SE1251067A1 - Plasma-inducerad ångning - Google Patents

Abstract

SAMMANDRAG Ett forfarande for atervinning ay forangningsbara amnen innefattande smaltning (210) av ett material som innefattar forangningsbara metaller och/eller forangningsbara metallforeningar till en smalt slagg. Den smalta slaggen rors om (212) genom en nedsankt gasstrale ay het gas. Den heta gasen styrs (214) till att ha en entalpi ay atminstone 200 MJ/kmol, och foretradesvis atminstone 300 JM/kmol. Atminstone en del ay de forangningsbara metallerna och/eller forangningsbara metallforeningarna angas ay (216) fran den smalta slaggen. Ett arrangemang for forfarandet grundar sig pa en ugn med plasmageneratorer nedsankta i smalt slagg i ugnen.

Description

PLASMA-INDUCERAD ANGNING TEKNISKT OMRADE Den foreliggande uppfinningen avser allmant arrangemang och forfaranden for atervinning av forangningsbara amnen och i synnerhet arrangemang och forfaranden for plasma-inducerad forangning.

BAKGRUND Under lang tid har atervinning av metallvarden frail metallurgiska avfallsmaterial utvecklats. Sadan atervinning är fordelaktig av manga orsaker. En är att avfallsmaterial, t.ex. rokgasstoft (eng. Electric Arc Furnace dust) och slagg av olika slag ofta innehaller sa stora mangder tungmetaller att de ãr olampliga for omedelbar deponering. Restprodukter innefattande grundamnen som Sn, Zn och Pb returneras foretranesvis inte till naturen utan nagon skyddsbehandling. Vidare är ocksa vdrdet av dessa grundamnen inte forsumbart. Genom atervinning av dessa grundamnen besparas miljon pa samma gang som vdrdefulla metaller atervinnes.

Det är sedan ldnge kant att anvanda olika typer av forangningsprocesser for att atervinna forangningsbara amnen bade fran primara källor, sasom rostade Zn-malmer, och fran sekunddra kallor sasom EAF-stoft, lakningsrester och sekunddra slagger. En typisk enkel slaggforangnings- process producerar en smdlt metallurgisk slagg. Slaggen utsats typiskt sett for ett reduktionsmedel och upphettas till relativt hoga temperaturer. Angor av flyktiga metaller, sasom t.ex. zink och bly, overfors till gasfasen ovanfor slaggen och angorna avldgsnas for vidare behandling for att erhalla de metalliska komponenterna. Ett typiskt sa.clant exempel kan hittas t.ex. i den publicerade patentansokan GB 2 181 746 A eller i det amerikanska patentet US 5,942,023.

I det amerikanska patentet US 4,571,260 forevisas ett forfarande for atervinning av metallvarden fran material som innehaller tenn och/eller zink. Forfarandet ãr i grunden en Kaldo-process, ddr en yta av ett roterande slaggbad utsatts for syre och bransle. Flussmedel och koks tillsatts for att astadkomma en ldmplig viskositet och passande omrorning.

En nackdel med de fiesta tidiga slaggforangningsarrangemang ãr att effektiviteten i att avlagsna de flyktiga metallerna inte alltid var den }pasta. Relativt hoga innehall av farliga substanser aterstar i den slutliga slaggen.

Idag namner och tillampar ofta litteratur och driftspraktik hogtemperaturbehandling av material innehallande flyktiga amnen. De hoga temperaturerna ãr nodvandiga for att tillforsdkra hoga fOrangningshastigheter och hogt utbyte. Som ett exempel kan Zn-forangning fran fayalit- slagg anvandas. Hãr overhettas slaggen over sin normala smdlttemperatur av 1100°C. Denna overhettning av slaggen resulterar i en mycket bra forangning men den resulterar emellertid ocksa i hog avverkning av infodringen och hogre energikonsumtion for processen.

Vattenkylda karl anvands typiskt sett for att komma tillratta med infodringens korta livscykel, emellertid mot en hog kostnad for vdrmeforluster som foljer dal-med. Darfor ma ste smdltugnarna typisk sett kompromissa mellan hog avverkning, laga forangningshastigheter och hoga varmeforluster.

De ovan namnda punkterna med hag infodringsslitage och hoga energikostnader adresseras i den publicerade internationella patentansokan WO 2005/031014. Ddr beskrivs hoga Zn-forangningshastigheter utan behov av overhettning av slaggen. Enligt det forfaringssattet okades slaggens smdltpunkt till 1300°C genom att tillsatta lampliga slaggbildare. Genom att Ora sá finns det ett begransat eller inget behov for slaggen att overhettas for att erhalla hoga forangningshastigheter. Skdlet ãr att den onskade temperaturen for hoga forAngningshastigheter ãr runt 1300°C, och eftersom smaltpunkten for slaggen ãr runt 1300°C ar overhettning typiskt sett inte nodvandig. En sadan slagg sags bygga upp en skyddande frysinfodring utanpa det temperaturbestandiga materialet pa vattenkylda vaggar och detta angreppssatt minimerar darfor forbrukningen av infodringen. Forangnings- processen enligt WO 2005/031014 far man emellertid till kostanden av energi som behovs for att hetta upp hela slaggvolymen i reaktorn till 1300°C och till kostnaden for slaggtillsatser som behovs tillsattas for att Oka slaggens smaltpunkt.

Ett annat angreppssatt forevisas i det publicerade amerikanska patentet US 4,252,563. Dar beskrivs en kontinuerlig slaggforangningsprocess dar slaggen forangas i tva pa varandra foljande slaggbehandlingszoner. I den forsta zonen utsatts slaggen for varmebehandling for att anga bort flyktiga, foretradesvis sulfidbundna, bestandsdelar. I den efterfoljande andra ugnszonen utsatts slaggen for reduktionsbehandling, dar oxider reduceras till metall och angas bort. Om slaggen utsatts for ytterligare separation efter forangningsprocessen kan den utsattas for en vidare tredje zon for kopparatervinning. Denna tredje zon maste emellertid Ater hettas upp eftersom temperaturen i slaggen efter zon 2 sjunker betydligt.

Slaggtemperaturen anpassas i den forsta zonen sa att reduktionen och angningsbehandlingen i den andra zonen kan utfOras vasentligen utan nagon ytterligare upphettning av slaggen. Forvarmd luft och pulvriserat kol anvands for att hetta upp slaggen, vilket ger processen behov av ett robust avgassystem. Utnyttjande av kol som bransle ger processen begransningar for energitillsats och syrepotential. Vid relativt starka reducerande forutsattningar maste mycket stora mangder kol tillforas for att tacka energibehovet for upphettning och reduktion. Detta ger upphov till mycket stora mangder avgivna va_xthusgaser.

Anvandningen av nedsankta plasmageneratorer som alstrar en gas som ror om i slaggbadet och for inmatning av reduktionsmedel ãr kand, t.ex. sasom framvisas i den publicerade amerikanska patentansokan US 2010/0050814. 4 Trots utvecklingen i detta tekniska omrade finns det fortfarande aterstaende problem. I synnerhet, genom att losa de tidigare problemen med infodringsslitage och forangningshastigheter har kostnaderna for flussmedel, upphettning och kylning okad, saval som i vissa fall, de hoga utslappen av koloxider.

SAMMANFATTNING Ett allmant syfte med den foreliggande uppfinningen ãr att forbatra atervinning av forangningsbara amnen. Ett sarskilt syfte med den foreliggande uppfinningen ãr att minska anvandningen av slaggbildare, att reducera den efterfragade mangden tillford energi och fortfarande tillforsdkra ett lagt slitage pa den temperaturbestdndiga infodringen i reaktorn.

De ovanstaende syftena astadkoms genom arrangemang och forfaranden enligt de bilagda oberoende patentkraven. Foredragna utforingsformer specificeras av de beroende patentkraven. I allmanna ordalag, i en forsta aspekt innefattar ett forfarande far atervinning av forangningsbara amnen smdltning av ett material som innefattar forangningsbara metaller och/ eller forangningsbara metallfOreningar till en small slagg. Den smdlta slaggen rors om genom en nedsankt strale av het gas. Den heta gasen är kontrollerad till att ha en entalpi pa atminstone 200 MJ/kmol, och foretrddesvis atminstone 300 MJ/kmol. Atminstone en del av de forangningsbara metallerna och/ eller forangningsbara metallforeningarna angas bort fran den smdlta slaggen.

I en andra aspekt innefattar ett arrangemang for atervinning av forangningsbara dmnen en ugn, ett upphettningsarrangemang, ett plasmageneratorsystem och ett anghanteringssystem. Upphettningsarrangemanget ãr anordnat fOr att smdlta ett material som innefattar forangningsbara metaller och/ eller forangningsbara metallforeningar i ugnen till en smdlt slagg. Plasmageneratorsystemet ãr nedsankt via en forma i en smdlt slagg och ãr anordnad fOr att rora om den smalta slaggen genom en nedsankt luftstrom av het gas. Plasmageneratorsystemet ãr anpassat for att drivas for att ge den heta gasen en entalpi av aminstone 200 MJ/kmol och foretrddesvis atminstone 300 MJ/kmol. Angbehandlingssystemet ãr utformat for att fanga upp de forangningsbara metallerna och/eller forangningsbara metallforeningarna som angas bort fran den smdlta slaggen.

En fordel med den foreliggande uppfinningen ãr att den fordrade mangden energi for den plasma-inducerade forangningen minskas, medan extraheringseffektiviteten bibehalls pa en jamforbar niva. En annan fordel är att behovet av slaggbildare reduceras och ddrigenom dven den slutliga mdngden slagg som maste deponeras. Vidare kan vardefulla foreningar samlas upp i en skarstens- och/eller metallfas. Andra fordelar beskrivs i samband med de olika utforingsformerna i sektionen med den detaljerade be skrivningen.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen, tillsammans med ytterligare syften och fordelar ddrav, kan bast forstas genom hanvisning till den foljande beskrivningen gjord tillsammans med de medfoljande ritningarna, i vilka: FIG. 1 är en schematisk illustration av ett arrangemang for atervinning av forangningsbara amnen; samt FIG. 2 är ett flodesschema av steg i en utforingsform av ett forfarande for atervinning av forangningsbara.

DETALJERAD BESKRIVNING Genomgaende i ritningarna anvands samma referensnummer for liknande eller motsvarande element.

Uppfinningen som framldggs i detta patent beskriver atervinning av flyktiga icke-jdrnhaltiga metaller fran sekunddra och primara material. 6 Anvandningen av nedsdnkta plasmageneratorer som alstrar en gas som ror om i slaggbadet och for att fora in reduktionsmedel Or kand sedan lange. Den inforda gasen ger en grundlig omrorning av smdltan pa samma Ong som varme tillfors till smdltan. Vidare kan tillkommande anmen tillsdttas in I plasmagasen, t.ex. reduktionsmedel.

En fordel med anyandningen av en nedsankt plasmagenerator Or att mangden varme som tillsatts till smdltan Or oberoende av mangden tillsatt reduktionsmedel. I system, dar olika kolforeningar utnyttjas for att skapa varmen kommer syrepotentialen och varmealstringen att intimt vara kopplade. Genom anvandning av plasmageneratorer kan i stort sett vilken syrepotential som heist kombineras med vilken mangd vdrmealstring som heist.

I slaggforangningsforfaranden enligt kdnd teknik har utvecklings- anstrangningar drivits genom att utvardera homogena villkor vid jamvikter eller kvasi-jamvikter i slaggbadet. Ndr medeltemperaturen for slaggen Or tillrdckligt hog blir slaggford.rigningshastigheten hog. Flyktiga amnen ldmnar slaggbadet vid den ovre slaggbadsytan och intrader i gasfasen ovanfor slaggen.

En ide i det foreliggande forfaringssdttet ãr istallet att utnyttja dynamiska effekter och inhomogena villkor. Om en nedsankt plasmagenerator anyands orsakar omrorningen och tillforseln av gas in i slaggbadet forutsattningar som Or langt frdn homogena eller jdmviktslika. Sadana lokala forutsattningar skulle kan utnyttjas for att ytterligare forbattra angningsegenskaperna.

Det har ocksd_ forvanande blivit funnet att genom att anvanda plasmageneratorer under slaggbadets yta som for in gas med en extremt hog entalpi Or hoga slaggangningshastigheter mOjliga att astadkomma langt under de tidigare indikerade fordrade medelslaggtemperaturerna. Med andra ord, dven om medelslaggtemperaturen ãr langt under temperaturerna fOr hog forangningshastighet enligt kand teknik, extraheras effektivt flyktiga dmnen fran slaggen. Detta indikerar att en fullstdndigt fly forangningsmekanism maste ha aktiverats.

Gasbubblorna med den extremt hoga entalpin har forvanande setts extrahera forangningsbara amnen med en mycket hog hastighet. Livstiden for en bubbla ãr mycket kort, men inte desto mindre har stora mangder flyktiga amnen ancld lyckats ldmna slaggen for att ta sig in i bubblorna. Man fann att forstarkningseffekten for plasmagasen blev mojlig att urskilja ndr gasen som fors in i slagen har en entalpi av minst 200 MJ/kmol.

Foretrddesvis har gasen som kommer in i slaggen en entalpi av minst 300 MJ/kmol. Entalpier upp till 369 MJ/kmol har med framgang testats. Temperaturen for gransskiktet mellan den flytande slaggen och gasbubblan blir da mycket hogre an medelslaggtemperaturen. Orsakat av detta heta gransskikt accelereras massoverforingen av de dmnen som ska forangas, vilket ger hoga forangningshastigheter av metalliska och/eller oxidiska angor. Den hoga massoverforingen av metalliska och/eller oxidiska angor kan ytterligare okas genom att styra gasstralen fran plasmasystemet. Gasstralen kan ddrigenom anpassas for att ge den lampligaste syrepotentialen och ett noll-partial-tryck for elementen/foreningarna som ska angas bort.

Eftersom medelslaggtemperaturen inte langre Or den avgorande kritiska parametern kan medelslaggtemperaturen vdljas enligt andra preferenser. Till exempel, medeltemperaturen kan anpassas till att bilda en skyddande frysinfodring pa de vattenkylda vdggarna. Medelslaggtemperaturen kan armed styras beroende av slaggsammansdttningen till att anta ett varde som ãr ldmpligt for frysinfodring. Det foreliggande angreppssattet oppnar alltsa upp for en alternativ process for hoga angningshastigheter vid medelslaggtemperaturer till och med sa laga som 1100°C. Om slaggsammansdttningen Or lãmplig kommer en skyddande frysinfodring skapas pa de vattenkylda vaggarna. Vidare behovs inga temperaturbestandiga material i en sadan uppstdllning, eftersom en sadan slagg fryser med en gang pa ytorna av stalvaggarna. Slaggen upphettas till de temperaturer som behOys for att skapa frysinfodring genom att kontrollera gasflodet for den nedsankta plasmastralen som har de namnda hoga entalpierna.

Sa_som narnnts vidare ovan ãr plasmastralen ocksa mojlig att utnyttja for att tillforsdkra starkt omrord slagg och for att tillhandahalla mojlighet att arbeta vid vilken syrepotential som onskas vid en och samma energitillforsel.

Fig. 1 illustrerar schematiskt en utforingsform for ett arrangemang 1 for atervinning av forangningsbara dinnen. Arrangemanget 1 innefattar en ugn 11. Material 22 som innefattar forangningsbara metaller och/ eller forangningsbara metallforeningar fors in genom en ingang 21 in till ugnen 10. Ett upphettningsarrangemang 20 är anordnat for att smdlta materialet 22 som forts in till ugnen 10 till en smalt slagg 24. I den foreliggande utforingsformen innefattar upphettningsarrangemanget 20 ett plasma- generatorsystem 28 och en forma 29. Plasmageneratorn 28 är alltsa anordnad for att tillfora den energi som är nodvdndig for att smdlta materialet 22, atminstone ndr det nar slaggbadets yta 25. Foretrddesvis är plasmageneratorsystemet 28 utformat for att klara av att producera het gas med en temperatur Over 3000°C, och foretrddesvis over 4000°C.

I alternativa utforingsformer kan upphettningsarrangemanget 20 innefatta andra medel som omvandlar materialet 22 som fors in i ugnen 10 till en small slagg 24. Ett exempel skulle kunna vara en pneumatisk ramaterialmatning in i slaggbadet via en forma 29. Sadana varmare kombineras sedan foretrddesvis med effekten av plasmageneratorsystemet 28 for att astadkomma smaltningen. Som ytterligare alternativ skulle materialet 22 kunna smdltas innan det fors in i ugnen 10.

I utforingsformen i Fig. 1 ãr plasmageneratorsystemet 28 via en forma 29 nedsankt ned i den smdlta slaggen 24. Plasmageneratorsystemet 28 ãr darmed aven anordnad for att rOra am i den smdlta slaggen 24 med hjdlp av en nedsankt luftstrom 26 av het gas. Den heta gasen 27 skapar bubblor i 9 den smdlta slaggen 24, vilket orsakar en kraftig omrorning av den smdlta slaggen 24 pa deras vag upp till slaggbadets yta 25. Plasmageneratorn är anpassad till att drivas for att ge den heta gasen 27 en entalpi av aminstone 200 MJ/kmol och foretrddesvis atminstone 300 MJ/kmol. Genom denna hoga entalpi angas forangningsbara metaller och/eller forangningsbara metallforeningar bort fran den smdlta slaggen 24 in i bubblorna av den heta gasen 27. En mindre mangd av forangningsbara metaller och/eller forangningsbara metallforeningar angas ocksa bort direkt till en gasvolym 12 ovanfor den smdlta slaggytan 25. Bubblorna av het gas 27 transporteras snabbt till den smdlta slaggytan 25 och frig& ddr innehallet i den heta gasen 27 in i gasvolymen 12.

Den foreliggande utforingsformen innefattar vidare ett anghanteringssystem 30. Anghanteringssystemet 30 ãr utformat for att samla upp de forangningsbara metallerna och/eller forangningsbara metallforeningarna i gasvolymen 12 som har angats bort fran den smdlta slaggen 24, antingen direkt via den smdlta slaggytan eller via bubblorna i den heta gasen 27. Metallerna och/eller metallforeningarna hanteras enligt forfaranden enligt kand teknik for valuering av de slutliga metallerna och/eller metallforeningarna 31. Det speciella sat pa vilket de forangningsbara metallerna och/eller forangningsbara metallforeningarna hanteras är inte av avgorande betydelse for driften av slaggangningsarrangemanget som sadant och diskuteras darfor inte vidare.

Den foreliggande utforingsformen innefattar ocksa en slaggutgang 40 som tinter smdlt slagg utarmad pa forangningsbara metaller och/eller forangningsbara metallforeningar att tappas ay. Den foreliggande utforingsformen av arrangemanget 1 har en ugn som är anordnad for att utfora en kontinuerlig process. Med andra ord är den foreliggande utforingsformen avsedd for en kontinuerlig drift, dal- materialet 22 kontinuerligt eller intermittent fors in i ugnen 10. Materialet 22 smdlter ndr det kommer i kontakt med den heta gasen i gasvolymen 12 eller ndr den kommer i kontakt med den smdlta slaggytan 25. Under omrorningen genom gasbubblorna som alstras av plasmabraimargasstralen 26, blir den smdlta slaggen utarmad pa forangningsbara metaller och/ eller forangningsbara metallforeningar, som istallet forangas in i bubblorna. Den smdlta slaggen utarmad pa forangningsbara metaller och/ eller forangningsbara metallforeningar kan kontinuerligt eller intermittent avldgsnas frail ugnen genom slaggutgangen 40.

I en alternativ utforingsform kan ugnen 10 ocksa drivas pa ett sats-satt, dar materialet 22 forst matas in i ugnen 10, och sedan behandlas till en smdlt slagg utarmad pa forangningsbara metaller och/ eller forangningsbara metallfOreningar och slutligen avlagsnas frail ugnen 10.

I en foredragen utforingsform innefattar upphettningsarrangemanget 20 en styrenhet 23 anordnad for att driva upphettningsarrangemanget 20 fOr att liana den smdlta slaggen 24 vid en forutbestamd medeltemperatur. Den forutbestamda medeltemperaturen valjs foretrddesvis beroende av slaggsammansatningen. Eftersom de fiesta slaggerna ãr sammansatta for att ha en smdlttemperatur runt 1100°C, bor den forutbestamda medeltemperaturen inte overskrida ett sadant varde med for mycket. For system som har standardslaggsammansatningar Or styrenheten 23 foretrddesvis anordnad for att driva upphettningsarrangemanget 20 for att halla den smdlta slaggen 24 vid en medeltemperatur under 1200°C, och foretradesvis under 11°C. For andra system som har andra slaggsmdltningstemperaturer Or styrenheten 23 foretradesvis anordnad for att driva upphettningsarrangemanget 20 for att bibehalla den smdlta slaggen 24 vid en medeltemperatur av mindre an 100°C Over en smdlttemperatur for slaggen, och foretradesvis mindre an °C Over en smdlttemperatur for slaggen.

I en foredragen utforingsform ãr ugnen 10 utrustad med en kyld vagg 15, for att skapa en frysinfodring och for att kunna reducera slitage pa ugnsvaggen. Den forutbestamda medeltemperaturen for slaggen vdljs cla ocksa foretradesvis beroende av verkan av den kylda vaggen 15. Styrenheten 23 Or 11 dâ anordnad for att balansera den forutbestamda medeltemperaturen for slaggen med reaktorvdggskylningen for att skapa ett skyddande fryst slagglager 16 pa reaktorvaggen 15.

Sa.som kortfattat namndes ovan ãr en av fordelarna med att anvanda en plasmagenerator for att tillhandahalla energin in i slaggbadet att man enkelt kan erhalla kontroll Over en mdngd inford reduktionsmedel utan att satta restriktioner pa den totala tillforda effekten. I en foredragen utforingsform innefattar arrangemanget 1 vidare inforselorgan 17 anordnat for att tillsata kol och kolvdten in i formorna 29 nedsdnkta in i slaggbadet som transporterar den heta gasen frail plasmastralen 26. Detta mojliggor anpassning av en syrepotential for den heta gasen 27. Syrepotentialen är mojlig att anpassa Mom omradet -4 till -14 atm. Om de inforda reduktionsmedlen reducerar den smdlta slaggen ãr sadana reaktioner typiskt sett endoterma och ytterligare energi maste typiskt sett tillhandahallas for att halla en konstant temperatur. Nar man anvander en plasmagenerator ãr styrenheten 23 ldtt att anordna for att styra plasmageneratorn for att tillhandahalla den nodvandiga energin for att reducera den smdlta slaggen.

I kombination med atervinningen av de flyktiga metallerna, kan ocksa andra metaller extraheras frail materialet 22 som inforts in i ugnen 10. I en utforingsform ãr inforselorganet 17 anordnat for att justera en syrepotential i slaggen for att bli lämplig for att selektivt reducera metallforeningar i slaggen till en smdlt metallfas. Exempel pa typiska sadana metaller som ãr mojliga att reducera frail slaggen är Cu, Ni, Ag, Au, Pt och Pd. Den smdlta metallfasen 44 samlas upp i botten pa ugnen 10. Den smdlta metallfasen avlagsnas, kontinuerligt eller intermittent, via ett utlopp 42. Ugnen 10 Or for detta andamal forsedd med ett temperaturbestandigt material 45 vid botten.

I en annan utforingsform, ddr materialet 22 som forts in i ugnen 10 och armed aven slaggen innefattar svavel eller svavelforeningar, kan awn en skdrstensfas erhallas. Inforselorganet 17 dr dâ anordnat for att anpassa en 12 syrepotential i slaggen for att forhindra svavlet fran att oxideras. Metaller kan cla atervinnas i en smdlt skarstensfas. Exempel pa typiska sadana metaller som är medliga att atervinna fran slaggen Or Fe, Cu, Ni, Ag, Au, Pt och Pd. Den smdlta skarstensfasen samlas upp i botten pa ugnen 10. Den smdlta skarstensfasen avlagsnas, kontinuerligt eller intermittent, via ett utlopp.

I ytterligare en annan utforingsform kan bade en metallfas och en skdrstensfas erhallas, genom lämplig anpassning av syrepotentialen och svavelinnehallet. Som ett icke-begransande exempel, Au, Pt och Pd kan reduceras till en metallisk fas, medan Co och Ni bildar skdrstensfasen. Skarstensfasen upptrader typiskt sett ovanpa metallfasen, eftersom den typiskt sett har en ldgre densitet an metallfasen och eftersom de tva faserna ãr mer eller mindre olosliga i varandra. Skarstensfasen och metallfasen kan extraheras fran ugnen genom separata utlopp eller genom ett gemensamt utlopp.

Fig. 2 är ett flodesschema over steg i en utforingsform av ett forfarande for dtervinning av forangningsbara amnen. Forfarandet startar i steg 200. I steg 210 smdlts ett material som innefattar forangningsbara metaller och/ eller fordngningsbara metallforeningar till en smdlt slagg. Den smdlta slaggen rors i steg 212 om av en nedsankt gasstrale av het gas. Foretradesvis tillhandahalls energin for smdltning av materialet av den nedsankta gasstralen av het gas. I steg 214 styrs den heta gasen till att ha en entalpi av atminstone 200 MJ/kmol och foretradesvis atminstone 300 MJ/kmol.

Foretradesvis bar den heta gasen en temperatur flax den kommer in i den smdlta slaggen av Over 3000°C, och foretranesvis over 4000°C. Atminstone for vanliga typer av slaggsammansattningar är det foredraget att lata styra den smdlta slaggen till at ha en medeltemperatur under 1200°C, och foretradesvis under 1150°C. Eftersom slaggsmalttemperaturen kan skilja sig at med den faktiska slaggsammansdttningen, Or det att foredra att styra den smdlta slaggen till en medeltemperatur av mindre an 100°C Over en smdlttemperatur for slaggen och foretrddesvis mindre an 50°C Over en 13 smdlttemperatur for slaggen. En fordel med att halla den smdlta slaggen vid dessa temperaturer är att en frysinfodring ãr ldttare att uppratthalla. Atminstone en del av de forangningsbara metallerna och/ eller forangningsbara metallforeningarna angas bort fran den smdlta slaggen i steg 216. Foretradesvis ager en stone del av forangningen rum in i den heta gasen. Energin for Angning av materialet tillfors foretrddesvis av den nedsankta gasstrdlen av het gas. Processen slutar i steg 299.

I Fig. 2 illustreras processen som en enkel satsprocess. I en foredragen utforingsform drivs emellertid forfarandet som en kontinuerlig process. Med andra ord, de olika stegen utfors foretradesvis atminstone delvis samtidigt och pa ett kontinuerligt eller intermittent sat.

Foretrddesvis innefattar forfarandet vidare anpassning av en syrepotential for den heta gasen genom tillsats av kol eller kolhydrater i den heta gasen.

Syrepotentialen kan anpassas inom omthclet -4 till -14 atm. Energin for att reducera den smdlta slaggen tillhandahalls av den nedsankta gasstralen av het gas.

Testkorningar har utforts enligt de ovan presenterade forfaringssatten. I ett sarskilt experiment Mils slaggen vid en temperatur av 1100°C och het gas med en entalpi av 280 MJ/kmol fordes in nedsankt i slaggen. 1000 kg EAFstoft, 100 kg koks och 100 kg sand utnyttjades i denna testkorning som ingangsmaterial. Det ingd.ende materialet rostades fore inmatningen for att avldgsna svavlet fran materialet. Sammansattningarna av komponenterna ges i tabell 1. Notera att plasmagasen och reduktionsmedlen inte inkluderas i de balanserade berdkningarna. Under operationen extraherades totalt 701,5 kg gas, fran vilken 495,6 kg aervunna produkter slutligen samlades in. I detta sarskilda experiment Mils syrepotentialen vid en niva lamplig for att reducera CuO till metalliskt koppar, och Fe203 till FeO, medan Zn och Pb extraherades in i gasfasen. Luft anvandes som plasmagas och syrepotentialen styrdes genom att fora in propan in i den heta gasen. 14 Material EAF-damm Koks Sand Mangd kg: 1000 100 100 Forening viktsVo viktsVo vikts% Si02 4.0 85.7 MnO 2.0 P200.4 Cr203 0.3 NiO 1.0 MgO 1.9 CuO 0.4 Cu 0.0 TiO2 0.1 A13 0.9 9.8 FeO 0.0 2.0 Fe203 24.7 CaO 4.8 2.

Na1.1 K0.3 ZnO 41.1 Zn 0.0 Pb0 4.7 Pb 0.0 C 2.2 99.6 S 0.0 0.4 H5.1 0.0 KC1 2.9 NaC1 1.

SO3 0.0 0 0.

SUMMA 100.0 100.0 100.0 Tabell 1. Ingangskvantiteter Material Metall Slagg Gas Atervunna produkter Mangd kg: 6.9 491.6 701.495.6 Forening vikts% vikts% vikts% vikts% Si02 25.

MnO 4.0 P200.7 Cr203 0.7 NiO 0.8 Ni 68.7 MgO 3.9 CuO 0.2 Cu 31.3 TiO2 0.1 A1203 3.9 FeO 45.6 Fe203 0.0 CaO 10.2 Na2.3 K0.7 ZnO 1.3 81.6 Zn 46.3 Pb0 0.0 9.

Pb 6.2 C 17.4 H20 (anga) 3.7 KC1 4.1 5.8 NaC1 2.2 3.0 0 19.6 SO2 0.1 H 0.4 SUMMA 100 100 100 100 Tabell 2. Utgangkvantiteter 16 Utgangen av experimentet visas i tabell 2. Som en slutsats reducerades nivan. for ZnO i den foreliggande testkOrningen fran 41,1 vikts% i EAFdammet till 1,3 vikts% i den slutliga slaggen, vilket motsvarar en extraheringsgrad av 98,4%. Sadana niva.er av Zn-extraktioner har tidigare endast astadkommits vid slaggtemperaturer over 1300°C.

I ett annat sarskilt experiment Mils slaggen igen vid en temperatur av 1100°C och het gas med en entalpi av 280 MJ/kmol fordes in nedsankt i slaggen. 1000 kg EAF-stoft, 100 kg koks och 100 kg sand utnyttjades i denna testkorning som ingangsmaterial. Sammansattningarna for komponenterna ges i tabell 3. S och SO3 finns i systemet. Notera att plasmagasen och reduktionsmedlen inte inkluderas i balansberakningarna. Under driften extraherades totalt 704,3 kg gas, fran vilken 485,5 kg atervunna produkter, huvudsakligen ZnO, samlades in. I detta sarskilda experiment holls syrepotentialen vid en niva lamplig for att forhindra svaveloxidering, vilket darfor atervinner Cu respektive Ni i koppar-nickelskarsten, och Fe203 i FeO och FeS, medan Zn och Pb extraherades gasfasen partiellt som metallangor. Luft anvandes som plasmagas och syrepotentialen styrdes genom att fora in propan i den heta gasstralen.

Utgangen av experimentet visas i tabell 4. Som en slutsats reducerades nivan av ZnO i den foreliggande testkorningen fran 40,3 vikts% i EAFdammet till 1,3 vikts% i den slutliga slaggen, vilket motsvarar en extraheringsgrad av 98,5 c/o.

Mindre mangder av platinagruppsmetaller och adelmetaller fanns ocksâ narvarande i experimenten presenterade ovan. Man fann att atminstone 98% av Au, Pt och Pd atervanns in i metall- eller skarstensfaserna. Ag samlades in till 50-60% i metallen eller skarstensfasen, medan 40-50% slutade i filterkakan.

Utforingsformerna beskrivna ovan ska forstas som na_gra illustrativa exempel pa den foreliggande uppfinningen. Det inses av fackmannen att olika 17 Material EAF-damm Koks Sand Mangd kg: 1000 100 100 Forening vikts% vikts% vikts% Si02 3.9 85.7 MnO 1.9 P200.3 Cr203 0.3 NiO 1.0 MgO 1.9 CuO 0.4 Cu 0.0 TiO2 0.1 A1203 0.9 9.8 FeO 0.0 2.0 Fe203 24.2 CaO 4.7 2.

Na1.1 K0.3 ZnO 40.3 Zn 0.0 Pb0 4.6 Pb 0.0 2.2 99.6 0.6 0.4 H5.0 0.0 KC1 2.8 NaC1 1.

SO3 1. 0 0.

SUMMA 100.0 100.0 100.0 Tabell 3. Ingangskvantiteter 18 Material Skarsten Slagg Gas Atervunnen produkt Mangd kg: 17.1 478.6 704.3 485.

Forening vikts% vikts% vikts% vikts% Si02 26.0 MnO 4.0 P200.7 Cr203 0.7 NiO 0.8 NiS 42.2 MgO 3.9 CuO 0.2 Cu2S 15.3 TiO2 0.1 A1203 4.0 FeO 44.7 FeS 42.

CaO 10.3 Na2.3 K0.7 ZnO 1.3 81.6 ZnS 0.0 Zn 45.2 Pb0 0.0 9.

PbS 0.0 Pb 6.1 C 17.3 H20 (anga) 3.6 KC1 4.0 5.8 NaC1 2.1 3.0 0 19.8 SO2 1.

S 0.2 H 0.4 SUMMA 100 100 100 100 Tabell 4. Utgangskvantiteter 19 modifieringar, kombinationer och andringar kan goras i utforingsformerna utan att avldgsna sig fran den foreliggande uppfinningens omfdng. I synnerhet kan olika dellosningar i de olika utforingsformerna kombineras i olika konfigurationer, ddr sd_ ãr tekniskt mojligt. Omfanget for den foreliggande uppfinningen definieras emellertid av de medfoljande patentkraven.

Claims (27)

PATENTKRAV

1. Ett forfarande for atervinning av forangningsbara amnen, innefattande stegen: smaltning (210) av ett material som innefattar atminstone en av forangningsbara metaller och forangningsbara metallffireningar till en smalt slagg; omrorning (212) av den smalta slaggen genom en nedsankt gasstrom av het gas; samt avAngning av (216) atminstone en del av namnda atminstone en av forangningsbara metaller och forangningsbara metallforeningar fran den smalta slaggen, kannetecknat av det ytterligare steget styrning (214) av den heta gasen till att ha en entalpi av atminstone 200 MJ/kmol, foretradesvis atminstone 300 MJ/kmol.

2. Forfarandet enligt krav 1, kannetecknat av att avangningssteget (216) av atminstone en del av namnda atminstone en av f8rangningsbara metaller och forAngningsbara metallforeningar fran den smalta slaggen innefattar forangning av namnda atminstone en av forLagningsbara metaller och forAngningsbara metallforeningar att angas av in i namnda heta gas.

3. Forfarandet enligt krav 1 eller 2, kannetecknat av att den smalta slaggen har en medeltemperatur av mindre an 100°C Over en smalttemperatur for slaggen, foretradesvis mindre an 50°C Over en smalttemperatur for slaggen.

4. F8rfarandet enligt nagot av kraven 1 till 3, kannetecknat av att den smalta slaggen har en medeltemperatur under 1200°C, foretradesvis under 1150°C. 21

5. Forfarandet enligt nagot av kraven 1 till 4, kannetecknat av att den heta gasen har en temperatur vid inforsel i den smalta slaggen over 3000°C, foretradesvis Over 4000°C.

6. Forfarandet enligt nagot av kraven 1 till 5, kannetecknat av att energin for smaltning och/eller angning av materialen tillhandahalls genom den nedsankta gasstralen med het gas.

7. Forfarandet enligt nagot av kraven 1 till 6, kannetecknat av anpassning av en syrepotential for den heta gasen genom att tillsatta kol eller kolvate in i den heta gasen.

8. Forfarandet enligt nagot av kraven 1 till 7, kannetecknat av anpassning av en syrepotential i slaggen genom att tillsatta fast kol och/eller kolvate in i slaggen.

9. Forfarandet enligt krav 7 eller 8, kannetecknat av att syrepotentialen anpassas inom omra.det -4 till -14 atm.

10. Forfarandet enligt nagot av kraven 7 till 9, kannetecknat av att steget att anpassa en syrepotential i slaggen innefattar anpassning av en syrepotential i slaggen for att reducera metallforeningar i slaggen till en smalt metallfas; och av det ytterligare steget att avlagsna den smalta metallfasen.

11. Forfarandet enligt nagot av kraven 7 till 10, kannetecknat av att slaggen innefattar svavel eller svavelforeningar; vilket steg att anpassa en syrepotential i slaggen innefattar anpassning av en syrepotential i slaggen for att forhindra svavel fran att oxideras, insamling av metallforeningar i den smalta slaggen till en smalt skarstensfas; och av det ytterligare steget att avlagsna den smalta skarstensfasen. 22

12. Forfarandet enligt nagot av kraven 1 till 11, kannetecknat av att energin for reduktion av den smdlta slaggen tillhandahalls genom den nedsankta gasstralen av het gas.

13. Forfarandet enligt nagot av kraven 1 till 12, kannetecknat av att forfarandet ãr en kontinuerlig process.

14. Ett arrangemang (1) for atervinning av fordngningsbara amnen, innefattande: en ugn (10); upphettningsarrangemang (20) anordnat for att smalta ett material (22) innefattande atminstone en av forangningsbara metaller och forangningsbara metallforeningar i ugnen till en smdlt slagg (24); ett plasmageneratorsystem (28) nedsankt via en forma (29) i den smdlta slaggen (24) och anordnat for att rora om den smdlta slaggen (24) genom en nedsankt gasstrale (26) av het gas (27); och ett Anghanteringssystem (30) utformat for att samla in namnda atminstone en av forangningsbara metaller och forangningsbara metallforeningar som angas bort fran den smdlta slaggen (24), kannetecknat av att plasmageneratorsystemet (28) ãr utformat att drivas for att ge den heta gasen (27) en entalpi av atminstone 200 MJ/kmol, foretradesvis aminstone 300 MJ/kmol.

15. Arrangemanget enligt krav 14, kannetecknat av att Anghanteringssystemet (30) ãr anordnat for att samla in namnda atminstone en av fordngningsbara metaller och forangningsbara metallforeningar som angas av frail den smdlta slaggen till den heta gasen (27).

16. Arrangemanget enligt krav 14 eller 15, kannetecknat av att styrsystemet (20) for upphettningsarrangemanget ãr anordnat for att bibehalla den smdlta slaggen (24) vid en medeltemperatur av mindre an 23 100°C over en smalttemperatur for slaggen, foretradesvis mindre an 50°C over en smalttemperatur for slaggen.

17. Arrangemanget enligt nagot av kraven 14 till 16, kannetecknat av att upphettningsarrangemanget (20) innefattar en styrenhet (23) anordnad for att driva upphettningsarrangemanget (20) for att bibehalla den smalta slaggen (24) vid en medeltemperatur under 1200°C, foretradesvis under 1150°C.

18. Arrangemanget enligt nagot av kraven 14 till 17, kannetecknat av att styrenheten (23) till upphettningsarrangemanget (20) är anordnad for att balansera en temperatur pa slaggen till reaktorvaggskylningen for att skapa ett skyddande fruset slagglager (16) pa reaktorvaggen (15).

19. Arrangemanget enligt nagot av kraven 14 till 18, kannetecknat av att plasmageneratorsystemet (28) klarar av att producera het gas med en temperatur av Over 3000°C, foretradesvis over 4000°C.

20. Arrangemanget enligt nagot av kraven 14 till 19, kannetecknat av att styrenheten (23) till upphettningsarrangemanget (20) ãr anordnad for att driva plasmageneratorsystemet (28) for att tillhandahalla den energi som ãr nodvandig fOr smaltning av materialet (22).

21. Arrangemanget enligt nagot av kraven 14 till 20, kannetecknat av infOrselorgan (17) anordnat for att tillsatta kol eller kolvate till den heta gasstralen for att anpassa en syrepotential for den heta gasen.

22. Arrangemanget enligt nagot av kraven 14 till 20, kannetecknat av inforselorgan anordnat for att tillsatta kol och/eller kolvate till slaggen for att anpassa en syrepotential for slaggen. 24

23. Arrangemanget enligt krav 21 eller 22, kannetecknat av att inforselorganet (17) ãr anordnat for att anpassa en syrepotential inom omrddet -4 till -14 atm.

24. Arrangemanget enligt nagot av kraven 21 till 23, kannetecknat av att inferselorganet (17) ãr anordnat for att anpassa en syrepotential i den smdlta slaggen (24) for att selektivt reducera metallforeningar i slaggen.

25. Arrangemanget enligt nagot av kraven 21 till 24, kannetecknat av att slaggen innefattar svavel eller svavelforeningar; inforselorganet (17) Or anordnat for att anpassa en syrepotential i slaggen for att forhindra svavel fran att oxideras och for att samla in metallforeningar i slaggen till en smdlt skarstensfas; och genom att vidare innefatta ett utlopp for den smdlta skarstensfasen.

26. Arrangemanget enligt nagot av kraven 12 till 25, kannetecknat av att styrenheten (23) for upphettningsarrangemanget (20) är anordnat for att driva plasmageneratorsystemet (28) for att tillhandahalla den energi som Or nodvandig for att reducera den smdlta slaggen (24).

27. Arrangemanget enligt nagot av kraven 12 till 26, kannetecknat av att ugnen (10) Or anordnad for att utfora en kontinuerlig process. 2/2 MELT MATERIAL WITH EVAPORABLE METALS AND/OR METAL COMPOUNDS INTO A MOLTEN SLAG— AGITATE MOLTEN SLAG BY A SUBMERGED JET OF HOT — GAS CONTROL THE HOT GAS TO HAVE AN ENTHALPY OF > 200 MJ/kmol_ FUME OFF EVAPORABLE METALS AND/OR METAL _ COMPOUNDS 2 212 214 216