[发明专利]回收贵金属的等离子体方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般性涉及提炼冶金领域，更具体涉及关于回收铂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。

背景技术

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铂族金属。虽然铂族金属发现为天然矿石例如砷铂矿(二砷化铂)，但是这些金属也可以通过回收含铂族金属的废物来获得。铂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，并已应用于铂族金属的回收。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铂族金属的方法，其中利用5000℃～10000℃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。其中提及铂族金属的小“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。

发明内容

在第一方面，本发明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；

(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，本发明提供一种通过本发明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，本发明提供一种用于实施本发明的连续方法的设备，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。