(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを含む材料を溶融スラグに溶融し（２１０）；
高温ガスの浸漬噴射によって溶融スラグを撹拌し（２１２）；そして
気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つの少なくとも一部を溶融スラグから蒸散させる（２１６）：
工程を含み；
高温ガスを、少なくとも２００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有するように制御する（２１４）更なる工程、及び
溶融スラグが１１４０℃より低い平均温度を有することを特徴とする、気化可能な物質を回収する方法。
【請求項２】
高温ガスを制御する（２１４）工程が、高温ガスを、少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有するように制御する（２１４）ことを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つの少なくとも一部を溶融スラグから蒸散させる工程（２１６）が、気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを気化させて高温ガス中に蒸散させることを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
溶融スラグが、スラグの融点よりも１００℃未満高い平均温度を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
溶融スラグが、スラグの融点よりも５０℃未満高い平均温度を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
高温ガスが溶融スラグに導入される時点で３０００℃より高い温度を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
高温ガスが溶融スラグに導入される時点で４０００℃より高い温度を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
材料を溶融及び／又は蒸散させるためのエネルギーを高温ガスの浸漬噴射によって供給することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
炭素又は炭化水素を高温ガス中に加えることによって高温ガスの酸素ポテンシャルを調節することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
固体の炭素及び／又は炭化水素をスラグ中に加えることによってスラグにおける酸素ポテンシャルを調節することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
酸素ポテンシャルを１０−４〜１０−１４気圧の範囲内に調節することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
スラグにおける酸素ポテンシャルを調節する工程が、スラグ中の金属化合物が溶融金属相に還元されるようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節することを含むこと；及び
溶融金属相を取り出す更なる工程を特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
スラグがイオウ又はイオウ化合物を含むこと；
スラグにおける酸素ポテンシャルを調節する工程が、イオウが酸化されるのを阻止するようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節し、スラグ中の金属化合物を溶融マット相中に回収することを含むこと；及び
溶融マット相を除去する更なる工程を特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
溶融スラグを還元するためのエネルギーを高温ガスの浸漬噴射によって供給することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
連続プロセスであることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
加熱炉（１０）；
加熱炉内において気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを含む材料（２２）を溶融スラグ（２４）に溶融するように構成されている加熱装置（２０）；
羽口（２９）を通して溶融スラグ（２４）中に浸漬されており、高温ガス（２７）の浸漬噴射装置（２６）によって溶融スラグ（２４）を撹拌するように構成されているプラズマトーチシステム（２８）；及び
溶融スラグ（２４）から蒸散される気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを回収するように構成されているフューム処理システム（３０）；
を含み；
プラズマトーチシステム（２８）は、高温ガス（２７）に少なくとも２００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを与えるように運転するように設計されていること、及び
溶融スラグ（２４）を１１４０℃より低い平均温度に維持するように加熱装置（２０）を運転するように構成されている制御装置（２３）をさらに含むことを特徴とする、気化可能な物質を回収するための装置（１）。
【請求項１７】
プラズマトーチシステム（２８）は、高温ガス（２７）に少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを与えるように運転するように設計されていることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
フューム処理システム（３０）が、溶融スラグから蒸散される気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを高温ガス（２７）中に回収するように構成されていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、溶融スラグ（２４）を、スラグの融点よりも１００℃未満高い平均温度に維持するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、溶融スラグ（２４）を、スラグの融点よりも５０℃未満高い平均温度に維持するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、スラグの温度を反応器壁の冷却と平衡させて反応器壁（１５）上に保護固化スラグ層（１６）を形成するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
プラズマトーチシステム（２８）が、３０００℃より高い温度の高温ガスを生成させることができることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
プラズマトーチシステム（２８）が、４０００℃より高い温度の高温ガスを生成させることができることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、材料（２２）を溶融するのに必要なエネルギーを供給するようにプラズマトーチシステム（２８）を運転するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
高温ガスの酸素ポテンシャルを調節するために高温ガス噴射装置中に炭素又は炭化水素を加えるように構成されている導入手段（１７）を特徴とする、請求項１６〜２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
スラグの酸素ポテンシャルを調節するためにスラグ中に炭素及び／又は炭化水素を加えるように構成されている導入手段（１７）を特徴とする、請求項１６〜２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
導入手段（１７）が、酸素ポテンシャルを１０−４〜１０−１４気圧の範囲内に調節するように構成されていることを特徴とする、請求項２５又は２６に記載の装置。
【請求項２８】
導入手段（１７）が、スラグ中の金属化合物を選択的に還元するように溶融スラグ（２４）における酸素ポテンシャルを調節するように構成されていることを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
スラグがイオウ又はイオウ化合物を含むこと；
導入手段（１７）が、イオウが酸化されるのを阻止するようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節し、スラグ中の金属化合物を溶融マット相中に回収するように構成されていること；及び
溶融マット相のための出口を更に含むこと；
を特徴とする、請求項２５〜２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、溶融スラグ（２４）を還元するのに必要なエネルギーを供給するようにプラズマトーチシステム（２８）を運転するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
加熱炉（１０）が連続プロセスを実施するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜３０のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して気化可能な物質を回収するための装置及び方法、特にプラズマ誘起蒸散のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年の間、冶金廃棄物質から有価値の金属を回収することが開発されている。かかる回収は多くの理由のために有益である。１つは、廃棄物質、例えばＥＡＦ（電気アーク炉）ダスト及び異なる種類のスラグはしばしば非常に多く量の重金属を含んでいるので、それらは直ちに埋め立てるのには好適でないことである。Ｓｎ、Ｚｎ、及びＰｂなどの元素を含む残りの生成物は、好ましくは、保護処理を行わないでは自然に帰さない。更に、これらの元素の価値も無視できないものである。これらの元素を回収することによって、有用な金属が得られると同時に環境が保護される。
【０００３】
焼成Ｚｎ鉱石のような一次供給源、及びＥＡＦダストのような二次供給源の両方から気化可能な物質を回収して残渣及び二次スラグを濾過するために、異なるタイプの蒸散プロセスを用いることが以前から知られている。通常の簡単なスラグ蒸散プロセスは、溶融金属スラグを生成させる。スラグは、通常は還元剤に曝露して、比較的高い温度に加熱する。例えば亜鉛及び鉛のような揮発性金属の蒸気を、スラグの上方の気相中に移動させ、更なる処理のために蒸気を取り出して金属成分を得る。１つの代表的な例は、例えば公開特許出願ＧＢ−２１８１７４６Ａ又は米国特許ＵＳ−５，９４２，０２３において見られる。
【０００４】
米国特許４，５７１，２６０においては、スズ及び／又は亜鉛を含む材料から有価値金属を回収する方法が開示されている。この方法は、基本的には回転スラグ浴の表面を酸素及び燃料に曝露するKaldoプロセスである。フラックス及びコークを加えて、好適な粘度及び適度な撹拌を達成する。
【０００５】
殆どの初期のスラグ蒸散装置に伴う欠点は、揮発性金属の除去効率が常に最良ではなかったことである。比較的高い含量の有害物質が最終スラグ中に残留していた。
今日の文献及び運転上の慣行においては、しばしば揮発性成分を含む材料の高温処理が言及及び適用されている。高温は、高い蒸散速度及び高い収率を確保するために必要である。例として、鉄かんらん石スラグからのＺｎ蒸散を用いることができる。ここでは、スラグを１１００℃のその標準融点より高い温度に過熱する。このスラグの過熱により優れた蒸散が得られるが、これはまた、高耐熱性材料の損耗及びプロセスのより高いエネルギー消費ももたらす。
【０００６】
耐熱性材料の短いライフサイクルを克服するために通常は水冷容器が用いられているが、これに伴う熱損失の高いコストがかかる。したがって、精錬業者は通常は、高い損耗、低い蒸散速度、及び高い熱損失の間で妥協しなければならない。
【０００７】
高耐熱性材料の損耗及び高いエネルギーコストに関連する上述の問題点は、公開国際特許出願ＷＯ−２００５／０３１０１４において取り組まれた。ここでは、スラグを過熱する必要なしに高いＺｎ蒸散速度が記載されている。このアプローチによれば、好適なフラックスを加えることによってスラグの融点を１３００℃に上昇させる。このようにすることによって、高い蒸散速度を得るためにスラグを過熱することが限定されるか又はその必要性がない。その理由は、高い蒸散速度のために望ましい温度は通常はおよそ１３００℃であり、スラグの融点はおよそ１３００℃であるので、過熱は通常は必要ないということである。このようなスラグは、水冷壁上の耐熱性材料の頂部上の保護固化ライニングを形成し、したがってこのアプローチはライニングの損耗を最小にすると記載されている。しかしながら、ＷＯ−２００５／０３１０１４による蒸散プロセスは、反応器内のスラグ塊の全部を１３００℃まで加熱するために必要なエネルギーのコスト、及びスラグの融点を上昇させるために加える必要があるフラックスに関するコストがかかる。
【０００８】
他のアプローチは、公開された米国特許ＵＳ−４，２５２，５６３において開示されている。ここでは、スラグを２つの連続スラグ処理区域中で蒸散させる連続スラグ蒸散プロセスが記載されている。第１の区域においては、スラグを、揮発性の好ましくはスルフィド結合している成分を蒸散させるための熱処理にかける。続く第２の加熱炉区域においては、スラグを還元処理にかけ、酸化物をそれらの元素形態に還元して蒸散させる。スラグを蒸散プロセスの後に更なる分離にかける場合には、銅回収のための更なる第３の区域にかけることができる。しかしながら、区域２の後のスラグの温度が相当に低下するために、この第３の区域は再び加熱しなければならない。第１の区域においてスラグ温度を調節して、実質的にスラグを更に加熱することなく第２の区域における還元及び蒸散処理を行うことができるようにする。スラグを加熱するために予備加熱した空気及び粉炭を用いるので、プロセスに堅牢なオフガスシステムに関する必要性が与えられる。燃料として石炭を用いることによって、エネルギー投入及び酸素ポテンシャルに関するプロセスの制限が与えられる。比較的強い還元条件においては、加熱及び還元のためのエネルギー需要をカバーするために大量の石炭を供給しなければならない。これにより、非常の多量の排気温室効果ガスが生成する。
【０００９】
スラグ浴を撹拌し、還元剤を供給するためのガスを生成させる浸漬プラズマトーチを使用することは、例えば公開米国特許出願ＵＳ−２０１０／００５０８１４において開示されているように公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】英国特許出願公開ＧＢ−２１８１７４６Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９４２，０２３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５７１，２６０号明細書
【特許文献４】国際公開２００５／０３１０１４
【特許文献５】米国特許第４，２５２，５６３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開２０１０／００５０８１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この技術分野における進歩にかかわらず、未だ残留する問題が存在する。特に、ライニングの損耗及び蒸散速度に関する従前の問題を解決することによって、フラックス、加熱、及び冷却、並びに幾つかの場合においては炭素酸化物の高放出に関するコストが増加している。
【００１２】
本発明の一般的な目的は、気化可能な物質の回収を向上させることである。本発明の特定の目的は、スラグ形成剤の使用を減少し、供給されるエネルギーの必要量を減少し、更に反応器内の耐熱性材料に関する低い損耗を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的は、添付の独立請求項による装置及び方法によって達成される。好ましい態様は従属請求項によって規定する。一般に、第１の形態においては、気化可能な物質を回収する方法は、気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を含む材料を溶融スラグに溶融することを含む。溶融スラグは、高温ガスの浸漬噴射によって撹拌する。高温ガスは、少なくとも２００ＭＪ／キロモル、好ましくは少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有するように制御する。気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物の少なくとも一部を溶融スラグから蒸散させる。
【００１４】
第２の形態においては、気化可能な物質を回収する装置は、加熱炉、加熱装置、プラズマトーチシステム、及びフューム処理システムを含む。加熱装置は、加熱炉中において気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を含む材料を溶融スラグに溶融するように構成される。プラズマトーチシステムは、羽口を通して溶融スラグ中に浸漬されており、高温ガスの浸漬噴射によって溶融スラグを撹拌するように構成されている。プラズマトーチシステムは、少なくとも２００ＭＪ／キロモル、好ましくは少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを高温ガスに与えるように運転するように構成されている。フューム処理システムは、溶融スラグから蒸散される気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を回収するように構成されている。
【００１５】
本発明に関する１つの有利性は、抽出効率を同レベルに維持しながら、プラズマ誘起蒸散のためのエネルギーの必要量が減少することである。他の有利性は、スラグ形成剤の必要性が減少し、それによって埋め立てなければならないスラグの最終量も減少することである。更に、マット及び／又は金属相中に有価値の化合物を回収することができる。他の有利性は、詳細な説明のセクションにおいて異なる態様に関して記載する。
【００１６】
本発明は、以下の説明を添付の図面と総合して参照することによって、その更なる目的及び有利性と共に最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、気化可能な物質を回収するための装置の概要図である。
【図２】図２は、気化可能な物質を回収するための方法の一態様の工程フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面全体にわたって、同様の要素又は対応する要素に関しては同じ参照番号を用いる。
本特許において規定する発明は、二次材料及び一次材料から揮発性非鉄金属を回収することに関する。
【００１９】
スラグ浴を撹拌し、還元剤を供給するためのガスを生成させる浸漬プラズマトーチを用いることは、かなり以前から知られている。熱が溶融体に加えられるのと同時に、導入されるガスによって溶融体の十分な撹拌が行われる。更に、プラズマガス中に更なる物質、例えば還元剤を加えることができる。
【００２０】
浸漬プラズマトーチを用いることに伴う有利性は、溶融体に加えられる熱の量が加えられる還元剤の量と独立していることである。熱を生成させるために異なる複数の炭素化合物を用いるシステムにおいては、酸素ポテンシャルと熱生成は密接に関係する。プラズマトーチを用いることにより、実質的に任意の酸素ポテンシャルを任意の熱生成の量と組み合わせることができる。
【００２１】
従来技術のスラグ蒸散法においては、スラグ浴中における平衡又は準平衡均一条件を評価することによって開発努力が動かされている。スラグの平均温度が十分に高い場合には、スラグ蒸散速度は高くなる。揮発性元素は、上部スラグ浴表面に沿ってスラグ浴から解離して、スラグの上方の気相中に導入される。
【００２２】
本アプローチの１つのアイデアは、代わりに動的効果及び不均一条件を用いることである。浸漬プラズマトーチを用いると、撹拌及びガスのスラグ浴中への供給によって、均一又は平衡のような状態からはほど遠い条件が引き起こされる。このような局所条件を用いて蒸散特性を更に向上させることができる。
【００２３】
また驚くべきことに、非常に高いエンタルピーを有するガスを導入する浸漬プラズマトーチを用いることによって、従前に示されている必要平均スラグ温度よりも遙かに低い温度で高いスラグ蒸散速度が達成可能であることも見出された。言い換えれば、平均スラグ温度が従来技術の高蒸散速度温度よりも遙かに低い場合であっても、揮発性元素はスラグから効率的に抽出される。これは、完全に新しい蒸散メカニズムが作用したことを示している。
【００２４】
驚くべきことに、非常に高いエンタルピーを有する気泡は、非常に高い速度で気化可能な物質を抽出することが見出された。気泡のライフタイムは非常に短いが、常に大量の揮発性元素がスラグから解離して気泡中に導入される。プラズマガスの促進効果は、スラグに導入されるガスが最小で２００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有する場合に顕著になることが分かった。好ましくは、スラグに導入されるガスは、最小で３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有する。３６９ＭＪ／キロモルまでのエンタルピーが成功裏に試験された。次に、液体スラグと気泡の間の界面の温度は、平均スラグ温度よりも遙かに高くなる。この高温の界面のために、蒸散される元素の物質移動が加速され、金属及び／又は酸化物蒸気の高い蒸散速度が与えられる。金属及び／又は酸化物蒸気の高い物質移動は、プラズマシステムからのガス噴射を制御することによって更に向上させることができる。ガス噴射は、それによって最も好適な酸素ポテンシャル及び蒸散される元素／化合物のゼロの分圧を与えるように構成することができる。
【００２５】
平均スラグ温度はもはや重要な臨界パラメーターではないので、平均スラグ温度は他の選択条件にしたがって選択することができる。例えば、平均スラグ温度は、水冷壁上に保護固化ライニングが形成されるように適合させることができる。したがってスラグの組成とは独立して、平均スラグ温度を制御して固化ライニングのために適当な値を仮定することができる。而して、本アプローチは、１１００℃のように低い平均スラグ温度においても高い蒸散速度を得る代替プロセスの道を開く。スラグの組成が適切であれば、保護固化ライニングが水冷壁上に生成する。更に、このようなスラグは鋼材壁の表面上において瞬時に固化するので、このような設定においては耐熱性材料は必要ない。言及した高いエンタルピーを有する浸漬プラズマ噴射の気体流を制御することによって、スラグが固化ライニングを形成するのに必要な温度に加熱される。
【００２６】
上記で更に言及したように、プラズマ噴射は、強く撹拌されたスラグを確保するため、及び同じエネルギー投入量において任意の酸素ポテンシャルで運転する可能性を与えるために用いることもできる。
【００２７】
図１は、気化可能な物質を回収するための装置１の一態様を図示する。装置１は加熱炉１０を含む。気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を含む材料２２を、入口２１を通して加熱炉１０中に導入する。加熱炉１０中に導入される材料２２を溶融スラグ２４に溶融するために、加熱装置２０が配置されている。本態様においては、加熱装置２０は、プラズマトーチシステム２８及び羽口２９を含む。而して、プラズマトーチ２８は、材料２２を、少なくともそれがスラグ浴の表面２５に達する時点で溶融するために必要なエネルギーを供給するように構成されている。好ましくは、プラズマトーチ２８は、３０００℃より高く、最も好ましくは４０００℃より高い温度の高温ガスを生成させることができるように設計される。
【００２８】
別の態様においては、加熱装置２０には、加熱炉１０中に導入される材料２２を溶融スラグ２４に変化させる他の手段を含ませることができる。１つの例は、羽口２９を通してスラグ浴中への空気圧による原材料の供給である。次に、溶融を達成するために、このようなヒーターを好ましくはプラズマトーチシステム２８の効果と組み合わせる。更に或いは、材料２２を、加熱炉１０中に導入する前に溶融することができる。
【００２９】
図１の態様においては、プラズマトーチシステム２８は、溶融スラグ２４中に浸漬されている羽口２９を通して配されている。したがって、プラズマトーチシステム２８はまた、高温ガスの浸漬噴射装置２６を用いて溶融スラグ２４を撹拌するようにも構成されている。高温ガス２７によって溶融スラグ２４中において気泡が形成され、スラグ浴の表面２５への上向きの気泡の行程中に溶融スラグ２４の激しい撹拌が引き起こされる。プラズマトーチは、高温ガス２７に少なくとも２００ＭＪ／キロモル、好ましくは少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを与えるように運転可能なように構成される。この高いエンタルピーによって、気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物は溶融スラグ２４から高温ガス２７の気泡中に蒸散される。また、少量の気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物は、溶融スラグ表面２５の上方のガス塊１２中に直接蒸散される。高温ガス２７の気泡は溶融スラグ表面２５に速やかに移動し、ここで高温ガス２７中の内容物がガス塊１２中に放出される。
【００３０】
本態様は更にフューム処理システム３０を含む。フューム処理システム３０は、溶融スラグ２４から蒸散されたガス塊１２中の気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を、溶融スラグ表面を通して直接か又は高温ガス２７の気泡を通して回収するように構成されている。金属及び／又は金属化合物は、最終的な金属及び／又は金属化合物３１を評価するために従来技術の方法にしたがって処理する。気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を処理する特定の方法は、それ自体はスラグ蒸散装置の運転のためには重要ではなく、したがって更には議論しない。
【００３１】
本態様はまた、気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物が減少した溶融スラグを取り出すスラグ出口４０も含む。装置１の本態様は、連続プロセスを行うように構成されている加熱炉を有する。言い換えれば、本態様は、材料２２を加熱炉１０中に連続的又は断続的に導入する連続運転を対象とする。材料２２は、ガス塊１２中の高温ガスと接触する時点、或いは溶融スラグ表面２５と接触する時点で溶融する。プラズマトーチガス噴射装置２６によって生成する気泡による撹拌中において、溶融スラグは気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物が減少するようになり、これはその代わりに気化して気泡になる。気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物が減少した溶融スラグは、スラグ出口４０によって加熱炉１０から連続的又は断続的に取り出すことができる。
【００３２】
別の態様においては、加熱炉１０はまた、材料２２をまず加熱炉１０中に導入し、次に処理して気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物が減少した溶融スラグにして、最後に加熱炉１０から取り出すバッチ法で運転することもできる。
【００３３】
１つの好ましい態様においては、加熱装置２０は、溶融スラグ２４を所定の平均温度に維持するようにヒーター装置２０を運転するように構成されている制御装置２３を含む。所定の平均温度は、好ましくはスラグの組成に応じて選択される。殆どのスラグはおよそ１１００℃の融点を有するように構成されているので、所定の平均温度は、この値を過度に大きく超えてはならない。標準的なスラグの組成を有する系に関しては、制御装置２３は、好ましくは、溶融スラグ２４を１２００℃より低く、好ましくは１１５０℃より低い平均温度に維持するようにヒーター装置２０を運転するように構成される。他のスラグ融点を有する他の系に関しては、制御装置２３は、好ましくは、溶融スラグ２４を、スラグの融点よりも１００℃未満高く、好ましくはスラグの融点よりも５０℃未満高い平均温度に維持するようにヒーター装置２０を運転するように構成される。
【００３４】
好ましい態様においては、加熱炉１０には、固化ライニングを形成し、加熱炉壁の損耗を減少させることができるように冷却壁１５を装備する。その場合には、スラグの所定の平均温度も、好ましくは冷却壁１５の性能に応じて選択する。この場合には、制御装置２３は、スラグの所定の平均温度を反応器壁の冷却と平衡させて、反応器壁１５上に保護固化スラグ層１６を形成するように構成する。
【００３５】
上記で簡単に言及したように、スラグ浴中にエネルギーを供給するためにプラズマトーチを用いる有利性の１つは、全供給動力に対する制約なしに導入される還元剤の量の制御を容易に得ることができることである。１つの好ましい態様においては、装置１は、スラグ浴中に浸漬した羽口２９中に、プラズマ噴射装置２６からの高温ガスを輸送する炭素又は炭化水素を加えるように構成されている導入手段１７を更に含む。これにより、高温ガス２７の酸素ポテンシャルを調節することが可能である。酸素ポテンシャルは、１０−４〜１０−１４気圧の範囲内に調節することができる。導入される還元剤によって溶融スラグを還元する場合には、かかる反応は通常は吸熱性であり、一定の温度を維持するために通常は更なるエネルギーを供給しなければならない。プラズマトーチを用いる場合には、溶融スラグを還元するために必要なエネルギーを供給するようにプラズマトーチを制御するように、制御装置２３を容易に構成することができる。
【００３６】
揮発性金属の回収と組み合わせて、他の金属も、加熱炉１０中に導入される材料２２から抽出することができる。一態様においては、導入手段１７は、スラグにおける酸素ポテンシャルをスラグ中の金属化合物を溶融金属相に選択的に還元するのに好適であるように調節するように構成される。スラグから還元することができる代表的なかかる金属の例は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、及びＰｄである。溶融金属相４４は、加熱炉１０の底部中に回収される。溶融金属相は、出口４２を通して連続的又は断続的に取り出す。この目的のために、加熱炉１０には、底部において耐熱性材料４５が与えられる。
【００３７】
材料２２を加熱炉１０中に導入し、それによってスラグもイオウ又はイオウ化合物を含む他の態様においては、マット相も得ることができる。この場合には、導入手段１７は、イオウが酸化されるのを阻止するようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節するように構成する。次に、金属を溶融マット相中に回収することができる。スラグから回収することができる代表的なかかる金属の例は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、及びＰｄである。溶融マット相は、加熱炉１０の底部において回収される。溶融マット相は、出口を通して連続的又は断続的に取り出す。
【００３８】
更に他の態様においては、酸素ポテンシャル及びイオウ含量を適切に調節することによって、金属相及びマット相の両方を得ることができる。非限定的な例として、Ａｕ、Ｐｔ、及びＰｄを金属相に還元することができ、これに対してＣｕ及びＮｉはマット相を形成する。マット相は、通常は金属相よりも低い密度を有し、２つの相は互いの中に事実上不溶であるので、通常は金属相の頂部上に現れる。マット相及び金属相は、別の出口によるか又は共通の出口によって加熱炉から抽出することができる。
【００３９】
図２は、気化可能な物質を回収するための方法の一態様の工程フロー図である。この方法は工程２００で出発する。工程２１０において、気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物を含む材料を溶融スラグに溶融する。溶融スラグは、工程２１２において、高温ガスの浸漬噴射によって撹拌する。好ましくは、材料を溶融するためのエネルギーは、高温ガスの浸漬噴射によって供給する。工程２１４において、高温ガスを、少なくとも２００ＭＪ／キロモル、好ましくは少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有するように制御する。好ましくは、高温ガスは、溶融スラグに導入される時点で３０００℃より高く、好ましくは４０００℃より高い温度を有する。少なくとも通常のタイプのスラグ組成に関しては、溶融スラグが１２００℃より低く、好ましくは１１５０℃より低い平均温度を有するように制御することが好ましい。スラグの融点は実際のスラグの組成によって相違する可能性があるので、溶融スラグを、スラグの融点よりも１００℃未満高く、好ましくはスラグの融点よりも５０℃未満高い平均温度に制御することが好ましい。溶融スラグをこれらの温度に維持することの１つの有利性は、固化ライニングを維持するのがより容易であることである。工程２１６において、気化可能な金属及び／又は気化可能な金属化合物の少なくとも一部を溶融スラグから蒸散させる。好ましくは、気化の大部分は高温ガス中に起こる。材料を蒸散させるためのエネルギーは、好ましくは高温ガスの浸漬噴射によって供給される。この方法は工程２９９で終了する。
【００４０】
図２においては、方法を単一バッチプロセスとして示している。しかしながら、好ましい態様においては、この方法は連続プロセスとして運転する。言い換えれば、異なる工程を、好ましくは少なくとも部分的に同時か又は連続的若しくは断続的に行う。
【００４１】
好ましくは、この方法は、炭素又は炭化水素を高温ガス中に加えることによって高温ガスの酸素ポテンシャルを調節することを更に含む。酸素ポテンシャルは、１０−４〜１０−１４気圧の範囲内に調節することができる。溶融スラグを還元するためのエネルギーは、高温ガスの浸漬噴射によって供給される。
【実施例】
【００４２】
上記に示した理論にしたがって試験運転を行った。１つの特定の実験においては、スラグを１１００℃の温度に維持し、２８０ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有する高温ガスをスラグ中に浸漬導入した。この試験運転においては、投入材料として１０００ｋｇのＥＡＦダスト、１００ｋｇのコーク、及び１００ｋｇの砂を用いた。導入材料は、供給する前に焼成して材料からイオウを取り除いた。成分の組成を表１に与える。収支計算にはプラズマガス及び還元剤は含まれていないことを留意されたい。運転中において、合計で７０１．５ｋｇのガスが抽出され、これから４９５．６ｋｇの回収生成物が最終的に回収された。この特定の実験においては、酸素ポテンシャルは、ＣｕＯを金属銅に、そしてＦｅ２Ｏ３をＦｅＯに還元するのに適当なレベルに維持し、一方、Ｚｎ及びＰｂは気相中に抽出した。プラズマガスとして空気を用い、プロパンを高温ガス中に導入することによって酸素ポテンシャルを制御した。実験の産出物を表２に示す。結論として、本試験運転におけるＺｎＯのレベルは、ＥＡＦダスト中の４１．１重量％から最終スラグ中の１．３重量％に減少し、これは９８．４％の抽出度に相当する。Ｚｎ抽出のかかるレベルは、従前は１３００℃を超えるスラグ温度においてしか達成されなかった。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
他の特定の実験においては、スラグをここでも１１００℃の温度に維持し、２８０ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有する高温ガスをスラグ中に浸漬導入した。この試験運転においては、投入材料として１０００ｋｇのＥＡＦダスト、１００ｋｇのコーク、及び１００ｋｇの砂を用いた。成分の組成を表３に与える。系中にＳ及びＳＯ３が存在している。収支計算にはプラズマガス及び還元剤は含まれていないことを留意されたい。運転中において、合計で７０４．３ｋｇのガスが抽出され、これから４８５．５ｋｇの回収生成物、主としてＺｎＯが回収された。この特定の実験においては、酸素ポテンシャルは、イオウの酸化を阻止し、したがってＣｕ及びＮｉをそれぞれ銅−ニッケルマット中に回収し、Ｆｅ２Ｏ３をＦｅＯ及びＦｅＳ中に回収するのに適当なレベルに維持し、一方、Ｚｎ及びＰｂは部分的に金属蒸気として気相中に抽出した。プラズマガスとして空気を用い、プロパンを高温ガス噴射装置中に導入することによって酸素ポテンシャルを制御した。実験の産出物を表４に示す。結論として、本試験運転におけるＺｎＯのレベルは、ＥＡＦダスト中の４０．３重量％から最終スラグ中の１．３重量％に減少し、これは９８．５％の抽出度に相当する。
【００４６】
【表３】
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【００４７】
【表４】
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【００４８】
また、上記に示す実験においては、少量の白金族金属及び貴金属も存在させた。Ａｕ、Ｐｔ、及びＰｄの少なくとも９８％が金属又はマット相中に回収されたことが分かった。Ａｇは、金属又はマット相中に５０〜６０％回収され、フィルターケーキ中において最終的に４０〜５０％であった。
【００４９】
上記に記載の態様は本発明の少数の例として理解すべきである。本発明の範囲から逸脱することなく、これらの態様に種々の修正、結合、及び変化を行うことができることが、当業者に理解されるであろう。特に、技術的に可能な場合には、異なる態様における異なる複数の部分的解決策を他の構成において組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
本発明は、以下の態様を含む。
［１］
気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを含む材料を溶融スラグに溶融し（２１０）；
高温ガスの浸漬噴射によって溶融スラグを撹拌し（２１２）；そして
気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つの少なくとも一部を溶融スラグから蒸散させる（２１６）：
工程を含み；
高温ガスを、少なくとも２００ＭＪ／キロモル、好ましくは少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを有するように制御する（２１４）；
更なる工程を特徴とする、気化可能な物質を回収する方法。
［２］
気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つの少なくとも一部を溶融スラグから蒸散させる工程（２１６）が、気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを気化させて高温ガス中に蒸散させることを含むことを特徴とする、［１］の方法。
［３］
溶融スラグが、スラグの融点よりも１００℃未満高く、好ましくはスラグの融点よりも５０℃未満高い平均温度を有することを特徴とする、［１］又は［２］の方法。
［４］
溶融スラグが１２００℃より低く、好ましくは１１５０℃より低い平均温度を有することを特徴とする、［１］〜［３］のいずれかの方法。
［５］
高温ガスが、溶融スラグに導入される時点で３０００℃より高く、好ましくは４０００℃より高い温度を有することを特徴とする、［１］〜［４］のいずれかの方法。
［６］
材料を溶融及び／又は蒸散させるためのエネルギーを高温ガスの浸漬噴射によって供給することを特徴とする、［１］〜［５］のいずれかの方法。
［７］
炭素又は炭化水素を高温ガス中に加えることによって高温ガスの酸素ポテンシャルを調節することを特徴とする、［１］〜［６］のいずれかの方法。
［８］
固体の炭素及び／又は炭化水素をスラグ中に加えることによってスラグにおける酸素ポテンシャルを調節することを特徴とする、［１］〜［７］のいずれかの方法。
［９］
酸素ポテンシャルを１０−４〜１０−１４気圧の範囲内に調節することを特徴とする、［７］又は［８］の方法。
［１０］
スラグにおける酸素ポテンシャルを調節する工程が、スラグ中の金属化合物が溶融金属相に還元されるようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節することを含むこと；及び
溶融金属相を取り出す更なる工程
を特徴とする、［７］〜［９］のいずれかの方法。
［１１］
スラグがイオウ又はイオウ化合物を含むこと；
スラグにおける酸素ポテンシャルを調節する工程が、イオウが酸化されるのを阻止するようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節し、スラグ中の金属化合物を溶融マット相中に回収することを含むこと；及び
溶融マット相を除去する更なる工程を特徴とする、［７］〜［１０］のいずれかの方法。
［１２］
溶融スラグを還元するためのエネルギーを高温ガスの浸漬噴射によって供給することを特徴とする、［１］〜［１１］のいずれかの方法。
［１３］
連続プロセスであることを特徴とする、［１］〜［１２］のいずれかの方法。
［１４］
加熱炉（１０）；
加熱炉内において気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを含む材料（２２）を溶融スラグ（２４）に溶融するように構成されている加熱装置（２０）；
羽口（２９）を通して溶融スラグ（２４）中に浸漬されており、高温ガス（２７）の浸漬噴射装置（２６）によって溶融スラグ（２４）を撹拌するように構成されているプラズマトーチシステム（２８）；及び
溶融スラグ（２４）から蒸散される気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを回収するように構成されているフューム処理システム（３０）；
を含み；
プラズマトーチシステム（２８）は、高温ガス（２７）に少なくとも２００ＭＪ／キロモル、好ましくは少なくとも３００ＭＪ／キロモルのエンタルピーを与えるように運転するように設計されていることを特徴とする、気化可能な物質を回収するための装置（１）。
［１５］
フューム処理システム（３０）が、溶融スラグから蒸散される気化可能な金属及び気化可能な金属化合物の少なくとも１つを高温ガス（２７）中に回収するように構成されていることを特徴とする、［１４］の装置。
［１６］
加熱装置の制御装置（２０）が、溶融スラグ（２４）を、スラグの融点よりも１００℃未満高く、好ましくはスラグの融点よりも５０℃未満高い平均温度に維持するように構成されていることを特徴とする、［１４］又は［１５］の装置。
［１７］
加熱装置（２０）が、溶融スラグ（２４）を１２００℃より低く、好ましくは１１５０℃より低い平均温度に維持するように加熱装置（２０）を運転するように構成されている制御装置（２３）を含むことを特徴とする、［１４］〜［１６］のいずれかの装置。
［１８］
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、スラグの温度を反応器壁の冷却と平衡させて反応器壁（１５）上に保護固化スラグ層（１６）を形成するように構成されていることを特徴とする、［１４］〜［１７］のいずれかの装置。
［１９］
プラズマトーチシステム（２８）が、３０００℃より高く、好ましくは４０００℃より高い温度の高温ガスを生成させることができることを特徴とする、［１４］〜［１８］のいずれかの装置。
［２０］
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、材料（２２）を溶融するのに必要なエネルギーを供給するようにプラズマトーチシステム（２８）を運転するように構成されていることを特徴とする、［１４］〜［１９］のいずれかの装置。
［２１］
高温ガスの酸素ポテンシャルを調節するために高温ガス噴射装置中に炭素又は炭化水素を加えるように構成されている導入手段（１７）を特徴とする、［１４］〜［２０］のいずれかの装置。
［２２］
スラグの酸素ポテンシャルを調節するためにスラグ中に炭素及び／又は炭化水素を加えるように構成されている導入手段を特徴とする、［１４］〜［２０］のいずれかの装置。
［２３］
導入手段（１７）が、酸素ポテンシャルを１０−４〜１０−１４気圧の範囲内に調節するように構成されていることを特徴とする、［２１］又は［２２］の装置。
［２４］
導入手段（１７）が、スラグ中の金属化合物を選択的に還元するように溶融スラグ（２４）における酸素ポテンシャルを調節するように構成されていることを特徴とする、［２１］〜［２３］のいずれかの装置。
［２５］
スラグがイオウ又はイオウ化合物を含むこと；
導入手段（１７）が、イオウが酸化されるのを阻止するようにスラグにおける酸素ポテンシャルを調節し、スラグ中の金属化合物を溶融マット相中に回収するように構成されていること；及び
溶融マット相のための出口を更に含むこと；
を特徴とする、［２１］〜［２４］のいずれかの装置。
［２６］
加熱装置（２０）の制御装置（２３）が、溶融スラグ（２４）を還元するのに必要なエネルギーを供給するようにプラズマトーチシステム（２８）を運転するように構成されていることを特徴とする、［１２］〜［２５］のいずれかの装置。
［２７］
加熱炉（１０）が連続プロセスを実施するように構成されていることを特徴とする、［１２］〜［２６］のいずれかの装置。
【図１】
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【図２】
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