專利名稱：從散布的混合物中提取液態(tài)輕金屬的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從由至少一種輕金屬、特別是鋁，或者由這種金屬的合金和由至少一種由至少一種這種金屬的氧化物或氧化化合物和/或其他化合物組成的非金屬物態(tài)，必要時(shí)一種或幾種其他物質(zhì)，例如鹽或者鹽混合物等組成的散布的混合物中在高溫狀態(tài)下，特別是由在制造、處理以及回收鋁或鋁合金時(shí)附帶產(chǎn)生的爐渣中通過使用加速力(離心力)提取金屬(狀態(tài)物)的方法。本發(fā)明還包括實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，它主要由一個(gè)可旋轉(zhuǎn)和傾斜的冶金爐組成。
輕金屬像鋁、硅、鎂和這類合金在熔融狀態(tài)的提煉和特別是處理，以及通過廢金屬和類似材料的熔化回收這種金屬時(shí)在熔化的物體和溶液表面會產(chǎn)生氧化和氮化作用，因?yàn)檩p金屬與氧氣和氮?dú)庥袕?qiáng)烈的親合作用。形成的氧化物和非金屬物態(tài)形成帶有棱角顆粒的宏觀結(jié)構(gòu)，并具有比金屬大得多的比重，液體輕金屬的表面張力和特別是與熔化的氧化物交界表面的張力以及顆粒之間的空腔使非金屬態(tài)物質(zhì)懸浮在液態(tài)金屬上，盡管它的比重較大。
表面張力和“液體金屬/固體非金屬顆?！敝g的邊界面張力也使金屬質(zhì)點(diǎn)保留在非金屬顆粒之間，從而使形成或者處于液態(tài)金屬熔液之上的、爐渣即所謂的浮渣具有可能高達(dá)80％(重量)的金屬含量。在從金屬熔液表面上去除爐渣時(shí)會因此倒掉有價(jià)值的金屬，在倒放爐渣時(shí)可能造成經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)問題。
自從開始大規(guī)模應(yīng)用輕金屬和應(yīng)用熔煉冶金方法以來人們力求從爐渣或浮渣形成的散布混合物中提取金屬態(tài)物質(zhì)。
為了減少爐渣中的金屬含量，可以在它里面加鹽。這種措施雖然有時(shí)是有效的，但是易熔化的鹽和化合物大多不能經(jīng)濟(jì)地重新利用，并能溶解于水，在操作和清除時(shí)帶來很大困難。
曾經(jīng)有人建議(USPS4040820)不用鹽，而將爐渣放在一個(gè)可加熱的水平管狀轉(zhuǎn)爐中脫除金屬。通過爐渣或散布的混合物在爐內(nèi)緩慢的顛簸運(yùn)動金屬顆粒應(yīng)該積聚在一起，匯合成液態(tài)金屬，并將它澆注出來。但是這里也存在混合物的金屬提取率低和經(jīng)濟(jì)性問題。
按照US-PS5421850建議，在一個(gè)同樣基本上水平設(shè)置的轉(zhuǎn)爐中同樣不用鹽進(jìn)行加工，在爐內(nèi)放入爐渣，將爐渣用等離子加熱到溫度超過金屬的熔點(diǎn)，通過混合運(yùn)動使混合物內(nèi)的金屬顆粒附聚，相互結(jié)合。應(yīng)該通過轉(zhuǎn)爐的不同旋轉(zhuǎn)速度防止?fàn)t料結(jié)塊，其中形成的金屬部分通過一個(gè)排出孔排出，殘余的爐渣通過將爐子略微傾斜排渣。其缺點(diǎn)是費(fèi)用高，從散布的混合物中金屬的提取率不夠高。
由GB-2228014A得知一種方法，其中在一個(gè)垂直的管式轉(zhuǎn)爐中通過等離子能量或者等離子燃燒器使?fàn)t渣或廢鋁加熱，局部熔化，并通過爐子的旋轉(zhuǎn)使液態(tài)金屬顆粒附聚，從而實(shí)現(xiàn)散布混合物的金屬提取，其中產(chǎn)生金屬鋁和鋁礬土，也就是氧化鋁。采用空氣或富含氧氣、氮?dú)獾扰c鋁起反應(yīng)的氣體、特別是富含起氧化作用氣體的空氣作為等離子氣體。通過與等離子氣體的放熱反應(yīng)雖然爐料的加熱和熔化時(shí)間縮短了，但是由于燒損或氧化造成金屬的損失，從而通常需要對排放廢氣除塵，同時(shí)金屬排出量減少。
另外已知一種從散布混合物中提取金屬的方法，用這種方法時(shí)液態(tài)金屬積聚在一起，然后固化。按照WO-A2-93/01321在第一階段處于高溫下的混合物在一個(gè)金屬模離析，并通過離心作用使液態(tài)金屬積聚。然后在第二階段中金屬固化成一個(gè)金屬空心體。有一種這樣的方法(EP-626458A1)可以更好，更簡單，如果處于高溫狀態(tài)下的粉碎混合物在一個(gè)金屬模中通過加速運(yùn)動使它逐步離析，金屬態(tài)積聚，在金屬模表面匯攏，冷卻以及固化的話。
為了改進(jìn)從輕金屬和非金屬態(tài)組成的散布混合物中提取金屬，如由AT400448B或EP-646654A1所知，將混合物放入預(yù)煉爐或準(zhǔn)備爐中形成爐料，將爐料加熱，使溫度均勻分布，并通過運(yùn)動使?fàn)顟B(tài)均勻，然后和勻的爐料從準(zhǔn)備爐中倒出，倒入一個(gè)離析裝置中。但是這里高昂的機(jī)械設(shè)備費(fèi)用和復(fù)雜的方法流程是一個(gè)缺點(diǎn)。
迄今為止所有公之于眾的以實(shí)現(xiàn)從散布混合物特別是爐渣中提取金屬的方法和裝置金屬提取量都不夠高，和/或?yàn)榇吮仨毣ㄙM(fèi)很大的機(jī)械設(shè)備費(fèi)用，和/或當(dāng)金屬重新用于熔液時(shí)具有較差的熱效率，同時(shí)常常不能充分避免殘存物排除時(shí)存在的問題。
本發(fā)明創(chuàng)造一種補(bǔ)救方法，其目的在于排除已知金屬回收方法的缺點(diǎn)并提供一種方法，用這種方法可以簡便地以高的提取率從散布的混合物中回收液態(tài)輕金屬，同時(shí)例如可以重新用于金屬熔液。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于創(chuàng)造一個(gè)從散布混合物中提取金屬的裝置，它結(jié)構(gòu)簡單緊湊，具有小的結(jié)構(gòu)高度，可以經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。
對于開頭所述這種方法這個(gè)目標(biāo)通過以下順序?qū)崿F(xiàn)將散布的混合物裝入一個(gè)冶煉爐；加熱和/或?qū)t料溫度調(diào)整到超過金屬熔點(diǎn)20℃至250℃；通過翻混使?fàn)t料均勻并產(chǎn)生良好的流動性；產(chǎn)生流動性的散布混合物圍繞冶煉爐的旋轉(zhuǎn)軸線均勻分布；混合物建立至少1g的徑向加速度；在至少0.015小時(shí)之內(nèi)保持徑向加速度以提取金屬或使之離析；在大于0.03小時(shí)時(shí)間間隔內(nèi)徑向加速度降低到0；將金屬態(tài)(熔液)從冶煉爐中澆出來；將非金屬態(tài)物質(zhì)從冶煉爐中倒出。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于僅僅在一個(gè)冶煉爐中通過相互協(xié)調(diào)的先后順序以簡單和經(jīng)濟(jì)的方法可以達(dá)到從由輕金屬和非金屬態(tài)物組成的散布混合物中比較高的金屬提取率。其中通過裝料、調(diào)整到希望的溫度、產(chǎn)生高的流動性和繞旋轉(zhuǎn)軸的均勻分布完成爐內(nèi)散布混合物的相應(yīng)準(zhǔn)備，以便緊接著可以達(dá)到一個(gè)高的金屬提取率，因?yàn)橥ㄟ^以上步驟在爐料或者混合物內(nèi)創(chuàng)造了良好的離析條件。按照在前面的步驟中已經(jīng)創(chuàng)造了高效率必要前提的順序，采用一定的徑向加速循環(huán)對于散布混合物基本上完全的金屬提取是重要的。其中特別重要的是徑向加速度建立和撤除的控制，由此可以意外地避免金屬重新混入非金屬物態(tài)區(qū)域，并在最后可以使金屬態(tài)物質(zhì)單獨(dú)澆出來。為此可以用一種簡單的方法使非金屬部分首先用一種煙道或分離槽(Siphon)留住，接著在金屬澆出以后可以方便地倒出或排空非金屬化合物。但是也可以，例如在由于在執(zhí)行流程時(shí)參數(shù)調(diào)整不合適金屬提取率不夠高時(shí)將爐料留在爐內(nèi)，必要時(shí)再加上其他爐料，并重新按本發(fā)明的順序提取金屬，以便提取盡可能多的液態(tài)金屬。特別地當(dāng)散布混合物加熱、拌勻和流動性調(diào)整以最大不超過0.39g的同一加速度，在或通過冶煉爐以一個(gè)與垂直方向傾斜成85至45°，最好是于45°至20°角時(shí)進(jìn)行的話有好處，因?yàn)橛眠@樣的方法均勻化條件調(diào)整得特別好。
盡管在冶煉爐垂直旋轉(zhuǎn)時(shí)由于地球引力引起的，促使金屬提取的、疊加的爐料振動載荷不會出現(xiàn)，對于專業(yè)人員會十分驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果散布的混合物經(jīng)受基本上垂直于地球加速度方向的金屬提取徑向加速度的話，這個(gè)方法效果特別好，并可以方便地進(jìn)行。對此中重要的是在金屬提取以后在冶煉爐的軸線基本上垂直的情況下將徑向加速度降到0，以防止(不同)狀態(tài)物質(zhì)重新混合。其次如果以簡單的方法首先將金屬態(tài)物質(zhì)通過冶煉爐的裝料口用翻轉(zhuǎn)爐子的方法澆注出來有好處。最后下面將會證明，如果如前所述在澆出金屬態(tài)物質(zhì)后不將冶煉爐中的殘留部分倒掉，而再經(jīng)受一次徑向加速度，對于提高金屬提取量是有利的。
本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)對于開頭所述這種裝置將這樣來解決，基本上旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計(jì)的冶煉爐與一個(gè)具有分別帶不同軸線方向或軸線傾角和一個(gè)至少為106°爐子總翻轉(zhuǎn)角度的兩個(gè)或兩個(gè)以上工作位置的翻轉(zhuǎn)裝置相連，并且可以以兩種或兩種以上的速度繞軸線旋轉(zhuǎn)。
一種這樣的裝置可以不僅制成緊湊的結(jié)構(gòu)，而且也具有很高的應(yīng)用靈活性和很高的效率。
如果冶煉爐的內(nèi)腔和/或位于其中的散布混合物是可加熱的、并且爐子是用耐火材料襯砌成的，那末不管是已冷卻的散布混合物還是直接生成的爐渣在具有非常堅(jiān)固的爐壁的爐子中可以以最高的金屬提取率處理。
其次如果冶煉爐在傾斜位置至少具有一個(gè)其旋轉(zhuǎn)軸與垂直位置成一個(gè)在85至45°范圍內(nèi)的角度(β)的、用來翻混爐料的工作位置，和一個(gè)基本上垂直的，用來使之獲得起離析作用的徑向加速度的工作位置，那么既能保證用來達(dá)到快速升溫或者快速溫度調(diào)整的有效翻混，也可以有效地均勻化和使?fàn)t料有很高的流動性，以及保證混合物均勻分布和有效離析的良好前提條件。如果冶煉爐在至少一個(gè)用來翻混爐料的工作位置可以用轉(zhuǎn)速N1(1/秒)驅(qū)動，則特別有好處，其中N1按下述公式計(jì)算N1<Y·2A]]>其中Y是一個(gè)混合常數(shù)，其大小為12.12，數(shù)值A(chǔ)是爐子的內(nèi)徑，以米表示；在本發(fā)明的其他結(jié)構(gòu)中，冶煉爐在基本上垂直的工作位置可以用一個(gè)轉(zhuǎn)速N2(1/秒)驅(qū)動，其中N2按以下公式計(jì)算N2>X·2A]]>其中X是分離常數(shù)，其大小為28.55，數(shù)值A(chǔ)是爐子的內(nèi)徑，以米表示。
由此不僅整個(gè)流程，而且金屬的離析效率可以大大改善。
最后，如果對于金屬態(tài)物質(zhì)從冶煉爐中澆注出來爐子的裝料口至少可以用蓋子部分關(guān)閉起來的話，對于不同狀態(tài)物質(zhì)的有效分離有好處。
下面僅僅借助于表示一個(gè)實(shí)施例的圖形對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。它們是

圖1，按本發(fā)明的裝置的側(cè)視示意圖。
圖2和圖3是一個(gè)在環(huán)境保護(hù)艙內(nèi)的裝置的側(cè)視圖和正視圖。
圖1中表示一個(gè)在工作位置B的冶煉爐2，其中表示了另外兩個(gè)工作位置，其中一個(gè)位置A帶有垂直的軸線21，裝料口24朝上；另一個(gè)傾斜的位置C，這時(shí)裝料口24朝下，帶一個(gè)相對于垂直方向轉(zhuǎn)過一個(gè)α角的軸線。按本發(fā)明的方法可以按以下順序進(jìn)行必要情況下在位置B的爐子2用一個(gè)燃燒器5預(yù)熱，其中燃燒器的安裝可以通過裝料口24進(jìn)行。在爐壁22進(jìn)行預(yù)期的預(yù)熱以后將加熱裝置5從裝料口24移開，然后將爐子2擺動或者翻轉(zhuǎn)到軸線21基本上處于垂直的位置A，在這個(gè)位置必要情況下通過例如一個(gè)漏斗71通過裝料口24將爐渣等等裝入爐內(nèi)。在裝入爐料以后將爐子2傾側(cè)到軸線位置B并使?fàn)t子繞軸線21旋轉(zhuǎn)(通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置23，例如一個(gè)可調(diào)速的驅(qū)動電機(jī))。用來使散布的混合物均勻化和達(dá)到很高的流動性的爐子2在軸線位置B的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在爐料的徑向加速度小于0.39g的情況下進(jìn)行，在這期間爐子可能通過燃燒器5加熱或者由于新爐渣吸收熱量而冷卻。爐子2在基本上垂直的工作位置A的后續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以在較小的徑向加速度下進(jìn)行，因?yàn)檫@樣有利于液化的爐料繞旋轉(zhuǎn)軸21均勻分布。在垂直軸線位置A進(jìn)行升速，從而使混合物的徑向加速度上升到大于1g。這個(gè)高的徑向加速度(其數(shù)值也可能有多至26％的脈動變化)至少保持0.015小時(shí)，以便達(dá)到(不同)物態(tài)基本上完全離析或者爐料完全排除金屬，然后在一個(gè)大于0.03小時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)使轉(zhuǎn)速降低到0。轉(zhuǎn)動著的爐子2快速的制動常常使得離析出來的金屬態(tài)物重新混合。在爐子2的靜止?fàn)顟B(tài)將它傾側(cè)到使它的裝料口24朝下，例如在軸線位置C，非金屬態(tài)物質(zhì)留在爐內(nèi)，將液態(tài)金屬倒入桶6′內(nèi)，然后可以移動小車，在將截留裝置撤去后將非金屬的或者提取金屬后的物態(tài)倒入另一個(gè)桶6內(nèi)。
圖2和圖3表示帶裝料裝置7的裝置的側(cè)視圖和正視圖。散布混合物從裝料容器7通過一個(gè)送料機(jī)構(gòu)71裝入用耐火材料22砌成爐襯的爐子2的裝料口24內(nèi)。為了避免對環(huán)境的影響將這個(gè)裝置設(shè)置在一個(gè)帶排氣口91的密封艙9內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用來從由至少一種輕金屬，特別是鋁，或者由這種金屬的合金和至少一種由至少一種這種金屬的氧化物或氧化化合物、必要時(shí)一種或幾種其他物質(zhì)，例如鹽或鹽的混合物等構(gòu)成的非金屬物態(tài)組成的散布混合物中在高溫條件下，特別是從由生產(chǎn)、處理，回收鋁或鋁合金附帶產(chǎn)生的爐渣中在使用加速力的情況下提取金屬態(tài)物質(zhì)的方法，其特征在于以下步驟將散布的混合物裝入冶煉爐內(nèi)；將爐料加熱和/或調(diào)整到超過金屬態(tài)熔點(diǎn)的20°至250℃的溫度；通過翻和使?fàn)t料均勻并產(chǎn)生高的流動性；使變得可流動的散布混合物繞冶煉爐的旋轉(zhuǎn)軸均勻分布；使混合物建立至少到1g的徑向加速度；在至少0.015小時(shí)之內(nèi)保持這個(gè)徑向加速度以提取金屬或使之離析；在大于0.03小時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)使徑向加速度降低到0；將金屬物態(tài)從冶煉爐中澆出來；將非金屬物態(tài)從冶煉爐中倒出來。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于；散布混合物的加熱以及均勻化和流動性的調(diào)整以混合物具有最高至0.39g的徑向加速度，在或者通過具有與垂直方向傾斜85至45°，最好是45至20°的旋轉(zhuǎn)軸線的冶煉爐旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于；散布混合物經(jīng)受一個(gè)基本上與地球加速度垂直的方向的提取金屬徑向加速度。
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的方法，其特征在于在冶煉爐基本上垂直的軸線位置時(shí)使徑向加速度降低到0。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)的方法，其特征在于金屬態(tài)物質(zhì)通過冶煉爐裝料口通過傾倒?fàn)t子澆出來。
6.按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)的方法，其特征在于；在澆出金屬態(tài)物質(zhì)后殘留在冶煉爐中的部分倒出或者經(jīng)受另一次徑向加速度。
7.用來從由至少一種輕金屬，特別是鋁或者由這種金屬的合金和至少一種由至少一種這種金屬的氧化物或氧化化合物、必要時(shí)一種或幾種其他物質(zhì)，例如鹽或鹽的混合物等構(gòu)成的非金屬態(tài)物質(zhì)組成的散布混合物中在高溫條件下，特別是從由生產(chǎn)、處理、回收鋁或鋁合金附帶產(chǎn)生的爐渣中提取金屬態(tài)物質(zhì)的裝置，它主要由一個(gè)可旋轉(zhuǎn)和可傾倒的冶煉爐組成，特別是用來實(shí)現(xiàn)前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法的裝置，其特征在于基本上做成回轉(zhuǎn)對稱形的冶煉爐(2)與一個(gè)傾倒機(jī)構(gòu)(3)相連，傾倒機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上工作位置(A、B、C)，它們分別具有不同的軸線方向或者軸線傾角和一個(gè)爐子的總傾角(α)，它至少是106°，最好是121°，爐子可以用兩種或兩種以上的速度繞軸線(21)旋轉(zhuǎn)。
8.按權(quán)利要求7的裝置，其特征在于冶煉爐(2)的內(nèi)腔和/或位于其中的散布混合物可以借助于一個(gè)最好是可以裝上的加熱裝置(5)加熱。
9.按權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于冶煉爐(2)包砌有耐火材料(22)。
10.按權(quán)利要求7至9之任一項(xiàng)的裝置，其特征在于冶煉爐(2)在傾倒位置(α)至少具有一個(gè)用來翻混爐料的、旋轉(zhuǎn)軸線(21)與垂直位置成一個(gè)在85至45°范圍內(nèi)夾角(β)的工作位置，并且具有一個(gè)基本上垂直的用于施加產(chǎn)生離析作用的徑向加速度的工作位置。
11.按權(quán)利要求7至10之任一項(xiàng)的裝置，其特征在于冶煉爐(2)在至少一個(gè)用來翻混爐料的工作位置可以以轉(zhuǎn)速N1(1/秒)驅(qū)動，N1以下述公式計(jì)算N1<Y·2A]]>其中Y表示混和常數(shù)，數(shù)值為12.12，數(shù)值A(chǔ)表示爐子的內(nèi)徑，它以米為單位。
12.按權(quán)利要求7至11之任一項(xiàng)的裝置，其特征在于冶煉爐(2)在基本上垂直的工作位置可以用一個(gè)轉(zhuǎn)速為(N2)的驅(qū)動裝置(23)驅(qū)動，N2的大小按下述公式計(jì)算N2>X·(12A)]]>其中X表示分離常數(shù)，數(shù)值為28.55，數(shù)值A(chǔ)表示爐子的內(nèi)徑且以米為單位。
13.按權(quán)利要求7至12之任一項(xiàng)的裝置，其特征在于至少為將金屬態(tài)物從冶煉爐(2)中澆出的裝料口(23)可通過蓋子(4)局部關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從散布的混合物或爐渣中提取液態(tài)輕金屬的方法和裝置，其步驟是把散布混合物裝入冶煉爐；將爐料加熱到超過金屬的熔點(diǎn)20至250℃；通過翻混使?fàn)t料均勻并調(diào)整到很高的流動性；使具有流動性的散布混合物繞冶煉爐的旋轉(zhuǎn)軸均勻分布；建立混合物的徑向加速度至最小1g；保持加速度0.015小時(shí)的提取金屬和離析；在超過0.03小時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)使徑向加速度下降至0；從爐子中澆出金屬態(tài)物質(zhì)；從爐子中倒出非金屬態(tài)物質(zhì)。
文檔編號C22B7/04GK1163315SQ9710208
公開日1997年10月29日 申請日期1997年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月29日
發(fā)明者伯恩德·高絲 申請人:伯恩德·高絲