等离子体处理设备。通过炉的侧边切向引导该矿石和还原剂以产生气旋运动。据说这使颗粒对等离子体源的暴露最大化，但会导致颗粒的显著夹带以及冷却和堵塞问题。另外，经水冷的进料喷管暴露于等离子体加热炉的热量会使该喷管容易失效，从而迫使该炉操作停工。该排放孔允许炉气泄出和空气进入炉中。这将有害地影响工艺化学、技术金属回收率和/或释放有毒的一氧化碳气体。
在US4518417的方法中使用的进料材料均被预干燥。EP0173425、US4571259和GB2465603中描述了相似的方法。
WO97/49641涉及一种用于处理危险和/或放射性废物的方法。鉴于该原料，该方法以不具有溢流的间歇方式运转。该方法的目的是熔化和玻璃化该原料材料，而不是回收商业上有用的产物。
因此，需要缓和至少一些与现有技术相关的问题或至少另外提供商业上有用的备选的方法和设备。
因此，在第一个方面，本发明提供了用于处理含金属废物的方法，该方法包括：
(i)将粒状含金属废物引导至等离子体处理装置中；
(ii)等离子体处理该粒状含金属废物以形成熔渣层，及任选地熔渣层下面的金属层；及
(iii)从等离子体处理装置回收熔渣和/或金属；
其中等离子体处理装置包括用于容纳熔渣层和任选的金属层的导电炉缸，设置于炉缸之上的用于粒状含金属废物的一个或多个入口，和设置于炉缸之上的电极，使得在使用时在电极和炉缸之间形成等离子弧，且
其中设置用于粒状含金属废物的一个或多个入口，使得在使用时，在接触熔渣层之前通过等离子弧将该被引导至等离子体处理装置中的粒状含金属废物加热。
在以下段落中更详细地限定了不同方面/实施方案。可将如此限定的每个方面/实施方案和任何其它方面/实施方案或多个方面/实施方案组合，除非清楚表明为相反的。特别地，可将表明为优选或有利的任何特征和表明为优选或有利的任何其它特征或多个特征组合。
本发明涉及优选在化学还原性条件下精炼含氧化物的细颗粒废物例如矿石以产生有用的产物的方法。该产物将通常包括熔融的熔渣和气体相，但有时还包括分离的熔融金属相。通过将有价值的组分浓缩为不同的(一种或多种)相和/或从所需的相清理不需要的组分而进行该精炼。熔化该含氧化物的矿石颗粒，且有时在耐火材料衬里的熔化容器(炉缸)中优选在含碳还原剂的存在下通过转移弧等离子体电极的作用将其还原。
此外，本发明提供了一种熔炼方法，其中在单一步骤中熔化、还原和分离细粒状废物或金属氧化物。有利地，该熔炼方法可使用任何细颗粒矿石、泥渣或金属氧化物且不需要在进料之前进行制团。优选将该矿石和还原剂掺混，且任选地根据需要还和熔剂材料掺混。然后使用进料机构通过等离子体加热炉的顶部进料。在弧的存在下该进料将在顶部空间中部分反应，其中水被蒸发。气流低以至于废气中的颗粒带走低，以此方式通常低于2％的进料分开。然后该进料落到熔池的熔融表面上，在此其暴露于来自弧的进一步的热量(热炉顶操作)。在还原性条件下，该进料将部分或全部反应为产物且被吸收入熔体中。
本发明提供了用于处理粒状材料的泥渣的连续方法。即，已发现该电极和进料***的配置理想地适用于泥渣的处理，因为该***与已知的现有技术方法相比可良好处理湿的原料材料，且并不促进材料至废气***的显著损失。而且，为了容易处理，优选将该还原剂和/或熔剂与原料预掺混。处理湿泥渣的能力允许工艺简化和较低的操作成本，因为不需要单独的预干燥步骤。
在处理期间该金属层将优选为熔融的金属层。这允许通过加热来精炼该金属且允许金属从处理容器容易的排放。当弧接触容器内容物时该熔渣层也将优选为熔融的。这是所谓的“热炉顶”操作。
本发明人已提供了理想地适用于从粒状含金属废物回收有用材料的***。该进料***和低的气体流量意味着可处理细颗粒。因此，颗粒夹带非常低，一般为1-2％，且不需要复杂的预处理。此外，该炉配置是耐水的，因为水在顶部空间中蒸发，而不像在埋弧炉中其可在熔渣层中蒸发，且导致蒸汽增压和随之发生的***。优选地，使存在于含金属废物、熔渣层和/或金属层中的水和任何其它挥发性的物质通过废气***。
该粒状含金属废物是细粒状材料，其包括一种或多种最通常地处于金属氧化物等形式的金属性元素。待通过本发明处理的矿石和金属氧化物并不限于以下给出的具体实例中的那些，而是还包括钛、铬、锰等的氧化物矿石和氧化物以及含铁、镍和铜的硫化物矿石。待处理的矿石包括但不限于原矿石、精矿、废物、经处理的产物和废料(sweep)。该粒状含金属废物优选包括尾矿或粒状矿石。
由于它们的细尺寸，由以上所讨论的问题所致，使用常规的技术处理这样的材料倾向于为不经济的。该粒状含金属废物可处于基本上干燥粉末、粒料的形式或处于泥渣的形式。由于本方法对于处置“湿的”材料的特别适用性，因而优选泥渣。通过常规的技术不能容易地处理这样的泥渣。泥渣将优选地为含水泥渣。然而，泥渣可包含有机液体。优选地，在处理之前使泥渣经受脱水以避免还原剂和电功率的无效使用。泥渣当然意指包含粒状材料的半固体材料且被认为是本领域中的一个术语。
该废物还可包括或掺混有还原剂和熔剂材料中的至少一种。优选地，将该废物与熔剂和至少一种还原剂掺混。
优选地，这些其它组分也处于粒状形式。可使用前者以在炉缸中获得从熔渣分离的金属产物。后者有助于控制和操纵该熔渣一致性和形式。合适的熔剂材料是公知的，且包括例如Al2O3、CaO和SiO2。对于正在处理的具体废物可容易地调节熔剂和还原剂的所需量。
该还原剂优选为固体还原剂材料。优选地将其和含金属废物引导至等离子体处理装置中，且可在引导之前将其掺混。合适的还原剂优选为碳质材料，例如木炭或具有高的固定炭含量的材料。或者，可根据用于方法例如金属热还原的正在处理的废物材料来选择金属。该还原剂可为金属氧化物。该还原剂优选地以粉末形式提供，且优选地具有和粒状含金属废物基本上相同的颗粒尺寸。在另一个实施方案中，该还原剂可为气体还原剂，优选为甲烷。
该粒状含金属废物优选地具有小于10mm，更优选小于5mm，且更优选小于0.5mm的平均最长粒径。最优选的颗粒小于1mm。该颗粒优选为平均至少0.001mm。这可使用光学显微镜测量。
优选地该废物包括至少10ppm的可回收金属。更优选地该废物含有至少100ppm且更优选地为100～100,000ppm的可回收金属。该方法能够处置更高含量材料，且如将理解的，金属含量越高，潜在产率越高。
将用于粒状含金属废物的一个或多个入口设置为邻近第二电极使得在使用时通过在电极和导电炉缸(其形成对电极)之间形成的等离子弧加热该粒状含金属废物。即，设置入口充分靠近电极，使得粉末落到靠近电极和炉缸之间形成的弧。这导致了在材料进入熔池之前其强烈的预加热。此加热优选地导致存在于原料材料中的任何水分的完全挥发。因此，在熔池中存在最小化的水分且可避免与SAF相关的缺点。
优选地该方法进一步包括精炼该熔渣以获得金属氧化物和/或精炼该金属以获得一种或多种金属或合金。可将该熔渣和/或金属浇铸到铸造台上以冷却。这允许薄的(优选地小于3cm，更优选地小于1cm)脆片材的形成，可使其破碎和经受已知的回收技术。这样的技术包括涡流回收、磁性回收等。可通过任何已知的技术破碎该片材，且如果在破碎后尺寸合适，可将其回收至该方法中。或者，可由该材料铸造整体锭用于随后的处理。
优选地可将至少一部分熔渣材料回收至等离子体处理装置中。这允许来自原料材料的较高回收产率。
优选地，通过从炉缸壁斜向上且位于熔渣层的表面下的出口从熔渣层回收熔渣。配置该通道从而不会渗入下金属层中。这样的熔渣出口的使用防止了通过任何气体物质或气体所带走的物质的炉缸(炉腔室)短路。因此通过熔渣本体防止了气体物质或气体所带走的物质离开反应室。这还增加了进料离开炉(推流)所必须经过的距离且防止了在连续操作期间进料短路。这还允许在工程炉停留时间之后的分离的熔渣和金属排放(如果需要)。此外，斜向上的通道导致在炉内已知和可控的熔体高度，以及因此改善的稳定性或操作条件。
优选地该方法是连续方法。即，通过连续的溢流将熔渣排放。一旦已累积了充足的金属，就可分批次移除金属层(如果存在)。优选地保持至少金属踵状物(metal heel)即一定量的熔融金属和炉缸接触。这防止炉缸材料的腐蚀性磨损且充当保护性阻挡体。通过具有用于电流通过永久性液体金属池(包含于与几个大的集流体/电极电接触的炉的导电炉缸)的返回路径，保护该炉缸和电极免受弧和高的局部电流密度及该炉的内部环境。这避免了该电极熔化和与熔池合金化。
优选地将粒状含金属废物重力自流进料至等离子体处理装置中。即，优选地使该粉末落入等离子体处理装置中而不被带走入气体射流等中。这有助于使容器中的气体中断最小化并且降低任何粒状物质不需要的带入废气***中。如将理解的，废气***中任何粒状材料的存在可导致过滤器的阻塞，且还导致有价值的材料的损失。因此进料入口优选地在反应炉的顶部且位于紧密靠近第一电极处。
该等离子体处理装置包括至少一个电极和一个对电极。通过导电炉缸提供该对电极。配置这些使得在使用时可在电极之间形成通过原料材料的电弧。这导致了材料的非常强烈的加热。此外，该配置可产生正在处理的固体材料中的对流，这显著降低了加温时间。
优选在至少1100℃的整体炉温下进行该等离子体处理。优选地该温度为1400～2500℃，且更优选为1400～1600℃。这些提高的温度允许对于经处理的材料采用适当地短暂的停留时间的快速处理。
在本方法中使用的设备中，炉缸的内表面形成了电极。在该配置中可将该炉缸称为返回电极。可存在和炉缸电连接的常规电极以形成此对电极。该第一电极位于炉缸之上。可操纵该第一电极以提高/降低电极的分离。这有助于引发等离子弧。优选地该第一电极由石墨形成。
可将两个或更多个电极设置于炉缸中或形成炉缸的一部分，使得在操作中该弧可从第一电极通向这些电极的任一个。本发明人已发现，此配置例如与其中在转移弧模式中使用设置于炉缸(其不充当电极)之上的两电极的配置(但是如果需要也可使用该配置)相比具有功率分布和电接触的改善均匀性。
优选地在还原性气氛中进行等离子体处理。优选地该气氛是贫氧的。即，该气氛具有小于1体积％、更优选地小于0.1体积％的氧且最优选地基本上不存在氧(即非常低的分压)。贫氧气氛的使用允许存在于原料(还原剂和废物)中的金属的还原以产生金属产物。
优选地将该炉缸间接水冷。这有助于保持接近炉缸表面的材料的保护性层以保护该炉缸免于腐蚀。其优选地由耐火材料形成为耐磨的，且能够经受高温和腐蚀性条件。此外，该炉缸提供有导电内表面。
根据第二个方面，提供了一种用于处理含金属废物的设备，该设备包括：
包含用于容纳金属层和上覆熔渣层的导电炉缸的等离子体处理装置，设置于炉缸之上的用于粒状含金属废物的一个或多个入口，设置于炉缸之上的电极，使得在使用时可在炉缸和电极之间形成等离子弧，且
其中将用于粒状含金属废物的一个或多个入口设置为邻近电极，使得在使用时通过等离子弧加热该粒状含金属废物，
其中该电极是可移动的，以调节电极和炉缸的分离；
该设备还包括研磨和/或分类装置，用于提供通过一个或多个入口引导至等离子体处理装置中的粒状含金属废物。
该电极优选为可垂直调整的，使得其可相对于炉缸而升高或降低。尽管仅需要一个电极，但是将理解可在炉缸之上提供一个或多个电极。而且，该炉缸可形成对电极或可与一个或多个对电极电联通。
该设备优选地还包含用于在等离子体处理装置内，特别是在处理区域内提供负压的装置。当使用时优选保持该等离子体处理装置且特别是该处理区域为密封的。
现在将参考附图仅举例描述本公开的非限制性实施方案，其中:
图1显示了用于进行本发明的方法的合适的等离子体处理装置的图示。
图2显示了当使用不同量的碳还原剂时产物中的TiO2和FeO的实际和预测浓度。
图3显示了详细描述本发明的方法的关键步骤的流程图。
在图1中显示了炉1。炉1提供有第一电极或焊炬5。该炉1包括位于第一电极5周围的几个进料口10，使得在使用时被进料到炉1中的进料15落到靠近第一电极5和第二电极21之间间接形成的等离子弧20处。该炉1内衬有耐火材料25，具有水冷30和废气管35。其它显著的部件包括：金属排放孔40；底流/溢流排放孔45；热隔绝该导电炉缸的石墨坩埚50；及备用排放孔55。在使用时，在炉1中存在具有稳定的熔渣溢流水平线65的熔渣60。在使用时，在炉1中存在金属层70，且存在残余的金属踵状物80以保护石墨坩埚50。该炉1具有钢壳体75。
图2显示了在不同碳浓度下TiO2和Fe2O3的熔渣产物浓度。该结果来源于四次测试的熔渣分析，其具有用于比较的最佳拟合线和热力学预测线。明显的是在理论和实际测试结果之间存在显著的不同。在图2中，轴为在x轴上的添加至掺混物的碳(钛铁矿的％)和在y轴上的浓度(重量％)。在约13重量％的浓度处开始的最下面的数据线是预测的FeO浓度。将FeO的实际结果描绘为在约34重量％处开始的线上的菱形。所描绘的菱形与就Al2O3而校准的值紧密匹配，在14％的碳添加处除外，在该处星形标绘点并不和菱形标绘点重叠。在约67重量％的浓度处开始的最上面的数据线是预测的TiO2浓度。将TiO2的实际结果描绘为正方形(具有例如在14重量％碳和56重量％处的数据点)。就Al2O3而校准的值显示为空心正方形且具有在50重量％处开始的最佳的拟合线。
图3显示了本发明的方法的关键步骤的流程图。在步骤A中将粒状原料进料至反应炉B中且采用等离子体进行处理。该原料形成废气C、熔渣层D和金属层E。将废气C进料至废气处理装置。可将熔渣层D回收至该方法中作为原料的一部分。可在步骤H中提取和精炼金属层E以产生纯金属产物I。
现在关于以下非限制性实施例进一步描述本发明。
在图1中显示了设备的实例。该方法在耐火材料衬里(D)的转移弧等离子体加热炉(参见图1)中进行，该炉具有在惰性气体(通常为氮)下操作的石墨电极或等离子体焊炬(C)。将第二电极附接于容纳液体金属电极的耐火导电炉缸(H)结构。通常需要外部间接水冷(E)，用于耐火材料保护且还确保电极或焊炬、进料器和底部电极的稳定性。这提供了安全性、较长的耐火材料寿命、较高的热通量密度和进料密度。可在正常操作期间操纵该电极或焊炬上下以改变弧长，且还允许在操作开始时引弧。可使电极成一定角度并旋转以均匀地分散熔化能。产生弧的直流电(D.C.)源仅提供有一个第一电极。为了可靠性和持久性，设计电极或等离子体焊炬部件以允许在炉操作期间容易的替换或补充。使用机器人或操纵器以远程处置电极/焊炬。在将最终排放物释放至大气之前需要废气***以处理来自炉(A)的气体。其包括常规的设备，通常为燃烧器、粒料过滤器和基于液体或固体吸附剂的洗涤器和烟道/烟囱。
通常将矿石和碳还原剂，且有时和熔剂掺混并使用进料***从顶部进料，该进料***通常包括螺旋输送机、重力自流进料机和失重(LiW)进料***。该矿石进入炉(1)且在顶部空间中部分反应，水在这里蒸发。进料落到熔池(2)上，在此通过由等离子体能量驱动的反应将其转化为产物。通过密度差异进行熔池中产物的分离。该金属分离并形成下层且残余的氧化物变为上熔渣层的一部分，硫化物矿石出现了相似的情况，但此处形成了冰铜和熔渣层。底流/溢流排放孔设计(G)允许连续的熔渣释放和移除，同时防止进料使该炉短路，即在炉内在一定温度下保持预定的停留时间。熔渣排出点位于熔渣层的底部，因此进料必须向下移动以离开炉，且通过该阶段其将反应和分离为不连续的下金属性层和上陶瓷层，由此防止了进料旁路。金属渗滤并在该炉的基底处积累。一旦积累了充足的金属，就可将其从熔渣溢流单独排放，或者将其连同熔渣的主体一起排放，然后在下游处理期间随后在该炉外将其分离。该金属排放孔并不位于该炉中的最低点，使得该炉并不排放“干”且保留液体金属池以保护导电炉缸免于弧。该导电耐火材料保护电极免于与熔池直接接触和散出热量，否则该热量会导致耐火材料和电极的熔化/侵蚀。该导电耐火材料由单独的导电耐火材料砖(通常是石墨或浸渍碳的材料)制成，将其组装以形成盘形。第三个备用排放孔位于最低点以确保金属池的不经常的排空，用于耐火材料炉缸的检查和保养。通过吹氧穿过排放孔端口进行产物回收。熔渣从底流-溢流口(4)流出。在耐火材料衬里的金属罐中收集产物。
实施例1
熔炼钛铁矿粉(TiFeO3)用于TiO2和铁的提取。
本发明的应用的一个实施例是将钛铁矿粉(TiFeO3)碳热还原为铁金属和富二氧化钛的熔渣。以连续或间歇方法，以每100kg钛铁矿约14kg碳的比率将钛铁矿(表1中的组成)和碳掺混。然后使用进料机设备，通过等离子体加热炉的顶部进料。在等离子体加热炉内所需的气流低，因此使颗粒的带走最小化。经掺混的进料漂浮在熔池上，在此其通过靠近DC弧而被熔化并反应。选择等离子体功率和进料速率以提供用于反应的充足能量，且以克服在温度下该过程的热损失，该热损失是由氧化铁被部分还原为铁导致。约10％的残余氧化铁留在熔渣中，其余起到自熔二氧化钛熔渣的作用且因此降低熔化温度至1500℃。二氧化钛和铁两者均为熔融液体且通过重力进行分离为不同的层。底流/溢流排放设计允许连续的操作，同时保证没有进料使该炉短路。可将液体分别排放或一起排放且随后分离。
表1中显示了产物熔渣的组成。取决于进料杂质，该熔渣将为至多80％的TiO2。该金属产物将为约90％-95％Fe。两种产物均具有商业价值且将二次废物最小化。
表1
钛铁矿 熔渣
Na2O 0.28 0.45
MgO 2.90 5.49
Al2O3 2.19 6.20
SiO2 2.75 6.02
CaO 0.47 2.72
TiO2 38.08 76.28
Mn3O4 0.20 0.34
Cr2O3 0.15 0.00
Fe2O3 52.40 1.97
总和 100.00 100
图2显示了在不同碳浓度下TiO2和Fe2O3的熔渣产物浓度。结果来源于四次测试的熔渣分析，其具有用于比较的最佳拟合线和热力学预测线。明显的是，在理论和实际测试结果之间存在显著的差异。氧化铁线(对于给定的FeO浓度)之间的水平距离表明需要高于热力学预测水平额外35％的碳以达到所需的结果，这对于此方法是常见的。可能该条件并不完全达到热力学平衡且存在于炉中的分离和混合机构阻止了碳的完全反应。该碳有时被金属中的偏析和优先浓缩所消耗，且通过重力分离为其导致反应区域背离热力学预测的程度。这些效应被统称为“碳衰减”。
以上可清楚地观察到实际结果和预测结果随着碳掺混比上升而变得更加靠近。这是因为预测结果达到渐近极限，如果反应由过量的碳驱动至完成，则实际结果可追上该渐近极限。在渐近极限点处的该熔渣化学组成由来自进料材料、还原剂和炉耐火材料的杂质决定。在这些实验中存在来自耐火材料的一些偶存污染，因为并没有为了所得的熔渣***的化学组成而将该***优化，因此如图2所示修正结果以解释这一点。
实施例2
使用DC电弧炉回收不锈钢粉/泥渣废物至对于在熔化车间中再使用来说可接受的条件。
本发明的应用的第二个实施例在来自钢制造的不锈钢废物的回收中。不锈钢的制造产生了副产物例如氩氧脱碳尘(AOD)、电弧炉尘(EAF)、轧钢皮、浆料及其混合物。这些废物含有有价值的金属氧化物例如铬、镍和铁，但由于锌污染和因柔度(compliance)阈值、细颗粒和/或水含量的夹带导致的生产量限制，因而不能在熔化车间中直接得到回收。使用我们的发明，我们能够将这些废物预处理为对于熔化车间可接受的形式。为了证明这一点，添加碳来碳热还原该氧化锌以使其蒸发且分离，留下清洁的金属价值。该进料通过进料***进入该炉且在辐照加热的存在下水在顶部空间中蒸发。如以前的低气体流量保证了使夹带至废气***中的细颗粒最小化。在熔池中将氧化锌还原为锌金属，该锌金属被蒸发进入废气流中且因此和剩余金属分离。然后在后炉燃烧室中使锌再氧化并将其收集在集尘室中。选择等离子体功率和进料速率以供应用于反应和热量损失的恰当功率。可通过底流/溢流排放将熔渣和金属分离。可将经掺混的材料连续地溢流，用于在外部耐火材料衬里的经加热的钢包中的分离。将其它非挥发性的金属如Cr、Ni、Mg和Fe还原和回收作为铁合金。这留下用于在熔化车间中再使用的清洁金属层和惰性熔渣相。表2显示了在本发明的该应用中的工艺流的组成。表3显示了元素例如金属中的：铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)和钼(Mo)的优异的分开和回收效率。预测这些金属价值的一般回收自身足以支付资金和操作成本。表2显示了进入和离开炉的流组成。注意如何将有价值的金属浓缩为一种相。可通过向该***添加更多的能量和碳质还原剂来提高该技术回收率，但是经常存在成本和收益的平衡，且所显示的实施例是典型的现有工业情况。
表2工艺流的质量和元素组成。金属元素以氧化物存在于集尘室尘和熔渣流中，但以金属存在于金属流中。
进料 集尘室尘 熔渣 金属
质量/Kg 1000 153 260 390
C 1.45％ 0％ 0％ 4.76％
Si 4.61％ 0.60％ 21.87％ 0.05％
Cr 12％ 1.60％ 9.14％ 15.85％
Al 1.1％ 4.70％ 4.06％ 0.00％
Ca 9.97％ 0.70％ 38.32％ 0％
Mg 1.33％ 3.00％ 3.35％ 0％
Mn 2.87％ 1.10％ 7.33％ 1.54％
Fe 35.82％ 4.70％ 2.73％ 65.87％
Mo 0.3％ 0.10％ 0.02％ 0.46％
Ni 2.53％ 0.80％ 0.19％ 4.58％
Zn 10.2％ 66.80％ 0％ 0％
Cl 0.1％ 0.60％ 0％ 0％
Pb 0.03％ 0.20％ 0％ 0％
其它 12.13％ 15.10％ 12.34％ 6.86％
总和 100％ 100％ 100％ 100％
表3显示了输出流处(across)进料的元素组分的分开。可将技术回收率提高得更高但并不经济。
表3工艺流处的元素的分开
尘 熔渣 金属 总和
Al 43.06％ 63.21％ 100％
C 87.41％ 12.59％ 100％
Ca 1.07％ 99.93％ 100％
Cl 91.80％ 100％
Cr 2.04％ 19.80％ 75.29％ 100％
Cu 73.23％ 100％
Fe 2.16％ 2.13％ 99.12％ 100％
Mg 28.42％ 53.93％ 100％
Mn 5.86％ 66.40％ 27.02％ 100％
Mo 5.10％ 1.73％ 89.72％ 100％
Ni 4.84％ 1.95％ 89.84％ 100％
O 74.62％ 25.38％ 100％
Pb 102.00％ 100％
S 7.98％ 100％
Si 1.45％ 89.97％ 0.66％ 100％
Ti 49.64％ 100％
Zn 100.20％ 100％
其它 19.05％ 26.45％ 22.06％ 100％
实施例3
使用DC电弧炉将铁-锰金属泥渣预处理至对于在埋弧炉中进行再循环来说可接受的条件。
本发明的应用的一个实施例是将铁-锰金属泥渣预处理至对于在埋弧炉中进行再循环可接受的条件。本发明不像SAF，其具有安全地接受含有一些水的进料材料的能力。在SAF中使用湿的泥渣金属废物流之前可使用本发明作为预处理步骤用于它们的回收。这对目前操作产生了含有有价值的金属的泥渣的废物流的大型SAF的公司是特别有用的，因为用于废物处置的填埋成本在上升。
将该原料泥渣(表4中的组成)和20％石灰掺混且将其进料至DC电弧炉中。在辐照加热的存在下，水在顶部空间中蒸发。在熔池中低熔点金属例如锌、钾和铅蒸发为蒸气相。该石灰降低了熔渣的粘度和熔点，使其较易于处理。表5中显示了排放的熔渣的组成。然后通过底流-溢流排放连续地移除产物，这防止了进料短路且保持炉气和外部空气隔绝。
表4用于热力学模拟的泥渣废物组成
物质 归一化的组成平均％(w/w)
Al2O3 3.663
CaO 3.730
Fe2O3 1.225
MgO 4.582
MnO 40.781
K2O 7.458
SiO2 29.903
Na2O 0.969
Zn 1.908
Ba 0.163
B 0.087
Cd 0.042
Pb 0.352
Hg 0.004
P 0.056
As 0.005
C 3
S 0.286
H2O 2.654
总和 100
表5预测的熔渣组成
物质 归一化的组成平均％(w/w)
CaO 28.0
MgO 4.3
SiO2 26.5
Al2O3 3.3
MnO 36.5
FeO 0.5
总和 99
如将理解的，本发明人已提供了理想地适用于从粒状含金属废物回收有用的材料的***。该进料***和低气体流量意味着可处理细颗粒。因此，颗粒夹带非常低，一般为1％，且不需要复杂的预处理。
该炉配置可耐受水，因为水在顶部空间中蒸发，不像在埋弧炉中它可在熔渣层中蒸发且导致蒸汽增压。
本发明是用于均在相同的容器中熔化、还原和分离的单一步骤方法。具有受保护的返回电极和耐火材料的永久性金属池和导电炉缸防止金属和金属性电极材料合金化，用于长操作寿命。
连续进料和熔渣溢流改善了材料生产能力且溢流排放的设计防止进料的短路。此外，熔渣溢流的设计防止熔渣层在连续操作期间在炉中近似垂直移动，这改善了控制和操作性能。在连续溢流操作期间熔渣溢流的设计进一步密封该炉而免受大气，这阻止了CO气体逸出或空气进入。
进行进料材料/废物的浓缩和去毒/清洁且可回收内在的材料价值以支付或抵偿资金和操作成本。熔渣中的材料的浓缩可允许熔渣自身为产物，导致接近零二次废物。
除非本文中另有描述，否则所有的百分比均为以重量计。
尽管本文中已详细地描述了本公开的优选实施方案，但本领域的技术人员将理解可对其作出改变而不偏离本公开或所附的权利要求书的范围。

Claims (20)

1.用于处理含贱金属废物的方法，该方法包括：
(i)在重力下将湿的粒状含金属废物进料至等离子体处理装置中，其中等离子体处理装置包括炉；
(ii)等离子体处理该粒状含金属废物以形成熔渣层，及任选地熔渣层下方的金属层；及
(iii)从等离子体处理装置回收熔渣和/或贱金属；
其中该等离子体处理装置包含用于容纳熔渣层和任选的金属层的导电炉缸，设置于炉缸之上的用于粒状含金属废物的一个或多个入口，和设置于炉缸之上的电极，使得在使用时在电极和炉缸之间形成等离子弧，
其中邻近电极并充分接近电极设置用于粒状含金属废物的一个或多个入口，使得在使用时，在接触熔渣层之前该被引导至等离子体处理装置中的粒状含金属废物落到靠近电极和炉缸之间形成的弧且受到等离子弧的加热，使得存在于湿的粒状含金属废物中的任何水分在炉的顶部空间得到完全挥发，
其中电极由石墨形成；
任选地，其中所述湿的粒状含金属废物包含：
(i)来自钢制造的不锈钢废物，且回收包含铬、铁和镍的金属层；或
(ii)铁-锰金属泥渣；或
(iii)钛铁矿粉，所述熔渣包含二氧化钛，且从矿石回收金属铁；或
(iv)钛、铬、锰的氧化物矿石和氧化物以及含铁、镍和铜的硫化物矿石。
2.根据权利要求1的方法，其中使存在于含金属废物、熔渣层和/或金属层中的挥发性物质通过废气***。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中将还原剂材料和含金属废物引导至等离子体处理装置中。
4.根据权利要求3的方法，其中该还原剂为固体还原剂。
5.根据权利要求3的方法，其中该还原剂为碳质材料或金属。
6.根据权利要求3的方法，其中该还原剂为气体还原剂。
7.根据权利要求3的方法，其中该还原剂为甲烷。
8.根据前述权利要求1-2和4-7中任一项的方法，该方法进一步包括精炼该熔渣以获得金属氧化物和/或精炼该金属以获得一种或多种金属或合金。
9.根据前述权利要求1-2和4-7中任一项的方法，其中通过从炉缸壁斜向上且位于熔渣层的表面下方的出口从熔渣层回收熔渣。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中该方法是连续过程。
11.根据权利要求10的方法，其中允许该熔渣从该等离子体处理装置连续溢流。
12.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中粒状含金属废物包含废物尘、尾矿或矿粉。
13.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中将从熔渣层回收的熔渣的至少一部分研磨和再循环至等离子体处理装置中。
14.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中将该粒状含金属废物重力自流进料至等离子体处理装置中。
15.根据权利要求3的方法，其中粒状含金属废物和还原剂材料中的至少一种具有小于10mm的平均最长粒径。
16.根据权利要求3的方法，其中粒状含金属废物和还原剂材料中的至少一种具有小于1mm的平均最长粒径。
17.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中在以下条件下进行等离子体处理：
(i)在1400～2500℃的温度下；和/或
(ii)在贫氧气氛中。
18.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中该炉缸为：
(a)间接水冷的；和/或
(b)由耐火材料形成。
19.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中在等离子体处理期间保持一定量的熔融金属和炉缸接触。
20.根据前述权利要求1-2，4-7和11中任一项的方法，其中该粒状含金属废物为泥渣形式。
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