用于金屬的熱提取的裝置和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于金屬的熱提取的裝置和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是2011年7月5日提交的PCT/US2011/042975的部分繼續(xù)申請(qǐng)，PCT/US2011/042975要求2011年6月10日提交的美國(guó)專(zhuān)利8/043，400的優(yōu)先權(quán)；每個(gè)申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦贊助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明
[0004]不適用的。
[0005]光盤(pán)上提交的材料的引用并入
[0006]不適用的。
[0007]發(fā)明背景
[0008]礦石被定義為可以從其提取有價(jià)值的成分的礦物或礦物聚集體；在大多數(shù)情況下，提取物是金屬。礦石必須被處理以將不想要的有機(jī)物和礦物和/或無(wú)機(jī)材料與金屬分離。一旦礦石被處理，那么它可以被精煉以分離出不同類(lèi)型的金屬。例如，灰吹法是用于將銀與鉛分離的精煉方法。復(fù)合礦石被定義為具有低的金屬與聚集的有機(jī)的和無(wú)機(jī)的材料的比率的礦石，也就是說(shuō)，在復(fù)合礦石中，金屬難以與聚集的有機(jī)的和無(wú)機(jī)的材料分離。
[0009]已知的用于從復(fù)合礦石中提取金屬的方法包括將石灰和/或氰化物暴露于礦漿、或其它的類(lèi)似的浙濾法。這些方法是低效率的和成本禁止的。因此，未處理的復(fù)合礦石可以構(gòu)成未實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)。已知的提取復(fù)合礦石的方法對(duì)環(huán)境有毒:將有毒氣體、化學(xué)品以及污水釋放到環(huán)境中。
[0010]印刷電路板可以存在于大部分的電器設(shè)備和電子設(shè)備中:計(jì)算器、遙控單元、計(jì)算機(jī)、平板電腦、移動(dòng)電話(huà)等等。通常印刷電路板包含40%的金屬、30%的有機(jī)物和30%的陶瓷制品。包含在印刷電路板內(nèi)的金屬包括金、銀、鈀和鉬以及其他。雖然最近聯(lián)邦法規(guī)和州法規(guī)要求回收印刷電路板，但是人們已經(jīng)從印刷電路板中提取貴金屬很多年了。已知的從印刷電路板中回收貴金屬的方法很類(lèi)似已知的從復(fù)合礦石中提取金屬的方法，并且遭受同樣的問(wèn)題。
[0011]引起能夠回收金屬的物理的和化學(xué)的轉(zhuǎn)變的復(fù)合材料(complex material)(例如復(fù)合礦石和印刷電路板)的熱處理在本領(lǐng)域是已知的。此類(lèi)處理可以生產(chǎn)出可供銷(xiāo)售的產(chǎn)品例如純金屬、或中間化合物或適合于進(jìn)一步精煉的合金。已知等離子體環(huán)境可以提供能精煉金屬的高溫。例如，等離子體環(huán)境已被用于將鐵爐渣轉(zhuǎn)變成純鐵。高溫、等離子體環(huán)境可以被用于處理復(fù)合材料，使得能夠回收金屬。
[0012]在等離子體環(huán)境中從復(fù)合材料成功提取金屬需要一種反應(yīng)器:(a)能以工業(yè)流速處理；(b)具有恒定的暴露溫度；(c)具有等離子體炬和其它反應(yīng)器部件的低故障率和低熱擊穿；以及(d)具有易于進(jìn)行維修或保養(yǎng)的部件。
[0013]本文描述的是反應(yīng)器組件(10)，其提供了極高溫度的環(huán)境以使金屬和不想要的物質(zhì)分離，即處理復(fù)合材料。在一種實(shí)施方案中，反應(yīng)器組件(10)可以是提供了額外的環(huán)境特征或處理特征的復(fù)合材料處理系統(tǒng)(20)的一部分。
[0014]復(fù)合材料處理系統(tǒng)(20)通常在圖1-2中顯示。雖然為了例證性的目的，復(fù)合材料處理系統(tǒng)(20)的變型在此處示出，但應(yīng)注意的是，復(fù)合材料處理系統(tǒng)(20)可以以多種不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)被理解為限于本文所提出的實(shí)施方案。
[0015]參考圖1，在第一實(shí)施方案中，復(fù)合材料處理系統(tǒng)(20)可以包括反應(yīng)器組件(10)、氣體處理系統(tǒng)(700)、和廢氣系統(tǒng)(800)。復(fù)合材料在(I)處進(jìn)入復(fù)合材料處理系統(tǒng)并且通過(guò)反應(yīng)器組件(10)來(lái)處理。在最簡(jiǎn)單的方案中，處理過(guò)的復(fù)合材料在(2)處從系統(tǒng)除去。
[0016]當(dāng)復(fù)合材料通過(guò)反應(yīng)器組件(10)處理時(shí)，其可能釋放出氣體比如碳、硫和氧以及其他。當(dāng)氣體在(3)處離開(kāi)反應(yīng)器組件(10)時(shí)，具有較低密度的復(fù)合材料微?？梢员晃綒怏w處理系統(tǒng)(700)。氣體處理系統(tǒng)(700)包含多個(gè)過(guò)濾器以捕獲復(fù)合材料微粒。因?yàn)檫M(jìn)入到氣體處理系統(tǒng)(700)的一些復(fù)合材料微?？赡芎薪饘?，回收的復(fù)合材料微?？梢员换瘜W(xué)處理(50)以允許完全地或接近完全地回收所有期望的金屬。在一種實(shí)施方案中，化學(xué)處理(50)可以是酸處理或堿處理。
[0017]氣體繼續(xù)從氣體處理系統(tǒng)(700)運(yùn)動(dòng)到廢氣系統(tǒng)(800)。廢氣系統(tǒng)(800)捕獲并清潔來(lái)自反應(yīng)器組件(10)的工藝氣體。優(yōu)選地，廢氣系統(tǒng)(800)在真空或低于大氣壓力操作，迫使工藝氣體從反應(yīng)器組件(10)向廢氣系統(tǒng)(800)運(yùn)動(dòng)。
[0018]參考圖2，在另一種實(shí)施方案中，系統(tǒng)還包括_■次溶融系統(tǒng)(900)。金屬可能如此隱蔽在復(fù)合材料中以至于在反應(yīng)器組件(10)中它們不能被完全處理。在這種情況下，復(fù)合材料還可以通過(guò)二次熔融系統(tǒng)(900)處理。二次熔融系統(tǒng)(900)可以是第二反應(yīng)器組件
(10)、電感線(xiàn)圈、電阻加熱或其它已知的熱傳遞系統(tǒng)、或它們的組合。當(dāng)它在(7)處離開(kāi)二次熔融系統(tǒng)(900)時(shí)，所期望的金屬可能仍然被遮蔽在不想要的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料中。為了清除剩下的不想要的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，復(fù)合材料可以在(7)處經(jīng)受另外的化學(xué)處理(50)。
[0019]在以上所描述的實(shí)施方案中的每個(gè)以及任何明顯是它們的變型的實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)的部件使用高溫管道或其它類(lèi)似的機(jī)構(gòu)可以可操作地彼此關(guān)聯(lián)。不管實(shí)施方案，所述系統(tǒng)使用本領(lǐng)域已知的輸入/輸出(“I/o”)控制系統(tǒng)。優(yōu)選地，I/O控制系統(tǒng)可以最低限度地測(cè)量進(jìn)入和離開(kāi)反應(yīng)器組件(10)的流速、經(jīng)過(guò)氣體處理系統(tǒng)(700)的流速以及經(jīng)過(guò)廢氣系統(tǒng)(800)的流速。而且，I/O控制系統(tǒng)同時(shí)調(diào)整運(yùn)行環(huán)境以便于氣體和其它毒素在釋放到環(huán)境中之前被適當(dāng)?shù)靥幚怼?br>[0020]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0021]在參考附圖的以下優(yōu)選的實(shí)施方案的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)將變得明顯，附圖中:
[0022]圖1是顯示復(fù)合材料處理系統(tǒng)中的反應(yīng)器組件的流程圖；
[0023]圖2是顯示復(fù)合材料處理系統(tǒng)中的反應(yīng)器組件的流程圖；
[0024]圖3是反應(yīng)器組件的示意圖；
[0025]圖4是反應(yīng)器組件的示意圖；
[0026]圖5是反應(yīng)器組件的示意圖；
[0027]圖6是反應(yīng)器組件的示意圖；
[0028]圖7是反應(yīng)器組件的示意圖；
[0029]圖8是炬隔離閥的示意圖；
[0030]圖9是礦石進(jìn)料系統(tǒng)的不意圖；
[0031 ] 圖10是礦石進(jìn)料系統(tǒng)的不意圖；
[0032]圖11是第四室隔離閥的示意圖；
[0033]圖12是一般的等離子體炬的示意圖；
[0034]圖13是一般的等離子體炬的示意圖。
[0035]發(fā)明詳述
[0036]在下文中，參考附圖更充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)該被理解為限于本文所提出的實(shí)施方案；相反，這些實(shí)施方案被提供以便本公開(kāi)內(nèi)容將是徹底的和完整的并且將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)至本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0037]反應(yīng)器組件
[0038]參考圖3、4、9、12、13，在一種實(shí)施方案中，反應(yīng)器組件(10)包括接受器(200)和等離子體炬(300)。參考圖5-13，在另一種實(shí)施方案中，反應(yīng)器組件(10)包括接受器(200)、等離子體炬(300)和第一室或進(jìn)料室(100)。優(yōu)選地，接受器(200)被第三室(500)包圍。第三室(500)允許微粒和氣體排出到氣體處理系統(tǒng)(700)中。
[0039]接受器(200)由輸入端(210)和輸出端(220)界定。進(jìn)料室由輸入端(110)和輸出端(120)界定。進(jìn)料室(100)的輸出端(120)可操作地與接受器(200)的輸入端(210)緊密配合；優(yōu)選使用法蘭或鉸接夾緊接口(130)。
[0040]優(yōu)選地，進(jìn)料室(100)是成圓錐形的，具有輸入端(110)和輸出端(120)，其中輸入端(110)具有大于輸出端(120)的直徑。輸入端(110)具有在尺寸上足以接受等離子體炬(300)的直徑，其中等離子體炬具有足以產(chǎn)生使復(fù)合材料產(chǎn)生反應(yīng)必需的溫度的尺寸。
[0041]優(yōu)選地，進(jìn)料室(100)、接受器(200)、和/或第三室(500)還包括材料進(jìn)料系統(tǒng)(550)。最佳地，材料進(jìn)料系統(tǒng)(550)是連續(xù)的，材料進(jìn)料系統(tǒng)可以包括一個(gè)進(jìn)料斗(555)或多個(gè)進(jìn)料斗(555)和螺旋進(jìn)料器系統(tǒng)(580)。螺旋進(jìn)料器系統(tǒng)包括螺旋輸送機(jī)(556)和進(jìn)料室閥(557)。最佳地，材料進(jìn)料系統(tǒng)(550)具有至