CN101395287A - 废料处理炉及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废料处理炉和方法。该方法包括如下步骤：产生向前方向移动的熔融金属床，以致以循环并且连续不断的方式限定闭合回路，所述床的表面包括至少一个基本无炉渣段；将废料加载到上述基本无炉渣段，并且所述废料被熔融金属床拖动使得其在所述向前方向上漂浮；当废料在所述向前方向上移动时，废料被滞留在熔融金属床的表面上；和在由滞留在熔融金属床上的废料下方的熔融金属床的移动而产生的恒定而连续不断的热交换的作用下处理废料。

Description

废料处理炉及方法

发明目的

本发明涉及废料处理炉及方法，特别适于诸如炼钢粉尘、铝渣和铝屑、电子废弃物、含贵金属的废料、或惰性有害材料如石棉纤维的废料的增值。

废料被倒入熔融金属床，实际上在熔融金属床的表面上执行所述废料的全部处理。这种处理例如允许回收包含在废料中的金属成分(fraction)。

背景技术

用于处理来自不同工业的废料的工艺是基于包括炉在内的大型设施的例子，在所述大型设施中，对有待回收、惰性化或消除的废料进行熔炼、玻璃化或挥发，这些设施通常昂贵而且能效相当低，由此使废料回收处理变成非常昂贵的工艺。

使用熔融金属时，密度比熔融金属密度低的废料的处理是复杂的，因为这样的废料由于其表面上存在渣层而没有被引入熔融金属中，所述渣层的较低密度阻止废料与熔融金属的接触。

同样地，废料通常纳入来自不同混合类别的材料，诸如塑料、金属和在熔炼时能引起难以处理的污染气体或烟雾的其它材料。这意味着必须执行预先的废料分离或选择处理。

要处理的一种废料类型将是例如炼钢粉尘，其含有大量的Zn、Pb或Cd并且在炼钢工艺中的精炼和熔炼操作中生成，收集在烟雾净化系统中，并主要由于Pb或Cd的存在而形成有害废料。

目前，以不同方式来处理炼钢粉尘：

-倒入用于有害产品的堆料场。这是使用最少的选择，因为其昂贵并且有其它更好的替代方案。

-借助于能够产生密封的混合凝结添加剂进行惰性化，该密封允许通过法律规定的浸出试验。

-通过热处理及分离和净化包含挥发性金属的气体来回收可蒸发金属。

有相当多的为处理炼钢粉尘而特别设计的方法，其意图达到借助于应用各种各样的技术来回收包含在所述废料中的金属的目的。因此，例如专利US6322745、US5942023和US6494933描述了其中所使用的技术和获得的结果均基本上根据所应用的工艺而不同的处理方法。所述专利包含目前实行的现有技术，因为其包括通过三种全世界使用最多的方法来处理炼钢粉尘。

在这些工艺中，在所有情形中均是通过供入作为还原剂元素的含碳材料来实现还原包含在炼钢粉尘中的铁氧化物。差别在于将材料引入炉的方式和时机、炉的几何形状以及所使用的加热系统。

所述差别可以特别地在不同工艺所具有的操作限制中看到。作为例子可以提及加热系统。所述专利分别以指示顺序使用通过氧气喷吹而执行的碳燃烧、DC等离子体弧和通过吹入空气而执行的碳燃烧。

使用氧气喷吹和等离子体获得高的工艺温度，这引起炉耐火材料或反应器中严重的劣化问题。对面板和制冷系统的迫切需要直接影响降低能效。

使用空气吹扫时温度较低，但包含在炼钢粉尘中的铁的可变部分未被还原，并且所获得的材料必须在电弧炉中进一步再处理，因为没有达到将允许直接提取铁的金属熔炼温度。

另一种难以处理的废料将是铝屑，其具有与熔融金属相比非常小的密度，使得这些屑片难以熔炼并且由于它们与空气接触时易于生锈从而同样存在问题。专利US 6,036,745中描述了用于处理这些废料的设备。该案件描述了与两个互连槽连通的大型炉，借助于泵或泵单元，将熔融金属从炉输送到所述两个互连的槽。在第一槽中，一方面从外部引入固体金属颗粒，另一方面从炉引入熔融金属，这样形成的混合物随后被输送到第二槽，从该第二槽，将来自熔池的杂质、浮渣和炉渣输送往外部，将熔融金属返回到炉。

这个炉在其一侧具有小出口以便借助于泵使金属流向分流器位于其中的第一槽，产生有利于废料颗粒浸入金属流中的螺旋环流，用于随后使这个金属流通过位于所述第一槽底部的管道，到达其中如前所述浮渣、炉渣和杂质被释放的第二槽，然后该金属流被引入炉中。

因此，借助于产生将屑片从熔融金属的表面拖到其内部的向下螺旋流通过浸入包含在第一槽中的金属中来执行铝渣或铝屑的处理。

这是一种大型炉，其通过需要大电压的电阻来加热，并且其要求有大的长度，基本上使其在大型废料处理设施中是成本有效的。

该设备由于一方面结合了炉并且另一方面结合了互连槽和连通管道而具有复杂的几何结构，增加了维护、关闭、开启和排空该设备的复杂性。

同样必须指出在该专利的设备主题中，使用浸没式泵来移动熔融金属，这具有其维护所隐含的复杂性。

这种设备适合于处理铝屑，但由于铝快速浸入熔融金属熔体而具有危害性，因为如果铝屑含有水或水分，倘若这种水转变为能剧烈爆炸的氢，则可能引起爆炸。

专利US 6,217,823、US 4,598,899和US 5,143,357中描述了其它设备，它们全部关注于铝屑处理。

发明内容

本发明的废料处理方法主题包括以下步骤：

-产生向前方向移动的熔融金属床，以致以循环并且连续不断的方式限定闭合回路，所述床的表面包含至少一个基本无炉渣段。

-将废料加载到上述基本无炉渣段，所述废料被熔融金属床拖动使得其在所述向前方向上漂浮。

-当废料在所述向前方向上移动时，将该废料滞留在熔融金属床的表面上。

-在由滞留在熔融金属床上的废料下方低的熔融金属床的移动而产生的恒定且连续不断的热交换的作用下处理废料。

该方法包括提取炉渣使得熔融金属床的表面具有所述基本无炉渣段，该基本无炉渣段将与废料加载区重合。为此，在滞留并处理废料之后和加载对应于下次循环的废料之前提取炉渣。

在提取炉渣之前滞留废料以便在从废料的加载到炉渣的提取的宽大区域内执行废料处理。

该方法同样包括在提取炉渣之后加热熔融金属以便使基本无炉渣段始终具有基本上恒定的温度。

根据熔融金属床的性质，其加热可以借助于等离子体焰炬或电弧来执行并且可以在熔融金属床的一个或多个点处执行。

例如对于诸如炼钢粉尘、石棉纤维等材料，加热可以包括废料的滞留附近的附加加热以便加速其处理。

根据本发明的方法，一旦废料被加载到基本无炉渣段上，则其被熔融金属床拖动，如同熔融金属窗为传送带一样，直到其被滞留，使废料加载区空闲，该空闲的废料加载区将被新的基本无炉渣段占据并且具有熔融金属床的恒定温度。该废料被滞留，漂浮在熔融金属床的表面上直到其在熔融金属床的连续移动的作用下被完全处理(熔炼、玻璃化、挥发等)。

本发明的方法这样构思使得不需要将废料浸入熔融金属床中，而是受益于滞留废料，在熔融金属床的温度和流动的作用下基本上在其表面上熔炼废料，由于与静态金属床相比处理废料时废料下方的金属床的连续移动加速了热交换从而减少了允许其完全处理的处理时间。

该方法提供了部分熔融金属床的自由放液以便其回收。

在处理和加热区中，相对于其总质量，熔融金属床具有高的比表面积，即高的表面与金属质量之间的比值，这决定了其每单位时间和能量处理大量废料的能力。

废料的加载根据其本身的处理速度来执行。当然，通过调节处理参数，可以连续地执行废料的加载。

同样地，必须指出的是不需要执行预先的废料分离处理。在铝的情形中，通过防止铝屑或铝渣浸入熔融金属来降低爆炸的风险。

根据要处理的废料的性质，可以由黑色金属或有色金属形成熔融金属床。

废料可以包括不同的成分，特别是下列各项中的任何：

-在熔融金属床的温度下可溶于熔融金属床的金属成分。

-可挥发成分。这种可挥发成分可以包括Pb、Zn或Cd的氧化物形式的金属部分。

-在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分。这种成分可以例如包含诸如硅石、石灰、石棉的无机材料。

本发明的方法允许执行完全的废料处理，即其所有组成成分的处理。

在熔融金属床的温度下可溶于金属床的金属成分被纳入熔融金属床。纳入这种金属成分意味着废料的这种成分的增值。

在加载废料和滞留并处理废料的同时，可挥发成分经受提取和处理阶段，其包括：过滤由废料与熔融金属床接触而产生的烟雾、破坏可能的元素或有害化合物、乃至回收可能包含例如金属氧化物的可挥发成分的金属部分。

在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分以炉渣的形式位于熔融金属床的表面上。

因此有可能处理例如炼钢粉尘、铝渣或铝屑、贵金属、轧制氧化皮和污泥、电子废弃物乃至诸如石棉或放射性材料的废料或具有金属成分(可氧化或不可氧化)和容易产生炉渣的其它无机组分的其它废料。

本发明还涉及一种废料处理炉，其包含：熔融金属槽，该熔融金属槽实施在设置形成闭合回路的沟道中；和熔融金属驱动装置，该装置引起这样的熔融金属以连续不断且循环的方式在槽内部移动。

该炉具有用于将废料倾倒在循环通过金属槽的熔融金属表面上的至少一个废料加载区和包含废料滞留装置的至少一个处理区，所述废料滞留装置用于滞留被熔融金属在其移动中拖动的废料，该滞留装置基本上位于熔融金属表面的水平。

该槽另外可以包括自由放液装置以放出部分熔融金属。

本发明的目的是槽内部熔融金属的移动引起废料移动使得其从所述至少一个加载区漂向其中废料被滞留装置滞留的所述至少一个处理区，而熔融金属继续其在废料下方的移动，从而引起废料的处理。

该炉还包含设置在所述至少一个处理区后面的至少一个炉渣提取区，其允许在所述至少一个废料加载区中获得基本上无渣的熔融金属表面以便有利于快速的废料熔炼。

该炉还包含设置在所述至少一个炉渣提取区之后的至少一个加热区以便熔融金属在所述至少一个加载区中具有基本上恒定的温度。

所述至少一个废料处理区从所述至少一个加载区向所述至少一个炉渣提取区延伸，在不需要将废料浸入熔融金属的情况下，基本上在熔融金属表面上执行废料处理。一旦废料被加载到所述至少一个加载区中，则其被熔融金属拖动就好像该熔融金属为传送带一样，直到其被滞留装置或被先前滞留和处理的废料所滞留，产生可以从加载区延伸一直到废料滞留区的区域，由此废料占据熔融金属床的表面，直到其在熔融金属的连续移动的作用下被完全处理。

在处理和加热区，熔融金属的槽具有与其水平区段(sección)相比降低的高度以便获得最佳能效，即，其具有高的熔融金属表面与其质量之间的比值。

规定所述至少一个加热区包含例如借助于等离子体焰炬而产生的至少一个电弧。

该炉还包含用于处理可以因某些废料类型中的有机成分的燃烧而产生的烟雾的处理装置。这些烟雾处理装置延伸到所述至少一个废料处理区并在这样的废料的性质需要时延伸到所述至少一个废料加载区。

根据要处理的废料，熔融金属床可以是铁的或有色金属的。

炉的所述至少一个加载区可以分成几个区，其中出于使其处理条件最优化的目的而有选择地分布不同类型的废料。

具体地，考虑以下加载区：

-加热装置之前的废料加载区。在这个区中，加载有需要高熔炼温度并且几乎不产生气体的废料，以及包含有要在其到达加热装置之前被熔炼的材料的废料。

-通过加热装置的废料加载区。具体地，当加热装置由等离子体焰炬形成时，通过等离子体焰炬的中心管道而进行加载。通过这个管道引入的废料是不产生气体的废料类型，该废料具有细小的粒度使得其可以被引入到该管道中，或者是意图在惰性气氛中熔炼的废料类型。对于例如铝屑特别如此，通过该区域引入铝屑以便使其在与熔体接触之前被快速熔炼从而避免其氧化。也可以通过这个区域引入有害材料和贵金属。

-加热装置之后的加载区。在这个区中，加载产生大量烟雾的材料，可以用位于废料处理区中的烟雾处理装置来处理这些烟雾。例如，它们是诸如炼钢粉尘或电子废弃物的材料。

规定可以将废料以金属氧化物形成的丸粒或团块的形式引入炉中。

本发明的炉可以在包括不同成分并且特别是以下各项中的任何一个的废料中执行完全的废料处理：

-在熔融金属床的温度下可溶于熔融金属床的金属成分。

-可挥发成分。这种可挥发成分可以包括Pb、Zn或Cd氧化物形式的金属部分。

-在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分。这种成分可以包括诸如硅石、石灰、石棉的无机材料。

在熔融金属床的温度下可溶的金属成分被纳入熔融金属床并且可以通过放液装置来收集。

可挥发成分借助于烟雾处理装置来收集并且允许破坏可能的元素或有害化合物，乃至回收可挥发成分可能包含的金属部分(Pb、Zn、Cd)。

在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分转变成熔融金属床表面上的炉渣。

附图说明

为了补充正在进行的说明和为了帮助更好地理解根据本发明优选实施方案的本发明特征，附加一组图作为所述说明书的构成部分，其中以说明性且非限制性的附图标记示出了以下各项：

图1示出了作为本发明主题的废物处理炉的示意图。

图2示出了废料处理的示意表示，其包括用于滞留这样的废料的滞留装置。

图3示出了由四个废料处理区形成的炉的示意表示。

优选实施方案

参照附图，下面描述构成本发明主题的废料处理炉的优选实施方案。

如图1所示，该废料处理炉包含熔融金属的槽(1)、用于向槽(1)加载废料(W)的加载区(2)、含有废料滞留装置(4)和驱动装置(未示出)的处理区(3)，以便在槽(1)内部以连续不断且循环的方式产生熔融金属的移动，使得熔融金属拖动其表面上的废料直至到达不允许废料(W)通过的滞留装置(4)，而熔融金属在废料(W)下方继续其移动，引起废料的完全处理，如下面将所描述的那样。

如图2所示，滞留装置(4)被紧靠设置在熔融金属表面上，废料与这些装置相作用，滞留这些废料而不妨碍熔融金属的移动。

该炉还包括包含加热装置(5)(如等离子体焰炬)的加热区和烟雾处理区(6)(未示出)，其根据要处理的废料的性质而延伸到处理区(3)和/或延伸到加载区(2)。

该炉包括设置在处理区(3)之后和加载区(2)之前的炉渣提取区(6)以便在废料加载区(2)中的熔融金属表面是无渣的。

加热装置(5)设置在炉渣提取区(6)之后，使得在加载区(2)中熔融金属在其表面上具有基本上均匀的温度。

该炉可以具有自由放液装置(7)以便放出部分熔融金属。

在处理和加热区中，熔融金属的槽(1)具有与其水平区段相比很小的深度，因此熔融金属在移动中的比表面积相对于熔融金属总质量是高的。

如图2示意所示，该方法允许完全的废料处理。

具体地，图2已示出包括以下成分的废料(W)：

-在熔融金属床的温度下可溶于熔融金属床的金属成分(W1)。

-可以包括金属部分的可挥发成分(W2)。

-在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分(W3)。

如图2所示，废料(W)被加载到加载区(2)中并被熔融金属传送直到其被滞留装置(4)所滞留。废料处理在加载区(2)中开始，但是在被滞留装置(4)所滞留时完成，这允许减少其处理时间。这种处理受益于废料(W)下方的熔融金属的连续作用。具体地，可熔金属成分(W1)被纳入熔融金属床(1)，而可挥发成分(W2)将移动到处理和提取阶段，其包括过滤烟雾和回收该成分可能包含的金属部分并破坏其可能纳入的可能的有害材料。在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分(W3)以炉渣的形式移动到熔融金属床的表面。

图1中所示的炉涉及包含用于废料处理的最小装置和区域的基本实施方案，但是很明显本实施方案具有模块特征并且可以根据要处理的废料的量而被重复所需的次数。例如，图3示意性地示出了与图1的炉类似的由四个区构成的炉。

Claims (38)

1.一种废料处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

-产生向前方向移动的熔融金属床，以致限定以循环并且连续不断的方式的闭合回路，所述床的表面包含至少一个基本无炉渣段。

-将废料加载到上述基本无炉渣段，所述废料被熔融金属床拖动使得其在所述向前方向上漂浮。

-当废料在所述向前方向上移动时，将该废料滞留在熔融金属床的表面上。

-在由滞留在熔融金属床上的废料下方的熔融金属床的移动而产生的恒定且连续不断的热交换的作用下处理废料。

2.如权利要求1所述的废料处理方法，其中，所述废料包含在熔融金属床的温度下可溶于熔融金属床的金属成分。

3.如权利要求2所述的废料处理方法，其中，所述废料处理引起在熔融金属床的温度下可溶的金属成分纳入熔融金属床。

4.如权利要求1所述的废料处理方法，其中，所述废料包含可挥发成分。

5.如权利要求4所述的废料处理方法，其中，所述可挥发成分包含金属部分。

6.如权利要求4和5所述的废料处理方法，该方法包含可挥发成分处理和提取阶段。

7.如权利要求1所述的废料处理方法，其中，所述废料包含在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分。

8.如权利要求7所述的废料处理方法，其中，所述废料处理引起在熔融金属床的温度下不溶且不可挥发的成分以炉渣的形式纳入熔融金属床。

9.如权利要求1所述的废料处理方法，该方法包括以连续不断的方式加载废料。

10.如权利要求1所述的废料处理方法，该方法包括加热熔融金属床以便在基本无炉渣段中获得均匀的温度。

11.如权利要求10所述的废料处理方法，其中，所述熔融金属床的加热借助于等离子体技术而发生。

12.如权利要求10所述的废料处理方法，其中，所述熔融金属床的加热借助于电弧而发生。

13.如权利要求1所述的废料处理方法，该方法包括在滞留和处理废料之前和在对应于下次循环的加载废料之后所执行的炉渣提取阶段。

14.如权利要求1所述的废料处理方法，该方法包括用于放出部分熔融金属床的自由放液阶段。

15.如前述权利要求中的任何一项所述的废料处理方法，其中，所述熔融金属床在加载废料和滞留并处理所述废料时在加热和处理区中具有相对于熔融金属床总质量的高的比表面积。

16.如权利要求1所述的废料处理方法，该方法包括在废料滞留附近的附加加热装置以便加速其处理。

17.如前述权利要求中的任何一项所述的废料处理方法，其中，所述熔融金属床由黑色金属形成。

18.如权利要求1至16中的任何一项所述的废料处理方法，其中，所述熔融金属床由有色金属形成。

19.如前述权利要求中的任何一项所述的废料处理方法，其中，所述废料选自以下任何一项：炼钢粉尘、铝渣或铝屑、贵金属、具有放射活性的废料、轧制污泥和氧化皮、电子废弃物、灰渣、石棉等。

20.如前述权利要求的中的任何一项所述的废料处理方法，其中，所述废料是丸粒或团块的形式。

21.一种废料处理炉，其特征在于该废料处理炉包含：熔融金属的槽(1)、用于加载废料的至少一个加载区(2)和包含滞留装置(4)的至少一个处理区(3)，所述滞留装置(4)位于熔融金属表面之上，其中，熔融金属的槽(1)实施在形成闭合回路的沟道中，在所述沟道中熔融金属由于驱动装置的作用而以连续不断且循环的方式移动，使得废料被熔融金属拖动而漂浮直到其到达滞留装置(4)。

22.如权利要求21所述的废料处理炉，其中，所述熔融金属的槽(1)具有与其在加载区(2)和处理区(3)中的水平区段相比很小的处理和加热区中的深度。

23.如权利要求21所述的废料处理炉，该废料处理炉包含在处理区(3)之后和加载区(2)之前的至少一个炉渣提取区(7)。

24.如权利要求23所述的废料处理炉，其中，所述至少一个处理区(3)被限定在所述至少一个废料加载区(2)和所述至少一个炉渣提取区(7)之间。

25.如权利要求21所述的废料处理炉，该废料处理炉包含至少一个含加热装置(5)的加热区以便在所述至少一个加载区(2)中提供均匀的温度。

26.如权利要求25所述的废料处理炉，其中，所述加热装置(5)包括电弧。

27.如权利要求25所述的废料处理炉，其中，所述加热装置(5)包括等离子体焰炬。

28.如权利要求21所述的废料处理炉，该废料处理炉包含设置在滞留装置(4)附近的附加加热区以便加速废料处理。

29.如权利要求21所述的废料处理炉，该废料处理炉包含用于提取和处理废料的可挥发成分的至少一个提取和处理区(6)。

30.如权利要求21所述的废料处理炉，其中，所述提取和处理区(6)延伸到所述至少一个处理区(3)和/或至少一个加载区(2)。

31.如权利要求25所述的废料处理炉，其中，所述至少一个废料加载区(2)位于加热装置(3)的位置之前以便引入具有高的熔炼温度并且几乎不产生气体的废料。

32.如权利要求25所述的废料处理炉，其中，所述至少一个废料加载区(2)的位置与加热装置(5)重合，以便引入具有细小的粒度并几乎不产生气体或要求惰性气氛的废料。

33.如权利要求25所述的废料处理炉，其中，所述至少一个废料加载区(2)位于加热装置(3)的位置之后以便引入具有高的烟雾产生量的废料。

34.如权利要求21所述的废料处理炉，该废料处理炉包含用于放出部分熔融金属的自由放液装置。

35.如权利要求21至34中的任何一项所述的废料处理炉，其中，所述熔融金属由黑色金属形成。

36.如权利要求21至34中的任何一项所述的废料处理炉，其中，所述熔融金属由有色金属形成。

37.如权利要求21至36中的任何一项所述的废料处理炉，其中，所述废料选自以下任何一项：炼钢粉尘、铝渣或铝屑、贵金属、具有放射活性的废料、轧制污泥和氧化皮、电子废弃物、灰渣、石棉等。

38.如权利要求21至37中的任何一项所述的废料处理炉，其中，所述废料是丸粒或团块的形式。

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