CN107922995A - 渣滓管理系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种渣滓处理组合件(14)，包括搅拌站(16)和挤压站(18)，在所述搅拌站(16)处对第一渣滓回收容器(27)中的渣滓进行搅拌，对所述第一渣滓回收容器中的渣滓进行搅拌的同时在所述挤压站(18)处对第二渣滓回收容器(27)中的由所述搅拌站之前搅拌过的渣滓进行挤压。搅拌站和挤压站可共同容纳在外壳(46)中。传送机系统(12)可以将多个渣滓回收容器推进通过所述渣滓处理组合件以进行连续渣滓处理。

Description

渣滓管理系统和方法

相关申请

本申请要求2015年8月21日提交的美国临时专利申请号62/208,273的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的技术大致涉及对铝回收过程或类似过程中所产生的渣滓的处理。渣滓处理包括：从渣滓中回收铝以及渣滓的冷却和/或熄灭。

背景技术

通常使用渣滓压缩设备从渣滓中回收有色金属，特别是铝。渣滓通常是从熔炉中撇取的，该熔炉作为铝回收或熔炼操作的一部分对铝进行处理，但是渣滓可以通过其他方式来获得。

铝渣是铝金属和氧化铝、以及可能的组分(比如，各种氧化物、硝酸盐和碳化物等)的组合。一般来说，渣滓漂浮在熔炉中的熔融铝金属的顶上。根据具体的加工技术和熔炉类型，铝渣中可能含有百分之十到百分之九十的铝。因此，铝熔炼操作中的渣滓含有大量被认为是有价值的回收资源的铝金属。

附图说明

图1是沿所用的传送机系统的纵向轴线截取的渣滓处理系统的示例性实施例的截面图；

图2是图1所示系统的立体图。

具体实施方式

现在将参考附图来描述实施例，其中相同的附图标记用于指代相同的元件。应该理解的是，附图不一定是按比例的。关于一个实施例描述和/或示出的特征可以在一个或多个其它实施例中以相同的方式或类似的方式使用和/或与其他实施例的特征组合或代替其他实施例的特征。

所公开的是用于从渣滓中回收铝并冷却和/或熄灭(extinguish)渣滓以减少渣滓的铝热反应(thermiting)的系统和方法。渣滓可以是任何含铝渣滓，包括具有低铝含量和高盐和/或氧化物含量的渣滓(例如具有低至5％至10％的铝的所谓黑渣)、具有高铝含量和低盐和/或氧化物含量的渣滓(例如具有高达60％至90％铝含量的所谓白渣)、以及其中铝和盐/氧化物含量相对平衡的渣滓(例如所谓的灰渣)。

在这些系统和方法中，将一个渣滓容器移入一个渣滓搅拌站中，在此处，使用搅拌器来在渣滓尚热的时候搅拌渣滓以及从氧化物、熔剂和其他材料中分离出可回收的铝。可回收的铝可以从容器中排出。然后，将渣滓容器移动到挤压站，在此处，使用渣滓挤压机对渣滓施加力。这样可以压缩渣滓以回收另外的铝以及冷却和/或熄灭任何燃烧的渣滓。处理后，渣滓可能是渣骨(dross skull)的形式。

可以使用传送机使渣滓容器移动通过这些站。含有热渣的一个或多个渣滓容器可以通过渣滓搅拌器和渣滓挤压机来分阶段进行处理。传送机可以自动地将每个渣滓容器从暂存区域(staging area)移动到渣滓搅拌器经过一段适当的时间，在该段时间内渣滓被搅拌，然后再到渣滓挤压机经过一段适当的时间，在该段时间内渣滓被挤压，然后再到取回(retrieval)区域。可以是，一个渣滓容器在被搅拌，同时另一个渣滓容器在被挤压。可以设想，在一些情况下，与使用单独的渣滓搅拌或单独的渣滓挤压相比，渣滓搅拌和渣滓挤压的组合可以协同实现更多铝回收且增强渣滓冷却。

参考图1和2，其示出了示例性的渣滓处理系统10。渣滓处理系统10包括传送机组合件12、以及包括搅拌站16和挤压站18的处理组合件14。

传送机系统12将多个渣滓盘20(也称为渣滓容器)移动通过处理组合件14。每个渣滓盘20可以包括容纳热渣(未示出)的井(well)22。在一个实施例中，井22沿着渣滓盘20的竖直轴线所取的截面为圆形。井22的圆形截面形状使得搅拌站16的搅拌器可以在井内旋转并且，在一些实施例中，使得搅拌站16的搅拌器可以刮擦井22的侧壁24。每个渣滓盘20可以堆叠在母盘26(sow pan)的顶部并且可以与母盘26(也称为母模)一起被传送。总的来说，一起移动通过处理组合件14的成对的渣滓盘20和母盘26一起被称为渣滓处理容器27。因此，在一个实施例中，母盘26可以与渣滓盘20一起被传送机组合件12移动，其中传送机组合件12例如从渣滓处理容器27的下面发挥作用。在另一个实施例中，渣滓盘20和母盘26是分开的，但是都通过传送机组合件(例如，渣滓盘20可以位于传送机组合件12的上方，并且母盘26可以位于传送机组合件12的下方)来移动。在又一个实施例中，与渣滓盘20一起被传送的母盘26可以被省略。在该实施例中，永久渣滓回收槽可以位于搅拌站16和挤压站18的下方，用以在下述处理过程中捕获从渣滓盘20排出的任何熔融铝。捕获的熔融铝可以流入回收(recovery)区域。或者，可以通过用以移动渣滓盘20的传送机组合件12以外的单独传送系统将母盘26传送至或传送离开搅拌站16和挤压站18。

继续所述实施例，母盘26可以将回收的铝捕获在位于井22底部的开口30下方的回收井28中。由于重力作用而从渣滓中分离的熔融铝，经由搅拌和/或挤压可以通过井22中的开口30排出并进入回收井28。

可以通过放置用于将渣滓盘20和/或母盘26升起并输送到渣滓盘20和/或母盘26的相应通道32、34中的叉子，用叉车或其他机器来移动渣滓盘20和/或母盘26。

渣滓盘20可以包括用于增加朝向井22的底部和开口30的金属流的特征。可以存在其他特征以辅助冷却，例如叶片、端口，用以接收围绕井的冷气流或液流等。

传送机组合件12用于推进渣滓处理容器27依次通过多个预定位置。该多个位置可以包括位于暂存区域42处的处理组合件14上游的暂存位置、位于搅拌站16处的搅拌位置、位于挤压站18处的挤压位置、以及位于处理组合件14下游的取回区域44处的取回位置。在一个实施例中，处理组合件14被配置用于连续处理渣滓。为此，当在搅拌站16处搅拌一个渣滓盘20中的渣滓时，已经被搅拌并位于另一个渣滓盘20中的渣滓在挤压站18处被挤压。在此期间，含有未处理渣滓的渣滓盘20可以在暂存区域42处放置到位。或者，可以在暂存区域42处放置(暂存)空的渣滓盘20，并且未处理渣滓可以被传送或倾倒至该暂存的渣滓盘20中。同样在此期间，具有经过处理的渣滓的渣滓盘20和具有回收的铝的母盘26可以从取回区域44中移除，用于进一步处置或处理井22中的被挤压的渣滓并回收井28中的铝。作为从取回区域移除渣滓盘20和/或母盘26的一种替代，可以从渣滓盘20中倒出被挤压的渣滓，和/或可以从母盘20轻敲或倾倒回收的铝。

为了将渣滓盘20从一个位置移动到另一个位置，传送机组合件12可以与渣滓盘20和/或母盘26的通道32、34或其他部分相互作用，以推进渣滓和母盘20、26。例如，传送机组合件12可以包括向上突出的多个凸耳36，在将渣滓和母盘20、26下降到传送机组合件12上之后，延伸到母盘26底部中的凹槽38中。或者，多个凸耳36可以接合母盘26的侧壁。渣滓盘20的底部和母盘26的顶部可以包括协调特征，使得当母盘26被传送机组合件12沿横向方向移动时，渣滓盘20将与母盘26保持在一起。多个凸耳36可以连接到连续传送机特征40，例如可移动带、轨道、连接组合件等，其推进回收容器27通过多个位置。在其他实施例中，除了多个凸耳36之外的特征可以被用作传送机特征40与这些回收容器27之间的接口(interface)。

在其他实施例中，传送机组合件12包括具有任何适当的提前器(advancer)构件、臂或特征的步进梁式传递组合件，以在每个相邻的一对位置之间传递回收容器27。在该实施例中，一个传递组合件可以将回收容器27从暂存位置推进到搅拌位置，另一个传递组合件可以将回收容器27从搅拌位置推进到挤压位置，并且第三个传递组合件可以将回收容器27从挤压位置推进到回收位置。

如图2所示，在暂存区域42处可存在多个暂存位置用于暂存多个回收容器27。并且，在取回区域44处可存在多个取回位置。

处理组合件14包括外壳46(enclosure)。搅拌站16和挤压站18由外壳46容纳。将搅拌站16和挤压站18定位在外壳46中便于回收容器27的传送、便于对渣滓处理过程的控制、并且对可能由搅拌和挤压渣滓而释放的烟雾和灰尘的释放进行限制。烟雾和灰尘可以从外壳46排出并且例如用过滤器、旋风除尘器和/或任何其他适当的设备来进行处理。便利地，来自搅拌和挤压操作的烟雾和灰尘可以被排出并一起处理。在示出的实施例中，暂存区域和取回区域位于外壳的外部。在一个实施例中，暂存区域42和/或回收区域44可以包括罩子，以在渣滓处理之前和/或之后收集烟雾和灰尘。在这种情况下，在暂存和/或取回区域收集的烟雾和灰尘可以和从搅拌站和挤压站收集的烟雾和灰尘一起进行处理。

外壳46可以包括第一门48，其被打开以允许回收容器27从暂存位置行进到搅拌位置。外壳46还可以包括第二门50，其被打开以允许回收容器27从挤压位置行进到回收位置。在搅拌和/或挤压渣滓期间，门48、50可被关闭。在一个实施例中，门48、50的打开和关闭可以通过传送机系统12与回收容器27的移动相协同，并且可以以自动方式来执行。

作为参考，如图1所示，回收容器27a位于暂存位置，回收容器27b位于搅拌位置，回收容器27c位于挤压位置，回收容器27d位于回收位置。

搅拌站16包括用于搅拌位于搅拌位置的回收容器27b中的渣滓的搅拌器52(也称为搅拌桨)。为此目的，搅拌器52连接到轴54，轴54通过诸如电动机或液压马达的马达56被驱动旋转。轴54可以由定位器58(例如活塞)降低和升高。更具体地，轴54可以旋转并下降到渣滓盘20的井22中，使得搅拌器52接触和搅动渣滓。在一个实施例中，搅拌器52构造成从井22的侧面刮擦渣滓。而且，搅拌器52可以包括增加渣滓的混合的特征(例如，翅片)。渣滓的混合有助于从渣滓中分离熔融的铝。具有比渣滓更高比重的熔融的铝倾向于朝向开口30移动，在那里它可以排入母盘26的井28中。在一个实施例中，可以存在多个搅拌器52，其中每一个都以相同的方向旋转或反向旋转。在一个实施例中，可以将熔剂添加到渣滓中以帮助从氧化物中分离铝。

随着时间的推移，搅拌动作可能会使得搅拌器52退化。因此，搅拌器52可以构造成与搅拌站16断开连接，并且可以用新的搅拌器52来替换。

搅拌器52与渣滓机械地相互作用。搅拌站16可以依靠附加的和/或替代的技术来搅拌渣滓盘20中的渣滓。示例性的技术是在搅拌站16或者挤压站18中的一个或者两个处的机械振动，以促使熔融铝流动通过开口30并进入母模26。

在一个实施例中，在将渣滓放入井22中之前，可以将牺牲塞60(sacrificialplug)放置在开口30中。当处于适当位置时，塞60阻止熔融铝在搅拌之前和期间排出井22。这样可有助于减少开口30的堵塞，保持渣滓的热温，并且通过相对于井22的壁润滑渣滓来增强搅拌。在搅拌周期结束时，塞60可以被刺穿以让熔融铝排出。在其他实施例中，塞60可以在搅拌周期结束之前，例如在搅拌周期的后半部分被刺穿。塞60可以用钉子62刺穿。钉子62可以是在搅拌期间保持在塞60上方位置的搅拌器52的一部分。为了刺穿塞60，搅拌器52可下降到刺穿位置，然后再升回到搅拌位置或完全撤回位置中的一个适当位置，以允许对回收容器27进行传送。在其他实施例中，钉子62与搅拌器52分离或位于第二搅拌器上，以允许第一搅拌器更接近井22的壁。

在搅拌之前和/或搅拌过程中，可以监测渣滓的温度。如果渣滓太冷而不能充分搅拌和分离熔融铝，则可以添加放热熔剂(exothermic flux)。在另一个实施例中，可以对渣滓盘20进行预热，和/或可以使井22形成有耐火衬里。在另一个实施例中，可以使用感应加热器(未示出)来加热渣滓盘20，特别是在排出开口30的区域中。其他示例性的热源可以包括电阻式电加热器、燃烧热源和红外辐射。对渣滓盘20的加热，尤其是在开口30处，将有助于使铝保持为熔融状态，以减少铝过早凝固的发生，从而可以最大限度地从渣盘20排出铝。例如，当回收容器27位于搅拌位置时，感应加热器可以被带入与渣滓盘20相邻或接触的位置，并被激活以加热渣滓。在其他情况下，如果渣滓变得太热，可以添加冷的氧化物。或者，可以引入惰性气体(例如氩气)。例如，护罩可降低到渣滓盘20上方的位置，惰性气体可被引入护罩和渣滓之间。

挤压站18包括压头64，压头64可以被下降以冷却和熄灭渣滓的铝热反应。压头64的下降和升高可以通过诸如活塞66的致动器来完成。可以通过以下中的一者或多者来实现渣滓的冷却和熄灭：使压头64与渣滓盘20的上边缘接触；使压头64的一部分进入井22中以接触渣滓；以及用压头64压缩渣滓。对渣滓的压缩可以从渣滓中提炼熔融铝和/或形成渣骨。产生的渣骨可以使用二次回收过程进行处理，例如翻滚和分类技术。在一个实施例中，压头64可以被冷却或用作热交换器的一部分，例如通过使流体(例如空气、水或油)通过压头。压头64可以包括有助于渣滓压实和/或冷却的肋条。

示例性的处理流程如下。在本例开始时，回收容器27分别处于暂存位置、搅拌位置、挤压位置和回收位置，并且处在各回收容器27准备移动到相应的下一个位置的时间点。此外，假设处于暂存位置的回收容器27a已经被暂存，包括已经被放置到位并且井22已经被热渣滓填充。对于不连续的渣滓处理和连续渣滓处理的开始或结束等情况，对该过程的修改是显然的。工艺流程的各个方面可以是自动化的，包括：回收容器前进通过各个位置，多个门的打开和关闭，渣滓的搅动和/或渣滓的挤压以及其他相关操作，诸如塞子的刺穿，用于搅拌的渣滓的加热或冷却等。

该流程可以从回收位置移除回收容器27d开始，到清除回收位置以接收当前位于挤压位置的另一回收容器为止。应注意的是，回收容器27d从回收位置的移除可以发生在上述时间点之前。也就是说，回收容器27d从回收位置的移除可以发生在当处理组合件14对位于搅拌站的回收容器27中的渣滓进行搅拌并且对位于挤压站的另一回收容器27中的渣滓进行挤压的同时。

接下来，门48、50打开。然后，传送机组合件将挤压位置处的回收容器27推进至回收位置，将搅拌位置处的回收容器27推进至挤压位置，并将暂存位置处的回收容器27推进至搅拌站。多个回收容器27的推进可以同时进行或者可以单独进行。

接下来，门48、50关闭。然后，使用搅拌站16对位于搅拌位置处的回收容器27中的渣滓进行搅拌。可以如上所述地进行搅拌，并且如果适用的话，对塞子60进行刺穿。在搅拌的同时，使用挤压站对位于挤压位置处的回收容器27中的渣滓进行挤压。可以通过如上所述来进行挤压。在搅拌和挤压期间，另一个回收容器27可以在暂存位置处暂存。在搅拌和挤压周期之后，搅拌器和压头可以分别从渣滓中撤回。此时，该工艺流程可以被重复。

在所公开的工艺流程中，搅拌一个回收容器中的渣滓，同时来自另一个回收容器的预先搅拌的渣滓通过挤压站18被冷却。而且，一旦挤压阶段完成，每个回收容器可以从处理组合件14中排出。在一个实施例中，搅拌周期和挤压周期具有相同或近似相同的持续时间，例如约5分钟。优选地，挤压周期足够长以使得渣滓熄灭(quench)。在挤压过后，渣滓可能仍然是热的，但会处于干燥且非铝热反应的状态。

在另一个实施例中，挤压周期比搅拌周期更长，以增加渣滓的冷却时间。如果挤压周期明显比搅拌周期要长(例如，两倍长或更长)，则可能存在多于一个的挤压站18。在该实施例中，传送机可以被构造并且工艺流程可以被修改，以交替式地将多个回收容器27从搅拌站16推进到多个挤压站18，从而通过在对多于一个的回收容器中的渣滓进行冷却时同时在一个回收容器中搅拌渣滓来达到最大产出量。

各种处理步骤的控制可以通过执行逻辑指令的基于计算机的系统来执行。基于计算机的系统可以接收来自多种传感器(例如，机械传感器、光幕等)和用户的输入以对渣滓处理过程进行控制。

在另一个实施例中，传送机组合件12不需要将多个回收容器27引入处理组合件14中和/或不需要将该多个回收容器27从处理组合件14处移除。在该实施例中，在完成搅拌和挤压后，露出搅拌站16和挤压站18的单个门可以被打开。位于挤压站18处的回收容器27可以被手动移除(例如通过叉车)，位于搅拌站处的回收容器27可以通过传送机组合件12置自动地从搅拌站16移动到挤压站18(或者通过叉车手动进行操作)，并且另一个具有未处理渣滓的回收容器27可以被手动地放置在搅拌站16处(例如通过叉车)。然后，可以关闭门，并且可以执行搅拌和挤压操作。

尽管已经示出并描述了某些实施例，但是应当理解，在阅读和理解本说明书之后，本领域技术人员将会想到多种等同和修改，这些都将落入所附权利要求的保护范围内。

Claims (21)

1.一种渣滓处理组合件(14)，包括：

搅拌站(16)，在所述搅拌站(16)处对第一渣滓盘(30)中的渣滓进行搅拌；以及

挤压站(18)，对所述第一渣滓盘中的渣滓进行搅拌的同时，在所述挤压站(18)处对第二渣滓盘(20)中的由所述搅拌站之前搅拌过的渣滓进行挤压。

2.根据权利要求1所述的渣滓处理组合件，其中，还包括外壳(46)，所述搅拌站和所述挤压站共同容纳于所述外壳(46)中。

3.根据权利要求2所述的渣滓处理组合件，其中，来自所述搅拌站和所述挤压站的烟雾和灰尘一起从所述外壳排出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的渣滓处理组合件，其中，还包括传送机系统(12)，所述传送机系统(12)被构造成用于：在所述第一渣滓盘中的渣滓的搅拌周期和所述第二渣滓盘中的渣滓的挤压周期之后，将所述第二渣滓盘推进到收回区域(44)，将所述第一渣滓盘从所述搅拌站推进到所述挤压站，并且将第三渣滓盘(20)从暂存区域(42)推进到所述搅拌站。

5.根据权利要求4所述的渣滓处理组合件，其中，还包括位于所述暂存区域和所述搅拌站之间的第一门(48)、以及位于所述挤压站和所述收回区域之间的第二门(50)，其中所述第一门(48)和所述第二门(50)与传送机系统协同操作。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的渣滓处理组合件，其中，还包括传送机系统，所述传送机系统被构造成用于将多个渣滓盘从所述搅拌站移动至所述挤压站。

7.根据权利要求6所述的渣滓处理组合件，其中，搅拌渣滓和挤压渣滓、并将渣滓盘从所述搅拌站传送至所述挤压站的一个周期是自动进行的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的渣滓处理组合件，其中，在搅拌和挤压期间，每个渣滓盘坐落在相关联的母盘(26)上。

9.根据权利要求8所述的渣滓处理组合件，其中，每个渣滓盘及相关联的母盘相互一起从所述搅拌站被推进到所述挤压站。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的渣滓处理组合件，其中，所述第一渣滓盘具有排出开口(30)，所述排出开口(30)在搅拌开始时被堵塞并且在搅拌期间或在搅拌之后的时间点被疏通。

11.根据权利要求10所述的渣滓处理组合件，其中，所述排出开口(30)由牺牲塞(60)堵塞，所述牺牲塞(60)被刺穿以疏通所述排出开口。

12.一种从渣滓中回收铝的方法，包括：

将来自搅拌站(16)的含有搅拌过的渣滓的第一渣滓盘(20)传送到挤压站(18)，其中所述搅拌站(16)和所述挤压站(18)位于渣滓处理组合件(14)中，在所述搅拌站(16)处所述第一渣滓盘中的渣滓被搅拌；

将含有渣滓的第二渣滓盘(20)定位在所述搅拌站处；以及

通过所述搅拌站搅拌所述第二渣滓盘中的所述渣滓，同时通过所述挤压站挤压所述第一渣滓盘中的所述渣滓。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述传送和所述定位是同时进行的。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述传送和所述定位是依次进行的。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中，所述定位包括将所述第二渣滓盘从所述渣滓处理组合件的外壳之外的暂存区域(42)传送到所述搅拌站，并且所述方法还包括将第三渣滓盘(20)从挤压站传送到所述渣滓处理组合件的所述外壳之外的取回区域(44)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述第二渣滓盘中搅拌渣滓、在所述第一渣滓盘中挤压渣滓、以及将所述渣滓盘进行传送的一个周期是自动化进行的。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述暂存区域和所述搅拌站之间存在第一门(48)，并且在所述挤压站和所述取回区域之间存在第二门(50)，其中作为自动化的一部分，所述第一门(48)和所述第二门(50)与所述搅拌、挤压和传送进行协同操作。

18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其中，所述传送在不从所述渣滓处理组合件的外壳(46)移除所述第一渣滓盘的情况下进行。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其中，在搅拌和挤压期间每个渣滓盘坐落在相关联的母盘(26)上并且与相关联的母盘一起被传送。

20.根据权利要求12-19中任一项所述的方法，其中，所述第二渣滓盘具有排出开口(30)，所述排出开口(30)在开始搅拌时被堵塞，并且所述方法还包括在所述搅拌期间或在所述搅拌之后的时间点疏通所述排出开口。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述排出开口由牺牲塞(60)堵塞，所述牺牲塞(60)被刺穿以疏通所述排出开口。