EA010113B1 - Способ периодической переработки вторичных материалов во вращающихся реакторах - Google Patents

Abstract

Способ периодической переработки содержащих ценные металлы вторичных материалов, обладающих столь высоким содержанием органических веществ, что их применение в качестве расплавляемых материалов в обычных процессах плавки металлов неэффективно или даже невозможно. Материал загружается в наклоняемый реактор, вращающийся вокруг своей продольной оси, в котором имеется общий канал для загрузки и выгрузки. Материал нагревается до температуры, обеспечивающей выжигание органических компонентов путем пиролиза и/или сжигания. Материал содержит, по меньшей мере, значительную часть фракций с таким размером частиц, которые обеспечивают непрерывную загрузку во время работы. Способ характеризуется тем, что во время работы указанный материал непрерывно загружается в виде регулируемого потока, который контролируется и/или регулируется с помощью оперативных измерений различных параметров способа, так что поток и состав горючего газа и тепловыделение способа находятся под контролем. Переработанный продукт, в основном не содержащий какого-либо органического вещества, выгружается из реактора и направляется в обычный процесс плавки металла. Во время работы материал соответственно подается с помощью загрузочного оборудования через или сквозь один канал реактора под действием гравитационной силы и/или пневматическим способом с помощью транспортирующего газа.

Description

Настоящее изобретение относится к способу периодической переработки вторичных материалов, содержащих ценные металлы и органические компоненты. При этом перерабатываемые материалы обладают столь высоким содержанием органических веществ, что их применение в качестве расплавляемых материалов в обычных процессах плавки металлов неэффективно или даже невозможно. Партию вторичного материала загружают в наклоняемый реактор, вращающийся вокруг своей продольной оси и имеющий общий канал для загрузки и выгрузки, и нагревают вторичный материал до температуры, обеспечивающей удаление из него органических компонентов путем пиролиза и/или сжигания с образованием горючего газа. Этот газ затем сжигается за пределами реактора с помощью вторичного воздуха. Вторичный материал состоит, по меньшей мере в значительной части, из фракций с таким размером частиц, которые допускают его непрерывную загрузку во время работы реактора. В связи с этим непрерывная означает, что загрузка выполняется в виде потока материала в течение одного или большего количества непрерывных периодов времени, а не то, что материал обязательно непрерывно загружается во время работы, даже если ставится задача такой загрузки.

Согласно изобретению можно переработать вторичные материалы, которые содержат органические вещества, а также ценные металлы, такие как горючие отходы содержащих медь материалов, включая отходы кабелей и электронные изделия, например, печатные платы и аналогичные компоненты компьютеров и мобильных (сотовых) телефонов. Такие материалы часто содержат значительные количества металлов в виде различных драгоценных металлов. Другими вторичными материалами являются вторичные отходы, такие как лом свинца, например, аккумуляторный лом, и легированные стали, например лом нержавеющей стали. Под ценными металлами в основном подразумеваются цветные металлы, такие как медь, никель, кобальт, олово, и драгоценные металлы, такие как золото, серебро, платина, палладий, родий и иридий. Органическими компонентами, которые содержатся в рассматриваемых вторичных продуктах, часто являются один или большее количество материалов, входящих в группу, включающую пластмассы, каучук, бумагу, масло, смолу, жиры и смазки. При переработке вторичных материалов указанного выше типа чрезвычайно большие усилия предпринимаются, во-первых, для обеспечения низких потерь металлов и, во-вторых, для обеспечения низких выбросов вредных веществ. Под вращающимся вокруг своей продольной оси и наклоняемым реактором в связи с этим и в контексте последующего описания понимаются снабженные верхним дутьем, наклоняющиеся при работе вращающиеся конвертеры типа ТВК.С (вращающийся конвертер с верхним дутьем) и Кал-До и аналогичные. Например, по сравнению с другими вращающимися печами, такими как печи барабанного типа, такие печи характеризуются тем, что при эксплуатации они работают с более высокими скоростями и благодаря этому загружаемый материал лучше размешивается и перемешивается.

Согласно одному способу, который ранее разработал концерн Воййеи и используется в Коииккагкуегкеи в северной Швеции в течение примерно 20 лет с очень хорошими эксплуатационными результатами и который в различных вариантах выполнения описан, например, в И8-Л-4415360 и ϋδ-Λ-4705562, содержащие металл отходы и вторичные продукты, содержащие значительную долю органических компонентов, периодически обрабатывают с выжиганием органических компонентов путем пиролиза и/или сжигания во вращающемся конвертере, и вся партия загружается до начала выжигания, когда реактор находится в нерабочем положении. Согласно этому известному способу оставшийся после выжигания органических веществ неорганический продукт, также называемый остатком после сжигания, выгружается из реактора в любой форме, которую он приобретает после фазы удаления, когда он может быть твердым или частично расплавленным. Основная часть оставшегося продукта после прибавления шлакообразующих компонентов или флюсов также может быть выгружена или извлечена в виде одного или большего количества расплавов, например, шлака, металла и шпейзы.

Полученный этим способом переработанный продукт в основном не содержит органических компонентов и в виде обычного материала для плавки может направляться в обычную пирометаллургическую установку металлургического комбината, например в цилиндрический конвертер. Плавка лома и вторичных продуктов, содержащих органические компоненты, сопряжена со значительными затруднениями и часто ее необходимо избегать вследствие опасности образования большого количества газа и опасного разбрызгивания и выброса расплава из установки. Кроме того, обожженный лом, не содержащий органических веществ, приводит к затруднениям, поскольку он часто содержит большую долю мелкозернистого материала, который при использовании и загрузке приводит к образованию большого количества пыли. Однако это затруднение в значительной степени можно исключить при обработке продуктов с использованием указанных выше способов, поскольку с помощью этих способов можно получить материал в виде хотя бы частично сплавленного остатка после сжигания, когда более мелкозернистый материал остатка будет сплавлен или попадет в расплав в реакторе. И по сравнению с другими способами сжигания отходов, даже непрерывного действия, это является одним из наиболее значительных преимуществ, которое может быть обеспечено при обработке в периодическом режиме в конвертерах и аналогичных реакторах в соответствии с известным способом концерна Воййеи.

Согласно этому известному способу концерна ВоШеи всю партию перерабатываемого материала загружают в реактор, после чего реактор нагревается во время вращения, например, с помощью воздушно-кислородной фурмы, до температуры, столь высокой, что органические вещества удаляются. Затем

- 1 010113 выжиганию дают продолжаться при эксплуатационных условиях, пока образуется газ. Образовавшийся горючий газ сжигают с помощью вторичного потока воздуха за пределами реактора и после этого до выброса в атмосферу ему дают пройти через аппарат для очистки газа. Количество горючего газа регулируется путем вращения реактора, так что скорость вращения повышается, когда необходимо увеличение потока горючего газа, и наоборот. Поток вторичного воздуха, который в большинстве случаев представляет собой воздух, всасывающийся в просвет между каналом выпуска газа из реактора и колпаком сбора реакторного газа для транспортировки через систему очистки газа, является почти постоянным. Такая обработка образовавшегося горючего газа и соответствующее оборудование для очистки газа описаны в патенте И8-Л-4415360 (ближайший аналог изобретения).

Состав горючего газа при переработке в периодическом режиме, а также поток образовавшегося газа меняются во времени, поскольку разлагаются органические вещества разной природы и/или они удаляются с разными скоростями. В начале обработки партии в состав горючего газа вносят вклад наиболее летучие и наиболее легко разлагающиеся вещества, тогда как в конце обработки выделяются труднее выжигаемые компоненты. Поэтому показано, что выжигание горючего газа, а также поток газа не всегда будут столь постоянным, как это необходимо, если нельзя было бы менять скорость вращения реактора или управлять режимом для компенсации таких колебаний и тем самым регулировать образование, т.е. поток горючего газа. Это может вызвать затруднения при выборе подходящих загружаемых материалов и при составлении подходящей смеси в партии загружаемых материалов.

В последние годы возник ряд затруднений, относящихся к сжиганию таких материалов, которые обработаны с помощью наших предшествующих известных способов, подробнее описанных во вводной части. Причина частично заключается в том, что на рынок вторичного сырья поступает возрастающее количество электронных вторичных материалов. Это обусловлено увеличившейся заменой мобильных телефонов и компьютеров и других аналогичных электронных продуктов, а также более строгими требованиями, предъявляемыми административными органами к утилизации таких продуктов. Это, с одной стороны, означает, что изменился характер вторичных материалов, которые перерабатываются способами, описанными выше, поскольку теперь они содержат все большее и большее количество органических веществ, и, с другой стороны, что количества, которые необходимо использовать для утилизации, все более и более возрастают. Также необходимы более производительные производственные мощности, которые при использовании любых существующих технологий потребуют большего количества или более крупных печных агрегатов, а также соответствующих более дорогостоящих систем обработки газа. Другим возможным путем является более эффективное использование имеющихся установок, чем при любых существующих технологиях, и попытки увеличения производительности таких установок. Поскольку проявляется тенденция к тому, что все большее и большее количество вторичного сырья состоит из электронных вторичных материалов, содержащих большие количества органических веществ, и наш предшествующий известный способ, в котором используется периодический режим загрузки, приводит к ограничениям по загрузке, поскольку она определяется объемом загружаемого несгоревшего материала, возникла идея испытать непрерывную загрузку. При такой загрузке будет преодолено затруднение, связанное с ограничением объема партии загружаемого материал, и она также будет способствовать выработке в печи тепла, которая будет увеличиваться при увеличении содержания органического вещества в загрузке.

Непрерывная загрузка конвертера Кал-До или аналогичных реакторов в нашем способе производства свинца осуществляется в соответствии со способом реакционного обжига, как это ранее описано в ϋδ-Λ-4512798. В этом способе загружаются разные неоднородные продукты, а именно, мелкозернистый сульфидный концентрат и оксидно-сульфатные гранулы, но продукты с самого начала смешаны в заранее заданном соотношении, подобранном для обеспечения эффективности способа. Реальное управление способом не требуется, поскольку для протекающих в реакторе реакций необходима лишь температура, достаточно высокая для протекания реакций.

Показано, что при использовании непрерывной загрузки вторичных материалов во вращающийся реактор типа печи Кал-До для удаления органических веществ скорость вращения печи нельзя использовать для управления реакцией, как это происходило в случае известного способа Войбсп при использовании периодической загрузки. В наибольшей степени было необходимо поддерживать скорость вращения как можно более высокой в период загрузки, чтобы обеспечить необходимую высокую производительность, а также свести к минимуму какую-либо опасность накопления несгоревшего материала в реакторе.

Другой способ сжигания вторичных материалов с использованием непрерывной загрузки предложен в ΌΕ-Ά-3617410 для способа периодического типа, предназначенного для обработки аккумуляторного лома в медленно вращающейся барабанной печи, например, в так называемой короткобарабанной печи. В этом случае лом непрерывно и равномерно загружается в течение одинаковых периодов времени во время медленного вращения печи и во время непрерывного и равномерного прибавления избытка кислорода и небольшого количества топлива. Таким образом, во время работы не требуется управления и газ может выгружаться любым удобным способом без необходимости какого-либо дополнительного сжигания. Таким способом обеспечивается окислительное сжигание поступающего материала и это так

- 2 010113 же является задачей данного способа. В этом способе путем использования непрерывной загрузки можно в течение всей реакции поддерживать избыток кислорода, пропорциональный количеству вторичного материала. При таком подходе не возникает затруднений, связанных с контролем за образовавшимся полностью сгоревшим газом и его дожиганием, а также с каким-либо управлением реакцией. Однако проведение окислительного сжигания вторичного материала не рекомендуется и не является практически возможным для материалов, содержащих ценные металлы. В таких случаях вследствие избытка кислорода в атмосфере и высокой температуры, обусловленной избытком кислорода, ценные металлы в значительной степени перейдут в содержащую оксид расплавленную фазу типа шлака, которую затем необходимо будет обработать отдельно, что потребует дополнительных времени и затрат.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки способа, который делает возможным проведение непрерывной загрузки во вращающийся реактор типа, описанного выше, и в котором указанные выше затруднения, связанные с составом и потоком образовавшегося горючего газа и их изменениями во время сжигающей обработки, т.е. обработки загружаемой партии, уменьшены без необходимости подачи избытка кислорода и тем самым без окислительного сжигания вторичного материала при высоких температурах.

Для этого предложен способ, характеризующийся стадиями, раскрытыми в прилагаемой формуле изобретения.

Партию вторичного материала загружают во время работы реактора, т.е. во время одного или большего количества непрерывных периодов времени, в виде непрерывного потока, который регулируют посредством выполняемых по ходу загрузки измерений состава, температуры и потока образующегося горючего газа. Таким образом поток и состав горючего газа и выделение тепла во время работы реактора поддерживают, по существу, неизменными во времени, что облегчает последующее наружное дожигание. Затем переработанный продукт, по существу, не содержащий органических веществ, выгружают из реактора и направляют в обычный процесс плавки металла.

Вторичный материал удобно подавать в реактор во время его работы с использованием установленного загрузочного оборудования, примыкающего к общему каналу реактора или проходящего через него, и материал подают под действием гравитационной силы и/или пневматическим способом с помощью транспортирующего газа, например, сжатого воздуха. Подходящим загрузочным оборудованием такого типа является откидная фурма, введенная вниз в канал реактора, когда работающий реактор наклонен на заданный угол, которую можно извлечь до того, как реактор будет переведен в вертикальное положение в нерабочее состояние.

Управление потоком материала вполне возможно осуществлять быстро и автоматически путем оперативной обработки результатов измерений с помощью разработанных ранее алгоритмов для компьютеров.

Предпочтительно, чтобы материал, загружаемый во время работы, обладал однородным составом, например, обеспеченным с помощью эффективной процедуры перемешивания, и это облегчается в случае, если материал обладает одинаковым размером частиц, что легко можно обеспечить с помощью процедуры дробления и просеивания или другой процедуры сортировки. Однако следует отметить, что неожиданно оказалось, что в способе можно использовать материалы немного разного состава и это не приведет к нарушению функций управления.

Такой материал, который нельзя непрерывно загружать во время работы, подается в виде одной или большего количества загрузок во время расположения реактора в нерабочем положении и/или во время запускаемого периода выжигания.

Благодаря тому, что поток материала, который подается во время работы, можно точно контролировать и/или регулировать автоматически и непрерывно на основании выполняемых по ходу загрузки измерений одного или большего количества параметров способа, таких как состав газа, температура и различные потоки, не требуется изменять скорость вращения печи. Однако общая регулировка проводится вручную до сжигания путем подбора количества подаваемого кислорода и количества загружаемого вторичного материала. Задаваемые параметры выбираются на основании практического опыта, так чтобы сгорание в реакторе протекало в наибольшей возможной степени и тем самым в загруженный материал поступало больше энергии для плавления. Различные материалы требуют для плавления разного количества энергии. Таким образом, способ можно осуществлять оптимально без нарушения безопасности и способ также будет менее чувствительным к любым изменениям состава материала и т.д.

Во время работы скорость вращения поддерживается как можно более высокой для обеспечения максимальной производительности и отчасти для уменьшения опасности накопления несгоревшего материала в печи. Только в случае, если способ не поддается управлению автоматической системой, для этой цели можно использовать скорость вращения реактора и ее следует снизить для замедления реакций, протекающих в печи.

Во время работы для поглощения хотя бы части образовавшегося продукта в соответствии с предшествующим уровнем техники можно прибавить шлакообразующие компоненты или другие флюсы.

Таким образом, способ, предлагаемый в настоящем изобретении, можно осуществить в виде удаления органических компонентов из содержащих ценные металлы вторичных материалов, которые загру

- 3 010113 жаются в основном непрерывно. Затем материал с помощью фурмы загружается в реактор, который поддерживается при условиях, благоприятных для пиролиза и/или сжигания, и при которых загрузку можно продолжать, пока реактор не заполнится до степени, соответствующей техническим условиям, и работу продолжают, пока образуется горючий газ. Загрузку с помощью фурмы можно, например, проводить в течение всего сжигания, если температура реактора является достаточно высокой для сжигания органического вещества при наличии расплава или другим способом.

Наилучший теплоперенос и тем самым наиболее быстрая газификация органического материала и наибольшая производительность обеспечивается, когда материал загружается непрерывно при высокой скорости вращения печи и затем быстро перемешивается с образованием высоковязкой выгорающей фазы. Такой благоприятный значительный теплоперенос можно обеспечить только с помощью непрерывной загрузки и выжигания органического вещества, возможного при использовании быстро вращающегося конвертера типа Кал-До.

Ниже настоящее изобретение будет раскрыто в предпочтительном режиме, в котором в качестве реактора используется печь Кал-До. Такая печь Кал-До является наклоняемой, а также отклоняемой и в нерабочем состоянии может быть поднята в вертикальное положение и обладает одним направленным вверх каналом для загрузки и выгрузки. При работе печь будет вращаться вокруг своей продольной оси и будет наклонена по отношению к горизонтальной плоскости и подведена к имеющемуся колпаку для газа, с помощью которого собираются все выходящие газы.

Такие вторичные материалы, которые непригодны для непрерывной загрузки, загружаются в реактор, находящийся в нерабочем состоянии в вертикальном положении, например, с помощью шагового конвейера, который сбрасывает материал вниз через канал реактора. Затем во время вращения реактор переводится в наклоненное положение и содержимое реактора нагревается подходящим образом, которым может являться сжигание нефти в горелке фурмы, опущенной вниз через канал. Когда температура в достаточной степени повысится, будет происходить пиролиз и/или горение и начнется выжигание органического вещества. Теперь непрерывную загрузку фракций материала, подходящих для такой загрузки, можно выполнять с помощью загрузочного оборудования, например, представляющего собой фурму, которую при работе можно ввести вниз в канал реактора, а затем извлечь. Эти фракции в значительной степени могут состоять из раздробленных и просеянных печатных плат, которые частично состоят из пластмассы, но которые содержат значительное количество ценных металлов, например драгоценных металлов. При этом органические компоненты прибавленных материалов непрерывно и постепенно удаляются.

Удаление органических компонентов можно осуществить с помощью только пиролиза, т.е. с помощью только нагрева до высокой температуры, но предпочтительной является подача кислорода в виде воздуха, газообразного кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, так чтобы поддерживалась температура, необходимая для удаления, при которой все органические соединения, по меньшей мере, частично сгорают. Органические компоненты, в особенности любые пластмассы, могут обладать энергосодержанием, сравнимым с энергосодержанием нефти. Посредством частичного сгорания в реакторе может поддерживаться температура, достаточно высокая для обеспечения выжигания. Благодаря отмеченному ранее дожиганию с помощью вторичного воздуха, который всасывается через просвет между реактором и колпаком сбора газа, такая высокая температура газа создается в последующей системе обработки газа. Таким образом, исключается образование каких-либо нежелательных, часто вредных соединений, например, диоксинов и т.п., которые могут приводить к затруднениям при разложении таких материалов, как пластмассы, при умеренно высоких температурах.

Когда печь Кал-До загружена до такой степени, которая ранее задана в качестве оптимальной, загрузка прекращается и вращение продолжается, пока образуется какой-либо газ. После полного удаления органического материала в печи остается твердый остаток после сгорания и часто даже одна или большее количество расплавленных фаз. Этими фазами могут быть фаза металла, которую можно направить в конвертер для меди, или фаза шлака, которую можно направить на другой подходящий участок в установку для выплавки меди. Твердый остаток после сгорания также можно превратить в шлак путем прибавления шлакообразующего компонента и направить в установку для выплавки меди, поскольку он содержит некоторое количество драгоценных металлов.

По сравнению с известными ранее периодическими способами с непрерывной загрузкой во время работы с использованием барабанной печи, способ, предлагаемый в настоящем изобретении, обеспечивает существенные преимущества. Материал непрерывно загружается в наклоняемый реактор, например, в реактор типа Кал-До, который способен обеспечить значительное перемешивание материала и тем предоставить самым совершенно другие возможности создания и поддержания постоянного выходного потока горючего газа, поскольку не поддерживается избыточное содержание кислорода и вследствие этого отсутствует опасность окисления металла, которое может привести к потерям и/или потребовать дорогостоящего извлечения ценных металлов из пыли и шлаков. Согласно способу имеются различные возможности регулирования для обеспечения оптимальной производительности без необходимости подачи избытка кислорода, осуществляющиеся путем сочетания регулирования потока загружаемого материала и высокой скорости вращения печи. Благодаря этим особенностям можно поддерживать быстрый про- 4 010113 цесс газификации. Если способ не поддается управлению, то наряду с подачей и непрерывным регулированием загружаемого материала для замедления реакций можно использовать изменение скорости вращения.

Благодаря проводимой непрерывной загрузке образующийся газ обладает составом и температурой, которые не будут меняться во времени, как это происходит при выполнении других операций сжигания вторичных материалов при периодической загрузке, и газ также обладает заранее заданным регулируемым потоком и поэтому без каких-либо затруднений также пригоден для подачи в существующее оборудование для очистки газа.

Другими преимуществами, предоставляемыми настоящим изобретением, является более высокая производительность по сравнению с возможной для способов периодического типа в предшествующем уровне техники, т.е. большее количество вторичного материала, перерабатываемого за 1 ч, и более высокий выход регенерированных ценных металлов. И равномерная температура, и равномерный поток материала и образовавшегося газа будут способствовать стабильным и регулируемым условиям эксплуатации, что препятствует образованию из органического вещества вторичных материалов нежелательных летучих веществ, содержащих металлы, и даже других вредных летучих продуктов реакции, таких как диоксины и т.п.

Claims (3)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ периодической переработки вторичных материалов, содержащих ценные металлы и органические компоненты, в котором партию вторичного материала загружают в наклоняемый реактор, вращающийся вокруг своей продольной оси и имеющий общий канал для загрузки и выгрузки, и нагревают вторичный материал до температуры, обеспечивающей удаление из него органических компонентов путем пиролиза и/или сжигания, причем вторичный материал состоит, по меньшей мере, в значительной части из фракций с таким размером частиц, которые допускают его непрерывную загрузку во время работы реактора, отличающийся тем, что партию вторичного материала загружают во время работы реактора непрерывным потоком, который регулируют посредством выполняемых по ходу загрузки измерений состава, температуры и потока образующегося горючего газа таким образом, чтобы поддерживать поток и состав горючего газа, а также выделение тепла в процессе работы реактора, по существу, неизменными во времени, после чего переработанный продукт, по существу, не содержащий органических веществ, извлекают из реактора и направляют в обычный процесс плавки металла.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время работы реактора вторичный материал подают с помощью загрузочного оборудования, примыкающего к общему каналу реактора или проходящего через него.
3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что вторичный материал подают под действием гравитационной силы и/или пневматическим способом с помощью транспортирующего газа.