CN1041754C - 一种对欲分离的含金属混合物进行预处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对欲分离的含金属混合物进行预处理的方法及装置，所述混合物由至少一种轻金属和至少一种非金属相组成，所述非金属相由至少一种轻金属氧化物，尤其是熔渣及浮渣中的氧化物构成。本发明规定，将混合物、熔渣或浮渣及必要时的附加料装入处理容器中，形成炉料，至多过热380℃，并经运动使各相分散及/或保持分散，之后将具有为后续工序调节好的参数的炉料排出。

Description

一种对欲分离的含金属混合物进行预处理的方法和装置

本发明涉及一种对欲分离的含金属混合物进行预处理的方法，在加热条件下为后续的、独立或分设的从非金属相中回收或分离出金属相的工序，和为至少部分地分离出非金属相中某些成份的对混合物预加工和预制备的方法，所述混合物由至少一种轻金属、铝或一种以该轻金属为基的合金，以及至少一种由该轻金属的至少一种氧化物或含氧化物化合物形成的非金属相、一种或多种其它物质，例如盐或混合盐，尤其是在生产、加工及回收铝及铝合金的过程中产生的熔渣或浮渣组成。

本发明还涉及一种用来在加热条件下为后续的从非金属相中回收或分离出金属相的工序，和为至少部分地分离出非金属相中某些成份，对欲分离的含金属混合物进行预处理的装置，所述混合物由至少一种轻金属、铝或一种以该轻金属为基的合金，以及至少一种由该轻金属的至少一种氧化物或含氧化物化合物形成的非金属组，一种或多种其它物质，例如盐或混合物，尤其是在生产、加工及回收铝及铝合金的过程中产生的熔渣及浮渣组成，该装置主要包括一个至少有一个开口的容器，所述开口用来装入混合物及／或熔渣，以及必要时的添加物，并且来排出所形成的均化炉料，尤其用来实施本发明方法。在几乎所有对轻金属，尤其铝及铝合金进行提炼、回收及加工等工艺中，常产生较大量的废料，例如熔渣、浮渣、混合物等，其中除了非金属相之外，还含有金属，也许金属含量还很高。轻金属一方面对氧和氮具有高亲和力，故而形成硬度高的高熔点氧化物及氮化物，这尤其发生在使用空气中进行熔炼及重熔工艺时，另一方面，金属相与非金属相或反应产物之间比重的差别很小。与界面张力相联系，轻金属的上述化学、物理性质决定了非金属相与金属相的分离，即使二者以液态混合物形式存在也难于进行，而且在大多数情况下不能以需要的程度实现。但是，回收金属或者从废料中脱金属，不仅在经济上令人注目，另外还在生态方面和为符合越来越严的环境保护法方面也不断令人重视。

为了进行相分离或者从诸如熔渣及浮渣之类混合物中回收金属，已经有人提出许多方法和所用的装置，并予以公开。这些方法主要依据是，应使细散分布的金属或微小的熔融态金属液滴聚集成可汇合并可排出的较大聚集体。

对此，人们已知，通过搅拌混合物来使金属颗粒聚集。此时，可用搅拌器来进行搅拌，或者在旋转容器中进行搅拌。举例来说，由EP-A2-0322207已知一种方法，其中将冷态浮渣装在一个旋转容器中，用等离子燃烧器将之加热到高于金属熔点的温度。之后，须将由此聚集的金属通过容器筒壁上的滤孔排出，并将主体为非金属相的物质用工具从容器壁上刮下。在US4997476及GB-A-2228014中，记载了另一种方法，其中采用绕其垂直轴旋转的容器，该容器也可用等离子燃烧来加热，这样经长时间处理所装入的浮渣之后，应当能倾出液态金属。举例来说，有人也曾试图(US-A-4576332)将铝从热浮渣中挤压出来。采用基本连续及间歇操作方式的离心方法也已为人们熟知。这种离心法及所用装置却存在一些问题，即大多数情况下金属相与非金属之间的比重差异常的小，故此离心分离要求采取特殊的操作方式。

所有迄今研究出来的轻金属金属相与至少含有一种轻金属的非金属相的分离法都有着共同的缺点，即分离或脱除金属不能以所要求的高程度进行，以致特别是存放费用高的生态学问题和残渣的经济回收问题仍未解决。

在此，本发明作为目标提出的是，提供一种对欲分离的含金属混合物进行预处理的方法和装置，该方法允许在后续的脱除金属过程中达到高分离度；用该装置可预先制备一种由金属相和非金属相组成的细散混合物，供后续工序进行高程度的脱除金属之用。

该目的采用本说明第一段中所提及的那种方法来实现，也即将混合物、熔渣及／或浮渣及添加物装到预制备容器中，形成炉料，并以本身已知的方式对炉料供给热能，使之最高过热380℃，也即将其加热到介乎金属相熔点与高于熔点380℃的温度，并在其中将温度分布调节得使温差很小；以及经运动使炉料中的各相分散及／或保持分散，此后将具有为后续工序调节好的参数的均化炉料从预加工或预制备容器中排出，装入到分离装置(Desintegrationseinrichtung)中，并进行金属相分离。

本发明采用一种规定种类的装置以如下措施来实现，在炉料的受料室中，预加工和预制备容器至少有一个供运动、旋转或混合用的机构及／或可通过传动机构自身运动。

以本发明所达到的优点尤其可以看出的是，为后续分离提供的不同相混合物预加工得能进行基本完全的脱除金属工序。在此情况下，源自诸如熔炼工艺、重熔工艺或熔融精炼工艺之类冶金过程的熔渣、浮渣等有可能以热态或半热态，也即直接由上述工艺中产生的状态来使用，而不会有明显量的金属被氧化或与氮发生反应。在预加工容器内的炉料中，也可以加入其它添加物如金属屑、磨屑或细尘以及细块状、尤其与非金属相混合的废金属。重要的是，如果后续的分离工序需要的话，要向炉料供给热能，但此时过热应至高为380℃，这是因为温度再高会对混合物的均匀性和金属相的性能产生不利影响。为了在整个炉料中调节相同的金属-非金属相交互作用条件，有必要使温度分布的温差小而且尽可能均匀，以便借助预定的运动能使各相均匀分散及／或保持分散。与专业界的偏见相反，事实已表明，各相分散存在的均化炉料能明显地更好、更容易、更快地分离。其原因尚未彻底搞清，但可假定，由于因碰撞引起的运动，一方面使非金属颗粒之间的间隙增大，也即炉料的内部孔隙度得以提高，而另一方面，最细小的金属颗粒在克服界面张力的情况下；能因分裂增加而凝结成小滴，从而在均化炉料中建立出特别有利于后续的基本完全分离金属的条件。如果为了形成炉料而向预制备容器中加入含非金属杂质的废料及／或添加物如助熔剂，而且如果供给炉料以热能，就能带来好处。以此可用简便的方式，在炉料中调节对后续的分离工序特别有利的参数。此时，可以本身已知的方式用燃烧器或用热辐射来供给热能。但是，在供给热能时，优选将炉料调节到比金属相熔点至少高5℃，优选高出100-250℃，尤其约高200℃，因为在这些温度和均匀的温度分布下，可建立良好的均化条件。

如果正如进一步在有利的方式中所规定的那样，在较高温度下，尤其在高于金属相熔点的温度下，将炉料保持在保护气氛下，则可基本防止非金属组分的形成，而且在后续的分离工序中提高金属回收率。

如果可分次将均化的炉料从预加工容器中取出，则无论对于更多熔融部位混合物的收集，还是对尤其不加热分离装置经济装满来说，都证明特别有益。

本说明第一段中所提及的那种在加温下预加工由轻金属和至少一种非金属相组成的混合物用的装置，其根据本发明的特征在于，炉料受料室至少有一个供运动、旋转或混合用的装置及／或可通过传动机构自身旋转运动，所带来的好处是，借此所获得的炉料运动方式，使炉料分散及／或保持分散，而且更进一步均化。显然，可以认为，个别非金属颗粒变得疏松，金属颗粒在间隙中聚集，随后的分离可非常有利和非常有效地进行。如果使炉料在此情况下经运动机构或预加工容器以每分钟5-40次，尤其约15次的转速经受尤其因碰撞诱发的运动，正如已发现的那样，就会建立起对调节均化混合物特别有利的条件。对此特别简便而又有利的是，如果预加工容器的结构可绕其纵向轴旋转及／或绕水平轴倾斜，而且炉料受料室譬如可用燃烧器来加热。但是也可以将炉料借助受料室中的加热辐射表面经热辐射来加热，或者由于其金属含量高而可感应加热，这样使金属相凝结成小滴。此时，容器壁可用耐热合金制成，为使炉料温度更好地平衡起见，倒是使用基本上由轻金属氧化物组成的衬里为有利。如果可绕其纵向轴旋转的预制备容器可绕大致水平的倾动轴承调节到基本垂直的轴位，使受料室的开口朝上，并经辅助装置加料，而后在旋转轴基本处于水平状态时，调节炉料中对后续工序所需要的物质参数和温度参数，而后将均化的混合物大体上向下排出，并优选直接装入脱除金属的装置中，这特别从在为后续脱除金属而预制备均化混合物时材料能有利流动的角度来看，被证明是有益的。这样一种预加工装置具有结构紧凑、节省操作成本的优点。因为不必采用很多输送装置。

下面根据唯一的实施方式绘制的各附图来进一步阐明本发明

附图中所示的图1为预处理装置1的正视示意图，图2为该装置的俯视图。图1中，示出预加工容器12的截面图，该容器有一个炉料2受料室11的衬壁13。在此实施方式中，衬壁13可在旋转轴方向上有一些凸出部，或在受料室11中装有一个使炉料运动的搅拌器(未示出)。借助轴承4，容器12可绕其纵轴旋转，同时通过倾动耳轴5将容器12调节到其开口向上(虚线所示)，而且举例来说经漏斗状料仓3可加入例如浮渣。在此情况下，倾动耳轴5设在机座14上，该机座支承在地基A上。地基A还承载例如一台离心器10，它用来脱除混合物中的金属，其中通过一个送料器9可控制加料。

借助试验确定了本发明装置或预加工装置的效果：

试验1

使用一个近似球形、具有圆形进出料口、可旋转和倾动的均化器，其内径为700mm、设有由50mm绝热物构成的衬壁和由70mm高矾土含量的耐火材料构成的内部涂层。此外，衬壁中嵌有两排各4个提升部件，它们互相在各该部件一半距离左右布排，装在旋转方向上。

炉料为40kg Al-Mg-Si合金的浮渣，其中金属含量约70％。加料时浮渣的温度为620±20℃，均化器温度约800℃。用天然气／氧化燃烧器使温度提高到850℃，同时经转动均化器使组成和温度均匀。该过程持续8分钟。约在该时间的三分之二以后，加入0．5kg混合盐添加物。然后，将以此方式处理或预加工过的浮渣从均化器中排出，并直接装入分离装置中，进行处理。结果得到金属回收率94％，此时经离心分离得到的金属纯度为99．2％(金属含量)。与浮渣不经均化器预加工(仅以静态处理)的对比试验相比，金属回收率提高5％，轻金属合金的纯度从97．7％提高到99．2％。

试验2

实验安排及工艺方式同试验1中所述。加入的材料采用40kg来源于镁预合金熔炼工艺的浮渣。但由于要求将所得轻金属或轻金属合金在冶炼低镁含量的合金工艺中进一步处理，所以将4kg作为机加工过程产生的废料的高纯度铝屑加到浮渣中，并进行混合预加工。接着，将所得的混合物排出，再输入分离装置中。所得轻金属的纯度为99．4％，金属回收率为95％。

试验3

采用近似梨形、可转动和倾动的均化器，其最大内径为2000mm，长度为2500mm，其衬壁由30mm厚的隔热板构成，并向内涂有170mm的高矾土含量耐火材料。此外，在衬壁上嵌4排每排6个提升部件，它们互相以每1／3部件的间隔装在转动方向上。由此达到所加原料的极有效混合。不使用提升部件，则金属相与非金属会产生效果不良的部分不混合。炉料用750kg来源来以620±20℃熔炼99．7％铝产生的浮渣，其铝含量约为65％。使用天然气／氧气燃烧器，使温度增至860℃。工序持续25分钟。在从预加工容器中排出炉料并引入分离装置之前不一会，添加1．65kg助熔剂。所得金属回收率为97％，比静态预处理法提高9％。所得铝的纯度为99．3％，而静态预处理的铝含量为98．4％。

Claims (20)

1．一种欲分离的含金属混合物进行预处理的方法，这种方法是在加热下为后续的、独立或分设的从非金属相中回收或分离出金属相的工序，和为至少部分地分离出非金属相中某些成份，所述混合物由至少一种轻金属，铝，或一种以该轻金属为基的合金，以及至少一种由该轻金属的至少一种氧化物或含氧化物化合物形成的非金属相，一种或多种其它物质，例如盐或混合盐，在生产、加工以及回收铝及铝合金的过程中产生的熔渣或浮渣组成，其特征在于，将混合物、熔渣及／或浮渣，以及添加物装到预先加工或预先制备用的容器中，形成炉料，并向炉料以本身已知的方法供给热能，使之至高过热380℃，也即加热到介乎金属相熔点与高于熔点380℃的温度，并在其中将温度分布调节得使温差很小；以及经运动使炉料中的各相分散及／或保持分散，此后将具有为后续工序调节好的参数的均化炉料从预加工或预制备容器中排出，装入分离装置中，并进行金属相分离。

2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成炉料，将一部分细块状含非金属杂质的废料，和／或砂粒状或粉尘状金属加工废料如磨屑或喷砂磨尘(Sandstrahlabtragungen)装入预加工容器中。

3．按照权利要求2所述的方法，其特征在于，为了形成炉料，将非金属添加料如氧化物或助熔剂装入预加工容器中。

4．按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，以已知的方式用至少一个燃烧器向炉料供给热能。

5．按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，借助于伸入预加容器中的照射体来对炉料供给能量。

6．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将炉料温度调节到高于金属相熔点至少5℃。

7．按照权利要求6所述的方法，其特征在于，均化时，调节炉料中的温度分布基本均匀，使温差不大于50℃。

8．按照权利要求7所述的方法，其特征在于，将炉料在一个绕其轴旋转每分钟旋转次数介乎5与40之间的旋转容器进行预加工。

 9．按照权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，在高于金属相熔点的温度下，将炉料保持在保护气氛中。

10．按照权利要求9所述的方法，其特征在于，将由炉料组成材料形成的炉料均化，而后将全部或分批地装入分离装置中。

11．按照权利要求10所述的方法，其特征在于，将均化的炉料装入未加热的、其内壁至少被部分地冷却的分离装置中。

12．一种对欲分离的含金属混合物进行预处理的装置，它是用来在加热条件下为后续的从非金属相中回收或分离出金属相的工序，和为至少部分地分离出非金属相中某些成份，所述混合物由至少一种轻金属，铝，或一种以该轻金属为基的合金，以及至少一种由该轻金属的至少一种氧化物或含氧化物化合物形成的非金属相，一种或多种其它物质，例如盐或混合盐，在生产、加工及回收铝及铝合金的过程中产生的熔渣及浮渣组成，该装置主要包括一个容器(12)，该容器至少有一个开孔，用来装入混合物及／或熔渣，以及添加物，并用来排出所形成的均化炉料(2)，其特征在于，在炉料(2)的受料室(11)中，预加工和预制备容器(12)至少有一个供运动、旋转或混合用的机构及／或可通过传动机构自身运动。

13．按照权利要求12所述的装置，其特征在于，所述容器(12)可绕纵向轴旋转及／或可绕水平轴倾斜；其受料室(11)有一个或多个开孔，用来装入炉料并排出已均化的炉料(2)。

14．按照权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述容器(12)的受料室(11)及／或炉料(2)有一个加热系统。

15．按照权利要求14所述的装置，其特征在于，所述加热系统是燃烧器(6)或等离子焰(61)。

16．按照权利要求14所述的装置，其特征在于，所述加热系统由感应装置构成。

17．按照权利要求14所述的装置，其特征在于，受料室(11)及炉料(2)的所述加热系统由照射加热部件构成。

18．按照权利要求12所述的装置，其特征在于，设有向受料室(11)引入保护气体的装置(7)及／或维持受料室(11)中保护气氛的封板(8)。

19．按照权利要求12所述的装置，其特征在于，至少部分地与炉料(2)接触的预加工或预制备容器(2)的壁(13)由一种耐热金属或耐热合金或者由大体上由轻金属氧化物构成的衬里构成。

20．按照权利要求12所述的装置，其特征在于，预加工或预制备容器(12)可绕大致水平的倾动轴承(5)转动并且调节到大致垂直的轴位设置，在此轴位上，受料室(11)的开口向上，用于装入形成炉料(2)的混合物、熔渣、浮渣及添加物的辅助装置(3)，容器(12)可调节到大致水平的轴位，使之可绕该轴转动，以均化及／或加热炉料(2)，并为排出已均化炉料(2)及用加料装置(9)可实现将炉料(2)装入一个优选不能加热的分离装置(10)，可将容器(12)定在一个位置状态，在该状态中，旋转轴在容器(12)的开口方向上向下倾斜。

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