CN114667428A - 改进的等离子体诱导烟化炉 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于从冶金装料中烟化可蒸发金属或金属化合物的单室炉，该单室炉包括用于容纳多至确定水平的熔化装料的浴炉，所述炉装备有用于产生等离子体的非转移等离子体炬和用于将等离子体在所确定水平以下注入的第一浸没式注入器，所述炉还包括用于形成至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式的补燃区，以及用于从在补燃区中形成的气体中回收氧化形式的回收区，其中所述炉还装备有用于将额外气体在所确定水平以下注入炉中的第二浸没式注入器。进一步公开了该炉的用途和用于从冶金装料中烟化可蒸发金属或金属化合物的方法。

Description

改进的等离子体诱导烟化炉

技术领域

本发明涉及从一次和/或二次原料(也称为可回收利用材料)或从其组合中，火法冶金回收有色金属(例如铜、铅、锡和锌)的领域。更具体地说，本发明涉及通过通常称为烟化的工艺步骤，从熔化渣和/或金属浴中，回收挥发性金属，如锌和铅。

背景技术

有色金属如铜、镍、铅、锡和锌的生产工艺，通常包括至少一个且通常是多个火法冶金工艺步骤，在该步骤中，金属和金属氧化物都以液态熔化状态出现，并且其中金属氧化物可以通过重力作为单独的较低密度液态渣相与较高密度熔化金属相分离。如果渣相中含有稀薄的有价金属，渣相通常作为单独的物流从工艺中取出，这种分离可能导致产生渣，作为金属生产的副产物，这种副产物也可以称为“最终渣”或“最后渣”。

WO 2013/133748 A1和US 2015/0040722 A1公开了用于从含氧化铁原料生产铁水的两阶段熔炼还原工艺。原料首先通过熔化反应器处理，随后通过熔炼还原反应器处理。两个反应器中的气氛保持严格分开，从而在熔炼还原反应器中可以保持强的还原条件，以提高还原成液态铁水的产率，而在熔化反应器中可以保持更中性条件，以更好地利用来自含碳物质燃烧的燃烧能量。熔炼还原反应器由浸没式等离子体发生器加热，并且还原气氛通过加入还原剂如煤或石油焦炭获得。反应产生包含CO和/或H₂的可燃气体混合物，而且通常也包含低含量的CO₂和H₂O。该气体混合物在除去杂质后，主要包括CO和/或H₂，并部分回收利用到等离子体发生器，以加热熔炼还原反应器。气体混合物的剩余部分用于通过借助另一浸没式等离子体发生器进一步燃烧和/或通过将含氧气的气体和可燃气体混合物注入熔化炉内容物表面下面的风口中来加热熔化反应器。含铁原料中的任何硫将通常在熔化反应器中被除去，要么进入反应器气体中，要么作为冰铜相的一部分。存在于原料中的铜将通常在熔化反应器的底部以金属铜和/或冰铜的形式被除去。该工艺可能具有比传统的高炉工艺低得多的CO₂排放。WO 2013/133748 A1和US 2015/0040722 A1没有提及对可蒸发金属或金属化合物的任何汽提或烟化，并且所描述的设备不是被提供用于将其作为单独产物物回收。因此，所描述的炉不适于从冶金装料烟化可蒸发金属或金属化合物。

US 4,601,752公开了一种用于制造金属和/或产生渣的不太复杂的方法，所示为从铬铁矿生产铬铁。细粉氧化矿，可能与成渣剂一起，在包括三个区的单室反应器中处理：上部氧化区，在该上部氧化区中，将材料预热并可能地通过从下面的中间区上升的一氧化碳和氢气与含氧气体的燃烧而熔化；中间区，由渣浴组成，在该渣浴中，通过同时注入碳质材料和/或含有烃的材料以及主要通过等离子体发生器提供的热能，至少部分地还原预热的和可能的熔化的氧化物材料；以及在反应器底部的下部区，在还原过程中形成的金属下沉到该下部区，并且金属产物物和渣副产物可以从该下部区中排出。引入中间区的含氧气体为99.5wt％的纯氧。控制氧气的加入以产生足够的能量来预热和熔化加入到室中的矿石和添加剂，这是在室反应器的中间区和上部区控制的更具氧化性的气氛中进行的。控制通过等离子体发生器提供的能量，以驱动渣和碳之间的吸热反应，该反应在室反应器的下部控制的还原气氛下进行。从炉出来的大部分排气经过处理，以脱除H₂O和CO₂，并作为等离子体发生器的原料气返回炉中。余下的排排气从过程中除去作为燃料使用。US 4,601,752没有提到可蒸发金属或金属化合物的任何汽提或烟化，并且所述设备也不是提供用于将其作为单独产物产物来回收。图2中的物料平衡表明，除了等离子体气体和氧气之外，没有其他气体被引入炉内。因此，这种炉也不适合于从冶金装料中烟化可蒸发金属或金属化合物。

WO 2016/078959A1描述了一种用于熔炼冶金装料和在灵活的氧化还原条件下分离金属的单浴炉。该炉装备有3MW的等离子体炬或燃烧器，此外还装备有1.5MW的传统所谓的“氧气”燃烧器。该设备允许在同一炉中执行氧化步骤和还原步骤。该文件提出使用氧气模式在熔炼炉中进行熔炼和/或运行温和还原或任何氧化条件，并使用等离子体模式运行高度还原条件。如果需要很高的能量输入，这两种加热技术也可以同时运行。

从生产有色金属的火法冶金过程中提取的最后渣通常被冷却、粒化和粉碎/筛分，并可作为岩石和砾石的替代品或作为筑路的集料而用于混凝土生产。研磨时，这些渣也可用作喷砂或喷砾。

在本领域已知的渣产物物中可能发现的某些物质被认为对环境潜在有害。主要是铅，但在某种程度上也是锌，是这种不期望的物质的主要例子。锌和铅都是可至少部分以可从渣中浸出的形式存在的金属，它们的大量存在阻碍了渣产物的许多用途，特别是在经济上更具吸引力的应用中的用途，并可能使在填埋中处置此类渣变得更加复杂和困难，通常不得不被视为“危险废物”。在某些应用中接受性使用通常通过测试渣的浸出性能来确定。通常，诸如Pb和Zn的元素更容易浸出，并可能导致某一特定渣不能通过此类接受性测试。

此外，申请人发现，当渣用于混凝土和其他建筑组合物(如水泥)时，渣中5wt％及更高的锌水平显著减缓了这种建筑组合物的硬化。对硬化速率的这种影响阻碍了含有大量锌的渣用作水泥材料和/或用作混凝土或水泥中的集料。

至少出于上述一些原因，有色金属生产商试图降低其渣副产物中锌的含量，同时也降低铅(如果存在)的含量，通常是通过所谓的“烟化”步骤。

Michael Borell在2005年在瑞典

举行的关于采矿和环境金属与能源回收的国际会议“确保未来(Securing the Future)”期间在“Slag-a resource in thesustainable society”(会议记录第130-138页)中，描述了自20世纪60年代以来，可以在渣烟化炉(也称为“箱式烟化炉”)中用还原气体处理来自生产冰铜的电熔炼炉的液态渣，这是一个批次工艺步骤，在该步骤中，使铜熔炼渣和额外的锌回收利用材料中的锌含量降低到1.2wt％。烟化的渣在沉降炉中进一步清洗，在沉降炉中，剩余的铜合金和硫化铜液滴停留一段时间，以分离成较重的液相，然后将渣颗粒化、脱水，并可以出售，用于道路建设和爆破。通过将煤粉仔细地混合到注入炉内的一次空气中，得到用于烟化炉的还原气体。这种类型的烟化的问题是煤与空气的反应必须仅限于主要产生一氧化碳，以保持还原条件，因此大部分反应热，即由将一氧化碳氧化成二氧化碳的连续反应产生的那部分热，在炉芯中无法获得来驱动吸热反应，例如将金属氧化物，如氧化锌还原成能够从液浴中汽提的单质金属的反应。箱式烟化器的另一个缺点是产生大量的炉排气，这些排排气需要冷却、过滤和处理，以便回收烟化的金属，并在排放到大气中之前进行净化。

US 4,588,436公开了一种通过用碳质还原剂还原，从金属或硫化形式的液态渣批次中回收金属的方法，维持温度和进行还原和硫化所需的热能通过在渣浴表面下方的等离子体发生器中预热的吹送气体来提供。挥发性金属的蒸汽在冷凝器中冷凝，并作为液态金属回收。形成的不挥发金属和硫化物以熔滴的形式收集，使这些熔滴从渣中沉降出来。还原条件必须在所述整个工艺中保持，直到冷凝器后的下游，以便使挥发性金属在冷凝器中冷凝为液态金属产物。炉中含有挥发性金属的烟气也存在重大的安全风险。它们反应性强，温度高。任何空气的进入，无论多么少量，都会导致烟气自燃，甚至可能爆炸。

在1992年9月12-15日在意大利Como举行的关于危险废物销毁的等离子体技术的国际讲习班上提出的“ScanArc’s Development of Plasma Based Processes forRecovery of Metals and Heat Energy from Waste and Hazardous Waste Materials”中，ScanArc等离子体技术AB公司提出了一种非转移式浸没式等离子体发生器，其用于通过烟化来减少冶金工业的渣，从而可以减少重金属的含量、回收金属，并可以生产玻璃化的非浸出渣。等离子体发生器能够在任何选定的氧势下，对大多数气体进行操作，产生非常高的可用焓，同时保持相对较低的气体流量，也具有稀薄的气体混合物，因此提供了主要的灵活性优势。S.O.Santén在于1993年5月11-13日在加拿大安大略省汉密尔顿McMaster大学举办的关于钢铁与炼钢的第21次McMaster专题讨论会“Pretreatment and Reclamation ofDusts,Sludges and Scales”上发表了一个非常相似的故事。除其他外，该技术在挪威由Energy Recycing AS(ERAS)于

Sink Gjenvinning AS现场进行商业应用，如通过2002年10月10日提交的环境许可请求“Recovering of Metal Values from EAF Dustby the Arcflashfuming Process”所证明，该环境许可请求可在2002年10月31日就此主题举行的公开听证会前约两周公开获取。该请求还非常详细地说明了工艺本身、原料和产物(包括助熔剂成分，又名成渣剂)的组成、操作参数和设备设计。

WO2005/031014A1也描述了这种用于处理含锌残留物的烟化反应器，该反应器使用附接到等离子体炬上的浸没式等离子体燃烧风口作为其热源和气体源。WO 2008/052661A1描述了一种使用浸没式等离子体炬产生氧化气体混合物的Zn烟化方法，其中将固体还原剂送入熔体。

WO 2016/046593A1描述了使用来自浸没式等离子体炬的热气体射流对冶金装料进行熔炼和烟化，由此产生的热气体(更准确地说是“等离子体”)具有至少200MJ/kmol的焓。WO 2016/156394 A1描述了一种使用浸没式等离子体炬从冶金渣中烟化锌的工艺，由此产生的渣的锌含量最多为1.00wt％，并且当将渣精细研磨，并与硅酸钠以50/50混合作为活性粘结剂用于制造瓷砖时，净化的渣具有快速硬化的优点。

上述文件中所述的等离子体烟化炉仅使用等离子体发生器，即通过消耗电力产生非常高温热量的燃烧器作为热源，这在许多国家是成本相当高的热源。

然而，申请人已经发现，为了保持电弧运行和稳定，并且为了使来自等离子体发生器的热气体的焓含量保持足够高以形成期望的等离子体，可以由工业规模的等离子体发生器产生的气流仍然是有限的。这将在本文后面更详细地解释。因此，等离子体发生器可以提供的用于从炉中的液浴中汽提可蒸发物质的汽提气体的量是有限的。这也限制了从等离子体发生器注入的气体可以在炉中容纳的液浴中引起的搅动。

在渣烟化中，强还原条件是有利的，因为锌和其他可蒸发金属的氧化物可能需要还原到它们各自的金属单质形式，才能使金属变得可蒸发。强还原条件可以通过添加至少一种还原剂来获得，所述还原剂可以是气体、液体、固体或其组合，优选固体还原剂，优选碳，并且可以将还原剂加入到注入炉中的热等离子体气体中。由于每个等离子体发生器可提供的等离子体气体量很低，这种引入额外还原剂的方法仍然有限。然后，可通过将固体还原剂通过炉填充开口优选地滴到浴的表面上，将另外的还原剂加入到炉中。

然而，引入额外还原剂的这种另外的方法仍然存在一些待改进的方面。

气态还原剂如天然气不能通过这种加入方法通过炉填充开口引入，因为它不会到达在其中它将发挥其还原活性的液浴，因为这将要求气态还原剂逆着炉排气的流动行进。注入液体还原剂如燃料油也不太优选，因为它的蒸发引起高体积膨胀，在炉内引起起泡和飞溅，并且还原剂的一部分可能在其发挥其预定功能之前随排气带走。因此，选择合适的还原剂相当有限。

通常通过炉顶的填充和出口开口加入的额外还原剂必须通过炉顶的气体空间向下行进，然后才能到达液体表面。就在炉气体进入排气管之前，通常会引入额外的空气，以将蒸发的单质金属或金属化合物氧化成相应的金属氧化物。氧化物的沸点和熔点远高于相应的金属。所形成的氧化物很容易表现为夹带的烟道气粉尘，并本身可在炉排气系统的下游进一步回收。在其通过炉顶行进的过程中，因此使额外的还原剂与空气接触，并且在炉中的高温下，至少一部分还原剂在剩余部分能够到达液浴表面之前而容易被氧化。这种氧化产生的热量也没有到达液浴中，而是留在排气中。这些热量非但没有好处，反而成为排气处理系统的额外负担。

可能到达液浴表面的额外还原剂不能恰当地发挥其功能，除非它充分地混合到液浴中。然而，从等离子体发生器获得的气流不会引起非常强烈的浴搅动。

额外的还原剂还必须能够通过炉气体空间逆着汽提气体的上升流动向下行进，才可以到达液浴表面。因此，固体或液体还原剂的颗粒或液滴尺寸必须足够大，以避免颗粒和/或液滴与汽提气体过度夹带到排气处理系统中。然而，大颗粒每单位质量提供有限的表面，因此当它们混合到液浴中时，反应性较差。大多数还原剂如固体碳的密度远低于炉内的液浴。较大的颗粒表现出较高的浮力，因此具有较高的漂浮在液浴顶部的趋势，这进一步减小了固体还原剂和液浴之间的接触表面。

因此，加入额外还原剂的这种另外的方法明显缺乏效率和有效性。

因此，本领域中已知的等离子体产生的烟化工艺和烟化炉存在待改进的方面。仍然需要改进的等离子体驱动的烟化工艺和设备，其特别是通过更多的浴搅动和/或更多的烟化气体，以及以更高效和更有效的方式引入额外还原剂的可能性提供增加的烟化速率。

本发明旨在消除或至少减轻上述问题和/或提供总体改进。

发明内容

根据本发明，提供了一种如所附权利要求中的任一项所限定的设备和方法。

在实施方式中，本发明提供一种用于从冶金装料中烟化至少一种可蒸发金属或金属化合物的单室炉或设备，该单室炉或设备包括易于容纳多至确定的水平的熔化装料的浴炉，其中所述炉装备有至少一个用于产生等离子体质量(plasma-quality)第一热气体的非转移等离子体炬，以及至少一个用于将来自等离子体炬的第一热气体在所确定的水平以下注入的第一浸没式注入器，其中所述炉进一步包括补燃区和回收区，补燃区用于将烟化气体中的所述至少一种可蒸发金属或金属化合物氧化，以形成所述至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式，回收区用于从在所述补燃区中形成的气体中回收所述至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式，其特征在于，所述炉进一步装备有至少一个不同于所述第一浸没式注入器的第二浸没式注入器，第二浸没式注入器用于将额外气体在所确定的水平以下注入到所述炉中。

在另一个实施方式中，本发明提供了一种使用根据本发明的炉或设备，从冶金装料中烟化至少一种可蒸发金属或金属化合物的方法，所述方法包括以下步骤：

·将包括至少一种可蒸发金属或金属化合物的冶金装料引入炉中，并形成多至所确定的水平的熔化装料浴；

·使用至少一种还原剂和来自至少一个等离子体炬的等离子体质量热气体，从浴中烟化一定量的至少一种可蒸发金属或金属化合物，由此产生包括可蒸发金属或金属化合物的烟化气体；

·在所述补燃区中补燃所述烟化气体，以将所述至少一种可蒸发金属或金属化合物氧化成所述至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式，

·从炉中提取在炉中形成的气体，并从补燃步骤中形成的气体中回收所述至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式；

其特征在于，在烟化步骤的至少一部分期间，通过至少一个第二注入器将额外气体注入到浴中且在所确定的水平以下注入，从而增加包括可蒸发金属或金属化合物的烟气量。

在本发明的上下文中，术语冶金装料表示在火法冶金工艺步骤，优选地是作为有色金属生产工艺的一部分的步骤期间的任何时候可作为炉内容物或炉内装料或其一部分存在的一大类组合物。

优选地，冶金装料是第一渣，并且从根据本发明的方法获得的产物是第二渣，与第一渣中的可蒸发金属或金属化合物的含量相比，第二渣中的至少一种相同的可蒸发金属或金属化合物的含量降低。

在另一个实施方式中，本发明提供了根据本发明的炉用于从冶金装料中烟化至少一种可蒸发金属或金属化合物的用途。

申请人已经发现，通过将额外气体通过至少一个第二浸没式注入器注入熔化液浴中，可以显著地改善可蒸发金属或金属化合物从冶金装料的烟化，其中烟化步骤使用由第一浸没式注入器注入到熔化液浴中的来自等离子体炬的等离子体质量的第一热气体。

申请人发现，通过额外的浸没式注入器引入的额外气体为从熔化冶金装料中汽提可蒸发金属或金属化合物提供了额外的注入点和额外气体体积。申请人已经发现，在仅用来自等离子体炬的等离子体或热气体的体积来从铜熔炼厂渣中汽提锌的情况下，通过熔化渣浴上升的气泡中的锌浓度可以达到至多高达40％的摩尔百分比的值。因为锌烟化反应(I)充其量可以达到平衡，

ZnO+C→Zn(g)+CO(g) (I)

尽管在来自等离子体炬的等离子体质量热气体的极高温度下，该过程享有有利的平衡常数，但气泡中的高锌含量导致液浴中仍然留有相当数量的氧化锌。申请人已经发现，通过本发明可以显著地降低气相中的该浓度，这是因为通过额外的注入器使得额外气体可用于汽提，还因为它能够实现在整个液浴中增加还原剂的存在。由于可以由等离子体炬产生的热气体的量是有限的，申请人已经发现，将额外气体注入熔化液浴是有利的，并且由于通过不同于第一浸没式注入器的至少一个第二浸没式注入器的注入而特别有利。

因此，本发明的另一个优点还在于，本发明提供了注入熔化液浴中的至少一个更多的浸没式气体注入点。这带来了炉内熔化液浴的额外搅动的优点，这改善了浴中的混合，使温度和可能引入炉中的任何还原剂的分布更均匀，因此也促进了正在发生的化学反应，以及获得通过与还原剂反应形成的还原金属或金属化合物的更均匀的分布。因此，额外的浸没式气注入点也通过这些机制改善了烟化操作。

本发明的又一个优点是，它提供了至少一个额外的方式，用于进一步将还原剂引入炉内的熔化液浴中。由于至少一个第二注入器也是浸没式注入器，与通过炉顶部的填充和出口开口加入大颗粒固体和/或液体还原剂相比，该额外方式同时提供了更广泛的合适还原剂选择。在采用常规方式的情况下，通过填充开口落入炉内的任何焦炭颗粒应优选具有至少6mm范围内的平均粒径，使得大多数颗粒能够落在炉内，并且其被通过相同开口离开炉的排气的夹带受限，第二浸没式注入器提供了更广泛的合适还原剂选择。通过第二浸没式注入器引入的还原剂可以是气体、液体、固体或它们的组合，并且当为固体时，还原剂可以具有更细的粒度，这提供了额外的优点，即高表面/体积比和更大的接触面，从而当试剂与炉内的熔化液体浴接触时具有更高的反应性。还原剂的浸没式引入还带来了还原剂与液浴之间更紧密接触的优点。这一优点适用于还原剂的所有物质状态，但当还原剂是固体时，尤其是细碎的固体时，这一优点尤为突出。

因此，本发明实现的不仅仅是提供更多的用于从冶金装料中汽提可蒸发金属或金属化合物的汽提气体。额外的效果是额外的浴搅动，使炉内的浴更均匀，另一个额外的好处是可以以更高效的方式注入更多的以及可选地不同的和更有效的还原剂。这些额外的效果有助于进一步改进烟化，因为改进的条件有利于预定的化学反应。

具体实施方式

以下将在具体实施方式中并可能参考具体附图来描述本发明，但本发明不限于此，而仅由权利要求书来限定。所描述的任何附图都只是示意性的，并且是非限制性的。在附图中，为了说明目的，一些元件的大小可能被夸大，并且没有按比例绘制。图中的尺寸和相对尺寸不一定对应于本发明实践的实际缩减。

此外，在说明书和权利要求中，术语第一、第二、第三等用于区分相似元素，而不一定用于描述顺序或时间顺序。这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施方式可以以与这里所描述和/或所示的顺序不同的其他顺序操作。

此外，在说明书和权利要求书中，术语顶部、底部、上方、下方等用于描述的目的，而不一定用于描述相对位置。如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且在此描述的本发明的实施方式可以以与在此描述或示出的不同的其他方向上操作。

在权利要求中使用的术语“包括”不应被视为仅限于在上下文中列出的元件。该术语并不排除还有其他元件或步骤。该术语应被视为根据需要提供这些特征、整数、步骤或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件或其组的存在或添加。因此，“包括装置A和B的物品”的体积可以不限于仅由作用物A和B组成的物体。它意味着A和B仅是与本发明有关的主题的感兴趣的元件。根据这一点，术语“包括”或“包含”还包括更严格的术语“基本上由……组成”和“由……组成”。通过将“包括”或“包含”替换为“由……组成”，这些术语因此表示优选但较窄的实施方式的基础，这些实施方式也作为关于本发明的本文件内容的一部分提供。

除非另有规定，在此提供的所有范围包括多至给出的端点并包括给出的端点，并且组合物的成分或组分的值以组合物中每种成分的重量百分比或wt％表示。

除非另有规定，如本文所用，“重量百分比”、“wt-％”、“按重量计百分比”、“％按重量”、“ppm wt”、“按重量计ppm”、“重量ppm”或“ppm”及其变体是指一种物质的浓度，即该物质的重量除以组合物的总重量并乘以100或视情况1000000。可以理解的是，在这里使用的“百分比”、“％”意在与“重量百分比”、“wt-％”等同义。

应当指出，如在本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非内容另有明确规定。因此，例如，提及包含“一种化合物”的组合物包括具有两种或更多种化合物的组合物。还应当指出，术语“或”通常在其含义上使用，包括“和/或”，除非内容另有明确规定。

此外，本文中使用的每种化合物可以关于其化学式、化学名称、缩写等互换地讨论。

等离子体被认为是物质的第4种状态，通过高能方面的额外的类别完善了由固体、液体和气体形成的系列。当气体的温度升高时，至少一部分原子分离成离子和电子，形成电离气体，这就是“等离子体”，但也可以称为热等离子体气体，或被其他来源甚至简称为“热气体”。原子的电离可以是部分的，也可以是完全的，因此从气体到等离子体的转变是相当钝的。等离子体的一个决定性特征是电离需要持续，这意味着高温。

在非转移等离子体弧炬中，等离子体弧在炬体内的两个电极之间产生，气体流过炬体，通过电弧耗散的能量转化为等离子体。非转移等离子体炬与转移等离子体炬形成鲜明对比，在转移等离子体炬中，待处理的物质放置在电接地的金属容器中，并充当阳极，因此反应材料应该是导电材料。在转移等离子体中，阳极也可以由碳制成。然而，碳电极具有固定还原条件的缺点，从而大大降低了设备关于烟化过程的通用性。

为了获得等离子体，由等离子体发生器产生的等离子体气体的焓含量需要至少为1kWh/Nm³。因此，等离子体质量热气体具有至少1kWh/Nm³的焓含量。现有技术中已知的等离子体炬可以具有高达5，甚至7MW的功率。更典型的等离子体炬提供大约3MW，这意味着它不可能产生超过3000Nm³的等离子体质量热气体。更典型的操作系统提供的等离子体的焓含量在3.5-5.5kWh/Nm³范围内，这意味着3MW的等离子体炬通常在600-800Nm³/h的范围内产生等离子体质量热气体。因此，具有特定电功率的等离子体炬不能产生超过相应体积的等离子体质量热气体。

在等离子体炬的上下文中，所指出的气体体积只考虑被供给到等离子体炬且处于标准/正常条件下的气体体积。在本发明的上下文中针对由等离子体发生器(PG)产生的等离子体质量热气体的体积指出的体积仅包括通过PG本身的气体，即所谓的“一次气体”或“一次体积的气体”。因此，它们不考虑可以另外直接供给到下游风口的任何额外气体，在本发明的上下文中称为“二次体积的气体”，并且这些气体通常与来自等离子体发生器的等离子体质量热气体混合在一起，并与它们一起注入浴中。在这种混合之后，很可能混合气体不再符合限定词“等离子体质量”，因为每单位体积的焓含量可能不再符合本文件其他地方为此类气体指出的下限。所有这些气体体积数都是在“正常”条件下表示。因此，它们也不考虑任何体积变化，所述体积变化可能由于在等离子体发生器或其下游风口中可能发生的温度变化、压力变化、化学反应或相变化而发生。

浸没式注入器是指在气体源和注入点之间的连接管或风口，该注入点位于炉中的浴的水平或确定的液体水平之下，因此处于浸没的位置或在操作期间意在被浸没的位置。这确保了气体和熔化物质之间更直接和密切的接触。

风口或注入器应该优选是短的，以便引起最小的磨损和撕裂。这也确保了低热损失。在恶劣的温度条件下，风口可以冷却，以减少它们的磨损和撕裂。风口可以水平安装，在浴的水平下刺穿炉壁。可以供给风口的无论是等离子体燃烧的还是氧气燃烧的炬或燃烧器然后在炉外位于可浸没的(又称“浸没式”)位置。优选地，当炉中存在冶金装料的液浴时，向炬或燃烧器不断地供给气体，以避免熔化物质回流到风口中，这否则会导致风口浸没，可能会给风口带来严重的损坏，也可能会给可能给风口供给的炬或燃烧器带来严重的损坏。替代性地，风口可以安装成一定角度，该角度仍能吹入浴，但允许燃烧器或炬驻留在浴的水平以上和炉外。这种布局使得风口稍微长一点，但它可以布置成使得它也可以保证没有熔化物质将能够回流到燃烧器或炬中。虽然这在大型炉中可能不太推荐，风口也可以竖直放置。用于注入额外气体的风口可以类似地布置，即垂直于炉壁或以与炉壁成不同的角度浸没和刺穿炉壁。

非转移等离子体炬是指使用电弧保持在炬单元内部的电极之间的等离子体炬的热气体发生器。气体通过输入端口进入流通室，在流通室中保持电弧。气体加热到极端温度，并作为至少部分地为等离子体的等离子体质量热气体通过输出端口排出。

在等离子体炬和至炉的注入点之间，可以向从炬到注入点的流中加入额外的物质，如防护气体或稀释气体。在本发明的上下文中，由等离子体炬产生的热气体的量仅包括通过等离子体发生器的一次气体，而不包括二次气体的加入，如可以在等离子体炬本身和注入点或风口之间加入的任何附加气体或其他物质，来自等离子体炬的等离子体质量的第一热气体通过该注入点或风口注入到炉中。

氧气燃烧器是指混合和燃烧含碳燃料和含氧气体的热气体发生器。为了容易地达到氧气燃烧器正常工作所需的高温，所述含氧气体优选富含氧气，更优选为具有低水平惰性组分的基本上纯氧。这不仅使火焰温度更高，而且也减少了随着炉排气系统并需要由炉排气系统处理的惰性气体的量。氧气燃烧器的混合区在燃烧器单元内部，而氧气燃烧器的燃烧区可以在燃烧器单元内部或外部。

本发明的上下文中的冶金装料可以是在用于生产有色金属的火法冶金工艺步骤中可以以液态熔化状态出现的任何组合物。因此，冶金装料可以例如是包含至少一种有色金属的熔化金属组合物，但也可以是在这样的工艺步骤中出现的熔化渣相。冶金装料可以是熔化液体的形式，但也可以具有任何种类的固体形式，例如，装料可以是集料的形式，该集料可通过将来自在其中进行了火法冶金工艺步骤的炉的液态熔化相冷却或颗粒化而获得。

冶金渣通常不是纯物质，而是许多不同成分的混合物。因此，冶金渣没有明确的熔化温度。在本领域中，通常使用术语“液相线温度”，即渣完全为液态的温度。

正如背景技术部分所提到的，“烟化”是早在20世纪60年代就已经在火法冶金领域中商业化使用的一种操作。技术人员清楚地知道，特定的金属或金属化合物可以通过用气体汽提，也称为“烟化”从冶金装料中蒸发，这是在接近大气压的压力下进行，因此不需要像从锡中蒸馏铅那样的深度真空。这种能力是由于可蒸发金属或金属化合物的蒸汽压比装料中剩余其他化合物中的大多数的蒸汽压高得多。因此，这种化合物在本领域中被认为和称为是从冶金装料中“可蒸发的”。

众所周知的例子是从其他火法冶金组分中烟化锌。锌的这种烟化甚至可以作为另一个火法冶金步骤的一部分进行，另一个火法冶金步骤如通过在铜熔炼步骤或铜精炼步骤中产生的排出的烟气除去(通常是一部分)锌。不太频繁的是，烟化可以作为单独的工艺步骤来执行，例如，如Michael Borell描述的“箱式烟化器”或ScanArc的作者所描述的，如上文所讨论的。如上所述，当冶金装料是渣时，锌可能主要作为其非挥发性氧化物ZnO存在于装料中，因此可能需要通过首先将氧化物还原为单质金属来实现烟化，单质金属是一种可以通过烟化来汽提的化合物。另一个例子是在从含铜废料中回收铜的过程中，通过铅和锡的挥发，以其氧化物的形式回收铅和锡，如US 3,682,623的背景技术部分所述。此外，诸如铋、铟和/或锗的元素也已知是可蒸发的金属或具有在本发明的上下文中可蒸发的金属化合物。可蒸发的金属化合物可以是相应的氧化物、氯化物和/或硫化物。

在本文件中，除非另有规定，否则金属和氧化物的量按照火法冶金的典型做法表示。每一种金属的存在通常以它的总存在来表示，无论该金属是以其单质形式(氧化态＝0)还是以任何化学结合的形式，通常以氧化形式(氧化态>0)存在。对于可以相对容易还原成单质形式并且在火法冶金过程中通常可以以熔化金属形式出现的金属，即使在给出渣组成，其中此类金属大多数实际上可能以氧化形式存在时，也相当常见地用单质金属形式来表示它们的存在。因此，诸如根据本发明的渣之类的渣的组成指定了作为单质金属的Fe、Zn、Pb、Cu、Sb、Bi的含量。较少的贵金属在有色火法冶金条件下更难还原，而且大多以氧化形式出现。这些金属通常以其最常见的氧化物形式表示。因此，渣组成通常给出分别以SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O表示的Si、Ca、Al、Na的含量。

由于渣中与更贵金属结合的氧未反映在只提供单质金属含量的组成中，因此根据这种方法报告的渣组成总量通常不接近100wt％。

在根据本发明的设备或炉的实施方式中，所述设备装备为通过所述至少一个第二注入器注入总量为等离子体质量热气体量的至少10％，优选至少15％，更优选至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％或55％，更优选至少60％，优选至少70％，更优选至少75％、80％、90％、100％、110％、120％、125％、130％、140％、150％、175％、200％、225％，甚至更优选至少230％的额外气体，所述等离子体质量热气体量当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的等离子体时，可由该炬中具有最高额定功率的单个元件产生。可选地，所述设备装备为通过所述至少一个第二注入器注入量为等离子体量的至多500％，优选至多450％，更优选至多400％、350％、325％、300％、290％、280％、275％、265％、260％、250％、240％、220％、210％、200％、180％、165％、150％、135％、120％、110％、100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％，甚至更优选至多20％的额外气体，该等离子体量当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的等离子体时，可由炬该中具有最高额定功率的单个元件产生。申请人已经发现，本发明的主要优点是可已经由通过第二注入器注入更接近所指出的下限的额外气流量而实现，特别是当将额外气流用作额外还原剂的载体时，特别是当如煤粉或石油焦粉的细粉末用作额外还原剂时。申请人已经发现，当额外气体的量进一步增加时，在上面的发明内容部分中详细说明的本发明的优点可以进一步增强。然而，申请人也优选遵守所指出的上限，以减少液浴的飞溅和起泡的风险，从而减少在风口和炉结构的其余部分上的振动和其他类型的动态应力，以及减少需要在炉顶下游，例如通过补燃区和回收区处理的气体的体积。

在根据本发明的炉或设备的补燃区中，将烟化气体中的至少一种可蒸发金属或金属化合物氧化，形成该至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式。这一步骤的目的是减少烟化气体存在的安全隐患，并使金属更容易地从烟化气体中回收。

在炉顶部形成的烟化气体存在安全隐患。气体很热。所述气体中包含的蒸发金属或金属化合物典型地代表金属的还原形式，因此当暴露于氧化条件下，如与氧气接触时，也具有高度的反应性。因此，在炉顶部形成的烟化气体存在重大的安全隐患。任何以不受控制的方式进入设备并与来自炉的烟化气体接触的氧气，例如为可以在设备的排气处理部段被吸入炉顶或其下游的部分环境空气，将容易反应和氧化蒸发的金属或金属化合物，这是高度放热的反应。在控制不充分的条件下，例如在混合低和/或特别是在相对停滞的区域中混合低的情况下，这种热气体与氧气的结合几乎不可避免地会导致不受控制的燃烧，甚至可能导致气体云爆炸。

在稳定和相对快速流动的气体流中，并且在混合良好的情况下，这种气体与已知进入的空气或另一氧气源的结合能够产生可以保持稳定和良好控制的火焰前缘。因此，作为本发明的一部分，申请人提供了补燃区，在该补燃区中，以受控的方式将来自烟化炉顶部的热气体吸走，使其进入稳定和相对快速的流动运动，并与氧气强烈混合，使得气体混合物中的条件从还原变为氧化。良好的混合和高温所带来的结果是在从炉顶抽出的气流中发展并建立火焰前缘，以及该火焰前缘可以很容易地保持在稳定的状态。申请人更优选在烟化炉上方的空间中提供该火焰前缘，其优点是来自稳定火焰前缘的辐射仍然可以到达炉中的液浴，并可以将来自火焰前缘的一些热量返回到液浴中。

补燃步骤或补燃区的所带来的另一个结果是，炉顶部的热和高反应性的气体存在的安全隐患仍然局限于火焰前缘上游的气体体积。

所述至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式最典型地是金属氧化物。金属或金属化合物的氧化物形式通常是非挥发性的，并且通常形成夹带在气流中的细颗粒粉尘，这使得氧化物形式更容易从中回收。

根据本发明的炉进一步包括回收区，回收区用于从在补燃区中形成的气体中回收至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式。根据本发明的方法进一步包括从在炉中形成并已经历补燃步骤的气体中回收至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式的相应步骤。

在根据本发明的设备或炉的实施方式中，该设备包括多个第二注入器，每个注入器装备为通过每个第二注入器注入量为等离子体质量第一热气体量的至少10％，优选至少15％，更优选至少20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％，更优选至少55％，更优选至少60％，更优选至少65％，甚至更优选至少70％，再更优选至少75％，更优选至少80％的额外气体，该等离子体质量第一热气体量可当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，由该等离子体炬中具有最高额定功率的单个元件产生。可选地，每个第二注入器装备为通过第二注入器注入量为等离子体质量热气体量的至多200％，优选至多190％，更优选至多180％、170％、160％、150％、140％、130％、125％、120％、115％、110％、105％、100％、95％，甚至更优选至多90％的额外气体，所述等离子体质量热气体量当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的等离子体时，可由该炬中具有最高额定功率的单个元件产生。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备连接到至少一个压缩气体供应源，和/或装备有用于将压缩气体供应到至少一个第二注入器的压缩机。申请人已发现，这提供了向炉供应额外气体的非常方便的方法。术语“压缩机”可以从其非常广泛的含义来解释，并且可以例如包括燃气涡轮机，从该涡轮机可以在大气以上的压力下获得燃烧气体。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，用于向设备供应额外气体的供应源包括选自由氢气、氮气、空气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及它们的组合组成的组中的气体源，优选氮气或空气，更优选空气，甚至更优选压缩空气。申请人已经发现，氮气和空气，优选是压缩空气是作为要注入炉中的额外气体的基础的非常方便的气体。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备包括在至少一个第二注入器上游的用于对额外气体进行热处理的装置，以改变该额外气体的焓含量，优选地，用于对额外气体进行热处理的装置包括至少一个热交换器。如果在操作过程中，向炉供应的气体的温度低于炉内液体浴的温度，则申请人优选在气体通过至少一个第二注入器注入之前加热气体。这降低了额外气体的注入可以对炉造成的冷却效果，并使炉上的热平衡更容易保持。优选地，这种加热至少部分利用了处理来自炉的排气的系统中的可用的热量。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备进一步装备有在至少一个第二注入器上游的用于将还原剂引入到额外气体中的装置。如上面在发明内容部分中所解释的，通过至少一个第二注入器将额外气体注入到炉中表示将还原剂加入到炉中的额外入口点。此外，由于至少一个第二注入器是浸没式的，合适还原剂的选择非常广泛。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，要引入的还原剂可选自气体、液体、固体及它们的组合。申请人已经发现，根据本发明的额外气体的注入就可以方便地引入的还原剂的体积或重量而言是适用于广泛的还原剂的载体，不仅当还原剂是气体或液体时，而且也当还原剂是固体时。此外，固体还原剂可以具有非常细的粒度，从而提供高的表面/重量比，并因此提供用于参与目标化学反应的高反应活性。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备包括用于控制要由第二注入器注入到浴中的额外气体的λ的装置。lambda(“λ”)是指一个非常方便的参数，通常用于燃烧器和可燃燃料，特别是内燃机，该参数表示在分子中的实际空燃比与在分母中的相同燃料按化学计量的空燃比。如果空气/燃料混合物处于充分燃烧的化学计量比，则其λ为1.0。申请人将该λ参数应用于其中存在氧气以及可以容易地与氧发生反应的另一种物质，如可燃物质的所有气态混合物，其中另一种物质可以是气体、液体或固体，或它们的组合。申请人已经发现，控制通过至少一个第二注入器注入的额外气体的λ是控制炉内气氛的非常方便的手段，从而设置气氛是中性的、氧化的还是还原的，以及氧化的还是还原的程度。申请人已经发现，根据本发明的设备中的还原剂的额外加入点是高度通用的，并且控制待注入的额外气体的λ提供了一种用于控制炉内的氧化还原条件，并因此调控炉内发生的化学反应的非常方便的方法。申请人已经发现，额外气体的注入与来自等离子体发生器的热气体的注入的组合能够得到宽范围的氧化还原条件，由此，与诸如使用天然气燃烧器的更传统的加热装置不同，氧化还原条件可以基本上独立于输入到炉中的热地设置。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备装备为注入作为额外气体的一部分的氧气和气态或液体燃料，并且使得额外气体在至少一个第二注入器中或在该第二注入器上游的另一位置处的速度高于作为额外气体的一部分的燃料的火焰传播速度。申请人已经发现，可以通过将气态或液态燃料作为额外气体的一部分注入来提供至炉内的额外热输入，优选当额外气体还进一步包含氧气时，即使在额外气体在到达液浴之前没有被加热或点燃，并因此燃料和氧气没有反应的情况下，也是如此。通常，炉内液浴的温度大大高于额外气体中的燃料和氧气开始反应的温度，即使没有点燃源，一旦它们被注入液浴中，它们可以容易反应。本申请人优选该实施方式，因为他们已经发现，否则这种反应可能逆着在至少一个第二注入器上游的导管中以及在第二注入器本身中的额外气体的流动方向向上游行进。这种“回火”现象可能导致导管或注入器中的热释放，从而导致温度升高，并因此导致磨损和撕裂，或者甚至导致注入器上游和/或内部的额外气体爆炸。申请人已经发现，如果设备装备成使额外气体在第二注入器中或在其上游的另一位置的速度高于额外气体中火焰传播速度，则可以降低由于注入器内部或上游的这种加热而造成的设备损坏的风险。另一个优点是额外气体在较低的温度下注入，这进一步减少了第二注入器上的磨损和撕裂。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备装备为限制注入燃料的量，使得注入燃料在炉的预定操作条件下的燃烧使额外气体的焓增加，使得在至浴的注入点处的额外气体的温度至多为操作期间在炉中的熔化装料的温度。这也有助于降低第二注入器的磨损和撕裂。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，所述至少一个第二注入器将其额外气体朝向第二体积，该第二体积作为所述炉的内部空间的一部分在预先确定的水平以下，第二体积不同于所述至少一个第一注入器将其第一热气体朝向的第一体积。申请人已经发现，该特征增强了在上面的发明内容部分中说明的与本发明相关联的优点，包括改进的浴搅动、更均匀的液浴组成、改进的化学反应、最肯定的是可蒸发金属或金属化合物从液浴中的改进汽提。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，所述至少一个第一注入器位于炉的侧壁中，其中所述至少一个第二注入器优选沿着所述炉的水平周界位于与所述至少一个第一注入器相对的炉壁中，在与所述至少一个第一注入器基本上相同的高度延伸。申请人已经发现，该设置对于获得如在上面的发明内容部分中所解释的本发明的期望效果非常方便和有效。所述至少一个第一注入器可以在大约垂直于所述炉的侧壁的方向上注入其额外气体。然而，申请人优选以与水平面成角度向下或向上注入额外气体，因为额外气体为液浴中的竖直流通带来额外的驱动，这改善了液浴搅动，并且还将更多可能漂浮在液浴顶部的还原剂吸入液浴的主体中。申请人优选向上的方向，因为这可以更好地在液浴中创建环面形状的流通路径。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备包括沿着炉侧壁的水平周界分布的至少两个且优选至少三个第一注入器，由此至少一个第二浸没式注入器将其额外气体朝向作为炉的内部空间的一部分的体积，该体积在预先确定的水平以下，大约靠近炉的竖直轴线，和/或至少一个第二浸没式注入器沿着炉侧壁以约相等的距离位于至少两个第一注入器中的两个最近第一注入器的位置之间。在至少一个第二浸没式注入器沿炉侧壁的实施方式中，至少一个第二注入器优选地将其注入的额外气体朝向在预定水平以下的作为炉的内部空间的一部分的体积，该体积不同于第一注入器将其第一热气体指向的体积。申请人已经发现，这增强了在上面的发明内容部分中详细说明的由本发明获得的有利效果。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备进一步装备为在至少一个第一注入器上游将还原剂引入到第一热气体中。这带来的优点是，甚至更多的还原剂可以引入到炉中，超过通过其他方式，例如与额外气体一起可以引入的量和/或通过进料口加入的量。可通过至少一个第一注入器引入的附加还原剂的量与输入到炉中的焓无关。因此，这种引入还原剂的方法非常便于控制炉内气氛的氧化还原性质。一个额外的优点是，通过第一注入器引入的还原剂与炉的最高温度焓输入一起引入。在较高的温度下，所需的锌烟化反应(I)的平衡常数有利于锌金属的生成，锌金属是一种可蒸发的物质。因此，与第一热气体一起引入的还原剂的有效性更高，而且由于这种注入也通过浸没式注入器进行，因此它也是高效的，因为第一热气体与液浴中的液体的高度密切接触，这意味着几乎没有这种还原剂可以不与来自液浴的液体接触而到达液浴表面。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，要在至少一个第一注入器上游引入的还原剂可选自气体、液体、固体及它们的组合。申请人已经发现，通过第一注入器从等离子体炬引入第一热气体为引入额外还原剂提供了非常通用的选择，因为它在还原剂选择方面，特别是在其物质状态方面，而且也在可以引入的数量方面具有很强的宽容性。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备进一步装备有至少一个氧气燃烧器，至少一个氧气燃烧器用于产生多于来自至少一个等离子体炬的等离子体质量第一热气体的量的额外第一热气体。这带来的优点是，可以向炉提供高于由等离子体发生器提供的焓输入的额外焓输入。这可以促进在炉、设备和/整个过程中保持有利的热平衡。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，其中所述设备装备有至少一个浸没式第三注入器，该浸没式第三注入器用于在所确定的水平以下注入额外第一热气体。这带来了使额外的第一热气体和液浴之间高度密切接触的优点，这有利于热从额外的第一热气体向炉内的液浴传递。这使得传热非常有效。

在根据本发明的包括至少一个氧气燃烧器的炉或设备的实施方式中，所述至少一个氧气燃烧器位于所确定的水平以下。

在根据本发明的设备的实施方式中，等离子体炬位于所确定的水平以下。

将热气体和/或等离子体发生器位于所确定的水平以下的特征允许非常短的连接管，热气体或等离子体发生器可在炉外部位于注入点处。然而，需要采取措施来避免炉内熔化物质淹没发生器。因此，可以使用通过注入器的连续保护气体流。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，将补燃区作为单室炉的一部分设置在所确定的水平以上。优选地，补燃区设置在液浴上方，因为辐射热可以从补燃区返回到炉中的液浴上。如本文件其他地方所解释的，在补燃区中建立氧化条件，以将可蒸发金属或金属化合物氧化成相应的氧化形式。通过在烟化步骤中产生的还原形式的氧化的完全转化而获得的一个主要效果是，含有氧化形式的气体不再是高度可燃的，因此来自烟化步骤的气体所存在的安全隐患得到遏制，并在下游由补燃区或步骤除去。补燃步骤的次要目的是还将大部分一氧化碳氧化成二氧化碳，和/或将氢氧化成水，所述一氧化碳可能是在烟化步骤中由还原剂中的碳与例如渣中作为金属氧化物存在的氧反应而生成。这进一步减少了安全隐患，并且也使对炉排气的进一步处理，包括任何最终向大气的排放更容易、更安全和更环保。

优选地，申请人通过向烟化气体中引入氧化剂来进行补燃，优选地，氧化剂是氧气。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，补燃区包括与含氧气体的供应源连接的连接部，所述含氧气体优选地选自空气、富氧空气和纯化的氧气。申请人优选使用空气，因为它随时可用。优选地，申请人通过将含氧气体注入到离开炉顶的烟化气体流中来引入氧。典型地，离开炉顶的烟化气体处于低于大气的压力下，这是因为下游排气处理产生的气流，下游排气处理通常包括至少炉烟囱和可选地在烟囱上游的引风机。因此，可以在大气压下提供含氧气体。申请人优选提供高于大气的压力下的含氧气体，因为这在含氧气体的源和通过如所述产生的天然的或引吸的气流吸入炉排气处理设备的烟化气体之间提供了更高的压力差。更高的压力差带来的优点是，更容易更准确地控制进入烟化气体的含氧气体的流量。

在更简单的实施方式中，申请人在将炉与下游排气处理设备连接的管道中提供至少一个通向大气的开口，通过该开口可以吸入环境空气。优选地，导管中开口的大小是可控的。可以提供多个开口，从而提供含氧气体与烟化气体更快和更密切地混合的优点。

申请人已经发现，在补燃区可以形成稳定的火焰前缘，在该火焰前缘中发生氧化反应。申请人已经发现，随着使烟化气体更快地移动，并且随着与含氧气体的混合更快和/或更强烈，火焰前缘更稳定。

本申请人优选为补燃区或步骤提供大量过量的氧化剂，使得补燃区中的氧化反应基本上是完全的。这就保证了补燃区或步骤及其上游的安全隐患得到完全遏制。它还保证最终排放的排气基本上不含一氧化碳，也不含氢气，一氧化碳是一种有毒气体。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，该设备进一步包括在回收区上游的冷却区，冷却区用于冷却在补燃区中正在形成或已经形成的气体。冷却可以以各种合适的方式进行。

一个合适的方式是提供所谓的废热锅炉，即换热器，其中来自补燃步骤的气体的热量被用来产生蒸汽。其优点是热量用来产生蒸汽，并且蒸汽可以在其他地方用来输送动力或热量，在该地方这些动力或热量可以被利用。因此，废热锅炉与其他替代方案相比的高投资成本可以通过产生的蒸汽的价值来补偿。然而，并不总是有适当大小的蒸汽消耗器可用在根据本发明的炉的附近。

另一种合适的冷却方式是利用辐射水冷却器，其中冷却剂侧的水流通足够快，以避免蒸汽产生，从而只产生热水。优选地，一旦由水移除了大部分热量，水就再循环到辐射水冷却器中。该热水也可以优选地在供热服务中进行有经济价值的使用，例如用于为多个住宅建筑供暖，并且更优选地，水在用于供热服务之后再循环。此外和/或作为替代方案，热水可以在常规冷却塔中冷却。在将剩余的水返回到辐射水冷却器之前，需要补充冷却塔中蒸发的水量。因为在这样的水循环中，盐类积累，循环通常还必须提供排放流，排放水量也需要补充。辐射水冷却器还具有不改变需要在冷却步骤的气体侧下游处理的气体的量的优点。辐射水冷却器的另一优点是该冷却步骤可以与补燃区结合，这意味着补燃步骤可以在辐射水冷却器内部执行。该实施方式进一步简化了设备，从而降低了投资成本。

又一种冷却方式是喷雾冷却或“蒸发冷却”。这种方法包括向热气体流中注入水，注入的水从气体流中提取该水的蒸发热。该方法高效且快速，所需设备少，因此投资成本低。缺点是这种方法增加了需要在冷却步骤下游处理的气体的体积。

另一个合适的方法是使用气体/气体热交换器，其中来自补燃步骤的气体位于热交换器的一侧，例如环境空气位于热交换器的另一侧。这带来了体积紧凑和不增加需要在冷却步骤下游处理的气体的流量的优点。

优选的冷却步骤可以包括从上面列出的冷却方法中选择的许多类似或不同的冷却方法。合适的组合可以例如是在热入口侧首先设置辐射水冷却器，以将来自补燃步骤的气体的温度从例如约1500℃降至例如约1000℃，然后设置喷雾冷却器，以将气体温度进一步降至约200℃，这对于在随后的回收区中使用的设备来说可能足够低。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，回收区包括气体过滤区，优选地，气体过滤区包括至少一个气体过滤布。申请人优选使用由聚四氟乙烯(PTFE)布制成的过滤器套筒，因为它们能够承受高达260℃的处理温度。

典型地，气体处理顺序中的最后一个设备是鼓风机或通风机，鼓风机或通风机用于将气体从回收区推入排放烟囱，并且还用于通过补燃区、可选的冷却区和回收区的顺序吸入气体来增强上游的通风。使用鼓风机或通风机带来的优点是，降低了排放烟囱的自然通风要求，从而使烟囱可以建造得不那么高。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，炉具有大致圆筒形的形状，优选地，所述炉还具有朝着较小的圆形底部逐渐变窄的锥形下段，其中炉的圆筒形形状具有最大内径d，并且炉从下到上具有总内部高度h，h与d的比值为至少0.75，优选至少0.80，更优选至少0.85，更优选至少0.90，再更优选至少0.95，更优选至少1.00，更优选至少1.05，更优选至少1.10，再更优选至少1.15，更优选至少1.20，更优选至少1.25，更优选至少1.30。在本发明的上下文中，炉的内径是炉壁的两个相对表面之间的距离，在存在耐火衬里的情况下，是在建造时炉中耐火衬里的表面之间的距离。内径被认为排除了冻结渣(即可以被称为“冻结衬里”的层)表面的任何可能积聚。申请人已经发现，这一特点带来的优点是在运行过程中炉浴中的熔化物质的飞溅较少。这种飞溅的熔化物质可以抵靠任何固体和较冷的表面，如炉进料口和/或炉排气管道固化，在那里它可能由于其高温而引起问题，并且在那里这种材料增长可能引起其他运行问题，如损害气流和/或进料引入能力。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，炉包括锥形下段，并且其中所述所确定的水平大约在圆筒形形状转换成锥形下段时的高度处。申请人已经发现，锥形下段提供了一种非常方便的设置，其中大多数浸没式注入器，也优选用于这些浸没式注入器的相应进料提供器可以被布置成以最小的连接管道非常有效地注入到炉内的液浴中，同时也限制了设备可能占用的占地空间量。这种布置带来了使第一注入器更接近炉的中心竖直轴线的优点，这有利于浴搅动。这种布置还在底部部段提供了更强的搅动，第一热气体注入该底部部段中，并且在设备在较小底部部段分的炉壁中设置有风口的实施方式中，额外气体也注入该底部部段中，而在顶部部段中，由于较大的直径，飞溅较少。另一个优点是，在顶部部段中可以形成环面形式的液体流，这有利于拉动可能漂浮在浴内液面顶部的任何固体还原剂颗粒。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，炉设置有内部耐火衬里，特别是在可能与熔化金属和/或冰铜发生接触的地方。这带来的优点是可以加工或处理具有高熔化温度和/或高液相线温度的冶金装料。耐火衬里优选地设置在其中可能出现游离熔化金属和/或冰铜相的底部部段中，从而带来了对这些液体的化学和/或机械侵蚀的抵抗性增加的益处。

在根据本发明的炉或设备的实施方式中，其中炉的外围壁是水冷的。申请人已经发现，这有利于设备对在运行期间在炉内可能出现的非常高的温度的抵抗性的寿命更长。一个额外的益处是，可以在炉内抵靠炉侧壁形成冻结衬里。这种冻结衬里可以提供对运行期间炉内可能的非常高的温度的额外隔热，并为可能已经设置在炉壁上的耐火材料提供额外的保护。

在根据本发明的方法实施方式中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体量为等离子体质量第一热气体量的至少10％，优选至少15％，更优选至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％或55％，更优选至少60％，更优选至少70％，更优选至少75％、80％、90％、100％、110％、120％、125％、130％、140％、150％、175％、200％、225％，甚至更优选至少230％，该等离子体质量第一热气体量可当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由该炬中具有最高额定功率的单个元件产生。可选地，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体量为等离子体量的至多500％，优选至多450％，更优选至多400％、350％、325％、300％、290％、280％、275％、265％、260％、250％、240％、220％、210％、200％、180％、165％、150％、135％、120％、110％、100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％，甚至更优选至多20％，该等离子体量当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由该炬中具有最高额定功率的单个元件产生。申请人已经发现，本发明的主要优点可能已经通过经过第二注入器注入更接近所指出的下限的额外气流量而实现，特别是当额外气流用作额外还原剂的载体时，特别是当细粉末如煤粉或石油焦碳粉用作额外还原剂时。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中所述设备包括多个第二注入器，通过每个第二注入器注入的额外气体量为等离子体质量第一热气体量的至少10％，优选至少15％，更优选至少20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％，更优选至少55％，更优选至少60％，更优选至少65％，甚至更优选至少70％，再更优选至少75％，更优选至少80％，该等离子体质量第一热气体量当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由该炬中具有最高额定功率的单个元件产生。可选地，每个第二注入器注入的额外气体量为等离子体质量第一热气体量的至多200％，优选至多190％，更优选至多180％、170％、160％、150％、140％、130％、125％、120％、115％、110％、105％、100％、95％，甚至更优选至多90％，所述等离子体质量第一热气体量当至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由该炬中具有最高额定功率的单个元件产生。

在根据本发明的方法的实施方式中，通过至少一个第二注入器注入的额外气体包括选自由氢气、氮气、空气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及它们的组合组成的组中的至少一种气体，优选氮气或空气，更优选空气，甚至更优选压缩空气。申请人已经发现，氮气和空气，优选压缩空气是作为要注入炉中的额外气体的基础的非常方便的气体。

在根据本发明的方法的实施例中，将通过至少一个第二注入器注入的额外气体在至少一个第二注入器的上游进行热处理，以便改变其焓含量，优选地，通过使用至少一个热交换器来执行额外气体的热处理。如果气体在低于炉内液浴温度的温度下供应到炉中，申请人优选在气体通过至少一个第二注入器注入之前加热气体。这降低了额外气体的注入可以对炉造成的冷却效果，并使炉上的热平衡更容易保持。优选地，这种加热至少部分地利用可在处理来自炉的排气的系统中获得的热量。

在根据本发明的方法的实施方式中，进入至少一个第二注入器的额外气体的温度至多等于炉中浴的温度，优选低于浴的温度至少20摄氏度，更优选低于炉中浴的温度至少50摄氏度，甚至更优选至少100摄氏度，再更优选至少200摄氏度。这带来的好处是在注入点或风口上有较少的磨损和撕裂。可选地，进入至少一个第二注入器的额外气体的温度低于炉内浴的温度至多400摄氏度，优选低于炉内浴的温度至多350，更优选至多300，甚至更优选至多250，优选至多200，更优选至多150，甚至更优选至多100，优选至多75，更优选至多50，甚至更优选低于炉内浴温度至多25摄氏度。这带来的优点是固化渣在注入点或风口的嘴上积聚的风险较低，固化渣在注入点或风口的嘴上积聚可能是由通过注入点或风口并进入炉的额外气体的冷却效应所造成。

在根据本发明的方法的实施方式中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体包括至少一种第一还原剂，优选地，所述至少一种还原剂选自由包含除氧和惰性气体以外的元素并且能够在炉内条件下与氧反应的任何物质组成的组，优选含有易氧化的化学结合形式的碳和/或氢的任何物质，更优选地，还原剂选自由天然气、气态和/或液态烃、燃料油、橡胶、塑料组成的组，优选由至少一种聚烯烃制成的塑料，更优选废橡胶和/或塑料、木炭或焦炭及它们的组合，甚至更优选焦炭，再更优选石油焦炭，石油焦炭是原油加工的高富碳副产物。如上面在发明内容部分中所解释的，通过至少一个第二注入器将额外气体注入到炉中表示将还原剂加入到炉中的额外入口点。此外，由于至少一个第二注入器是浸没式的，合适还原剂的选择非常广泛。

在使用第一还原剂的根据本发明的方法的实施方式中，第一还原剂是固体，优选颗粒形式的固体，更优选平均粒径为至多6mm，甚至更优选至多5、4、3、2或1mm，优选至多500μm，更优选至多250、200、150、100或甚至50μm的颗粒。申请人已经发现，合适的固体还原剂有各种种类和品质，并且可从各种来源获得。此外，这些合适的固体还原剂中的一些几乎没有它们能够要求任何显著的经济价值的替代性处置。因此，这些固体还原剂代表了根据本发明使用的非常有趣的来源。正如在本文的其他地方所解释的，较小的颗粒大小带来了提供更高的表面重量比以及更小的浮力，并因此能更高效地以及更有效地使用还原剂的优点。

在根据本发明的方法的实施方式中，通过至少一个第二注入器注入的额外气体进一步包括氧气和一定量的燃料，该量的燃料通过其在炉中的运行条件下的燃烧而适合于给炉带来焓输入，该焓输入补偿在额外气体在注入点处温度低于炉中熔化装料的温度的情况下，额外气体可以给炉带来的冷却效果的至少50％。本申请人优选加入的燃料量补偿所述冷却效果的至少75％，优选至少100％。本申请人已经发现，输入到炉中的额外热量可以通过注入气态或液态燃料作为额外气体的一部分来提供，优选当额外气体还进一步包含氧气，更优选至少足以达到额外气体的期望λ的氧气时。通常，炉内的液浴温度高于额外气体中的燃料和氧气开始反应的温度，即使没有点燃源也是如此。在额外气体中存在足够的氧气的情况下，一旦额外气体与熔化的炉装料发生接触，加入的燃料就很容易燃烧。申请人已经发现，气体流可以容易地设置得足够高，使得燃烧反应不会逆着第二注入器和/或通向至少一个第二注入器的管道中额外气体的流动方而向上游行进。因此，这种“回火”现象的风险非常低。申请人已经发现，如果额外气体在第二注入器中或在第二注入器上游的另一位置达到高于额外气体的火焰传播速度的速度，则可以容易地消除由于注入器内部或上游的这种加热而造成的设备损坏的风险。申请人已经发现，这一条件很容易得到满足。

在根据本发明的方法的实施方式中，通过至少一个第二注入器注入的额外气体的第一λ(仅考虑气态和液态可燃物)小于1.0，优选至多0.9，更优选至多0.8，甚至更优选至多0.7，再更优选至多0.6。lambda(“λ”)是指一个非常方便的参数，通常用于燃烧器和可燃燃料，特别是内燃机，该参数表示分子中的实际空燃比与分母中的相同燃料按化学计量的空燃比的比。如果空气/燃料混合物按化学计量比，则其λ为1.0。申请人将该第一λ参数应用于其中存在氧气以及可以容易与氧气发生反应的另一种物质如可燃物质的所有气态混合物，其中该另一种物质是气体或液体，或它们的组合。申请人已经发现，如果在该方法中不使用固体还原剂，对通过至少一个第二注入器注入的额外气体的第一λ的控制是控制炉内气氛的非常方便的手段，从而设置气氛是中性的、氧化的还是还原的，以及氧化还是还原的程度。申请人已经发现，在根据本发明的设备中用于还原剂的额外加入点是高度通用的，并且控制待注入的额外气体的第一λ和/或第二λ(如下文进一步描述)提供了一种用于控制炉内的氧化还原条件，并因此调控炉内发生的化学反应的非常方便的方法。申请人已经发现，额外气体的注入与来自等离子体发生器的第一热气体的注入的组合能够得到宽范围的氧化还原条件，由此，与诸如使用天然气燃烧器的更传统的加热手段不同，氧化还原条件可以基本上独立于输入到炉中的热地设置。

申请人还考虑了第二λ，第二λ考虑在方法中使用并加入到额外气体中的所有可燃物，即包括任何固体可燃物，如本文件上文所述的大多数还原剂。在根据本发明的方法的实施方式中，通过至少一个第二注入器注入的额外气体的第二λ小于0.6，优选至多0.5，更优选至多0.4，甚至更优选至多0.3，再更优选至多0.2。申请人已经发现，如此低的第二λ值对于从冶金渣中的金属如锌的烟化非常有利。

在根据本发明的方法的实施方式中，通过至少一个第二注入器注入的额外气体是可燃的，并且额外气体在至少一个第二注入器中达到高于额外气体的火焰传播速度的速度。本申请人已经发现，可以通过注入气态或液态燃料作为额外气体的一部分来提供至炉的额外热输入到，优选当额外气体还进一步包含氧气时。通常，炉内的液浴温度高于额外气体中的燃料和氧气开始反应的温度，即使没有点燃源也是如此。申请人已经发现，这种反应可以逆着额外气体在通向至少一个第二注入器的管道中以及在第二注入器本身中的流动方向向上游行进。这种“回火”现象可能导致注入器导管中热的释放，从而导致额外气体在注入器上游和/或内部温度升高。申请人已经发现，如果额外气体在注入器中或在注入器上游的另一位置达到高于额外气体的火焰传播速度的速度，则可以容易地减少或甚至消除由于注入器内部或上游的这种加热而造成的设备损坏的风险。

在根据本发明的方法的实施方式中，所述至少一种可蒸发金属或金属化合物是其单质形式的金属或可蒸发的含金属化合物，优选地，所述金属选自由锌、铅、锡、铋、镉、铟、锗及它们的组合组成的组，其中所述可蒸发化合物例如可以是氧化物、硫化物、氯化物或它们的组合。申请人已经发现，根据本发明的方法非常适合于通过蒸发除去选自指定列表的金属或含金属化合物。申请人已经发现，该方法提供了一种极具竞争力的从冶金装料中回收所指定的金属中的一种金属的替代方法。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中在炉中加入相较于可蒸发金属或金属化合物中的金属不太贵的金属，优选铁和/或铝，优选地，不太贵金属以颗粒的形式加入，更优选平均粒径为至多5、4、3、2或1mm，优选至多500μm，更优选至多250、200、150、100或甚至50μm的颗粒，其中在工艺条件下渣中不太贵金属的浓度优选保持在其在渣中的溶解度极限以下。申请人已经发现，这带来了渣相流动性改进的优点，渣相可能作为液浴的一部分存在于炉内部。然而，申请人已经发现，优选的是将这些化合物的浓度保持在该化合物在液浴中的溶解度极限以下，因为超过溶解度可能导致特定化合物在炉中形成单独的相。这种单独的相有损害液浴中的另一液相与注入的额外气体和/或由等离子体炬产生的第一热气体和/或由氧气燃烧器产生的额外第一热气体(如果存在的话)之间的接触的风险，因此可能损害炉中期望的化学反应，特别是导致损害可蒸发金属或金属化合物的蒸发。

在根据本发明的方法的实施方式中，在至少一个第一注入器上游将第二还原剂加入到等离子体质量第一热气体中。这带来的优点是，甚至更多的还原剂被引入到炉中，超过了可以与额外气体一起引入的量。可通过至少一个第一注入器引入的附加还原剂的量与炉的焓输入无关。因此，这种引入还原剂的方法非常便于控制炉内气氛的氧化还原性质。额外的优点是，通过第一注入器引入的还原剂与炉的最高温度焓输入一起引入。在较高的温度下，期望的锌烟化反应(I)的平衡常数有利于生成锌金属，锌金属是一种可蒸发金属或金属化合物。因此，与来自等离子体炬的第一热气体一起引入的还原剂的有效性更高，这也由于这种注入通过浸没式注入器进行，它也是高效的，因为第一热气体与液浴中的液体高度密切接触，这意味着几乎没有这种还原剂可以不与来自液浴的液体接触而到达液浴表面。

在使用第二还原剂的本发明方法的实施方式中，第二还原剂选自气体、液体和固体，以及它们的组合，优选地，第二还原剂选自由天然气、气态和/或液态烃、燃料油、木炭或焦炭及它们的组合组成的组，甚至更优选为焦炭，再更优选为石油焦炭，优选为固体颗粒形式的，更优选平均粒径为至多6mm，甚至更优选至多5、4、3、2或1mm，再更优选至多500μm，优选至多250、200、150、100或甚至50μm的颗粒。申请人已经发现，通过第一注入器引入等离子体为引入额外还原剂提供了非常通用的选择，因为它在还原剂选择方面，特别是在其物质状态方面，而且也在可以引入的数量方面具有很强的宽容性。

在根据本发明的方法的实施方式中，包括将渣中的氧势调节在10到10^-9Pa(即10^-4至10^-14atm)的范围内的步骤。优选地，通过加入第一和/或第二还原剂来调节渣中的氧势。由于等离子体炬的使用，几乎任何氧势都可以与任何热量的产生结合在一起。结合回收一种或多种可蒸发金属或金属化合物，还可以从引入炉中的材料中提取其他金属。在一个实施方式中，可使渣中的氧势适合于选择性地将渣中的金属化合物还原成熔化金属相。可以从渣中还原的典型的金属例子为Cu、Ni、Sn、Pb、Ag、Au、Pt和Pd。然后，熔化金属相可以收集在炉的底部。然后可以通过出口端连续或批次地除去熔化金属相。为此目的，炉可以在底部设置有耐火衬里。在另一个实施方式中，其中引入炉中的材料，还有由此产生的渣包括硫或硫化合物，也可以获得冰铜相。然后可以使渣中的氧势适合于防止硫被氧化。然后，金属可以回收在熔化冰铜相中。可以从渣中以冰铜相回收的金属的例子为Fe、Cu、Ni、Sn、Pb、Ag、Au、Pt和Pd。然后，熔化的冰铜相也可以收集在炉底部。熔化的冰铜相可以经由出口端连续地或批次地除去。在又一个实施方式中，可以通过适当调节氧势和硫含量获得金属相和冰铜相。作为非限制性示例，可以将Au、Pt和Pd还原成金属相，而可以使Cu和Ni形成冰铜相。冰铜相通常出现在金属相的顶部，因为它通常具有比金属相低的密度，并且因为两相或多或少保持不溶于彼此。冰铜相和金属相可以通过单独的出口或共同的出口从炉中提取。

在根据本发明的方法的实施方式中，补燃在单室炉内部进行。这带来了设备设计更紧凑，并因此投资成本降低的优点。

在根据本发明的方法的实施方式中，补燃包括将含氧气体引入补燃区，该含氧气体优选地选自空气、富氧空气和净化氧气。申请人已经发现，该选择是一种使补燃区的功能得到执行的相对简单和投资成本低的选择。如上文所述，申请人优选简单地使用空气。

在根据本发明的方法的实施方式中，至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式作为粉尘从气体中回收。申请人已经发现，与金属冷凝形成液态金属相的替代方案(例如，如US 4,588,436中所解释的)相比，该选择要安全得多，因为在补燃区的出口，来自炉的排气的自燃和/或爆炸的风险基本上终止。申请人还发现，这一选择的投资成本也相对较低，例如相对于US 4,588,436中所述的替代方案而言。

在根据本发明的方法的实施方式中，从气体中回收至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式包括使用过滤器，优选过滤布过滤含有至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式的气体。如上所述，申请人优选使用由聚四氟乙烯(PTFE)的布制成的过滤器套筒。在这样的气体过滤器中，局部的气体速度可以很低。然而，氧气预期会存在。因此，对于根据本发明的方法来说，重要的是基本上所有的还原形式的金属或金属化合物已经氧化成其氧化形式，使得自燃和/或爆炸的风险低得可以接受。

在根据本发明的方法的实施方式中，该方法进一步包括在从气体中回收至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式的上游进行的冷却步骤。如上所述，可以应用多种合适的冷却方法。

通常，气体处理序列中的最后一步是鼓风机或通风机，其将气体从回收区推入排放烟囱，并通过补燃区、可选的冷却区和回收区的序列将气体吸入增强了上游的通风。

在根据本发明的方法的实施方式中，该方法包括形成熔化金属相，该方法进一步包括从炉中移除熔化金属相的步骤。申请人已经发现，根据本发明的方法可能导致形成单独的熔化液相，这是由挥发性较低的金属还原成其单质形式引起的。这可能是纯金属相，也可能是熔化合金。在这种情况下，将单独的熔化金属相作为单独的副产物从炉中除去是非常方便的。在合金的情况下，可以优选进一步处理合金，使得合金中的至少一种金属与合金中的一些其他金属分开回收。该进一步处理可包括火法冶金步骤和/或电解步骤。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中金属装料包括渣，其中渣包括硫和/或硫化合物，该方法进一步包括形成熔化冰铜相的步骤和从炉中移除熔化冰铜相的进一步步骤。这是可选地除了从工艺中回收液态熔化金属或合金之外的一种选择。

在根据本发明的方法的实施方式中，冶金装料以液体的形式引入炉中。这带来的优点是，冶金装料不需要作为在设备和/或炉中运行的工艺的一部分进行熔化和/或熔炼，这有利于炉的热平衡，因此有利于工艺及其设备(例如炉本身)的生产率。

在根据本发明的方法的实施方式中，冶金装料是冶金渣，优选地，所述冶金渣选自铜熔炼渣、铜精炼渣，及它们的组合，并且其中所述方法产生第二渣。申请人已经发现，根据本发明的方法(和设备)非常适合于处理所指定的原料。

在根据本发明的方法的实施方式中，熔化渣的平均温度比渣的液相线温度高出不到50摄氏度。这带来的优点是，抵靠炉壁内表面形成并且为耐火衬里提供保护的固体渣的冻结衬里容易保持在足够的厚度，以提供充分的保护和隔热。这种冻结衬里在炉的热平衡方面是非常有利的，因为它在炉中的热液态渣和炉壁之间起到隔热的作用，炉壁优选冷却以保护其机械完整性。因此，冻结衬里减少了从炉到冷却壁的热损失。

在根据本发明的方法的实施方式中，选自CaO、Al₂O₃以及它们的组合的氧化物优选在至少1000℃、优选至少1050℃、更优选约1150℃的温度下加入到烟化器炉中的渣中。该特征带来的进一步优点是，可以使在烟化步骤之后的第二渣的最后组成进一步优化和稳定，并通过也可能影响矿物学，使渣更适合于特定的最终用途。申请人已经发现，在高温(如所指定的)下和在熔融状态下进行加入能更有效地获得期望的效果。

在根据本发明的方法的实施方式中，炉中的渣的温度至少在如上一段中指定的温度下，更优选甚至更高，例如至少1200或1250或1300℃，更优选约1350℃。这带来的优点是，在液态渣中，可蒸发金属或金属化合物与其前驱物之间有更有利的平衡常数。更高温度的另一个优点是，这有助于从炉中除去烟化的渣，即所谓的“出渣”，无论这是通过溢流还是通过从炉壁上适当位置的底部出渣孔的底部出渣来进行，都是如此。

在根据本发明的方法的实施方式中，该方法进一步包括将第二渣冷却成固体的步骤，优选地，第二渣以液体形式首先从炉中移除。其优点是，在第二渣冷却的同时，可以释放烟化炉以进行进一步的渣处理。可以通过使渣与冷却介质，例如空气和/或水，可能的环境空气接触来冷却和/或固化渣。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中将第二渣冷却，冷却通过使液态第二渣与水接触来执行。申请人已经发现，用水冷却是非常有效的，并且可以以各种方式应用，得到控制相对良好的冷却速率。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中将第二渣冷却，第二渣以至少30摄氏度/秒，优选至少40摄氏度/秒，更优选至少50或60摄氏度/秒的速率冷却。申请人已经发现，在如所指定的较高的冷却速率下，可以获得较高的渣的无定形含量，这对于特定的最终用途，例如当渣意在用作建筑工业中的粘结剂时是有意义的。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中将第二渣冷却，该方法进一步包括研磨固体第二渣，优选地将第二渣研磨成粉末的步骤。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中将第二渣冷却，第二渣以低于40摄氏度/秒，优选至多30摄氏度/秒，更优选至多20摄氏度/秒的速率冷却。申请人已经发现，在如所指定的较低的冷却速率下，可以获得较低的渣的无定形含量，并因此获得较高的结晶度，这对于特定的最终用途，例如当渣意在用作集料或用于装饰目的时是有意义的。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中通过该方法形成第二渣，该方法进一步包括在制造用于建筑工业的物体期间加入第二渣作为粘结剂或集料的步骤。申请人已经发现，第二渣可用作集料的粘结剂，优选用作活性粘结剂，优选用作具有火山灰活性的粘结剂。申请人已经发现，渣可以作为粘结剂替代水泥，例如部分替代水泥，如Portland水泥，而且也可以作为粘结剂用于生产地质聚合物组合物。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中渣在制造用于建筑工业的物体期间用作粘结剂，物体进一步包括集料，其中集料优选包括砂和/或第二渣。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，其中渣在制造用于建筑工业的物体期间用作粘结剂，并且物体进一步包括集料，该方法进一步包括在制造物体期间加入活化剂的步骤。申请人已经发现，第二渣可以作为活性粘结剂，能够与合适的活化剂反应，从而对集料表现出强的粘结性质。因此，第二种矿渣可用于替代Portland水泥，或作为物体中唯一的粘结剂，在这种情况下，它被认为是一种“地质聚合物”，它例如为涂料、粘合剂、复合材料等带来耐火和耐热性质。

在使用活化剂的本发明方法的实施方式中，活化剂选自由氢氧化钠NaOH、氢氧化钾KOH、硅酸钠Na₂SiO₃、硅酸钾K₂SiO₃以及它们的组合组成的组，优选地，所述活化剂为NaOH。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中形成用于建筑工业的物体，用于建筑工业的物体是建筑元件。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中形成建筑元件，该建筑元件选自由瓷砖、铺路材料、砌块、混凝土砌块及它们的组合组成的列表。

在根据本发明的方法的实施方式中，其中形成用于建筑工业的物体，用于建筑工业的物体具有发泡结构。

在根据本发明的用途的实施方式中，冶金装料选自铜熔炼渣、铜精炼渣及它们的组合。

在根据本发明的用途的实施方式中，可蒸发金属或金属化合物选自锌、铅、锡、铋、镉、铟、锗及它们的组合。

在根据本发明的方法的实施方式中，该方法的至少部分由电子监控和/或控制，优选地由计算机程序来监控和/或控制。申请人已经发现，优选地通过计算机程序电子地控制根据本发明的方法的步骤带来了处理得更好以及结果更可预测并且更接近于方法目标的优点。例如，根据温度测量，如果需要，还根据压力和/或水平测量和/或结合从工艺流中提取的样品的化学分析结果和/或在线获得的分析结果，控制程序可以控制与电能的供应或移除、热量或冷却介质的供应、流量和/或压力控制有关的设备。申请人已经发现，这种监控或控制对于以连续模式操作的步骤特别有利，而且对于以批次或半批次操作的步骤也可以有利。此外和优选地，在执行根据本发明的方法中的步骤期间或之后获得的监控结果还可用于监控和/或控制作为根据本发明的方法的一部分的其他步骤，和/或在根据本发明的方法的上游或下游应用的作为整个工艺的一部分的过程，根据本发明的方法只是所述整个工艺的一部分。优选地，整个工艺全部由电子监控，更优选地通过至少一个计算机程序进行电子监控。优选地，整个工艺尽可能由电子控制。

本申请人优选，计算机控制还提供，数据和指令从一个计算机或计算机程序传递到至少一个其他计算机或计算机程序或同一计算机程序的模块，以监控和/或控制其他过程，包括但不限于本文所述的过程。

实施例1

在本实施例1中，提供了装备有3个等离子体发生器的炉。

炉(也称为“设备”、“反应器”或“烟化器”)从底部到顶部进料口的总高度约为7.34m。炉顶由包括顶部进料口和尾气排空管道的圆顶形成。在高度为1.09m的顶部圆顶下面，炉包括顶部部段，顶部部段围绕竖直轴线为圆筒形，高约3.00m，外径为5.50m。在该顶部部段以下，炉在约1.66m的高度距离上向下逐渐变窄，终止于直径约3.19m、高1.00m的底部圆筒形部段。底部圆顶的高度为0.60m。底部圆筒形部段高度为1.00m，锥形部段的高度为1.66m。

在运行过程中，炉应含有的熔化液浴至少达到等离子体质量第一热气体和额外热气体的进入点的最高开口以上。为此目的，申请人优选在炉内保持至少与锥形部段的底部一样高的液体水平。更优选的是，在锥形部段的高度处的某处，液体水平保持得稍高一些。如果需要，可以使水平上升到锥形部段以上，但它应该保持在这样的水平下，在该水平下，静头成为引入第一热气体和/或额外气体的太大负担，以致浴搅动受到影响。

炉壳除由耐火衬里很好保护的部段外，为双壁水冷合金钢结构，运行期间在双壁内部的空间提供流动冷却水，作为围绕回路的泵的一部分。提供这种冷却是为了保护反应器壁的结构完整性，特别是机械强度。冷却还使炉内的一部分液态渣在液面以下抵靠炉壁凝固成所谓的“冻结衬里”，而且由于飞溅也抵靠液面以上的大部分炉壁凝固。这种固态冻结衬里保护壁免受许多形式的化学和机械磨损。它还提供隔热，从而减少可能从炉内容物到冷却水中损失的热量。由于在此工艺中还可能形成一些熔化金属相，底部圆筒形部段和底部圆顶内衬有合适的耐火材料，在这种情况下是隔热砖、耐磨衬里和耐火混凝土的组合。大多数这些部段不是水冷却系统的一部分。

在底部圆筒形部段的壁内，并因此是在运行期间的液面以下，沿着周界在相同的高度上且大约等距地设置三(3)个等离子体发生器(PG)，用于通过风口在垂直于炉壁的方向上将它们的热气体注入炉内。

等离子体发生器是一种产生非常热的气体(至少部分转化为等离子体)的装置。典型的气体温度为3500-5000℃。这种气体由电能加热。两个电极上的高电压差在电极之间产生电弧。在运行中的该反应器中，空气被吹过电弧并由电弧的能量加热。随着电流的增加，可以将更多的空气加热，并且可以将更多的电力转移到空气中。PG的功率(W-以瓦特表示)定义为电压(V-伏特)*电流(A-安培)。在这类等离子体的运行中，PG的标称功率与可以吹过PG的空气量之间有关系。

在该实施例中，反应器的三个等离子体发生器的标称功率为3MW，并且在炉运行期间，向每个等离子体发生器供给量在300-900Nm³/h范围内的加压空气。在所产生气体的参考焓为3.5kWh/Nm³时，每个等离子体发生器能够产生857Nm³的这种等离子体质量热气体作为“一次气体”。

PG没有直接安装到反应器壁中。它们通过风口将它们的第一热(等离子体产生的和等离子体质量的)气体吹进炉。风口是在反应器中形成开口的喷嘴，通过该喷嘴可以将热气体送入反应器。如果需要，该风口进一步可用于将二次体积的天然气和/或另外的空气混合到来自PG的热气体中。优选地，当炉中存在热液浴时，申请人始终保持大量的二次气体通过风口。其目的是，即使PG将需要关闭和/或移除，仍有足够的气体流过风口，以防止热液体进入风口，并避免一些液体逆流而上流入风口，在风口它冷却和凝固，并且这将代表在风口再次完全适合其预定用途之前，将其移除是一个重大负担。

在运行过程中，通过相应风口中的孔，将另外的90-200Nm³/h的天然气加入到来自每个PG的第一热气体中。另外，通常通过这些风口中的每个加入将另外的空气，其速率在100-250Nm³/h范围内。这些体积因此符合二次气体体积的条件。

该实施例中使用的天然气包括84.206％体积的甲烷、3.646％体积的乙烷、0.572％体积的丙烷和9.966％体积的氮气。小于1％体积的其余部分由高级烷烃组成，主要是丁烷和戊烷。

与每个等离子体发生器-风口组合相对的提供另一个风口，用于向炉内注入额外气体，因此整个炉也有3个这种风口。这些另外的风口或注入器代表根据本发明的第二浸没式注入器。它们也被布置成在垂直于炉壁的方向上注入将它们的额外气体，但是计划改变用于以一定角度向上注入到浴中的优选选择。

第二浸没式注入器使用与在等离子体发生器下游使用的相同类型的风口来构造。这些风口并因此还有PG下游的风口都是水冷的，它们是圆筒形的、双壁的，并穿过炉壁突出到炉空间中，该炉空间在运行期间预计在炉内的液浴的水平以下。所述风口被提供用于将二次气体注入所述风口的双壁中。风口的内筒设有多个孔，这些孔使得二次气体能够进入风口的中心体积，一次气体通过该中心体积，在上游PG的情况下，一次气体将是在PG本身中产生的等离子体质量的热气体。所述孔优选地被提供为喷口，用于使气体具有额外的速度，以便促进二次气体与通过所述风口的一次气体的混合。在第二浸没式注入器的情况下，PG由简单的管道代替，该管道在液浴方向上突出穿过风口，并且优选地基本上突出到风口延伸到炉中为止。通过该管道可以推动一次气体，如压缩空气，该一次气体可选地补充有一定量的天然气。可以将一定量的另外的还原剂如细煤粉混合到一次气体或其组分之一中。

在运行过程中，向另外三个注入器中的每个供给总量为300-600Nm³/h的压缩空气的一次和二次气体，其中混合了量为30-60Nm³/h的天然气以及适当时，约150-200kg/hr的粉煤作为额外还原剂。煤粉的平均粒径为120μm。另一个风口上游的气体压力为6bar表压。在运行过程中，另外的风口中的气体速度通常高于330m/s。

为了注入粉煤，采用双压力容器系统。顶部容器充当压力锁：当它从位于压力容器顶部的漏斗通常通过排放阀填充时，它保持在大气压下。斗通过机械运输来填充，通常使用进料带或螺杆，但也可选地通过大袋卸载来填充。填充后，该容器被加压到注入压力。随后，保持在注入压力下的底部容器可以通过将内容物从顶部容器排放到底部容器中来填充。从底部容器，提供重量调节进料系统，以将粉煤进料到注入空气中。空气和粉煤然后通过压力输送到另外的注入器和液体渣中。双容器系统的优点是可以使反应器内还原剂的流入保持不间断。

风口、等离子体发生器和注入器都是水冷的。

在炉的顶部设置有辐射水冷却器，其提供为双壁金属圆筒，其中炉的排气通过圆筒的中心，并且将冷却水推过圆筒的壁。

在炉顶和辐射水冷却器之间，允许环境空气进入并与炉排气混合。蒸发的锌和气体中存在的CO与空气中的氧气接触，在气体的高温下，这些物质自燃并形成补燃区。由于炉和水冷却器内的大量通风，排气以高速流动。允许环境空气通过适当设计的开口进入，以便空气与排气快速且密集地混合。结果，在辐射水冷器内部建立了稳定的火焰前缘，其部分辐射热从补燃区向下辐射回到炉内的液浴上。炉顶和辐射水冷却器还设置有多个注入点，通过这些注入点，压力下的空气可以注入到炉排气中。这种能力可以与允许环境空气通过开口进入同时使用。然而，优选地，用于使环境空气进入的开口基本上是封闭的，并且基本上所有所需的氧气都通过注入点引入。这种运行模式是优选的，因为氧气的进入比使通风空气进入的替代方案更稳定和更好地可控。

在补燃区内部，气体的温度高达1500℃。

离开补燃区的气体温度约为1200℃。在辐射水冷却器的下游，大约6-7000升/小时的水注入到气流中。这一喷雾冷却步骤将气体温度降低到220℃左右。

将来自喷雾冷却步骤的湿气体引导到气体过滤器，在该过滤器中，多孔聚四氟乙烯套筒设置在圆筒形短柱上，套筒保留由在补燃区形成的可蒸发金属或金属化合物的氧化形式的粉尘。

在气体过滤器的下游，通风机提供从炉的抽吸，并将过滤后的气体吹入排放烟囱。

烟化工艺和炉采用批次模式运行。下面报告的运行批次由明确限定和可区分的工艺步骤序列组成。在不同的工艺步骤中，根据期望的效果，向反应器中供给或多或少的电力、煤粉、空气和天然气。PG、风口和另外的注入器或风口的运行根据工艺步骤而变化。现在详细描述了不同的步骤。

第一工艺步骤：炉的液体填充：

在批次开始时，将来自上游铜熔炼器的76900kg液态渣进料到在桥式起重机上的4个渣罐中，通过称重装置测量，每个渣罐净重约19吨，桥式起重机在不同炉之间转移渣罐。

在上游的铜熔炼器中，渣在从熔炼炉中倒出来之前充分混合。因此，渣成分可以被认为是均匀的。用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)，也称为电感耦合光学发射光谱法(ICP-OES)，有时也简称为ICP测量渣中大部分金属的组成，并通过X射线衍射(XRF)测量SiO₂。所用的XRD技术是采用Topas Academic软件V5，使用Al₂O₃作为内部标准进行的定量X射线衍射分析。

表1：进料渣成分

元素(wt％)	分析
		Cu	0.6
Pb	0.46
		Sn	0.11
Ni	0.04
		Fe	30.63
Si	0.00
		Al	0.00
Zn	11.48
		Bi	0.00
As	0.00
		Sb	0.00
CaO	3.09
		SiO<sub>2</sub>	25.07
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	6.88

对于该工艺步骤，每个PG的功率水平设置为1400kW，每个PG约为437Nm³/h的平均空气流量作为一次气体。此外，还使用了以下二次气体。通过风口的天然气流量控制在125Nm³/h。通过风口的空气流量控制在100Nm³/h的水平。

通过作为第二浸没式注入器的另外的注入器的一次和二次气体的总流量设定为每个注入器380Nm³/h空气，天然气以44Nm³/h的速率加入。在此工艺步骤中，粉煤注入尚未起动。

第二工艺步骤：烟化步骤

液态渣填充后，开始烟化步骤。在此步骤中，增加能量和还原剂的投入，以促进锌挥发为蒸气。

使每个PG的功率水平为2500kW，平均一次空气流量为每个PG 714Nm³/h。此外，还使用了以下二次气体。将天然气加入到PG下游的每个风口中，并以148Nm³/h的速率加入。通过风口的另外的空气流量设置为100Nm³/h。

通过另外的注入器的一次和二次气体的总流量是以每个注入器380Nm³/h的速率供给空气。在每个注入器中以44Nm³/h加入天然气。每个喷注入器的粉煤注入设置为180kg/h。

能量和还原剂的投入使液态渣中挥发性化合物烟化。最易挥发的元素是Zn。它以氧化锌(ZnO)的形式存在于渣中。反应器中的温度保持在1180-1250℃范围内，确保渣保持流体状态。由于各种还原剂，即粉煤和各种天然气的输入，ZnO被还原为金属锌(Zn)。在大气压下，Zn可以906℃以上的温度下蒸发。Zn因此从渣浴中蒸发，并作为工艺气体的一部分从炉输送到炉排气处理设备。

在反应器的尾气排空管道中，大量空气与工艺气体混合，使工艺气体进行完全补燃。任何剩余的CO、Zn、H₂在该步中被完全氧化。蒸汽形式的锌氧化成ZnO，形成固体颗粒。因此，这种ZnO在燃烧工艺尾气流中形成了粉尘。该二次燃烧或补燃步骤之后是冷却步骤。在冷却步骤出口，工艺气体的温度低于220℃。工艺气体随后在袋式过滤器中用聚四氟乙烯布过滤。过滤后，工艺气体通过烟囱排到大气中。ZnO粉尘颗粒在过滤器中回收，冷却并储存在粉尘筒仓中。从筒仓中，富锌粉尘产物可以卸载到筒仓卡车上进行出售。

在烟化过程中取样，并用快速但稍不准确的XRF方法进行分析。当炉中的渣中的锌达到期望的水平时，停止烟化并开始微调步骤。

第三工艺步骤：微调(trimming)

这一步骤的目的是氧化装料中最后剩余的粉煤，并将渣加热到更合适的出渣温度。目标温度为1220-1250℃。

每个PG保持在2500kW的功率水平下运行，平均一次空气流量为每个PG714Nm³/h。此外，还使用了以下二次气体。通过风口的天然气流量设置为102Nm³/h。通过风口的空气流量设置为100Nm³/h。

作为通过额外的注入器的一次和二次气体的总流量，向这些第二浸没式注入器各自供给380Nm³/h的空气和44Nm³/h的天然气。在这一微调步骤中，粉煤注入停止。

微调步骤完成后，没有取渣样。出渣立即开始。

第四个工艺步骤：出渣和粒化

这一步的目的是从反应器中提取液态渣。位于反应器侧面的出渣口是钻开的，使液态渣从反应器流出到流槽中。从该流槽中，渣产物通过水粒化系统粒化，在该系统中，大量水喷射到下落的渣流中，从而固化液态渣并将形成的固体破碎成±1mm的颗粒。

在该出渣和粒化步骤中，PG各自继续以2000kW的功率水平运行，每个PG的平均一次空气流量为606Nm³/h。作为二次气体，将至风口的天然气流量设置为128Nm³/h，然后将直接至风口的空气流量设置为100Nm³/h。

额外的注入器也继续以对于一次和二次气体总共为每个注入器380Nm³/h的速率的空气和44Nm³/h的天然气运行。粉煤注入停止。

对粒化后的最后产物进行取样。该成分被认为与烟化步骤后的渣成分接近。

在每个工艺步骤中PG的进一步运行参数显示在表2中，其中“焓”从PG的输入功率和进料到PG的空气流量来计算。

表2：PG运行参数

在该批次过程中渣成分的演变如表3所示，表3显示了在每一步之后采集的渣样品的分析结果：

表3：渣成分的演变

输出材料成分

该批次产生约10500kg过滤粉尘，其成分如表4所示，这是对代表性样品的ICP分析结果：

表4：过滤粉尘产物成分

过滤粉尘	wt％
		Cu	0.09
Sn	0.09
		Pb	2.98
Zn	73.46
		Ni	0.00
Fe	0.91
		Bi	0.49
As	0.00
		Cl	0.79
Sb	0.00
		S	0.05
Al	0.05
		Co	0.05
Cd	0

为了进行比较，进行了第二批次，在此期间，另外的风口尚未安装。为了在烟化步骤中提供类似量的还原剂，通过经由进料口引入粒径在6-10mm范围内的粗石油焦炭，引入相同量的碳。

液态渣的进料的量和成分与第一批次非常相似，进料时间、微调时间和出渣时间也非常相似。主要是烟化时间不同。

粒化后的产物和过滤粉尘的量和成分相似。

在该比较批次中，在最后渣中获得非常相似的锌含量的烟化步骤所需的时间相较于上述根据本发明的批次显著更高。这意味着，与工作实施例相比，比较批次具有显著更低的锌烟化速率，因此，本发明在烟化步骤中显著提高了锌烟化速率。

实施例2

在该实施例2中，使用与示例1相同的炉，但该炉具有与第二浸没式气体注入有关的不同构造。天然气的供应及其质量是相同的。

在三个等离子体发生器-风口组合的相同水平或高度处，这次只提供了一个另外的注入器-风口组合，作为向炉注入额外气体和细焦炭的单个第二浸没式注入器。风口是水冷的，并且空气以350-400Nm³/h的恒定速率通过风口并随后通过风口内壁中的孔注入。该实施例中没有使用天然气供应。

位于另外的注入器-风口组合内的注入器在垂直于炉壁的方向上向液态渣浴中供给额外气体。在运行过程中，向另外的注入器进料量为100-400Nm³/h的压缩空气作为一次气体，在适当的时候，在该另外的注入器中混合量为大约100-700kg/hr的粉煤作为额外的还原剂。粉煤的平均粒径为120μm。第二浸没式注入器的组件上游的压缩气体的压力为6bar表压。

在另外的注入器-风口组合中的气体速度在运行期间通常高于150m/s。

第一工艺步骤：炉的液体填充：

使用与作为实施例1的一部分的该步骤相同的工序、质量和量，但以下例外情况除外。

通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的单个另外的风口的二次气体的流量设置为350Nm³/h的空气，并且没有加入天然气。通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的另外的注入器的一次气体流量设置为200Nm³/h的空气。在此工艺步骤中，细焦炭注入尚未起动。

第二工艺步骤：烟化步骤

应用与实施例1相同的工序。

再次使PG各自的功率水平为2500kW，并且平均一次空气流量为每个PG714Nm³/h。此外，还使用了以下二次气体。将天然气加入到PG下游的每个风口中，并以148Nm³/h的速率加入。通过风口的另外空气流量设置为100Nm³/h。

通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的另外的风口的二次气体流量为350Nm³/h的空气，其中没有加入天然气。作为一次气体，通过作为另外的注入器-风口组合的一部分的另外的注入器的流量设置为200Nm³/h的空气。在该工艺步骤中，细焦炭注入设置为700kg/h。

反应器中的温度保持在1180-1250℃范围内，确保渣保持流体状态。由于各种还原剂，即粉煤和各种天然气的输入，ZnO被还原为金属锌(Zn)。Zn因此从渣浴中蒸发，并作为工艺气体的一部分从炉输送到炉排气处理设备。

在烟化过程中取样，并用快速但稍不准确的XRF方法进行分析。当炉中的渣中的锌达到期望水平时，停止烟化并开始微调步骤。

第三工艺步骤：微调

目标温度再次为1220-1250℃。

PG各自保持在2500kW的功率水平下运行，每个PG的平均空气流量为714Nm³/h。此外，还使用了以下二次气体。通过风口的天然气流量设定为102Nm³/h。通过风口的空气流量设置为100Nm³/h。

通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的另外的风口的二次气体流量设置为350Nm³/h的空气，并且没有加入天然气。通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的另外的注入器的一次气体流量设置为200Nm³/h的空气。在此工艺步骤中尚未起动细焦炭注入。

微调步骤完成后，没有取渣样。出渣立即开始。

第四工艺步骤：出渣和粒化

应用与实施例1相同的工序。

在该出渣和粒化步骤中，每个PG再次以2000kW的功率水平继续运行，每个PG的平均一次空气流量为606Nm³/h。作为二次气体使用，天然气流以128Nm³/h到风口，空气流以100Nm³/h直接到风口。

通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的另外的风口的二次气体流量为350Nm³/h的空气，并且没有加入天然气。通过作为单个另外的注入器-风口组合的一部分的另外的注入器的一次气体流量设置为200Nm³/h的空气。在此工艺步骤中尚未起动细焦炭注入。

对粒化后的最终产物进行取样。该成分被认为与烟化步骤后的渣成分接近。

每个工艺步骤中PG的进一步运行参数与实施例1的表2所示相同。

该实施例的最终结果与实施例1的结果非常相似，只是它们在比作为实施例1的一部分的出于比较原因进行的批次更短的时间内再次获得。

申请人发现，通过根据本发明的实施方式以及还有实施例2，可以建立显著的生产速率增加。申请人认为，这种效果是由于以下的组合：(i)更高的浴搅动，(ii)更多的汽提气体，(iii)更多的还原剂，以及可能最重要的是(iv)使用具有更小粒径的固体还原剂，从而还原剂的反应性更强。与粗石油焦炭相比，这种效果使得可以更快地达到目标烟化运行条件。这些有益效果的结合使得，在全面运行时，烟化步骤要快得多，如需要从补燃区移除的热量增加得快得多所示，而且由于所需时间可以从大约一刻钟减少到低至2-3分钟，也使得微调步骤可以在时间上大大减少，几乎是一个数量级。采用第二浸没式注入器的烟化炉可以运行得更稳定，吞吐量更大，更接近其能力的最大值。

现在已经充分描述了本发明，本领域的技术人员将理解，本发明可以在权利要求的范围内的宽参数范围内执行，而不偏离由权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (71)

1.一种用于从冶金装料中烟化至少一种能蒸发金属或金属化合物的单室炉，所述单室炉包括易于容纳多至确定的水平的熔化装料的浴炉，其中所述炉装备有至少一个用于产生等离子体质量第一热气体的非转移等离子体炬，以及至少一个用于将来自所述等离子体炬的第一热气体在所述确定的水平以下注入的第一浸没式注入器，其中所述炉进一步包括补燃区和回收区，所述补燃区用于将烟化气体中的所述至少一种能蒸发金属或金属化合物氧化，形成所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的氧化形式，所述回收区用于从在所述补燃区中形成的气体中回收所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的氧化形式，其特征在于，所述炉进一步装备有至少一个不同于所述第一浸没式注入器的第二浸没式注入器，所述第二浸没式注入器用于将额外气体在所述确定的水平以下注入所述炉中。

2.根据权利要求1所述的炉，其中，所述设备被装备为通过至少一个所述第二注入器注入总量为第一热气体量的至少10％的额外气体，所述第一热气体量当至少一个所述等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由所述炬中具有最高额定功率的单个元件产生。

3.根据权利要求1或2所述的炉，包括多个第二注入器，并且每个注入器被装备为通过每个第二注入器注入量为第一热气体量的至少10％的额外气体，所述第一热气体量当至少一个所述等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由所述炬中具有最高额定功率的单个元件产生。

4.根据前述权利要求中任一项所述的炉，所述炉连接到至少一个压缩气体供应源和/或装备有用于将压缩气体供应到至少一个所述第二注入器的压缩机。

5.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，用于向所述设备供应所述额外气体的供应源包括选自由氢气、氮气、空气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及它们的组合组成的组的气体源，优选氮气或空气，更优选空气，甚至更优选压缩空气。

6.根据前述权利要求中任一项所述的炉，包括在至少一个所述第二注入器上游的用于对所述额外气体进行热处理的装置，以改变所述额外气体的焓含量，优选地，用于对所述额外气体进行热处理的装置包括至少一个热交换器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的炉，进一步装备有在至少一个所述第二注入器上游的用于将还原剂引入到所述额外气体中的装置。

8.根据前一项权利要求所述的炉，其中，要引入的还原剂可选自气体、液体、固体及它们的组合。

9.根据前述权利要求中任一项所述的炉，包括用于控制要通过所述第二注入器注入到浴中的所述额外气体的λ的装置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的炉，所述炉被装备为注入作为所述额外气体的一部分的氧气和气态或液态燃料，并且使所述额外气体在至少一个所述第二注入器中或在所述至少一个第二注入器上游的另一位置处的速度高于作为所述额外气体的一部分的燃料的火焰传播速度。

11.根据前一项权利要求的炉，所述炉进一步装备为限制注入燃料的量，使得所述注入燃料在所述炉的预期运行条件下的燃烧使所述额外气体的焓增加，使得在浴的注入点处的额外气体的温度至多为运行期间预期在所述炉中的熔化装料的温度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，至少一个所述第二注入器将至少一个所述第二注入器的额外气体朝向第二体积，所述第二体积作为所述炉的内部空间的一部分在预先确定的水平以下，所述第二体积不同于至少一个所述第一注入器将所述等离子体质量第一热气体朝向的第一体积。

13.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，至少一个所述第一注入器位于所述炉的侧壁中，其中，至少一个所述第二注入器优选沿着所述炉的水平周界位于与所述至少一个第一注入器相对的炉壁中，在与所述至少一个第一注入器基本上相同的高度延伸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的炉，包括沿着炉侧壁的水平周界分布的至少两个且优选至少三个第一注入器，其中，至少一个所述第二浸没式注入器将至少一个所述第二浸没式注入器的额外气体朝向作为所述炉的内部空间的一部分的体积，所述体积在预先确定的水平以下，大约靠近炉竖直轴线，和/或至少一个所述第二浸没式注入器沿着所述炉侧壁以大约相等的距离位于至少两个所述第一注入器中的两个最近的第一注入器的位置之间。

15.根据前述权利要求中任一项所述的炉，所述炉进一步装备为在至少一个所述第一注入器的上游将还原剂引入到所述第一热气体中。

16.根据前一项权利要求所述的炉，其中，要在至少一个所述第一注入器上游引入的还原剂可选自气体、液体、固体及它们组合。

17.根据前述权利要求中任一项所述的炉，所述炉进一步装备有至少一个氧气燃烧器，所述至少一个氧气燃烧器用于产生多于来自至少一个所述等离子体炬的等离子体质量第一热气体的量的额外第一热气体。

18.根据前一项权利要求所述的炉，所述炉进一步装备有至少一个浸没式第三注入器，所述浸没式第三注入器用于在所确定的水平以下注入所述额外第一热气体。

19.根据前一项权利要求所述的炉，其中，所述至少一个氧气燃烧器位于所确定的水平以下。

20.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述等离子体炬位于所确定的水平以下。

21.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述补燃区作为所述单室炉的一部分提供在所确定的水平以上。

22.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述补燃区包括与含氧气体的供应源连接的连接部，所述含氧气体优选选自空气、富氧空气和纯化的氧气。

23.根据前述权利要求中任一项所述的炉，进一步包括在所述回收区上游的冷却区，所述冷却区用于冷却在所述补燃区中形成的气体。

24.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述回收区包括气体过滤区，优选地，所述气体过滤区包括至少一个气体过滤布。

25.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述炉具有大致圆筒形的形状，优选地，所述炉还具有朝着较小直径的圆筒形底部段逐渐变窄的锥形下部，其中，所述炉的圆筒形形状具有最大内径d，并且所述炉从下到上具有总内部高度h，h与d的比值至少为0.75。

26.根据前一项权利要求所述的炉，其中，所述炉包括所述锥形下段，并且其中所述确定的水平大约在所述圆筒形形状转换为所述锥形下段时的高度处。

27.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述炉设置有内部耐火衬里。

28.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述炉的外围壁是水冷的。

29.一种用于使用根据前述权利要求中任一项所述的炉从冶金装料中烟化至少一种能蒸发金属或金属化合物的方法，包括以下步骤：

·将包括所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的冶金装料引入所述炉中，并形成多至所确定的水平的熔化装料的浴；

·使用至少一种还原剂和来自至少一个等离子体炬的等离子体质量热气体，从所述浴中烟化一定量的所述至少一种能蒸发金属或金属化合物，从而产生包括所述能蒸发金属或金属化合物的烟化气体；

·在所述补燃区中补燃所述烟化气体，以将所述至少一种能蒸发金属或金属化合物氧化成所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的氧化形式，

·从所述炉中提取在所述炉中形成的气体，并从所述补燃步骤中形成的气体中回收所述至少一能可蒸发金属或金属化合物的氧化形式；

其特征在于，在烟化步骤的至少一部分期间，通过至少一个第二注入器将额外气体注入到所述浴中且在所确定的水平以下注入，从而增加包括能蒸发金属或金属化合物的烟气的量。

30.根据前一项权利要求所述的方法，其中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体量为第一热气体量的至少10％，所述第一热气体量当所述至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由所述炬中具有最高额定功率的单个元件产生。

31.根据权利要求29-30中任一项所述的方法，其中，所述炉包括多个第二注入器，并且其中通过每个第二注入器注入的额外气体量为第一热气体量的至少10％，所述第一热气体量当所述至少一个等离子体炬输送以正常条件下的体积单位表示的焓含量为至少3.5kWh/Nm³的第一热气体时，可由所述炬中具有最高额定功率的单个元件产生。

32.根据权利要求29-31中任一项所述的方法，其中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体包括选自由氢气、氮气、空气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及它们的组合所组成的组中的至少一种气体，优选氮气或空气，更优选空气，甚至更优选压缩空气。

33.根据权利要求29-32中任一项所述的方法，其中，将通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体在所述至少一个第二喷射器的上游进行热处理，以改变所述额外气体的焓含量，优选地，通过使用至少一个热交换器对所述额外气体进行热处理。

34.根据权利要求29-33中任一项所述的方法，其中，进入所述至少一个第二注入器的额外气体的温度至多等于所述炉中的浴的温度，优选低于所述浴的温度至少100摄氏度。

35.根据权利要求29-34中任一项所述的方法，其中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体包括至少一种第一还原剂。

36.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述第一还原剂是固体。

37.根据权利要求29-36中任一项所述的方法，其中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体进一步包括氧气和一定量的燃料，所述量的燃料通过所述燃料在所述炉中的运行条件下的燃烧而适合于给所述炉带来焓输入，所述焓输入补偿在所述额外气体在注入点的温度低于所述炉中的熔化装料的温度的情况下，所述额外气体可给所述炉带来的冷却效果的至少50％。

38.根据权利要求29-38中任一项所述的方法，其中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体的λ小于1.0。

39.根据权利要求29-38中任一项所述的方法，其中，通过所述至少一个第二注入器注入的额外气体是能燃的，并且所述额外气体在所述至少一个第二注入器中达到的速度高于所述额外气体的火焰传播速度。

40.根据权利要求29-39中任一项所述的方法，其中，所述至少一种能蒸发金属或金属化合物是所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的单质形式的金属或能蒸发的含金属化合物，优选地，所述金属选自由锌、铅、锡、铋、镉、铟、锗及它们的组合所组成的组，还优选地，所述含金属化合物选自氯化物、氧化物、硫化物及它们的组合。

41.根据前一项权利要求所述的方法，其中，在所述炉中加入相较于所述能蒸发金属或金属化合物中的金属不太贵的金属，优选铁和/或铝。

42.根据权利要求29-41中任一项所述的方法，其中，在至少一个所述第一注入器的上游，向所述等离子体质量第一热气体中加入第二还原剂。

43.根据前一项权利要求的所述的方法，其中，所述第二还原剂选自气体、液体和固体及它们的组合。

44.根据权利要求29-43中任一项所述的方法，包括将渣中的氧势调节在10至10^-9Pa的范围内的步骤。

45.根据权利要求29-44中任一项的所述的方法，其中，补燃在所述单室炉内进行。

46.根据权利要求29-45中任一项的所述的方法，其中，补燃包括将含氧气体引入所述补燃区，所述含氧气体优选选自空气、富氧空气和纯化的氧气。

47.根据权利要求29-45中任一项所述的方法，其中，所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的氧化形式作为粉尘从所述气体中回收。

48.根据权利要求29-47中任一项所述的方法，其中，从所述气体中回收所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的氧化形式包括使用过滤器，优选过滤布过滤含有所述至少一种能蒸发金属或金属化合物的氧化形式的气体。

49.根据权利要求29-48中任一项所述的方法，进一步包括在从所述气体中回收所述至少一种可蒸发金属或金属化合物的氧化形式的上游进行的冷却步骤。

50.根据权利要求29-49中任一项所述的方法，包括形成熔化金属相，所述方法进一步包括从所述炉中移除所述熔化金属相的步骤。

51.根据权利要求29-50中任一项所述的方法，其中，金属装料包括渣，并且其中，所述渣包括硫和/或硫化合物，所述方法进一步包括形成熔化冰铜相的步骤和从所述炉中移除所述熔化冰铜相的进一步步骤。

52.根据权利要求29-51中任一项所述的方法，其中，所述冶金装料以液体形式引入所述炉中。

53.根据权利要求29-52中任一项所述的方法，其中，所述冶金装料是冶金渣，并且其中所述工艺产生第二渣。

54.根据前一项权利要求的所述的方法，其中，熔化渣的平均温度比所述渣的液相线温度高不到50摄氏度。

55.根据权利要求53-54中任一项的所述的方法，其中，选自CaO、Al₂O₃以及它们的组合的氧化物优选在至少1000℃，更优选约1150℃的浴温度下加入到所述炉中的浴中。

56.根据权利要求53-55中任一项所述的方法，进一步包括将所述第二渣冷却成固体的步骤，优选地，所述第二渣以液体的形式首先从炉中移除。

57.根据前一项权利要求所述的工艺，其中，通过使液体第二渣与水接触来进行冷却。

58.根据权利要求56-57中任一项所述的方法，其中，所述第二渣以每秒至少30摄氏度的速率冷却。

59.根据权利要求56-58中任一项所述的工艺，进一步包括研磨固体第二渣，优选将所述第二渣研磨成粉末的步骤。

60.根据权利要求56-59中任一项所述的方法，其中，所述第二渣以每秒低于40摄氏度的速率冷却。

61.根据权利要求56-60中任一项所述的方法，进一步包括在制造用于建筑工业的物体期间加入所述第二渣作为粘结剂或集料的步骤。

62.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述渣用作粘结剂，并且所述物体进一步包括集料，其中，所述集料优选包括沙和/或所述第二渣。

63.根据前一项权利要求所述的方法，进一步包括在生产所述物体期间加入活化剂。

64.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述活化剂选自由氢氧化钠NaOH、氢氧化钾KOH、硅酸钠Na₂SiO₃、硅酸钾K₂SiO₃以及它们的组合组成的组。

65.根据权利要求61-64中任一项所述的方法，其中，用于建筑工业的物体是建筑元件。

66.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述建筑元件从瓷砖、铺路材料、砌块、混凝土砌块及它们的组合的列表中选择。

67.根据权利要求61-66中任一项的所述的方法，其中，用于建筑工业的物体具有发泡结构。

68.根据权利要求1-28中任一项所述的炉的用途，用于从冶金装料中烟化至少一种能蒸发金属或金属化合物。

69.根据前一项权利要求所述的用途，其中，所述冶金装料选自铜熔炼渣和铜精炼渣及它们的组合。

70.根据权利要求68-69中任一项所述的用途，其中，所述能蒸发金属或金属化合物选自锌、铅、锡、铋、镉、铟、锗及它们的组合。

71.根据权利要求29-67中任一项所述的方法，其中，所述方法的至少一部分由电子监控和/或控制，优选地由计算机程序进行监控和/或控制。