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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion und
Rückgewinnung
von Edelmetallen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
ein stufenweises Zerkleinerungsverfahren zur Extraktion und Rückgewinnung
von Edelmetallen aus Schlacke, die von Kohleverbrennungsöfen und
-Dampferzeugern erzeugt wurde.
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Hintergrund
der Erfindung
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Edelmetalle
sind von beträchtlicher
technologischer Wichtigkeit. Sie umfassen Elemente wie Platin, Gold,
Ruthenium, Rhodium, Palladium, Rhenium, Iridium, Osmium und dergleichen.
Die technologische Wichtigkeit von Edelmetallen wird durch ihre
zahlreichen und verschiedenartigen Anwendungen auf den Gebieten der
Katalyse, der Elektronik und des Schmucks veranschaulicht. Die Oxidationsbeständigkeit
dieser Edelmetalle macht sie für
Hochtemperaturanwendungen brauchbar. In metallischer Form sind Edelmetalle
biologisch verträglich
sowie hochgradig korrosionsbeständig.
Dies macht sie für
medizinische Vorrichtungen und dentale Anwendungen brauchbar. Edelmetalle
sind wegen ihrer geringen Häufigkeit
in der Natur äußerst selten,
und zu ihrer Extraktion und Reinigung sind komplexe Verfahren erforderlich.
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Fossile
Brennstoffe wie Kohle werden typischerweise in Öfen und Dampferzeugern verwendet,
um Dampf und schließlich
Elektrizität
für industrielle
Zwecke zu erzeugen. Der Dampf wird typischerweise zum Antreiben
der Generatoren und zur Erzeugung von Elektrizität verwendet. Wenn auch Dampf
das Zwischenprodukt ist, das erforderlich ist, um schließlich Energie
zu erzeugen, ergeben sich die Verbrennungs-Nebenprodukte aus der
Verbrennung von Kohle in den Dampferzeugern.
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Ein
Typ von Kohle verbrennendem Dampferzeuger ist der Zyklonbrenner.
Der Zyklonbrenner ist ein langsam erhitzender, wassergekühlter Ofen
mit einer horizontalzylindrischen Form, in dem ein fossiler Brennstoff
wie Kohle zyklonförmig
verfeuert wird. Wenn die Kohle in dem Dampferzeuger verbrannt wird,
wird Wärme erzeugt,
um Wasser zum Sieden zu bringen, das durch Röhren, die um den Außenumfang
des Dampferzeugers angebracht sind, zirkuliert. Dieser Prozeß erzeugt
Dampf, der erforderlich ist, um schließlich Elektrizität zu erzeugen.
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Der
Kohle-Verbrennungsprozeß führt zur
Erzeugung von Nebenprodukten wie Schlacke. Schlacke enthält die geschmolzenen
Verunreinigungen des Kohle-Verbrennungsprozesses,
wozu Oxide, Silikate und Eisenmetall gehören. Die Schlacke wird in einem
Sammelbehälter
unter dem Kohleverbrennungsofen gesammelt. Die Schlacke aus dem
Kohleverbrennungsofen ist eine potentielle Quelle für Edelmetalle
wie Platin, Gold, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Rhenium, Iridium
und Osmium. Die große
Menge an erzeugter Zyklonschlacke steht zur Extraktion und Rückgewinnung
von Edelmetallen bei geringen Kosten zur Verfügung.
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Im
Stand der Technik sind Rückgewinnungsverfahren
bekannt, die die Rückgewinnung
von Edelmetallen aus Komplexen oder kohlenstoffhaltigen Erzen, Schlacken
aus dem Erschmelzen von Metallen und gebrauchten Katalysatoren betreffen.
Dazu gehören
elektrochemische Verfahren, pyrometallurgische Verfahren, die Reduktionsmittel
und Wärmebehandlung,
komplexbildende Mittel wie Cyanide verwenden, und Auswaschverfahren
zur Rückgewinnung
unter Verwendung verschiedener Säurelösungen.
Das US-Patent Nr. 4 268 363 von Coughlin et al. offenbart eine elektrochemische
Vergasung kohlenstoffhaltiger Materialien, um Kohlenstoffoxide an
der Anode, und Wasserstoff oder metallische Elemente einschließlich Edelmetallen
an der Kathode einer Elektrolysezelle zu erzeugen.
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Das
US-Patent Nr. 4 997 532 von Flax et al. beschreibt ein Verfahren,
bei dem edle Metalle aus Rohmaterialien extrahiert werden, indem
die Materialien zuerst mit Mineralsäure ausgelaugt werden (wobei
die edlen Metalle im Rückstand
zurückbleiben),
dann der Rückstand
mit einer nicht-wässerigen
Flüssigkeit,
die Chrom enthält,
behandelt wird, um einen Komplex der Formel R[MeBrx] zu bilden,
und dieser Komplex der Elektrolyse unterzogen wird, wodurch das
edle Metall an der Kathode abgeschieden wird.
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Nach
einem in dem US-Patent Nr. 4 717 419 offenbarten Verfahren werden
Edelmetalle aus eisenhaltigen Schlacken, die bei Prozessen zur Erschmelzung
von Nickel und Kupfer erzeugt wurden, zurückgewonnen. Die Schlacken werden
unter reduzierenden Bedingungen bei Temperaturen von 1100 bis 1400° C behandelt,
dann durch Sulfidierung weiter reduziert. Die geschmolzene Schlacke
wird dann unter kontrollierten Bedingungen abgekühlt. Nach Zerkleinern und Zermahlen
können
die Edelmetalle, die sich in der Metallphase auf Eisenbasis konzentriert
haben, mittels magnetischer Trennung abgetrennt werden.
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Das
US-Patent Nr. 5 238 485 von Shubert et al. offenbart, dass Edelmetalle
aus komplexen Erzen zurückgewonnen
werden können,
indem das Erz zusammen mit einem Reduktionsmittel, Fluxmittel und
einem Eisen-Versprödungsmittel
zum geschmolzenen Zustand erhitzt wird. Nach dem Abkühlen werden
die Edelmetalle durch Verwendung eines elektrolytischen Prozesses
oder selektiver chemischer Auflösung
abgetrennt.
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Kohr
offenbart in dem US-Patent Nr. 5 626 647 ein Verfahren, bei dem
Edelmetalle aus kohlenstoffhaltigen Erzen mittels einer Auslauglösung, die
Cyanid, Königswasser
oder Thioharnstoff enthält,
zurückgewonnen
werden.
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Das
US-Patent Nr. 4 404 022 von Godbehere betrifft ein Verfahren zur
Behandlung von Dore-Schlacke. Dore-Schlacke ist Schlacke aus einem
Dore-Ofen, der zum
Schmelzen von Feingutmaterial aus der elektrolytischen Reinigung
von Kupfer verwendet wird, um Dore-Metall, das im wesentlichen aus
Silber und Gold besteht, zu erzeugen. Das Verfahren umfaßt die Schritte
des Zermahlens der Schlacke, des Mischens der erhaltenen Masse mit
Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung,
des Zugebens eines geeigneten Abscheiders wie Natrium-di-isobutyl-dithiophosphat,
des Zugebens eines geeigneten Schaumbildners wie Methyl-isobutyl-carbinol,
des Belüftens
der Aufschlämmung
und des Abtrennens des Edelmetalle enthaltenden Schaums vom Rest
der Aufschlämmung.
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Bei
jedem der Verfahren, die im bekannten Stand der Technik aufgeführt werden,
gibt es Probleme. Bei der Verwendung starker Mineralsäure-Verbindungen
werden Sicherheitsfragen aufgeworfen. Zur elektrochemischen Behandlung
oder Elektrolyse ist eine spezialisierte Ausrüstung erforderlich. Zum Erhitzen
von Schlacke bis zum geschmolzenen Zustand werden große Öfen benötigt. Schaumbildner-
und Abscheider-Verbindungen können
sowohl giftig als auch kostspielig sein. Es ist immer noch wünschenswert,
ein Verfahren zur Rückgewinnung
von Edelmetall aus Schlacke, die von einem Kohleverbrennungsofen
erzeugt wurde, zu entwickeln, das keine Elektrolyse oder den Zusatz
konzentrierter, giftiger und kostspieliger chemischer Reagenzien
erfordert, das kein Erhitzen der Schlacke erfordert, und das wirtschaftlich
und im Hinblick auf die Umwelt wünschenswerter
ist.
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Die
Vereinigten Staaten, die zur Zeit einen großen Prozentsatz ihres Edelmetallbedarfs
importieren, werden zunehmend weniger abhängig von Auslandslieferungen
von Edelmetallen sein. Die Rückgewinnung von
Edelmetallen aus Kohleofenschlacke wird helfen, den Bedarf an Bergbau
zu verringern und daher die damit verbundenen Umweltprobleme ro
verringern. Zusätzlich
werden die gegenwärtigen
Kosten für
die Beseitigung von Kohleverbrennungs-Zyklonbrennerschlacke durch
die Verwertung des Werts des Edelmetallgehalts der Schlacke etwas
gemindert werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenweises
Zerkleinerungsverfahren zur Extraktion und Rückgewinnung von Edelmetallen
aus Schlacke, die durch Kohleverbrennungsöfen oder -Dampferzeuger erzeugt
wurde, bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenweises
Zerkleinerungsverfahren zur Extraktion und Rückgewinnung von Edelmetallen
aus Schlacke, die von Kohleverbrennungsöfen oder -Dampferzeugern erzeugt
wurde, bereit zu stellen, das umweltfreundlicher als die gegenwärtigen Techniken
zur Extraktion und Rückgewinnung
ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenweises
Zerkleinerungsverfahren zur Extraktion und Rückgewinnung von Edelmetallen
aus Schlacke, die von Kohleverbrennungsöfen oder -Dampferzeugern erzeugt
wurde, bereit zu stellen, das kosteneffektiv ist.
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Die
vorangehenden Aufgaben, zusammen mit ihren Vorteilen gegenüber der
bekannten, Verfahren zur Edelmetallrückgewinnung betreffenden Technik,
die aus der folgenden Beschreibung deutlich werden sollen, werden
durch die Erfindung, wie sie hierin im folgenden beschrieben und
beansprucht wird, erreicht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt daher ein stufenweises Zerkleinerungsverfahren
zur Rückgewinnung von
Edelmetallen aus Schlacke, die von einem Kohleverbrennungsofen oder
-Dampferzeuger erzeugt wurde, bereit, wobei das Verfahren aufweist:
eine Mehrzahl von Zerkleinerungsschritten, wobei jeder Zerkleinerungsschritt
Schlacketeilchen mit sukzessive kleineren Teilchendurchmessergrößen erzeugt,
wobei die Zerkleinerungsschritte fortgesetzt werden bis eine gewünschte End-Teilchendurchmessergröße erhalten
wird; wobei sich jedem der Zerkleinerungsschritte ein Suspendieren
der zerkleinerten Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium anschließt, um eine
Aufschlämmung
leichtgewichtiger Teilchen und schwergewichtiger Teilchen zu bilden
und es den zerkleinerten Schlacketeilchen in der Aufschlämmung zu
erlauben, sich aufgrund des Gewichts der Teilchen zu trennen, um
ein Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen
zu bilden; wobei sich jedem Suspendierungsschritt das Entfernen
der leichtgewichtigen Teilchen aus der Aufschlämmung anschließt, so dass
die Aufschlämmung
im wesentlichen aus schwergewichtigen Teilchen besteht; und Sammeln
der schwergewichtigen Teilchen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Rückgewinnung
von Edelmetallen aus Schlacke von einem Kohleverbrennungsofen oder
-Dampferzeuger bereit, das die folgenden Schritte aufweist: Zerkleinern
von Schlacke, die aus einem Kohleverbrennungsofen oder -Dampferzeuger
gesammelt wurde, um zerkleinerte Schlacketeilchen mit einer ersten
Teilchendurchmessergröße zu bilden;
Suspendieren der zerkleinerten Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium,
um eine Aufschlämmung zerkleinerter
Schlacketeilchen zu bilden, wobei die Aufschlämmung leichtgewichtige Teilchen
und schwergewichtige Teilchen enthält, wobei die leichtgewichtigen
Teilchen und die schwergewichtigen Teilchen die erste Teilchendurchmessergröße haben;
Erlauben, dass sich die zerkleinerten Schlacketeilchen in der Aufschlämmung aufgrund
des Gewichts der Teilchen trennen, um dadurch ein Kollektiv leichtgewichtiger
Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen zu bilden;
Entfernen der leichtgewichtigen Teilchen aus der Aufschlämmung; Sammeln
und Trocknen der schwergewichtigen Teilchen;
erneutes Zerkleinern
der schwergewichtigen Teilchen, um zerkleinerte Schlakketeilchen
mit einer zweiten Teilchendurchmessergröße zu bilden, wobei die zweite
Teilchendurchmessergröße geringer
als die erste Teilchendurchmessergröße ist; erneutes Suspendieren
der zerkleinerten Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium, um eine Aufschlämmung zerkleinerter
Schlacketeilchen zu bilden, wobei die Aufschlämmung leichtgewichtige Teilchen
und schwergewichtige Teilchen enthält, wobei die leichtgewichtigen
Teilchen und die schwergewichtigen Teilchen die zweite Teilchendurchmessergröße haben;
Erlauben, dass sich die zerkleinerten Schlacketeilchen in der Aufschlämmung aufgrund
des Gewichts der Teilchen trennen, um dadurch ein Kollektiv leichtgewichtiger
Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen zu bilden;
Entfernen der leichtgewichtigen Teilchen aus der Aufschlämmung; Sammeln
und Trocknen der schwergewichtigen Teilchen;
erneutes Zerkleinern
der schwergewichtigen Teilchen, um zerkleinerte Schlakketeilchen
mit einer dritten Teilchendurchmessergröße zu bilden, wobei die dritte
Teilchendurchmessergröße geringer
ist als die zweite Teilchendurchmessergröße; erneutes Suspendieren der
zerkleinerten Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium, um eine Aufschlämmung zerkleinerter
Schlacketeilchen zu bilden, wobei die Aufschlämmung leichtgewichtige Teilchen
und schwergewichtige Teilchen enthält, wobei die leichtgewichtigen
Teilchen und die schwergewichtigen Teilchen die dritte Teilchendurchmessergröße haben;
Erlauben, dass sich die zerkleinerten Schlacketeilchen in der Aufschlämmung aufgrund
des Gewichts der Teilchen trennen, um dadurch ein Kollektiv leichtgewichtiger
Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen zu bilden;
Entfernen der leichtgewichtigen Teilchen aus der Aufschlämmung;
Fortsetzen
des Suspendierens der leichtgewichtigen Teilchens und der schwergewichtigen
Teilchen mit der dritten Teilchendurchmessergröße und des Entfernens leichtgewichtiger
Teilchen, bis die Aufschlämmung
im wesentlichen aus schwergewichtigen Teilchen besteht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 1 und 2 sind mikrofotografische Aufnahmen eines
eingeschmolzenen schwergewichtigen Eisenmetallteilchens mit einem
Durchmesser von etwa ein Millimeter, das kleinere Teilchen aufweist,
die aus Schlacke aus einem Kohleverbrennungs-Zyklonbrenner wieder
gewonnen wurden. Das eingeschmolzene Eisenteilchen hat mit ihm verbundene
Edelmetalle. Etwas unverbrannte Kohle ist anwesend.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Wenn
Kohle in einem Kohleverbrennungsofen oder -Dampferzeuger verbrannt
wird, wird die Kohle vergast, der Mineralgehalt der Kohle bleibt
jedoch als geschmolzene Asche oder Schlacke zurück. Die Schlacke enthält eine
Eisen- Schwermetallphase,
mit der Edelmetalle verbunden sind. Zusätzlich enthält die Schlacke auch verschiedene
leichtgewichtige, spröde
Silikat- und anorganische Oxid-Verbindungen. Traditionell wird die
bei dem Kohleverbrennungsprozeß erzeugte
Schlacke gesammelt, durch Ablöschen
gekühlt
und auf Deponien entsorgt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein umweltfreundliches und kosteneffektives
Verfahren zur Rückgewinnung
von Edelmetallen aus Schlacke, die als ein Nebenprodukt der Kohleverbrennung
erzeugt wurde, bereit. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ein
stufenweises Zerkleinerungsverfahren, um Edelmetalle aus abgelöschter Schlacke,
die als ein Nebenprodukt der Verbrennung von Kohle in einem Kohleverbrennungsofen
oder -Dampferzeuger erzeugt wurde, zurückzugewinnen.
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Es
ist bekannt, dass während
des Kohleverbrennungsprozesses Edelmetalle in der Kohle innig mit
der Eisen-Schwermetallphase verbunden werden. Die aus der Schlacke
zurückgewonnenen
Edelmetalle sind mindestens ein Element, das ausgewählt ist
aus der Gruppe, die besteht aus Platin, Gold, Ruthenium, Rhodium, Palladium,
Rhenium, Iridium und Osmium. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet ein kontrolliertes, stufenweises Zerkleinerungsverfahren,
das erforderlich ist, um die Edelmetalle, die in der Eisen-Schwermetallphase,
die während
des Kohleverbrennungsprozesses erzeugt wurde, festgehalten werden, freizusetzen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung basiert auf der Tatsache, dass
bei der Kohleverbrennung durch einen Kohleverbrennungsofen oder
-Dampferzeuger, bevorzugt einen Zyklon-Dampferzeuger, Edelmetalle
innig mit der Eisen-Schwermetallphase der geschmolzenen Schlacke
verbunden werden. Wenn die Schlacke in dem wassergefüllten Sammelbehälter abgekühlt worden
ist, bleibt die Eisenphase duktil, und bezogen auf die spröde Silikat-Matrix
oder -Phase bleibt sie daher größer. Deshalb
kann das Kollektiv der Schwermetallteilchen, das die duktile Eisenphase
mit damit innig verbundenen Schwermetallen enthält, leicht von dem leichtgewichtigen
Oxid- und Silikat-Kollektiv oder -Phase abgetrennt werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein stufenweises Zerkleinerungsverfahren
zur Rückgewinnung
von Edelmetallen aus Schlacke, die von einem Kohleverbrennungsofen
oder -Dampferzeuger erzeugt wurde, bereit. Das stufenweise Zerkleinerungsverfahren
der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl von Zerkleinerungsschritten
auf. Jeder Zerkleinerungsschritt erzeugt Schlacketeilchen mit sukzessive
kleineren Teilchendurchmessergrößen und
wird fortgesetzt, bis eine gewünschte
End-Teilchengröße erhalten
wird. Jedem Zerkleinerungsschritt schließt sich ein Suspendieren der
zerkleinerten Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium, um eine Aufschlämmung leichtgewichtiger
Teilchen und schwergewichtiger Teilchen zu bilden, an. Man läßt die zerkleinerten
Schlacketeilchen in der Aufschlämmung
sich aufgrund des Gewichts der Teilchen voneinander trennen, wodurch
ein Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger
Teilchen gebildet wird. Jedem Suspendierungsschritt schließt sich
eine Entfernung der leichtgewichtigen Teilchen aus der Aufschlämmung an,
so dass die Aufschlämmung
im wesentlichen aus schwergewichtigen Teilchen besteht. Die schwergewichtigen
Teilchen, die die Edelmetalle enthalten, werden gesammelt.
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In
einer Ausführungsform
wird die Schlacke einem stufenweisen Zerkleinerungsverfahren unterzogen, das
drei getrennte Zerkleinerungsschritte aufweist. Die Schlacke wird
zu Teilchen mit einer ersten Teilchendurchmessergröße zerkleinert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Teilchendurchmessergröße etwa weniger als 150 μm. Die Schlacketeilchen
werden dann in einem flüssigen
Medium suspendiert, um eine Aufschlämmung von Schlacketeilchen
zu bilden. Die Aufschlämmung
enthält
leichtgewichtige Teilchen, die im wesentlichen die Silikat- und
Oxid-Verbindungen enthalten, und schwergewichtige Teilchen, die
im wesentlichen das Schwermetalleisen mit den damit verbundenen
Edelmetallen enthalten. Man ermöglicht
es, dass sich die zerkleinerten Schlacketeilchen in der Aufschlämmung aufgrund
des Gewichts der Teilchen trennen, um ein Kollektiv leichtgewichtiger
Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen zu bilden.
Die leichtgewichtigen Teilchen werden dann durch Entfernung aus
der Aufschlämmung
von den schwergewichtigen Teilchen getrennt. Die schwergewichtigen
Teilchen werden gesammelt und getrocknet.
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Die
getrockneten schwergewichtigen Schlacketeilchen werden dann einer
zweiten Zerkleinerungsstufe unterzogen, um Teilchen mit einem zweiten
Teilchengrößendurchmesser,
der geringer ist als der erste Teilchengrößendurchmesser, zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der zweite Teilchengrößendurchmesser
geringer als etwa 75 μm.
Wie oben beschrieben, werden diese weiter zerkleinerten Schlacketeilchen
dann in einem flüssigen
Medium suspendiert, um eine zweite Aufschlämmung zerkleinerter Schlacketeilchen
zu bilden. Diese zweite Aufschlämmung
enthält
leichtgewichtige Teilchen und schwergewichtige Teilchen. Man läßt die Schlacketeilchen
sich aufgrund des Gewichts der Teilchen trennen, wodurch ein Kollektiv leichtgewichtiger
Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen gebildet wird.
Die leichtgewichtigen Teilchen werden durch Entfernung aus der Aufschlämmung von
den schwergewichtigen Teilchen getrennt. Die schwergewichtigen Teilchen
werden wiederum gesammelt und getrocknet.
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Die
getrockneten schwergewichtigen Schlacketeilchen werden dann der
dritten und letzten Zerkleinerungsstufe unterzogen, um Teilchen
mit einer dritten Teilchendurchmessergröße, die geringer ist als die
zweite Teilchendurchmessergröße, zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die dritte Teilchendurchmessergröße bevorzugt geringer als etwa
10 μm. Wie
oben beschrieben, werden diese weiter zerkleinerten Schlacketeilchen
dann in einem flüssigen
Medium suspendiert, um eine dritte Aufschlämmung zerkleinerter Schlacketeilchen
zu bilden. Diese dritte Aufschlämmung
enthält
leichtgewichtige Teilchen und schwergewichtige Teilchen. Man läßt die Schlacketeilchen
sich aufgrund des Gewichts der Teilchen trennen, wodurch ein Kollektiv
leichtgewichtiger Teilchen und ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen
gebildet wird. Die leichtgewichtigen Teilchen werden durch Entfernung
aus der Aufschlämmung
von den schwergewichtigen Teilchen getrennt. Die schwergewichtigen
Teilchen werden wiederum gesammelt.
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Diese
zerkleinerten Schlacketeilchen mit einem Durchmesser von weniger
als etwa 10 μm
sind im wesentlichen in Pulverform. Die pulverförmigen Schlacketeilchen werden
danach in einem flüssigen
Medium suspendiert. Man ermöglicht
es, dass sich irgendwelche verbleibenden Teilchen von leichterem
Gewicht aufgrund des Gewichts von den Schwermetallteilchen der Eisenphase
trennen. Das Suspendieren von Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium
und das Entfernen leichtgewichtigerer Teilchen werden wiederholt
bis die Aufschlämmung
im wesentlichen aus schwergewichtigen Teilchen besteht, die dann
gesammelt und getrocknet werden. Diese schwergewichtigen, Eisen
enthaltenden Teilchen besitzen mit ihnen verbundene Edelmetalle.
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Es
ist in Aussicht genommen, dass bei der vorliegenden Erfindung Schlacke
von vielen verschiedenen Kohlearten verwendet werden kann. Zu geeigneten
Arten von Kohle gehören
bituminöse
Kohle, sub-bituminöse
Kohle, Braunkohle und Anthrazit. Die am meisten bevorzugte Kohleart,
die verwendet werden kann, ist bituminöse Kohle.
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Es
gibt verschiedene Typen von Dampferzeugern und Öfen, die zur Kohleverbrennung
verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird Schlacke aus
Kohle verbrennenden Zyklonbrennern und Dampferzeugern eingesetzt.
Die bevorzugte Schlacke ist ein Nebenprodukt der Kohleverbrennung
aus einem horizontal angebrachten Zyklonbrenner. Der horizontal
angeordnete Zyklon-Dampferzeuger
ist speziell für
die Verbrennung minderwertiger Kohle und von Ballastkohle-Graden
mit niedriger Schmelztemperatur konzipiert. See Kirk-Othmer, The Concise
Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Edition,
John Wiley & Sons,
Inc., 1999, Seiten 464–465,
für eine
umfassende weitere Diskussion von Kohleverbrennung und -Öfen.
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Wie
hierin oben diskutiert wurde, wird bei dem Edelmetall-Rückgewinnungsverfahren
der vorliegenden Erfindung bevorzugt Schlacke aus einem Zyklon-Dampferzeuger verwendet.
Der Zyklon-Verbrennungsprozeß ist
für die
Edelmetallkonzentration in den Schlacken-Nebenprodukten der Kohleverbrennung
wichtig. Die Zyklon-Dampferzeuger treiben die Edelmetalle nicht
zum Schornstein hinaus, sondern der Zyklon-Verbrennungsprozeß konzentriert
vielmehr die Edelmetalle in der geschmolzenen Eisenphase der Schlacke.
Die geschmolzene Schlacke aus dem Zyklon-Verbrennungsprozeß wird dann
in einen wassergefüllten
Schlacken-Sammelbehälter
entleert. Daher ist Schlacke von einem Kohle verbrennenden Zyklonbrenner
am meisten bevorzugt.
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Wie
hierin oben erwähnt
wurde, basiert das vorliegende Verfahren zur Rückgewinnung von Edelmetallen
auf einem kontrollierten stufenweisen Zerkleinern oder Zermahlen
der getrockneten Schlacke aus einem Kohleverbrennungs-Dampferzeuger. Das
Zermahlen oder Zerkleinern der Schlacke kann durch irgendein geeignetes
Mittel zum Zerkleinern oder Zermahlen erreicht werden, einschließlich aber
nicht beschränkt
auf Zerkleinerer vom Backenbrecher-Typ, Zerkleinerer vom Rundbrecher-Typ
zur Grobzerkleinerung und Zerkleinerung mit einer Kugelmühle zur
Pulverisierung. Das am meisten bevorzugte Zerkleinerungsverfahren
zur Grobzerkleinerung der getrockneten Schlacketeilchen ist Backenbrechen.
Das am meisten bevorzugte Verfahren zur Pulverisierung der getrockneten
Schlacketeilchen ist konventionelles Mahlen in der Kugelmühle.
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Wie
hierin oben erwähnt
wurde, werden die zerkleinerten Schlacketeilchen in einem flüssigen Medium suspendiert,
um die Abtrennung der leichtgewichtigen Teilchen, die im wesentlichen
die spröden
Silikate und Oxide enthalten, von den schwergewichtigten Teilchen,
die im wesentlichen die Eisenphase mit damit verbundenem Edelmetall
enthalten, zu erleichtern.
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Flüssigkeiten
wie Wasser und schwere Flüssigkeiten
können
zum Suspendieren der zerkleinerten Schlacketeilchen und zum Erleichtern
der Abtrennung verwendet werden. Zu schweren Flüssigkeiten gehören schwere
Lösungen
anorganischer Salze und schwere organische Lösungsmittel. Der Begriff "schwere Flüssigkeiten", wie er hierin verwendet
wird, bezieht sich auf irgendeine Flüssigkeit mit einer relativen
Dichte von größer als
1,0, und die üblicherweise
zur Trennung von Mineralien verwendet werden. Zu geeigneten schweren Lösungen anorganischer
Salze gehören
Natriumchlorid, Calciumchlorid, Zinkchlorid, Sonstadt-Lösung. die eine
wässerige
Lösung
von Quecksilber (II)-Kaliumiodid ist, Klein-Lösung, die eine wässerige
Lösung
von Cadmium-borwolframat ist, und Rohrbach-Lösung, die eine wässerige
Lösung
von Barium-Quecksilber(II)-iodid ist.
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Zu
geeigneten schweren organischen Lösungsmitteln gehören Bromoform,
Tetrabromethan, Braun-Lösung,
die Diiodmethan ist, und Clerici-Lösung, die eine Lösung von
Thalliumformiat und -malonat ist. Wegen der Wirtschaftlichkeit und
wegen Umweltbedenken ist Wasser das am meisten bevorzugte flüssige Medium,
das zum Suspendieren der zerkleinerten Schlacketeilchen verwendet
wird.
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Wenn
sich das Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen von dem Kollektiv
schwergewichtiger Teilchen getrennt hat, werden die schwergewichtigen
Teilchen zum Trocknen und nachfolgenden Zerkleinern gesammelt. Die
Abtrennung der Eisen enthaltenden schwergewichtigen Teilchen wird
durch irgendein bekanntes Mittel zur Abtrennung erreicht, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf, Hydrozyklon-Sammeltechnik, dynamische Wirbelbecken-Sammeltechnik
und Dichtekontrolltechniken mit oder ohne Magnetabscheider und dergleichen.
Die Anwendung von Magnetfeldtrennung ist ein bevorzugtes Verfahren
zur Beschleunigung der Abtrennung der leichtergewichtigen Teilchen
von den Eisen enthaltenden schwergewichtigen Teilchen mit einer
Teilchendurchmessergröße von weniger
als etwa 10 μm.
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Das
Trocknen der zerkleinerten schwergewichtigen Schlacketeilchen wird
durch irgendein bekanntes Mittel zur Trocknung erreicht. Geeignete
Trocknungsverfahren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Lufttrocknung
und Ofentrocknung. Lufttrocknung der zerkleinerten Schlacketeilchen
ist offensichtlich wirtschaftlich vernünftiger.
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Außerdem können Schaumflotationstechniken,
die grenzflächenaktive
Mittel verwenden, zur Abtrennung und Entfernung des Kollektivs leichtgewichtiger
spröder
Silikat-Teilchen von den schwergewichtigen Eisenphase-Teilchen brauchbar
sein.
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Die
getrocknete Schlacke von Zyklon-Dampferzeugern ist eine Quelle für Edelmetalle
wie Platin, Gold, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Rhenium, Iridium
und Osmium. Die technologische Bedeutung von Edelmetallen wird durch
ihre zahlreichen und unterschiedlichen Verwendungen auf den Gebieten
der Katalyse, der Elektronik und des Schmucks veranschaulicht. Die
Oxidationsbeständigkeit
dieser Edelmetalle macht sie für Hochtemperaturanwendungen
brauchbar. In metallischer Form sind Edelmetalle biologisch verträglich sowie hochgradig
korrosionsbeständig.
Dies macht sie für
medizinische Vorrichtungen und Anwendungen im Zahnbereich brauchbar.
Edelmetalle sind wegen ihrer geringen Häufigkeit in der Natur und der
komplexen Prozesse, die für
ihre Extraktion und Reinigung erforderlich sind, äußerst selten.
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Insbesondere
ein Edelmetall, Platin, ist als ein Katalysator beim Raffinieren
von Öl,
als ein Katalysatormaterial in Automobilen, ein Katalysator bei
der Kohlenwasserstoff-Verbrennung, ein Katalysator in vielen chemischen
Industriezweigen und in gewissem Ausmaß als ein chemotherapeutisches
Mittel für
Krebspatienten brauchbar.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung ist, verglichen mit der eingesetzten
Art von Kohle, empfindlicher hinsichtlich der verwendeten Kohleverbrennungstechnologie.
Daher ist die Schlacke der meisten Arten von Kohle für die Edelmetall-Extraktion
und -Rückgewinnung
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
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Wenn
auch die Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
einen Extraktions- und Rückgewinnungs-Prozeß in kleinem
Maßstab
beschrieben wurden, wird davon ausgegangen, dass die Verfahren der
vorliegenden Erfindung leicht im industriellen Einsatz im großen Maßstab verwendet
werden können.
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Die
Beispiele unten sind dazu gedacht, die Verfahren der Edelmetall-Extraktion
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, sollten aber nicht
als die Verfahren der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise
beschränkend
betrachtet werden.
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Allgemeine
Methodik
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Beispiel 1
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Schlacke
aus einem Kohle verbrennenden Zyklonbrenner wurde dem Edelmetall-Rückgewinnungsverfahren
der vorliegenden Erfindung unterzogen. Kurz, etwa 1 kg abgelöschte Schlacke
wurde gesammelt und luftgetrocknet. Die getrocknete Schlacke wurde
zerkleinert, um Schlacketeilchen mit einem Durchmesser von weniger
als etwa 150 μm
zu bilden. Dies wurde erreicht, indem zuerst eine Zerkleinerung
vom Backenbrecher-Typ verwendet wurde, um die getrocknete Schlacke
auf weniger als 5 Millimeter (mm) zu zerkleinern, gefolgt vom Zermahlen
der Schlacketeilchen auf weniger als etwa 150 μm.
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Die
zerkleinerten Schlacketeilchen wurden in einen großen Glaszylinder
eingebracht, und danach wurden sie in Wasser suspendiert, um eine
Aufschlämmung
zerkleinerter Schlacketeilchen zu bilden. Die Aufschlämmung bestand
aus einem Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen, das spröde Silikate
und Oxide enthielt, und einem Kollektiv schwergewichtiger Teilchen,
das Eisenmetall mit damit verbundenen Edelmetallen enthielt, wobei
die Teilchen eine Teilchendurchmessergröße von weniger als etwa 150 μm hatten.
Der Aufschlämmung
zerkleinerter Schlacketeilchen wurde ermöglicht, sich aufgrund des Gewichts
der Teilchen zu trennen, wodurch an der oberen Oberfläche des
Zylinders ein Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen und an der Bodenfläche des
Zylinders ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen gebildet wurde.
Das Kollektiv leichtergewichtiger Teilchen wurde durch Dekantieren
von der Aufschlämmung
entfernt. Die schwergewichtigen Teilchen wurden gesammelt und getrocknet.
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Die
schwergewichtigen Teilchen wurden einem zweiten Zerkleinern unterzogen,
um zerkleinerte Schlacketeilchen mit einem Durchmesser von weniger
als etwa 75 μm
zu bilden. Die zerkleinerten Schlacketeilchen wurden wiederum in
einen großen
Glaszylinder eingebracht, und danach wurden sie in Wasser suspendiert,
um eine Aufschlämmung
zerkleinerter Schlacketeilchen zu bilden. Die Aufschlämmung bestand
aus einem Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen, das spröde Silikate
und Oxide enthielt, und einem Kollektiv schwergewichtiger Teilchen,
das Eisenmetall mit damit verbundenen Edelmetallen enthielt. Der
Aufschlämmung
zerkleinerter Schlacketeilchen wurde ermöglicht, sich aufgrund des Gewichts
der Teilchen zu trennen, wodurch an der oberen Oberfläche des
Zylinders ein Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen und an der Bodenfläche des Zylinders
ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen gebildet wurde. Das Kollektiv
leichtergewichtiger Teilchen wurde durch Dekantieren von der Aufschlämmung entfernt.
Die schwergewichtigen Teilchen wurden gesammelt und getrocknet.
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Die
schwergewichtigen Teilchen wurden einem dritten Zerkleinern unterzogen,
um zerkleinerte Schlacketeilchen mit einem Durchmesser von weniger
als etwa 10 μm
zu bilden. Die zerkleinerten Schlacketeilchen wurden wiederum in
einen großen
Glaszylinder eingebracht und danach wurden sie in Wasser suspendiert, um
eine Aufschlämmung
zerkleinerter Schlacketeilchen zu bilden. Die Aufschlämmung bestand
aus einem Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen, das spröde Silikate
und Oxide enthielt, und einem Kollektiv schwergewichtiger Teilchen,
das Eisenmetall mit damit verbundenen Edelmetallen enthielt. Der
Aufschlämmung
zerkleinerter Schlacketeilchen wurde ermöglicht, sich aufgrund des Gewichts
der Teilchen zu trennen, wodurch an der oberen Oberfläche des
Zylinders ein Kollektiv leichtgewichtiger Teilchen, und an der unteren
Fläche
des Zylinders ein Kollektiv schwergewichtiger Teilchen gebildet
wurde. Das Kollektiv leichtergewichtiger Teilchen wurde durch Dekantieren
aus der Aufschlämmung
entfernt. Die Aufschlämmung
von Schlacketeilchen wurde dem wiederholten Suspendieren und Entfernen
von leichtergewichtigen Teilchen unterzogen, bis die Aufschlämmung im
wesentlichen nur aus schwergewichtigen Teilchen bestand.
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Die
schwergewichtigen Teilchen der Aufschlämmung wurden gesammelt und
getrocknet. Die getrockneten schwergewichtigen Teilchen wurden durch
Massenspektrometrie mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)
hinsichtlich des Gehalts an darin enthaltenen verschiedenen Edelmetallen,
einschließlich
Platin, Gold, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Rhenium, Iridium und
Osmium, analysiert. Die Ergebnisse der Analyse der schwergewichtigen
Teilchen sind in Tabelle 1 unten gezeigt. TABELLE
1
| Edelmetall | Konzentration
in der Schlacke (PPM) |
| Platin | 1.400 |
| Gold | 0,2 |
| Ruthenium | 0,003 |
| Rhodium | 0,03 |
| Palladium | 0,026 |
| Rhenium | 0,002 |
| Iridium | 0,024 |
| Osmium | <0,003 |
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Wie
in Tabelle 1 oben gezeigt ist, ergibt etwa 1 Kilogramm abgelöschter Schlacke
aus einem Kohleverbrennenden Zyklonbrenner etwa 1.400 ppm Platin,
etwa 0,2 ppm Gold, etwa 0,003 ppm Ruthenium, etwa 0,03 ppm Rhodium,
etwa 0,026 ppm Palladium, etwa 0,002 Rhenium, etwa 0,024 Iridium
und etwa 0,003 Osmium.
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Daher
sollte es offensichtlich sein, dass das Verfahren der vorliegenden
Erfindung hochgradig wirkungsvoll ist bei der Rückgewinnung und dem Sammeln
von Edelmetallen aus abgelöschter
Schlacke; die durch den Verbrennungsprozeß der Kohle in einem Kohleverbrennungsofen
erzeugt wurde. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders
brauchbar zur Rückgewinnung
von Edelmetallen aus abgelöschter Schlacke,
die in Kohle verbrennenden Zyklonbrennern und -Dampferzeugern erzeugt
wurde.
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Bei
Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, angetroffene Probleme
wie die Gefahren der Behandlung der Schlacketeilchen mit starken
Mineralsäuren
können
mit dem Verfahren der gegenwärtigen
Erfindung vermieden werden. Die gegenwärtige Erfindung erfordert keine
elektrochemische Be handlung oder Elektrolysezelle. Die gegenwärtige Erfindung
macht die Notwendigkeit des Erhitzens der Schlacke bis zum geschmolzenen
Zustand, ein kostspieliger Prozeß, überflüssig und beseitigt auch den
Schritt der Sulfidierung. Weil die gegenwärtige Erfindung keine Elektrolyse
oder den Zusatz konzentrierter, giftiger und kostspieliger chemischer
Reagenzien erfordert, ist sie in wirtschaftlicher und in Umwelt-Hinsicht
wünschenswerter.
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Auf
der Basis der vorangehenden Offenbarung und Beschreibung sollte
nun offenkundig sein, dass die Verwendung des beschriebenen Verfahrens
die hierin oben dargelegten Aufgaben erfüllen wird. Es versteht sich
daher, dass irgendwelche Abwandlungen offensichtlich in den Umfang
der beanspruchten Erfindung fallen, und daher können die Auswahl der Schlacke-Quelle,
des Ofen- oder Dampferzeuger-Typs, der flüssigen Medien, der Zerkleinerungstechniken
und der Trocknungstechniken bestimmt werden, ohne von dem Geist
der hierin offenbarten und beschriebenen Erfindung abzuweichen.
Daher soll der Umfang der Erfindung alle Modifizierungen und Abwandlungen,
die in den Umfang der Ansprüche
fallen, umfassen.