ES2271011T3 - Un metodo y un aparato para la recuperacion de metales. - Google Patents
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Abstract
Un método para la recuperación de metales a par- tir de una materia prima consistente, esencialmente, en finos metálicos, polvos o polvo con un diámetro de partí- culas inferior a 5 milímetros, que comprende las opera- ciones siguientes: a) suministrar dicha materia prima (50) a una llama (25) de un quemador (20) de oxicombustible, b) hacer que dicha materia prima se aglomere fundiendo parcialmente la superficie de las partículas por me- dio de calor procedente de dicha llama (25), sin cambiar esencialmente su composición química, pro- porcionando por tanto un producto aglomerado (60) esencialmente metálico, y c) recuperar dicho producto aglomerado (60).
Description
Un método y un aparato para la recuperación de
metales.
El presente invento se refiere, generalmente, a
un método para recuperar metales y, más particularmente, para
recuperar metales a partir de finos metálicos.
En diferentes procesos de la industria
metalúrgica se crean grandes cantidades de polvo o finos metálicos,
entre otras cosas a partir de la desintegración y el tamizado. Otra
área en la que se recogen finos metálicos es, por ejemplo, en los
filtros de gases o depuradores de gases en húmedo. Con frecuencia,
la manipulación y la recuperación de estos finos son difíciles y
plantean problemas de costosa solución. La presión de los clientes
y de los poderes públicos para encontrar nuevas soluciones, crece
constantemente. La solución anterior de creación de rellenos
sanitarios ya no es una solución factible y, en muchos países, es
ilegal. Las técnicas existentes para la conversión y la
recuperación, son costosas.
Desde un punto de vista económico y ambiental,
la recuperación es, con frecuencia, una solución preferida al
problema antes mencionado que supone ocuparse del polvo. Sin
embargo, la recuperación significa, con frecuencia, alguna clase de
tratamiento externo, con el consiguiente transporte a instalaciones
y la ejecución de procesos que se suman a la cadena normal de
procesos.
Es muy difícil devolver el polvo o los finos
directamente a un horno debido a su tendencia a quemarse. Además,
debido al poco peso del polvo y de los finos, son transportados
fácilmente por el gas para mezclarse con el escape del horno,
reduciendo así el rendimiento y constituyendo un peligro
ambiental.
Una solución conocida a estos problemas reside
en la formación de gránulos o de briquetas con el polvo o los
finos, para alimentarlos subsiguientemente a un horno. Sin embargo,
esta solución va acompañada por el problema que suponen los costes
adicionales de una instalación separada para la formación de
gránulos y el agente aglomerante.
En el caso en que los finos se mezclen para
formar un lodo o suspensión, tal como cuando se recuperan finos a
partir de depuradores de gases en húmedo, se tropieza con el
problema que suponen los costes adicionales de una instalación
separada para el secado y el material residual.
Se describen procedimientos para la recuperación
de metales en los documentos de patente
EP-A1-0618419,
US-A-5.108.496,
US-A-6.001.148 y JP 8295956. Sin
embargo, todos estos documentos se refieren a procedimientos en los
que el material de partida comprende material no metálico, tal como
óxidos.
Un objeto del presente invento es proporcionar
un método y un aparato para la recuperación de metales a partir de
finos metálicos, en los que se eviten o, al menos, se alivien, los
antes mencionados inconvenientes de las técnicas conocidas.
El invento se basa en el entendimiento de que
los finos metálicos tienen, normalmente, una composición conocida
y, por tanto, los finos en forma metálica pueden devolverse
directamente a un proceso sin alterar esencialmente la composición
química de los finos, incluso evitando la oxidación en lo posible,
permitiendo así la creación de un ciclo efectivo interno de
operaciones.
De acuerdo con un primer aspecto del presente
invento, se proporciona un método para la recuperación de metales
como se define en la reivindicación 1.
Con el método de acuerdo con el invento, se
superan o, al menos, se alivian, los problemas de la técnica
anterior.
Empleando gas enriquecido en oxígeno con un
quemador, el procedimiento de fusión puede controlarse de manera
satisfactoria, evitándose que se quemen los finos suministrados al
quemador. Asimismo, con el método del invento, se ha encontrado,
inesperadamente, que puede evitarse la oxidación excesiva del
producto resultante permitiéndose, por tanto, la recuperación de
los metales de manera fácil y eficaz desde el punto de vista
económico.
Se describirá ahora el invento, a modo de
ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 es un diagrama esquemático de una
instalación utilizada con el método de acuerdo con el invento para
la recuperación de metales a partir de finos o de polvo,
la Fig. 2 es una vista en sección de un quemador
utilizado con el método de acuerdo con el invento,
la Fig. 3 es una vista en sección transversal
del quemador representado en la figura 2,
la Fig. 4 muestra polvo de finos empleado con el
método de acuerdo con el invento, y
la Fig. 5 muestra el aglomerado resultante del
método de acuerdo con el invento.
En lo que sigue, se ofrecerá una descripción
detallada del método y del aparato utilizado con el método de
acuerdo con el invento. Empezando con la figura 1, en ella se
muestra un diagrama general de una instalación para la recuperación
de metales, designada en general con 10. La instalación está
construida alrededor de un quemador 20 instalado en una pared
lateral de un horno 30. El quemador es un denominado quemador de
oxicombustible y, por tanto, es alimentado con combustible, tal
como gasóleo, propano, gas natural o butano a través de una primera
conducción 21 de alimentación y con oxígeno a través de una segunda
conducción 22 de alimentación. Por oxígeno, en este contexto, ha de
entenderse un gas con un contenido de O_{2} superior al 21% y, de
preferencia, un denominado oxígeno técnico, con un contenido de
O_{2} del 90-99,5%.
Los finos o el polvo se alimentan a través de
una tercera conducción 23 de alimentación. A partir de la siguiente
exposición, es evidente que el método del invento es aplicable,
esencialmente, a productos metálicos con un diámetro menor que,
aproximadamente, 5 milímetros. Así tanto los finos, es decir,
normalmente productos resultantes de la trituración y la
sinterización, como el polvo, es decir, normalmente productos
recogidos en los filtros, constituyen posibles materias primas para
uso con el método del invento, así como otros materiales
equivalentes tales como polvo.
El quemador 20 se describirá con mayor detalle
en lo que sigue con referencia a las figuras 2 y 3.
La tercera conducción 23 de alimentación está
conectada, también, a un alimentador, designado en general con 40.
El alimentador 40 comprende un silo 42, al que se suministran finos
metálicos (ilustrado en la figura 4). Los finos son dirigidos desde
el silo 42 a una vasija de presión 44, desde la que son dirigidos
ulteriormente a la tercera conducción 23 de alimentación conectada
con el quemador 20. Merced a esta disposición, se garantiza un
régimen de suministro de finos deseado al quemador 20.
En la instalación ilustrativa representada en la
figura 1, el horno 30 es un denominado horno de arco eléctrico.
Incluye varios electrodos 32 que alimentan al horno energía
eléctrica utilizada para fundir el material del horno, en la forma
habitual. Así, en el fondo del horno se recoge una carga 34
resultante del material suministrado al horno 30.
Se describirá ahora con detalle el quemador 20
haciendo referencia a las figuras 2 y 3. El quemador 20 comprende
una parte principal 24, a la que están conectadas las tres
conducciones de alimentación 21-23 representadas en
la figura 1. La parte 24 está dotada de una sección transversal
esencialmente circular, véase la figura 3, en la que aparece con
mayor detalle la configuración de las conducciones de alimentación
21-23. El combustible es alimentado a través de la
primera conducción 21 de alimentación en forma de seis tubos
equidistantes, 21a-f, situados a una distancia
constante del eje central de la parte principal 24. Se alimenta
oxígeno a través de una parte exterior anular 22 y, así, rodea al
combustible alimentado por las conducciones 21a-f.
Finalmente, los finos se alimentan por la conducción 23 que está
situada coaxialmente en el quemador.
Como ya se ha mencionado, el quemador 20 está
montado en la pared lateral del horno 30. En la realización
preferida, el quemador puede estar inclinado, es decir, puede
posicionarse formando diferentes ángulos con relación a la
horizontal y a la vertical. Las diferentes orientaciones pueden
utilizarse para obtener las características deseadas para el
procedimiento de fusión.
En lo que sigue, se describirá con detalle el
método para la recuperación de metales.
Inicialmente, se alimentan finos al silo 42 del
alimentador 40. Los finos utilizados en el procedimiento descrito,
véase la figura 4, son partículas metálicas en forma metálica, con
bajo contenido de óxido. Los finos tienen, normalmente, un diámetro
menor que un milímetro y pueden ser, por ejemplo, de polvo de hiero,
ferrosilicio o ferrocromo.
Los finos caen del silo y entran en la vasija de
presión 44, en la que la presión es mantenida por medio de un gas
que, también, sirve como gas de transporte, tal como aire
comprimido, nitrógeno o argón. Gracias a la presión reinante en la
vasija de presión 44, los finos son transportados entonces al
quemador 20 de oxicombustible a un régimen que viene determinado
por el valor de la presión en la vasija 44, la cantidad de finos en
el silo 42, etc. En una instalación ilustrativa, la inyección y la
fusión se han llevado a cabo a un régimen de 3,5 toneladas por hora
en un horno de arco eléctrico y los finos fundidos han constituido
un sustituto perfecto para otras materias primas, tales como
adiciones de chatarra y aleaciones.
El funcionamiento del quemador 20 de
oxicombustible se controla mediante la cantidad de combustible y
oxígeno suministrados a través de la primera y la segunda
conducciones 21 y 22, respectivamente. Las conducciones de
alimentación están conectadas a fuentes de combustible y de oxígeno
(no mostradas), como es habitual.
Se describirá ahora con detalle el
funcionamiento del quemador 20 haciendo referencia a las figuras 2 y
3. Se alimentan finos a través de la conducción de alimentación
central 23 a un régimen controlador por el alimentador. Se alimenta
combustible en las seis conducciones 21a-f de
alimentación de combustible, véase la figura 3, mientras que se
suministra una envoltura de oxígeno a través del área anular de
alimentación 22. La mezcla de oxicombustible da como resultado una
llama 25 que tiene propiedades, tales como longitud, temperatura,
etc., que son controladas por el régimen de suministro de
combustible y oxígeno. Cuanto mayor sea el contenido de oxígeno,
mayor será la temperatura, dando como resultado una temperatura
teórica de la llama de 1900-2500ºC. Así, los finos
se inyectan en la parte central de la llama 25.
Como se ve a partir de la figura 2, los finos
inyectados en la llama 25 son aglomerados, creándose así aglomerados
60 de mayor tamaño que los finos alimentados al quemador. Durante
algunos experimentos realizados con el método del invento, un
tamaño típico de los aglomerados era de 3-8
milímetros, véase la figura 5 en la que se muestran aglomerados 60
de ferrocromo producidos por medio del método del invento a partir
de polvo o de finos con un diámetro inferior a 1 milímetro.
El procedimiento de aglomeración se controla por
medio de varios parámetros, de los que pueden mencionarse: la
temperatura y la velocidad de la llama 25, el contenido energético o
la densidad de los finos inyectados, la estequiometría, es decir,
la relación entre gas oxidante y combustible añadido, el contenido
de oxígeno del gas oxidante, el régimen de alimentación de oxígeno
y de combustible añadido, el régimen de inyección de finos y sus
características, el tiempo de desplazamiento de los finos en la
llama, y las características y la configuración del quemador, tales
como su inclinación.
Con el fin de reducir al mínimo la oxidación de
los finos, debe reducirse al mínimo la fusión del material
inyectado. Así, la llama se controla, preferiblemente, de forma que
justamente se funda la superficie de los finos inyectados a través
del quemador. Se cree que esto favorece el proceso de aglomeración,
es decir, los finos con superficies líquidas tienden a pegarse
entre sí, creando de ese modo los aglomerados deseados. También se
cree que el combustible protege parcialmente a los finos del
oxígeno, reduciendo de ese modo el nivel de oxidación.
Los aglomerados creados caen hasta el fondo del
horno 30, en donde se suman a la carga 34. El calor del horno hace
que se fundan los aglomerados, convirtiéndolos en una forma
utilizable.
Una ventaja del método de acuerdo con el invento
es que el nivel de oxidación de los finos es muy bajo. Una razón
posible para ello puede ser que los finos están protegidos del
oxígeno por el gas portador que, preferiblemente, tiene un bajo
contenido de oxígeno, es decir, menor del 21%.
Se ha descrito una realización preferida del
método de acuerdo con el invento. El experto en la técnica
comprenderá que puede hacérsela variar dentro del alcance de las
reivindicaciones adjuntas. Así, se ha mostrado un horno 30 de arco
eléctrico. El método de acuerdo con el invento es igualmente
aplicable a otras clases de hornos, tales como hornos de inducción,
hornos de reverbero y hornos calentados eléctricamente.
Como material alimentado al horno se han
descrito finos y polvo con un diámetro de hasta un milímetro. Sin
embargo, puede concebirse el uso de partículas metálicas con un
diámetro de hasta 5 milímetros.
Asimismo, en la realización descrita, el
quemador está posicionado en una pared lateral del horno. Sin
embargo, es comprensible que resultan posibles otras posiciones
adecuadas, tales como en la parte superior del horno. Asimismo, es
posible, también, una configuración con más de un quemador.
En la realización descrita, los finos se
alimentan al horno mediante un alimentador. Sin embargo, los finos
alimentados al horno podrían, también, fluir libremente, podrían ser
transportados por medio de un engranaje de alimentación, etc.
En las figuras se ha mostrado un material de
partida seco. En el caso de que los finos se mezclen con un líquido,
tal como agua o un lodo, debe preverse una disposición de
alimentación adecuada, que comprenda, por ejemplo, un tornillo de
alimentación. Asimismo, al llegar al horno, la parte húmeda es
vaporizada por la alta temperatura de la llama, con el resultado de
que, a través del horno 30, ascienden gases de escape que,
subsiguientemente, lo abandonan por una salida de escape (no
mostrada). Entonces, se hace que los finos se aglomeren en la forma
anteriormente descrita.
Claims (10)
1. Un método para la recuperación de metales a
partir de una materia prima consistente, esencialmente, en finos
metálicos, polvos o polvo con un diámetro de partículas inferior a 5
milímetros, que comprende las operaciones siguientes:
- a)
- suministrar dicha materia prima (50) a una llama (25) de un quemador (20) de oxicombustible,
- b)
- hacer que dicha materia prima se aglomere fundiendo parcialmente la superficie de las partículas por medio de calor procedente de dicha llama (25), sin cambiar esencialmente su composición química, proporcionando por tanto un producto aglomerado (60) esencialmente metálico, y
- c)
- recuperar dicho producto aglomerado (60).
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicho quemador es alimentado con un gas oxidante con un
contenido de O_{2} de, al menos, un 21% de O_{2}.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que dicho quemador es alimentado con un gas oxidante con un
contenido de O_{2} de, al menos, un 90% de O_{3}.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, en el que dicha materia prima
consiste en ferrosilicio, ferrocromo o polvo de hierro.
5. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, en el que dicha materia prima
consiste en finos metálicos, polvos o polvo con un diámetro de
partículas inferior a, aproximadamente, 1 milímetro.
6. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, en el que la operación c) de
recuperación de dicho producto aglomerado (60) comprende alimentar
dicho producto a un horno.
7. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, en el que la recuperación de
la operación c) se lleva a cabo en uno de los siguientes tipos de
horno: un horno de arco eléctrico, un horno de inducción, un horno
de reverbero o un horno calentado eléctricamente.
8. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, en el que el procedimiento de
aglomeración de la operación b) es controlado por medio de, al
menos, alguno de los siguientes parámetros: temperatura y velocidad
de dicha llama (25), contenido energético o densidad de dicha
materia prima (50), la relación entre gas oxidante y combustible
añadido del citado quemador (20), el contenido de oxígeno de dicho
gas oxidante, el régimen de alimentación de oxígeno y combustible
añadido, el régimen de alimentación de dicha materia prima y sus
características, el tiempo de desplazamiento de dicha materia prima
en dicha llama, y las características y la configuración del
quemador, tales como su inclinación.
9. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, en el que la operación a)
comprende alimentar dicha materia prima (50) esencialmente a la
parte central de dicha llama (25).
10. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, en el que dicha materia prima
se mezcla en un líquido, y en el que la operación b) comprende
hacer que parte de dicho líquido se vaporice por medio de dicha
llama.
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