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Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung
Br. 11918/72 vom 14. März 1972 in Anspruch genommen.
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Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen von Metallen aus Metall/Schlacke-Gemischen
Die Erfindung bezieht sich auf das RUck- bzw. Wiedergewinnen von Metallen aus Metall/Schlacke-Gemischen
und insbesondere auf die Wiedergewinnung von Blei aus Blei/Schlacke-Gemischen.
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Ein gegenwärtig praktiziertes Verfahren zur Wiedergewinnung von Blei
aus Blei/Schlacke-Gemischen umfaßt die Anwendung von Temperaturen im Bereich von
8000 C, bei welcher Temperatur sowohl das Blei als auch die Schlacke geschmolzen
sind und separate Schichten bilden, so daß das geschmolzene Blei abgezogen werden
kann.
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Erfindungsgemäß besteht ein Verfahren zur Wiedergewinnung eines Metalles
aus einem Metall/Schlacke-Gemisch darin, daß das Gemisch auf einer Temperatur gehalten
wird, bei welcher nur das Metall sich zumindest -in einer plastischen Form, vorzugsweise
flüssigen Form, befindet und daß das Gemisch einer Kraft (oder Eräften) ausgesetzt
wird, um das Metall aus dem Gemisch herauszutreiben.
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Vorzugsweise umfaßt ein Verfahren -zur Wiedergewinnung eines Metalls
aus einem Metall/Schlacke-Gemisch erfindungsgemäß den Verfahrensschritt des Heißpressens
des Metall/ Schlacke-Gemisches bei einer solchen Temperatur und unter anwendung
eines solchen Druckes daß das Metall aus dem Metall/Schlacke-Gemisch herausgequetscht
wird.
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Der Ausdruck "Heißpressen" sollte nicht so ausgelegt werden, als
beziehe er sich nur auf den Typ von. Verfahren, bei welchem ein Material in einem
Matrizen- oder Gesenkgerät behandelt wird, sondern er sollte auch so verstanden
werden, daß er andere Verfahren umfaßt, bei denen ein Material Temperatur und Druck
ausgesetzt wird, z.B. das Warmwalzen.
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Die Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zum Wiedergewinnen des
Metalls aus einem Metall/Schlacke-Gemisch ohne "Pressen", wobei das Verfahren die
Verfahrensatufen des Erwarmes des Metall/Schlacke-Gemisches auf eine Temperatur,
bei welcher nur das Metall in flüssiger Form vorliegt, sowie des Vibrierensdes Gemisches
derart, daß das Metall von der Schlacke getrennt wird, umfaßt.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Wiedergewinnen
eines Metalls aus einem Metall/Schlacke-Gemisch, bei dem das Metall/Schlacke-Gemisch
heißgepreßt und gleichzeitig vibriert wird, so daß das Metall aus dem Gemisch herausgequetscht
oder von diesem auf andere Weise getrennt wird.
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Es versteht sich, daß das Wiedergewinnen von Metall bei Anwendung
der vorliegenden Erfindung nicht die Notwendigkeit des Erhitzens einschließt, um
sowohl das Metall als auch die Schlacke einem geschmolzenen Zustand zu erhalten,
und somit kann das Metall bei niedrigeren Temperaturen, als sie bisher verwendet
wurden, wiedergewonnen werden. Die Temperatur, bei welcher dasMetall wiedergewonnen
wird, wird durch die Temperatur bestimmt, bei welcher das Metall sich in einem Zustand
befindet, der dessen Trennung von dem Gemisch oder dessen Zerausquetschen aus dem
Gemisch erleichtert.
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Im typischen Fall wird die verwendete Temperatur hoher sein als die
Schmelzpunkttemperatur des wiederzugewinnenden Metalls Im Falle von Blei wurde eine
Wiedergewinnung bei etwa 3500 C erzielt.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand von Beispielen und Versuchen veranschaulicht,
die sic-h auf die Wiedergewinnung von Blei aus einem Blei/Schlacke-Gemisch beziehen.
Dieses Blei/ Schlacke-Gemisch wird während eines Blei-Reinigungsverfahrens gebildet
und ist eine schwammige Natriumchlorid-Schlacke, die Blei enthält.
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Beispiel I Etwa 510 g eines Blei/Schlacke-Gemisches wurden in ein
Gerät gegeben, welches einen Graphit-Matrizenzylinder mit einem Durchmesser von
etwa 63,5 mm sowie ein Paar von Stempeln aufweist, die so angeordnet sind, daß es
möglich ist, einen Druck auf das Gemisch auszuüben, welches sich zwischen den Stempeln
befindet. Der untere der beiden Stempel war mit Nuten versehen, um eine Einrichtung
zu bilden, die es ermöglicht, das wiedergewonnene Blei abzuführen. Die Temperatur
des Gemisches wurde auf etwa 350 C mittels elektrischer Indukitionsbeheizung erhöht,
und ein Druck von 104 MNm-2 (= 1500 psi oder = 105 kg/cm²) wurde auf das Gemisch
mittels der Stempel
ausgeübt. Etwa 41 Gewichtsprozent des Bleigehaltes
des Gemisches wurden über eine Zeitdauer von etwa 15 Minuten hinweg abgezogen.
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Beispiel II Ein im wesentlichen ähnliches Verfahren wie dem im Beispiel
I beschriebenen wurde in Bezug auf eine weitere Probe eines Blei/Schlacke-Gemisches
angewandt, und etwa 50 % des Bleis wurde bei 6000 a und einem Druck von 34,6 MNm2
(= 500 psi oder = 35.kg/cm2) über eine Zeitdauer von 5 Minuten wiedergewonnen.
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Beispiel III Eine Graphit-Matrizenbauteilgruppe wurde verwendet, die
### einen Matrizenzglinder mit einem Innendurchmesser von 80 mm, eine perforierte
Grundplatte sowie einen oberen Stempel aufwies.
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In dieser Bauteilgruppe befand sich ein Spalt von 1,5 mm zwischen
der Kante der Grundplatte und der Matrizenwandung, um das Abführen von Blei zu erleichtern,
welches die Matrizenwandung herunterfloß. Der Matrizenzylinder diente außerdem als
Aufnahme für eine Induktions-Heizspule. Eine Charge von 500 g eines Blei/ Schlacke-Gemisches
in Form von Klumpen mit einem Durchmesser bis zu 30 mm wurde in den Matrizenzylinder
eingegeben, der obere Stempel wurde wieder eingesetzt, und die gesamte Bauteilgruppe
wurde auf 5500 G erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde eine Kraft von 104 MNm 2 (=
1500 psi oder = 105 kg/cm2) auf den oberen Stempel zur Einwirkung gebracht, um das
Gemisch zwischen dem Stempel und der Grundplatte für eine Dauer von 5 Minuten zu
pressen. Anfänglich enthielt die Schlacke 48 Gew.-% unkombiniertes Blei (Summe des
restlichen und des wiedergewonnenen Bleis), und 65 Gew.-% unkombiniertes Blei wurden
wiedergewonnen.
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Versuche wurden sowohl mit dem Gerät, wie im Beispiel III beschrieben,
als auch mit einem Gerät durchgeführt, welches keinen Spalt zwischen der Matrizenwandung
und der perforierten Grundplatte aufwies.
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Bei Experimenten mit dem letzteren Gerätetwp wurde die Bleimenge
zur Verweilzeit, zur Temperatur, zum. Druck und zum
Verhältnis von
Dicke zu Durchmesser des heißgepreßten Schlackenpreßlings in Beziehung gesetzt.
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Darüber hinaus zeigen Ergebnisse, daß über den Temperaturbereich
3500 C bis 550° G ein Druck von 104 MNm-2 (= 1500 psi oder s 105 kg/cm²) erforderlich
war, um Blei aus Klumpen von 15 mm bis 30 mm wiederzugewinnen. Nur kleine Bleimengen
wurden wiedergewonnen bei 34,6 MNm-2 (= 500 psi oder = 35 kg/cm²), und jenseits
von 104 MNm-2 (= 1500 psi oder = 105 kg/cm²) flachte die Ausbeute ab.
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Bei weiteren Versuchen mit dem letzteren Gerätetyp wurde die Bleigewinnung
in Bezug auf Verweilzeit und Dicke des heißgepreßten Preßlings studiert. Zwei Preßlings-Dickenabmessungen
wurden verwendet, wobei das Dickenverhältnis zwischen ihnen 5 s 1 betrug. Der Druck
war 104 MNm 2 (= 1500 psi oder = 105 kg/ cm²), und das insgesamt verfügbare Blei
betrug in jedem Falle 48 Gew.-%. Die Ergebnisse zeigen, daß ein dünner Preßling
bei niedrigen Temperaturen für kurze Zeiten vorzuziehen ist, doch nach einer Stunde
bei 5500 C sind die ausbeuten für dicke und dünne Preßlinge vergleichbar.
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Die Ausbeutungsrate bzw. -geschwindigkeit wurde registriert, und
es wurde festgestellt, daß bei 550° C etwa 80 % des Bleis innerhalb der ersten 15
Minuten wiedergewonnen wird.
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Das Reißpressen bei 6500 C führte nu einer marginalen bzw.
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einer an der unteren Grenze liegenden Verbesserung der Ausbeute, während
bei 700° C, obwohl die Ausbeute auf 70 % erhöht wurde, die Schlacke genügend plastisch
war, ul stranggepreßt zu werden.
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Bei Verwendung von gebrochener Schlacke mit einer Teilchengröße von
20 Mesh (M) (entsprechend Siebmaschenweite 0,833 mm), bei welcher 57 Gew.-% verfügbares
Blei vorhanden waren, ergab sich eine Ausbeute von 54 Gew.-% bei 5500 C, 104 MNm-2
(= 1500 psi oder = 105 kg/cm²) auf 10 Minuten. Dies zeigt, daß es ein zu behandeln
Vorteil ist, gebrochenes Material von mehr als 20 M/. Doch wenn das Blei ii Bruch
von weniger als 20 n abgeschöpft worden ist, dann ist keine Netto-Ausbeute vorhanden.
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Versuche wurden mit der Geräteart durchgeführt, wie sie im Beispiel
III beschrieben ist, wobei ein ungenügendes Blei/ Schlacke-Gemisch verwendet wurde,
um einen zwangsläufigen -Kontakt mit der Matrizenwandung herzustellen. Diese Versuche
zeigen, daß eine Reduzierung des Kontakts zwischen der Matrizenwandung und dem Blei/Schlacke-Gemisch
eine vorteilhafte Auswirkung auf die prozentuale Ausbeute an wiedergewonnenem Blei
hat.
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Es versteht sich, daß alternativ zum Heißpressen einer dünnen Schicht
von Metall/Schlacke-Gemisch in einer Matrizenvorrichtung das Gemisch auch so behandelt
werden kann, daß Metall durch Warmwalzen wiedergewonnen wird, wobei das Gemisch
zwischen Walzen gepreßt wird.
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Beispiels IV Bei diesem Beispiel wurde Blei von dem Blei/Schlacke-Gemisch
dadurch getrennt, daß das Gemisch erhitzt und einer Vibration unterworfen wurde.
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Ein elektrischer Widerstand-Röhrenofen wurde in vertikaler Lage über
einem instrumentierten Vibrator angeordnet. Ein Edelstahltiegel wurde von einer
Säule gehalten, die am Vibrator befestigt war und in der Mitte des Ofens saß. Der
Tiegel wurde mit 100 g eines gebrochenen Blei/Schlacke-Gemisches im Größenbereich
von 1 mm bis 0,8 mm beschickt. Ein Edelstahlgitter bzw.
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-sieb wurde im Tiegel unter dem Gemisch verwendet, um das Trennen
des Bleis aus der abgereicherten Schlacke zu erleichtern.
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Tiegel und Inhalt wurden auf 4000 a erhitzt und mit 50 llz und einer
Beschleunigung von lOg für 2 Minuten vibriert. Geschiolzenes Blei wurde aus dem
Schlackengemisch herausgeschüttelt, gelangte durch das Gitter bzw. Sieb und bildete
eine Pfütze in Boden des Tiegels. 60 Gew.-% des verfügbaren Bleis wurde aus einet
Blei/Schlacke-Gemisch wiedergewonnen, welches anfänglich 57 Gew.-% an unkombiniertem
Blei enthielt.
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Versuche wurden durchgeführt, um den Einfluß der Vibration parameter
Frequenz und Beschleunigung (g-Wert) auf die Trennung zu erforschen. Beisämtlichen
Versuchen war die verwendete Temperatur 4000 C, und die Dauer jedes Trennungsversuches
betrug 2 Minuten. Versuche wurden sowohl mit Klumpen des Blei/Schlacke Gemisches
(Durchmesser # 15 mm) als auch mit einem Gemisch, welches auf eine Teilchengröße
von 1 mm bis 0,8 mm gebrochen war, durchgeführt.
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Der überprüfte Frenquenzbereich war 50 B:z bis 400 Hz, und für das
gebrochene Blei/Schlacke-Gemisch von der Teilchengröße 1 mm bis 0,8 min erwies sich
die Ausbeute von Blei als von der Frequenz unabhängig. Es zeigte sich, daß die Ausbeute
vol g-Wert /G-value/ über den Bereich von 5 bis 40, mit einer scharfen Spitze bei
10g /IOG/, abhängig war.
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Nur wenig Bleitrennung aus dei Gemisch wurde erzielt durch Vibration
bei den Experimenten, die mit Klumpen (u15 mm) des Gemisches durchgeführt wurden.
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Die Trennung von Blei aus dea Blei/Schlacke-Gemisch wurde unter Verwendung
eines Gerätes erzielt, welches dem im Beispiel IV beschriebenen ähnlich war, jedoch
ohne Edelstahlsieb.
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Blei wurde außerdem auch aus einem Blei/Schlacke-Gemisch wiedergewonnen,
indem das Gemisch bei Temperaturen zwischen 6000 C und 700° C vibriert wurde.
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Beispiel V Dieses Beispiel zeigt die Abtrennung von Blei aus einem
Blei/Schlacke-Gemisch durch Verwendung einer relativ niedrigen Vibrationsfrequenz
und einer relativ großen Verdrängung ("Prellstoß11 -Trennung).
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Der Ofen, die Haltesäule und der Tiegel, die im Beispiel IV beschrieben
wurden, wurden auf einen motorgetriebenen Nocken gesetzt. Die Haltesäule saß frei
auf dem Nocken. Eine Probe von
100 g eines gebrochenen Blei/Schlacke-Gemisches
im Größenbereich von 1 mm bis 0,8 mm wurde in den Tiegel gegeben und auf 400° C
erhitzt. Die Drehgeschwindigkeit des Nockens wurde so eingestellt, daß sich eine
Vibrationsfrequenz von 3 Hz ergab. Die Haltesäule und der Tiegel waren so angeordnet,
daß sie 4 Minuten lang jeweils um eine Höhe von 25 mm frei fielen. 67 Gew.-% des
verfügbaren Bleies wurden aus einem Blei/Schlacke-Gemisch wiedergewonnen, welches
anfänglich 57 Gew.-% an unkombiniertem Blei enthielt.
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Wie bei den Trennungsversuchen mit höherer Frequenz, wie oben beschrieben,
wurde eine Abtrennung von Blei durch Niederfrequenzbetrieb ("Prellstoß"-Trennung)
sowohl mit als auch ohne einen Siebtrenner erzielt.
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Die Erfindung wird weiterhin beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes zur
Wiedergewinnung von Metall aus einem Metall/Schlacke-Gemisch durch Heißpressen,
während Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Wiedergewinnung eines
Metalles aus einem Metall/Schlacke-Gemisch durch Erhitzen und Vibrieren des Gemisches
wiedergibt.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Gerät mit einer oberen und einer
unteren Platte 1 bzw. 2 ausgestattet, die mittels mineralisolierter Heizkabel geheizt
werden, die bei 3 angedeutet sind. Die obere Platte 1 ist an einem ortsfesten Querträger
4 befestigt und gegenüber diesem durch eine Isolierung 5 wärmeisoliert.
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Die untere Platte 2 ist durch eine Vielzahl von geboten Perforierungen
durchlöchert, von denen eine bei 6 dargestellt ist, wobei die Perforierungen 6 vorgesehen
sind, um im Betrieb die Möglichkeit zu ergeben, daß wiedergewonnenes Metall aus
dem
Bereich zwischen den Platten in einen Auffangbereich 7 gelangt, der so geneigt ist,
daß das wiedergewonnene Metall in einen Auslaß 8 für wiedergewonnenes Metall fließen
kann.
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Zusätzlich ist die untere Platte 2 am Ende eines Eydraulikstempels
9 befestigt und gegenüber diesem durch eine Isolierung 10 wärmeisoliert.
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Außerdem ist ein Schaber 11 vorgesehen, der an einem Pneumatikstempel
12 befestigt ist, wobei dieser Schaber so angeordnet ist, daß er sich quer zu den
Platten 1 und 2 bewegen und diese freischaben kann.
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Zurückziehbare Seitenwände 13, die an Pneumatikstempeln befestigt
sind, von denen einer bei 14 dargestellt ist, sind so angeordnet, daß sie um den
Bereich zwischen den Platten 1 und 2 herum einen Behälter bilden, daß sie aber so
zurückziehbar sind, daß dem Schaber 11 die Möglichkeit.gegeben wird, quer über die
Platte zu fahren.
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Im Betrieb wird ein Metall/Schlacke-Gemisch, welches behandelt werden
soll, auf die untere Platte 2 gegeben, die dann aus ihrer Ruhestellung unter dem
Einfluß des Stempels 9 nach oben bewegt wird, um das Gemisch zwischen den Platten
1 und 2 zu quetschen. Die Seitenwände 13 werden ebenfalls durch Stempel (14) nach
oben bewegt, um ein Behältnis um den Bereich zwischen den Platten zu bilden.
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Unter dem Einfluß der Wärme, die durch das Beheizen der Platten vorgesehen
ist, und des Druckes wird Metall aus dem Gemisch herausgequetscht, gelangt durch
die Pertorierungen 6 hindurch und verläßt das Gerät über den Bereich 7 und den Auslaß
8.
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Wenn sich die untere Platte 2 in ihrer Ruhestellung befindet und
die Wände 13 herabgelassen sind, dann wird behandelte Schlacke (von der etwas an
der oberen Platte 1 hängenbleiben
kann) von den Platten 1 und 2
durch den Schaber 11 entfernt, der sich unter dem Einfluß des Stempels 12 quer über
die Platten 1 und 2 bewegt, wobei die Schlacke aus dem Gerät herausgeschoben und
über eine Rutsche 15 abgeführt wird.
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Zweckmäßig kann die Platte 2 so angeordnet werden, daß sie von den
Seitenwänden 13 so versetzt ist, daß ein Spalt gebildet wird,.in den im Betrieb
wiedergewonnenes Metall fließen kann.
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Bei einer solchen Anordnung wird der Auffangbereich 7 erweitert, um
wiedergewonnenes Metall, welches durch den Spalt hindurchgelangt, auf zunehmen.
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Als Alternative für die Verwendung einer Platte 2 mit einer einzigen
flachen Oberfläche, kann auch eine Platte verwendet werden, die in eine Reihe von
flachen Oberflächen durch eine Vielzahl von Schlitzen unterteilt ist. Der Schaber
11 kann dann zweckmäßig so geformt sein, daß er Teilstücke aufweist, die sich in
den Schlitzen bewegen, um diese von Schlacke zu befreien.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die zweite Ausführungsform des Gerätes
mit einem Behälter 16 ausgestattet, in welchem ein Gitter- bzw. Siebtrenner 17 gehalten
ist, wobei der Behälter 16 in einem Ofen eingeschlossen ist. Der Behälter 16 ist
mit einem Vibrator 19 verbunden und mit einem Auslaß 20 für wiedergewonnenes Metall
ausgerüstet.
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Im Betrieb wird ein zu behandelndes Gemisch auf eine geeignete Teilchengröße
gebrochen und in den Behälter 16 eingegeben, wie durch den Pfeil 21 angedeutet.
Unter dem Einfluß der durch den Ofen zugeführten Wärme und der Vibration des Behälters
16 durch die Einwirkung des Vibrators 19 wird Metall aus dem Gemisch abgetrennt
und gelangt schließlich durch den Auslaß 20 hindurch.
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Der Vibrator ist so eingerichtet, daß er in einer "Sägezahn"-Betriebsweise
arbeitet; und zwar derart, daß er den Behälter
16 in einer Vertikalebene
in Vibration versetzt und daß er außerdem das Schlackengemisch und die behandelte
bzw. verarteitete abgereicherte Schlacke veranlaßt, sich in Richtung auf eine Fördereinrichtung
22 zu bewegen, die sich quer über den Behälter 16 erstreckt. Die Fördereinrichtung
22 ist so angeordnet, daß sie die behandelte Schlacke abführt, indem sie sie aus
dem Behälter 16 entfernt.
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Zweckmäßig kann der Spiegel des wiedergewonnenen Metalls im Bad über
der Höhe des Siebtrenners 17 liegen, so daß das Metall/Schlacke-Gemisch mit einem
Teil des abgetrennten Metalls in Berührung steht, was das Ansammelnvon weiterem
abgetrenntem Blei begünstigen kann.
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Bei Anwendung bei einer Blei-Fertigungsstraße wurde die Erfindung
zweckmißig nach einer Blei-Reinigungsstufe verwendet.
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Beispielsweise kann in einer solchen Reinigungsstufe Blei dadurch
gereinigt werden, daß es mit verschiedenen Materialien erhitzt wird, was zu der
Bildung eines Blei/Echlacke-Gemisches fuhrt. Ein Blei/Schlacke-Gemisch aus einer
solchen Reinigung stufe würde daher keine weitere Erwärmung erfordern, sondern lediglich
die Aufrechterhaltung der Temperatur, da die Temperatur bereits auf einem passenden
Wert für die Anwendung der vorliegenden Erfindung sein würde.
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Bei einem Trennen von Blei aus Blei/Schlacke-Gemischen durch Erhitzen,
bis sowohl das Blei als auch die Schlacke geschmolzen sind, werden Verunreinigungen
aus der Schlacke in das Blei mitgeführt. Diese Übertragung wird bei Anwendung der
vor--liegenden Erfindung weitgehend vermieden, die einen Wiederumlauf des wiedergewonnenen
Bleis mit dem Hauptkörper des gereinigten Bleis ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft auch Abanderungen der im beiliegenden Patentanspruch
1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale,
die im
einzelnen -- oder in Kombination - in der gesamten Beschreibung
und Zeichnung offenbart sind.
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Patentansprüche