CN102388154B - 回收贵金属的等离子体方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于回收贵金属的方法和设备。因此，本发明提供一种用于从原料中获得贵金属组合物的连续方法，所述方法包括：(i)在等离子体炉中加热原料以形成上部渣层和下部熔融金属层；(ii)移出渣层；(iii)移出熔融金属层；(iv)使所移出的熔融金属层凝固；(v)将凝固的金属层破碎以形成碎片；和(vi)从所述碎片中回收贵金属组合物；其中所述原料包括含贵金属材料和捕集剂金属，所述捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属形成固溶体、合金或金属间化合物的金属或合金。这提供了高的贵金属回收率。所述设备包括等离子体炉、能够连续浇铸所述熔融金属层以形成凝固板的浇铸台、破碎装置和用于从碎片中回收富含贵金属的合金的分离装置。

Description

回收贵金属的等离子体方法和设备

技术领域

本发明一般性涉及提炼冶金领域，更具体涉及关于回收铂族金属和其它高价值金属(下文称为贵金属)的方法、产品和设备。

背景技术

金属可以从许多初级和次级来源中提取。初级来源包括矿石和含有金属离子的天然溶液和混合物。次级来源包括废物、废催化剂、工艺残渣和尾矿。鉴于某些金属的稀缺性以及从初级来源提取金属所涉及的成本和困难，从次级来源提取金属的回收工艺成为关键。

尤其关注的是贵金属，特别是由于其低的天然丰度及其自初级来源提取和精炼所需的复杂工艺而成本高昂的铂族金属。虽然铂族金属发现为天然矿石例如砷铂矿(二砷化铂)，但是这些金属也可以通过回收含铂族金属的废物来获得。铂族金属具有优异的催化特性，并且合适的废物经常是催化剂废物例如粉碎的汽车催化剂陶瓷整料、催化滤烟器或在各种不同基体上的异质工艺催化剂。

获取贵金属的已知方法包括灰吹法、湿法冶金浸出和热分解和/或回收工艺。采用等离子体电弧的热系统是已知的，并已应用于铂族金属的回收。高温等离子体电弧是高功率和通用的热源，并且等离子体电弧的热具有稳定性和受控的气体火焰。

在埋弧炉(SAF)中，与熔体直接接触的石墨电极用作提供电力的途径。石墨电极由于采用大电流而非常大，因此需要起重和处理设备。这导致约20kg/MWh的过大石墨消耗。这种炉以间歇工艺操作，并且原料配置为在通过电阻加热为工艺提供能量时提供正确的渣电阻率/化学性质。

US4,685,963公开了一种从不同原料提取铂族金属的方法，其中利用5000℃～10000℃的等离子体“火焰”使上部渣层过热，从而因流体流动模式改善来加速在捕集剂材料中的结合。该过热区产生极度局部的加热和沸腾，并且搅动和搅拌熔化的炉内物。其中提及铂族金属的小“颗粒”和悬浮在渣中的捕集剂材料，以及流动性在它们聚集中的作用。这些单独的相离散聚结并迁移在容器底部相互结合。

因此，期望一种方法和/或设备，其能够改进贵金属的回收，或者至少解决与现有技术相关的部分或全部问题，或提供有用的替代方案。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种从原料获得富含贵金属的组合物的连续方法，所述方法包括：

(i)在等离子体炉中加热原料以形成上部渣层和下部熔融金属层；

(ii)移出所述渣层；

(iii)移出所述熔融金属层；

(iv)使所移出的熔融金属层凝固；

(v)将凝固的金属层破碎以形成碎片；和

(vi)从所述碎片中回收富含贵金属的组合物；

其中所述原料包括含贵金属材料和捕集剂金属，所述捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属形成固溶体、合金或金属间化合物的金属或合金。所述原料可任选地为成渣材料和/或还原剂。

在第二方面，本发明提供一种通过本发明的方法得到的富含贵金属的组合物，其中所述组合物包括一种或更多种贵金属在捕集剂金属的一个或更多个相的晶体结构内的合金、金属间化合物或固溶体。

在第三方面，本发明提供一种用于实施本发明的连续方法的设备，所述设备包括：

(1)用于加热原料的等离子体炉；

(2)浇铸台(castingtable)；

(3)用于破碎经冷却金属层的破碎装置；和

(4)用于从碎片中回收富含贵金属的合金的分离装置；

其中所述等离子体炉具有输入端和至少一个输出端，被一个或更多个等离子体装置加热并且适合移出渣；

所述等离子体装置为等离子体炬和/或电极；以及

其中所述浇铸台用于连续浇铸所述熔融金属层以形成凝固板。

所述分离装置优选物理分离器，例如磁分离器、涡流分离器或用于矿物或化学品分离技术的分离器。任选地，所述设备还可包括一个或更多个用于盛放所述熔融金属层和/或将其转移至所述浇铸台的铸勺。

所述等离子体装置优选一个或更多个等离子体炬和/或电极。优选的电极为石墨电极。等离子体炬可与电极一起使用。最优选单独使用一个或更多个等离子体炬。所述浇铸台允许浇铸所述熔融金属层以形成凝固板。

本发明的方法用于通过处理各种原料来获得富含贵金属的组合物。贵金属包括金和银以及铂族金属，铂族金属可简称为PGM，包括钌、铑、钯、锇、铱和铂。也就是说，铂族金属是贵金属的子集。本发明的方法能够获得单一金属或两种以上金属的组合。虽然下文通篇都提及贵金属和铂族金属，但是本领域技术人员能理解到所述方法可用于从原料回收任意上述金属。还应该理解的是，该技术也可以应用于涉及过渡金属或一般任意金属的领域。

优选使用本发明的方法回收铂族金属和贵金属。贵金属包括铂族金属、金和银等金属，它们由于稀缺都具有高的市场价格。最优选使用所述方法回收铂族金属。本发明人已经发现所述方法尤其适用于回收铂族金属，这是因为铂族金属通常在废物中的含量非常小，而且所述方法特别是使这些金属最少损失成渣副产物。

从中可得到富含贵金属的组合物的原料可包括任何含贵金属材料。这样的材料包括初级来源例如矿石以及次级来源例如再循环废物、废催化剂以及来自工业和/或卫生保健过程的含贵金属残渣。本发明的方法特别适用于处理次级来源。合适的材料包括但不限于汽车催化剂、化学催化剂、石化催化剂、药物催化剂、废电气和电子设备废物、热障涂层废物、牙科治疗废物、电镀废物以及珠宝废物。

为使本发明方法的效率最大化，可优选选择仔细挑选原料的互补混合物，例如互补的催化剂类型。这种挑选和混合可因多种理由进行，包括例如提供更均质的原料。为获得更高产率，优选具有高浓度铂族金属的废物，特别是汽车催化剂废物。

捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属优选通过形成固溶体、金属间化合物或合金结合的金属或合金。优选捕集剂金属包括铁、镍、铜、银、锌、钴或含这些元素作为主要元素的合金，更优选其包括铁或铜，最优选为铁。在一个实施方案中，捕集剂金属可以作为两种以上的捕集剂金属形成组分，即作为组分金属，或作为结合形成具有所需捕集剂金属组成的合金的合金提供给炉。

铁由于其低成本、容易获得和易于与非磁性残余物分离的强铁磁性而最优选用作捕集剂金属，作为捕集剂金属合金中的主要元素，或作为捕集剂金属形成组分。它还与任选的最终精炼步骤中所涉及的处理工艺相容。本发明人已经发现，可将铁基合金工程化成具有低熔点和相对易碎，这有助于破碎步骤。铜由于其成本低、容易获得和易于与铂族金属和贵金属分离因而也优选。

固溶体是一种或更多种溶质在溶剂中的溶液，其中溶质和溶剂均为固态。这种混合物被认为是溶液而不是化合物，这是因为溶剂的晶体结构未因加入溶质而发生改变，但晶格参数可以变化，并且该混合物包括单一的化学均相。溶质在本文是贵金属，可以通过置换溶剂晶格中的溶剂粒子或通过插入溶剂粒子之间的空间内而混入溶剂晶格中，即捕集剂金属结构中。由本发明方法产生的典型固溶体的实例示于实施例中。

合金是其中至少之一是金属的两种以上组分的结合体。合金自身表现出金属性质。合金可以是固溶体，如例如在α-黄铜(铜70％-锌30％合金)中那样。但是，与固溶体不同，合金中溶剂的晶体结构可因溶质引入而变成具有不同结晶结构的可单独识别的相，如例如在α-β黄铜(铜60％-锌40％合金)中或在金属间化合物TiAl₃中那样。因此，合金可表现出与主/溶剂组分不同的性质。

贵金属与捕集剂金属形成固溶体、合金或金属间化合物的益处在于这允许从原料中分离出贵金属并使其结合在捕集剂金属中。捕集剂金属于是充当贵金属坚固的储存库。捕集剂金属还通过渣层与气态环境隔开。这防止了溶质成分与气态环境反应并且有助于使本方法可行作为连续工艺。

优选基于捕集剂金属和贵金属这两种组分的总质量，相对于含贵金属材料中的贵金属质量来选择原料中捕集剂金属的质量。优选地，捕集剂金属占所述总量的50％-99％，更优选80％-97.5％，最优选90％-95％。

具体而言，希望原料中捕集剂金属的量和存在于含贵金属材料中的贵金属的量之间达到平衡。这可通过化学分析来确定。该比例或相对量是重要的平衡。本发明人已经发现当该比例提供在捕集剂中低于10wt％的贵金属浓度时，贵金属的回收率高。但是，随着该浓度增加，特别是高于15wt％的贵金属时，含贵金属材料的贵金属回收率下降。也就是说，更多的贵金属保留在渣层中。有利的是相对于原料的贵金属含量使用大量的捕集剂金属。

原料还可以含有其它添加剂。这些添加剂包括有意添加的添加剂，这包括还原剂或氧化剂。诸如碳源的还原剂添加剂使得炉环境呈还原性并且通过使贵金属因氧化损失最少而提高回收率。

选择特定添加剂可有助于使渣的产生量最小并提高本方法的效率。优选的添加剂可与熔融金属层中不期望的杂质结合并在渣中移出。所述方法还可以处理原料中包含的非特意添加的添加剂，例如催化剂基体材料或来自电气设备的壳体。优选地，使非特意添加的添加剂最少。

还可以包含添加剂来调节渣的组成。渣是无机物例如灰分、助熔剂和其它杂质的液体混合物。这些添加剂可在考虑和分析待处理的含贵金属材料的组成之后进行选择。合适的添加剂包括助熔剂。任选预先混入原料中的助熔剂加入原料中以确保所得渣相具有期望的性质(例如低粘度和高/低密度)和/或使渣更呈液态。渣优选具有低于捕集剂金属的密度。优选的助熔剂包括氧化钠(Na₂O)、氧化钾(K₂O)、氧化钙(CaO)、碳酸钙(CaCO₃)、二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)和氧化镁(MgO)或其中两种以上的组合。氧化钙是特别优选的。

本发明的方法包括用罗马数字标注的多个步骤。现在将依次讨论这些步骤。

(i)将原料进料至等离子体炉中以在优选受控速率下处理。炉中等离子体装置的热使原料熔融并分解。等离子体装置(或多个等离子体装置)可以是等离子体炬或电极或其组合。关于等离子体炬的所有提及均应理解为可替换为关于电极的提及。这导致形成两层：可熔融并且可含有固体杂质的渣层；和熔融金属层。由于这两层的相对密度，以及在炉内存在的静止非湍流条件，渣位于金属层上。渣的特性如密度可以通过添加成渣添加剂例如助熔剂来调节。

(ii)移出渣层。渣可经由排放口从炉中移出。优选使渣从炉中溢出。这允许使用连续工艺。这还具有可保持炉的气态环境的优点。渣可直接浇入模具或贮存容器中或优选地将其移出或溢流至冷却的浇铸台上。本领域已知用于冷却和破碎渣的各种方法。这些方法包括空气或水冷却、直接水造粒和机械破碎。根据渣层的组成，可以找到它后续有用的应用，例如作为钢的脱硫添加剂或作为聚结体或用于制品生产。

(iii)从炉中移出熔融金属层。这可以通过倾倒所述炉或通过打开金属层液位以下的排放口来进行。优选所述炉是不可倾倒的，因为使炉可倾倒的要求使得等离子体系统、进料系统和废气与炉的连接的设计复杂化。这样的连接易于损坏，除非在操作中极度小心。虽然努力使夹带在所移出的熔融金属层中的渣量最少，但是有限量的渣与金属结合是不可避免的。

任选地，可将渣倾倒入铸勺或等同容器中以将其从炉中转移出。

(iv)使熔融金属层的熔融金属凝固。这可以通过将金属倾倒入贮存容器或模具中进行。但是，优选为了方便后续的破碎，将金属倾倒到浇铸台上使其冷却。在一个优选实施方案中，浇铸台被主动冷却，例如通过液体(水或冷却剂)或空气冷却。本领域技术人员会理解可以使用其它的常规冷却方法。优选地，冷却剂不与金属接触。间接水冷却是最优选的冷却浇铸台的方法。熔融金属优选形成为薄板以利于破碎过程，并且优选还对金属的组成进行调节以使其易碎。合适的薄板厚度为1mm-30mm，更优选小于20mm，最优选小于10mm。如果所述薄板薄于1mm，则难以将其铺展在浇铸台上。如果所述薄板厚于30mm，则难以破碎。

(v)然后将凝固的金属层打碎(破碎)以形成小片(碎片)，从而可以移出分离的金属部分。任何夹带的渣也被破碎。所产生的碎片包含富含贵金属的组合物、渣杂质或其它杂质。所述层能够被破碎或磨碎的程度越高，则分离时替换渣的可能性就越高，由此所回收的富含贵金属的组合物的浓度和纯度提高。通过破碎过程产生的优选颗粒或碎片的直径小于10mm，优选小于5mm，最优选小于1mm。优选的直径为100微米至1微米。

(vi)将包含富含贵金属的组合物的小片或碎片与含有不期望物质例如渣的那些碎片通过分离技术分离。优选地，所述技术是磁分离。也可以使用其它类型的分离，包括物理分离技术例如筛分、化学、矿物和网分离以及密度分离，优选与磁分离联用。可以采用一种以上的这些分离方法。术语“磁”在本文中最广义使用，包括铁磁分离，也包括涡流分离。

铁磁分离可利用磁性带或单独的磁吸工具来进行。所述设备可以是铁磁的或电磁的。铁磁分离依赖于使用铁磁性捕集剂金属，即铁、钴或镍或其合金。如果使用磁性分选带，则富含贵金属的组合物保留在带上，并且重力使杂质碎片落下。所述组合物可通过进动至所述带的非磁性部分或通过刮擦而取回。作为选择，所述碎片的磁性部分可从第一非磁性带提升至上方的磁性带。这使得非磁性的杂质留下。用于该分离的合适设备为本领域技术人员所熟知。

涡流分离常用于从混合的含铁和非含铁废物中提取铝。用于该目的的设备为本领域技术人员所熟知。在涡流分离器中，将快速旋转的磁转子置于以慢得多的速度旋转的非金属转鼓内。这在转鼓表面产生通量变化，所述转鼓是载运混合材料流的传送带的驱动滑轮。当通过在转鼓上的传送带载运导电金属颗粒时，穿过颗粒的磁场在其中产生感应电流。因为所述颗粒具有任意形状，因此电流不能在其内有序流动。电流趋向于在其内漩涡状环绕(或涡流)，因此称之为“涡流”。

这种涡流的作用是在非含铁颗粒周围产生二次感应磁场。该磁场与转子的磁场作用导致组合的驱动和排斥力，该力将导电颗粒从混合材料流中逐粒逐出(eject)。这种排斥力与传送带的速度和振动组合提供了有效分离的途径。包含富含贵金属组合物的逐出颗粒得以保留。

由于混合流中含铁金属产生的感应磁吸引作用强于涡流效应，因此如果捕集剂金属是非含铁的并且存在含铁杂质，则可能有必要进行铁磁分离的第一步骤。

也可以使用用于矿物分离的其它分离工艺例如分级、浮选和淘析。包括溶解的化学分离工艺也可用于从渣中分离捕集剂金属。

分离产生的任何渣均可与溢流出的渣合并用于其它已知目的。在一个实施方案中，富含贵金属的组合物可重新用作本方法的捕集剂金属以提高组合物中的贵金属浓度。这种多程工艺的优点在于它得到更浓的产物，同时降低正在发生的处理成本，而不损害本技术的贵金属回收水平并使捕集剂金属浪费最小化。一旦富含贵金属的组合物中的贵金属浓度达到10％，就有必要用更多的捕集剂金属来稀释重新引入的组合物以保持效率和防止贵金属损失在渣中。

在一个实施方案中，渣可重新用作原料中的含贵金属材料。这种渣循环是任选的并且为否则会随移出的渣从系统中损失的贵金属提供另一次提取机会。重新引入的渣也可充当熔化的助剂。

术语“富含贵金属的组合物”用于表示通过本发明的方法产生的组合物富含贵金属。也就是说，它比引入炉中的原料包含更高浓度的一种或更多种贵金属。

作为本方法的任选其它步骤(步骤vii)，可将富含贵金属的组合物进一步进行精炼以得到一种或更多种基本纯的贵金属或含有较高重量百分数的一种或更多种贵金属的合金。

本发明的发明人已经出乎意料地发现可通过利用等离子体炬加热原料来得到较高的贵金属回收率。具体而言，所述炬在表面上移动以确保热均匀分布在炉内物(原料、渣和熔融金属)中，这提高了产率。本发明人发现使炉内物最小程度出现热点和湍流有利于贵金属从原料分离到金属层内。事实上，优选本发明的方法避免出现热点并且促进渣或金属层中的静止非湍流状态。也就是说，本发明的方法优选避免在炉内物中形成不必要的过热区。

如US4,685,963所述，炉内物中形成过热区和相关的湍流导致铂族金属通过形成挥发性氧化物和氯化物进入气相而损失。这损害了该技术的回收率。

此外，等离子体加热渣层导致渣体积减少。这可能涉及渣密度增加。渣体积还通过减少引入原料中用于助熔的渣添加剂的量来最小化。添加剂优选为原料质量的1/4-1/10，最优选1/6。减少渣体积还出乎意料地降低了该层的贵金属含量。在现有技术的常规埋弧炉中，由于产生相对大量的渣以及间歇操作模式，因此回收效率低并且大量贵金属损失到渣中。浸没电弧不能在渣上方进动以分布热。

此外，利用对炉内物的更均匀加热允许使用连续处理工艺。该工艺是连续的，因为一个或更多个等离子体炬可保持连续运行来加热炉内物。随着炉内材料液位升高，渣从炉中溢出，同时金属层的体积增加。一旦炉中存在足够量的金属，则从炉底排出金属。然后，可以引入更多原料以替代从炉中排放掉的材料，直至渣液位达到足够位置例如溢流点，并且可以重复该工艺。因此，虽然炉中材料的量变化，但是该工艺循环连续并且等离子体炬可保持运行。优选从炉中间歇地移出金属。作为选择，在较不优选的实施方案中，也可将金属作为连续(constant)流移出。

使用连续工艺不需要在批次之间冷却炉。针对连续工艺的炉设计避免了产生停滞区的问题。此外，当等离子体炬保持运行时，熔融金属层在从炉中移出时保持熔融，从而防止不期望地堵塞放液阀。等离子体炬的连续运行是指炉不损失热并且没有浪费能量而使炉恢复温度。这节省了能量，允许更高的总处理量(即处理的原料量)和/或允许采用更长的停留时间。

本发明人已经发现本方法的回收率可分析为相分配/分布现象。优化的回收率可通过原位形成和/或分散均匀加热的渣层和熔融捕集剂金属层来得到。这导致比利用高强度集中热源常规得到的产率高的产率并且产生均匀流动性的熔体。贵金属的分配可以通过选择合适的原料成分、小心加热、明确待产生的相及其相关的相互作用来实现。也就是说，根据所期望的贵金属，可以精细调节捕集剂材料、温度和任意其它添加剂的选择。

相分配通过分配/分布系数(P)测量。这提供了提取工艺的效率的量度。在本文中，

P＝[捕集剂金属中贵金属的浓度]/[渣中贵金属的浓度]。

上式中捕集剂金属对应于熔融金属层。可对每种金属测量或对贵金属平均的分配/分布系数优选大于400，更优选大于800，最优选大于1500。实际研究所述层中铂族金属的含量需要确定浓度，这可以通过本领域技术人员所熟知的常规化学分析方法来进行。考虑到一层的组成，严格确定分布系数也能提供该数据。

优选地，集中在原料上的等离子体炬产生大于1000℃的热。该最小温度是完全熔化含贵金属材料基体所需的。该温度更优选为1100℃-2000℃，最优选为1200℃-1600℃。施加的热有助于使炉内物保持熔融，同时减少在炉中形成的层中的沸腾和激烈对流。这有助于贵金属沉淀到捕集剂金属中并且提高了技术回收率。

用于本发明的方法和设备的等离子体装置可以是等离子体炬或石墨电极。在一个实施方案中，使用多于一个的等离子体装置，并且它们可以各自独立地是炬或电极。本领域技术人员将会理解，本说明书中提及等离子体炬时，可以替换为电极。等离子体炬优选用于所有实施方案中。

用于本发明的方法中的等离子体炬用于加热和熔化炉内物。可以使用一个或更多个炬。如果使用单个炬，其可以优选在炉内物表面的上方进动。具体而言，优选一个或更多个炬在所有三维上可进动和可调节。这允许均匀加热和促进炉内物均匀的受热和流动性，同时使金属层保持其熔融态。这改善了分离。

在一个实施方案中，所述设备可包括主(duty)等离子体炬和任选的一个或更多个备用炬。使用多个炬提高了可靠性、可操作性和可维护性。如果使用一个以上的炬，则这些炬可以是固定的或可移动的。具体而言，优选在进动角度和高度方面可调节的炬。

等离子体炬可采取转移/非转移电弧模式操作。最优选转移电弧，这是指电弧被电转移至工件，这在能量上更有效率。电弧从阴极经过喷嘴口到阳极，因为这代表最少电阻的路径。炬可以是直流的、在主频上或在射频上交流的，这样它们分别被称为dc、ac或rf炬。优选的等离子体气体为氩气或任意的其它惰性气体。在等离子体气体中可以添加其它气体以提高热效率并改变电弧的化学性质。

炉腔可以是本领域已知的常规炉。但是，优选炉被间接水冷，具有工作热面耐火衬里。炉壳可以主要由钢制成，并且特别在较高温度区域具有铜散热器和/或耐火金属。炉的外表面优选被冷却得到的温度分布导致形成使耐火材料磨损最小化的内保护壳/盔。可以利用水或包括空气在内的其它冷却剂进行冷却。优选地，所述炉适合与可完全调节的一个或更多个等离子体炬一起使用。

停留时间对于从含贵金属材料中提取贵金属而言是重要的。优选所述材料在炉内停留不低于5分钟，更优选20分钟以上，最优选30分钟以上。延长停留时间导致回收率略微增加，但这被可处理原料的较低速率所抵消。为了获得良好的生产量，优选最多1小时的停留时间。

炉内条件可以是氧化性的或还原性的。优选还原性条件，因为这提高了铑和钯的技术回收率。通过在原料中包含碳来促进还原条件。其可以作为添加剂或作为含贵金属材料的一部分。

在一个优选实施方案中，所述炉在负压下运行。这使得来自物理和/或化学载运机构的废气尘量最小化，使得空气吸入水平最小化并且确保还原性条件。这使得钯(Pd)的回收率最大化，否则钯的回收率通常由于氧化损失而受损。压力优选小于1Pa，更优选为1Pa～-45Pa，最优选为-25Pa～-35Pa，理想的是-30Pa。

在常规炉中，采用约-300Pa的高负压。结果，大量的铂族金属从渣表面损失到废气系统中。虽然其一部分可作为过滤器的灰尘重新得到，但是这需要清洁过滤器并且降低了本发明的捕集剂金属组合物中的贵金属浓度。

本发明所用的浇铸台提供光滑表面，具有夹带渣的熔融金属层可以在其上冷却。优选通过溢流从炉中单独收集的渣可以在浇铸台上冷却或直接水冷却。浇铸台可适当调节尺寸以允许形成优选尺寸的产品。浇铸台可主动或被动冷却。优选通过利用主动冷却来凝固金属层和/或渣。快速冷却导致残余材料应力和相关的脆性，从而易于破碎。优选的初始冷却速率大于200℃/秒，更优选大于300℃/秒。这是冷却熔融金属层和/或渣层的情况。

在一个实施方案中，所述设备包括用于处理所有排放物的任选的废气系统，以符合如在线CEMS测量系统所确定的环境排放阈值。

优选地，废气系统包括下文中的一个或更多个：

-热氧化器，包括封装调制的气体燃烧器和固体排放点，能够将炉气温度升高(补充足量空气以达到6％的氧含量)至高于850℃的温度持续长于2秒，更优选高于1100℃持续长于2秒。

-用于稀释空气的风扇，包括频率转换器，用以控制稀释空气的加入以使气体温度在过滤器处保持在400℃。作为选择，可以采用废热回收系统，例如废热锅炉。

-高温过滤器，使用陶瓷过滤元件用以移出气流中的固体，并且装配有定相离线逆脉冲清洗。

-高温ID风扇，包括转换器控制，用以通过废气处理系统吸出所有的炉废气。

-根据D1方法设计的炉身(stack)。

-电机控制面板，包括三频转换器。

-粉末进料系统，用以接受袋装活性炭、石灰或碳酸氢钠，并将其计量送入工艺中，用于吸收酸气体和重金属物质。

-作为后续选择(用以还原NOx排放物)，接受NOx反应物并将其计量送入工艺中的系统。这通常称为非催化剂选择性还原(NCSR)。

在一个优选实施方案中，对原料进行预处理。该预处理可以是任意以下处理中的至少其一。每种预处理均可单独进行或与任意其它步骤并以任意顺序组合进行。一个优选的顺序为以下编号所示：

1.分拣和分级

可以进行用以移除不含贵金属的物体例如包含在汽车催化剂装置中的塑料和橡胶的初始处理。也可以移除尺寸超过20mm以上的物体。

2.剪切和/或粉碎

剪切和/或粉碎是高度优选的步骤。进行剪切和/或粉碎以减小平均粒径并且回收废物的含贵金属的组分。剪切和/或粉碎还可用于混合来自不同来源的废物。这些步骤使得处理过程更加有效。

3.筛分

可对材料进行机械筛分以选择尺寸在给定范围内的颗粒。例如，给定范围可以是小于20mm，更优选小于10mm。

4.共混

可以选出含贵金属的材料并将其与助熔剂、捕集剂金属和/或捕集剂金属形成材料共混，以得到所生成组合物中的贵金属的优选混合物。这可以通过将特别富含贵金属的来源与贫含贵金属的来源混合以提供一致/均质的原料来完成。作为选择，可进行共混以利于提取特别富含一种或更多种贵金属的组合物。

在一个优选实施方案中，对含贵金属材料进行预浓缩处理。这在贵金属含量低于100ppm时特别优选，并且在低于30ppm时甚至更优选。如果贵金属含量高于300ppm，则不必进行预浓缩。含有多于10％贵金属的废物通常不进行预处理。存在本领域技术人员已知的多种用于预浓缩贵金属的技术。这些技术包括烧结、标准高温冶金熔炼、基体的湿法冶金溶解或选择性浸出贵金属。

1.烧结法为本领域技术人员所已知。金属颗粒可保留在原料燃烧后产生的灰分中并被至少用作原料的一部分。

2.高温冶金熔炼是已知的提炼冶金方式。熔炼的主要用途是从其矿石中产生金属。这包括从通常为铁氧化物形式的铁矿石例如赤铁矿或磁铁矿中提炼铁、提炼铜以及从其它基础金属的硫化物矿石煅烧得到的其氧化物中提炼其它基础金属。这使用化学还原剂，通常是作为碳源的燃料例如焦炭或更早期的木炭，以改变氧化物中所含金属的氧化态。碳或由碳得到的一氧化碳移出氧化物中的氧，留下金属。碳或一氧化碳被氧化产生一氧化碳和/或二氧化碳。由于大多数矿石是不纯的，所以经常有必要使用助熔剂例如石灰(氧化钙)以移除伴随的氧化物和硫化物杂质作为渣。

3.湿法冶金溶解包括在王水中溶解贵金属以形成其各自的盐酸盐。贵金属盐可通过置换反应形成，这些盐最终被氢还原成单质金属。

例如，硫酸铑可在盐与硫酸氢钠一起熔融并用水浸出之后得到分离。然后，可将残余物与过氧化钠一起熔融，这溶解了除铱外的所有金属。在向溶液中加入氯之后任意的钌和锇形成四氧化物。然后，四氧化锇可溶于氢氧化钠醇溶液中并与任意的四氧化钌分离。

贵金属废物的湿法冶金回收往往是作坊发展的低资产门槛的技术，技术回收率低。湿法冶金/化学工序已知为用于从废机动车催化剂中提取铂族金属的方法中的专有技术。溶解的铂族金属的显著化学特性在于离子为强氧化剂，易于还原成金属并且易于水解。因此，它们趋于沉淀和沉积在不期望的地方，并且这可使得难以开发稳健可控的工艺。

4.选择性浸出将金属转化成可溶于水性介质中的盐。与高温冶金操作相比，浸出更容易实施，但是即使没有与之相关的气体污染，该技术也受管理所产生的液体排放物的挑战。浸出的主要缺点在于由于低温操作所致的较低效率，这严重影响了化学反应速率。浸出可通过用稀氰化物溶液冲洗材料来进行，所述稀氰化物溶液渗滤通过矿石以溶解金属例如金和银。含金和银的溶液离开底部并被收集，使得贵金属可被提取。

以下将结合图1和2通过说明本设备的特定实施方案来讨论本发明。该实施方案的各个特征均可单独或与本说明书中给出的任意特征一起使用。虽然以下说明涉及铂族金属，但是应该理解的是相同的方法和设备可用于回收所有的贵金属。

附图说明

以下将参考作为例子提供的附图来描述本发明，其中：

图1是本发明的设备图；

图2是描述本发明的方法的流程图；

图3a和3b示出了本方法的排放数据；

图4示出了富含铂族金属的样品的光学显微图，表示样品不同区域的微观结构，这四幅单独的显微图表示a)中央区域；b)a)的细节；c)底部；d)底部边缘表面；

图5示出了斯氏体(steadite)共晶体的典型微观结构以及相关的能量散射X射线光谱(EDS)分析；

图6表示与图5的斯氏体相邻的富铁固溶体的EDS分析，其中下图是上图的放大版本；

图7表示详细绘制元素分布图的11张图片；

图8表示具有部分填充石墨的空腔的共晶体和富铁相的一般视图；

图9表示可能的莱氏体(ledeburitic)共晶体；

图10表示石墨结构；和

图11表示在富铁相中纹理化或可能的分离效果。

以下将进一步说明本发明。在以下段落中，更详细地限定本发明的不同方面/实施方案。如此限定的每个方面/实施方案可与任意其它的一个或更多个方面/实施方案组合，除非有相反的明确说明。具体而言，表示为优选或有利的任何特征均可与称为优选或有利的任意其它的一个或更多个特征组合。

图1表示用于处理废弃物原料3以回收富含贵金属的组合物5的设备1。这使得生产精炼的贵金属7。

图2表示在贵金属回收中所涉及的主要步骤。这些用星号标记的步骤是任选的。这些步骤是：

a)获得原料，例如汽车催化剂废弃物；

b)预处理原料3，例如分拣或拣选；

c)预浓缩原料3中的贵金属；

d)将原料3引入炉腔9中；

d’)将捕集剂材料10引入炉腔9中；

e)利用来自等离子体装置例如等离子体炬13的等离子体11处理原料3。这导致形成渣16的渣层15和熔融金属层17。熔融金属层包含贵金属7和捕集剂材料10；

f)从炉腔9中经由炉腔9底部附近的放液阀21移出熔融金属层17。熔融金属层17向下流过收集斜道23到达浇铸台25；

g)使熔融金属层17在浇铸台25上冷却以形成金属层27(未示出)；

h)在破碎设备29中破碎金属层27；

i)在回收设备31中进行回收步骤(任选磁回收)以分离进入渣16中的破碎的金属层27和富含贵金属的组合物5；

j)进行另一精炼步骤以得到贵金属7。

步骤b、c和j是任选的。可任选包括的其它步骤是：

k)将富含贵金属的组合物5再循环到炉腔9中；

d”)将添加剂33(未示出)引入炉腔9中；

d”’)将渣16引入炉腔9中进行再处理；

l)收集在连续处理过程中从炉腔9溢流出的渣16。渣16经放液阀35离开炉9，放液阀35形成渣溢流口37；

m)处理渣16。

在一个特定的实施方案中，将原料3进料到等离子体炬炉9中并将其加热以产生金属层17和在其上方的渣层15。金属层17包含捕集剂材料10以及从含铂族金属原料3中提取的铂族金属7’。包含杂质的渣层15通过连续溢流法经溢流口37从炉腔9中移出。随后冷却(g)和破碎(h)渣16。

将合并的铂族金属7’和捕集剂金属10从下部排放口21移出炉9，以减少夹带的渣16的量。炉9设计为允许渣16从溢流排放口35连续溢流。在正常环境下，溢流排放口35上方具有保护盖，其可旋出以方便在检查和排放过程中进入。渣排放口35可用陶瓷棉和渣密封，其可以冻结在排放口35中。最好通过吹氧管清除渣16。持续进行吹氧过程，直至达到恒定的熔融流并且渣温度稳定化。注意，因为等离子体炬13的等离子体电弧在排放过程中仍然运行，因此炉9和吹氧棒均接地。将待排放的第一材料倒入合适的渣槽中，但是一旦已达到稳定流，即将渣16倒在水冷的渣输送器上或水基渣造粒系统上，以便于进一步处理。排放操作在等离子体开启下进行以确保对炉9供热，因此保持渣16和金属的流动性。

利用下部排放口21从炉中排放金属。利用排放口粘土将其密封。一旦进料停止，即将陶瓷棉毡插入溢流排放口；从下部排放口移走夹头并利用吹氧管穿过粘土塞燃烧炉中的熔融金属。一旦已实现金属的全孔流动，即移走吹氧管。熔融金属和渣杂质从炉中流入铸造厂常用类型的耐火衬里铸勺中。所述铸勺利用专门设计用于该任务的气体燃烧器来预加热并利用叉车将其移走。一旦炉9已产出其生产量的金属和渣，即彻底清洗排放口21。工厂维护人员快速用粘土塞住排放口21并安装夹头。排放口21一安全，就以标称速率恢复进料。

将捕集剂金属10和合金化的铂族金属7’倒在浇铸台25上以生成5-10mm厚的金属层27。作为不连续量的渣16，杂质与捕集剂金属10在离开炉9时相互混合，因此有必要破碎/研磨(h)并磁回收(i)夹带的金属颗粒作为“磁性级分”。捕集剂材料10调节为脆性以利于破碎和研磨(h)，这是代表性采样和最终精炼都需要的。大部分渣16与捕集剂金属10分开地离开等离子体炉8。

将一部分金属颗粒以多程处理方案重新引入炉内(k)以提高所收集的铂族金属7’的重量百分数。然后，精炼富含铂族金属的组合物5’以得到纯的铂族金属7’。

以下将在下列非限制性实施例中说明本发明。

实施例1

利用具有由六轴机械手提供的进动炬运动控制的转移电弧等离子体炬加热壳径1.5米和内径1.5米的等离子体电弧炉。这样，炬的工作端在距离炉顶恒定固定深度处进行真圆运动。整套处理系统由监控控制和数据获取(SupervisionControlandDataAcquisition(SCADA))界面进行计算机控制，并且用于以250kg/小时催化剂的速率处理2.792吨整块汽车催化剂。该催化剂材料的代表性所生成铂族金属分析如下：

可以确定，2.26kg的Pt、1.25kg的Pd和0.46kg的Rh被装入炉中。共混该废物使得在不暴露本体氧化物组合物的情况下，催化剂含量为共混物的79.7％。其余为12.3％的助熔剂、3.3％的磁铁矿和2.7％的含碳还原剂。因此，总共3504kg的共混进料被装入炉中。本工艺采用进动等离子体炬以使等离子体熔炉保持1400-1600℃的内部温度。该系统基于948.5kWh/吨的理论能量需求(TER)进行操作，并且当允许系统热损失时，这在以300kg/小时处理共混材料时产生439kW的总等离子体功率。

装置持续操作29小时，产生3347.1kg渣、126.96kg捕集剂金属、92.8kg磁回收材料和75.3kg过滤器系统灰尘。这些值分别对应于装入炉中的原共混物量的99.5％、3.6％、2.6％和2.1％。灰尘量不合比例地高，这是由于它包括了在处理过程中装入废气系统以减少酸气体即SO₂(g)排放的Ca(OH)₂吸附剂量。该吸附剂材料以0.85kg/小时输送。此外，耐火材料和/或系统交叉污染导致略微超过100％质量衡算计量。所生成的铂族金属分析和捕集剂金属产物的铂族金属质量含量如下：

通过确定所生成的铂族金属在可商售产品相中的质量分率作为净输入分率，即催化剂进料的铂族金属含量减去粉尘中的铂族金属含量，来计算铂族金属的技术回收率。基于此，技术回收率确定为96.9％的Pt、99.9％的Pd和96.7％的Rh。炉的内部构造设计为使污染材料润湿和渗透以及耐火材料溶解最小化。溢流渣相铂族金属组合物的分析如下：

基于渣的回收率计算为：

其中：

M_渣＝渣质量(kg)

M_{汽车催化剂}＝汽车催化剂的陶瓷质量(kg)

[PGM_渣]＝渣中的铂族金属浓度

[PGM_{汽车催化剂}]＝汽车催化剂中的铂族金属浓度

由此得到基于渣的技术回收率为98.1％的Pt、94.4％的Pd的和97.5％的Rh。

铂族金属物质的分配/分布系数计算如下：

分配系数＝(金属捕集剂中PGM质量/捕集剂总质量)/(渣中PGM质量/渣总质量)

因此，对于此加热，共混铂族金属的系数等于893，并且Pt的系数＝985，Pd的系数＝802，Rh的系数＝804。该催化剂材料来自美国；但是，对于英国国内的催化剂，在不公开相的特征和/或组成的情况下，通常观察到的分配系数值为：

分配系数/加热编号	共混的	Pt	Pd	Rh
					1	338.9	262.1	484.8	506.3
2	445.3	429.1	452.5	502.9
					3	784.1	645.5	920.0	1225.6
5	404.1	342.1	467.6	530.5
					6	509.3	509.0	529.0	449.7
平均	496	438	570	642

非常清楚的是，所得相的起始/目标铂族金属浓度和相对相质量在工艺设计中是非常重要的考虑。

实施例2

进行实施例1的工艺以除了回收铂族金属，还回收金和银。结果总结在下表中。表中所有PM的进料速率单位为克/小时；所有其它料流的进料速率单位为kg/小时。

表A：原料组成

表B：回收的组合物

表C：回收率

下表总结了本申请人的等离子体增强熔炼技术(等离子体回收)相对于其它一般性竞争技术的独特优点：

	SAF回收	湿法冶金回收	等离子体回收
				相对的资产花费	高	N/A(订货式工厂)	适中
相对的操作花费	高	高	低
				PGM回收率(％)	92-96	85-90	＞98
操作	间歇	间歇	连续

本发明的一个具体益处是非常好的铑(Rh)回收率，而这通常都非常低，尤其是在使用常规的埋弧炉分离技术提取时。

以下基于针对小型热厂的最佳标准和废物焚烧指导(WID)来评估排放。从排放物角度看，CO(g)排放稳定并且在整个加热过程都符合13.41mg/m³。对于NOx(g)，在处理材料时观察到几乎完全符合，并且排放在整个加热过程中保持稳定。类似地，SO₂(g)排放也维持在低水平，并且维持石灰加料器的操作。观察到SO₂(g)水平表现出1.72％的超过率，符合机构要求。这些示于图3a和3b中。

金相学分析

以下述方式对上述实施例1中产生的固溶体富含铂族金属的组合物的结构进行金相学分析。

将在水冷钢制浇铸台上冷铸的直径31mm和中心厚度9mm的捕集剂金属扣沿直径分割，安装在导电电木上，研磨并抛光至1μm菱形成品，然后用2％的硝酸甲醇溶液(nital)蚀刻以暴露出微观结构。

利用具有Polaroid^TMDMC2数字照相机的PolyvarMet显微镜对样品进行光学检查。显微图采取100x和500x的放大率。

然后，在装有PGTImix能量散射X射线分析系统(EDS)的JEOL840ASEM上检查样品。使用15kV的加速电压进行大部分的分析，但是使用25kV的加速电压收集元素分布图以允许利用铂L辐射。这避免了使用与磷K辐射交叠的铂M，但是基于磷K的分布图包含来自铂L的贡献。

图4a示出了样品整个微观结构的典型中心区。该微观结构包括石墨片(黑)，其看起来具有过共晶铸铁的典型“初生石墨(kish)”形状，在其周围形成枝状相(深灰)和枝间相(浅灰)。

在更高放大率下(图4b)，石墨片完全被深灰色蚀刻相包围，所述蚀刻相包含一些可能来自细胞凝固结构的内纹理；参见图11。初次观察，认为该相是不可分辨的珠光体，但是实际上是铁的固溶体，可能是奥氏体，也可能是铁素体。枝间相表现出冷铸白口铁的典型莱氏体共晶结构特性。随后的分析揭示该浅灰相是铁-碳-铁磷化物共晶体，即斯氏体。

预期具有更高冷却速率的底部区域(图4c)表现出略微更细的石墨结构并且边缘具有较少的枝间共晶体。在自由角落区域的微观结构(图4d)类似于图4a的微观结构。总之，整个样品的微观结构没有显著变化。

这是不常见的微观结构，因为它看起来包含原始石墨而不是渗碳体，尽管它已经被冷铸。可能的凝固次序为1)石墨、2)铁固溶体、3)共晶体。

铸铁难以制备，并且存在来自表面的石墨损失，结果得到填有抛光碎片的孔的证据。但是，尽管这些假象(artefact)，这些显微图仍代表性显示了微观结构。

图5示出了斯氏体共晶体的典型微观结构和相关的EDS分析。后者表明其在溶液中主要包含铁和磷以及少量的其它元素。

图6包括两幅图。后者是前者的放大版本。该图示出了相邻富铁固溶体的化学分析结果。该相含有高浓度的硅，其为铁素体稳定剂并且也是石墨形成的促进剂。铂族金属以高于在斯氏体中的浓度在该相的溶液中。尽管其高的硅浓度，但是预期该相为奥氏体。这是因为存在碳，而碳按重量/重量计比作为铁素体稳定剂的硅更有效作为奥氏体稳定剂。铂族金属也是奥氏体稳定剂，并且该相中并不存在如快速冷却速率预期的任何转变结构(碳不得不从奥氏体中排出以形成马氏体、贝氏体或珠光体)。铁素体不可能直接接触石墨而在附近不存在一些渗碳体，因此对该相的最可能的解释是由于高的碳含量其保持为奥氏体。该相的内部纹理(参见图4b)也表明该相为可能在亚稳条件下的固溶体。

图7表示显微图中所示的认为是奥氏体-斯氏体共晶区域的元素分布图。各框图中的化合物从左到右逐行往下为：Fe、Si、P、Pd、Pt、Rh、Cr、Ni、V和C。可从这些图中得出的主要结论是在该相中每种元素都被主要富集。

可以清楚地观察到硅富集在铁固溶体中，磷、铬、钒和碳富集在斯氏体中。可能是铂族元素中最丰富的钯清楚地与铂以及因此可能的铑富集在富铁相中。

图8表示枝间共晶体的分布和石墨已部分损失的区域的两幅视图。低原子数的碳导致余下的石墨呈暗色，尽管部分空腔已填有抛光碎片。

图9表示可能包含在三个正交方位具有渗碳体片的奥氏体-渗碳体-莱氏体共晶体的区域。

图10表示确认暗相为石墨的典型石墨结构，图11更具体地示出在认为的奥氏体相中的纹理化。

铁和固溶体中的元素例如硅之间的二元体系在常规浇铸条件下通常具有宽的冻结范围，并且趋于表现出明显的分离效应。由于该样品所经历的快速冷却，这可能在非常小的规模上已发生。

对同一冷铸样品的硬度测量给出以下值：253、258、258和275HV30。这些值是根据包含硬斯氏体共晶体增强的奥氏体结构的灰口铁所预期的，并且也是高硅铁的典型值。

这是不常见的合金，因为这是经冷铸的非典型组合物；尽管铸铁是普遍存在的材料，但是薄部分的不平衡结构由于其已不受商业关注而并未得到恰当研究。该样品的微观结构的最可能解释是高冷却速率已使其凝固，似乎是过共晶合金形成初级的“初生”石墨，接着是过饱和的奥氏体枝晶，可能如莱氏体共晶体那样，在枝间空隙中的最终富磷液体形成铁-铁磷化物共晶体(斯氏体)。

铂族金属看起来与硅一起富集在固溶体的富铁相中。

本发明的回收方法可针对含有特定贵金属的废物流进行优化，因此其实现了精确的存货管理和非常高的技术回收率。该解决方案具有不寻常的效率和非常高的商业竞争力，以及对废物流特性的适应性。所有这些具有最小的环境影响，例如大气排放和二次废物。

Claims (21)

1.一种用于从原料得到富含贵金属的组合物的连续方法，所述方法包括以下步骤：

(i)在等离子体炉中加热原料以形成上部渣层和下部熔融金属层，所述加热通过使等离子体炬在原料的表面上移动而进行，以确保热均匀分布在炉内物中从而避免出现热点并且促进所述渣层或所述金属层中的静止非湍流状态；

(ii)移出所述渣层；

(iii)移出所述熔融金属层；

(iv)使所移出的熔融金属层凝固；

(v)将凝固的金属层破碎以形成包含富含贵金属的组合物的碎片与含有不期望物质的那些碎片；和

(vi)将所述包含富含贵金属的组合物的碎片与所述含有不期望物质的那些碎片通过分离技术分离；

其中所述原料包括含贵金属材料和捕集剂金属，所述捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属形成固溶体、合金或金属间化合物的金属或合金，以及其中将移出的所述熔融金属层浇铸在浇铸台上以使其凝固，所述熔融金属形成为具有1mm-30mm厚度的薄板，并且其中所述捕集剂金属包括铁。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述不期望物质为渣。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含贵金属材料包括汽车催化剂、化学催化剂、石化催化剂、药物催化剂、电气和电子设备废物、热障涂层废物、铸造废物、电镀和/或金属表面处理废物、珠宝和/或珠宝加工废物以及牙科和/或医疗废物中的一种或更多种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述原料还包括选自三氧化硼、氧化钙、碳酸钙、氧化钠、氧化钾、二氧化硅、氧化铝和氧化镁中的至少一种助熔剂，或包括其中两种以上的混合物。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述捕集剂金属还包括铜。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在步骤(i)中，由所述熔融金属层中的贵金属浓度除以所述渣层中的贵金属浓度所确定的分配/分布系数为500以上。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在步骤(i)中，由所述熔融金属层中的贵金属浓度除以所述渣层中的贵金属浓度所确定的分配/分布系数为1000以上。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述炉包括一个或更多个等离子体炬，其实现1200℃-1600℃的炉内温度，所述等离子体炬在炉内物上方可进动。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中移出的所述熔融金属层以至少200℃/s的初始冷却速率凝固。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在步骤(v)中产生的碎片的平均粒径为10cm-100微米。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中步骤(vi)通过涡流分离或通过磁分离进行。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述富含贵金属的组合物的至少一部分被重新引入所述方法中作为捕集剂金属。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述贵金属包括一种或更多种铂族金属。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：

(vii)精炼所述富含贵金属的组合物以得到一种或更多种贵金属。

15.一种通过权利要求1-13中任一项所述的方法得到的富含贵金属的组合物，其中所述组合物包含在所述捕集剂金属的一个或更多个相的晶体结构中的一种或更多种贵金属的合金、金属间化合物或固溶体。

16.根据权利要求15所述的富含贵金属的组合物，其中所述捕集剂金属包括铁和铜，或者包括铁。

17.一种用于实施权利要求1-14中任一项所述的连续方法的设备，所述设备包括：

(1)用于加热原料的等离子体炉；

(2)浇铸台；

(3)用于破碎冷却的金属层的破碎装置；和

(4)用于将包含富含贵金属的组合物的碎片与含有不期望物质的那些碎片进行分离的分离装置；

其中所述等离子体炉具有输入口和至少一个输出口，所述炉通过一个或更多个等离子体装置加热并且适合允许移出渣；

所述等离子体装置为等离子体炬，其能够在所述原料的表面上移动以确保热均匀分布在炉内物中从而避免出现热点并且促进渣层或金属层中的静止非湍流状态；以及

其中所述浇铸台允许连续浇铸所述熔融金属层以形成凝固板。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述不期望物质为渣。

19.根据权利要求17所述的设备，其中所述炉被连续间接水冷却并且具有耐火热面衬里。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的设备，其中所述等离子体装置使用包括惰性气体的气体以产生等离子体电弧，所述等离子体电孤能够在炉内物的表面上可调节地集中。

21.根据权利要求17-19中任一项所述的设备，其中所述分离装置是磁分离器或涡流分离装置。