从粉状废料中回收铂族金属 |
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申请号 | CN201080009999.6 | 申请日 | 2010-03-25 | 公开(公告)号 | CN102341512A | 公开(公告)日 | 2012-02-01 |
申请人 | 伯明翰大学; | 发明人 | 安吉拉·珍妮特·默里; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及用于增加在城市 肥料 中铂族金属浓度的方法。该方法包括获得城市肥料颗粒;通过选择粒径在限定粒径范围内的城市废料而筛分城市废料的颗粒;以及采用至少一种物理或化学方法加工选择的颗粒以增加铂族金属的浓度到至少5ppm。本发明还涉及一种用于增加在颗粒城市废料中铂族金属浓度的设备。该设备包括:干燥装置(4)、颗粒尺寸筛分装置(5);以及一种或多种通过物理和/或化学方法来影响颗粒城市废料中铂族金属浓度的加工装置,特别是磁 力 分离装置(7)和 泡沫 浮选池(9)。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于提高在城市废料中铂族金属浓度的方法,其包括:获得城市废料的颗粒; |
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说明书全文 | 从粉状废料中回收铂族金属[0001] 本发明涉及从废料中回收金属,以及更具体地从松散城市废料如路边粉尘中回收铂族金属。 [0002] 催化转化器广泛用于内燃发动机以减少在排出气体中有害污染物的释放。催化转化器一般包括涂有修补基面涂层的陶瓷蜂窝载体。修补基面涂层常常是二氧化硅和氧化铝的混合物,其增加了转化器的表面积。催化剂本身通常是贵金属如铂、钯或铑或其混合物,将其在将涂层施加到陶瓷载体之前结合到修补基面涂层中。铂、钯和铑总称为铂族金属(PGMs)。 [0003] PGM是高价值的稀有自然资源。PGM的初级生产(即采矿)集中在三个国家,且与相当负面的环境影响相联系。例如,将开采超过十吨的矿石以生产每盎司的纯铂。 [0004] 已经提出了用于从废品特别是从催化转化器中回收PGM的方法。US 4,428768共开广一种从催化转化器中回收PGM的方法,其中将带有修补基面涂层和PGM的颗粒陶瓷材料与一种或多种焊剂以及颗粒铁收集剂材料混合。将混合物在高强度等离子电弧炉中加热以产生熔融的金属相和熔融炉渣相。将两个相分离以及将PGM从熔融的金属相分离。US4,870 655公开了用于从废料中回收贵金属的电弧炉和炉膛设备。 [0005] 然而,已经发现由于使用期间PGM的消耗,催化转化器的回收仅回收了小百分比的初始PGM含量,一般20-30%。在使用期间,催化转化器是物理上受力的。这导致PGM释放入尾气流中并作为粉尘沉积在路边。最终在催化剂中PGM的数量减少到催化转化器失效的水平,必须替换。 [0006] 测试表明在路边粉尘中PGM的浓度在一百万分之一份(ppm)重量级,其太低而不能通过目前的方法经济地回收,如公开在US 4,428 768和US 4,870 655中的方法。路边粉尘由地方管理扫走并在垃圾填埋地点沉积。据估计在英国每年有大约£6400万的PGM(基于2008年5月的价格)损失在垃圾掩埋。 [0007] 本发明的目标是提供一种提高城市废料如路边粉尘至通过已知方法PGM能经济地回收的浓度。 [0008] 根据本发明的第一方面,提供了用于提高在城市废料中铂族金属浓度的方法,其包括: [0009] 获得城市废料的颗粒; [0010] 由粒径筛分城市废料的颗粒; [0011] 选择在限定粒径范围内的城市废料颗粒;以及 [0012] 采用至少一种物理或化学方法加工选择的颗粒从而提高铂族金属的浓度到至少5ppm。 [0013] 如此处所用的“城市废料”包括可能含有低浓度铂族金属的所有形式的松散废料。实例包括焚烧炉灰、工业废料和道路粉尘。优选将该方法用于道路粉尘。术语道路粉尘包括来自所有部分的道路以及路边的扫集物以及沟渠扫集物以及在排水沟和排水系统中收集的废料。 [0014] 优选,该方法产生至少10ppm的铂族金属浓度,更优选20ppm以及最优选40ppm。 [0015] 优选将城市废料的颗粒在筛分之前例如通过加热干燥。 [0016] 优选筛分包括筛选城市废料的颗粒。 [0018] 优选限定粒径范围是50μm到300μm,更优选100μm到275μm以及最优选125μm到250μm。与修补基面涂层粒子的缔合决定了与PGM最有关的粒径范围。 [0019] 可将粒径选择过的颗粒通过以下物理方法的任一中或组合来加工: [0020] (i)磁力分离, [0021] (ii)静电分离(例如高压分离),以及 [0022] (iii)重力选矿(例如Falcon选矿)。 [0023] 优选磁力分离。磁力分离方法的实例包括(高强度)诱导翻滚磁力分离(induced roll magnetic separation)、湿式磁选、盘式分离以及稀土翻滚分离,优选诱导翻滚磁力分离。便利地,磁力分离在100到300μm的粒径范围的颗粒上效果最好。PGM颗粒是纳-或微-颗粒以及这些粒径在磁力分离时效果不好,因此与修补基面涂层颗粒相缔合使得PGM在它们能有效分离的粒径范围。 [0024] 粒径选择的颗粒可通过泡沫浮选的化学方法进一步加工。使得PGM疏水的操作没能回收足够的PGM,正是由于这样的失效使得发明人认识到PGM与修补基面涂层缔合,该方法的所有部分均更好地优化来解释了该令人惊讶的发现。因此,选择用于泡沫浮选的化学试剂使得修补基面涂层材料疏水而不是使得PGM疏水。 [0025] 在本发明的优选具体实施方案中,对粒径选择的颗粒进行磁力分离,接着是重力选矿和泡沫浮选中的至少一种。 [0026] 将理解的是该方法包括相同的物理或化学方法的多次重复,其任选与至少一种其他物理或化学方法交替。 [0027] 根据本发明的第二方面,提供了用于提高在颗粒城市废料中铂族金属浓度的方法,其包括粒径筛选装置;以及一种或多种通过物理和/或化学方法来进行颗粒状废料铂族金属浓缩的加工装置。 [0028] 优选,该设备还包括设置来在颗粒城市废料通过筛分装置之前干燥它的干燥装置。 [0029] 在那些具体实施方案中,提供了结合干燥装置、设备如传送带以将干燥的颗粒传送到粒径筛选装置。 [0030] 取决于原料的性质,对于该设备包括进一步的筛,设置来在颗粒状废料通过粒径筛选装置之前将松散废料从颗粒状废料中分离。在一些具体实施方案中,该功能可由粒径筛选装置进行。 [0031] 优选粒径筛分装置包括具有自上而下筛眼尺寸变小的垂直一叠筛子、摇动筛子的装置和收集由筛子收集的颗粒部分的装置。 [0032] 该加工装置可以是适于进行描述在上文与本发明的方法的任一方法的一种。在优选的具体实施方案系列,该加工装置是包括高强度诱导翻滚磁力分离器的磁力分离装置。在高度优选的具体实施方案中,提供泡沫浮选池形式的第二加工装置以接收由磁力分离装置浓缩的材料。 [0033] 可以将设备以任何规模构造,因此可以是可移动的或静止装置。可以涉及该装置以使得以分批方式或连续(优选)方式操作。 [0035] 图1是显示根据本发明的第一方面的方法的流程图;和 [0036] 图2是说明根据本发明第二方面的设备的示意图。 [0037] 图1大致显示了本发明方法的优选具体实施方案。该方法的第一阶段是收集城市废料如路边粉尘(A)。下一阶段是干燥以从粉尘中除去水分(B)。干燥时间将取决于许多因素,包括烘箱的类型、尘粒的表面积对体积比例以及粉尘的水分含量。干燥步骤使得后续加工步骤更加有效,可在示于干燥散装颗粒材料的任何已知加热装置中进行。干燥步骤可以是分批工艺或可作为在输送系统上的连续工艺进行。 [0038] 在干燥之后,将粉尘根据粒径筛分(C)。不同尺寸的颗粒分为不同的部分。路边粉尘样品的分析已经表明PGM的浓度在粒径范围之间变化。选定用于进一步加工的优选粒径范围是那些在125和250μm之间的。不在该粒径范围的颗粒抛弃,因为对于PGM经济地回收而言当前PGM浓度太低。然而,选定用于进一步加工的粒径范围可随PGM数值而波动。 [0039] 在粒径筛分之后,使选定的粒径范围通过磁力分离阶段(D)。在优选的具体实施方案中,磁力分离加工是干燥高强度诱导翻滚磁力分离,尽管可使用替代的磁力分离加工,包括但不限于湿式强磁选、盘式分离(disc separation)和稀土翻滚分离(rare earth roll separation)。 [0040] 磁力分离阶段的产物进一步地通过泡沫浮选(E)加工以提高PGM的浓度至适于通过已知的熔融操作来加工的水平,如通常应用于加工原生矿的那些。将理解的是可对该材料进行多次重复的泡沫浮选。尽管泡沫浮选是优选的方法,可采用其他物理或化学方法以提高在粉尘中的PGM浓度。替代的方法的一个实例是falcon选矿(falcon concentration)。然后可将PGM富集的材料进行附加的干燥步骤(未显示),因为干燥的材料用于熔融加工是优选的。 [0041] 图2显示了PGM回收设备1的优选具体实施方案,其包括干燥装置4、筛分装置5、磁力分离装置7和泡沫浮选池9。将松散的城市废料输送到储料斗2,从它将废料通过手动或自动装置3进料到干燥装置4。干燥装置4可以连续方式运行,在这种情况下废料在传送带(未显示)上通过干燥装置4。还可以将传送带用于将干燥的材料从干燥装置4输送到筛分装置5。 [0042] 筛分装置5包括安装在振动震荡器(未显示)上的一叠不同筛目的筛子(未显示)。设置筛子将减小粒径的颗粒朝该叠筛子向下通过。筛分装置从太粗或太细的材料分离在要求的粒径范围内的颗粒。将粗糙材料(堆积在该叠筛子的顶部)和细小的材料(朝着下端或通过该叠筛子)收集在合适的容器6中以除去。可将粗糙和细小的废料一起或分开收集。 [0043] 在要求的125到250μm粒径范围的颗粒从筛分装置5收集并通过到磁力分离装置7,在这种情况下是高强度诱导翻滚磁力分离器,尽管可使用其他磁力分离装置。将非磁性材料收集在用于废弃或回收的合适的容器8中。 [0044] 将磁性材料收集并输送到泡沫浮选池9。将废料收集在用于废弃或回收的合适的容器10中。将PGM富集的漂浮物收集在容器11中用于传送到用于回收PGM的熔炼装置(未显示)。可将附加的干燥装置(未显示)加如PGM回收设备1用于干燥由泡沫浮选池9回收的PGM富集漂浮物,因为干燥的材料对于熔炼加工是优选的。可将材料在设备1的不同装置之间通过手动或自动的方式传送。废料储存容器6、8、10可以是单独的装置(如所示),或者它们可以是单个装置,往该装置将所有的废料传送以废弃。 [0045] PGM回收设备1可以是在指定的位置或建筑物内的静止的室内装置,或者其可以是移动到废料收集点的可移动的装置。可将静止的装置与熔炼装置连接以至于PGM回收设备的产物可容易地直接传送到熔融加工。 [0046] 实施例1 [0047] 将20kg的路边粉尘的样品在封闭的炉中在没有风扇辅助空气环流的的情况下在80℃下干燥4小时。将干燥的粉尘筛分,以及通过干燥高强度诱导翻滚磁力分离选择在125和250μm之间的颗粒用于进一步加工。磁力分离器的设置如下: [0048] 低磁力设置=0.05T [0049] 中等磁力设置=0.2T [0050] 高磁力设置=1.4T [0051] 表1显示了在由高磁力设置分离后选定粒径部分的PGM的浓度,在表2中对于125-250μm颗粒的初始浓度用于对比。 [0052] 表1 [0053]粒径 Pt(ppb) Pd(ppb) Rh(ppb) 总计(ppb) >212μm 1090 1720 227 3037 >180μm 2500 2080 260 4840 >150μm 1040 1620 291 2951 >125μm 685 1230 213 2128 [0054] [0055] 表2 [0056]Pt ppb Pd ppb Rh ppb 总计 组成 472 729 108 1309 |