回收贵金属的等离子体方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于回收贵金属的方法和设备。因此，本发明专利技术提供一种用于从原料中获得贵金属组合物的连续方法，所述方法包括：(i)在等离子体炉中加热原料以形成上部渣层和下部熔融金属层；(ii)移出渣层；(iii)移出熔融金属层；(iv)使所移出的熔融金属层凝固；(v)将凝固的金属层破碎以形成碎片；和(vi)从所述碎片中回收贵金属组合物；其中所述原料包括含贵金属材料和捕集剂金属，所述捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属形成固溶体、合金或金属间化合物的金属或合金。这提供了高的贵金属回收率。所述设备包括等离子体炉、能够连续浇铸所述熔融金属层以形成凝固板的浇铸台、破碎装置和用于从碎片中回收富含贵金属的合金的分离装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性涉及提炼冶金领域，更具体涉及关于回收钼族金属和其它高价值金属(下文称为贵金属)的方法、产品和设备。
技术介绍
金属可以从许多初级和次级来源中提取。初级来源包括矿石和含有金属离子的天然溶液和混合物。次级来源包括废物、废催化剂、工艺残渣和尾矿。鉴于某些金属的稀缺性以及从初级来源提取金属所涉及的成本和困难，从次级来源提取金属的回收工艺成为关键。尤其关注的是贵金属，特别是由于其低的天然丰度及其自初级来源提取和精炼所需的复杂工艺而成本高昂的钼族金属。虽然钼族金属发现为天然矿石例如砷钼矿(二砷化钼)，但是这些金属也可以通过回收含钼族金属的废物来获得。钼族金属具有优异的催化特性，并且合适的废物经常是催化剂废物例如粉碎的汽车催化剂陶瓷整料、催化滤烟器或在各种不同基体上的异质工艺催化剂。获取贵金属的已知方法包括灰吹法、湿法冶金浸出和热分解和/或回收工艺。采用等离子体电弧的热系统是已知的，并已应用于钼族金属的回收。高温等离子体电弧是高功率和通用的热源，并且等离子体电弧的热具有稳定性和受控的气体火焰。在埋弧炉(SAF)中，与熔体直接接触的石墨电极用作提供电力的途径。石墨电极由于采用大电流而非常大，因此需要起重和处理设备。这导致约20kg/MWh的过大石墨消耗。这种炉以间歇工艺操作，并且原料配置为在通过电阻加热为工艺提供能量时提供正确的渣电阻率/化学性质。US 4，685，963公开了一种从不同原料提取钼族金属的方法，其中利用5000°C 10000°C的等离子体“火焰”使上部渣层过热，从而因流体流动模式改善来加速在捕集剂材料中的结合。该过热区产生极度局部的加热和沸腾，并且搅动和搅拌熔化的炉内物。其中提及钼族金属的小“颗粒”和悬浮在渣中的捕集剂材料，以及流动性在它们聚集中的作用。 这些单独的相离散聚结并迁移在容器底部相互结合。因此，期望一种方法和/或设备，其能够改进贵金属的回收，或者至少解决与现有技术相关的部分或全部问题，或提供有用的替代方案。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供一种从原料获得富含贵金属的组合物的连续方法，所述方法包括(i)在等离子体炉中加热原料以形成上部渣层和下部熔融金属层；(ii)移出所述渣层；(iii)移出所述熔融金属层；(iv)使所移出的熔融金属层凝固；4(ν)将凝固的金属层破碎以形成碎片；和(vi)从所述碎片中回收富含贵金属的组合物；其中所述原料包括含贵金属材料和捕集剂金属，所述捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属形成固溶体、合金或金属间化合物的金属或合金。所述原料可任选地为成渣材料和/或还原剂。在第二方面，本专利技术提供一种通过本专利技术的方法得到的富含贵金属的组合物，其中所述组合物包括一种或更多种贵金属在捕集剂金属的一个或更多个相的晶体结构内的合金、金属间化合物或固溶体。在第三方面，本专利技术提供一种用于实施本专利技术的连续方法的设备，所述设备包括(1)用于加热原料的等离子体炉；(2)浇铸台(casting table)；(3)用于破碎经冷却金属层的破碎装置；和(4)用于从碎片中回收富含贵金属的合金的分离装置；其中所述等离子体炉具有输入端和至少一个输出端，被一个或更多个等离子体装置加热并且适合移出渣；所述等离子体装置为等离子体炬和/或电极；以及其中所述浇铸台用于连续浇铸所述熔融金属层以形成凝固板。所述分离装置优选物理分离器，例如磁分离器、涡流分离器或用于矿物或化学品分离技术的分离器。任选地，所述设备还可包括一个或更多个用于盛放所述熔融金属层和 /或将其转移至所述浇铸台的铸勺。所述等离子体装置优选一个或更多个等离子体炬和/或电极。优选的电极为石墨电极。等离子体炬可与电极一起使用。最优选单独使用一个或更多个等离子体炬。所述浇铸台允许浇铸所述熔融金属层以形成凝固板。本专利技术的方法用于通过处理各种原料来获得富含贵金属的组合物。贵金属包括金和银以及钼族金属，钼族金属可简称为PGM，包括钌、铑、钯、锇、铱和钼。也就是说，钼族金属是贵金属的子集。本专利技术的方法能够获得单一金属或两种以上金属的组合。虽然下文通篇都提及贵金属和钼族金属，但是本领域技术人员能理解到所述方法可用于从原料回收任意上述金属。还应该理解的是，该技术也可以应用于涉及过渡金属或一般任意金属的领域。优选使用本专利技术的方法回收钼族金属和贵金属。贵金属包括钼族金属、金和银等金属，它们由于稀缺都具有高的市场价格。最优选使用所述方法回收钼族金属。本专利技术人已经发现所述方法尤其适用于回收钼族金属，这是因为钼族金属通常在废物中的含量非常小，而且所述方法特别是使这些金属最少损失成渣副产物。从中可得到富含贵金属的组合物的原料可包括任何含贵金属材料。这样的材料包括初级来源例如矿石以及次级来源例如再循环废物、废催化剂以及来自工业和/或卫生保健过程的含贵金属残渣。本专利技术的方法特别适用于处理次级来源。合适的材料包括但不限于汽车催化剂、化学催化剂、石化催化剂、药物催化剂、废电气和电子设备废物、热障涂层废物、牙科治疗废物、电镀废物以及珠宝废物。为使本专利技术方法的效率最大化，可优选选择仔细挑选原料的互补混合物，例如互补的催化剂类型。这种挑选和混合可因多种理由进行，包括例如提供更均质的原料。为获得更高产率，优选具有高浓度钼族金属的废物，特别是汽车催化剂废物。捕集剂金属是能够与一种或更多种贵金属优选通过形成固溶体、金属间化合物或合金结合的金属或合金。优选捕集剂金属包括铁、镍、铜、银、锌、钴或含这些元素作为主要元素的合金，更优选其包括铁或铜，最优选为铁。在一个实施方案中，捕集剂金属可以作为两种以上的捕集剂金属形成组分，即作为组分金属，或作为结合形成具有所需捕集剂金属组成的合金的合金提供给炉。铁由于其低成本、容易获得和易于与非磁性残余物分离的强铁磁性而最优选用作捕集剂金属，作为捕集剂金属合金中的主要元素，或作为捕集剂金属形成组分。它还与任选的最终精炼步骤中所涉及的处理工艺相容。本专利技术人已经发现，可将铁基合金工程化成具有低熔点和相对易碎，这有助于破碎步骤。铜由于其成本低、容易获得和易于与钼族金属和贵金属分离因而也优选。固溶体是一种或更多种溶质在溶剂中的溶液，其中溶质和溶剂均为固态。这种混合物被认为是溶液而不是化合物，这是因为溶剂的晶体结构未因加入溶质而发生改变，但晶格参数可以变化，并且该混合物包括单一的化学均相。溶质在本文是贵金属，可以通过置换溶剂晶格中的溶剂粒子或通过插入溶剂粒子之间的空间内而混入溶剂晶格中，即捕集剂金属结构中。由本专利技术方法产生的典型固溶体的实例示于实施例中。合金是其中至少之一是金属的两种以上组分的结合体。合金自身表现出金属性质。合金可以是固溶体，如例如在α-黄铜(铜70%-锌30%合金)中那样。但是，与固溶体不同，合金中溶剂的晶体结构可因溶质引入而变成具有不同结晶结构的可单独识别的相，如例如在α-β黄铜(铜60% -锌40%合金)中或在金属间化合物TiAl3中那样。因此，合金可表现出与主/溶剂组分不同的性质。贵金属与捕集剂金属形成固溶体、合金或金属间化合物的益处在于这允许从原料中分离出贵金属并使其结合在捕集剂金属中。捕集剂金属于是充当贵金属坚固的储存库。 捕集剂金属还通过渣层与气态环境隔开。这防止了溶质成分与气态环境反应并且有助于使本方法可行作为连续工艺。优选基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·迪根，蒂姆·约翰逊，
申请(专利权)人：特乔尼科斯有限公司，
类型：发明
国别省市：