CN116194605A - 从含有机物的废料中获取有色金属、尤其黑铜和/或粗铜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从含有机物的废料(8)中获取有色金属、尤其黑铜和/或粗铜的方法，该方法包括以下步骤：i)提供熔炼反应器(2)，其中，熔炼反应器(2)被配置成具有至少一个熔炼区域(5)、燃烧区域(6)以及热解区域(7)；ii)将包含含有机物的废料(8)的混合物装入熔炼反应器(2)，使得废料在到达熔炼区域(5)之前首先通过热解区域(7)和燃烧区域(6)并且至少有一部分被预热解和/或燃烧，从而形成含能气流(9)；iii)将含能气流(9)转移到热力再燃烧室(3)中，在其中含能气流(9)被完全燃烧，并且燃烧过程中释放的热能通过能量回收单元(11)导出；和iv)熔炼至少部分预热解和/或燃烧的含有机物的废料(8)。

Description

从含有机物的废料中获取有色金属、尤其黑铜和/或粗铜的 方法

技术领域

本发明涉及用于从含有机物的废料中获取有色金属、尤其黑铜和/或粗铜的方法以及设备。

背景技术

这种用于回收有价值材料的方法原则上从现有技术中已知。

例如，欧洲专利申请EP 1 609 877 A1公开了用于在旋转式反应器中分批处理含金属的残余物、例如尤其是电子废料的方法。原料，即，尤其是电子废料，主要包含大小使得可在运行期间连续装载的碎片。在反应器中熔炼材料，使得产生基本上不含任何有机物的经处理的产品，因为原料的原始有机部分在熔炼过程中被烧掉。

此外，EP 0 070 819 B1公开了用于将具有高比例有机物的含金属的废品、例如电缆废料和电子设备的废料转化为可容易地从中获取有价值金属的产品的方法。为此，将废料产品送入旋转式反应容器中，然后加热，以便以可燃气体的形式除去有机成分，其然后在反应容器外燃烧。

在Gerardo等人的出版物“ISASMELT^TM for the Recycling of E-Scrap andCopper in the U.S.Case Study Example of a New Compact Recycling Plant,TheMinerals,Metals&Materials Society,DOI 10.1007/s11837-014-0905-3.”中公开了另一种用于回收含铜电子废料的方法。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提出与现有技术相比有改进的、用于从含有机物的废料中获取有色金属、尤其是黑铜和/或粗铜的方法和设备。

根据本发明，该目的通过具有专利权利要求1的特征的方法以及具有专利权利要求10的特征的设备来实现。

本发明的其他有利的设计方案在从属的权利要求中给出。在从属权利要求中单独列出的特征可以技术上有意义的方式相互组合并且可限定本发明的其他设计方案。此外，在说明书中更详细地说明和阐述了权利要求中给出的特征，其中，呈现了本发明的其他优选的设计方案。

根据本发明的用于从含有机物的废料中获取有色金属、尤其是黑铜和/或粗铜的方法包括以下步骤：

i)提供熔炼反应器，其中，熔炼反应器配置成具有至少一个熔炼区域、燃烧区域和热解区域，

ii)向熔炼反应器装入包含含有机物的废料的混合物，使得在到达熔炼区域之前，废料首先通过热解区域和燃烧区域并且至少部分预热解和/或燃烧，从而形成含能气流，

iii)将含能气流转移到热力再燃烧室(Nachverbrennungskammer)中，在其中含能气流被完全燃烧，并且在燃烧期间释放的热能经由能量回收单元导出，和

iv)熔炼至少部分预热解和/或燃烧的含有机物的废料。

本发明基于以下主要发现，即通过熔炼以高份额的有机物为特征的高能废料，会将非常高的能量输入引入熔炼工艺中，这会严重影响熔炼反应器或设备，导致增加的损耗和留下大部分未使用的排气。通过根据本发明和特定的工艺方法有针对性地回收未使用的过剩能量，并且整个回收过程在能源技术方面得到优化。此外，减少了熔炼反应器或设备的损耗。

根据本发明，为熔炼反应器装入包含含有机物的废料的混合物，使得在到达熔炼区域之前，废料首先通过热解区域和燃烧区域，并且至少部分预热解和/或燃烧。以这种方式形成的含能气流随后被直接转移到热力再燃烧室中并在那里完全燃烧。结果，在熔体中实现了较低的能量输入，这对熔炼工艺的调节具有有利的影响。再燃烧中释放的热能通过能量回收单元导出，该能量回收单元优选包括蒸发器或热交换器，并且例如可用于产生饱和蒸汽或二氧化碳中和的电能。

热解区域的温度至少为180℃，优选至少为420℃，更优选至少为800℃，最优选至少为900℃。太低的温度对力求的热解工艺有不利影响，因为所用废料的有机成分的太少的份额被热解，因此太多有机份额到达熔体。然而，温度不应超过最高温度，因为需要特定比例的有机成分作为用于熔体的燃料，以便能够在最佳能量范围内运行回收过程。此外，由于熔炼反应器的性质，温度不应太高，因为这会导致熔炼反应器的不希望的损耗。因此，最高温度有利地为1500℃，优选1400℃，更优选1300℃，最优选最高1200℃。

有利地，将含有机物的废料以相对于充能惰性气流逆流的方式输送给熔炼反应器。由此减慢单个颗粒的下落速度，因为它们被气流包围。基本上，当观察单个颗粒时，它们应能够相对容易地被加热，以便能够容易地释放热解气体。这样，例如太短的停留时间会对所需的热解过程产生负面影响，因为有机成分的太少的份额被热解，因此太多的有机成分到达熔体。但是，另一方面，停留时间不应超过最大时间，因为需要特定比例的有机成分作为用于熔体的燃料，以便能够在最佳能量范围内运行再循环过程。

在特别有利的实施方案变体中，通过将惰性气体、优选地氮气输送到燃烧区域和/或熔炼区域中，以有针对性的方式冷却熔体，并且形成充能惰性气流。就此而言，特别有利地规定，充能惰性气流将在熔炼反应器的上部中形成的含能气流转移到热力再燃烧室中。因此一方面实现可优化地调整和调节熔炼过程。另一方面，将熔炼过程中释放的热能几乎全部回收。

如果使用氮气作为惰性气体进行有针对性的冷却，则可能会形成NOX化合物，具体取决于熔炼反应器中的温度。为了减少NOX化合物的形成，熔炼反应器中的温度可设定为：热解区域不超过1200℃的最高温度。替代地，NOX化合物可在例如燃烧室下游的催化SCR单元中还原。

根据本发明的方法设置成用于含有机物的废料的火法冶金处理。在本发明的上下中，将含有机物的废料理解成包含有机成分的任何废料。优选的含有机物的废料选自以下范围，该范围包括电子废料、汽车粉碎废料和/或变压器粉碎废料，尤其是粉碎轻质组分(Schredderleichtfraktion)，和/或其混合物。

在本发明的上下文中，将术语“电子废料”理解为根据欧盟指令2002/96/EC定义的旧电子设备。该指令涵盖的设备类别涉及整体和/或(部分)拆卸的大型家用电器、小家电、信息技术和电信设备、消费电子设备、照明装置、电动和电子工具(大型固定工业工具除外)、电动玩具和运动休闲设备、医疗器械(不包括所有植入和受到感染的产品)、监测和控制仪器、以及自动分配器。关于属于相应设备类别的各产品，参考指令的附录IB。

这种类型的电子废料主要包含：含碳氢化合物的成分，例如特别是塑料；和金属成分，例如尤其选自以下范围的元素，该范围包含铜、镍、铅、锡、锌、金、银、锑、钯、铟、镓、铼、钛、铝和/或钇。

在此，混合物的电子废料如此来配置，即，其含有优选至少0.1wt％(重量百分比)的铝含量、更优选至少0.5wt％的铝含量、甚至更优选至少1.0wt％的铝含量、并且最优选至少3.0wt％的铝含量。关于最大含量，电子废料设有限制，因为过高的铝含量对渣相的粘度和因此流动性以及在金属相和渣相之间的分离行为有负面影响。因此，电子废料优选包含最高20wt％的铝，更优选最高15wt％的铝，甚至更优选最高11wt％的铝，并且最优选最高8wt％的铝。

由于不同的粒度(即，颗粒大小)，并且尤其是由于过大的粒度，装料和因此输入到熔炼反应器中的能量可能不均匀，从而因此在熔炼过程中产生不希望的状态。因此，电子废料优选以粉碎的形式来输送。有利地，电子废料被碎化至小于20.0英寸的粒度，更优选地小于15.0英寸的粒度，甚至更优选地小于12.0英寸的粒度，进一步优选地小于10.0英寸的粒度，进一步优选地小于5.0英寸的粒度，非常特别优选地小于2.0英寸的粒度。然而，粒度不应低于0.1英寸，优选地粒度不应低于0.5英寸，更优选地粒度不应低于1.5英寸。

包含含有机物的废料的混合物可具有限定的有机物含量。然而，含碳氢化合物成分的含量不应太少，否则将导致没有充分的热解和/或燃烧反应。因此，含碳氢化合物成分的份额优选为至少10wt％，更优选至少15wt％，最优选20wt％。关于最大含量，混合物的含有机物的废料设有限制，因此优选最多98wt％，更优选最多90wt％，甚至更优选最多80wt％，进一步优选最多70wt％，最优选最多60wt％。

根据本发明的方法的步骤ii)有利地通过含氧气体的选择性吹入来支持。因此，以这样的方式调整反应，即碳氢化合物不会完全燃烧形成CO₂和H₂O，而是工艺气体中同样形成CO和H₂的成分。以这种方式，可有针对性地控制有机成分的燃烧，其中，在此释放的热能支持工艺的步骤iv)。

接着将在热力再燃烧室中形成的排气流输送给催化SCR单元和/或过滤装置。

另一方面，本发明还涉及用于从含有机物的废料中获取有色金属、尤其是黑铜和/或粗铜的设备。该设备包括：

i)熔炼反应器，其中，熔炼反应器被配置成具有至少一个熔炼区域、燃烧区域和热解区域，

ii)热力再燃烧室，在其中含能气流可完全燃烧，以及

iii)能量回收单元，通过它可将燃烧期间释放的热能导出。

优选设置冶金容器作为熔炼反应器，例如井式炉、浴熔炼反应器、Peirce-Smith转炉或可倾斜的旋转式转炉(尤其是所谓的顶吹旋转式转炉(TBRC，Top Blowing RotaryConverter)或可倾斜的立式转炉。在有利的实施方案变体中，冶金容器包括用于排出金属相的第一排出开口和/或用于排出渣相的第二排出开口。在此，用于排出金属相的排出开口有利地布置在相应的熔炼反应器的底部和/或侧壁中，使得金属相可以通过排出开口引出。

为了输送含氧气体和/或惰性气体，优选氮气，熔炼反应器优选包括至少一个或多个喷射器，其布置在燃烧区域和/或熔炼区域的高度上。

此外，该设备有利地包括布置在燃烧室下游的催化SCR单元和/或过滤装置。

附图说明

下面借助附图和示例进一步阐述本发明和技术环境。应指出的是，本发明不应受限于所示的实施例。尤其是，除非另有明确说明，还可获取附图中阐述的事实的部分方面并将它们与来自本说明书和/或附图的其他组成部分和发现相结合。尤其应指出的是，附图和尤其所示的比例仅仅是示意性的。相同的附图标记表示相同的对象，因此必要时可使用对其他附图的阐述作为补充。其中：

图1以极其简化的示意图示出了根据本发明的设备的实施方案变体，借此阐述根据本发明的方法。

具体实施方式

设备1构造成用于执行根据本发明的方法，该方法设置成用于从含有机物的废料中获取黑铜和/或粗铜，其中，同样可获得一定比例的银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)以及钯(Pd)。

设备1包括熔炼反应器2、热力再燃烧室3和过滤装置4。在当前情况下，熔炼反应器2设计为井式炉的形式并且具有熔炼区域5、燃烧区域6和热解区域7。

在第一工艺步骤中，首先将包括100wt％的粉碎轻质组分(SLF)的含有机物的废料8的粉碎的混合物通过上方的开口(未示出)输送到熔炼反应器2中。在此，粉碎的含有机物的废料8具有1.0至5.0英寸的平均粒度，其中，由于工艺过程，较小的粒度和/或灰尘是不可避免的并且因此能够被一起包括在内。

输送给熔炼反应器2的含有机物的废料8首先通过热解区域7和燃烧区域6。在热解区域7中存在在900℃至1200℃的范围内的温度。在添加到熔炼反应器中的含有机物的废料8中，有机成分的10wt％-50wt％的份额在热解区域7中被热解，并且形成含能气流9。如图1所示，然后将含能气流输送给热力再燃烧室3，并在使用燃烧器10的情况下完全燃烧，其中，燃烧期间释放的热能通过包括蒸发器的能量回收单元11导出。有利地，由可再生能源制成的氢气(所谓的绿色氢气)被用作燃烧器10的燃料。

然后在熔炼反应器2中熔炼至少部分预热解和/或燃烧的含有机物的废料8。在这种情况下，可通过添加氧气以有针对性的方式控制燃烧反应，氧气通过氧气喷射器12输送给到熔炼反应器2。调节氧气的体积流，使得在熔体表面处始终存在还原气氛，并且有机部分不会完全燃烧形成CO₂和H₂O，而是在工艺气体中存在特定含量的CO和H₂，其同样被输送给热力再燃烧室3和燃烧。

此外，惰性气体，例如氮气，可通过喷射器12以有针对性的方式引入到燃烧区域5和/或熔炼区域6中。结果，熔体被冷却并且形成充能惰性气流14。如示意图所示，充能惰性气流14将在熔炼反应器2的上部中形成的含能气流9转移到热力再燃烧室3中。接着将在热力再燃烧室3中形成的排气流15输送给过滤装置4。

附图标记列表

1 设备

2 熔炼反应器

3 热力再燃烧室

4 过滤装置

5 熔炼区域

6 燃烧区域

7 热解区域

8 电子废料

9 含能气流

10 燃烧器

11 热交换器

12 喷射器

13 惰性气流

14 排气

15 排气流。

Claims (12)

1.从含有机物的废料(8)中获取有色金属、尤其黑铜和/或粗铜的方法，该方法包括以下步骤：

i)提供熔炼反应器(2)，其中，所述熔炼反应器(2)被配置成具有至少一个熔炼区域(5)、燃烧区域(6)以及热解区域(7)，

ii)将包含含有机物的废料(8)的混合物装入所述熔炼反应器(2)，使得该废料在到达所述熔炼区域(5)之前首先通过所述热解区域(7)和所述燃烧区域(6)，并且至少有一部分被预热解和/或燃烧，从而形成含能气流(9)，

iii)将所述含能气流(9)转移到热力再燃烧室(3)中，在该热力再燃烧室中所述含能气流(9)被完全燃烧，并且燃烧过程中释放的热能通过能量回收单元(11)导出，和

iv)熔炼至少部分预热解和/或燃烧的含有机物的废料(8)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将惰性气体输送给所述燃烧区域(5)和/或所述熔炼区域(6)中来冷却熔体，并且形成充能惰性气流(14)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，借助于所述充能惰性气流(14)将所述含能气流(9)转移到所述热力再燃烧室(3)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将含有机物的废料(8)以与所述充能惰性气流(14)逆流的方式输送给所述熔炼反应器(2)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热解区域(7)具有的温度为至少180℃，优选至少420℃，更优选至少800℃，并且最优选至少900℃。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据步骤ii)，以粉碎的形式输送含有机物的废料(8)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包含含有机物的废料(8)的混合物具有至少10wt％的有机物含量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将在所述热力再燃烧室(3)中形成的排气流(15)输送给过滤装置(4)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过选择性地吹入含氧气体支持步骤ii)。

10.用于从含有机物的废料(8)中获取有色金属、尤其黑铜和/或粗铜的设备(1)，该设备包括：

i)熔炼反应器(2)，其中，所述熔炼反应器(2)配置为具有至少一个熔炼区域(5)、燃烧区域(6)以及热解区域(7)，

ii)热力再燃烧室(3)，在其中含能气流(9)能够完全燃烧，和

iii)能量回收单元(11)，通过该能量回收单元能导出燃烧时释放的热能。

11.根据权利要求10所述的设备(1)，其中，该设备还包括用于输送含氧气体和/或惰性气体的至少一个喷射器(12、13)。

12.根据权利要求10或11所述的设备(1)，其中，该设备还包括过滤装置(4)。

Images