WO2014096481A1 - Proceso de reciclado de materiales metálicos granulados conteniendo impurezas superficiales - Google Patents

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organic
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Iban VICARIO GOMEZ
Alberto ABUIN ARIZETA
Francisco Javier Antoñanzas González
Lourdes Yurramendi Sarasola
Juan Carlos Múgica Iraola
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a process of preparation and recycling of metals, which has application in the metallurgical industry, and more specifically in the field of recovery of metals contained in residual materials, especially when they are presented with a small particle size.
  • These residual materials are characterized in that the metal is contaminated with organic material such as oil, wood plastic, paint, etc., and may also contain impurities of an inorganic nature.
  • the object of the invention is a process that allows the elimination of non-metallic components, mainly organic products and various impurities, from residual materials with high metallic content.
  • the process is applicable to metallic materials of various particle sizes and sizes, it is especially suitable for small metal particles that are not recoverable, or recoverable with low performance and / or quality, by the processes known today.
  • the process is suitable for a large number of metals, including aluminum, copper, magnesium, zinc, etc. and its alloys.
  • Oxidation of the metal occurs as the temperature rises and is in contact with organic elements during the recycling process. This causes that these elements cannot be briquetted, that is, make briquettes, and hot sintered. In addition, gases are generated during the process, there is a risk of moisture explosion and the metallurgical yields are low.
  • the quality obtained from recycled materials from dirty raw materials does not allow its use in applications that require high purity and low oxidation of the metal (alloy tablets, aluminum shot, electrolytic copper, etc.).
  • flux salts may be necessary to achieve a greater degree of recovery. These salts generate slags, difficult to recycle and high cost and environmental impact.
  • US Pat. No. 7,976,611 describes a continuous process to recover metals in the that the organic components are eliminated by direct combustion at elevated temperatures.
  • the indicated process temperatures are between 400 and 1100 ° C, preferably from 600 to 900 ° C and specifying the highest preference in the range 700-850 ° C.
  • the addition of oxygen at these temperatures allows the organic part to be eliminated by oxidation but It has several drawbacks.
  • the treatment temperature is excessive for a large number of metals, including Al, Mg, Pb, due to lower melting temperatures.
  • the processes of direct combustion of organic matter generate a corrosion of the metal that results in a lower recovery efficiency. In the case of the mentioned patent, this phenomenon is especially relevant for treating the metal at an elevated temperature in oxidizing medium.
  • the suggested process causes the volatilization of certain metals to be retained in the gas treatment line in the form of oxides, generating a new waste and reducing the recovery performance as metal.
  • the GB-1,370,071 patent uses an inclined rotary kiln for the recovery of shavings with glued organic materials, by means of a process that includes the movement of the shavings through a tortuous path with an ascending temperature gradient in an atmosphere with the presence of oxygen. It indicates that the treatment temperature must be sufficient for it to vaporize or oxidize organic pollutants, but at a temperature below that of which the metal oxidizes substantially. However, it does not specify the required temperature, which is also different for each treated metal. Only the concrete for the treatment of bronze, indicating that it must be at most 200 ° F lower at the melting temperature.
  • non-pyrolytic pyrolytic gases will be generated that must be eliminated continuously at the exit of the furnace. It is a process well adapted to metallic waste only contaminated with volatile organic products, even allowing its recovery, but they have the complexity of pyrolytic processes when it comes to waste with complex mixtures of products organic, especially when there is a presence of high molecular weight products, not volatile.
  • this process has the disadvantage that once the final metal is obtained, it must be processed by physical separation and a salt bath is used to clean the metal from carbonaceous residues. The use of salts has a great environmental impact, due to the creation of slags that are difficult to recover. On the other hand, it is necessary to melt the recovered metal to obtain adequate cleaning.
  • the present invention overcomes the problems mentioned in the processes described above and refers to a process of recycling of metals from waste materials consisting of three threads.
  • the organic fraction is oxidized in an oxidizing atmosphere at low temperature, preventing oxidation of the metal.
  • the rest of impurities are removed at a higher temperature and in an inert atmosphere, removing the non-metallic components adhered to the metal.
  • the process is carried out in a preferably continuous manner by means of the two heat treatments mentioned, finally resulting in a clean metal.
  • This metal can be suitable for direct use or after being subjected to a third sintering thread at a temperature very close to that of metal melting.
  • the process also allows treating contaminated metals, for example with oils or lacquers, avoiding the use of other processes that require the addition of salts to separate the metal from its slag. It should be noted that one of the advantages of the process is that it develops continuously.
  • the process of recycling metal waste is especially suitable when the metal is preferably in a granular form of small size and accompanied by non-metallic components, especially organic products.
  • the first phase of the process allows, through two consecutive threads 1 and 2, the elimination of all those materials of organic origin, such as drills, foams, plastics, wood, etc., which are associated with the metal and the reduction of the percentage of contaminants in the metal Recycled, such as paint charges, without causing oxidation. Therefore, the process allows, in this first phase, obtaining clean metal, which can be used directly as a secondary raw material in different industrial applications both in the form of shot or briquettes.
  • the application of the subprocess 3 is contemplated which allows a compaction of the metal at a temperature lower than its melting point, but very close, obtaining a final quality similar to the molten metal.
  • the overall process that the invention proposes comprises the combination of three threads: the first two are aimed at removing the impurities that accompany the metal waste, while the third thread compacts the metal by means of a sintering treatment.
  • subprocess 1 most of the contaminating material is removed, especially the organic fraction.
  • the material is first heated to a temperature below 300 ° C, in an oxidizing atmosphere.
  • the reactor or furnace where the treatment is carried out is provided with a system that keeps the material moving, which can be done by systems such as vibrating trays, rotation, etc.
  • the material resulting from the previous subprocess is heated to 400-550 ° C in an inert atmosphere to prevent its oxidation.
  • this subprocess also provided with movement, the remains of contaminant material that remain, for example, coal and other impurities, are removed.
  • inorganic components adhered to the metal surface are caused.
  • These inorganic components may come from the original waste (ceramic materials, paint loads, etc.) or have been generated in the previous thread as a result of incomplete combustion of organic products (charcoal).
  • the process of the present invention contemplates a third thread that allows the granulated metal to be transformed into a material similar to molten metal, which is suitable for use in a majority of industrial processes, especially in those that require their fusion by conventional systems.
  • the decontaminated granulated metal from subprocess 2 is subjected to a sintering process, for which it must be heated to a temperature in which it adopts a semi-solid state, that is, a pasty consistency, said temperature depending on each metal, to then be pressed in the form of briquettes or the like.
  • This subprocess 3 thus completes, when required, the overall recycling process of the original metallic waste.
  • Figure 1 shows a flow chart of a preferred embodiment of the process of the invention, where subprocesses 1, 2 and 3 can be distinguished.
  • PHASE 1 Subprocesses 1 and 2 aim to eliminate impurities, especially those of an organic nature (oils, plastics, etc.), by means of two consecutive treatments, one in oxidizing medium and low temperature and, the second, in inert medium higher temperature The result is clean metal that can be commercialized or melted directly or can be sintered in the next phase.
  • subprocess 3 when the application of the recycled material so requires, receives the metal material already free of impurities generated in subprocesses 1 and 2, especially the small one, to be sintered by pressing at a temperature less than fusion.
  • the metallic material with impurities is introduced to cause the elimination of moisture and organic compounds by oxidation at a temperature of approximately 300 ° C.
  • the objective is to eliminate most of these compounds in gaseous form avoiding the oxidation of the metal.
  • oxygen or air must be introduced in a stoichiometrically sufficient amount to oxidize all the organic matter present.
  • the equipment in which this stage is carried out must be provided with a system that causes the movement of the material, both for its advance and to allow a homogeneous heating and the exposure of the whole organic fraction to the oxidizing gas.
  • the heating can be carried out either by direct heating (ex: lighter or resistors located inside the equipment) or through an outer jacket provided with a heating system (ex .: resistances, lighters, hot air, etc., located in the shirt).
  • the equipment also requires a control that regulates the temperature at which the material is subjected. If the treated material contains an organic fraction whose combustion does not allow the process temperature to be reached, the heating system must provide the necessary additional heat.
  • the system must be controlled by various practices: dilution of the Metallic material to be treated with an inert material that absorbs heat and is easily recoverable (minerals, other metal, etc.) and / or feed a gas less rich in oxygen and / or cooling through a fluid circulating through the outer jacket.
  • the gases generated at that temperature can be properly treated before they are emitted into the atmosphere.
  • the equipment required for such treatment depends on the concrete material being treated and the level of impurities it contains but, at most, are the following: afterburner, gas cooler and bag filter.
  • subprocess 2 the material treated in subprocess 1, without cooling, is subjected to a temperature in the range 400-450 ° C to finish removing impurities. Being a temperature at which the metal can be oxidized, this step is performed in an oxygen-free inert medium. It has been found that in this way the carbon deposits and other impurities still present at the end of the previous treatment are eliminated.
  • the equipment preferably used must also be provided with a material movement system, because this movement together with the temperature produces a combined effect (expansion, friction, etc.) that allows to obtain a clean metallic material.
  • the inert gas can be extracted from the equipment, purified by removing particles in a cyclone and / or bag filter and recirculating back inside.
  • the heating system can be, as in the previous case, direct or indirect through a jacket, with the exception of direct systems that can introduce oxygen into the medium (eg: lighters with flame).
  • the resulting metallic material can be commercialized or melted directly or it can go to the next thread 3 to be sintered.
  • a rapid cooling system may be necessary to prevent oxidation.
  • vibrating cooling trays, water tanks, cryogenic systems, or any other means of cooling metals can be used, and may include the need for an inert atmosphere.
  • the clean granular material generated in the previous phase can be compacted by sintering under pressure.
  • the subprocess 3 is formed by a hot metal dosing system, preferably at the same outlet temperature as the subprocess 2 and by a system that allows accurate dosing (alveolar valves, chambers with weighing system and opening depending on the detected weight) , a system that allows the temperature to be raised up to 85-97% of the melting temperature, so that the material is within the semi-solid state range with a minimum of liquid fraction that allows the optimum union of the materials in the process of compacting and heated mold on which the material falls to be compacted by means of a press provided with, for example, one or two pistons.
  • a cooling system may be necessary to reduce cycle times, the piston is removed, the mold is opened and the compacted metal is removed.
  • Example 1 It has been split from a residue consisting of an aluminum shot contaminated with various organic materials. The fraction less than 1 mm contained 1 1.45% of total carbon, while the fraction between 1-2 mm contained 9.77%.
  • the original material has been subjected to the PHASE I subprocesses described above. Specifically, it has been submitted in subprocess 1 at a temperature of 295 ° C for half an hour, 120% of the stoichiometrically necessary oxygen circulating to gasify all the carbon. Then, in subprocess 2, it has been subjected to a temperature of 430 ° C for half an hour in an inert atmosphere of argon. The resulting material obtained has been classified as two fractions: less than 1 mm and 1-2 mm.
  • the carbon content of the first fraction has been reduced to 0.18% and that of the second to 0.13%. In this way, the effectiveness of the described process can be observed, with the carbon removal efficiency exceeding 98% in both cases.
  • the oxygen analyzed in the metal before the treatment was 1.4% and that obtained after the treatment in subprocesses 1 and 2 turned out to be 0.3%, that is, it can be seen that the process has not caused the oxidation of the material and, on the contrary, has allowed the removal of a part of the surface oxide present in the starting material.
  • Example 2 The residue under treatment is a set of copper wires 20 cm long and 0.5 mm in diameter contaminated with a mixture of oily products.
  • the carbon content of the original material was 12%.
  • This material has been subjected to the PHASE I threads described above. Specifically, it has been subjected in subprocess 1 at a temperature of 300 ° C for 45 minutes, with 120% of the stoichiometrically necessary oxygen circulating to gasify all the carbon. Then, in subprocess 2, it has been subjected to a temperature of 430 ° C for 45 minutes in an inert atmosphere of argon.
  • the carbon content of the resulting fraction is 0.2%, with the carbon removal performance exceeding 98%.
  • the oxygen content remained unchanged after the treatment stages.

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Abstract

Proceso de reciclado de materiales metálicos granulados conteniendo impurezas superficiales, que combina un subproceso 1 y un subproceso 2, donde en el subproceso 1 se produce la eliminación parcial del material contaminante mediante calentamiento del material de partida hasta una temperatura inferior o igual a 300ºC, en atmósfera oxidante controlada; y en el subproceso 2, en atmósfera inerte, se calienta el material hasta 400-550ºC y se eliminan restos de material contaminante que aún quedan por un efecto combinado térmico-mecánico.

Description

PROCESO DE RECICLADO DE MATERIALES METALICOS GRANULADOS CONTENIENDO IMPUREZAS SUPERFICIALES
CAMPO TECNICO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a un proceso de preparación y reciclaje de metales, que tiene aplicación en la industria metalúrgica, y más concretamente en el ámbito de la recuperación de metales contenidos en materiales residuales, especialmente cuando se presentan con un tamaño de partícula pequeño. Estos materiales residuales se caracterizan porque el metal está contaminado con material orgánico como aceite, plástico madera, pintura, etc, y pueden contener también impurezas de carácter inorgánico.
El objeto de la invención es un proceso que permite eliminar los componentes no metálicos, principalmente productos orgánicos e impurezas diversas, a partir de materiales residuales con alto contenido metálico. Si bien el proceso es de aplicación a materiales metálicos de diversas granulometrías y tamaños, es especialmente apropiado para partículas metálicas de pequeño tamaño no recuperables, o recuperables con bajo rendimiento y/o calidad, mediante los procesos conocidos en la actualidad. El proceso es apto para un gran número de metales entre los que cabe destacar aluminio, cobre, magnesio, cinc, etc. y sus aleaciones.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los problemas que presentan los procesos térmicos actuales de tratamiento de metales contaminados con impurezas, especialmente de naturaleza orgánica, son los siguientes:
Se produce una oxidación del metal al aumentar la temperatura y estar en contacto con elementos orgánicos durante el proceso de reciclado. Esto provoca que estos elementos no se puedan briquetear, es decir hacer briquetas, y sinterizar en caliente. Además, se generan gases durante el proceso, existe riesgo de explosión por humedad y los rendimientos metalúrgicos son bajos. La calidad obtenida de los materiales reciclados a partir de materias primas sucias no permite su empleo en aplicaciones que requieren alta pureza y baja oxidación del metal (tabletas aleantes, granalla de aluminio, cobre electrolítico, etc.).
- Se produce una eliminación deficiente de las cargas contenidas en las pinturas, que habitualmente quedan pegadas al metal.
Puede ser necesaria la aportación de sales fundentes para lograr un mayor grado de recuperación. Estas sales generan escorias, de difícil reciclado y alto coste e impacto medioambiental.
- Es muy dificultoso el reciclado de elementos compuestos tipo sándwich, paneles, etc.
Debido a estos problemas, existen corrientes de materiales metálicos que no pueden recuperarse con los procesos existentes. En otros casos en los que la recuperación es posible, los rendimientos metalúrgicos son bajos y/o los metales reciclados no pueden ser utilizados para aplicaciones con requisitos de alta pureza, debido a la contaminación que sufre el metal durante el proceso de reciclado.
Dentro de los métodos que se han sugerido para la recuperación del metal están los basados en la incineración o combustión de la fracción orgánica, como plásticos, gomas, resinas o papel, que se encuentra junto al metal. Dichos métodos requieren una atmósfera oxidante y normalmente se realizan a temperaturas relativamente altas. Como consecuencia, una parte del metal se oxida con la consiguiente pérdida de rendimiento de recuperación.
El hecho de que los materiales metálicos se encuentren expuestos a temperaturas relativamente altas en presencia de oxígeno es cuestionable por al menos dos razones. Primero, porque el metal se oxida superficialmente y, segundo, porque las propiedades del metal que se recupera finalmente se encuentran normalmente afectadas por el sobrecalentamiento. Por lo tanto, no tiene unas propiedades tan buenas como las que tenía el metal antes de ser procesado para la eliminación de los elementos contaminantes.
La patente US-7.976.611 , describe un proceso continuo para recuperar metales en el que los componentes orgánicos son eliminados mediante combustión directa a temperaturas elevadas. Las temperaturas de proceso indicadas se encuentran entre 400 y 1100°C, preferiblemente de 600 a 900°C y concretando la máxima preferencia en el rango 700-850 °C, La adición de oxígeno a estas temperaturas permite eliminar la parte orgánica mediante oxidación pero presenta varios inconvenientes, En primer lugar, la temperatura de tratamiento es excesiva para un gran número de metales, incluyendo el Al, Mg, Pb, por tener temperaturas de fusión menores. En segundo lugar, como ya se ha comentado anteriormente, los procesos de combustión directa de la materia orgánica generan una corrosión del metal que repercute en un menor rendimiento de recuperación. En el caso de la mencionada patente, este fenómeno es especialmente relevante por tratar el metal a una temperatura elevada en medio oxidante. Finalmente, en tercer lugar, el proceso sugerido provoca la volatilización de determinados metales que se han de retener en la línea de tratamiento de gases en forma de óxidos, generando un nuevo residuo y reduciendo el rendimiento de recuperación como metal.
La patente GB-1.370.071 emplea un horno rotativo inclinado para la recuperación de virutas con materiales orgánicos pegados, mediante un proceso que incluye el movimiento de las virutas a través de un camino tortuoso con un gradiente ascendente de temperaturas en una atmósfera con presencia de oxígeno. Indica que la temperatura de tratamiento ha de ser la suficiente para que vaporice u oxide los contaminantes orgánicos, pero a una temperatura inferior a la que el metal se oxida de forma substancial. Sin embargo, no especifica cuál es la temperatura necesaria que, además, es diferente para cada metal tratado. Únicamente la concreta para el tratamiento de bronce, indicando que ha de ser como máximo inferior en 200 °F a la temperatura de fusión. Este margen de temperatura, aplicado a un buen número de metales genera los problemas comentados anteriormente: importante oxidación del metal y elevada volatilización de metales hacia la salida de gases. Este último fenómeno se va a dar principalmente cuando se traten mezclas de metales con presencia de metales fácilmente volatilizables. Tras el proceso de eliminación de las impurezas, aplica un sistema de compactación de las virutas a la temperatura de salida o tras un enfriamiento parcial, seguido, opcionalmente, por la fusión del metal compactado en un horno de fusión. La compactación de las virutas se realiza a una temperatura elevada pero inferior en 500°F a la temperatura de fusión del metal tratado. Es decir, la temperatura de compactacion es muy inferior a la temperatura de semi-sólido y, por lo tanto, no garantiza que el metal se encuentre en un estado suficientemente blando para que permita una compactacion óptima del metal. Por otro lado, esta patente no es adecuada para el trabajo con materiales que no sean de pequeño tamaño y con unas concentraciones de cargas orgánicas pequeñas.
Otros métodos de recuperación de metales contaminados incluyen el calentamiento del metal y de las impurezas que le acompañan en una cámara estanca y en un ambiente exento de oxígeno, para provocar la pirólisis de los compuestos orgánicos. Este procedimiento requiere generalmente el tratamiento en pequeños lotes de producto, incrementando el coste en relación a un proceso en continuo. Además, la pirólisis de los compuestos orgánicos genera una gran diversidad de subproductos que dificultan su gestión. Por una parte, están los gases y condensados pirolíticos, mezclas de un número elevado de productos orgánicos, que requieren su recolección y tratamiento y, por otro, una gran cantidad de residuo carbonoso que queda adherido al metal.
En la patente US 3.744.779 se presenta un proceso continuo de recuperación de los metales de la chatarra, mediante "destilación destructiva" de los componentes orgánicos a temperaturas donde el metal queda poco afectado, con un calentamiento en ausencia de oxígeno. El proceso, en realidad, consta de dos subprocesos bien diferenciados. En el primero, el residuo metálico se empieza a calentar en ausencia de oxígeno produciéndose un destilado de los compuestos orgánicos volátiles. Cuando la temperatura es suficientemente elevada y los compuestos orgánicos pesados, que todavía permanecen junto con el metal, se pirolizan generando complejas mezclas de gases y líquidos pirolíticos. La gestión de los gases emanados en ambos subprocesos resulta muy compleja: al principio se han de condensar compuestos volátiles volatilizados directamente del residuo que se mezclarán, a continuación, con los productos condensables generados en la etapa de pirólisis. Finalmente, se generarán unos gases pirolíticos incondensables que se deberán de eliminar en continuo a la salida del horno. Es un proceso bien adaptado a residuos metálicos únicamente contaminados con productos orgánicos volátiles, permitiendo incluso su recuperación, pero presentan la complejidad propia de los procesos pirolíticos cuando se trata de residuos con mezclas complejas de productos orgánicos, especialmente cuando hay presencia de productos de alto peso molecular, no volátiles. Además este proceso tiene la desventaja de que una vez obtenido el metal final este debe de ser procesado mediante una separación física y se emplea un baño de sales para limpiar el metal de los residuos carbonosos. El empleo de sales tiene un gran impacto medioambiental, debido a la creación de escorias de difícil recuperación. Por otra parte, resulta necesaria la fusión del metal recuperado para obtener una limpieza adecuada.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención supera los problemas mencionados en los procesos anteriormente descritos y se refiere a un proceso de reciclado de metales a partir de materiales residuales que consta de tres subprocesos. En el primer subproceso, la fracción orgánica se oxida en una atmósfera oxidante a baja temperatura, evitando la oxidación del metal. En el segundo subproceso, se elimina el resto de impurezas a una temperatura superior y en una atmósfera inerte, retirando los componentes no metálicos adheridos al metal. El proceso se desarrolla de una forma preferiblemente continua mediante los dos tratamientos térmicos mencionados, resultando finalmente un metal limpio. Este metal puede ser apto para su utilización directa o tras ser sometido a un tercer subproceso de sinterizado a una temperatura muy cercana a la de fusión del metal El proceso permite, además, tratar metales contaminados, por ejemplo con aceites o lacas, evitando la utilización de otros procesos que requieren la adición de sales para separar el metal de su escoria. Se ha de resaltar que una de las ventajas del proceso es que se desarrolla en continuo.
El proceso de reciclado de residuos metálicos es especialmente apto cuando el metal se encuentra preferentemente en forma granular de tamaño reducido y acompañado de componentes no metálicos, especialmente productos orgánicos. La primera fase del proceso permite mediante dos subprocesos 1 y 2 consecutivos la eliminación de todos aquellos materiales de origen orgánico, como taladrinas, espumas, plásticos, maderas, etc, que van asociados con el metal y la reducción del porcentaje de contaminantes en el metal reciclado, tales como las cargas de las pinturas, sin provocar su oxidación. Por lo tanto, el proceso permite, en esta primera fase, la obtención del metal limpio, que puede emplearse directamente como materia prima secundaria en diferentes aplicaciones industriales tanto en forma de granalla o briquetas. En una segunda fase, si la utilización final lo requiriera, se contempla la aplicación del subproceso 3 que permite una compactacion del metal a una temperatura inferior a su punto de fusión, pero muy cercana, obteniendo una calidad final similar al metal fundido.
Por lo tanto, el proceso global que la invención propone comprende la combinación de tres subprocesos: los dos primeros tienen como objetivo la eliminación de las impurezas que acompañan al residuo metálico, mientras que el tercer subproceso compacta el metal mediante un tratamiento de sinterización.
En el subproceso 1 , se produce la eliminación de la mayor parte del material contaminante, especialmente la fracción orgánica. En primer lugar se calienta el material hasta una temperatura inferior a 300°C, en atmósfera oxidante. El reactor u horno donde se realiza el tratamiento está dotado de un sistema que mantiene el material en movimiento, lo cual puede realizarse mediante sistemas tales como bandejas vibradoras, rotación, etc. Por otra parte, en el subproceso 2 se calienta el material resultante del subproceso anterior hasta 400-550°C en atmósfera inerte para impedir su oxidación. En este subproceso, igualmente provisto de movimiento, se eliminan los restos de material contaminante que aún quedan, por ejemplo, carbonilla y otras impurezas. A continuación, mediante la acción combinada de la temperatura y el tratamiento mecánico (fricción, dilatación, etc) se provoca la separación de componentes de naturaleza inorgánica adheridos a la superficie metálica. Estos componentes inorgánicos pueden provenir del residuo original (materiales cerámicos, cargas de pintura, etc) o haberse generado en el subproceso anterior como resultado de la combustión incompleta de los productos orgánicos (carbonilla).
Dicha combinación de dos subprocesos de calentamiento uno con atmósfera oxidante y otro con atmósfera inerte, ambos con rangos de temperatura controlados, permite obtener de una forma novedosa y eficaz un metal no oxidado, exento de las impurezas originales y sin alteración de su forma geométrica. Este metal limpio, ya podría utilizarse en diferentes aplicaciones industriales como materia prima secundaria.
No obstante, ocurre con frecuencia que los metales granulados no pueden ser reciclados y reutilizados en ninguna aplicación industrial. Normalmente, la razón de esta imposibilidad o dificultad reside en que los metales de pequeño tamaño se oxidan con facilidad a medida que se incrementa la temperatura en un ambiente con presencia de oxígeno. Por ello, aunque el material resultante de los dos primeros subprocesos puede ser reutilizado directamente en determinadas ocasiones, el proceso de la presente invención contempla un tercer subproceso que permite transformar el metal granulado en un material similar al metal fundido, siendo éste apto para su utilización en una mayoría de procesos industriales, especialmente en aquellos que requieren su fusión mediante sistemas convencionales. El metal granulado descontaminado proveniente del subproceso 2, se somete a un proceso de sinterizado, para lo cual debe ser calentado a una temperatura en la que adopte un estado semi-sólido, es decir, una consistencia pastosa, dependiendo dicha temperatura de cada metal, para seguidamente ser prensado en forma de briquetas o similares. Este subproceso 3, completa de esta forma, cuando así se requiera, el proceso global de reciclado del residuo metálico original.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción una figura en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra un diagrama de flujo de una realización preferente del proceso de la invención, donde pueden distinguirse los subprocesos 1 , 2 y 3.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN El proceso consta de tres subprocesos que se pueden clasificar en dos fases:
FASE 1 : Los subprocesos 1 y 2 tienen por objetivo eliminar las impurezas, especialmente las de naturaleza orgánica (aceites, plásticos, etc.), mediante dos tratamientos consecutivos, uno en medio oxidante y baja temperatura y, el segundo, en medio inerte a temperatura superior. El resultado es el metal limpio que puede ser comercializado o fundido directamente o puede ser sinterizado en la siguiente fase.
FASE 2: Por otra parte el subproceso 3, cuando la aplicación del material reciclado así lo requiera, recibe el material metálico ya exento de impurezas generado en los subprocesos 1 y 2, especialmente el de pequeño tamaño, para ser sinterizado mediante prensado a una temperatura inferior a la de fusión.
Seguidamente, se detalla cada uno de los subprocesos de acuerdo con una realización preferente del proceso de la invención:
En el subproceso 1 se introduce el material metálico con impurezas para provocar la eliminación de la humedad y de los compuestos orgánicos mediante oxidación a una temperatura de aproximadamente unos 300 °C. El objetivo es eliminar la mayor parte de dichos compuestos en forma gaseosa evitando la oxidación del metal. Junto con el material a tratar se deberá de introducir oxígeno o aire en una cantidad estequiométricamente suficiente como para oxidar toda la materia orgánica presente. El equipo en el que se realice esta etapa ha de estar provisto de un sistema que provoque el movimiento del material, tanto para su avance como para permitir un calentamiento homogéneo y la exposición de toda la fracción orgánica al gas oxidante. El calentamiento se puede realizar tanto mediante un calentamiento directo (ej.: mechero o resistencias situadas en el interior del equipo) o a través de una camisa exterior provista de un sistema de calentamiento (ej.: resistencias, mecheros, aire caliente, etc., situados en la camisa). El equipo requiere, además, un control que regule la temperatura a la que se somete el material. Si el material tratado contiene una fracción orgánica cuya combustión no permite alcanzar la temperatura de proceso, el sistema de calentamiento deberá proveer el calor adicional necesario. Si la fracción orgánica es abundante y su combustión eleva la temperatura por encima de los 300 °C, se ha de controlar el sistema mediante diversas prácticas: dilución del material metálico a tratar con un material inerte que absorba el calor y sea fácilmente recuperable (minerales, otro metal, etc.) y/o alimentación de un gas menos rico en oxígeno y/o refrigeración mediante un fluido circulando por la camisa exterior. Los gases generados a esa temperatura se pueden tratar debidamente antes de su emisión a la atmósfera. Los equipos que se requieren para dicho tratamiento dependen del material concreto que se esté tratando y del nivel de impurezas que contenga pero, como máximo, son los siguientes: postcombustor, enfriador de gases y filtro de mangas. En el subproceso 2, el material tratado en el subproceso 1 , sin que se enfríe, se somete a una temperatura en el rango 400-450 °C para terminar de eliminar las impurezas. Al ser una temperatura a la que el metal se puede oxidar, esta etapa se realiza en un medio inerte exento de oxígeno. Se ha comprobado que de esta forma se eliminan las incrustaciones de carbonilla y otras impurezas todavía presentes al finalizar el tratamiento previo. En esta etapa, el equipo utilizado preferentemente ha de estar también provisto de un sistema de movimiento del material, debido a que este movimiento junto con la temperatura producen un efecto combinado (dilatación, rozamiento, etc.) que permite obtener un material metálico limpio. El gas inerte se puede extraer del equipo, purificar mediante eliminación de partículas en un ciclón y/o filtro de mangas y recircular nuevamente al interior. El sistema de calentamiento puede ser, como en el caso anterior, directo o indirecto a través de una camisa, con la excepción de los sistemas directos que pueden introducir oxígeno en el medio (ej.: mecheros con llama). El material metálico resultante puede ser comercializado o fundido directamente o puede pasar al siguiente subproceso 3 para ser sinterizado. En el caso del metal limpio sin compactar, puede ser necesario un sistema de enfriamiento rápido para evitar la oxidación. Para ello se pueden emplear bandejas vibrantes enfriadoras, cubas de agua, sistemas criogénicos, o cualquier otro medio de enfriamiento de metales, pudiendo incluir la necesidad de una atmósfera inerte. En el subproceso 3, el material granular limpio generado en la fase anterior, se puede compactar mediante sinterizado a presión. Para ello se ha de elevar la temperatura del material a un 85-97% de la temperatura de fusión del metal tratado en un medio inerte y someterlo a continuación a una compactación mediante una prensa. El material obtenido en estas condiciones tiene una densidad cercana al 100% del correspondiente al metal fundido. El subproceso 3 está formado por un sistema de dosificación del metal caliente, preferentemente a la misma temperatura de salida del subproceso 2 y mediante un sistema que permita un dosificado exacto (válvulas alveolares, cámaras con sistema de pesado y apertura en función del peso detectado), un sistema que permita elevar la temperatura hasta el 85-97% de la temperatura de fusión, de tal manera que el material se encuentre dentro del rango de estado semi-sólido con un mínimo de fracción líquida que permita la unión óptima de los materiales en el proceso de compactado y molde calefactado sobre el que cae el material para ser compactado mediante una prensa provista de, por ejemplo, uno o dos pistones. Cuando el material se enfría, en algunos casos puede ser necesario un sistema de enfriamiento para poder reducir los tiempos de ciclo, el pistón se retira, se abre el molde y se extrae el metal compactado.
A la vista de esta descripción y de la figura 1 , las realizaciones preferentes descritas se pueden transformar en otras similares mediante combinaciones de las fases y subprocesos descritos dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero se pueden introducir múltiples variaciones en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada.
Ejemplo:
A continuación se exponen dos ejemplos experimentales representativos de la aplicación del proceso objeto de la invención:
Ejemplo 1.- Se ha partido de un residuo consistente en una granalla de aluminio contaminada con materiales orgánicos diversos. La fracción inferior a 1 mm contenía un 1 1.45% de carbono total, mientras que la fracción entre 1-2 mm contenía un 9.77%. El material original se ha sometido a los subprocesos de la FASE I descritos anteriormente.. Concretamente, se ha sometido en el subproceso 1 a una temperatura de 295 °C durante media hora, habiendo circulado un 120% del oxígeno estequiométricamente necesario para gasificar todo el carbono. A continuación, en el subproceso 2, se ha sometido a una temperatura de 430°C durante media hora en una atmósfera inerte de argón. El material resultante obtenido se ha clasificado en dos fracciones: inferior a 1 mm y 1-2 mm. El contenido en carbono de la primera fracción se ha reducido a un 0.18% y el de la segunda a un 0.13%. De esta forma, se puede observar la eficacia del proceso descrito, siendo el rendimiento de eliminación de carbono superior al 98% en ambos casos. Por otra parte, el oxígeno analizado en el metal antes del tratamiento fue de un 1.4% y el obtenido tras el tratamiento en los subprocesos 1 y 2 resultó ser de un 0.3%, Es decir, se puede observar que el proceso no ha provocado la oxidación del material y, por el contrario, ha permitido la eliminación de una parte del óxido superficial presente en el material de partida.
Ejemplo 2.- El residuo sometido a tratamiento es un conjunto de hilos de cobre de 20 cm de largo y 0,5 mm de diámetro contaminada con una mezcla de productos aceitosos. El contenido en carbono del material original era de un 12%. Este material se ha sometido a los subprocesos de la FASE I descritos anteriormente. Concretamente, se ha sometido en el subproceso 1 a una temperatura de 300 °C durante 45 minutos, habiendo circulado un 120% del oxígeno estequiométricamente necesario para gasificar todo el carbono. A continuación, en el subproceso 2, se ha sometido a una temperatura de 430°C durante 45 minutos en una atmósfera inerte de argón. El contenido en carbono de la fracción resultante es de un 0,2 %, siendo el rendimiento de eliminación de carbono superior al 98%. El contenido en oxígeno permaneció invariable tras las etapas de tratamiento.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. - Proceso de reciclado de materiales metálicos granulados conteniendo impurezas superficiales, caracterizado por que combina un subproceso 1 y un subproceso 2, donde en el subproceso 1 se produce la eliminación parcial del material contaminante mediante calentamiento del material de partida hasta una temperatura inferior o igual a 300°C, en atmósfera oxidante controlada; y en el subproceso 2, en atmósfera inerte, se calienta el material hasta 400-550°C y se eliminan restos de material contaminante que aún quedan por un efecto combinado térmico-mecánico.
2. - Proceso según la reivindicación 1 , en el que durante los subprocesos 1 y 2 se mantiene el material en movimiento.
3.- Proceso según la reivindicación 1 y 2, en el que el material que sale del subproceso 2 es metal limpio granulado apto para ser utilizado como materia prima secundaria en diversas aplicaciones industriales.
4.- Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el proceso se completa haciendo que el metal granulado descontaminado, proveniente del subproceso 2, sea sometido a un proceso de sinterizado, para lo cual debe ser calentado a una temperatura inferior a su punto de fusión, en la que adopte un estado semi-sólido, para seguidamente ser prensado en forma de briquetas o similares, teniendo lugar dicho proceso de sinterizado en un subproceso 3.
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