[其他]回收金属和金属合金的方法和装置

说明书

本发明涉及回收金属或金属合金，尤其是铁合金的方法，以及实施此方法的装置。此方法利用还原性气体通过一煤床形成还原区将金属氧化物还原。

在EP-A-0174，291中描述了一种熔化某些细粒有色金属氧化矿物，如铜，铅，锌，镍，钴及锡的方法。该方法中，原料加入熔化气化还原炉内由煤流化层形成的还原区。金属氧化物原料通过该还原区后还原成金属并经熔化气化还原炉底部收集起来。

EP-A-0174，291说明该方法在温度低于1000℃以下使金属氧化物与单质碳反应而还原时是有利的，但用于回收金属和金属合金，特别是铁合金，如铁镁，铁铬和铁硅合金时就会出现某些问题。原因是这些合金的氧化物只有在1000℃以上用单质碳作为还原剂时才能回收。在这样高的反应温度下，金属氧化物原料与形成流化层的碳粒子之间的接触时间较短。

本发明的目的就是为了克服上述缺点和困难并提供一种方法和装置。这种方法和装置的初始意图是要在熔化气化还原炉中从细粒氧化物中回收金属和金属合金。尤其是铁合金，例如铁镁，铁铬和铁硅合金。在这些氧化物中金属与氧有极强的亲合力因而只有在1000℃以上的高温下才能与单质碳发生还原反应。

为了实现该目的而使用的方法是一由三个固定层组成的煤床：

-底层为脱气煤（degassed    coal），其下是液态还原了的金属及熔渣，

-中间层，氧气或某种含氧气体通入其中以形成一种高温还原性气体，主要由CO组成。在该层上部某一距离处细粒氧化物原料加入其中;

-顶层，碳粒子和氧气或含氧气体的燃烧气体通入其中。

当使用的细粒氧化物原料粒子尺寸达到6mm时比较有利。

适于构成固定床层的煤的粒子尺寸可为5～100mm。特别适宜的是5～30mm。

根据最佳实施例，中间层和顶层的厚度应保持在1～4米之间。

采用本发明方法的又一实施例的特点是从通过还原区的氧气及前述细碳粒中将粉尘状的碳粉分离出来后与氧气或含氧气体一起通入烧嘴内，这些烧嘴都朝向顶部固定煤层。

从碳颗粒中分离出的废气可作为细粒氧化物原料的输送介质。

所使用的煤最好能在脱气反应（degassing）之后仍能保持其块状特性。因而当煤粒尺寸范围在5～100mm，尤其是在5～30mm之内时，经过脱气反应之后而得的煤粒中应至少有50%仍能保持其初始粒度尺寸范围，即分别在5～100mm或5～30mm之间，其余部分粒度尺寸则小于以上数值。

本发明的方法的优点是它保持了利用化石燃料加热的鼓风炉还原过程中已知的全部优点，如逆流热交换，非贵金属氧化物还原所必须的在固定床中与单质碳进行的冶金反应以及金属和熔渣的良好分离。煤的焦化或脱气可在不产生焦油和其它冷凝组分的情况下完成。煤脱气过程中产生的气体可用作脱气煤气化后形成的还原性气体的附加还原剂。

在一特殊实施例中，可在一预还原工序中对氧化物原料进行预还原处理。这对于铁合金的生产特别有利。在该过程中实现原料中氧化铁组份的还原。

本方法还具有的另一特殊优点是某些非贵重元素如硅，铬，镁的还原可在不消耗电能的条件下完成。本发明的方法中煤脱气所需的能量的调节方法十分简单。其原因是粒子尺寸不足5mm的颗粒过小的煤粉，随熔化气化还原炉的废气排出后经分离后又返回含氧气体的上鼓风区并被含氧气体氧化而放出热量。

从煤粒的分解特性试验可知，煤粒尺寸为16～20mm的部分在预热至1400℃的反应室内脱气过程需一小时。反应室的体积为12dm³。在喷入冷惰性气体冷却之后对粒子分布进行了测定。

本发明还包括一个用以实现上述过程的装置。即一带耐火材料衬里的鼓风炉式的熔化气化还原炉。其上部有一煤加料口及一排气管。炉子的侧壁开孔穿入碳粉及氧气或含氧气体供气管。炉子下部则设有收集熔融金属及熔渣的排料口。此装置的特点是由三个叠加起来的固定床层A、B、C而形成的：

-在底固定床层A及中固定床层B之间的部位设置了氧气或含氧气体鼓风环管;

-在该部位以上某一距离处设置细粒氧化物原料环形吹管;

-在该部位以上中固定床层B及顶固定床C之间设置一环形烧嘴以引入碳粒和氧气或含氧气体。

显然，在排气管道上设置一高温旋风分离器使废气中的碳粉分离出来并使其出灰口与环形烧嘴串连接通是有益的。

在又一特殊实施例中、又一台高温旋风分离器与上述旋风分离器串联。在二者之间的联接管路上装设氧化物原料进口装置。后一台旋风分离器的出灰口则用输送管道与氧化物原料环形吹管相连。