揮發性金屬在高溫下的機械分離的製作方法
2023-06-13 21:41:51 2
專利名稱：揮發性金屬在高溫下的機械分離的製作方法
技術領域：
本發明涉及分離揮發性金屬(包括金屬單質)和金屬化合物(包括金屬氧化物和金屬滷化物等等)的方法和設備，特別地，本發明涉及將揮發性金屬從混合物中分離的方法和設備，其中用到機械或物理的分離設備和系統。
背景技術：
除去是公知的。比如，熱處理使用化學反應將金屬氧化物轉化成相應的金屬單質。單質金屬在處理的操作溫度下揮發，這些揮發性金屬可以與其它被處理的化合物一起被去除。比如，給料中可能存在的金屬滷化物的沸點一般比給料中的金屬氧化物低，於是就能和其它的揮發性金屬一起以蒸汽流的形式被去除。因此，可以用熱處理的方法將給料中的某些金屬以揮發性金屬和金屬化合物的形式去除。
將揮發性金屬從給料中的較難揮發的成分中去除時，這些金屬可以和空氣反應形成金屬氧化物，再處理這些金屬氧化物，可以回收有用的金屬。這種熱處理方法被用在提煉一些礦石和處理廢棄物中以回收某些有用的金屬。在上述過程中受熱釋放出來的揮發性金屬和金屬化合物一般被冷卻凝結。金屬化合物一旦凝結，就被收集在粉塵收集系統裡以待利用或廢棄。
電弧爐(EAF)粉塵是一種產鋼過程中在電弧爐裡生成的廢料。在鋼的生產過程中，捕捉收集EAF粉塵用作回收或廢棄。
EAF粉塵的主要成分是鐵(達到50wt.％)和鋅(達到30wt.％)，其通常是氧化形式。另外，EAF粉塵含有少量的鈣、鎂、錳、鉛、鎘、氯、氟和其它微量元素。
通常使用現有的鋅回收方法可以經濟地處理含鋅量高的EAF粉塵，而將含鋅量低的EAF粉塵進行化學穩定後作為廢料填埋廢棄。
上述的熱處理已經被用於處理EAF粉塵以去除含有鋅、鉛和鎘的揮發性金屬。處理方法是向EAF粉塵中加入一種還原性物質然後加熱所得到的混合物。當需要的揮發性金屬形成時，將其和其它不太需要和/或不需要的揮發性金屬(比如金屬滷化物)一起從混合物中放出，揮發性金屬離開加工程序後被收集，和空氣或氧氣混合，這樣至少其中的金屬單質成分在熱氣體流中形成金屬氧化物。氣體流隨後被冷卻使化合物混合物凝結，凝結物被收集在粉塵收集系統裡。
上文所述的處理EAF粉塵時收集的物質稱為氧化鋅原料，通常含有氧化鋅、氯化鋅、氯化鉛、鎘和氯化鎘。該混合物的成分具有商業價值，氧化鋅純度高的混合物商業價值就高，是我們需要的。
在分離步驟第二步中，使用第二步熱處理或溼化學處理能將氧化鋅原料分離得到更有價值的高純度氧化鋅。然而，使用第二步將抬高成本，該成本與將化合物從混合物中分離的額外能耗成比例。對氧化鋅原料的熱處理包括在氧化環境中將物質加熱到超過雜質沸點以去除雜質。對於氧化鋅原料而言，該物質將被加熱到超過1800°F以使滷化鉛，滷化鎘、鎘和滷化鋅揮發。該加熱步驟可以在迴轉窯、隧道窯、轉底爐或相似的加熱設備中進行。
熱處理的替代方法是將某些金屬氧化物與雜質分離，其中使用溼化學處理溶化雜質，將雜質從所需的金屬氧化產物中洗去。在特定pH水平進行該清洗，使得洗去滷化物之類雜質的同時使所需的金屬保持氧化狀態。
以下的專利舉出了處理揮發性金屬的不同系統的例子Rahn等人的美國專利號4,108,634，Maelzer等人的美國專利號4,200,454，Bresser等人的美國專利號5,474,592，Bernard等人的美國專利號5,567,225，Keegel，Jr.的美國專利號5,667,553，Miyagawa等人的美國專利號5,766,307，Horne等人的美國專利號6,395,060和Horne等人的美國專利號6,464,753。另外，Horn等人未授權的專利申請號2002/001133公開了一種處理揮發性金屬的系統。
本發明提供了將揮發性金屬從混合物中分離的方法和設備，其中用到機械或物理的分離設備和系統。
發明內容
由於本說明書，本發明的各種特徵，性質和實施例將顯而易見，本發明提供了將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該揮發性的金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，該方法包括以下步驟a)提供一有特定來源的熱氣體流，該熱氣體流含有所需的金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物；b)提供一種將任何固體從該熱氣體流中分離的機械分離裝置；c)在一定溫度下將熱氣體流導入機械分離裝置，該溫度低於所需金屬氧化物的沸點，高於氣流中該至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物和金屬滷化物的沸點，這樣將所需金屬氧化物與氣流中該至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物和金屬滷化物分離；d)收集分離出來的所需的金屬氧化物。
本發明還提供一種從金屬處理流程的給料中回收揮發性金屬的方法，包括以下步驟a)提供一種金屬處理設備，其中對金屬混合物進行熱處理；b)將揮發性金屬和金屬化合物的混合物連同一種能將金屬化合物還原成單質金屬的還原劑加入金屬處理設備；c)對金屬處理設備內的物質加熱，使揮發性的物質釋放出來形成氣態混合物，該混合物含有一種所需的揮發性金屬成分；d)將釋放出的氣態混合物導入機械分離設備；e)將所需的揮發性金屬成分與其餘釋放出來的氣態混合物分離；f)收集分離出的所需的揮發性金屬成分。
本發明也提供了一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，包括以下步驟a)在熱處理設備中將電弧爐粉塵與至少一種能將氧化鋅還原成鋅的還原劑混合；b)加熱該熱處理設備，使還原後的氧化鋅與其它揮發性成分一起氣化；c)氧化氣化的鋅；d)將氧化鋅和其它揮發性成分導入機械分離設備，該設備能將氧化鋅與其它揮發性成分分離；和e)收集分離出的氧化鋅。
參照附圖1闡釋本發明，本發明不限於此例，該圖是一個流程方塊圖，顯示了根據本發明的一個實施例在高溫下分離揮發性金屬的步驟。
具體實施例方式
本發明涉及分離揮發性金屬(包括單質金屬)和金屬化合物(包括金屬氧化物和金屬滷化物等)的方法和設備，該方法和設備用到機械或物理的分離設備和系統。
本發明的方法和設備可用於處理金屬分離工藝中排出的氣流來製造高純度的金屬氧化物。本發明可用於將鋅、鉛和/或鎘(作為氧化物)和氣流中的其它金屬和金屬滷化物分離，該氣流由熱處理產生，含有金屬和金屬滷化物，比如滷化鉛、滷化鎘或鎘金屬。本發明的方法使用機械分離在高溫下從所需的金屬或金屬氧化物中去除揮發性金屬和金屬滷化物。
本發明可使用任何能在高溫下分離揮發性金屬的機械分離設備，包括(僅僅是打個比方)，旋風分離器、沉降室、撞擊分離器(impingementseparators)、碰撞分離器(impaction separators)、機械過濾器和其它機械設備。在運作中，根據本發明所使用的機械分離設備將金屬氧化物從揮發性金屬、金屬滷化物和其它化合物中分離出來。本發明尤其適用於生成金屬氧化物(包括氧化鋅)的工藝流程，在該流程中其它的金屬、金屬氧化物和金屬滷化物一起出現。
下面將根據圖l討論本發明的一個特別的實施例，圖1是一個流程方塊圖，顯示了根據本發明的一個實施例在高溫下分離揮發性金屬的步驟。儘管本發明給出的例子是處理電弧爐(EAF)粉塵，但是其它含有鋅和/或其它種類揮發性金屬的給料也可根據本發明加以處理，以分離揮發性金屬。
圖1中有一熔爐1，其中能裝至少一種含有揮發性金屬(比如EAF)的給料和一種原料碳(比如焦炭或其它還原劑)。原料碳可以保證熔爐中的還原性氣氛。在該還原性氣氛中，EAF中揮發性金屬中的金屬氧化物被轉化為金屬態。對於某些型號的熔爐，也可能加入鐵作為給料。比如，如果使用感應電爐，那麼可以加入一槽熔融的鐵屑，在處理該鐵屑的過程中，鐵屑可以作為熱源而提供一種根據本發明分離揮發性金屬的經濟的方法。如果用迴轉窯作熔爐，含有揮發性金屬(比如EAF)和原料碳(比如焦炭)的物質即是所有必須的分離給料。在生產中，可以使用任何傳統的熔爐或處理設備，其中的揮發性金屬會如下文所述以熱氣態釋放出來。舉例來講，這些熔爐包括感應電爐、平爐(open hearth furnace)、迴轉窯、隧道窯、轉底爐等等。
圖1中的熔爐1包括幾種給料，線2是指含有揮發性金屬(比如EAF)的給料被裝入熔爐1，線3是指將原料碳(比如焦炭)或其它還原劑裝入熔爐1。另外，圖中畫有可選擇的線4，用於將含有鐵屑、鐵礦石、熱金屬、燒結礦粉塵、氧氣頂吹轉爐(basic oxygen furnace)殘渣等的含鐵給料裝入熔爐1。
在熱處理過程的熔爐工作溫度下，鋅、其它揮發性金屬和金屬滷化物從給料混合物中沸騰出來，可從熔爐中移除。釋放出的熱金屬和金屬化合物蒸汽可以用適宜的回收方法收集，進入機械分離設備5(在圖1中用空心箭頭6標出)。鋅、鉛和鎘之類的揮發性金屬從最初的給料中釋放出來時是單質形式。為了氧化這些揮發性金屬，向這些釋放出來又被回收的蒸汽中加入一股氧氣或空氣(如空心箭頭7所示)，氧化了的揮發性金屬以固體顆粒形式凝結，然後被機械分離設備5從剩下的高揮發性的氣態化合物中收集出來。如線8所示，這些凝結的揮發性物質從機械分離設備中被移走。如線9所示，高揮發性的氣態化合物從機械分離設備中被移走然後進入任何所需的下一步操作。揮發性金屬和化合物釋放之後，熔爐1中殘留的物質如線10所示出料。
機械分離設備包括旋風分離器、沉降室、撞擊分離器、衝擊分離器、機械過濾機和其它傳統的機械設備。
至於分離和回收鋅，通過使氣流的溫度高於1800°F(982℃)，揮發性更高的化合物如鎘，氯化鋅、氯化鎘和氯化鉛仍處於氣相，而氧化鋅會凝結成固體。讓熱氣流通過機械分離設備5使氧化鋅在收集後含有較少雜質。
本發明的方法能與現有的高溫處理含揮發性金屬的金屬給料的熱處理工藝一起使用。在這種情況下，本發明的方法可以不需補充額外的能量，而只須安裝運轉一部機械分離設備。
儘管本發明在此藉助特定的設備、材料和實施例來描述，但是通過以上的描述，本領域的技術人員能輕易地確定本發明的關鍵特徵和不同的變化，並且不離開上述本發明的構思和範圍就能作出修改以適應不同的使用和性質。
權利要求
1.一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，該方法包括以下步驟a)提供一有特定來源的熱氣體流，該熱氣體流含有所需的金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物；b)提供一種將任何固體從該熱氣體流中分離的機械分離裝置；c)在一定溫度下將熱氣體流導入機械分離裝置，該溫度低於所需金屬氧化物的沸點，高於氣流中該至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物和金屬滷化物的沸點，從而將所需金屬氧化物與氣流中該至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物和金屬滷化物分離；和d)收集分離出來的所需的金屬氧化物。
2.按照權利要求1所述的一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，其中，步驟a)中的熱氣體流含有一種揮發性金屬，該金屬被氧化形成步驟c)中被分離的所需的金屬氧化物。
3.按照權利要求2所述的一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，其中，向熱氣體流中加入一股氧氣形成步驟c)中被分離的所需的金屬氧化物。
4.按照權利要求1所述的一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，其中，步驟c)中被分離的金屬氧化物含有氧化鋅。
5.按照權利要求1所述的一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，其中，熱氣體流來自一熔爐。
6.按照權利要求1所述的一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，其中，機械分離設備包括旋風分離器、沉降室、撞擊分離器、衝擊分離器和機械過濾機中的至少一種。
7.按照權利要求1所述的一種將所需的金屬氧化物從熱氣體流中分離的方法，該熱氣體流含有該所需金屬氧化物和至少一種其它的揮發性金屬/金屬氧化物以及一種金屬滷化物，其中，該其它的揮發性金屬/金屬氧化物包括一種滷化物。
8.一種從金屬處理流程的給料中回收揮發性金屬的方法，包括以下步驟a)提供一種金屬處理設備，在其內對金屬混合物進行熱處理；b)將揮發性金屬和金屬化合物的混合物連同一種能將金屬化合物還原成單質金屬的還原劑加入金屬處理設備；c)對金屬處理設備內的物質加熱，使揮發性的物質釋放出來形成氣態混合物，該混合物含有一種所需的揮發性金屬成分；d)將釋放出的氣態混合物導入機械分離設備；e)將所需的揮發性金屬成分與其餘的釋放出的氣態混合物分離；f)收集分離出的所需的揮發性金屬成分。
9.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的揮發性金屬和金屬化合物的混合物含有第一種給料和第二種給料，第一種給料含有所需的揮發性金屬成分，第二種給料含有還原劑。
10.按照權利要求9所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的揮發性金屬和金屬化合物的混合物還含有一種額外給料，該給料為含鐵物質。
11.按照權利要求10所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的含鐵物質含有鐵屑、鐵礦石、熱金屬、燒結礦粉塵和氧氣頂吹轉爐殘渣中的至少一種。
12.按照權利要求9所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的第一種給料含有電弧爐粉塵。
13.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的還原劑含有一種原料碳。
14.按照權利要求13所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的原料碳包括焦炭。
15.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的金屬處理設備包括一熔爐。
16.按照權利要求15所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的金屬處理設備包括感應電爐、平爐、迴轉窯、隧道窯和轉底爐中的至少一種。
17.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中的機械分離設備包括旋風分離器、沉降室、撞擊分離器、碰撞分離器和機械過濾器中的至少一種。
18.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中，在步驟e)之前，一股氧氣和釋放出的氣態混合物結合，氧化所需的揮發性金屬成分。
19.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中，所需的揮發性金屬成分含有鋅。
20.按照權利要求8所述的一種從金屬處理的給料中回收揮發性金屬的方法，其中，揮發性金屬和金屬化合物的混合物含有一種滷化物。
21.一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，包括以下步驟a)在熱處理設備中將電弧爐粉塵與至少一種能將氧化鋅還原成鋅的還原劑混合；b)加熱該熱處理設備，使還原後的氧化鋅與其它揮發性成分一起氣化；c)氧化氣化的鋅；d)將氧化鋅和其它揮發性成分導入機械分離設備，該設備能將氧化鋅與其它揮發性成分分離；和e)收集分離出的氧化鋅。
22.按照權利要求21所述的一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，其中步驟a)中的電弧爐粉塵還與一種含鐵物質混合。
23.按照權利要求21所述的一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，其中的含鐵物質含有鐵屑、鐵礦石、熱金屬、燒結礦粉塵和氧氣頂吹轉爐殘渣中的至少一種。
24.按照權利要求21所述的一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，其中在步驟c)的鋅蒸汽中加入一股氧氣以氧化該鋅蒸汽。
25.按照權利要求21所述的一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，其中的機械分離設備包括旋風分離器、沉降室、撞擊分離器、碰撞分離器和機械過濾器中的至少一種。
26.按照權利要求21所述的一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，其中的金屬處理設備包括感應電爐、平爐、迴轉窯、隧道窯和轉底爐中的至少一種。
27.按照權利要求21所述的一種從電弧爐粉塵中回收鋅的方法，其中收集的氧化鋅經過進一步處理得到純化的鋅。
全文摘要
一種操作機械分離設備在高溫分離各種揮發性金屬，金屬滷化物和金屬氧化物以生產高純度物質的方法，特別是從電弧爐灰中回收鋅或氧化鋅。
文檔編號C22B7/02GK1823175SQ200480020598
公開日2006年8月23日 申請日期2004年6月25日 優先權日2003年6月27日
發明者詹姆斯·E·布拉蒂納, 弗雷德·M·費森菲爾德 申請人:哈裡迪珠環境服務有限公司