BE1027793B1

BE1027793B1 - Verbeterde Oven voor het Uitroken met Plasma Inductie

Info

Publication number: BE1027793B1
Application number: BE20205842A
Authority: BE
Inventors: Bert Coletti; Charles Geenen; Visscher Yves De; Mathias Chintinne
Original assignee: Metallo Belgium
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-06-23
Also published as: US20220389536A1; EP4062117B1; CN114667428A; EP4062117A1; CA3159911A1; ES2969731T3; KR20220105660A; BE1027793A1; JP2023503236A; MX2022005349A; EP4062117C0; RS65111B1; WO2021099598A1; PL4062117T3; CL2022001144A1

Abstract

Geopenbaard wordt een eenkameroven voor het uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading, die een badoven omvat om een gesmolten lading te bevatten tot een bepaald niveau, waarbij de oven uitgerust is met een plasmatoorts met niet-overdragende boog voor het genereren van plasma en een eerste ondergedompelde injector voor het injecteren van het plasma onder het bepaalde niveau, waarbij de oven voorts een naverbrandingszone omvat voor het vormen van een geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding, en een recuperatiezone voor het recupereren van de geoxideerde vorm uit het gas dat gevormd is in de naverbrandingszone, waarbij de oven voorts uitgerust is met een tweede ondergedompelde injector voor het injecteren van extra gas in de oven onder het bepaalde niveau. Voorts wordt het gebruik van de oven en een werkwijze geopenbaard voor het uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading.

Description

4; BE2020/5842 Verbeterde Oven voor het Uitroken met Plasma Inductie

VAKGEBIED VAN DE UITVINDING De onderhavige uitvinding betreft het vakgebied van pyrometallurgische recuperatie van non-ferrometalen, zoals koper, lood, tin en zink, uit primaire en/of secundaire toevoermaterialen, ook bekend als recycleerbare materialen, of uit combinaties daarvan. Meer in het bijzonder betreft de uitvinding de recuperatie van vluchtige metalen, zoals zink en lood, uit een bad van gesmolten slak en/of metaal, door een werkwijzestap die doorgaans uitroken wordt genoemd.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING De productieprocessen van non-ferrometalen zoals koper, nikkel, lood, tin en zink, bevatten doorgaans ten minste één en gewoonlijk een veelheid aan pyrometallurgische werkwijzestappen waarin metalen en metaaloxiden beide voorkomen in vloeibare gesmolten toestand, en waarbij het metaaloxiden met behulp van de zwaartekracht als een afzonderlijke vloeibare slakfase met lagere dichtheid kan worden afgescheiden van de gesmolten metaalfase met hogere dichtheid. Indien de slakfase arm is aan waardevolle metalen wordt de slakfase doorgaans als een afzonderlijke stroom onttrokken aan de werkwijze, en die afscheiding kan leiden tot de productie van een slak als het nevenproduct uit de metaalproductie, een nevenproduct dat ook een “eindslak” of een “finale slak” kan worden genoemd. In de octrooischriften WO 2013/133748 A1 en US 2015/0040722 A1 wordt een uitsmelt-reductiewerkwijze in twee stappen geopenbaard voor de productie van gesmolten ijzer uit ijzeroxidehoudende grondstoffen. De grondstoffen worden eerst verwerkt door een smeltreactor en vervolgens door een uitsmelt-reductiereactor. De atmosferen in de twee reactors worden strikt gescheiden gehouden, zodanig dat in de uitsmelt-

reductiereactor sterk reducerende omstandigheden kunnen worden aangehouden om de opbrengst van de reductie tot vloeibare ijzersmelt te verhogen, terwijl neutralere omstandigheden kunnen worden aangehouden in de smeltreactor zodanig dat beter gebruik kan worden gemaakt van de verbrandingsenergie uit de verbranding van koolstofhoudende stoffen. De uitsmelt-reductiereactor wordt verwarmd door ondergedompelde plasmageneratoren, en de reducerende atmosfeer wordt verkregen door toevoeging van een reducerend middel zoals steenkool of petroleumcokes. De reactie levert een brandbaar gasmengsel op dat CO en/of Hz omvat, en doorgaans ook lage gehaltes aan CO: en H:O. Dat gasmengsel omvat, na het verwijderen van onzuiverheden, voornamelijk CO en/of Hz, en wordt gedeeltelijk gerecirculeerd naar de plasmagenerator die de uitsmelt- reductiereactor verwarmt. De rest van het gasmengsel wordt gebruikt voor het verwarmen van de smeltreactor door verdere verbranding, door middel van een andere ondergedompelde plasmagenerator en/of door het injecteren van een zuurstofhoudend gas en het brandbare gasmengsel in een blaaspijp onder het oppervlak van de gesmolten oveninhoud. Eventueel aanwezig zwavel in de ijzerhoudende grondstof zal doorgaans worden verwijderd in de smeltreactor, hetzij in de reactorgassen, hetzij als deel van een mattefase.

Koper dat aanwezig is in de grondstof zal doorgaans worden verwijderd als metallisch koper en/of mattekoper in de bodem van de smeltreactor. De werkwijze kan een veel lagere emissie van CO: vertonen dan een conventionele hoogovenwerkwijze. WO 2013/133748 A1 en US 2015/0040722 A1 maken geen melding van het eventueel strippen of uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding, en de beschreven apparatuur is niet voorzien op de recuperatie daarvan als een afzonderlijk product. De beschreven oven is derhalve niet geschikt voor het uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading.

In het octrooischrift US 4,601,752 wordt een minder complexe werkwijze geopenbaard voor het produceren van metalen en/of het genereren van slak, geïllustreerd voor de productie van ferrochroom uit chromieterts. Tot fijn poeder verwerkt oxide-erts, wordt eventueel samen met slakvormers, behandeld in een eenkamerreactor die drie zones omvat, een bovenste oxidatiezone waarin het materiaal wordt voorverwarmd en eventueel gesmolten door de verbranding van koolstofmonoxide en waterstofgas die opstijgen uit de middelste zone eronder met een gas dat zuurstof bevat, een middelste zone die bestaat uit een slakbad waarin het voorverwarmde en eventueel gesmolten oxidemateriaal ten minste gedeeltelijk wordt gereduceerd door de gelijktijdige injectie van koolstofhoudend materiaal en/of materiaal dat koolwaterstof bevat, en thermische energie die voornamelijk wordt geleverd door plasmageneratoren, en een onderste zone aan de bodem van de reactor waarin het metaal dat wordt gevormd tijdens het reductieproces neerzinkt, en waaruit het metaalproduct en het slaknevenproduct kunnen worden afgetapt.

Het zuurstofhoudende gas dat wordt ingebracht in de middelste zone is 99,5 gewichts-% pure zuurstof.

De toevoeging van zuurstof wordt geregeld om voldoende energie te genereren voor het voorverwarmen en smelten van het erts en additieven die in de kamer zijn toegevoegd, en dat in de meer oxiderende atmosfeer die heerst in de middelste en de bovenste zones van de kamerreactor.

De energie die wordt geleverd door de plasmageneratoren wordt geregeld om de endotherme reacties tussen slak en koolstof aan te drijven, onder de reducerende atmosfeer die heerst in het onderste deel van de kamerreactor.

Het grootste deel van het uitlaatgas uit de oven wordt behandeld voor de verwijdering van H:O en CO», en wordt teruggevoerd naar de oven als toevoergas voor de plasmagenerator.

De rest van het uitlaatgas wordt verwijderd uit de werkwijze voor gebruik als brandstof.

US 4,601,752 maakt geen melding van het eventueel strippen of uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding, en de beschreven apparatuur is niet voorzien op de recuperatie daarvan als een afzonderlijk product.

De materiaalbalans in Figuur 2 toont aan dat naast het plasmagas en het zuurstofgas geen ander gas de oven wordt ingebracht.

Ook deze oven is derhalve niet geschikt voor het uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading.

In het octrooischrift WO 2016/078959 A1 wordt een éénbadoven beschreven voor het uitsmelten van metallurgische ladingen en het scheiden van metalen in flexibele oxidatie-reductieomstandigheden. De oven is uitgerust met een plasmatoorts of brander van 3 MW, en daarnaast ook met een conventionele zogenaamde “oxygas”-brander van 1,5 MW. De inrichting maakt het mogelijk om oxidatiestappen en reductiestappen uit te voeren in dezelfde oven. Het document stelt voor om de oxygasmodus te gebruiken voor het uitsmelten en/of voor om licht reducerende of om het even welke oxiderende omstandigheden tot stand te brengen in de uitsmeltoven, en om de plasmamodus te gebruiken om de sterk reducerende omstandigheden tot stand te brengen. Indien een zeer hoge energietoevoer nodig is, kunnen de twee verwarmingstechnologieën ook gelijktijdig worden gebruikt.

De finale slakken die worden onttrokken aan pyrometallurgische processen waarmee non-ferrometalen worden geproduceerd, worden doorgaans gekoeld, tot korrels verwerkt en verbrijzeld/op maat gesorteerd, en kunnen worden gebruikt bij de productie van beton, als vervangmiddel voor stenen en gruis of als aggregaat bij wegenbouw. Wanneer ze worden vermalen kunnen de slakken ook nuttig zijn voor gebruik als zandstraalzand of straalgruis.

Sommige van de substanties die kunnen worden aangetroffen in de slakproducten die bekend zijn in de techniek, worden als potentieel schadelijk voor het milieu beschouwd. Voornamelijk lood, maar in zekere mate ook zink, zijn belangrijke voorbeelden van dergelijke ongewenste substanties. Zink en lood zijn beide metalen die ten minste gedeeltelijk aanwezig kunnen zijn in vormen die in staat zijn om uit de slak uit te logen, en de aanwezigheid van beduidende gehaltes daarvan maken veel toepassingen van het slakproduct onmogelijk, met name de economisch aantrekkelijkere toepassingen, en kunnen het storten van dergelijke slakken als vulgrond veel complexer en moeilijker maken, waarbij ze doorgaans moeten worden beschouwd als “gevaarlijk afval”. De aanvaardbaarheid van het gebruik in bepaalde toepassingen wordt vaak bepaald door het testen van het uitlooggedrag van slakken. Doorgaans zijn elementen zoals Pb en Zn sterker geneigd tot uitlogen, en zij kunnen de reden zijn waarom een bepaalde slak niet voldoet aan zulke aanvaardbaarheidstests.

Bovendien hebben de aanvragers geconstateerd dat zinkgehaltes in de grootteorde van 5 gewichts-% en hoger in slakken het uitharden van beton en andere bouwmateriaalsamenstellingen, zoals cement, aanzienlijk vertragen wanneer de slakken in dergelijke 5 bouwmateriaalsamenstellingen worden gebruikt. Dat effect op de uithardsnelheid vormt een hindernis voor het gebruik van slakken die beduidende hoeveelheden Zn bevatten als cementmateriaal en/of als aggregaat in beton of cement. Om ten minste sommige van de bovenstaande redenen hebben producenten van non-ferrometalen geprobeerd om de gehaltes aan zink, en indien aanwezig ook aan lood, in hun slaknevenproducten te verlagen, vaak door middel van a zogenaamde “uitrookstap”.

Michael Borelli beschrijft in “Slag — a resource in the sustainable society”, tijdens het congres “Securing the Future. An International Conference on Mining and the Environmental Metals and Energy Recovery”, dat plaatsvond in Skellefteà, Zweden, in 2005, pp. 130-138 van de congrespublicatie, hoe al sinds de jaren 1960 de vloeibare slak uit een elektrische uitsmeltoven die een kopermatte produceert, kan worden behandeld met reducerende gassen in een slakuitrookoven, ook wel “kistuitrookinstallatie” genoemd, een batchwerkwijzestap waarin het zinkgehalte in de koperuitsmeltslak — en in extra zinkrecyclagemateriaal — wordt verlaagd tot 1,2 gewichts-%. De uitgerookte slak wordt verder gereinigd in een bezinkingsoven waar resterende druppeltjes koperlegering en kopersulfide enige verblijftijd krijgen om zich af te scheiden in een zwaardere vloeibare fase voor de slak tot korrels wordt verwerkt, wordt ontwaterd en kan worden verkocht voor wegenbouw en voor zandstralen. De reducerende gassen voor de uitrookinstallatie worden verkregen door het zorgvuldig mengen van verpulverde steenkool in de primaire lucht die wordt geïnjecteerd in de oven. Het probleem met dit type van uitroken is dat de reactie van steenkool met lucht beperkt dient te blijven tot de productie van voornamelijk koolstofmonoxide, teneinde reducerende omstandigheden te handhaven, en daardoor het grootste deel van de reactiewarmte, d.w.z. het deel dat wordt gegenereerd door de opeenvolgende reacties waardoor koolstofmonoxide wordt geoxideerd tot koolstofdioxide, onbeschikbaar blijft in de kern van de oven voor het aandrijven van endotherme reacties, zoals de reductie van metaaloxiden, zoals zinkoxide, tot het elementaire metaal dat uit het vloeibare bad kan worden gestript. Nog een nadeel van een kistuitrookinstallatie zijn de hoge volumes aan ovenuitlaatgassen die worden gegenereerd, en die moeten worden gekoeld, gefilterd en behandeld voor recuperatie van de uitgerookte metalen en voor om ze te reinigen voor ze worden vrijgegeven in de atmosfeer.

In het octrooischrift US 4,588,436 wordt een werkwijze geopenbaard voor het recupereren van metalen uit een lading vloeibare slak in metallische vorm of in sulfidevorm door reductie met een koolstofhoudend reducerend middel, waarbij de thermische energie die nodig is om de temperatuur te handhaven en de reductie en sulfidering te voltrekken wordt geleverd door gas dat is voorverwarmd in een plasmagenerator onder het oppervlak van het slakbad te blazen. De damp van vluchtige metalen wordt gecondenseerd in een condensator, en gerecupereerd als vloeibaar metaal. De niet-vluchtige metalen en de gevormde sulfiden worden opgevangen in de vorm van gesmolten druppels die men uit de slak laat bezinken. Reducerende omstandigheden moeten gedurende de volledige beschreven werkwijze worden aangehouden, tot stroomafwaarts na van de condensator, om de condensatie van de vluchtige metalen in de condensator als vloeibaar metaalproduct mogelijk te maken. De rookgassen uit de oven die de vluchtige metalen bevatten, vormen ook een aanzienlijk veiligheidsrisico. Ze zijn uiterst reactief en hebben een hoge temperatuur. Elke binnendringing van lucht, hoe klein ook, zal leiden tot de zelfontbranding en mogelijk zelfs explosie van de rookgassen.

In “ScanArc’s Development of Plasma Based Processes for Recovery of Metals and Heat Energy from Waste and Hazardous Waste Materials”, gepresenteerd op de International Workshop on Plasma Technologies for Hazardous Waste Destruction, Como, Italië, 12-15 september 1992, introduceerde het bedrijf ScanArc Plasma Technologies AB een ondergedompelde plasmagenerator van het type met niet-overdragende boog voor de reductie van slakken uit de metallurgische industrie door uitroken, waarbij het gehalte aan zware metalen kon worden verlaagd, de metalen konden worden gerecupereerd, en een verglaasde, niet-uitlogende slak kon worden geproduceerd. De plasmagenerator is in staat om op de meeste gassen te werken, bij om het even welke zuurstofpotentiaal, om een zeer hoge bruikbare enthalpie te genereren terwijl de gasstromen relatief laag blijven, ook met een arm gasmengsel, en biedt dus grote voordelen op het vlak van flexibiliteit. S.O. Santén bracht een zeer gelijksoortig verhaal op het 21e McMaster Symposium on Iron and Steelmaking, “Pretreatment and Reclamation of Dusts, Sludges and Scales”, op de McMaster-universiteit, Hamilton, Ontario, Canada, op 11-13 mei 1993. De technologie werd onder andere commercieel toegepast in Noorwegen door Energy Recycling AS (ERAS) op de site van Hgyanger Sink Gjenvinning AS, zoals blijkt uit de aanvraag voor een milieuvergunning “Recovering of Metal Values from EAF Dust by the Arcflash fuming Process”, ingediend op 10 oktober 2002 en openbaar gemaakt ongeveer twee weken vóór de openbare hoorzitting over dat onderwerp, die plaatsvond op 31 oktober 2002. De aanvraag is ook zeer gedetailleerd wat betreft de werkwijze zelf, de samenstellingen van de grondstoffen en de producten, met inbegrip van de vloeimiddelcomponenten (“fluxcomponenten”), ook bekend als de slakvormers, de werkingsparameters, en het ontwerp van de apparatuur.

In het octrooischrift WO 2005/031014 A1 wordt ook een dergelijke uitrookreactor beschreven voor het behandelen van Zn- houdende residu's met gebruik van een ondergedompelde, met plasma gestookte blaaspijp die bevestigd is aan een plasmatoorts als bron van warmte en gas. In het octrooischrift WO 2008/052661 A1 wordt een werkwijze beschreven voor het uitroken van Zn met behulp van een ondergedompelde plasmatoorts die een oxiderend gasmengsel genereert, waarin een reducerend middel in vaste vorm wordt toegevoerd om te smelten.

In het octrooischrift WO 2016/046593 A1 wordt het uitsmelten en uitroken beschreven van een metallurgische lading met behulp van een straal heet gas uit een ondergedompelde plasmatoorts, waarbij het hete gas (of juister: “het plasma”) dat wordt geproduceerd een enthalpie heeft van ten minste 200 MJ/kmol. In het octrooischrift WO 2016/156394 A1 wordt een werkwijze beschreven voor het uitroken van zink uit een metallurgische slak met behulp van een ondergedompelde plasmatoorts, waarbij het zinkgehalte van de geproduceerde slak was ten hoogste 1,00 gewichts-% en de schone slak het voordeel bood van snelle uitharding wanneer de slak fijn vermalen werd en gebruikt werd als actief bindmiddel, in een mengsel van 50/50 met natriumsilicaat, voor het maken van tegels. De ovens voor uitroken met plasma die worden beschreven in de hierboven vermelde documenten gebruikten als hun warmtebron enkel plasmageneratoren, d.w.z. branders die een zeer hoge temperatuur genereren door elektriciteit te verbruiken, een bron van energie die in veel landen vrij duur is.

De aanvragers hebben echter geconstateerd dat de gasstroom die kan worden geproduceerd door een plasmagenerator op industriële schaal beperkt blijft, teneinde de elektrische boog werkzaam en stabiel te houden, en om de enthalpie-inhoud van het hete gas uit de plasmagenerator voldoende hoog te houden om het gewenste plasma te vormen. Dit wordt later in dit document in meer detail toegelicht. Er is dus een grens aan de hoeveelheid stripgas die beschikbaar kan worden gesteld door een plasmagenerator voor het strippen van de verdampbare substanties uit het vloeibare bad in de oven. Daardoor wordt ook de mate beperkt waarin het gas dat wordt geïnjecteerd uit de plasmageneratoren het vloeibare bad dat zich in de oven bevindt kan omroeren.

Bij het uitroken van slak gaat de voorkeur uit naar sterk reducerende omstandigheden, omdat de oxides van zink en andere verdampbare metalen mogelijk dienen te worden gereduceerd tot hun respectieve elementaire vormen opdat de metalen verdampbaar zouden worden. Sterk reducerende omstandigheden kunnen worden verkregen door het toevoegen van ten minste één reducerend middel, dat een gas, een vloeistof, een vaste stof, of een combinatie daarvan kan zijn, bij voorkeur een reducerend middel in vaste vorm, bij voorkeur koolstof, en het kan worden toegevoegd aan het hete plasmagas dat wordt geïnjecteerd in de oven.

Vanwege de kleine hoeveelheid plasmagas die beschikbaar is per plasmagenerator blijft deze werkwijze voor het inbrengen van bijkomend reducerend middel echter beperkt. Er kan bijkomend reducerend middel worden toegevoegd aan de oven door bij voorkeur een reducerend middel in vaste vorm op het oppervlak van het bad te laten vallen door de vulopening van de oven.

Die bijkomende werkwijze voor het inbrengen van bijkomend reducerend middel laat echter te wensen over.

Een reducerend middel in gasvorm, zoals aardgas, kan niet worden ingebracht door middel van deze toevoegingswerkwijze via de vulopening van de oven, aangezien het niet tot bij het vloeibare bad zou komen waarin het zijn reducerende werking dient uit te oefenen, omdat het reducerende middel in gasvorm daarvoor tegen de stroming van de ovenuitlaatgassen in zou moeten gaan. De injectie van een vloeibaar reducerend middel, zoals brandstofolie, geniet ook minder de voorkeur, omdat de verdamping ervan een grote volumetrische expansie veroorzaakt, wat leidt tot schuimvorming en spatten in de oven, en een deel van het reducerende middel kan worden meegevoerd met de uitlaatgassen voor het zijn beoogde werking kan uitoefenen. De keuze van geschikte reducerende middelen is daardoor vrij beperkt.

Het bijkomende reducerende middel dat conventioneel wordt toegevoegd door de vul- en uitlaatopening in de bovenzijde van de oven moet zich omlaag verplaatsen door de gasruimte in de bovenzijde van de oven voor het in staat is het vloeistofoppervlak te bereiken. Net vóór de ovengassen in de uitlaatpijpen terechtkomen, wordt doorgaans extra lucht ingebracht voor het oxideren van de verdampte elementaire metalen of metaalverbindingen tot hun overeenkomstige metaaloxiden. De oxiden hebben veel hogere kookpunten en smeltpunten dan de overeenkomstige metalen. De gevormde oxiden verschijnen gemakkelijk als meegevoerd rookgasstof en kunnen als zodanig worden gerecupereerd verder stroomafwaarts in het uitlaatgassysteem van de oven. Tijdens de doortocht ervan door de bovenzijde van de oven wordt het bijkomende reducerende middel zo in contact gebracht met lucht, en bij de hoge temperaturen in de oven kan ten minste een deel van het reducerende middel vlot worden geoxideerd vóór het resterende deel in staat is om het oppervlak van het vloeibare bad te bereiken. De warmte die wordt opgewekt door die oxidatie bereikt evenmin het vloeibare bad, maar blijft bij de uitlaatgassen. In plaats een voordeel wordt die warmte een bijkomende last voor het uitlaatgasbehandelingssysteem.

Het bijkomende reducerende middel dat eventueel in staat is om het oppervlak van het vloeibare bad te bereiken, is niet in staat om zijn werking naar behoren uit te voeren tenzij het goed in het vloeibare bad wordt gemengd. De gasstroom die beschikbaar is uit de plasmageneratoren veroorzaakt echter geen heel intense omroering van het bad.

Het bijkomende reducerende middel moet ook in staat zijn zich omlaag te verplaatsen door de gasruimte van de oven, tegen de opstijgende stroom stripgas in, voor het doordringt tot het oppervlak van het vloeibare bad. De deeltjes- of druppelgrootte van het vaste of vloeibare reducerende middel moet daarom voldoende hoog zijn, zodanig dat wordt vermeden dat de deeltjes en/of druppels te zeer met het stripgas worden meegevoerd tot in het uitlaatgasbehandelingssysteem. Grote deeltjes bieden echter een beperkte oppervlakte per massaeenheid, en zijn daarom minder reactief wanneer ze in het vloeibare bad worden gemengd. De meeste reducerende middelen, zoals vaste koolstof, hebben een veel lagere dichtheid dan het vloeibare bad in de oven. Grotere deeltjes vertonen een groter drijfvermogen en hebben daardoor een grotere neiging om te komen bovendrijven op het vloeibare bad, waardoor de contactoppervlakte tussen het reducerende middel in vaste vorm en het vloeibare bad nog kleiner wordt.

Die bijkomende werkwijze voor het toevoegen van bijkomend reducerend middel lijdt daardoor aan een aanzienlijk gebrek aan efficiëntie en doeltreffendheid.

De door plasma gedreven uitrookprocessen en -ovens die bekend zijn in de techniek laten daarom te wensen over. Er bestaat nog steeds een behoefte aan een verbeterd door plasma aangedreven uitrookproces en -inrichting die een verhoogde uitrooksnelheid bieden, in het bijzonder door sterkere omroering van het bad en/of een grotere hoeveelheid uitrookgas, evenals de mogelijkheid om bijkomend reducerend middel toe te voegen op een efficiëntere en doeltreffendere manier. De onderhavige uitvinding heeft tot doel het hierboven beschreven probleem weg te nemen of ten minste te verlichten, en/of om in het algemeen verbeteringen te verschaffen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING Volgens de uitvinding worden een inrichting en een werkwijze verschaft zoals gedefinieerd in om het even welke van de bijgevoegde conclusies.

In een uitvoeringsvorm verschaft de onderhavige uitvinding een eenkameroven of inrichting voor het uitroken van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading, die een badoven omvat die in staat is om een gesmolten lading te bevatten tot een bepaald niveau, waarbij de oven uitgerust is met ten minste één plasmatoorts met niet-overdragende boog voor het genereren van eerste hete gassen van plasmakwaliteit en met ten minste één eerste ondergedompelde injector voor het injecteren van eerste hete gassen uit de plasmatoorts onder het bepaalde niveau, waarbij de oven voorts een naverbrandingszone omvat voor het oxideren van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding in het rookgas voor het vormen van een geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding, en een recuperatiezone voor het recupereren van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas dat gevormd is in de naverbrandingszone, met het kenmerk dat de oven voorts uitgerust is met ten minste één tweede ondergedompelde injector die verschillend is van de eerste ondergedompelde injector voor het injecteren van extra gas in de oven onder het bepaalde niveau.

In een andere uitvoeringsvorm verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het uitroken van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading met behulp van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding, de werkwijze die de volgende stappen omvat: ° het inbrengen van de metallurgische lading die ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding omvat in de oven en het vormen van een bad van gesmolten lading tot het bepaalde niveau; ° het uitroken van een hoeveelheid van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit het bad met gebruik van de hete gassen van plasmakwaliteit uit de ten minste ene plasmatoorts en ten minste één reducerend middel, waardoor rookgas wordt geproduceerd dat het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding omvat; ° het in de naverbrandingszone naverbranden van het rookgas om het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding te oxideren tot een geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding, ° het uit de oven extraheren van het in de oven gevormde gas en het recupereren van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas dat gevormd is in de naverbrandingsstap; met het kenmerk dat tijdens ten minste een deel van de stap van het uitroken extra gas door de ten minste ene tweede injector in het bad en onder het bepaalde niveau wordt geïnjecteerd, waardoor de hoeveelheid rookgassen die het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding omvatten wordt vergroot.

De term metallurgische lading staat in de context van de onderhavige uitvinding voor een brede familie van samenstellingen die op ieder moment kunnen voorkomen als, of als deel van, een oveninhoud of ovenlading tijdens een pyrometallurgische werkwijzestap, bij voorkeur een stap die deel uitmaakt van het productieproces voor een non-ferrometaal.

Bij voorkeur is de metallurgische lading een eerste slak, en is het product dat verkregen wordt uit de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding een tweede slak die een gehalte heeft aan het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding dat verlaagd is in vergelijking met het gehalte aan hetzelfde verdampbare metaal of dezelfde verdampbare metaalverbinding in de eerste slak.

In een andere uitvoeringsvorm voorziet de onderhavige uitvinding in het gebruik van de oven volgens de onderhavige uitvinding voor het uitroken van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading.

De aanvragers hebben geconstateerd dat het uitroken van een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading, waarbij de stap van het uitroken gebruik maakt van eerste hete gassen van plasmakwaliteit uit een plasmatoorts die geïnjecteerd worden in het gesmolten vloeibare bad door een eerste ondergedompelde injector, beduidend kan worden verbeterd door het injecteren van extra gas via de ten minste ene tweede ondergedompelde injector in het gesmolten vloeibare bad.

De aanvragers hebben geconstateerd dat het extra gas dat wordt ingebracht door een extra ondergedompelde injector een extra injectiepunt en extra gasvolume verschaft voor het strippen van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding uit de gesmolten metallurgische lading. De aanvragers hebben geconstateerd dat, als enkel het volume van het plasma of de hete gassen dat uit de plasmatoortsen komt beschikbaar is voor het strippen van zink uit een koperuitsmeltinstallatieslak, de zinkconcentratie in de gasbellen die opstijgen door het gesmolten slakbad hoge waarden kunnen bereiken, tot wel 40 mol-%. Omdat in het beste geval een evenwichtstoestand kan worden bereikt voor de het zinkuitrookreactie (I), ZnO + C — Zn(g) + CO(g) (1) ondanks de gunstige evenwichtsconstante die de werkwijze geniet bij de zeer hoge temperaturen van de hete gassen van plasmakwaliteit uit de plasmatoorts, heeft het hoge Zn-gehalte in de gasbellen tot gevolg dat er nog een beduidende hoeveelheid zinkoxide achterblijft in het vloeibare bad. De aanvragers hebben geconstateerd dat die concentratie in de gasfase aanzienlijk kan worden verlaagd door de onderhavige uitvinding, vanwege het extra gas dat beschikbaar wordt gemaakt voor het strippen via een extra injector, en verder vanwege de verhoogde aanwezigheid van het reducerende middel in het hele vloeibare bad die erdoor mogelijk wordt gemaakt. Omdat de hoeveelheid hete gassen die kan worden geproduceerd door een plasmatoorts beperkt is, hebben de aanvragers geconstateerd dat het voordelig is extra gas te injecteren in het gesmolten vloeibare bad, en met name voordelig vanwege de injectie via de ten minste ene tweede ondergedompelde injector, die verschillend is van de eerste ondergedompelde injector.

Een ander voordeel van de onderhavige uitvinding is dus ook dat de uitvinding voorziet in ten minste één bijkomend ondergedompeld gasinjectiepunt in het gesmolten vloeibare bad. Dat brengt het voordeel met zich mee van extra omroering van het gesmolten vloeibare bad in de oven, wat de vermenging in het bad verbetert, leidt tot in een meer gelijkmatige verdeling van de temperatuur en van reducerend middel dat kan worden toegevoegd in de oven, en daardoor ook de chemische reacties bevordert die plaatsvinden, waarbij ook een meer gelijkmatige verdeling wordt verkregen van het gereduceerde metaal of de gereduceerde metaalverbinding dat of die wordt gevormd door de reactie met het reducerende middel. Het extra ondergedompelde gasinjectiepunt leidt daardoor ook via die mechanismen tot een verbetering van de uitrookwerking.

Nog een ander voordeel van de onderhavige uitvinding is dat ze voorziet in ten minste één extra middel voor het verder inbrengen van reducerend middel in het gesmolten vloeibare bad in de oven. Omdat de ten minste ene tweede injector ook een ondergedompelde injector is, biedt dit extra middel tezelfdertijd een ruimere selectie aan geschikt reducerend middel in vergelijking met het toevoegen van grote deeltjes van een vast reducerend middel en/of een vloeibaar reducerend middel door de vul en uitlaatopening in de bovenzijde van de oven. Terwijl met de conventionele middelen alle cokesdeeltjes die in de oven worden geworpen via de vulopening bij voorkeur een gemiddelde deeltjesgrootte hebben in het bereik van ten minste 6 mm, zodanig dat de meeste van de deeltjes in staat zijn om omlaag te vallen in de oven en het meevoeren ervan met de uitlaatgassen die de oven via dezelfde opening verlaten beperkt blijft, biedt de tweede ondergedompelde injector een veel ruimere selectie aan geschikt reducerend middel. Het reducerende middel dat via de tweede ondergedompelde injector wordt ingebracht kan een gas, een vloeistof, een vaste stof of combinaties daarvan zijn, en het reducerende middel mag, wanneer het een vaste stof is, een veel fijnere granulometrie vertonen, wat extra voordelen biedt op het vlak van een hoge verhouding van oppervlakte tot volume en een grotere contactoppervlakte, en dus een hogere reactiviteit wanneer het middel in contact komt met het gesmolten vloeibare bad in de oven. Het ondergedompeld inbrengen van het reducerende middel biedt ook het voordeel van een inniger contact tussen het reducerende middel en het vloeibare bad. Dat voordeel geldt voor alle aggregatietoestanden van het reducerende middel, maar blijkt met name prominent wanneer het reducerende middel een vaste stof is, in het bijzonder een fijn verdeelde vaste stof. De onderhavige uitvinding bereikt daarom meer dan enkel het verschaffen van meer stripgas voor het strippen van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding uit de metallurgische lading. Een bijkomend effect is de extra omroering van het bad, wat leidt tot een grotere homogeniteit in het bad in de oven, en nog een bijkomend voordeel is de mogelijkheid om meer, en eventueel ook een ander en doeltreffender reducerend middel te injecteren, op een efficiëntere wijze. Die bijkomende effecten dragen bij tot een nog verbeterde uitroking vanwege verbeterde omstandigheden die de beoogde chemische reacties bevorderen.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING De onderhavige uitvinding zal hierna worden beschreven in specifieke uitvoeringsvormen en onder mogelijke verwijzing naar specifieke tekeningen; ze is daartoe echter niet beperkt, maar wordt enkel bepaald door de conclusies. De beschreven tekeningen zijn slechts schematisch en zijn niet-inperkend. In de tekeningen kan de grootte van sommige elementen voor illustratieve doeleinden uitvergroot zijn en niet op schaal getekend. De afmetingen en relatieve afmetingen komen niet noodzakelijk overeen met feitelijke praktijkuitvoeringen van de uitvinding.

Voorts worden de termen eerste, tweede, derde, en dergelijke, in de beschrijving en de conclusies gebruikt om een onderscheid te maken tussen gelijksoortige elementen, en niet noodzakelijk om een sequentiële of chronologische volgorde te beschrijven. De termen zijn in gepaste omstandigheden uitwisselbaar, en de uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen functioneren in andere volgorden dan hier wordt beschreven of geïllustreerd.

Voorts worden de termen bovenste, onderste, boven, onder, en dergelijke, in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor descriptieve doeleinden, en niet noodzakelijk om relatieve posities te beschrijven. De aldus gebruikte termen zijn in gepaste omstandigheden uitwisselbaar, en de uitvoeringsvormen van de uitvinding die hier worden omschreven, kunnen functioneren in andere oriëntaties dan hier wordt beschreven of geïllustreerd.

De term “omvattende”, die in de conclusies wordt gebruikt, dient niet te worden geïnterpreteerd als beperkt tot de middelen die in de context ervan worden opgesomd. Hij sluit andere elementen of stappen niet uit. De term dient te worden geïnterpreteerd als de vereiste aanwezigheid van de vermelde eigenschappen, getallen, stappen of componenten, maar sluit de aanwezigheid of toevoeging van een of meer andere eigenschappen, getallen, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. De draagwijdte van de uitdrukking “een item omvattende middelen A en B” dient dus niet beperkt te worden tot een voorwerp dat enkel is samengesteld uit componenten A en B. Ze betekent dat voor het onderwerp van de onderhavige uitvinding, A en B de enige relevante componenten zijn.

Dienovereenkomstig behelzen de termen “omvatten” of “omsluiten” ook de meer beperkende termen “in wezen bestaan uit” en “bestaan uit”. Wanneer “omvatten” of “inhouden” wordt vervangen door “bestaan uit”, vertegenwoordigen deze termen bijgevolg de basis van geprefereerde, maar versmalde uitvoeringsvormen, die ook worden voorzien als deel van de inhoud van dit document met betrekking tot de onderhavige uitvinding.

Tenzij anders aangegeven omvatten alle waarden die in dit document worden vermeld het bereik tot en met de aangegeven eindpunten, en worden de waarden van de bestanddelen of componenten van de samenstellingen uitgedrukt in gewichtsprocent, of gewichts-%, van ieder ingrediënt in de samenstelling.

Termen als "gewichtsprocent," “gewichts-%" “gew.-%” "procent in gewicht," “% in gewicht”, “ppm in gew.”, “ppmgew.”, “ppm in gewicht”, “gewichts-ppm” of “ppm” en variaties daarvan, zoals die in dit document worden gebruikt, verwijzen naar de concentratie van een substantie als het gewicht van die substantie gedeeld door het totale gewicht van de samenstelling en vermenigvuldigd met 100 of met 1000000, naargelang het geval, tenzij iets anders is aangegeven. Het dient duidelijk te zijn dat de hier gebruikte termen "procent", "%," bedoeld zijn als synoniemen van "gewichtsprocent", “gewichts-%“ etc.

Voorts dient opgemerkt dat, in de onderhavige beschrijving en de bijgevoegde conclusies, de enkelvoudsvormen “een”, “de” en “het” ook naar meervoudige zaken kunnen verwijzen, tenzij uit de inhoud duidelijk iets anders blijkt. Zo houdt bijvoorbeeld een verwijzing naar een samenstelling die “een verbinding” omvat, ook een samenstelling in met twee of meer verbindingen. Ook dient opgemerkt dat de term "of" in het algemeen wordt gebruikt in de betekenis die “en/of” inhoudt, tenzij uit de inhoud duidelijk iets anders blijkt.

Voorts kan iedere hier gebruikte verbinding uitwisselbaar besproken worden aan de hand van haar chemische formule, chemische naam, afkorting enz...

Plasma wordt beschouwd als de 4% aggregatietoestand, en vervolledigt de reeks die wordt gevormd door vaste stof, vloeistof en gas met een extra categorie aan de zijde met hoge energie. Naarmate de temperatuur van een gas wordt verhoogd, scheiden ten minste een deel van de atomen in ionen en elektronen, en wordt een geïoniseerd gas gevormd, dat “een plasma” is, maar kan een heet plasmagas worden genoemd, of volgens andere bronnen zelfs gewoon een “heet gas”. De ionisatie van atomen kan gedeeltelijk of volledig zijn, en de overgang van gas naar plasma is bijgevolg niet zo scherp. Een kenmerkende eigenschap van een plasma is dat de ionisatie dient te worden aangehouden, wat een hoge temperatuur inhoudt.

In een plasmatoorts met niet-overdragende boog wordt de plasmaboog gegenereerd tussen twee elektroden in een toortslichaam waardoorheen een gas stroomt dat wordt omgezet in plasma door de energie die wordt afgegeven door de elektrische boog.

Plasmatoortsen met niet-overdragende boog staan in contrast met overdragend plasma, waar de te verwerken substantie in een elektrisch geaard metalen vat wordt geplaatst en fungeert als anode, en het reagerende materiaal dus een elektrisch geleidend materiaal dient te zijn. In overdragend plasma kan de anode ook gemaakt zijn van koolstof. Een koolstofelektrode heeft echter het nadeel dat de reducerende omstandigheden worden vastgelegd, waardoor de veelzijdigheid van de apparatuur sterk wordt verminderd in vergelijking met het uitrookproces.

Voor het verkrijgen van een plasma dient de enthalpie-inhoud van het plasmagas dat wordt geproduceerd door de plasmagenerator ten minste 1 kWh/Nm* te bedragen. Hete gassen van plasmakwaliteit hebben bijgevolg een enthalpie-inhoud van ten minste 1kWh/Nm?. Plasmatoortsen die bekend zijn in de techniek kunnen een vermogen hebben tot 5 of zelfs 7 MW. Een meer typische plasmatoorts levert ongeveer 3 MW, wat wil zeggen dat ze onmogelijk meer dan 3000 Nm? hete gassen van plasmakwaliteit kan genereren. Een meer typisch werkregime levert een plasma op met een enthalpie-inhoud in het bereik van 3,5- 5,5 kWh/Nm3, wat wil zeggen dat een 3 MW plasmatoorts typisch in het bereik van 600-800 Nm®/h hete gassen van plasmakwaliteit produceert. Een plasmatoorts met een bepaald elektrisch vermogen is daardoor niet in staat om meer te produceren dan een overeenkomstig volume van hete gassen van plasmakwaliteit.

In de context van een plasmatoorts houden de opgegeven gasvolumes enkel de volumes van gas in die worden toegevoegd naar de plasmatoorts, en ze gelden bij standaard-/normale omstandigheden. De volumes die in de context van de onderhavige uitvinding worden opgegeven voor de volumes van hete gassen van plasmakwaliteit die worden geproduceerd door een plasmagenerator (PG), omvatten enkel het gas dat door de PG zelf is gegaan, d.w.z. wat het “primaire gas” of het “primaire gasvolume” wordt genoemd. Ze houden dus geen rekening met eventuele extra gassen die daarnaast rechtstreeks worden toegevoerd naar de stroomafwaartse blaaspijp, die “secundaire gasvolumes” worden genoemd in de context van de onderhavige uitvinding, en die gewoonlijk worden vermengd met de hete gassen van plasmakwaliteit die afkomstig zijn van de plasmagenerator en die samen daarmee worden geïnjecteerd in het bad. Na dat mengen is het best mogelijk dat het gemengde gas niet langer voldoet aan de kwalificatie “van plasmakwaliteit”, omdat de enthalpie-inhoud per volume- eenheid mogelijk niet langer voldoet aan de ondergrens die elders in dit document wordt aangegeven voor dergelijke gassen. Al deze gasvolumecijfers zijn uitgedrukt bij “normale” omstandigheden. Ze houden dus ook geen rekening met eventuele volumetrische wijzigingen die zich kunnen voordoen als gevolg van veranderingen in temperatuur, druk, chemische reacties of faseveranderingen die kunnen plaatsvinden in de plasmagenerator of in de blaaspijp stroomafwaarts daarvan.

Met ondergedompelde injector wordt bedoeld een verbindingspijp, tuyere of blaaspijp tussen een gasbron en een injectiepunt dat zich bevindt onder het badniveau of een bepaald vloeistofniveau in een oven, en dus in een ondergedompelde positie of een positie die bestemd is om te worden ondergedompeld tijdens de werking. Dat zorgt voor een directer en intensiever contact tussen het gas en de gesmolten massa.

De tuyeres, blaaspijpen of injectoren dienen bij voorkeur kort te zijn, zodat ze minimaal aan slijtage onderhevig zijn. Dat zorgt ook voor lage warmteverliezen. De blaaspijpen kunnen worden gekoeld om hun slijtage te reduceren onder invloed van de extreme temperatuuromstandigheden. De blaaspijpen kunnen horizontaal worden gemonteerd, waarbij ze de wand van de oven doorboren onder het niveau van de inhoud van het bad. De met plasma of met oxygas gestookte toortsen of branders waarmee de blaaspijpen kunnen worden gevoed, bevinden zich dan buiten de oven in een onderdompelbare (m.a.w. "ondergedompelde") positie. Wanneer een vloeibaar bad van een metallurgische lading aanwezig is in de oven, worden ze bij voorkeur constant gevoed met gas om te vermijden dat de gesmolten massa terug in de blaaspijp stroomt, wat zou kunnen leiden tot het volstromen van de blaaspijp, met mogelijk zware schade tot gevolg aan de blaaspijp en mogelijk ook aan de toorts of brander die de blaaspijp voedt. Bij wijze van alternatief kunnen de blaaspijpen onder een hoek worden gemonteerd, waarbij ze nog steeds in het bad blazen, maar de branders of toortsen zich boven het niveau van het bad en buiten de oven kunnen bevinden. Die opstelling resulteert in iets langere blaaspijpen, maar kan zodanig worden ingericht dat ze eveneens garandeert dat er geen gesmolten materiaal terug in de branders of toortsen kan stormen. Hoewel dat minder aan te raden kan zijn in grote ovens, kunnen de blaaspijpen ook verticaal worden geplaatst. De blaaspijpen voor het injecteren van het extra gas kunnen op soortgelijke wijze worden opgesteld, d.w.z. ondergedompeld en door de wand van de oven heen, loodrecht op of onder een andere hoek met de ovenwand.

Met plasmatoorts met niet-overdragende boog wordt een thermische gasgenerator bedoeld die gebruikmaakt van een plasmatoorts waarbij een elektrische boog in stand wordt gehouden tussen elektroden binnen in de toortseenheid. Een gas wordt via een invoeropening in een doorstromingskamer ingebracht, waarin een elektrische boog in stand wordt gehouden. Het gas verwarmt tot extreme temperaturen en wordt uitgestoten als hete gassen van plasmakwaliteit, ten minste gedeeltelijk als een plasma, door een uitvoeropening.

Tussen de plasmatoorts en het injectiepunt in de oven kunnen extra substanties worden toegevoegd aan de stroom van toorts naar injectiepunt, zoals omhullend gas of verdunnend gas. In de context van de onderhavige uitvinding wordt de hoeveelheid hete gassen die wordt gegenereerd door een plasmatoorts geacht enkel het primaire gas te omvatten dat door de plasmagenerator heen stroomt, en niet toegevoegd secundair gas, zoals bijkomend gas of andere stoffen die eventueel kunnen worden toegevoegd tussen de plasmatoorts zelf en het injectiepunt of de blaaspijp waardoorheen de eerste hete gassen van plasmakwaliteit uit de plasmatoorts worden geïnjecteerd in de oven.

Met oxygasbrander wordt een thermische gasgenerator bedoeld waarin een koolstofhoudende brandstof en een zuurstofhoudend gas worden vermengd en verbrand. Om probleemloos de hoge temperaturen te bereiken die nodig zijn voor de goede werking van de oxygasbrander, is het zuurstofhoudende gas bij voorkeur rijk aan zuurstof, met meer voorkeur nagenoeg pure zuurstof met lage gehaltes aan inerte componenten. Dat leidt niet alleen tot hogere vlamtemperaturen, maar vermindert ook de hoeveelheid inerte gassen die meekomen en moeten worden verwerkt door het uitlaatgassysteem van de oven. De mengzone van de oxygasbrander bevindt zich in de brandereenheid, terwijl de verbrandingszone van de oxygasbrander zich binnen of buiten de brandereenheid kan bevinden.

De metallurgische lading kan in de context van de onderhavige uitvinding om het even welke samenstelling zijn die in vloeibare gesmolten toestand kan voorkomen in een pyrometallurgische werkwijzestap voor de productie van een non-ferrometaal. De metallurgische lading kan dus bijvoorbeeld een gesmolten metaalsamenstelling zijn die ten minste één non-ferrometaal omvat, maar kan ook een gesmolten slakfase zijn die in een dergelijke werkwijzestap voorkomt. De metallurgische lading kan zich in de vorm bevinden van een gesmolten vloeistof, maar kan als alternatief om het even welke soort vaste vorm hebben, waarbij de lading bijvoorbeeld de vorm kan aannemen van aggregaten die verkrijgbaar zijn door het koelen of het tot korrels verwerken van een vloeibare gesmolten fase uit een oven waarin de pyrometallurgische werkwijzestap is uitgevoerd.

Een metallurgische slak is doorgaans niet een zuivere stof maar een mengsel van vele verschillende bestanddelen.

Daardoor heeft een metallurgische slak geen duidelijke smelttemperatuur. In de techniek is het gangbaar geworden om de term “liquidustemperatuur” te gebruiken, wat de temperatuur is waarop de slak volledig vloeibaar is.

Zoals vermeld in de achtergrondsectie is

“uitroken” een activiteit die al de jaren 1960 commercieel werd gebruikt in de techniek van de pyrometallurgie. De vakman is zich er terdege van bewust dat bepaalde metalen of metaalverbindingen uit een metallurgische lading kunnen worden verdampt door strippen met een gas, wat ook “uitroken” wordt genoemd, bij een druk die dicht bij de atmosferische druk ligt, wat wil zeggen dat er geen diep vacuüm nodig is zoals voor het distilleren van lood uit tin. Die mogelijkheid is te danken aan het feit dat de dampdruk van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding veel hoger ligt dan die van het merendeel van de rest van de andere verbindingen in de lading. Een dergelijke verbinding wordt daarom in de techniek beschouwd als “verdampbaar” uit de metallurgische lading, en ook zo genoemd.

Bekende voorbeelden zijn het uitroken van zink uit andere pyrometallurgische samenstellingen. Dat uitroken van zink kan zelfs worden uitgevoerd als deel van een andere pyrometallurgische stap, zoals de verwijdering van (gewoonlijk een deel van het) zink via de uitlaatgassen die worden gegenereerd tijdens een koperuitsmeltstap of een koperraffinagestap. Minder vaak wordt het uitroken uitgevoerd als een afzonderlijke werkwijzestap, bijvoorbeeld zoals bij de “kistuitrookinstallatie” die wordt beschreven door Michael Borell of door auteurs van ScanArc zoals hoger besproken. En zoals eveneens hoger besproken kan, wanneer de metallurgische lading een slak is, het zink voornamelijk aanwezig zijn in de lading als het niet-vluchtige oxide ZnO, zodanig dat het uitroken eventueel mogelijk moet worden gemaakt door het oxide eerst te reduceren tot elementair metaal, een verbinding die kan worden gestript door uitroken. Een ander voorbeeld is de recuperatie van lood en tin als hun oxiden door het vluchtig maken ervan tijdens de recuperatie van koper uit koperhoudend schroot, zoals besproken in de achtergrondsectie van het Amerikaanse octrooischrift US 3,682,623. Ook elementen als bismut, indium en/of germanium staan bekend als verdampbare metalen of hebben metaalverbindingen die verdampbaar zijn in de context van de onderhavige uitvinding. Verdampbare metaalverbindingen kunnen de overeenkomstige oxiden, chlorides en/of sulfiden zijn.

In dit document worden, tenzij iets anders is aangegeven, hoeveelheden van metalen en oxides uitgedrukt in overeenstemming met de gangbare praktijk in de pyrometallurgie. De aanwezigheid van ieder metaal wordt doorgaans uitgedrukt als de totale aanwezigheid ervan, ongeacht of het metaal aanwezig is in de elementaire vorm ervan (oxidatietoestand = 0) of in een chemisch gebonden vorm, doorgaans in een geoxideerde vorm (oxidatietoestand > 0). Voor de metalen die relatief gemakkelijk kunnen worden gereduceerd tot hun elementaire vorm, en die vaak als gesmolten metaal kunnen voorkomen in de pyrometallurgische werkwijze, is het vrij gebruikelijk om hun aanwezigheid uit te drukken in termen van hun elementaire metaalvorm, zelfs wanneer de samenstelling van een slak of kras wordt aangegeven, waarbij het merendeel van dergelijke metalen in feite aanwezig kan zijn in een geoxideerde vorm. Daarom wordt in de samenstelling van een slak, zoals de slak volgens de onderhavige uitvinding, het gehalte aan Fe, Zn, Pb, Cu, Sb, Bi als elementaire metalen uitgedrukt. Minder edele metalen zijn moeilijker te reduceren onder non-ferro- pyrometallurgische omstandigheden en komen grotendeels voor in een geoxideerde vorm. Deze metalen worden doorgaans uitgedrukt in termen van hun meest voorkomende oxidevorm. Daarom wordt bij slaksamenstellingen het gehalte aan Si, Ca, Al, Na doorgaans respectievelijk uitgedrukt als SiO», CaO, Al2O3, Nas0.

Omdat de zuurstof in de slak die aan de edelere metalen gebonden is, niet wordt gereflecteerd in de samenstelling, die enkel het gehalte aan elementair metaal geeft, komt een slaksamenstelling die volgens deze werkwijze wordt gerapporteerd vaak niet tot een totaal dat 100 gewichts-% benadert.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting of oven volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting uitgerust voor het injecteren, door de ten minste ene tweede injector, van een totale hoeveelheid extra gas die ten minste 10% bedraagt, bij voorkeur ten minste 15%, met meer voorkeur ten minste 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% of 55%, met meer voorkeur ten minste 60%, bij voorkeur ten minste 70%, met meer voorkeur ten minste 75%, 80%, 90%, 100%, 110%, 120%, 125%, 130%, 140%, 150%, 175%, 200%, 225% en met nog meer voorkeur ten minste 230% de hoeveelheid hete gassen van plasmakwaliteit die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts een plasma aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5kWh/Nm?, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

Eventueel is de inrichting uitgerust voor het injecteren, door de ten minste ene tweede injector, van een hoeveelheid extra gas die ten hoogste 500% bedraagt, bij voorkeur ten hoogste 450%, met meer voorkeur ten hoogste 400%, 350%, 325%, 300%, 290%, 280%, 275%, 270%, 265%, 260%, 250%, 240%, 230%, 220%, 210%, 200%, 180%, 165%, 150%, 135%, 120%, 110%, 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30% en met nog meer voorkeur ten hoogste 20% van de hoeveelheid plasma die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts een plasma aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

De aanvragers hebben geconstateerd dat een groot voordeel van de onderhavige uitvinding reeds kan worden verwezenlijkt door via de tweede injector een hoeveelheid extra gasstroom te injecteren die dichter bij de aangegeven ondergrens ligt, vooral wanneer het extra gasstroom wordt gebruikt als draaggas voor bijkomend reducerend middel, in het bijzonder wanneer een fijn poeder, zoals steenkoolpoeder of petcokesstof, wordt gebruikt als bijkomend reducerend middel.

De aanvragers hebben geconstateerd dat de voordelen van de onderhavige uitvinding, die uitgebreid zijn uiteengezet in de samenvattingssectie hierboven, verder kunnen worden verbeterd wanneer de hoeveelheid extra gas verder wordt verhoogd.

De aanvragers geven er echter de voorkeur aan ook te voldoen aan de opgegeven bovengrens, om het risico te verlagen op het spatten en schuimen van het vloeibare bad, om vibraties en andere types van dynamische spanningen op de blaaspijpen en ook op de rest van de ovenconstructie terug te dringen, en om de gasvolumes te verkleinen die stroomafwaarts van de bovenzijde van de oven dienen te worden verwerkt, bijvoorbeeld door de naverbrandingszone en de recuperatiezone.

In de naverbrandingszone van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding wordt het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding in het rookgas geoxideerd om een geoxideerde vorm te doen ontstaan van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding. Het doel van deze stap is om het veiligheidsrisico dat het rookgas vormt te verlagen en om een gemakkelijkere recuperatie van het metaal uit het rookgas mogelijk te maken.

Het rookgas dat wordt gevormd in het bovenste deel van de oven vormt een veiligheidsrisico. Het gas is zeer heet. Het verdampte metaal of de verdampte metaalverbinding die in het gas aanwezig is, vertegenwoordigt doorgaans een gereduceerde vorm van het metaal en is dus ook uiterst reactief wanneer het wordt blootgesteld aan oxiderende omstandigheden, zoals in contact met zuurstof. Het rookgas dat wordt gevormd in het bovenste deel van de oven vormt daarom een aanzienlijk veiligheidsrisico. Enig zuurstof dat op ongecontroleerde wijze in de apparatuur doordringt en in contact komt met het rookgas uit de oven, bijvoorbeeld als deel van omgevingslucht die mogelijk in de bovenzijde van de oven of stroomafwaarts daarvan in de uitlaatgasbehandelingssectie van de inrichting wordt gezogen, zou snel reageren en het verdampte metaal of de verdampte metaalverbinding oxideren, een reactie die sterk exotherm is. In onvoldoende gecontroleerde omstandigheden, bijvoorbeeld bij geringe vermenging en/of met name in relatief stilstaande zones, kan een dergelijke combinatie van de hete gassen met zuurstof bijna onvermijdelijk leiden tot een ongecontroleerde verbranding, en mogelijk zelfs een gaswolkexplosie.

In een gestage en relatief snelle stroom van het gas en met goede vermenging is een dergelijk combinatie van het gas met een bekende instroom van lucht of een andere bron van zuurstof gas in staat om een vlamfront te creëren dat stabiel en goed onder controle kan worden gehouden. De aanvragers voorzien daarom als deel van de onderhavige uitvinding in een naverbrandingszone, waarin, op gecontroleerde wijze, de hete gassen uit de bovenzijde van de uitrookoven worden afgezogen, tot een gestage en relatief snelle stroombeweging worden gebracht, en intensief worden vermengd met zuurstof zodanig dat de omstandigheden in het gasmengsel veranderen van reducerend naar oxiderend. Het resultaat van de goede vermenging en de hoge temperatuur is dat een vlamfront zich ontwikkelt en zich vestigt in de gasstroom die wordt onttrokken aan de bovenzijde van de oven, en dat dit vlamfront gemakkelijk in een stabiele toestand kan worden gehouden. De aanvragers geven er de voorkeur aan het vlamfront te voorzien in de ruimte boven de uitrookoven, wat het voordeel biedt dat straling van het stabiele vlamfront nog steeds het vloeibare bad in de oven kan bereiken en een deel van de warmte van het vlamfront terug tot in het vloeibare bad kan voeren.

Nog een resultaat van de naverbrandingsstap of -zone is dat het veiligheidsrisico dat gevormd wordt door het hete en sterk reactieve gas in de bovenzijde van de oven beperkt blijft tot het gasvolume stroomopwaarts van het vlamfront.

De geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding is doorgaans een metaaloxide. De oxidevormen van het metaal of de metaalverbinding zijn doorgaans niet-vluchtig en vormen gewoonlijk een stof van fijne deeltjes dat wordt meegevoerd in de gasstroom, waardoor het gemakkelijker wordt ze daaruit te recupereren.

De oven volgens de onderhavige uitvinding omvat voorts een recuperatiezone voor het recupereren van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas dat gevormd is in de naverbrandingszone. De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat ook de overeenkomstige stap van het recupereren van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas dat gevormd is in de oven en onderworpen is geweest aan de naverbrandingsstap.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting of oven volgens de onderhavige uitvinding omvat de inrichting een veelheid aan tweede injectoren en is iedere injector uitgerust voor het injecteren, door iedere tweede injector, van een hoeveelheid extra gas die ten minste 10% bedraagt, bij voorkeur ten minste 15%, met meer voorkeur ten minste 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% of 50%, met meer voorkeur ten minste 55%, bij voorkeur ten minste 60%, met meer voorkeur ten minste 65%, met nog meer voorkeur ten minste 70%, met zelfs nog meer voorkeur ten minste 75%, bij voorkeur ten minste 80% van de hoeveelheid eerste hete gassen van plasmakwaliteit die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden. Eventueel is iedere tweede injector uitgerust om via de tweede injector een hoeveelheid extra gas te injecteren die ten hoogste 200% bedraagt, bij voorkeur ten hoogste 190%, met meer voorkeur ten hoogste 180%, 170%, 160%, 150%, 140%, 130%, 125%, 120%, 115%, 110%, 105%, 100%, 95% en met nog meer voorkeur ten hoogste 90% de hoeveelheid hete gassen van plasmakwaliteit die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts een plasma aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting verbonden met ten minste één toevoer van samengeperst gas en/of uitgerust met een compressor voor het toevoeren van samengeperst gas naar de ten minste ene tweede injector.

De aanvragers hebben geconstateerd dat dit een zeer handige werkwijze biedt voor het toevoeren van extra gas naar de oven. De term “compressor” kan in de zeer ruime betekenis ervan worden geïnterpreteerd, en kan bijvoorbeeld een met gas gestookte turbine omvatten waaruit de verbrandingsgassen beschikbaar kunnen worden gemaakt bij een druk die hoger is dan de atmosferische druk.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de toevoerbron voor het extra gas voor de inrichting een bron van een gas dat gekozen is uit de groep die bestaat uit waterstof, stikstof, lucht, koolstofdioxide, argon, neon, helium, methaan, ethaan, propaan, butaan en combinaties daarvan, bij voorkeur stikstof of lucht, met meer voorkeur lucht, met nog meer voorkeur perslucht. De aanvragers hebben geconstateerd dat stikstof en lucht, bij voorkeur perslucht, een zeer praktisch gas is als basis voor het extra gas dat dient te worden geïnjecteerd in de oven.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de inrichting een middel voor het thermisch behandelen van het extra gas stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector om de enthalpie-inhoud ervan te wijzigen, waarbij het middel voor het thermisch behandelen van het extra gas bij voorkeur ten minste één warmtewisselaar omvat. Indien tijdens de werking de toevoer van gas naar de oven zich op een temperatuur bevindt die lager is dan de temperatuur van het vloeibare bad in de oven, geven de aanvragers er de voorkeur aan het gas op te warmen vóór het wordt geïnjecteerd door de ten minste ene tweede injector. Daardoor vermindert het koelende effect dat de injectie van het extra gas kan hebben op de oven, en wordt het gemakkelijker om het warmte-evenwicht over de oven in stand te houden. Bij voorkeur wordt voor dat opwarmen ten minste gedeeltelijk gebruikgemaakt van de warmte die beschikbaar is in het systeem dat het uitlaatgas uit de oven verwerkt.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting voorts uitgerust met een middel voor het inbrengen van een reducerend middel in het extra gas stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector. Zoals hoger uiteengezet in de samenvattingssectie vertegenwoordigt de injectie van het extra gas in de oven via de ten minste ene tweede injector een extra toegangspunt voor het toevoegen van reducerend middel in de oven. Omdat de ten minste ene tweede injector een ondergedompelde injector is, is de keuze aan geschikte reducerende middelen bovendien zeer ruim.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan het in te brengen reducerende middel worden gekozen uit een gas, een vloeistof, een vaste stof, en combinaties daarvan. De aanvragers hebben geconstateerd dat de injectie van extra gas in overeenstemming met de onderhavige uitvinding een geschikte drager is voor een ruim bereik aan reducerende middelen wat betreft het volume of gewicht aan reducerend middel dat op praktische wijze kan worden ingebracht, niet alleen als het reducerende middel a gas of een vloeistof is, maar ook als het reducerende middel een vaste stof is. Bovendien kan een reducerend middel in vaste vorm een zeer fijne granulometrie hebben, zodanig dat het een hoge verhouding van oppervlakte tot gewicht biedt, en bijgevolg een hoge reactiviteit om deel te nemen aan de beoogde chemische reacties.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de inrichting een middel voor het regelen van de lambda-waarde van het extra gas dat in het bad dient te worden geïnjecteerd door de tweede injector.

Met lambda (“A”) wordt de zeer handige parameter bedosid die vaak wordt gebruikt met betrekking tot branders en brandbare brandstoffen, in het bijzonder bij verbrandingsmotoren, waarbij die parameter staat voor de verhouding met in de teller de huidige lucht-lot-brandstofverhouding en in de noemer de lucht-tot- brandetofverhouding van dezelfde brandstof in stoichiometrische verhouding. indien een lucht/brandstofmengsel zich in stoichiometrische verhouding bevindt voor volledige verbranding, is de lambda-waarde ervan dus 1,0. De aanvragers passen die lambda-parameter tce op ieder gasvormig mengsel waarin zuurstof aanwezig is samen met een andere substantie die gemakkelijk een reactie met zuurstof kan ondergaan, zoals een brandbare substantie, waarbij de andere substantie een gas, een vloeistof of een vaste stof kan zijn, of een combinatie daarvan.

De aanvragers hebben geconstateerd dat het regelen van de lambda-waarde van het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector een zeer praktisch middel is voor het regelen van de atmosfeer in de oven, waarbij wordt ingesteld of de atmosfeer neutraal, oxiderend of reducerend is, evenals de mate van oxidatie of reductie.

De aanvragers hebben geconstateerd dat het extra toevoerpunt voor reducerend middel in de inrichting volgens de onderhavige uitvinding zeer veelzijdig is en de regeling van de lambda-waarde in het extra gas dat dient te worden geïnjecteerd een zeer praktische werkwijze verschaft voor het regelen van de redox-omstandigheden in de oven, en het daardoor sturen van de chemische reacties die plaatsvinden in de oven.

De aanvragers hebben geconstateerd dat de combinatie van de injectie van extra gas met de injectie van hete gassen uit de plasmagenerator(en) een ruim bereik aan redox- omstandigheden mogelijk maakt, waarbij de redox-omstandigheden nagenoeg onafhankelijk van de warmtetoevoer in de oven kunnen worden ingesteld, in tegenstelling tot de meer conventionele verwarmingsmiddelen zoals het gebruik van aardgasbranders.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting uitgerust voor het injecteren, als deel van het extra gas, van zuurstof en een gasvormige of vloeibare brandstof, en om mogelijk te maken dat de snelheid van het extra gas in de ten minste ene tweede injector, of op een andere locatie stroomopwaarts ervan, hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid van de brandstof als deel van het extra gas. De aanvragers hebben geconstateerd dat extra warmtetoevoer in de oven kan worden verkregen door het injecteren, als deel van het extra gas, van een gasvormige of vloeibare brandstof, bij voorkeur wanneer het extra gas voorts ook zuurstof omvat, zelfs in het geval dat het extra gas niet verwarmd of tot ontbranding gebracht is en de brandstof en de zuurstof bijgevolg niet tot reactie zijn gebracht vóór ze het vloeibare bad hebben bereikt. Doorgaans ligt de temperatuur van het vloeibare bad in de oven grotendeels boven de temperatuur waarop de brandstof en de zuurstof in het extra gas beginnen te reageren, zelfs zonder een ontstekingsbron, en kunnen ze gemakkelijk reageren als ze eenmaal zijn geïnjecteerd in het vloeibare bad. De aanvragers geven de voorkeur aan deze uitvoeringsvorm omdat ze hebben geconstateerd dat een dergelijke reactie zich anders stroomopwaarts kan verplaatsen, tegen de stroomrichting van het extra gas, in de leidingen stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector, en ook in de tweede injector zelf. Een dergelijk “terugslag”-fenomeen kan leiden tot het vrijkomen van warmte in die leiding of injector en daardoor tot een verhoging van temperatuur, en dus ook tot meer slijtage, of zelfs een explosie van het extra gas stroomopwaarts en/of in de injector. De aanvragers hebben geconstateerd dat het risico op schade aan apparatuur als gevolg van een dergelijke opwarming in of stroomopwaarts van de injector kan worden verlaagd indien de inrichting uitgerust is om het extra gas een snelheid te laten bereiken, in de tweede injector of op een andere locatie stroomopwaarts daarvan, die hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid in het extra gas. Een bijkomend voordeel is dat de extra gassen worden geïnjecteerd bij een lagere temperatuur, wat de slijtage aan de tweede injector nog meer reduceert.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting uitgerust voor het beperken van de hoeveelheid geïnjecteerde brandstof zodanig dat de verbranding van de geïnjecteerde brandstof onder de beoogde werkingsomstandigheden voor de oven een verhoging van de enthalpie van het extra gas teweegbrengt zodanig dat het extra gas aan het injectiepunt in het bad zich op een temperatuur bevindt die ten hoogste de temperatuur is van de gesmolten lading die bestemd is om in de oven te zijn tijdens de werking. Dat draagt eveneens bij tot een geringere slijtage van de tweede injector.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding richt de ten minste ene tweede injector zijn extra gas naar een tweede volume, als deel van de inwendige ruimte van de oven onder het vooraf bepaalde niveau, dat verschillend is van het eerste volume waarin de ten minste ene eerste injector zijn eerste hete gassen richt.

De aanvragers hebben geconstateerd dat dit kenmerk de voordelen vergroot die met de onderhavige uitvinding zijn geassocieerd en die uiteengezet zijn in de bovenstaande samenvattingssectie, waaronder een verbeterde omroering van het bad, een homogenere samenstelling van het vloeibare bad, verbeterde chemische reacties, en zeker een verbeterd strippen van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding uit het vloeibare bad.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding bevindt de ten minste ene eerste injector zich in de zijwand van de oven, waarbij de ten minste ene tweede injector zich bevindt in de ovenwand tegenover de ten minste ene eerste injector, bij voorkeur langs de horizontale buitenrand van de oven, lopend op nagenoeg dezelfde hoogte als de ten minste ene eerste injector. De aanvragers hebben geconstateerd dat deze opstelling zeer praktisch en doeltreffend is om de gewenste effecten van de onderhavige uitvinding te verkrijgen, zoals uiteengezet in de bovenstaande samenvattingssectie. De ten minste ene eerste injector kan zijn extra gas injecteren in een richting ongeveer loodrecht op de zijwand van de oven. De aanvragers geven er echter de voorkeur aan om het extra gas te injecteren onder een hoek met een horizontaal vlak, naar onderen of naar boven, omdat het extra gas een extra drijfkracht levert voor een verticale circulatie in het vloeibare bad, wat de omroering van het bad verbetert en ook meer reducerend middel dat mogelijk boven op het vloeibare bad drijft tot in het hoofddeel van het vloeibare bad trekt. De aanvragers geven de voorkeur aan de opwaartse richting, omdat die mogelijk beter geschikt is voor het tot stand brengen van een torusvormig circulatietraject in het vloeibare bad.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de inrichting ten minste twee en bij voorkeur ten minste drie eerste injectoren, verdeeld langs een horizontale buitenrand van de zijwand van de oven, waarbij de ten minste ene tweede ondergedompelde injector zijn extra gas richt naar een volume als deel van de inwendige ruimte van de oven onder het vooraf bepaalde niveau, ongeveer dicht bij de verticale as van de oven, en/of de ten minste ene tweede ondergedompelde injector zich bevindt langs de zijwand van de oven op ongeveer gelijke afstand tussen de locaties van de twee dichtstbijzijnde van de ten minste twee eerste injectoren. In de uitvoeringsvorm waarbij de ten minste ene tweede ondergedompelde injector zich langs de zijwand van de oven bevindt, richt de ten minste ene tweede injector bij voorkeur zijn geïnjecteerde extra gas naar een volume, als deel van de inwendige ruimte van de oven onder het vooraf bepaalde niveau, dat verschillend is van de volumes waarnaar de eerste injectoren hun eerste hete gassen richten. De aanvragers hebben geconstateerd dat dit de voordelige effecten versterkt die worden verkregen door de onderhavige uitvinding en die uitgebreid zijn uiteengezet in de samenvattingssectie hierboven.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting voorts uitgerust voor het inbrengen van een reducerend middel in de eerste hete gassen stroomopwaarts van de ten minste ene eerste injector. Dat brengt het voordeel met zich mee dat nog meer reducerend middel kan worden ingebracht in de oven, boven op de hoeveelheid die kan worden ingevoerd door andere middelen, bijvoorbeeld samen met het extra gas en/of toegevoegd via de toevoeropening. De hoeveelheid bijkomend reducerend middel die kan worden ingebracht via de ten minste ene eerste injector is onafhankelijk van de enthalpietoevoer in de oven. Deze werkwijze voor het inbrengen van reducerend middel is daarom uiterst praktisch voor het regelen van de redox- eigenschap van de atmosfeer in de oven. Een bijkomend voordeel is dat het reducerende middel dat wordt ingebracht via de eerste injector wordt ingebracht samen met de hoogste temperatuurenthalpie die wordt toegevoerd in de oven. Bij een hogere temperatuur begunstigt de evenwichtsconstante van de gewenste zinkuitrookreactie (I) de vorming van zinkmetaal, dat een verdampbare substantie is. De doeltreffendheid van het reducerende middel dat wordt ingebracht met de eerste hete gassen is daardoor groter, en omdat ook die injectie plaatsvindt via een ondergedompelde injector, is ze eveneens zeer efficiënt vanwege het uiterst innige contact van de eerste hete gassen met de vloeistof in het vloeibare bad, wat wil zeggen dat slechts weinig van dit reducerende middel het oppervlak van het vloeibare bad kan bereiken zonder in contact te zijn gekomen met vloeistof uit het bad.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan het in te brengen reducerende middel stroomopwaarts van de ten minste ene eerste injector worden gekozen uit een gas, een vloeistof, een vaste stof, en combinaties daarvan. De aanvragers hebben geconstateerd dat het invoeren van de eerste hete gassen uit de plasmatoorts via de eerste injector een zeer veelzijdige optie verschaft voor het inbrengen van bijkomend reducerend middel, omdat het zeer tolerant is ten opzichte van de keuze van reducerend middel, in het bijzonder wat de aggregatietoestand ervan betreft, maar ook wat betreft de hoeveelheid die kan worden ingebracht.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting voorts uitgerust met ten minste één oxygasbrander voor het genereren van extra eerste hete gassen boven op de hoeveelheid eerste hete gassen van plasmakwaliteit uit de ten minste ene plasmatoorts. Dat brengt het voordeel met zich mee dat een extra toevoer van enthalpie in de oven kan worden verkregen boven op de toevoer van enthalpie die wordt verschaft door de plasmageneratoren. Dat kan het in stand houden vergemakkelijken van een voordelig warmte-evenwicht over de oven, de inrichting en/of het proces als geheel.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de inrichting uitgerust met ten minste één ondergedompelde derde injector voor het injecteren van de extra eerste hete gassen onder het bepaalde niveau. Dat brengt het voordeel met zich mee van een uiterst innig contact tussen de extra eerste hete gassen en het vloeibare bad, wat gunstig is voor de warmteoverdracht vanuit de extra eerste hete gassen naar het vloeibare bad in de oven. Dat maakt de warmteoverdracht zeer doeltreffend.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding die de ten minste ene oxygasbrander omvat, bevindt de ten minste ene oxygasbrander zich onder het bepaalde niveau.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding bevindt de plasmatoorts zich onder het bepaalde niveau.

Het plaatsen van een generator van heet gas en/of plasma onder het bepaalde niveau maakt zeer korte verbindingspijpen mogelijk, waarbij de generator van heet gas of plasma ter hoogte van het injectiepunt te plaatsen is, aan de buitenzijde van de oven. Er zijn echter maatregelen nodig om te voorkomen dat de generator volstroomt met de gesmolten massa uit de oven. Daarvoor kan een continue beschermende stroom gas door de injector worden gebruikt.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de naverbrandingszone voorzien boven het bepaalde niveau als deel van de eenkameroven. Bij voorkeur is de naverbrandingszone voorzien boven het vloeibare bad vanwege de stralingswarmte die vanuit de naverbrandingszone terug naar het vloeibare bad in de oven kan worden gevoerd. Zoals elders in dit document wordt uiteengezet, worden in de naverbrandingszone oxiderende omstandigheden tot stand gebracht met het oog op het oxideren van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding tot de overeenkomstige geoxideerde vorm. Eén belangrijk effect, dat wordt verkregen bij een volledige omzetting van de oxidatie van de gereduceerd vorm die gegenereerd wordt in de stap van het uitroken, is dat het gas dat de geoxideerde vorm bevat niet langer sterk brandbaar is, en dat het veiligheidsrisico dat gevormd wordt door het gas uit de stap van het uitroken dus ingeperkt wordt en stroomafwaarts uit de naverbrandingszone of -stap wordt verwijderd. Een secundair doel van de naverbrandingsstap is om ook het merendeel van het koolstofmonoxide dat mogelijk is gegenereerd in de stap van het uitroken door de reactie van koolstof in het reducerende middel met bijvoorbeeld de zuurstof die beschikbaar is in de slak als metaaloxide, te oxideren tot koolstofdioxide, en/of om waterstof te oxideren tot water. Daardoor wordt het veiligheidsrisico verder verlaagd, en wordt ook de verdere verwerking van het uitlaatgas van de oven, met inbegrip van eventuele emissies in de atmosfeer, gemakkelijker, veiliger en milieuvriendelijker.

Bij voorkeur voeren de aanvragers de naverbranding uit door het toevoegen van een oxiderend middel in het rookgas, waarbij het oxiderende middel bij voorkeur zuurstof is.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de naverbrandingszone een verbinding met een toevoerbron van een zuurstofhoudend gas, bij voorkeur gekozen uit lucht, met zuurstof verrijkte lucht en gezuiverd zuurstofgas. De aanvragers geven er de voorkeur aan lucht te gebruiken vanwege de probleemloze beschikbaarheid ervan. Bij voorkeur voegen de aanvragers de zuurstof toe door het injecteren van het zuurstofhoudende gas in de stroom van uitrookgas die de bovenzijde van de oven verlaat. Doorgaans bevindt het rookgas dat de bovenzijde van de oven verlaat zich op een druk onder de atmosferische druk vanwege de trek die wordt gegenereerd door de stroomafwaartse behandeling van uitlaatgas, die doorgaans ten minste een ovenschouw en eventueel een ventilator voor het opwekken van een trek stroomopwaarts van de schouw omvat. Het zuurstofhoudende gas kan zo beschikbaar worden gesteld bij atmosferische druk. De aanvragers geven er de voorkeur aan het zuurstofhoudende gas te verschaffen bij een druk die hoger is dan de atmosferische druk, omdat dat een hoger drukverschil oplevert tussen de bron van het zuurstofhoudende gas en het rookgas dat in de apparatuur voor het behandelen van de uitlaatgassen van de oven wordt getrokken door de natuurlijke of opgewekte trek, zoals uiteengezet. Een hoger drukverschil brengt het voordeel met zich mee dat de stroom van het zuurstofhoudende gas in het rookgas gemakkelijker preciezer te regelen valt.

In een eenvoudigere uitvoeringsvorm voorzien de aanvragers ten minste één opening naar de atmosfeer in de leiding die de oven verbindt met de stroomafwaartse uitlaatgasbehandelingsapparatuur waardoorheen omgevingslucht naar binnen kan worden gezogen. Bij voorkeur is de grootte van de opening in de leiding regelbaar. Een veelheid aan openingen kunnen worden voorzien, wat het voordeel biedt van een snellere en meer innige vermenging van het zuurstofhoudende gas met het rookgas.

De aanvragers hebben geconstateerd dat in de naverbrandingszone een stabiel vlamfront kan worden gevormd waarin de oxidatiereacties plaatsvinden. De aanvragers hebben geconstateerd dat het vlamfront stabieler is naarmate het rookgas sneller wordt bewogen, en naarmate de vermenging met het zuurstofhoudende gas sneller en/of intenser is.

De aanvragers geven er de voorkeur aan om een aanzienlijke overmaat aan het oxiderende middel toe te voeren naar de naverbrandingszone of -stap, zodanig dat de oxidatiereacties in de naverbrandingszone nagenoeg volledig plaatsvinden. Dat zorgt ervoor dat het veiligheidsrisico volledig beperkt blijft tot de naverbrandingszone of -stap en stroomopwaarts daarvan. Het zorgt er ook voor dat het uiteindelijk uitgestoten uitlaatgas nagenoeg vrij is van koolstofmonoxide, wat een giftig gas is, en ook van waterstof.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de inrichting voorts een koelzone voor het koelen van het gas dat zich vormt of heeft gevormd in de naverbrandingszone stroomopwaarts van de recuperatiezone. Het koelen kan op diverse geschikte manieren worden uitgevoerd.

Een geschikte manier is het voorzien van een zogenaamde afvalwarmteboiler, d.w.z. een warmtewisselaar waarin de warmte uit het gas uit de naverbrandingsstap wordt gebruikt om stoom te genereren. Het voordeel is dat de warmte wordt gebruikt om stoom te genereren, en dat die stoom elders kan worden gebruikt om vermogen of warmte te leveren waar dat van nut kan zijn. De hoge investeringskosten voor een afvalwarmteboiler in vergelijking met andere alternatieven kunnen derhalve worden gecompenseerd door de waarde van de stoom die wordt gegenereerd. Er is echter niet altijd een stoomverbruiker van de geschikte grootte beschikbaar in de nabijheid van de oven volgens de onderhavige uitvinding.

Een andere geschikte manier om te koelen is door gebruik te maken van een stralingwaterkoeler, waarin het water aan de koelzijde voldoende snel wordt rondgeleid om te voorkomen dat stoom wordt gevormd, zodanig dat enkel heet water wordt geproduceerd. Bij voorkeur wordt het water gerecirculeerd naar de stralingwaterkoeler nadat het merendeel van de warmte eruit verwijderd is. Dat hete water kan bij voorkeur ook op economisch waardevolle wijze worden gebruikt voor een verwarmingstoepassing, zoals voor het verwarmen van een veelheid aan residentiële gebouwen, waarbij het water met meer voorkeur wordt gerecirculeerd nadat het is gebruikt voor de verwarmingstoepassing. Daarnaast en/of als alternatief kan het hete water worden gekoeld in een conventionele koeltoren. De hoeveelheid water die verdampt in de koeltoren moet opnieuw worden aangevuld vóór het resterende water wordt teruggevoerd naar de stralingwaterkoeler. Omdat in een dergelijke watercyclus zouten zich accumuleren, moet de cyclus doorgaans ook een afstapstroom voorzien, en moet de hoeveelheid afstapwater ook opnieuw worden aangevuld. Een stralingwaterkoeler biedt ook het voordeel dat hij de hoeveelheid gas niet wijzigt die stroomafwaarts dient te worden verwerkt aan de gaszijde van de koelstap. Nog een ander voordeel van een stralingwaterkoeler is dat deze koelstap kan worden gecombineerd met de naverbrandingszone, wat wil zeggen dat de naverbrandingsstap kan worden uitgevoerd binnen in de stralingwaterkoeler. Deze uitvoeringsvorm levert een bijkomende vereenvoudiging van de apparatuur op, en daardoor een verlaging van de investeringskosten.

Nog een andere manier van koelen van is sproeikoelen of “verdampingskoelen”. Deze werkwijze behelst de injectie van water in de hete gasstroom, en het geïnjecteerde water onttrekt zijn verdampingswarmte aan de gasstroom. Deze werkwijze is zeer doeltreffend en snel, en vereist weinig apparatuur en daardoor lage investeringskosten. Het nadeel is dat de werkwijze het volume van gas vergroot dat stroomafwaarts van de koelstap dient te worden verwerkt.

Een andere geschikte manier is het gebruik van een gas/gas-warmtewisselaar met het gas uit de naverbrandingsstap aan één zijde en bijvoorbeeld omgevingslucht aan de andere zijde van de warmtewisselaar. Dat brengt het voordeel met zich mee dat het volume ervan compact is en de stroom van het gas dat stroomafwaarts van de koelstap dient te worden verwerkt niet vergroot.

De koelstap die de voorkeur geniet, kan een aantal soortgelijke of verschillende koolwerkwijzen omvatten die gekozen zijn uit de hierboven opgesomde lijst. Een geschikte combinatie kan bijvoorbeeld zijn om aan de hete inlaatzijde eerst een stralingwaterkoeler te voorzien om de temperatuur van het gas uit de naverbrandingsstap omlaag te brengen van bijvoorbeeld ongeveer 1500°C tot bijvoorbeeld ongeveer 1000°C, gevolgd door een sproeikoelinrichting om de temperatuur van het gas verder omlaag te brengen tot ongeveer 200°C, wat voldoende laag kan zijn voor de apparatuur die wordt gebruikt in de erop volgende recuperatiezone.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de recuperatiezone een gasfilterzone, waarbij de gasfilterzone bij voorkeur ten minste één gasfilterdoek omvat. De aanvragers geven er de voorkeur aan filterhulzen te gebruiken die gemaakt zijn van doek van polytetrafluorethyleen (PTFE), omdat die in staat zijn om te weerstaan aan verwerkingstemperaturen tot ongeveer 260°C.

Doorgaans is de laatste apparatuur in de gasverwerkingssequentie een blazer of ventilator om het gas uit de recuperatiezone in de emissieschouw te drijven, en ook om de trek stroomopwaarts te versterken door gas aan te zuigen doorheen de sequentie van naverbrandingszone, optionele koelzone, en recuperatiezone. Het gebruik van een blazer of ventilator brengt het voordeel met zich mee dat de eisen van een natuurlijke trek in de emissieschouw minder hoog worden, zodanig dat de schouw minder hoog kan worden gebouwd.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding heeft de oven een in het algemeen cilindervormige vorm, waarbij de oven bij voorkeur ook een kegelvormig onderste gedeelte heeft dat taps toeloopt naar een kleinere cirkelvormige bodem, waarbij de cilindervorm van de oven een grootste inwendige diameter d heeft en de oven een totale inwendige hoogteh heeft, van onderzijde tot bovenzijde, waarbij de verhouding van h tot d ten minste 0,75 bedraagt, bij voorkeur ten minste 0,80, met meer voorkeur ten minste 0,85, met nog meer voorkeur ten minste 0,90, met zelfs nog meer voorkeur ten minste 0,95, bij voorkeur ten minste 1,00, met meer voorkeur ten minste 1,05, met nog meer voorkeur ten minste 1,10, met zelfs nog meer voorkeur ten minste 1,15, bij voorkeur ten minste 1,20, met meer voorkeur ten minste 1,25, met nog meer voorkeur ten minste 1,30. In de context van de onderhavige uitvinding is de inwendige diameter van de oven de afstand tussen twee tegenover elkaar gelegen oppervlakken van de ovenwand, en waar een vuurvaste bekleding aanwezig is, de oppervlakken van de vuurvaste bekleding in de oven op het moment dat hij wordt gebouwd.

De inwendige diameter wordt geacht niet de eventuele accumulatie van bevroren slak op die oppervlakken te omvatten, een laag die “vriesbekleding” kan worden genoemd.

De aanvragers hebben geconstateerd dat dit kenmerk het voordeel met zich meebrengt van minder spatten van de gesmolten materie in het ovenbad tijdens de werking.

Dergelijke opspattende gesmolten materie kan stollen tegen een vast en koeler oppervlak, zoals de toevoeropening van de oven en/of de uitlaatpijpen van de oven, waar ze problemen kan veroorzaken vanwege haar hoge temperatuur, en waar een dergelijke accumulatie van materiaal andere operationele problemen kan veroorzaken, zoals het blokkeren van de gasstroom en/of de mogelijkheden om toevoermateriaal in te brengen.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de oven het kegelvormige onderste gedeelte, waarbij het bepaalde niveau zich ongeveer op de hoogte bevindt waar de cilindervorm overgaat in het kegelvormige onderste gedeelte.

De aanvragers hebben geconstateerd dat het kegelvormige onderste gedeelte een zeer praktische opstelling verschaft waarin de meeste van de ondergedompelde injectoren, en bij voorkeur ook de overeenkomstige de inrichtingen die de toevoermaterialen leveren voor die ondergedompelde injectoren, kunnen worden ingericht voor een zeer doeltreffende injectie in het vloeibare bad in de oven met een minimum aan verbindingspijpen, terwijl tezelfdertijd de hoeveelheid vloerruimte die de inrichting inneemt wordt beperkt. Deze opstelling brengt het voordeel met zich mee dat de eerste injectoren dichter bij de centrale verticale hartlijn van de oven worden gebracht, wat bevorderlijk is voor de omroering van het bad. Deze opstelling levert ook een sterkere omroering op in de onderste sectie, waar de eerste hete gassen worden geïnjecteerd en waar ook — in de uitvoeringsvormen waarbij de inrichting voorzien is van blaaspijpen in de ovenwand van de kleinere onderste sectie — het extra gas wordt geïnjecteerd, terwijl in de bovenste sectie het spatten wordt verminderd dankzij de grotere diameter. Een bijkomend voordeel is dat in de bovenste sectie een vloeistofstroom in de vorm van een torus kan worden gevormd, wat voordelig is om eventuele deeltjes van reducerend middel in vaste vorm die mogelijk boven op het vloeistofoppervlak drijven, in het bad te trekken. In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding is de oven voorzien van een inwendige vuurvaste bekleding, in het bijzonder waar contact met gesmolten metaal en/of matte kan plaatsvinden. Dat brengt het voordeel met zich mee dat metallurgische ladingen met hoge smelttemperaturen en/of hoge liquidustemperaturen kunnen worden verwerkt of behandeld. De vuurvaste bekleding is bij voorkeur voorzien in de onderste sectie, waar een vrij gesmolten metaal en/of een mattefase kan voorkomen, wat het voordeel met zich meebrengt van een betere weerstand tegen schadelijke chemische en/of mechanische inwerking door die vloeistoffen.

In een uitvoeringsvorm van de oven of inrichting volgens de onderhavige uitvinding worden de buitenste wanden van de oven met water gekoeld. De aanvragers hebben geconstateerd dat dat bevorderlijke is voor een langdurigere weerstand van de apparatuur tegen de mogelijk zeer hoge temperaturen die zich kunnen voordoen in de oven tijdens de werking. Een bijkomend voordeel is dat zich een vriesbekleding kan vormen in de oven tegen de zijwanden van de oven. Een dergelijke vriesbekleding kan een bijkomende warmte-isolatie vormen tegen de mogelijk zeer hoge temperaturen in de oven tijdens de werking, en kan bijkomende bescherming bieden voor het vuurvaste materiaal dat tegen de ovenwanden kan zijn aangebracht.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding bedraagt de hoeveelheid extra gas die wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten minste 10%, bij voorkeur ten minste 15%, met meer voorkeur ten minste 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% of 55%, met meer voorkeur ten minste 60%, bij voorkeur ten minste 70%, met meer voorkeur ten minste 75%, 80%, 90%, 100%, 110%, 120%, 125%, 130%, 140%, 150%, 175%, 200%, 225% en met nog meer voorkeur ten minste 230% van de hoeveelheid eerste hete gassen van plasmakwaliteit die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden. Eventueel bedraagt de hoeveelheid extra gas die wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten hoogste 500%, bij voorkeur ten hoogste 450%, met meer voorkeur ten hoogste 400%, 350%, 325%, 300%, 290%, 280%, 275%, 270%, 265%, 260%, 250%, 240%, 230%, 220%, 210%, 200%, 180%, 165%, 150%, 135%, 120%, 110%, 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30% en met nog meer voorkeur ten hoogste 20% van de hoeveelheid plasma die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts een plasma aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden. De aanvragers hebben geconstateerd dat een groot voordeel van de onderhavige uitvinding reeds kan worden verwezenlijkt door via de tweede injector een hoeveelheid extra gasstroom te injecteren die dichter bij de aangegeven ondergrens ligt, vooral wanneer het extra gasstroom wordt gebruikt als draaggas voor bijkomend reducerend middel, in het bijzonder wanneer een fijn poeder, zoals steenkoolpoeder of petcokesstof, wordt gebruikt als bijkomend reducerend middel.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de inrichting een veelheid aan tweede injectoren omvat, bedraagt de hoeveelheid extra gas die wordt geïnjecteerd via iedere tweede injector ten minste 10%, bij voorkeur ten minste 15%, met meer voorkeur ten minste 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% of 50%, met meer voorkeur ten minste 55%, bij voorkeur ten minste 60%, met meer voorkeur ten minste 65%, met nog meer voorkeur ten minste 70%, met zelfs nog meer voorkeur ten minste 75%, bij voorkeur ten minste 80% van de hoeveelheid eerste hete gassen van plasmakwaliteit die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

Eventueel injecteert iedere tweede injector een hoeveelheid extra gas die ten hoogste 200% bedraagt, bij voorkeur ten hoogste 190%, met meer voorkeur ten hoogste 180%, 170%, 160%, 150%, 140%, 130%, 125%, 120%, 115%, 110%, 105%, 100%, 95% en met nog meer voorkeur ten hoogste 90% van de hoeveelheid eerste hete gassen van plasmakwaliteit die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten minste één gas dat gekozen is uit de groep die bestaat uit waterstof, stikstof, lucht, koolstofdioxide, argon, neon, helium, methaan, ethaan, propaan, butaan en combinaties daarvan, bij voorkeur stikstof of lucht, met meer voorkeur lucht, met nog meer voorkeur perslucht.

De aanvragers hebben geconstateerd dat stikstof en lucht, bij voorkeur perslucht, een zeer praktisch gas is als basis voor het extra gas dat dient te worden geïnjecteerd in de oven.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector thermisch behandeld stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector om de enthalpie-inhoud ervan te wijzigen, waarbij de thermische behandeling van het extra gas bij voorkeur wordt uitgevoerd met behulp van ten minste één warmtewisselaar. Indien het gas naar de oven wordt toegevoerd bij een temperatuur onder de temperatuur van het vloeibare bad in de oven, geven de aanvragers er de voorkeur aan het gas op te warmen vóór het wordt geïnjecteerd door de ten minste ene tweede injector. Daardoor vermindert het koelende effect dat de injectie van het extra gas kan hebben op de oven, en wordt het gemakkelijker om het warmte-evenwicht over de oven in stand te houden. Bij voorkeur wordt voor dat opwarmen ten minste gedeeltelijk gebruikgemaakt van de warmte die beschikbaar is in het systeem dat het uitlaatgas uit de oven verwerkt.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding ligt de temperatuur van het extra gas dat in de ten minste ene tweede injector binnenstroomt ten hoogste gelijk aan de temperatuur van het bad in de oven, bij voorkeur ten minste 20 graden Celsius onder de temperatuur van het bad, met meer voorkeur ten minste 50, met nog meer voorkeur ten minste 100, met zelfs nog meer voorkeur ten minste 200 graden Celsius onder de temperatuur van het bad in de oven. Dat brengt het voordeel met zich mee dat er minder slijtage optreedt aan het injectiepunt, of de blaaspijp. Eventueel ligt de temperatuur van het extra gas dat in de ten minste ene tweede injector binnenstroomt ten hoogste 400 graden Celsius onder de temperatuur van het bad in de oven, bij voorkeur ten hoogste 350, met meer voorkeur ten hoogste 300, met nog meer voorkeur ten hoogste 250, bij voorkeur ten hoogste 200, met meer voorkeur ten hoogste 150, met nog meer voorkeur ten hoogste 100, bij voorkeur ten hoogste 75, met meer voorkeur ten hoogste 50, met nog meer voorkeur ten hoogste 25 graden Celsius onder de temperatuur van het bad in de oven. Dat brengt het voordeel met zich mee van een kleiner risico op een accumulatie van gestolde slak op de monding van het injectiepunt of de blaaspijp, die kan worden veroorzaakt door het koelende effect van het extra gas dat door het injectiepunt of de blaaspijp stroomt en in de oven terechtkomt.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten minste één eerste reducerend middel, waarbij het ten minste ene reducerende middel bij voorkeur gekozen is uit de groep die bestaat uit om het even welke substantie die andere elementen bevat dan zuurstof en edelgassen en die in staat is om te reageren met zuurstof onder de omstandigheden in de oven, bij voorkeur om het even welke substantie die koolstof en/of waterstof bevat in een chemisch gebonden vorm die geschikt is voor oxidatie, waarbij het reducerende middel met meer voorkeur gekozen is uit de groep die bestaat uit aardgas, gasvormige en/of vloeibare koolwaterstof, brandstofolie, rubber, plastic, bij voorkeur een kunststof die gemaakt is van ten minste één polyolefine, met meer voorkeur rubber- en/of plasticafval, houtskool of cokes, en combinaties daarvan, met nog meer voorkeur cokes, met zelfs nog meer voorkeur petcokes, wat een nevenproduct van de verwerking van ruwe olie is dat zeer rijk is aan koolstof. Zoals hoger uiteengezet in de samenvattingssectie vertegenwoordigt de injectie van het extra gas in de oven via de ten minste ene tweede injector een extra toegangspunt voor het toevoegen van reducerend middel in de oven. Omdat de ten minste ene tweede injector een ondergedompelde injector is, is de keuze aan geschikte reducerende middelen bovendien zeer ruim.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding die gebruikmaakt van het eerste reducerende middel, is het eerste reducerende middel een vaste stof, bij voorkeur in de vorm van fijnstof, waarbij het fijnstof met meer voorkeur een gemiddelde deeltjesdiameter heeft van ten hoogste 6 mm, met nog meer voorkeur ten hoogste 5, 4, 3, 2 of 1mm, bij voorkeur ten hoogste 500 um, met meer voorkeur ten hoogste 250, 200, 150, 100 of zelfs 50 um. De aanvragers hebben geconstateerd dat geschikte reducerende middelen in vaste vorm verkrijgbaar zijn in een grote verscheidenheid aan kwaliteiten en uit een verscheidenheid aan bronnen. Bovendien hebben verscheidene van die geschikte reducerende middelen in vaste vorm weinig of geen alternatieve toepassingen waarin er enige economische waarde van betekenis aan kan worden toegekend. Dergelijke reducerende middelen in vaste vorm zijn daarom een zeer interessante bron voor gebruik volgens de onderhavige uitvinding. Zoals elders in document wordt uiteengezet, brengt de kleinere deeltjesgrootte het voordeel met zich mee dat ze een hogere verhouding van oppervlakte tot gewicht bieden, evenals een lager drijfvermogen, en daardoor een efficiënter en doeltreffender gebruik van het reducerende middel.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector voorts zuurstof en een hoeveelheid brandstof die geschikt is om, door de verbranding ervan onder de werkingsomstandigheden in de oven, een enthalpietoevoer bij te dragen aan de oven die compenseert voor ten minste 50% van het koelende effect dat het extra gas kan hebben op de oven in het geval dat het extra gas zich aan het injectiepunt op een temperatuur bevindt die lager is dan de temperatuur van de gesmolten lading in de oven. De aanvragers geven er de voorkeur aan een hoeveelheid brandstof toe te voegen die voor ten minste 75%, en bij voorkeur ten minste 100% van het beschreven koeleffect compenseert. De aanvragers hebben geconstateerd dat extra warmtetoevoer in de oven kan worden verkregen door het injecteren, als deel van het extra gas, van een gasvormige of vloeibare brandstof, bij voorkeur wanneer het extra gas voorts ook zuurstof omvat, met meer voorkeur ten minste voldoende zuurstof om de gewenste lambda-waarde te bereiken in de extra gassen. Doorgaans ligt de temperatuur van het vloeibare bad in de oven boven de temperatuur waarop de brandstof en de zuurstof in het extra gas beginnen te reageren, zelfs zonder ontstekingsbron. Met de aanwezigheid van voldoende zuurstof in het extra gas ontbrandt de toegevoegde brandstof daarom vlot zodra het extra gas in contact komt met de gesmolten ovenlading. De aanvragers hebben geconstateerd dat de gasstromen probleemloos voldoende hoog kunnen worden ingesteld zodanig dat de verbranding reactie zich niet stroomopwaarts verplaatst tegen de stroomrichting van het extra gas in de tweede injector en/of in de leidingen die leiden tot de ten minste ene tweede injector. Het risico op een dergelijk “terugslag”-fenomeen is dus zeer laag. De aanvragers hebben geconstateerd dat het risico op schade aan apparatuur als gevolg van een dergelijke opwarming in of stroomopwaarts van de injector gemakkelijk kan worden geëlimineerd indien het extra gas, in de tweede injector of op een andere locatie stroomopwaarts daarvan, een snelheid bereikt die hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid in het extra gas. De aanvragers hebben geconstateerd dat vrije gemakkelijk aan die voorwaarde kan worden voldaan.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding heeft het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector een eerste lambda-waarde, waarbij enkel de gasvormige en vloeibare brandbare stoffen in rekening zijn gebracht, van minder dan 1,0, bij voorkeur ten hoogste 0,9, met meer voorkeur ten hoogste 0,8, met nog meer voorkeur ten hoogste 0,7, met zelfs nog meer voorkeur ten hoogste 0,6. Met lambda (“A”) of lambda-waarde wordt de zeer handige parameter bedoeld die vaak wordt gebruikt met betrekking tot branders en brandbare brandstoffen, in het bijzonder bij verbrandingsmotoren, waarbij die parameter staat voor de verhouding met in de teller de huidige lucht-tot brandstofverhouding en in de noemer de lucht-toi-brandsioiverhouding van dezelde brandstof in stoichiometrische verhouding. indien een luchtbrandstofmengsel zich in stoichiometrische verhouding bevindt, is de lambda-waarde ervan dus 1,0. De aanvragers passen die eerste lambda- parameter toe op ieder gasvormig mengsel waarin zuurstof aanwezig is samen met een andere substantie die gemakkelijk een reactie met zuurstof kan ondergaan, zoals een brandbare substantie, waarbij de andere substantie een gas of vloeistof is, of sen combinatie daarvan. De aanvragers hebben geconstateerd dat, indien geen reducerend middel in vaste vorm wordt gebruikt in de werkwijze, het regelen van de eerste lambda van het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector een zeer praktisch middel is voor het regelen van de atmosfeer in de oven, waarbij wordt ingesteld of de atmosfeer neutraal, oxiderend of reducerend is, evenals de mate van oxidatie of reductie. De aanvragers hebben geconstateerd dat het extra toevoerpunt voor reducerend middel in de inrichting volgens de onderhavige uitvinding zeer veelzijdig is en de regeling van de eerste lambda, en/of de tweede lambda zoals verderop wordt beschreven, in het extra gas dat dient te worden geïnjecteerd een zeer praktische werkwijze verschaft voor het regelen van de redox-omstandigheden in de oven, en het daardoor sturen van de chemische reacties die plaatsvinden in de oven. De aanvragers hebben geconstateerd dat de combinatie van de injectie van extra gas met de injectie van eerste hete gassen uit de plasmagenerator(en) een ruim bereik aan redox- omstandigheden mogelijk maakt, waarbij de redox-omstandigheden nagenoeg onafhankelijk van de warmtetoevoer in de oven kunnen worden ingesteld, in tegenstelling tot de meer conventionele verwarmingsmiddelen zoals het gebruik van aardgasbranders. De aanvragers nemen ook een tweede lambda in aanmerking waarin alle brandbare stoffen in rekening worden gebracht die worden gebruikt in de werkwijze en worden toegevoegd in het extra gas, d.w.z. met inbegrip van eventuele vaste brandbare stoffen zoals de meeste van de reducerend middelen die hoger in dit document zijn beschreven. In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding heeft het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector een tweede lambda van minder dan 0,6, bij voorkeur ten hoogste 0,5, met meer voorkeur ten hoogste 0,4, met nog meer voorkeur ten hoogste 0,3, met zelfs nog meer voorkeur ten hoogste 0,2. De aanvragers hebben geconstateerd dat dergelijke lage waarden voor de tweede lambda zeer bevorderlijk zijn voor het uitroken van metalen uit metallurgische slak, zoals zink.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector brandbaar en bereikt het extra gas in de ten minste ene tweede injector een snelheid die hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid van het extra gas. De aanvragers hebben geconstateerd dat extra warmtetoevoer in de oven kan worden verkregen door het injecteren, als deel van het extra gas, van een gasvormige of vloeibare brandstof, bij voorkeur wanneer het extra gas voorts ook zuurstof omvat. Doorgaans ligt de temperatuur van het vloeibare bad in de oven boven de temperatuur waarop de brandstof en de zuurstof in het extra gas beginnen te reageren, zelfs zonder een ontstekingsbron. De aanvragers hebben geconstateerd dat een dergelijke reactie zich stroomopwaarts kan verplaatsen, tegen de stroomrichting van het extra gas in de leidingen die leiden tot de ten minste ene tweede injector, en ook in de tweede injector zelf. Een dergelijk

“terugslag”-fenomeen kan leiden tot het vrijkomen van warmte in die injectorleiding, en daardoor tot een verhoging van temperatuur van het extra gas stroomopwaarts en/of in de injector. De aanvragers hebben geconstateerd dat het risico op schade aan apparatuur als gevolg van een dergelijke opwarming in of stroomopwaarts van de injector gemakkelijk kan worden verlaagd of zelfs geëlimineerd indien het extra gas in de injector of op een andere locatie stroomopwaarts daarvan een snelheid bereikt die hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid in het extra gas.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding een metaal in zijn elementaire vorm of een verdampbare verbinding die een metaal bevat, waarbij het metaal bij voorkeur gekozen is uit de groep die bestaat uit zink, lood, tin, bismut, cadmium, indium, germanium, en combinaties daarvan, waarbij de verdampbare verbinding bijvoorbeeld een oxide, een sulfide, een chloride, of een combinatie daarvan kan zijn. De aanvragers hebben geconstateerd dat de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding uiterst geschikt is voor het door verdamping verwijderen van een metaal of metaalhoudende verbinding dat of die gekozen is uit de opgegeven lijst. De aanvragers hebben geconstateerd dat deze werkwijze een zeer competitief alternatief biedt voor het recupereren van een van de aangegeven metalen uit metallurgische ladingen.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt een metaal dat minder edel is dan het metaal in het verdampbare metaal of in de verdampbare metaalverbinding toegevoegd in de oven, bij voorkeur ijzer en/of aluminium, waarbij het minder edele metaal bij voorkeur wordt toegevoegd in de vorm van fijnstof, waarbij het fijnstof met meer voorkeur een gemiddelde deeltjesdiameter heeft van ten hoogste 5, 4, 3, 2 of 1 mm, bij voorkeur ten hoogste 500 um, met meer voorkeur ten hoogste 250, 200, 150, 100 of zelfs 50 um, waarbij de concentratie van het minder edele metaal in de slak onder de oplosbaarheidsgrens daarvan in de slak bij procesomstandigheden wordt gehouden. De aanvragers hebben geconstateerd dat dat het voordeel met zich meebrengt van een verbetering van de fluïditeit van een slakfase die aanwezig kan zijn in de oven als deel van het vloeibare bad.

De aanvragers hebben echter geconstateerd dat het verkieslijk is om de concentratie van die verbindingen onder de oplosbaarheidsgrens van de verbinding in het vloeibare bad te houden, omdat het overschrijden van de oplosbaarheid kan leiden tot de vorming van een afzonderlijke fase van die bepaalde verbinding in de oven.

Een dergelijke afzonderlijke fase riskeert het contact te hinderen tussen de andere vloeibare fase in het vloeibare bad met het geïnjecteerde extra gas en/of het eerste hete gas dat wordt gegenereerd door de plasmatoorts en/of de extra eerste hete gassen die worden gegenereerd door de oxygasbrander, indien aanwezig, en daardoor de chemische reacties kan hinderen die gewenst zijn in de oven, wat in het bijzonder leidt tot een slechtere verdamping van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt een tweede reducerend middel toegevoegd aan de eerste hete gassen van plasmakwaliteit stroomopwaarts van de ten minste ene eerste injector.

Dat brengt het voordeel met zich mee dat nog meer reducerend middel wordt ingebracht in de oven, boven op de hoeveelheid die kan worden ingebracht samen met het extra gas.

De hoeveelheid bijkomend reducerend middel die kan worden ingebracht via de ten minste ene eerste injector is onafhankelijk van de enthalpietoevoer in de oven.

Deze werkwijze voor het inbrengen van reducerend middel is daarom uiterst praktisch voor het regelen van de redox-eigenschap van de atmosfeer in de oven.

Een bijkomend voordeel is dat het reducerende middel dat wordt ingebracht via de eerste injector wordt ingebracht samen met de hoogste temperatuurenthalpie die wordt toegevoerd in de oven.

Bij een hogere temperatuur begunstigt de evenwichtsconstante van de gewenste zinkuitrookreactie (I) de vorming van zinkmetaal, dat een verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding is.

De doeltreffendheid van het reducerende middel dat wordt ingebracht met de eerste hete gassen uit de plasmatoorts is daardoor groter, en omdat ook die injectie plaatsvindt via een ondergedompelde injector, is ze eveneens zeer efficiënt vanwege het uiterst innige contact van de eerste hete gassen met de vloeistof in het vloeibare bad, wat wil zeggen dat slechts weinig van dit reducerende middel het oppervlak van het vloeibare bad kan bereiken zonder in contact te zijn gekomen met vloeistof uit het bad. In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding die gebruikmaakt van het tweede reducerende middel, is het tweede reducerende middel gekozen uit een gas, een vloeistof en een vaste stof, en combinaties daarvan, waarbij het tweede reducerende middel bij voorkeur gekozen is uit de groep die bestaat uit aardgas, gasvormige en/of vloeibare koolwaterstof, brandstofolie, houtskool of cokes, en combinaties daarvan, en met nog meer voorkeur cokes is, met zelfs nog meer voorkeur petcokes, bij voorkeur in de vorm van vast fijnstof, waarbij het fijnstof met meer voorkeur een gemiddelde deeltjesdiameter heeft van ten hoogste 6 mm, met nog meer voorkeur ten hoogste 5, 4, 3, 2 of 1 mm, met zelfs nog meer voorkeur ten hoogste 500 um, bij voorkeur ten hoogste 250, 200, 150, 100 of zelfs 50 um. De aanvragers hebben geconstateerd dat het invoeren van het plasma via de eerste injector een zeer veelzijdige optie verschaft voor het inbrengen van bijkomend reducerend middel, omdat het zeer tolerant is ten opzichte van de keuze van reducerend middel, in het bijzonder wat de aggregatietoestand ervan betreft, maar ook wat betreft de hoeveelheid die kan worden ingebracht.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze de stap van het instellen van de zuurstofpotentiaal in de slak in het bereik van 10 tot 10° Pa (d.w.z. 10% tot 107% atm). Bij voorkeur wordt de zuurstofpotentiaal in de slak ingesteld door toevoeging van het eerste en/of het tweede reducerende middel. Dankzij het gebruik van een plasmatoorts kan vrijwel iedere zuurstofpotentiaal worden gecombineerd met om het even welke hoeveelheid opgewekte warmte. In combinatie met de recuperatie van de een of meer verdampbare metalen of metaalverbindingen kunnen ook andere metalen worden onttrokken aan het materiaal dat in de oven wordt ingebracht. In één uitvoeringsvorm kan de zuurstofpotentiaal in de slak geschikt worden gemaakt voor selectieve reductie van metaalverbindingen in de slak tot een gesmolten metaalfase. Typische voorbeelden van dergelijke metalen die uit de slak kunnen worden gereduceerd zijn Cu, Ni, Sn, Pb, Ag, Au, Pt en Pd. De gesmolten metaalfase kan dan worden opgevangen in de bodem van de oven. De gesmolten metaalfase kan dan worden verwijderd, continu of met tussenpozen, via een uitlaatopening. De oven kan daartoe aan de bodem voorzien worden van een vuurvaste bekleding. In een andere uitvoeringsvorm waarbij het materiaal dat in de oven wordt ingebracht, en daardoor ook de slak, zwavel of zwavelverbindingen omvat, kan ook een mattefase worden verkregen. De zuurstofpotentiaal in de slak kan dan geschikt worden gemaakt om te verhinderen dat de zwavel wordt geoxideerd. Metalen kunnen dan worden gerecupereerd in een gesmolten mattefase. Voorbeelden van metalen die uit de slak kunnen worden gerecupereerd in een mattefase zijn Fe, Cu, Ni, Sn, Pb, Ag, Au, Pt en Pd. De gesmolten mattefase kan dan ook worden opgevangen in de bodem van de oven. De gesmolten mattefase kan worden verwijderd, continu of met tussenpozen, via een uitlaatopening. In nog een andere uitvoeringsvorm kan zowel een metaalfase als een mattefase worden verkregen, door een adequate instelling van de zuurstofpotentiaal en het zwavelgehalte. Als niet-inperkend voorbeeld kunnen Au, Pt en Pd worden gereduceerd tot een metallische fase, terwijl Cu en Ni ertoe kunnen worden gebracht de mattefase te vormen. De mattefase verschijnt doorgaans boven op de metaalfase, omdat ze gewoonlijk een lagere dichtheid heeft dan de metaalfase en omdat de twee fasen min of meer onopgelost blijven in elkaar. De mattefase en de metaalfase kunnen aan de oven worden onttrokken via afzonderlijke uitlaten of via een gemeenschappelijke uitlaat. In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt de naverbranding uitgevoerd in de eenkameroven. Dat brengt het voordeel met zich mee dat het een veel compacter ontwerp van de apparatuur vertegenwoordigt, en bijgevolg lagere investeringskosten.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de naverbranding het in de naverbrandingszone inbrengen van een zuurstofhoudend gas, bij voorkeur gekozen uit lucht, met zuurstof verrijkte lucht en gezuiverd zuurstofgas. De aanvragers hebben geconstateerd dat deze optie een relatief eenvoudige optie met lage investeringskosten vormt om te verkrijgen dat de functie van de naverbrandingszone wordt vervuld. De aanvragers geven er de voorkeur aan simpelweg lucht te gebruiken, zoals hoger uiteengezet. In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding gerecupereerd uit het gas als stof. De aanvragers hebben geconstateerd dat deze optie veel veiliger is in vergelijking met het alternatief waarbij het metaal wordt gecondenseerd voor het vormen van een vloeibare metaalfase, bijvoorbeeld zoals uiteengezet in het Amerikaanse octrooischrift US 4,588,436, omdat het risico op spontane ontbranding en/of explosie van het uitlaatgas uit de oven vrijwel eindigt aan de uitlaat van de naverbrandingszone. De aanvragers hebben tevens geconstateerd dat deze optie relatief lage investeringskosten inhoudt, bijvoorbeeld vergeleken met het alternatief dat beschreven wordt in US 4,588,436.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de recuperatie van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas het filteren van het gas dat de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding bevat, met behulp van een filter, bij voorkeur een filterdoek. Zoals hoger uiteengezet geven de aanvragers er de voorkeur aan filterhulzen te gebruiken die gemaakt zijn van doek van polytetrafluorethyleen (PTFE). In een dergelijke gasfilter kunnen de gassnelheden plaatselijk zeer laag zijn. Toch wordt verwacht dat zuurstof aanwezig is. Het is daarom belangrijk voor de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding dat nagenoeg alles van de gereduceerde vorm van het metaal of metaalverbinding geoxideerd is tot zijn geoxideerde vorm, zodanig dat het risico op spontane ontbranding en/of explosie aanvaardbaar laag is.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze voorts een koelstap stroomopwaarts van de recuperatie van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas. Een divers gamma aan geschikte koelwerkwijzen kan worden gebruikt, zoals hoger uiteengezet.

Doorgaans is de laatste stap in de gasverwerkingssequentie een blazer of ventilator die het gas vanuit de recuperatiezone in de emissieschouw drijft, en ook de trek stroomopwaarts versterkt door gas aan te zuigen door de sequentie van naverbrandingszone, optionele koelzone, en recuperatiezone.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze de vorming van een gesmolten metaalfase, waarbij de werkwijze voorts de stap omvat van het verwijderen van de gesmolten metaalfase uit de oven. De aanvragers hebben geconstateerd dat de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding mogelijk kan leiden tot de vorming van een afzonderlijke gesmolten vloeibare fase, vanwege de reductie van minder vluchtige metalen tot hun elementaire vorm. Dat kan een zuivere metaalfase zijn of een gesmolten legering. In dergelijke omstandigheden is het zeer praktisch om de afzonderlijke gesmolten metaalfase uit de oven te verwijderen als een afzonderlijk nevenproduct. In het geval van een legering kan men er de voorkeur aan geven de legering verder te verwerken zodanig dat ten minste één van de metalen in de legering afzonderlijk wordt gerecupereerd ten opzichte van sommige van de andere metalen in de legering. Die verdere verwerking kan pyrometallurgische stappen en/of elektrolytische stappen omvatten.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de metallurgische lading een slak omvat en waarbij de slak zwavel en/of zwavelverbindingen omvat, omvat de werkwijze voorts de stap van het vormen van een gesmolten mattefase en een verdere stap van het verwijderen van de gesmolten mattefase uit de oven. Dat is een optie, eventueel naast de recuperatie van een vloeibaar gesmolten metaal of legering uit de werkwijze.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt de metallurgische lading als vloeistof ingebracht in de oven. Dat brengt het voordeel met zich mee dat de metallurgische lading niet hoeft te worden gesmolten en/of uitgesmolten als deel van de werkwijze die wordt uitgevoerd in de inrichting en/of oven, wat voordelig is voor het warmte-evenwicht van de oven en daardoor ook voor de productiviteit van de werkwijze en de apparatuur, waaronder de oven zelf.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is de metallurgische lading een metallurgische slak, waarbij de metallurgische slak bij voorkeur gekozen is uit een koperuitsmeltslak, een koperraffinageslak, en combinaties daarvan, waarbij de werkwijze een tweede slak produceert.

De aanvragers hebben geconstateerd dat de werkwijze (en de inrichting) volgens de onderhavige uitvinding uiterst geschikt is voor het behandelen van de toevoermaterialen zoals aangegeven.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding heeft de gesmolten slak een gemiddelde temperatuur van minder dan 50 graden Celsius boven de liquidustemperatuur van de slak.

Dat brengt het voordeel met zich mee dat de vriesbekleding van vaste slak die zich vormt tegen de inwendige oppervlakken van de ovenwand, en die bescherming biedt voor de vuurvaste bekleding, gemakkelijk op een voldoende dikte kan worden gehouden voor het verschaffen van adequate bescherming en warmte-isolatie.

Een dergelijke vriesbekleding zeer voordelig wat betreft het warmte-evenwicht van de oven, omdat ze fungeert als thermische isolatie tussen de hete vloeibare slak in de oven en de ovenwand, die is bij voorkeur wordt gekoeld om zijn mechanische integriteit te beschermen.

De vriesbekleding verlaagt daardoor de warmteverliezen vanuit de oven naar de gekoelde wand.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt een oxide gekozen uit CaO, Al:O3, en combinaties daarvan, toegevoegd aan de slak in de uitrookinstallatie oven, bij voorkeur bij een temperatuur van ten minste 1000°C, bij voorkeur ten minste 1050°C, met meer voorkeur ongeveer 1150°C.

Dit kenmerk brengt het bijkomende voordeel met zich mee dat de uiteindelijke samenstelling van de tweede slak na de stap van het uitroken verder kan worden geoptimaliseerd en gestabiliseerd, en dat de slak geschikter wordt gemaakt voor bepaalde eindtoepassingen doordat mogelijk ook de mineralogie wordt beïnvloed.

De aanvragers hebben geconstateerd dat de toevoeging bij hoge temperatuur,

zoals aangegeven, en in gesmolten toestand, doeltreffender is om de gewenste effecten te verkrijgen.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding ligt de temperatuur van de slak in de oven ten minste op de temperatuur zoals aangegeven in de voorgaande paragraaf, met meer voorkeur nog hoger, zoals ten minste 1200 of 1250 of 1300°C, en met meer voorkeur ongeveer 1350°C. Dat brengt het voordeel met zich mee van een gunstigere evenwichtsconstante tussen het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding en de voorloper ervan in de vloeibare slak.

Een bijkomend voordeel van een hogere temperatuur is dat die de verwijdering van de uitgerookte slak uit de oven, het zogenaamde “aftappen”, vergemakkelijkt, of dat nu wordt gedaan door overvloeien of door aftappen aan de bodem via een bodemaftapgat op een geschikte locatie in de ovenwand.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze voorts de stap van het koelen van de tweede slak opdat die een vaste stof zou worden, waarbij de tweede slak bij voorkeur eerst als vloeistof wordt verwijderd uit de oven. Het voordeel is dat de uitrookinstallatie oven kan worden vrijgegeven voor verdere behandeling van slak terwijl de tweede slak koelt. De slak kan worden gekoeld en/of uitgehard door de slak in contact te brengen met een koelmedium, zoals lucht en/of water, eventueel omgevingslucht.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de tweede slak wordt gekoeld, wordt het koelen uitgevoerd door de vloeibare tweede slak in contact te brengen met water. De aanvragers hebben geconstateerd dat koelen met water zeer doeltreffend is en op tal van verschillende manieren kan worden uitgevoerd, wat resulteert in relatief goed gecontroleerde koelsnelheden.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de tweede slak wordt gekoeld, wordt de tweede slak gekoeld met een snelheid van ten minste 30 graden Celsius per seconde, bij voorkeur ten minste 40 graden Celsius per seconde, met meer voorkeur ten minste 50 of 60 graden Celsius per seconde. De aanvragers hebben geconstateerd dat bij de hogere koelsnelheid, zoals aangegeven, een hoger amorf gehalte van de slak kan worden verkregen, wat van belang is voor bepaalde eindtoepassingen, zoals wanneer de slak bestemd is voor gebruik als bindmiddel in de bouwindustrie.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de tweede slak wordt gekoeld, omvat de werkwijze voorts de stap van het vermalen van de vaste tweede slak, bij voorkeur het tot poeder vermalen van de tweede slak.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de tweede slak wordt gekoeld, wordt de tweede slak gekoeld met een snelheid van minder dan 40 graden Celsius per seconde, bij voorkeur ten hoogste 30 graden Celsius per seconde, met meer voorkeur ten hoogste 20 graden Celsius per seconde. De aanvragers hebben geconstateerd dat bij de lagere koelsnelheid, zoals aangegeven, een lager amorf gehalte van de slak kan worden verkregen, en dus een meer kristallijn karakter, wat van belang is voor bepaalde eindtoepassingen, zoals wanneer de slak bestemd is voor gebruik als aggregaat of voor decoratieve doeleinden.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij door de werkwijze een tweede slak wordt gevormd, omvat de werkwijze voorts de stap van het toevoegen van de tweede slak als bindmiddel of als aggregaat tijdens de productie van een voorwerp voor de bouwindustrie. De aanvragers hebben geconstateerd dat de tweede slak kan worden gebruikt als bindmiddel voor aggregaten, bij voorkeur als actief bindmiddel, bij voorkeur als bindmiddel met puzzolaanwerking. De aanvragers hebben geconstateerd dat de slak kan fungeren als bindmiddel ter vervanging van cement, bijvoorbeeld wanneer het wordt gebruikt als gedeeltelijke vervanging van cement, zoals Portlandcement, maar ook als bindmiddel voor het produceren van geopolymeersamenstellingen.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de slak wordt gebruikt als bindmiddel tijdens de productie van een voorwerp voor de bouwindustrie, omvat het voorwerp voorts een aggregaat, waarbij het aggregaat bij voorkeur zand en/of de tweede slak omvat.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij de slak wordt gebruikt als bindmiddel tijdens de productie van een voorwerp voor de bouwindustrie en het voorwerp voorts een aggregaat omvat, omvat de werkwijze voorts de stap van het toevoegen van een activator tijdens de productie van het voorwerp. De aanvragers hebben geconstateerd dat de tweede slak kan fungeren als actief bindmiddel, dat in staat is om te reageren met een geschikte activator en daardoor sterke bindingseigenschappen vertoont voor aggregaten. De tweede slak kan daarom worden gebruikt ter vervanging van Portlandcement, of als het enige bindmiddel in een voorwerp, waarbij het in dat geval wordt beschouwd als een “geopolymeer”, stoffen die bijvoorbeeld eigenschappen van vuur- en warmtebestendigheid verlenen aan bekledingen, kleefstoffen, composieten enzovoort.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding die gebruikmaakt van een activator, is de activator gekozen uit de groep die bestaat uit natriumhydroxide, NaOH, kaliumhydroxide, KOH, natriumsilicaat, Na2SiO3, kaliumsilicaat, K2SiO3, en combinaties daarvan, waarbij de activator bij voorkeur NaOH is.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij een voorwerp voor de bouwindustrie wordt gevormd, is het voorwerp voor de bouwindustrie een bouwelement.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij een bouwelement wordt gevormd, is het bouwelement gekozen uit de lijst die bestaat uit een tegel, een straatsteen, een blok, een betonblok, en combinaties daarvan.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarbij een voorwerp voor de bouwindustrie wordt gevormd, heeft het voorwerp voor de bouwindustrie een opgeschuimde structuur.

In een uitvoeringsvorm van het gebruik volgens de onderhavige uitvinding is de metallurgische lading gekozen uit een koperuitsmeltslak en een koperraffinageslak, en combinaties daarvan.

In een uitvoeringsvorm van het gebruik volgens de onderhavige uitvinding is het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding gekozen uit zink, lood, tin, bismut, cadmium, indium, germanium, en combinaties daarvan.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt ten minste een deel van de werkwijze elektronisch opgevolgd en/of gestuurd, bij voorkeur door een computerprogramma. De aanvragers hebben geconstateerd dat het elektronisch sturen van stappen van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, bij voorkeur door een computerprogramma, het voordeel met zich meebrengt van een veel betere verwerking, met resultaten die veel voorspelbaarder zijn en die dichter bij de procesdoelstellingen liggen. Zo kan het stuurprogramma bijvoorbeeld op basis van temperatuurmetingen, en indien gewenst ook metingen van druk en/of gehalte, en/of in combinatie met de resultaten van chemische analyses van monsters die genomen worden uit processtromen en/of analytische resultaten die in online zijn verkregen, de apparatuur aansturen met betrekking tot de toevoer of afname van elektrische energie, de toevoer van warmte of van een koelmedium, regeling van stroming en/of van druk. De aanvragers hebben geconstateerd dat een dergelijke opvolging of sturing met name voordelig is bij stappen die in continue modus worden uitgevoerd, maar ook voordelig kan zijn bij stappen die in batch- of semi-batchmodus worden uitgevoerd. Daarnaast zijn de resultaten van de opvolging die tijdens of na het uitvoeren van stappen in de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding worden verkregen, bij voorkeur ook van nut voor het opvolgen en/of sturen van andere stappen als deel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, en/of van werkwijzen die stroomopwaarts of stroomafwaarts van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding worden uitgevoerd, als deel van een globaal proces waarvan de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding slechts een deel vormt. Bij voorkeur wordt het volledige proces als geheel elektronisch opgevolgd, met meer voorkeur door ten minste één computerprogramma. Bij voorkeur wordt de werkwijze als geheel zoveel mogelijk elektronisch gestuurd. De aanvragers geven er de voorkeur aan dat de computerbesturing ook voorziet dat gegevens en instructies worden doorgegeven van één computer of computerprogramma naar ten minste één andere computer of ander computerprogramma of andere module van hetzelfde computerprogramma, voor het opvolgen en/of sturen van andere processen, met inbegrip van, maar niet beperkt tot de werkwijzen die worden beschreven in dit document.

VOORBEELD 1 In dit voorbeeld 1 werd een oven gebruikt die uitgerust was met 3 plasmageneratoren. De oven, ook wel “de inrichting”, “de reactor” of “de uitrookinstallatie” genoemd, had een totale hoogte van de bodem tot de toevoeropening bovenaan van ongeveer 7,34m. De bovenzijde van de oven werd gevormd door een koepel die de bovenaan gelegen toevoeropening en de afgasafvoerleiding omvatten. Onder de bovenste koepel, die een hoogte van 1,09 m had, omvatte de oven een bovenste sectie, die cilindervormig was rond een verticale as, met een hoogte van ongeveer 3,00 m en een uitwendige diameter van 5,50 m. Onder die bovenste sectie liep de oven taps toe naar onderen over een afstand in de hoogte van ongeveer 1,66, om te eindigen in een onderste cilindervormige sectie met een diameter van ongeveer 3,19 m en een hoogte van 1,00 m. De onderste koepel had een hoogte van 0,60m. De onderste cilindervormige sectie had een hoogte van 1,00 m, en de taps toelopende sectie een hoogte van 1,66 m. Tijdens de werking werd de oven geacht een gesmolten vloeistofbad te bevatten tot ten minste boven de hoogste opening van de toegangspunten van de eerste hete gassen van plasmakwaliteit en de extra hete gassen. De aanvragers geven er daartoe de voorkeur aan een vloeistofniveau in de oven te handhaven dat ten minste zo hoog is als de bodem van de taps toelopende sectie. Met meer voorkeur wordt het vloeistofniveau iets hoger gehouden, ergens ter hoogte van de taps toelopende sectie. Indien nodig kan men het niveau laten stijgen tot boven de taps toelopende sectie, maar het dient onder het niveau te blijven waar de statische druk een te grote last wordt voor het inbrengen van de eerste hete gassen en/of de extra gassen, zodanig dat de omroering van het bad eronder zou lijden.

De ovenbehuizing was een dubbelwandige, met water gekoelde constructie van gelegeerd staal, op de gedeeltes na die goed beschermd waren door een vuurvaste bekleding, en de ruimte binnen de dubbele wanden werd tijdens de werking bevoorraad met stromend koelwater als deel van een rondpompcircuit. Die koeling is voorzien om de structurele integriteit, met name de mechanische sterkte, van de reactorwand te beschermen. De koeling maakt ook dat een deel van de vloeibare slak in de oven stolt tegen een wand in een zogenaamde “vriesbekleding”, onder het vloeistofniveau, maar door opspatten ook tegen het merendeel van de ovenwand boven het vloeistofniveau. Die vaste vriesbekleding beschermt de wanden tegen vele vormen van chemische en mechanische slijtage. Ze biedt ook thermische isolatie, en vermindert zo de hoeveelheid warmte die uit de oveninhoud verloren kan gaan naar het koelwater. Omdat ook een gesmolten metaalfase kan worden gevormd tijdens de werkwijze, werden de onderste cilindervormige sectie en de onderste koepel bekleed met een geschikt vuurvast materiaal, in dit geval een combinatie van isolerende blokken, slijtage bekleding en vuurvast beton. De meeste van die secties werden niet opgenomen in het waterkoelsysteem.

In de wand van de onderste cilindervormige sectie, en dus onder het vloeistofniveau tijdens de werking, werden langs de omtrek op dezelfde hoogte, en ongeveer op gelijke afstanden, drie (3) plasmageneratoren (PG) voorzien voor het injecteren van hun hete gassen in de oven via blaaspijpen in een richting loodrecht op de ovenwand.

Een plasmagenerator is een inrichting die zeer heet gas produceert, dat ten minste gedeeltelijk getransformeerd is in plasma. Typische gastemperaturen zijn 3500-5000°C. Dit gas wordt verwarmd door elektrische energie. Een hoog spanningsverschil over twee elektroden doet tussen de elektroden een elektrische boog ontstaan. In deze reactor werd tijdens de werking lucht door de boog geblazen en opgewarmd door de energie van de boog. Naarmate de elektrische stroom wordt opgevoerd kan meer lucht worden verwarmd en kan meer vermogen worden overgedragen naar de lucht. Het vermogen van de PG (W — uitgedrukt in watt) is gedefinieerd als spanning (V — volt) * elektrische stroom (A — ampère). Bij de werking van dit type plasma is er een evenredigheid tussen het nominale vermogen van de PG en de hoeveelheid lucht die door de PG kan worden geblazen.

De drie plasmageneratoren van de reactor in het voorbeeld had een nominaal vermogen van 3 MW, en tijdens de werking van de oven werd elk ervan gevoed met een hoeveelheid van perslucht in het bereik van 300-900 Nm#/h. Bij de referentie-enthalpie van 3,5 kWh/Nm3 voor het geproduceerde gas waren de plasmageneratoren elk in staat om 857 Nm? van dergelijke hete gassen van plasmakwaliteit te produceren als “primair gas”.

De PG's waren niet rechtstreeks in de reactorwand gemonteerd. Ze bliezen hun eerste hete gassen (door plasma gedreven en van plasmakwaliteit) in de oven door een blaaspijp. De blaaspijp is een mondstuk dat een opening in de reactor vormt, waardoorheen de hete gassen in de reactor kunnen worden toegevoerd. Deze blaaspijp kan voorts worden gebruikt om, indien nodig, secundaire volumes van aardgas en/of bijkomende lucht in de hete gassen uit de PG te mengen. Bij voorkeur houden de aanvragers te allen tijde een aanzienlijk volume aan van secundaire gassen door de blaaspijp wanneer er een heet vloeibaar bad aanwezig is in de oven.

Het doel daarvan is dat, zelfs indien de PG zou moeten worden uitgeschakeld en/of verwijderd, er voldoende gas overblijft door de blaaspijp blijft stromen om te verhinderen dat de hete vloeistof in de blaaspijp naar binnen stroomt, en om het risico te vermijden dat er vloeistof stroomopwaarts in de blaaspijp zou stromen, waar ze zou worden gekoeld en uitgehard, wat een aanzienlijke last zou vormen omdat ze moet worden verwijderd voor de blaaspijp opnieuw helemaal geschikt is voor haar beoogde gebruik.

Tijdens de werking werd nog eens 90-200 Nm#/h aardgas toegevoegd aan de eerste hete gassen uit iedere PG via gaten in de overeenkomstige blaaspijp. Ook werd gewoonlijk bijkomende lucht toegevoegd, met een debiet in het bereik van 100-250 Nm?/h, door elk van de blaaspijpen. Deze volumes gelden dus als secundaire gasvolumes.

Het aardgas dat in dit voorbeeld werd gebruikt, omvatte 84,206 volume-% methaan, 3,646 volume-% ethaan, 0,572 volume-%

propaan en 9,966 volume-% stikstof. De overige <1 volume-% bestond uit hogere alkanen, voornamelijk butanen en pentanen.

Tegenover elke combinatie van een plasmagenerator en een blaaspijp werd een bijkomende blaaspijp voorzien voor het injecteren van extra gas in de oven, dus eveneens 3 voor de volledige oven. Die bijkomende blaaspijpen of injectoren zijn de tweede ondergedompelde injectoren volgens de onderhavige uitvinding, Ze waren eveneens ingericht voor het injecteren van hun extra gassen in een richting loodrecht op de ovenwand, maar er is een verandering gepland van de voorkeursoptie voor het injecteren onder een opwaartse hoek in het bad.

De tweede ondergedompelde injectoren werden vervaardigd met gebruik van een blaaspijp van hetzelfde type dat ook stroomafwaarts van de plasmageneratoren werd gebruikt. Die blaaspijpen, en dus ook de blaaspijpen stroomafwaarts van de PG's, worden met water gekoeld, ze zijn cilindervormig, dubbelwandig, en steken door de ovenwand heen in de ovenruimte onder het niveau van het vloeibare bad dat in de oven tijdens de werking wordt verwacht. De blaaspijpen zijn ingericht voor het injecteren van secundaire gassen in de dubbele wand van de blaaspijp. De binnenste cilinder van de blaaspijp is voorzien van een veelheid aan gaten die de secundaire gassen laten doordringen in het centrale volume van de blaaspijp waardoorheen de primaire gassen stromen, die in het geval van een stroomopwaartse PG de hete gassen van plasmakwaliteit zijn die in de PG zelf worden gegenereerd. De gaten zijn bij voorkeur voorzien als tuiten om het gas extra snelheid te geven, om het vermengen van de secundaire gassen met de primaire gassen die door de blaaspijp stromen te bevorderen. Bij de tweede ondergedompelde injectoren werd de PG vervangen door een eenvoudige pijp die door de blaaspijp uitstak in de richting van het vloeibare bad, en die bij voorkeur even ver uitstak als de blaaspijp zich uitstrekte in de oven. Door die pijp kon het primaire gas, zoals perslucht, worden gedreven, eventueel aangevuld met een hoeveelheid van aardgas. Een hoeveelheid bijkomend reducerend middel, zoals steenkool in de vorm van fijn poeder, kan in het primaire gas of een van de componenten daarvan worden bijgemengd.

Naar elk van de drie bijkomende injectoren werd tijdens de werking een hoeveelheid toegevoerd van het totaal van primaire en secundaire gassen van 300-600 Nm?/h perslucht waarin een hoeveelheid van 30-60 Nm?/h aardgas was bijgemengd en, indien van toepassing, ongeveer 150-200 kg/h steenkoolpoeder als bĳkomend reducerend middel. Het steenkoolpoeder had een gemiddelde deeltjesgrootte van 120 um. De gasdruk stroomopwaarts van de bijkomende blaaspijp bedroeg 6bar gauge. De gassnelheid in de bijkomende blaaspijp was tijdens de werking doorgaans hoger dan 330 m/s. Voor het injecteren van het steenkoolpoeder, werd een systeem met dubbel onder druk gezette vaten gebruikt. Het bovenste vat fungeerde als een drukvergrendeling: het bleef bij atmosferische druk terwijl het werd gevuld vanuit een vultrechter die zich boven op het drukvat bevond, gewoonlijk via een stortklep. De vultrechter werd gevuld door middel van mechanisch transport, gewoonlijk met behulp van een toevoerband of -schroef, maar eventueel ook door het lossen van grote zakken. Na het vullen werd dit vat onder druk gezet tot op de injectiedruk. Vervolgens kon het onderste vat, dat op de injectiedruk wordt gehouden, worden gevuld door inhoud van het bovenste vat in het onderste vat te storten. Er was een gewichtsgereguleerd toevoersysteem voorzien om het steenkoolpoeder vanuit het onderste vat tot in de injectielucht te voeren. Lucht en steenkoolpoeder werden dan door druk getransporteerd naar de bijkomende injectoren en tot in de vloeibare slak. Het voordeel van het systeem met dubbel vat is dat de instroom van reducerend middel in de reactor zo kon worden ingericht dat hij ononderbroken bleef. De blaaspijpen, plasmageneratoren en injectoren werden alle met water gekoeld.

Boven op de oven was een stralingwaterkoeler voorzien, in de vorm van een dubbelwandige metalen cilinder waarin de uitlaatgassen van de oven door het midden van de cilinder stromen, en koelwater door de wand van de cilinder wordt gedreven.

Tussen de bovenzijde van de oven en de stralingwaterkoeler wordt omgevingslucht binnengelaten om zich te mengen met de uitlaatgassen van de oven. Het verdampte zink en het CO dat aanwezig is in het gas komen in contact met de zuurstof in de lucht; bij de hoge temperatuur van het gas ontbranden die substanties spontaan en vormen ze een naverbrandingszone. Dankzij de aanzienlijke trek in de oven en de waterkoeler stromen de uitlaatgassen met een hoge snelheid. De omgevingslucht wordt binnengelaten door daartoe ontworpen openingen zodanig dat de lucht zich snel en intensief vermengt met de uitlaatgassen. Als gevolg daarvan wordt een stabiel vlamfront gevormd binnen de stralingwaterkoeler en wordt een deel van de stralingswarmte ervan is terug omlaag vanuit de naverbrandingszone in de oven gestraald, op het vloeibare bad in de oven. De bovenzijde van de oven en de stralingwaterkoeler zijn tevens voorzien van een veelheid aan injectiepunten waardoorheen lucht onder druk kan worden geïnjecteerd in de uitlaatgassen van de oven. Die mogelijkheid kan gelijktijdig worden gebruikt met het binnenlaten van omgevingslucht door de openingen. Bij voorkeur zijn de openingen om de omgevingslucht binnen te laten echter nagenoeg gesloten, en wordt nagenoeg alle nodige zuurstof ingebracht via de injectiepunten. Die werkingsmodus krijgt de voorkeur omdat de toevoer van zuurstof zo stabieler en beter regelbaar is dan de alternatieven waarin treklucht wordt binnengelaten.

In de naverbrandingszone bereikt het gas temperaturen tot 1500°C.

Het gas dat de naverbrandingszone verliet, bevond zich op een temperatuur van ongeveer 1200°C. Stroomafwaarts van de stralingwaterkoeler werd ongeveer 6-7000 liter/uur water geïnjecteerd in de gasstroom. Deze sproeikoelstap verlaagt de temperatuur van het gas tot ongeveer 220°C.

Het natte gas uit de sproeikoelstap werd naar een gasfilter geleid waarin poreuze hulzen in PTFE voorzien zijn over cilindervormige stompen, en de hulzen houden het stof vast dat gevormd wordt door de geoxideerde vorm van het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding die gevormd wordt in de naverbrandingszone.

Stroomafwaarts van de gasfilter bevindt zich een ventilator die de afzuiging uit de oven verschaft en die het gefilterde gas in de emissieschouw blaast.

Het uitrookproces en de oven werden in batchmodus gebruikt. De werkladingen waarover hierna wordt gerapporteerd, bestonden uit een precies gedefinieerde opeenvolging van onderscheidbare werkwijzestappen. Tijdens de verschillende werkwijzestappen werd meer of minder elektrisch vermogen, steenkoolpoeder, lucht en aardgas in de reactor toegevoerd, naargelang het gewenste effect. De werking van de PG's, blaaspijpen en bijkomende injectoren — of blaaspijpen — varieerde volgens de werkwijzestap. De verschillende stappen worden nu in detail beschreven.

Eerste werkwijzestap: vullen van de oven met vloeistof: Aan het begin van de lading werd 76900 kg vloeibare slak uit de stroomopwaartse koperuitsmeltinstallatie toegevoerd in 4 slakpotten met een nettogewicht van ongeveer 19 ton per stuk, gemeten door de weeginrichting op de brugkraan die de slakpotten overbracht tussen verschillende ovens.

In de stroomopwaartse koperuitsmeltinstallatie wordt de slak goed gemengd voor hij uit de uitsmeltoven wordt gegoten. De slaksamenstelling kan daarom als homogeen worden beschouwd. De samenstelling van de meeste metalen in de slak werd gemeten door inductief gekoppelde plasma-atoomemissiespectroscopie (ICP-AES), ook wel inductief gekoppelde optische emissiespectrometrie (ICP-OES) genoemd, en soms eenvoudigweg ICP, en voor SiO2 door röntgendiffractie (X-ray Diffraction, XRF). De gebruikte XRD-techniek was kwantitatieve röntgendiffractie-analyse met behulp van Topas Academic-software V5, met Al»Os als interne standaard.

Tabel I: Samenstelling toevoerslak | Qu | 080 | |. Pb 046 | SO 000 | LA | 000 | LB | 000 | |. MB | 000 | |. 8b | 000 | Voor deze werkwijzestap werden de PG's ingesteld op een vermogensniveau van 1400 kW per stuk, en een gemiddelde luchtstroom van ongeveer 437 Nm3/h per PG als primair gas.

Daarnaast werden de volgende secundaire gassen gebruikt.

De stroom aardgas door de blaaspijp werd ingesteld op 125 Nm®/h.

De luchtstroom door de blaaspijp werd ingesteld op een niveau van 100 Nm3/h.

De totale stroom van primaire en secundaire gassen door de bijkomende injectoren als de tweede ondergedompelde injectoren werd per injector ingesteld op 380 Nm3/h lucht, aardgas werd toegevoegd met een debiet van 44 Nm3/h.

De injectie van steenkoolpoeder werd in deze werkwijzestap nog niet geactiveerd.

Tweede werkwijzestap: uitrookstap Na het vullen van de vloeibare slak werd de stap van het uitroken opgestart.

In die stap werd de toevoer van energie en reducerend middel verhoogd om de vervluchtiging van zink als damp te bevorderen.

De PG's werden ingesteld op een vermogensniveau van 2500 kW per stuk, en een gemiddelde primaire luchtstroom van 714 Nm#/h per PG. Daarnaast werden de volgende secundaire gassen gebruikt. Aardgas werd toegevoegd aan elk van de blaaspijpen stroomafwaarts van de PG's, met een debiet van 148 Nm#/h. De bijkomende luchtstroom door de blaaspijp werd ingesteld op 100 Nm#/h.

De totale stroom van primaire en secundaire gassen door de bijkomende injectoren werd met lucht gevoed met 380 Nm#/h per injector. Aardgas werd aan iedere injector toegevoegd met 44 Nm#/h. De injectie van steenkoolpoeder naar iedere injector werd ingesteld op 180 kg/h.

De toevoer van energie en reducerend middel leidde tot het uitroken van vluchtige verbindingen uit de vloeibare slak. Het meest vluchtige element was Zn. Het was in de slak aanwezig als zinkoxide (ZnO). De temperatuur in de reactor werd gehandhaafd in een bereik van 1180-1250°C, wat ervoor zorgde dat de slak vloeiend bleef. Dankzij de diverse reducerende middelen, d.w.z. het steenkoolpoeder en de diverse toevoeren van aardgas, werd ZnO gereduceerd tot metallisch zink (Zn). Bij atmosferische druk kan Zn worden verdampt op een temperatuur boven 906°C. Zn verdampte dus uit het slakbad en werd als deel van de procesgassen uit de oven getransporteerd naar de apparatuur voor het behandelen van de uitlaatgassen van de oven.

In de afgasafvoerleiding van de reactor werden grote hoeveelheden lucht vermengd met de procesgassen, wat leidde tot een volledige naverbranding van de procesgassen. Eventueel overblijvend CO, Zn, Hz werd in die stap volledig geoxideerd. Het zink in dampvorm oxideert tot ZnO en vormt een vast deeltje. Dat ZnO vormde zo een stof in de verbrande procesafgasstroom. Deze post-verbrandingsstap of naverbrandingsstap wordt gevolgd door een koelstap. Aan de uitgang van de koelstap bedroeg de temperatuur van de procesgassen minder dan 220°C. De procesgassen werden vervolgens gefilterd in een zakfilter met PTFE-doeken. Na de filtratie werden de procesgassen afgevoerd naar de atmosfeer door een schouw. De ZnO-stofdeeltjes werden gerecupereerd in de filter, gekoeld en opgeslagen in een stofsilo. Vanuit de silo kon het Zn-rijke stofproduct in silovrachtwagens worden gestort voor verkoop.

Monsters werden genomen tijdens het uitroken, en geanalyseerd met de snelle maar iets minder accurate werkwijze XRF. Wanneer het gewenste gehalte aan Zn in de slak in de oven werd bereikt, werd het uitroken stopgezet en de trimstap werd opgestart.

Derde werkwijzestap: trimmen Het doel van deze stap was om het laatste overblijvende steenkoolpoeder in de ovenlading te oxideren en om de slak op te warmten tot een meer geschikte aftaptemperatuur. De beoogde temperatuur was 1220-1250°C.

De PG's werden in werking gehouden op een vermogensniveau van 2500 kW per stuk, en met een gemiddelde primaire luchtstroom van 714 Nm#h per PG. Daarnaast werden de volgende secundaire gassen gebruikt. De stroom aardgas door de blaaspijp werd ingesteld op 102 Nm3h. De luchtstroom door de blaaspijp werd ingesteld op 100 Nm#/h.

Als de totale stroom van primaire en secundaire gassen door de extra injectoren werden deze tweede ondergedompelde injectoren elk gevoed met 380 Nm3/h lucht en 44 Nm3/h aardgas. De injectie van steenkoolpoeder werd onderbroken tijdens deze trimstap. Er werd geen slakmonster genomen na de voltooiing van de trimstap. Er werd meteen gestart met het aftappen. Vierde werkwijzestap: aftappen en tot korrels verwerken van de slak Het doel van deze stap is het extraheren van de vloeibare slak uit de reactor. Het aftapgat dat zich in de zijkant van de reactor bevindt, werd door boren geopend en men liet de vloeibare slak uit de reactor stromen in een stroomgoot. Vanuit die stroomgoot werd het slakproduct tot korrels verwerkt door middel van een korrelvormsysteem met water, waarin een groot volume van water in de vallende slakstroom werd gesproeid, waardoor de vloeibare slak stolde en de gevormde vaste stof uiteenviel in deeltjes van +1 mm. De PG's bleven tijdens deze stap van aftappen en verwerking tot korrels werken op een vermogensniveau van 2000 kW per stuk, met een gemiddelde primaire luchtstroom van 606 Nm#/h per PG. Als secundaire gassen werd een stroom aardgas naar de blaaspijp van 128 Nm3/h ingesteld, en dan werd een luchtstroom rechtstreeks naar de blaaspijp ingesteld op 100 Nm#/h.

De extra injectoren bleven eveneens werken met lucht met een debiet van 380 Nm#/h per injector en aardgas at 44 Nmÿ/h in totaal voor primaire plus secundaire gassen. De injectie van steenkoolpoeder werd onderbroken.

Monsters werden genomen van het eindproduct na verwerking tot korrels. De samenstelling wordt geacht dicht bij de samenstelling van de slak onmiddellijk na de stap van het uitroken te liggen.

Bijkomende werkingsparameters voor de PG's in elke werkwijzestap zijn weergegeven in Tabel II, waarin de “Enthalpie” is berekend op basis van het vermogen dat wordt geleverd aan de PG en de luchtstroom die wordt toegevoerd naar de PG.

Tabel Il: PG werkingsparameters ucht/Aardgas KWh/Nm | Trimmen | 8 | 35 | De evolutie van de slaksamenstelling tijdens de lading wordt geïllustreerd door Tabel Ill, waarin de resultaten te zien zijn van analyses van s lakmonsters die werden genomen na iedere stap: Tabel III: Evolutie van de slaksamenstelling Vullen Uitroken verwerkt e= | 06 | 057 | 0 | 0%. CU ® | 06 | 04 | 008 | 0025. Samenstelling uitvoermateriaal Deze lading leverde ongeveer 10500 kg filterstof op, met een samenstelling zoals weergegeven in Tabel IV, het resultaat van een ICP-analyse van een representatief monster:

Tabel IV: Samenstelling filterstofproduct cu | 0 | [Sn | 0m [ ®% | 28 N [000 ou | 0 | [as | 000 | ss» | 00 [ @ | 00

Ter vergelijking werd een tweede lading verwerkt, tijdens dewelke de bijkomende blaaspijpen nog niet waren geïnstalleerd. Om tijdens de stap van het uitroken een gelijke hoeveelheid reducerend middel te verschaffen, werd dezelfde hoeveelheid koolstof toegevoegd door het inbrengen van grove petcokes met een deeltjesgrootte in het bereik van 6- mm via de toevoeropening.

De hoeveelheid en samenstelling van vloeibare slaktoevoer zeer vergelijkbaar met de eerste lading, evenals de tijdsduur van de toevoer, van het trimmen en van het aftappen. Het was voornamelijk de 10 tijdsduur van het uitroken die verschilde.

De hoeveelheden en samenstellingen van het product na verwerking tot korrels en van de filterstof waren vergelijkbaar.

De tĳd die nodig was voor de stap van het uitroken voor het verkrijgen van een zeer gelijkend gehalte aan Zn in de finale slak was beduidend langer in deze vergelijkingslading in vergelijking met de lading volgens de uitvinding die hoger werd beschreven. Dat wil zeggen dat de vergelijkingslading een beduidend lagere zinkuitrooksnelheid had vergelijking met het werkvoorbeeld, en dus dat de onderhavige uitvinding de zinkuitrooksnelheid tijdens de stap van het uitroken beduidend verhoogde.

VOORBEELD 2 In dit voorbeeld 2 werd dezelfde oven gebruikt as in Voorbeeld 1, maar met een andere configuratie met betrekking tot de tweede ondergedompelde gasinjectie. De aardgastoevoer was dezelfde, evenals de kwaliteit ervan.

Op hetzelfde niveau of dezelfde hoogte als de drie plasmagenerator-blaaspijpcombinaties werd ditmaal slechts één bijkomende injector-blaaspijpcombinatie voorzien, als één enkele tweede ondergedompelde injector voor het injecteren van extra gas en fijne cokes in de oven. De blaaspijp werd met water gekoeld en een constant debiet van 350-400 Nm3/h lucht werd door de blaaspijp en vervolgens door de gaten in de binnenwand van de blaaspijp geïnjecteerd. De aardgastoevoer werd in dit voorbeeld niet gebruikt.

De injector in de bijkomende injector- blaaspijpcombinatie voerde extra gassen toe in het vloeibare slakbad in een richting loodrecht op de ovenwand. Tijdens de werking werd een hoeveelheid van 100-400 Nm?h perslucht toegevoerd als primaire gassen naar de bijkomende injector, waarin, indien van toepassing, een hoeveelheid van ongeveer 100-700 kg/h steenkoolpoeder werd bijgemengd als bijkomend reducerend middel. Het steenkoolpoeder had een gemiddelde deeltjesgrootte van 120 um. De druk van het samengeperste gas stroomopwaarts van het tweede ondergedompelde injectorsamenstel bedroeg 6 bar gauge.

De gassnelheid in de bijkomende injector- blaaspijpcombinatie was tijdens de werking gewoonlijk hoger dan 150 m/s. Eerste werkwijzestap: vullen van de oven met vloeistof: Dezelfde procedure, kwaliteiten en hoeveelheden werden gebruikt als in de overeenkomstige stap als deel van Voorbeeld 1, met de volgende uitzonderingen.

De stroom van secundaire gassen door de ene bijkomende blaaspijp als deel van de ene bijkomende injector- blaaspijpcombinatie werd ingesteld op 350 Nm3/h lucht, en er werd geen aardgas toegevoegd. De stroom van primaire gassen door de bijkomende injector als deel van de ene bijkomende injector-blaaspijpcombinatie werd ingesteld op 200 Nm#/h lucht. De injectie van fijne cokes werd in deze werkwijzestap nog niet geactiveerd.

Tweede werkwijzestap: uitrookstap Dezelfde procedure als in Voorbeeld 1 werd toegepast.

De PG's werden opnieuw ingesteld op een vermogensniveau van 2500 kW per stuk, en een gemiddelde primaire luchtstroom van 714 Nm#h per PG. Daarnaast werden de volgende secundaire gassen gebruikt. Aardgas werd toegevoegd aan elk van de blaaspijpen stroomafwaarts van de PG's, met een debiet van 148 Nm3/h. De bijkomende luchtstroom door de blaaspijp werd ingesteld op 100 Nm#/h.

De secundaire gasstroom door de bijkomende blaaspijp als deel van de ene bijkomende injector-blaaspijpcombinatie was 350 Nm#/h lucht, waaraan geen aardgas werd toegevoegd. Als primair gas werd de stroom door de bijkomende injector als deel van de bijkomende injector- blaaspijpcombinatie ingesteld op 200 Nm3/h lucht. De injectie van fijne cokes werd in deze werkwijzestap ingesteld op 700 kg/h.

De temperatuur in de reactor werd gehandhaafd in een bereik van 1180-1250°C, wat ervoor zorgde dat de slak vloeiend bleef. Dankzij de diverse reducerende middelen, d.w.z. het steenkoolpoeder en de diverse toevoeren van aardgas, werd ZnO gereduceerd tot metallisch zink (Zn). Zn verdampte dus uit het slakbad en werd als deel van de procesgassen uit de oven getransporteerd naar de apparatuur voor het behandelen van de uitlaatgassen van de oven.

Derde werkwijzestap: trimmen De beoogde temperatuur was ook nu weer 1220- 1250°C.

De PG's werden in werking gehouden op een vermogensniveau van 2500 kW per stuk, en met een gemiddelde luchtstroom van 714Nm3%h per PG. Daarnaast werden de volgende secundaire gassen gebruikt. De stroom aardgas door de blaaspijp werd ingesteld op 102 Nm#/h. De luchtstroom door de blaaspijp werd ingesteld op 100 Nm#/h.

De secundaire gasstroom door de bijkomende blaaspijp als deel van de ene bijkomende injector-blaaspijpcombinatie werd ingesteld op 350 Nm#h lucht, en er werd geen aardgas toegevoegd. De primaire gasstroom door de bijkomende injector als deel van de ene bijkomende injector-blaaspijpcombinatie werd ingesteld op 200 Nm#/h lucht. De injectie van fijne cokes werd in deze werkwijzestap nog niet geactiveerd.

Er werd geen slakmonster genomen na de voltooiing van de trimstap. Er werd meteen gestart met het aftappen. Vierde werkwijzestap: aftappen en tot korrels verwerken van de slak Dezelfde procedure als in Voorbeeld 1 werd toegepast.

De PG's bleven tijdens deze stap van aftappen en verwerking tot korrels ook nu werken op een vermogensniveau van 2000 kW per stuk, met een gemiddelde primaire luchtstroom van 606 Nm#/h per PG. Als secundaire gassen werden een stroom aardgas naar de blaaspijp van 128 Nm#h, en een luchtstroom rechtstreeks naar de blaaspijp van 100 Nm#/h gebruikt.

De stroom van secundaire gassen door de bijkomende blaaspijp als deel van de ene bijkomende injector- blaaspijpcombinatie was 350 Nm3h lucht, en er werd geen aardgas toegevoegd. De primaire gasstroom door de bijkomende injector als deel van de ene bijkomende injector-blaaspijpcombinatie werd ingesteld op 200 Nm#/h lucht. De injectie van fijne cokes werd in deze werkwijzestap nog niet geactiveerd.

De bijkomende werkingsparameters voor de PG's in elke werkwijzestap waren dezelfde als die weergegeven in Tabel || als deel van Voorbeeld 1.

De eindresultaten van dit voorbeeld lagen zeer dicht tegen die van Voorbeeld 1, alleen werden ze dit keer opnieuw verkregen in een kortere tijd dan met de lading die ter vergelijking werd verwerkt als deel van Voorbeeld 1.

De aanvragers stelden vast dat een aanzienlijke verhoging van de productiesnelheid kon worden verkregen met de uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding, ook met Voorbeeld 2. De aanvragers menen dat dit effect te danken is aan een combinatie van (|) sterkere omroering van het bad, (ii) meer stripgas, (iii) meer reducerend middel, en, waarschijnlijk als belangrijkste factor, (iv) het gebruik van een reducerend middel in vaste vorm met een veel kleinere deeltjesgrootte, zodanig dat het reducerende middel veel reactiever is. Dat effect maakt het mogelijk de beoogde uitrookwerkingsomstandigheden veel sneller te bereiken dan met de grove petcokes. De combinatie van de voordelige effecten maakte mogelijk dat de stap van het uitroken veel sneller in volle werking was, zoals blijkt uit de veel snellere toename van de warmte die diende te worden afgevoerd uit de naverbrandingszone, en ook dat de duur van de trimstap zeer sterk kon worden verkort, bijna een grootteorde, omdat de tijd die ervoor nodig was van ongeveer een kwartier kon worden ingekort tot slechts 2-3 minutes. De uitrookoven met de tweede ondergedompelde injector(en) kon stabieler werken, bij een hogere doorvoer, en dichter bij het maximum van zijn vermogen.

Nu de onderhavige uitvinding volledig is beschreven, zal voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding kan worden uitgevoerd met een ruim bereik aan parameters binnen de inhoud van de conclusies, zonder buiten de omvang van de uitvinding te vallen zoals gedefinieerd door de conclusies.

Claims

CONCLUSIES

1. Eenkameroven voor het uitroken van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading, die een badoven omvat die in staat is om een gesmolten lading te bevatten tot een bepaald niveau, waarbij de oven uitgerust is met ten minste één plasmatoorts met niet-overdragende boog voor het genereren van eerste hete gassen van plasmakwaliteit en met ten minste één eerste ondergedompelde injector voor het injecteren van de eerste hete gassen uit de plasmatoorts onder het bepaalde niveau, waarbij de oven voorts een naverbrandingszone omvat voor het oxideren van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding in het rookgas om een geoxideerde vorm te doen ontstaan van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding, en een recuperatiezone voor het recupereren van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas dat gevormd is in de naverbrandingszone, met het kenmerk dat de oven voorts uitgerust is met ten minste één tweede ondergedompelde injector die verschillend is van de eerste ondergedompelde injector voor het injecteren van extra gas in de oven onder het bepaalde niveau.

2. De oven volgens conclusie 1 waarbij de inrichting uitgerust is voor het injecteren, door de ten minste ene tweede injector, van een totale hoeveelheid extra gas die ten minste 10% bedraagt van de hoeveelheid eerste hete gassen die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

3. De oven volgens conclusie 1 of 2 die een veelheid aan tweede injectoren omvat, waarbij iedere injector uitgerust is voor het injecteren, door iedere tweede injector, van een hoeveelheid extra gas die ten minste 10% bedraagt van de hoeveelheid eerste hete gassen die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

4. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies die verbonden is met ten minste één toevoer van samengeperst gas en/of uitgerust is met een compressor voor het toevoeren van samengeperst gas naar de ten minste ene tweede injector.

5. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de toevoerbron voor het extra gas voor de inrichting een bron omvat van een gas dat gekozen is uit de groep die bestaat uit waterstof, stikstof, lucht, koolstofdioxide, argon, neon, helium, methaan, ethaan, propaan, butaan en combinaties daarvan, bij voorkeur stikstof of lucht, met meer voorkeur lucht, met nog meer voorkeur perslucht.

6. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies die een middel omvat voor het thermisch behandelen van het extra gas stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector om de enthalpie-inhoud ervan te wijzigen, waarbij het middel voor het thermisch behandelen van het extra gas bij voorkeur ten minste één warmtewisselaar omvat.

7. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies, die voorts uitgerust is met een middel voor het inorengen van een reducerend middel in het extra gas stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector.

8. De oven volgens de voorgaande conclusie waarbij het in te brengen reducerende middel kan worden gekozen uit een gas, een vloeistof, een vaste stof, en combinaties daarvan.

9. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies die een middel omvat voor het regelen van de lambda- waarde van het extra gas dat in het bad dient te worden geïnjecteerd door de tweede injector.

10. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies, die uitgerust is voor het injecteren, als deel van het extra gas, van zuurstof en een gasvormige of vloeibare brandstof, en om mogelijk te maken dat de snelheid van het extra gas in de ten minste ene tweede injector, of op een andere locatie stroomopwaarts ervan, hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid van de brandstof als deel van het extra gas.

11. De oven volgens de voorgaande conclusie, die voorts uitgerust is voor het beperken van de hoeveelheid geïnjecteerde brandstof zodanig dat de verbranding van de geïnjecteerde brandstof onder de beoogde werkingsomstandigheden voor de oven een verhoging van de enthalpie van het extra gas teweegbrengt zodanig dat het extra gas aan het injectiepunt in het bad zich op een temperatuur bevindt die ten hoogste de temperatuur is van de gesmolten lading die bestemd is om in de oven te zijn tijdens de werking.

12. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de ten minste ene tweede injector zijn extra gas richt naar een tweede volume, als deel van de inwendige ruimte van de oven onder het vooraf bepaalde niveau, dat verschillend is van het eerste volume waarin de ten minste ene eerste injector de eerste hete gassen van plasmakwaliteit richt.

13. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de ten minste ene eerste injector zich bevindt in de zijwand van de oven, waarbij de ten minste ene tweede injector zich bevindt in de ovenwand tegenover de ten minste ene eerste injector, bij voorkeur langs de horizontale buitenrand van de oven, lopend op nagenoeg dezelfde hoogte als de ten minste ene eerste injector.

14. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies die ten minste twee en bij voorkeur ten minste drie eerste injectoren omvat, verdeeld langs een horizontale buitenrand van de zijwand van de oven, waarbij de ten minste ene tweede ondergedompelde injector zijn extra gas richt naar een volume als deel van de inwendige ruimte van de oven onder het vooraf bepaalde niveau, ongeveer dicht bij de verticale as van de oven, en/of de ten minste ene tweede ondergedompelde injector zich bevindt langs de zijwand van de oven op ongeveer gelijke afstand tussen de locaties van de twee dichtstbijzijnde van de ten minste twee eerste injectoren.

15. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies, die voorts uitgerust is voor het inbrengen van een reducerend middel in de eerste hete gassen stroomopwaarts van de ten minste ene eerste injector.

16. De oven volgens de voorgaande conclusie waarbij het in te brengen reducerende middel stroomopwaarts van de ten minste ene eerste injector kan worden gekozen uit een gas, een vloeistof, een vaste stof, en combinaties daarvan.

17. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies, die voorts uitgerust is met ten minste één oxygasbrander voor het genereren van extra eerste hete gassen boven de hoeveelheid eerste hete gassen van plasmakwaliteit uit de ten minste ene plasmatoorts.

18. De oven volgens de voorgaande conclusie, die voorts uitgerust is met ten minste één ondergedompelde derde injector voor het injecteren van de extra eerste hete gassen onder het bepaalde niveau.

19. De oven volgens de voorgaande conclusie waarbij de ten minste ene oxygasbrander zich bevindt onder het bepaalde niveau.

20. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de plasmatoorts zich bevindt onder het bepaalde niveau.

21. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de naverbrandingszone voorzien is boven het bepaalde niveau als deel van de eenkameroven.

22. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de naverbrandingszone een verbinding omvat met een toevoerbron van een zuurstofhoudend gas, bij voorkeur gekozen uit lucht, met zuurstof verrijkte lucht en gezuiverd zuurstofgas.

23. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies, die voorts een koelzone omvat voor het koelen van het gas dat wordt gevormd in de naverbrandingszone stroomopwaarts van de recuperatiezone.

24. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de recuperatiezone een gasfilterzone omvat,

waarbij de gasfilterzone bij voorkeur ten minste één gasfilterdoek omvat.

25. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de oven een in het algemeen cilindervormige vorm heeft, waarbij de oven bij voorkeur ook een kegelvormig onderste gedeelte heeft dat taps toeloopt naar een cilindervormig onderste gedeelte met een kleinere diameter, waarbij de cilindervorm van de oven een grootste inwendige diameter d heeft en de oven een totale inwendige hoogte h heeft, van onderzijde tot bovenzijde, waarbij de verhouding van h tot d ten minste 0,75 bedraagt.

26. De oven volgens de voorgaande conclusie waarbij de oven het kegelvormige onderste gedeelte omvat en waarbij het bepaalde niveau zich ongeveer op de hoogte bevindt waar de cilindervorm overgaat in het kegelvormige onderste gedeelte.

27. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de oven voorzien is van een inwendige vuurvaste bekleding.

28. De oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies waarbij de buitenste wanden van de oven met water worden gekoeld.

29. Werkwijze voor het uitroken van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading met behulp van de oven volgens om het even welke van de voorgaande conclusies, die de volgende stappen omvat: ° het inbrengen van de metallurgische lading die het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding omvat in de oven en het vormen van een bad van gesmolten lading tot het bepaalde niveau; ° het uitroken van een hoeveelheid van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit het bad met gebruik van de hete gassen van plasmakwaliteit uit de ten minste ene plasmatoorts en ten minste één reducerend middel, waardoor rookgas wordt geproduceerd dat het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding omvat;

° het in de naverbrandingszone naverbranden van het rookgas om het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding te oxideren tot een geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding, ° het uit de oven extraheren van het in de oven gevormde gas en het recupereren van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas dat gevormd is in de naverbrandingsstap; met het kenmerk dat tijdens ten minste een deel van de stap van het uitroken extra gas door de ten minste ene tweede injector in het bad en onder het bepaalde niveau wordt geïnjecteerd, waardoor de hoeveelheid rookgassen die het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding omvatten wordt vergroot.

30. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij de hoeveelheid extra gas die wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten minste 10% bedraagt van de hoeveelheid eerste hete gassen die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

31. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-30 waarbij de oven een veelheid aan tweede injectoren omvat, en waarbij de hoeveelheid extra gas die wordt geïnjecteerd via iedere tweede injector ten minste 10% bedraagt van de hoeveelheid eerste hete gassen die kan worden gegenereerd door het ene element van de ten minste ene plasmatoorts met het hoogste vermogen wanneer die toorts eerste hete gassen aflevert met een enthalpie-inhoud van ten minste 3,5 kWh/Nm3, uitgedrukt in volumetrische eenheden in normale omstandigheden.

32. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-31 waarbij het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten minste één gas omvat dat gekozen is uit de groep die bestaat uit waterstof, stikstof, lucht, koolstofdioxide, argon, neon,

helium, methaan, ethaan, propaan, butaan en combinaties daarvan, bij voorkeur stikstof of lucht, met meer voorkeur lucht, met nog meer voorkeur perslucht.

33. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-32 waarbij het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector thermisch wordt behandeld stroomopwaarts van de ten minste ene tweede injector om de enthalpie-inhoud ervan te wijzigen, waarbij de thermische behandeling van het extra gas bij voorkeur wordt uitgevoerd met behulp van ten minste één warmtewisselaar.

34. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-33 waarbij de temperatuur van het extra gas dat in de ten minste ene tweede injector binnenstroomt ten hoogste gelijk is aan de temperatuur van het bad in de oven, bij voorkeur ten minste 100 graden Celsius onder de temperatuur van het bad.

35. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-34 waarbij het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector ten minste één eerste reducerend middel omvat.

36. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij het eerste reducerende middel een vaste stof is.

37. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-36 waarbij het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector voorts zuurstof omvat en een hoeveelheid brandstof die geschikt is om, door de verbranding ervan onder de werkingsomstandigheden in de oven, een enthalpietoevoer bij te dragen aan de oven die compenseert voor ten minste 50% van het koelende effect dat het extra gas kan hebben op de oven in het geval dat het extra gas zich aan het injectiepunt op een temperatuur bevindt die lager is dan de temperatuur van de gesmolten lading in de oven.

38. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-37 waarbij het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector een lambda-waarde heeft van minder dan 1,0.

39. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-38 waarbij het extra gas dat wordt geïnjecteerd via de ten minste ene tweede injector brandbaar is en het extra gas in de ten minste ene tweede injector een snelheid bereikt die hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid van het extra gas.

40. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-39 waarbij het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding een metaal in zijn elementaire vorm is of een verdampbare verbinding is die een metaal bevat, waarbij het metaal bij voorkeur gekozen is uit de groep die bestaat uit zink, lood, tin, bismut, cadmium, indium, germanium, en combinaties daarvan, en ook de metaalhoudende verbinding bij voorkeur gekozen is uit een chloride, een oxide, een sulfide, en combinaties daarvan.

41. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij een metaal dat minder edel is dan het metaal in het verdampbare metaal of in de verdampbare metaalverbinding wordt toegevoegd in de oven, bij voorkeur ijzer en/of aluminium.

42. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 41 waarbij een tweede reducerend middel wordt toegevoegd aan de eerste hete gassen van plasmakwaliteit stroomopwaarts van de ten minste ene eerste injector.

43. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij het tweede reducerende middel is gekozen uit een gas, een vloeistof en een vaste stof, en combinaties daarvan.

44. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 43 die de stap omvat van het instellen van de zuurstofpotentiaal in de slak in het bereik van 10 tot en met 10° Pa.

45. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 44 waarbij de naverbranding wordt uitgevoerd in de eenkameroven.

46. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 45 waarbij de naverbranding het in de naverbrandingszone inbrengen omvat van een zuurstofhoudend gas, bij voorkeur gekozen uit lucht, met zuurstof verrijkte lucht en gezuiverd zuurstofgas.

47. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 45 waarbij de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding wordt gerecupereerd uit het gas als stof.

48. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 47 waarbij de recuperatie van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas het filteren omvat van het gas dat de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding bevat, met behulp van een filter, bij voorkeur een filterdoek.

49. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 48 die voorts een koelstap omvat, stroomopwaarts van de recuperatie van de geoxideerde vorm van het ten minste ene verdampbare metaal of de ten minste ene verdampbare metaalverbinding uit het gas.

50. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 49 die het vormen omvat van een gesmolten metaalfase, waarbij de werkwijze voorts de stap omvat van het verwijderen van de gesmolten metaalfase uit de oven.

51. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 50 waarbij de metallurgische lading een slak omvat en waarbij de slak zwavel en/of zwavelverbindingen omvat, waarbij de werkwijze voorts de stap omvat van het vormen van een gesmolten mattefase en een verdere stap van het verwijderen van de gesmolten mattefase uit de oven.

52. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 51 waarbij de metallurgische lading als vloeistof wordt ingebracht in de oven.

53. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29 tot en met 52 waarbij de metallurgische lading een metallurgische slak is en waarbij de werkwijze een tweede slak produceert.

54. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij de gesmolten slak een gemiddelde temperatuur heeft van minder dan 50 graden Celsius boven de liquidustemperatuur van de slak.

55. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 53 tot en met 54 waarbij een oxide gekozen uit CaO, Al2O3, en combinaties daarvan, wordt toegevoegd aan het bad in de oven, bij voorkeur bij een temperatuur in het bad van ten minste 1000°C, bij voorkeur ongeveer 1150°C.

56. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 53-55 die voorts de stap omvat van het koelen van de tweede slak opdat die een vaste stof zou worden, waarbij de tweede slak bij voorkeur eerst als vloeistof wordt verwijderd uit de oven.

57. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij het koelen wordt uitgevoerd door de vloeibare tweede slak in contact te brengen met water.

58. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 56-57 waarbij de tweede slak wordt gekoeld met een snelheid van ten minste 30 graden Celsius per seconde.

59. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 56-58 die voorts de stap omvat van het vermalen van de vaste tweede slak, bij voorkeur het tot poeder vermalen van de tweede slak.

60. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 56-59 waarbij de tweede slak wordt gekoeld met een snelheid van minder dan 40 graden Celsius per seconde.

61. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 56-60 die voorts de stap omvat van het toevoegen van de tweede slak als bindmiddel of als aggregaat tijdens de productie van een voorwerp voor de bouwindustrie.

62. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij de slak wordt gebruikt als bindmiddel en het voorwerp voorts een aggregaat omvat, waarbij het aggregaat bij voorkeur zand en/of de tweede slak omvat.

63. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie die voorts het toevoegen omvat van een activator tijdens de productie van het voorwerp.

64. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij de activator gekozen is uit de groep die bestaat uit natriumhydroxide, NaOH, kaliumhydroxide, KOH, natriumsilicaat, NazSiOs, kaliumsilicaat, K2SiO3, en combinaties daarvan.

65. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 61-64 waarbij het voorwerp voor de bouwindustrie een bouwelement is.

66. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij het bouwelement is gekozen uit de lijst van een tegel, een straatsteen, een blok, een betonblok, en combinaties daarvan.

67. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 61-66 waarbij het voorwerp voor de bouwindustrie een opgeschuimde structuur heeft.

68. Gebruik van de oven volgens om het even welke van de conclusies 1-28 voor het uitroken van ten minste één verdampbaar metaal of verdampbare metaalverbinding uit een metallurgische lading.

69. Het gebruik volgens de voorgaande conclusie waarbij de metallurgische lading is gekozen uit een koperuitsmeltslak en een koperraffinageslak en combinaties daarvan.

70. Het gebruik volgens om het even welke van de conclusies 68-69 waarbij het verdampbare metaal of de verdampbare metaalverbinding is gekozen uit zink, lood, tin, bismut, cadmium, indium, germanium, en combinaties daarvan.

71. De werkwijze volgens om het even welke van de conclusies 29-67 waarbij ten minste een deel van de werkwijze elektronisch wordt opgevolgd en/of gestuurd, bij voorkeur door een computerprogramma.