BRPI0616432A2 - processo e dispositivo para a queima de materiais contendo metais nobres - Google Patents

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A QUEIMA DE MATERIAIS CONTENDO METAIS NOBRES. A presente invenção refere-se ao forno de reciclagem para a preparação de materiais com partes orgânicas contendo metais nobres com perigo de explosão que queimam com grande energia, de acordo com a invenção possui um dispositivo de comutação, para a operação alternada da câmara de combustão do forno entre A) pirólise ou carbonização sob gás de proteção em uma atmosfera que apresenta no máximo 6% em peso de oxigênio, 8) combustão oxidante das partes orgânicas incluindo o carbono, sendo que, o forno apresenta um aquecimento indireto e um controle que, através de um sensor, pode determinar o final da pirólise ou da carbonização, e controla um dispositivo de comutação, de tal modo que, após o final da pirólise ou da carbonização, ao espaço do forno é alimentado ar ou oxigênio. As etapas A e 8 são realizadas uma em seguida a outra em uma câmara do forno aquecida indiretamente, sendo que, nem a carga é trocada e nem o forno é aberto, sendo que, no espaço do forno, na etapa A, através de inertização com gás de proteção, é ajustada uma atmosfera com pouco oxigênio na câmara de combustão que apresenta no máximo 6% em peso de oxigênio, e o final da pirólise é controlado e que, após a determinação do final da carbonização ou da pirólise, do produto reciclado a etapa B ocorre através da alimentação de ar ou condução de oxigênio diretamente em seguida à pirólise ou à carbonização. De acordo com a invenção, uma dosagem adicional de substâncias líquidas ou liquefeitas é controlada durante a pirólise por meio de, pelo menos, um parâmetro da pós combustão, em particular, por meio de um sensor de temperatura. De acordo com a invenção, uma pós combustão térmica é empregada, de acordo com a invenção, para duas câmaras de forno, das quais uma é conduzida na operação de pirólise ou de carbonização, e a outra é operada como câmara de combustão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOE DISPOSITIVO PARA A QUEIMA DE MATERIAIS CONTENDO METAIS NOBRES".

A presente invenção refere-se a processos e a dispositivos cor-respondentes para a queima de materiais contendo metais nobres.

Para o processamento de restos contendo metais nobres compartes orgânicas relativamente altas como, por exemplo, resíduos de catali-sadores, placas condutoras e outras sucatas eletrônicas podem ser usadosindustrialmente os processos seguintes:

1. (Processo Ecolist® - fabricante Umicore, DE 32 23 501C1/C2).Trata-se de um processo para precipitação de, particularmente, Rh de resí-duos orgânicos líquidos com o auxílio de telúrio. Após a separação do metalnobre, permanece uma mistura orgânica, que precisa ser conduzida a umaremoção (por exemplo, combustão). O processo pressupõe material conti-nuamente transportável.

2. Processo Aquacat® (Johnson Matthey). Com este processopodem ser processados restos contendo metais nobres, que contêm carbo-no e ligas orgânicas, em particular, restos de ouro, prata, platina e paládio daindústria e do setor de relojoaria e joalheria. Os componentes orgânicos sãooxidados em água supercrítica sob pressão com oxigênio, para trás fica ometal nobre como resíduo oxidado. Também neste caso, o material precisaser continuamente transportável. Além disso, o processo pressupõe um rea-tor de pressão.

É almejado um processo aperfeiçoado com as seguintes carac-terísticas vantajosas:

- processamento em lotes ou contínuo com a possibilidade deoperação contínua,

- controle eficiente do balanço térmico,

- alto aproveitamento de material reciclável.

A combustão direta (queima) das partes orgânicas de resíduoscontendo metais nobres já é usada em vários processos1. Se os resíduos aserem tratados contiverem partes orgânicas de fácil combustão e com gran-de energia, certamente pode ocorrer uma formação de chama bem intensa.

Zur Behandlung para o tratamento de restos domésticos, foi de-senvolvido um processo pela Siemens KWU1 no qual são combinadas umapirólise e uma combustão em alta temperatura mediante o aproveitamentodos gases da pirólise (6a edição de Ullmann1 CD-ROM - Release 2003,"Waste/restos" Ref. 320: K. J. Thomé - Kosmiensky: Thermische Abfallbe-handlung/TraXamerrto Térmico de Restos, EF Editora para Técnica de Ener-gia e Meio Ambiente, Berlim, 1994). Ali, certamente se chega decididamenteà obtenção de energia durante a combustão (Usina de tratamento de lixo).

Um outro processo possível é a gaseificação das partes orgânicas de lixocontendo metais2 que, por sua vez, deve ser realizado com grande dispêndiode aparelhos e que sempre pressupõe partes de gaseificação consideráveis,porque, afinal, o gás deve servir para a geração de energia.

A patente DE 94 20 410 U1 se refere a uma instalação para umprocesso térmico de reciclagem para objetos metálicos que são misturadosou sujos com substâncias orgânicas como, por exemplo, tambores de óleo,mas, também em escala menor, restos contendo metais nobres de oficinasde jóias ou pequenas empresas da indústria de jóias. Neste caso, é reco-mendada uma carbonização com fase de pirólise e uma fase de oxidaçãoem uma câmara de carbonização, sendo que, a oxidação ocorre mediante aintrodução de um gás de exaustão com um teor de oxigênio com capacidadede combustão. De acordo com a patente DE 35 18 725 A1, uma instalaçãosemelhante serve para a remoção térmica de tintas - ali com a combustãodos gases de carbonização.

Os dois processos não são apropriados para líquidos com partesorgânicas que queimam com grande energia.

De modo surpreendente, com uma realização de processo sim-ples pode-se evitar tanto um alto dispêndio de instalação, como também rea-lizar as características melhoradas descritas acima:

1 Processos para a combustão de lamas contendo metais nobrese restos de elemento múltiplo com extração das cinzas em seguida são des-critos, por exemplo, na patente DE 31 34 733 C2 e WO 9937823.2 A patente DE 33 29 042 A1 se refere a um processo para arecuperação de metais coloridos e metais nobres de materiais com teor dematerial sintético, em particular, de produtos de carbonização, no qual o car-bono é gaseificado de modo isotérmico, com um meio de gaseificação pro-duzido separadamente como H2O/CO2/O2), sendo que, a temperatura é re-gulada através das pressões parciais.

Execuções de acordo com a invenção estão descritas nas rei-vindicações independentes. As reivindicações dependentes descrevem exe-cuções preferidas.

A invenção se refere à queima de materiais contendo metaisnobres com partes orgânicas, que queimam com grande energia, em, pelomenos, duas etapas, das quais a primeira (A) inclui uma pirólise ou carboni-zação com reduzida alimentação de oxigênio e, pelo menos, uma outra eta-pa (B) abrange uma combustão oxidante. Durante a primeira etapa do pro-cesso não se forma nenhuma chama quente. Durante a queima oxidanteseguinte do resíduo de pirólise, a chama e a descarga de fuligem são limita-das. De preferência, é excluída uma descarga de fuligem.

Os materiais contendo metais nobres com partes orgânicas são,em particular, carvões, solventes ou materiais sintéticos. Materiais deste tipoapresentam, em geral, um poder calorífico de 20 a 50 KJ/g, em particular, 40KJ/g e eventualmente correm o perigo de explosão. De acordo com a inven-ção, as etapas AeB são executadas em um forno aquecido indiretamente,em uma câmara do forno diretamente uma após a outra. Neste caso, a piró-lise, que em alemão também é designada como carbonização, ocorre emuma atmosfera com reduzido teor de oxigênio. Neste caso, a câmara é lava-da com gás de proteção, em particular, nitrogênio ou argônio. O teor de oxi-gênio é de, no máximo, 6% em peso, em particular, no máximo 4% em peso.

O término da pirólise é determinado por meio de um sensor, em particular,de um sensor de pressão. No final da etapa do processo A, o material trata-do por pirólise apresenta substâncias pouco voláteis com alto teor de carbo-no. Após o término da pirólise, determinado por meio de um sensor, a at-mosfera é modificada através da alimentação de ar ou oxigênio e, com isto éintroduzida diretamente a etapa B. De modo surpreendente, neste caso, po-de ser introduzido oxigênio no forno já aquecido de 400 até 900°C, em parti-cular, de 500 até 800°C, sem que ocorra uma explosão. Esta etapa de pro-cesso economiza considerável dispêndio logístico, considerável emprego deenergia e reduz o dispêndio de tempo.

O dispêndio de energia pode ser reduzido ainda mais pelo fatode que, dois fornos um ao lado do outro executam alternadamente as etapasAeBe são equipados com um único tratamento de gases de exaustão.Com isto, conseguem chegar ao mesmo tempo os gases de exaustão dapirólise e os gases de exaustão da combustão na instalação de tratamentodos gases de exaustão. Isto reduz a vazão e, com isto a necessidade de energia.

Para um forno de reciclagem de acordo com a invenção é consi-derável que, a câmara de combustão do forno seja equipada com um sen-sor, a fim de poder determinar o final da pirólise. Além disso, é considerável,que o forno de pirólise possa ser operado sob gás de proteção, bem como,também sob alimentação de ar ou de atmosfera de oxigênio e seja previstoum dispositivo de comutação que pode mudar do enchimento de gás de pro-teção da câmara do forno para um fluxo de ar ou fluxo de oxigênio. Nestecaso, a mudança precisa ser controlada dependendo do resultado do sensor.

Quanto ao processo, é decisivo que, as etapas AeB sejam rea-lizadas uma após a outra em uma câmara, que o término da pirólise sejadeterminado e, após o término da pirólise, ocorra uma troca de atmosfera deatmosfera contendo gás de proteção para ar ou atmosfera de oxigênio. Istoeconomiza a troca de carga e o dispêndio de tempo e energia ligado com isto.

Em uma execução preferida, o forno apresenta um dispositivo detransporte contínuo para líquidos ou pastas. Para isso, os líquidos ou pastassão transportados ao forno aquecido de 300°C a 700°C, em particular, de350°C a 600°C durante a pirólise contínua para a câmara de pirólise. Nestecaso, o perigo de explosão é evitado, pelo fato de que, o forno é operadosob ligeira sobrepressão.

As pastas são aquecidas até que elas se comportem como líqui-dos. Devido ao transporte de substâncias líquidas ou pastas liqüefeitas atra-vés de uma tubulação, a entrada de oxigênio é mantida tão pequena que oslimites de explosão não podem ser alcançados.

A parte de metais nobres dos restos pode variar em limites am-plos de acordo com a origem, por exemplo, de 0,01 a 60%. Além de metaisnobres podem estar contidos outros metais. Para restos com uma parte demetais nobres entre 10 e 1.000 ppm (0,001 e 0,1% em peso), em particular,entre 10 e 100 ppm (0,001 e 0,01% em peso) é particularmente apropriadoum enriquecimento com o dispositivo de transporte contínuo para a pirólise,uma vez que, através do transporte contínuo já durante a pirólise pode serobtido um considerável enriquecimento dentro de uma cuba. Através dotransporte contínuo é possível, dentro de uma cuba, com relação ao volumeda cuba, realizar a pirólise em uma multiplicidade de volumes de líquidos.

O forno de acordo com a invenção é particularmente importantepara reciclar ródio, platina, paládio, ouro e irídio.

O transporte de líquidos durante a pirólise distribui a produçãode gases de carbonização uniformemente através da duração do processode pirólise. O gás de carbonização produzido durante a pirólise reduz o con-sumo de gás natural da pós-combustão térmica. Por isto, por um lado, a pós-combustão térmica pode ser projetada para vazões menores e, por outrolado, em virtude da contínua alimentação de gás de carbonização, necessitade um consumo de energia menor.

No caso do processo de acordo com a invenção, de preferência,são tomadas as seguintes providências, que podem ser empregadas indivi-dualmente ou em combinação entre si.

A O processo é realizado, de preferência, em um forno de câmara.B De modo vantajoso, estão dispostas duas câmaras para a operaçãocom carga: em uma delas pode ser realizada a pirólise, e então, acombustão, enquanto que na segunda câmara já ocorre a próxima piró-lise. Enquanto que, então, na segunda câmara é comutado para com-bustão, a primeira câmara já pode ser de novo revestida com materialpara a pirólise.

C Pode ser muito vantajoso, no caso de a alimentação de material para aetapa de pirólise ocorrer de modo lento e contínuo. Atrasos na ebuliçãoindividuais (compensações) que podem surgir em uma adição em for-ma de porções, são evitados desse modo. O fornecimento de energiaocorre de maneira uniforme.

D A etapa de pirólise se realiza de acordo com o tipo sob exclusão deoxigênio considerável. De forma apropriada a referida câmara é lavadaantes da pirólise com gás de proteção, de preferência, com nitrogênio.

E A condução de temperatura movimenta-se, em geral, no quadro de 100até 1.200, em particular, de 200 até 800°C, na etapa A de 100 até1.200, de preferência, de 200 até 800°C, na etapa B, de 500 até 1.200,de preferência, de 600 até 800°C.

F A alimentação de material de líquidos para a etapa A de pirólise, depreferência, não ocorre em forma de porções, mas de modo lento econtínuo.

G Na etapa B, de forma apropriada, são recebidas partes de metais no-bres e cinzas em cubas de captação, que estão dispostas abaixo da a-limentação de produto de combustão ou da alimentação de produto depirólise.

O processo será ilustrado com auxílio de um desenho e de umexemplo de execução.

A figura 1 mostra um desenho esquemático das câmaras.

Uma forma de execução apropriada pode ser depreendida doesquema da figura 1, onde significam:

1. As duas câmaras de combustão com dispositivo de aqueci-mento.

2. Cubas de captação, que estão dispostas abaixo da alimenta-ção de produto de combustão ou da alimentação de produto de pirólise, paraa recepção de partes de metais nobres e de cinzas.

3. alimentação de produto de combustão ou da alimentação deproduto de pirólise

A invenção se refere, com isso, também a um dispositivo para arealização do processo de acordo com a invenção, apresentando duas câ-maras de combustão 1 que podem ser aquecidas, cada uma com, pelo me-nos, uma alimentação de produto de combustão 3 e, pelo menos, uma cubade captação 2, disposta abaixo da alimentação de produto de combustão.

Exemplo de Execução:

1.500 kg de diversos restos contendo: parte de metais nobres de1 a 20% em peso variando, disso elementos Rh de 0,001 até 50% em peso,em particular, de 0,1 até 20% em peso, Pd de 0,01 até 50% em peso, emparticular, de 0,1 até 20% em peso, bem como, partes orgânicas/meios solú-veis de 50 até 99,99% em peso, em particular, de 80 até 99% em peso, sãotratados em um forno de câmara com um teor de oxigênio de < 4% e umatemperatura de 200 até 800°C por 8 até 15 horas.

Depois disto, o resíduo é queimado a uma temperatura de 600 a800°C mediante a condução de ar com um teor de oxigênio de 14 a 16%.

2. Um forno de câmara é equipado com aproximadamente 1.100kg de restos diversos contendo metais nobres. Para isso, 32 cubas são in-troduzidas no forno com um volume de enchimento de 60 I cada. 14 das cu-bas são enchidas com 30 kg cada de um carvão que apresenta 0,1% empeso de paládio. 5 cubas são enchidas com 20 kg cada de oxido de platina,sendo que, o óxido de platina está disponível em 80% em peso, e está impu-ro com 20% em peso de um meio solúvel com base de xilol. 5 cubas sãoenchidas com 20 kg cada de uma pasta da produção das tintas de cerâmica,sendo que, a pasta apresenta, aproximadamente 10% em peso de ouro. Nacamada mais superior do forno são colocadas 8 cubas vazias. As cubas sãomantidas em uma armação de carga. Em seguida, o forno é ligado na ope-ração de pirólise. Para isso, é introduzido gás de proteção no forno, até queo teor de oxigênio tenha caído abaixo de 4%. Em seguida, dentro de 4 ho-ras, o forno carregado a 200°C é aquecido até 600°C. Então o forno é man-tido por duas horas em 600°C.

Nesse instante, a pirólise é terminada, em grande extensão, nascubas carregadas. Em seguida ocorre a dosagem adicional de 500 I de líqui-do orgânico de um catalisador homogêneo com base de ródio em trifenilfos-fina com adições de acetona de metilisobutila. O teor de ródio é de 10 ppm(0,001% em peso). A solução é continuamente bombeada nas 8 cubas e, naverdade, distribuída de modo, consideravelmente, uniforme. A potência debombeamento é de, no máximo 2001/hora e é regulada através da utilizaçãoda pós-combustão térmica. Para isso a pós-combustão térmica é equipadacom um sensor de temperatura, que no caso de uma elevação da tempera-tura acima de 1,100°C reduz a potência de bombeamento. Com isto, o finalda pirólise é alcançado o mais cedo após 2 ½ horas, com valores de com-bustão mais altos correspondente à regulagem através da pós-combustãotérmica, o final é alcançado correspondentemente mais tarde. Após o térmi-no do bombeamento, dentro de aproximadamente 30 minutos, a temperaturado forno é elevada para 800°C.

Neste caso, a pressão excessiva ajustada pelo gás de proteçãode 500 Pa (5 mbar) se eleva por curto período através da pirólise progressi-va. Depois que a pressão excessiva constatada com um sensor de pressão,caiu para a pressão excessiva da lavagem de nitrogênio, esse estado émantido por 20 minutos a 800°C. Se nesse tempo de teste não ocorrer ne-nhum outro aumento da pressão, é alimentado ar atmosférico à câmara doforno e a fase de oxidação é iniciada com isso, sem resfriamento da câmara.Um segundo forno, que está conectado à mesma pós-combustão térmica,como o forno conduzido para a fase de combustão, é liberado para o iníciode uma pirólise. A pós-combustão térmica é ajustada para 1.100°C, e é usa-da de modo mais eficiente através da interligação. A interligação produz umauniformização das quantidades de gás de carbonização a serem liberadasatravés dos processos A e B. De acordo com a essência, a pós-combustãotérmica é projetada para um forno e, na realidade, é operada com dois for-nos. Por um lado, isto economiza dispêndio com relação ao dimensionamen-to e, em particular, em relação aos custos de energia para manter a tempe-ratura em 1.100°C. Além disso, o consumo de gás natural da pós-combustãoé reduzido através da introdução de gases de carbonização. Isto ocorre tan-to mais eficiente quanto mais homogêneo a introdução de gás de carboniza-ção ocorre, o que, de acordo com a invenção, é operado através do acopla-mento da pós-combustão de um forno, que se encontra no processo B, comum forno que é operado no processo A.

Durante a mudança da pirólise para a combustão, de acordocom a invenção é economizado um resfriamento do forno e, com isto, porum lado é ganho tempo e, por outro, energia, a fim de aquecer de novo oforno. Além disso, o consumo de gás natural para a pós-combustão para otempo de resfriamento isento de gás de carbonização é economizado.

A oxidação foi conduzida de modo conhecido, onde o forno foirefrigerado a 200°C e a carga foi obtida.

Ao processo de acordo com a invenção podem ser preparadasdiversas cargas sem a mistura entre elas. Por exemplo, podem ser prepara-das paralelamente cargas de diversos clientes, sendo que, as cargas podemser de diversas naturezas.

A condução de líquidos também traz consigo a vantagem que aquantidade de gás de carbonização pode ser uniformizada, a fim de econo-mizar custos na pós-combustão. Os líquidos conduzidos a 600°C tambémpodem ser pastas fluidificadas ou suspensões. Estes líquidos possuem peri-go de explosão, em particular, nestas altas temperaturas na presença deoxigênio. De acordo com a invenção, o perigo de explosão é excluído pelofato que o teor de oxigênio seja mantido em menos que 6%. Com isto, demodo surpreendente, são conduzidas para um forno substâncias com perigode explosão a altas temperaturas.

Claims (14)

1. Forno de reciclagem para a preparação de materiais com par-tes orgânicas contendo metais nobres, com perigo de explosão, que quei-mam com grande energia, caracterizado por um dispositivo de comutaçãopara a operação alternada da câmara de combustão do forno entreA pirólise ou carbonização sob gás de proteção em uma atmos-fera que apresenta no máximo 6% em peso de oxigênio,B combustão oxidante das partes orgânicas incluindo o carbono,sendo que, o forno apresenta um aquecimento indireto e um controle que,através de um sensor, pode determinar o final da pirólise ou da carboniza-ção, e controla um dispositivo de comutação, de tal modo que, após o finalda pirólise ou da carbonização, ao espaço do forno é alimentado ar ou oxi-gênio.

2. Forno de reciclagem de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que, o sensor é um sensor de pressão ou um sensorsensitivo à substância.

3. Forno de reciclagem de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que, o forno de reciclagem apresenta, pelo menos, du-as câmaras de combustão de acordo com a reivindicação 1, que na opera-ção alternada podem ser operadas com uma única pós combustão térmica.

4. Forno de reciclagem de acordo com uma das reivindicaçõesde 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, por um lado, a câmara do forno po-de ser usada como câmara de carbonização ou de pirólise e, por outro lado,como câmara de combustão, e apresenta um dispositivo de alimentação delíquido à prova de explosão para uma câmara quente com, pelo menos, 400°C.

5. Processo para a preparação de materiais com partes orgâni-cas contendo metais nobres, com perigo de explosão que queimam comgrande energia, com as etapasA pirólise ou carbonização com condução de oxigênio, pelo me-nos, reduzidaB combustão oxidante das partes orgânicas,caracterizado pelo fato que, as etapas AeB são executadasuma após a outra em uma câmara de forno aquecida indiretamente, sendoque, nem a carga é trocada, nem o forno é aberto, sendo que, na etapa A,no espaço do forno, através da inertização com gás de proteção, é ajustadauma atmosfera com pouco oxigênio na câmara de combustão que contémno máximo 6% em peso de oxigênio, e o final da pirólise é controlado, e queapós a determinação do final da carbonização ou da pirólise do produto reci-clado, a etapa B ocorre através de alimentação de ar ou condução de oxigê-nio diretamente em seguida à pirólise ou à carbonização.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, sendo que, as par-tes de metais nobres estão previstas em, pelo menos, 0,001% em peso.

7. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, realizado naoperação de carga em duas câmaras, sendo que, na primeira câmara é rea-lizada a etapa A, enquanto que a segunda é alimentada com uma segundacarga de material, então, na primeira câmara é realizada a segunda etapa B,enquanto que na segunda câmara ocorre a etapa A para a segunda carga e,enquanto que na segunda câmara é comutado para combustão (etapa B), asegunda câmara é alimentada de novo com material para pirólise (etapa A).

8. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores,sendo que, a alimentação de material para a etapa A de pirólise não ocorreem forma de porções, mas de modo lento e contínuo.

9. Processo como definido em uma das reivindicações anterio-res, sendo que, nas etapas AeB são recebidas partes de metais nobres ecinzas em cubas de captação, que estão dispostas sob a alimentação deproduto de combustão ou da alimentação de produto de pirólise.

10. Processo como definido em uma das reivindicações anterio-res, sendo que, a temperatura na etapa A é de 200 até 800°C.

11. Processo como definido em uma das reivindicações anterio-res, sendo que, a temperatura na etapa B é de 600 até 1.200°C.

12. Processo para a preparação de materiais contendo metaisnobres com partes orgânicas com perigo de explosão, que queimam comgrande energia, com as etapasA pirólise ou carbonização com alimentação de oxigênio, pelomenos, reduzida eB combustão oxidante das partes orgânicas, em particular, comodefinida em uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que,5uma dosagem adicional de substâncias líquidas ou liqüefeitas durante a piró-lise é controlada com auxílio de, pelo menos, um parâmetro da pós combus-tão, em particular, de um sensor de temperatura.

13. Dispositivo para a realização do processo como definida emuma das reivindicações anteriores, que apresenta duas câmaras de combus-tão (1) aquecíveis, cada uma com, pelo menos, uma alimentação de produtode combustão (3) e, pelo menos, uma cuba de captação (2), dispostas abai-xo da alimentação de produto de combustão.

14. Emprego de uma pós combustão térmica para duas câmarasdo forno, das quais uma é conduzida na operação de pirólise ou de carboni-zação, e a outra é operada como câmara de combustão.