BRPI0616432B1 - Forno de reciclagem, método para o processamento de materiais com partes orgânicas contendo metais nobres e dispositivo para realização do método. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FORNO DE

RECICLAGEM, MÉTODO PARA O PROCESSAMENTO DE MATERIAIS COM PARTES ORGÂNICAS CONTENDO METAIS NOBRES E DISPOSI- TIVO PARA REALIZAÇÃO DO MÉTODO". A presente invenção refere-se a métodos e a dispositivos cor- respondentes para a queima de materiais contendo metais nobres.

Para o processamento de restos contendo metais nobres com partes orgânicas relativamente altas como, por exemplo, resíduos de catali- sadores, placas condutoras e outras sucatas eletrônicas podem ser usados industrialmente os seguintes métodos: 1. (Método Ecolist® - fabricante Umicore, DE 32 23 501C1/C2).

Trata-se de um método para precipitação de, particularmente, Rh de resí- duos orgânicos líquidos com o auxílio de telúrio. Após a separação do metal nobre, permanece uma mistura orgânica, que precisa ser conduzida a uma remoção (por exemplo, combustão). O método pressupõe material continu- amente transportável. 2. Método Aquacat® (Johnson Matthey). Com este método po- dem ser processados restos contendo metais nobres, que contêm carbono e ligas orgânicas, em particular, restos de ouro, prata, platina e paládio da in- dústria e do setor de relojoaria e joalheria. Os componentes orgânicos são oxidados em água supercrítica sob pressão com oxigênio, para trás fica o metal nobre como resíduo oxidado. Também neste caso, o material precisa ser continuamente transportável. Além disso, o método pressupõe um reator de pressão. É almejado um método aperfeiçoado com as seguintes caracte- rísticas vantajosas: - processamento em lotes ou contínuo com a possibilidade de operação contínua, - controle eficiente do balanço térmico, - alto aproveitamento de material reciclável. A combustão direta (queima) das partes orgânicas de resíduos contendo metais nobres já é usada em vários métodos1. Se os resíduos a serem tratados contiverem partes orgânicas de fácil combustão e com gran- de energia, certamente pode ocorrer uma formação de chama bem intensa.

Para o tratamento de restos domésticos, foi desenvolvido um método pela Siemens KWU, no qual são combinadas uma pirólise e uma combustão em alta temperatura mediante o aproveitamento dos gases da pirólise (6a edição de Ullmann, CD-ROM - Release 2003, "Waste/restos" Ref. 320: K. J. Thomé - Kosmiensky: Thermische Abfallbehandlung/Tratamento Térmico de Restos, EF Editora para Técnica de Energia e Meio Ambiente, Berlim, 1994). Ali, certamente se chega decididamente à obtenção de ener- gia durante a combustão (Usina de tratamento de lixo). Um outro método possível é a gaseificação das partes orgânicas de lixo contendo metais2 que, por sua vez, deve ser realizado com grande dispêndio de 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 um método térmico de reciclagem para objetos metálicos que são misturados ou sujos com substâncias orgânicas como, por exemplo, tambores de óleo, mas, também em escala menor, restos contendo metais nobres de oficinas de jóias ou pequenas empresas da indústria de jóias. Neste caso, é reco- mendada uma carbonização com fase de pirólise e uma fase de oxidação em uma câmara de carbonização, sendo que, a oxidação ocorre mediante a introdução de um gás de exaustão com um teor de oxigênio com capacidade de combustão. De acordo com a patente DE 35 18 725 A1, uma instalação semelhante serve para a remoção térmica de tintas - ali com a combustão dos gases de carbonização.

Os dois métodos não são apropriados para líquidos com partes orgânicas que queimam com grande energia.

De modo surpreendente, com uma realização de método sim- ples pode-se evitar tanto um alto dispêndio de instalação, como também rea- lizar as características melhoradas descritas acima: 1 Métodos para a combustão de lamas contendo metais nobres e restos de elemento múltiplo com extração das cinzas em seguida são descri- tos, por exemplo, na patente DE 31 34 733 C2 e WO 9937823. 2 A patente DE 33 29 042 A1 se refere a um método para a re- cuperação de metais coloridos e metais nobres de materiais com teor de material 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 metais nobres com partes orgânicas, que queimam com grande energia, em, pelo menos, 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 méto- do não se forma nenhuma chama quente. Durante a queima oxidante se- guinte 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 tipo apresentam, em geral, um poder calorífico de 20 a 50 KJ/g, em particular, 40 KJ/g e eventualmente correm o perigo de explosão. De acordo com a inven- ção, as etapas A e B 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 em uma 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 método A, o material tratado por pirólise apresenta substâncias pouco voláteis com alto teor de carbono.

Após o término da pirólise, determinado por meio de um sensor, a atmosfera é modificada através da alimentação de ar ou oxigênio e, com isto é introdu- zida diretamente a etapa B. De modo surpreendente, neste caso, pode ser introduzido oxigênio no forno já aquecido de 400 até 900Ό, em particular, de 500 até 800Ό, sem que ocorra uma explosão. Esta etapa de método e- conomiza considerável dispêndio logístico, considerável emprego de energia e reduz o dispêndio de tempo. O dispêndio de energia pode ser reduzido ainda mais pelo fato de que, dois fornos um ao lado do outro executam alternadamente as etapas A e B e são equipados com um único tratamento de gases de exaustão.

Com isto, conseguem chegar ao mesmo tempo os gases de exaustão da pirólise e os gases de exaustão da combustão na instalação de tratamento dos 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 previsto um 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. Neste caso, a mudança precisa ser controlada dependendo do resultado do sen- sor.

Quanto ao método, é decisivo que, as etapas A e B sejam reali- zadas uma após a outra em uma câmara, que o término da pirólise seja de- terminado e, após o término da pirólise, ocorra uma troca de atmosfera de atmosfera contendo gás de proteção para ar ou atmosfera de oxigênio. Isto economiza a troca de carga e o dispêndio de tempo e energia ligado com isto.

Em uma execução preferida, o forno apresenta um dispositivo de transporte contínuo para líquidos ou pastas. Para isso, os líquidos ou pastas são transportados ao forno aquecido de 300Ό a 700° C, em particular, de 350Ό a ΘΟΟΌ durante a pirólise contínua para a câ mara de pirólise. Neste caso, o perigo de explosão é evitado, pelo fato de que, o forno é operado sob ligeira sobrepressão.

As pastas são aquecidas até que elas se comportem como líqui- dos. Devido ao transporte de substâncias líquidas ou pastas liquefeitas atra- vés de uma tubulação, a entrada de oxigênio é mantida tão pequena que os limites 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 metais nobres podem estar contidos outros metais. Para restos com uma parte de metais 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 apropriado um enriquecimento com o dispositivo de transporte contínuo para a pirólise, uma vez que, através do transporte contínuo já durante a pirólise pode ser obtido um considerável enriquecimento dentro de uma cuba. Através do transporte contínuo é possível, dentro de uma cuba, com relação ao volume da cuba, realizara pirólise em uma multiplicidade de volumes de líquidos. O forno de acordo com a invenção é particularmente importante para reciclar ródio, platina, paládio, ouro e irídio. O transporte de líquidos durante a pirólise distribui a produção de gases de carbonização uniformemente através da duração do método de pirólise. O gás de carbonização produzido durante a pirólise reduz o consu- mo de gás natural da pós-combustão térmica. Por isto, por um lado, a pós- combustão térmica pode ser projetada para vazões menores e, por outro lado, em virtude da contínua alimentação de gás de carbonização, necessita de um consumo de energia menor.

No caso do método 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 método é realizado, de preferência, em um forno de câmara. B De modo vantajoso estão dispostas duas câmaras para a opera- ção com carga: em uma delas pode ser realizada a pirólise, e então, a com- bustão, enquanto que na segunda câmara já ocorre a próxima pirólise. En- quanto que, então, na segunda câmara é comutado para combustão, a pri- meira câmara já pode ser de novo revestida com material para a pirólise. C Pode ser muito vantajoso, no caso de a alimentação de material para a etapa de pirólise ocorrer de modo lento e contínuo. Atrasos na ebuli- ção individuais (compensações) que podem surgir em uma adição em forma de porções são evitados desse modo. O fornecimento de energia ocorre de maneira uniforme. D A etapa de pirólise se realiza de acordo com o tipo sob exclusão de oxigênio considerável. De forma apropriada a referida câmara é lavada antes da pirólise com gás de proteção, de preferência, com nitrogênio. E A condução de temperatura movimenta-se, em geral, no quadro de 100 até 1.200, em particular, de 200 até 800Ό, na etapa A de 100 até 1.200, de preferência, de 200 até 800Ό, na etapa B, de 500 até 1.200, de preferência, de 600 até 800Ό. F A alimentação de material de líquidos para a etapa A de pirólise, de preferência, não ocorre em forma de porções, mas de modo lento e con- tínuo. G Na etapa B, de forma apropriada, são recebidas partes de me- tais nobres e cinzas em cubas de captação, que estão dispostas abaixo da alimentação de produto de combustão ou da alimentação de produto de piró- lise. O método será ilustrado com auxílio de um desenho e de um exemplo de execução. A figura 1 mostra um desenho esquemático das câmaras.

Uma forma de execução apropriada pode ser depreendida do esquema 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, para a recepção de partes de metais nobres e de cinzas. 3. Alimentação de produto de combustão ou da alimentação de produto de pirólise. A invenção se refere, com isso, também a um dispositivo para a realização do método de acordo com a invenção, apresentando duas câma- ras de combustão 1 que podem ser aquecidas, cada uma com, pelo menos, uma alimentação de produto de combustão 3 e, pelo menos, uma cuba de captação 2, disposta abaixo da alimentação de produto de combustão.

Exemplo de Execução: 1.500 kg de diversos restos contendo: parte de metais nobres de 1 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, em particular, 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, são tratados em um forno de câmara com um teor de oxigênio de < 4% e uma temperatura de 200 até 800Ό por 8 até 15 horas.

Depois disto, o resíduo é queimado a uma temperatura de 600 a 800^ mediante a condução de ar com um teor de oxig ênio de 14 a 16%. 2. Um forno de câmara é equipado com aproximadamente 1.100 kg 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% em peso de paládio. 5 cubas são enchidas com 20 kg cada de óxido 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 são enchidas com 20 kg cada de uma pasta da produção das tintas de cerâmica, sendo que, a pasta apresenta, aproximadamente 10% em peso de ouro. Na camada mais superior do forno são colocadas 8 cubas vazias. As cubas são mantidas 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 que o teor de oxigênio tenha caído abaixo de 4%. Em seguida, dentro de 4 ho- ras, o forno carregado a 200^3 é aquecido até 600*0 . Então o forno é man- tido por duas horas em 6000.

Nesse instante, a pirólise é terminada, em grande extensão, nas cubas 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, na verdade, distribuída de modo, consideravelmente, uniforme. A potência de bombeamento é de, no máximo 200l/hora e é regulada através da utilização da pós-combustão térmica. Para isso a pós-combustão térmica é equipada com um sensor de temperatura, que no caso de uma elevação da tempera- tura acima de 1,100Ό reduz a potência de bombeamento. Com isto, o final da pirólise é alcançado o mais cedo após 2 1/4 horas, com valores de com- bustão mais altos correspondente à regulagem através da pós-combustão térmica, o final é alcançado correspondentemente mais tarde. Após o térmi- no do bombeamento, dentro de aproximadamente 30 minutos, a temperatura do forno é elevada para 800Ό.

Neste caso, a pressão excessiva ajustada pelo gás de proteção de 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 é mantido por 20 minutos a 800Ό. Se nesse tempo de teste não ocorrer ne- nhum outro aumento da pressão, é alimentado ar atmosférico à câmara do forno 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 início de uma pirólise. A pós-combustão térmica é ajustada para 1.100Ό, e é usa- da de modo mais eficiente através da interligação. A interligação produz uma uniformização das quantidades de gás de carbonização a serem liberadas através dos métodos A e B. De acordo com a essência, a pós-combustão térmica 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 1.100Ό. Além disso, o consumo de gás natural da pós-combustão é 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 método B, com um forno que é operado no método A.

Durante a mudança da pirólise para a combustão, de acordo com a invenção é economizado um resfriamento do forno e, com isto, por um lado é ganho tempo e, por outro, energia, a fim de aquecer de novo o forno. Além disso, o consumo de gás natural para a pós-combustão para o tempo de resfriamento isento de gás de carbonização é economizado. A oxidação foi conduzida de modo conhecido, onde o forno foi refrigerado a 200Ό e a carga foi obtida.

Ao método de acordo com a invenção podem ser preparadas diversas cargas sem a mistura entre elas. Por exemplo, podem ser prepara- das paralelamente cargas de diversos clientes, sendo que, as cargas podem ser de diversas naturezas. A condução de líquidos também traz consigo a vantagem que a quantidade de gás de carbonização pode ser uniformizada, a fim de econo- mizar custos na pós-combustão. Os líquidos conduzidos a 6000 também podem ser pastas fluidificadas ou suspensões. Estes líquidos possuem peri- go de explosão, em particular, nestas altas temperaturas na presença de oxigênio. De acordo com a invenção, o perigo de explosão é excluído pelo fato que o teor de oxigênio seja mantido em menos que 6%. Com isto, de modo surpreendente, são conduzidas para um forno substâncias com perigo de explosão a altas temperaturas.

Claims (11)

1. Forno de reciclagem para o processamento de materiais com partes orgânicas contendo metais nobres, com perigo de explosão, que queimam com grande energia, com um dispositivo de comutação para a o- peração alternada da câmara de combustão do forno entre, A - 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 carbo- no, sendo que, o forno apresenta um aquecimento indireto e um controle que, através de um sensor, pode determinar o final da pirólise ou da carbo- nização, 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, caracterizado pelo fato de que, o forno de reciclagem apresenta, pelo menos, duas câmaras de combustão, que são ligadas a uma pós combustão térmica, e as duas câmaras de combustão na operação alternada podem ser operadas com uma única pós combustão térmica.

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 sensor sensitivo à substância.

3. Forno de reciclagem de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, por um lado, a câmara do forno pode ser u- sada como câmara de carbonização ou de pirólise e, por outro lado, como câmara de combustão, e apresenta um dispositivo de alimentação de líquido à prova de explosão para uma câmara quente com, pelo menos, 400° C.

4. Método para o processamento de materiais com partes orgâ- nicas contendo metais nobres, com perigo de explosão, que queimam com grande energia, com as etapas A - pirólise ou carbonização com condução de oxigênio, pelo menos, reduzida B - combustão oxidante das partes orgânicas, sendo que, as etapas A e B são executadas uma após a outra em uma câmara de forno aquecida indiretamente, sendo que, 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 ajustada uma atmosfera com pouco oxigênio na câmara de combustão que contém no máximo 6% em peso de oxigênio, e o final da pirólise é controlado, e que após a determina- ção do final da carbonização ou da pirólise do produto reciclado, a etapa B ocorre através de alimentação de ar ou condução de oxigênio diretamente em seguida à pirólise ou à carbonização, caracterizado pelo fato de que, o método é realizado na operação de carga em duas câmaras, sendo que, na primeira câmara é realizada a etapa A, enquanto que a se- gunda é alimentada com uma segunda carga 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), a segunda câmara é alimentada de novo com material para pirólise (etapa A), e as duas câmaras de combustão na operação alternada podem ser operadas com uma única pós combustão térmica.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, as partes de metais nobres estão previstas em, pelo menos, 0,001% em peso.

6. Método de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que, a alimentação de material para a etapa A de pirólise não ocorre em forma de porções, mas de modo lento e contínuo.

7. Método de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, caracte- rizado pelo fato de que, nas etapas A e B são recebidas partes de metais nobres e cinzas em cubas de captação, que estão dispostas sob a alimenta- ção de produto de combustão ou da alimentação de produto de pirólise.

8. Método de acordo com uma das reivindicações 4 a 7, caracte- rizado pelo fato de que, a temperatura na etapa A é de 200 até 800Ό.

9. Método de acordo com uma das reivindicações 4 a 8, sendo que, a temperatura na etapa B é de 600 até 1.200Ό.

10. Método para o processamento de materiais contendo metais nobres com partes orgânicas com perigo de explosão, que queimam com grande energia, com as etapas, A - pirólise ou carbonização com alimentação de oxigênio, pelo menos, reduzida e B - combustão oxidante das partes orgânicas, em particular, co- mo definida em uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que, uma dosagem adicional de substâncias líquidas ou liquefeitas durante a pirólise é controlada com auxílio de, pelo menos, um parâmetro da pós combustão, em particular, de um sensor de temperatura.

11. Dispositivo para a realização do método como definido em uma das reivindicações 4 a 10, caracterizado pelo fato de que apresenta duas câmaras de combustão (1) aquecíveis, cada uma com, pelo menos, uma alimentação de produto de combustão (3) e, pelo menos, uma cuba de captação (2), dispostas abaixo da alimentação de produto de combustão.