本公開涉及一種適合在靈活的氧化還原條件下熔煉和分離金屬的裝置。含氧氣體燃燒器已被用于火法冶金以熔煉復雜的冶金爐料。該技術(shù)非常適合于維持氧化條件，例如用于將硫化物進料轉(zhuǎn)化為金屬和so2的氧化條件。當需要溫和還原條件，例如用于還原容易還原的金屬如pgm或銅時，它也是有用的。然而，惰性較小的元素如鐵的還原遠遠超出含氧氣體燃燒器的可行范圍之外。當需要強還原條件時，燃燒器必須利用極貧混合物操作，基本上產(chǎn)生co，很少產(chǎn)生或不產(chǎn)生co2。燃燒器氣體的可用焓因此低得多，并且可能不足以補償熔爐的熱損失和/或提供足夠的熱量來驅(qū)動吸熱反應，例如金屬氧化物的還原。到燃燒器的流率可以增加，但這也增加了在集塵室中和在燃燒后裝置中要處理的氣體體積。另一方面，等離子體燃燒器適于在同樣利用極貧氣體混合物的情況下，在保持氣體流率相對低的同時產(chǎn)生極高的可用焓。然而，它們有自己的局限性，一個缺點是耗電，電在許多國家是相當昂貴的能源。另一個缺點與更高的磨耗和隨之而來的維護成本有關(guān)。冶金過程通常包括一系列氧化和還原步驟，有時穿插著相分離。在每個步驟中通常使用不同的熔爐，熔融或固化相在各熔爐之間轉(zhuǎn)移。然后將每個熔爐優(yōu)化以在特定范圍的氧化或還原條件下操作?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，單個裝置可以適當?shù)赝瑫r裝備含氧氣體燃燒器和等離子體燃燒器，只要兩種技術(shù)以兼容的方式實施即可。這確保了含氧氣體模式與等離子體模式之間的平滑過渡，而無需以任何方式重新配置所述裝置。事實上，如果需要的話，兩種模式可以同時運行，例如當需要非常高的能量輸入時。此外，熔浴可以保持在同一熔爐內(nèi)，這大大簡化了連續(xù)工藝步驟。為此，將焓通過至少2個浸沒式鼓風口，一個裝備有含氧氣體燃燒器，另一個裝備有等離子體燃燒器，以熱氣體形式直接引入熔浴中。當提供多于2個鼓風口時，燃燒器的類型可以根據(jù)所需的冶金進行混合和匹配。鼓風口應該優(yōu)選是短的，以造成最小的磨耗和磨損。這也確保了低的熱損失。它們可以水平安裝，在熔浴的水平面以下穿透熔爐壁。然后將燃燒器，無論是等離子體式的或含氧氣體燃燒式的，安置在熔爐外部的可浸沒(又名“浸沒式”)位置；它們需要被不斷地供給氣體以避免熔融物質(zhì)回流，從而造成嚴重損壞?？蛇x地，鼓風口可以以一定角度安裝，其仍然吹入熔浴中，但允許燃燒器駐留在熔浴水平面上方和熔爐外部。這種布局導致稍長的鼓風口，但確保了沒有熔融物質(zhì)能夠流回燃燒器中。雖然在大型熔爐中可能不太推薦這樣做，但是鼓風口也可以垂直放置。所述裝置就可以達到的氧化還原電位(po2)而言是特別通用的。含氧氣體燃燒器理想地有助于將補充氧氣引入熔體(通過施加富氧氣混合物)，而等離子體燃燒器理想地適用于引入補充還原劑(通過與等離子體氣體一起添加天然氣或者通過將其作為圍繞等離子體的屏蔽氣引入)。所述裝置特別適于處理由“城市礦山”中收集的再循環(huán)材料構(gòu)成的冶金爐料。這種進料眾所周知是非均質(zhì)的，并且需要實時過程控制來操縱熔浴溫度和還原。這就是雙重燃燒器熔爐的主要優(yōu)點，因為它為操作者提供了補充自由度：焓輸入確實可以獨立于氧化還原電位進行調(diào)制，這是單獨用含氧氣體燃燒器不可能實現(xiàn)的成就。單獨使用電等離子體解決了在還原條件下的焓輸入問題。然而，將過程操縱為精確的po2是困難的：噴射到熔浴中的氣體量低，結(jié)果是po2由爐料的廣泛分散特性所主導。這是在減輕操作費用的同時實現(xiàn)的，而這是僅用等離子體燃燒器難以實現(xiàn)的成就。需要允許更容易地將這兩個參數(shù)保持在控制之下的方法。為此，提出了一種用于熔煉冶金爐料的裝置，其包括容許含有高達確定水平面的熔融爐料的浴爐，其特征在于，該熔爐裝備有：至少一個非轉(zhuǎn)移等離子體焰炬，用于產(chǎn)生第一熱氣體；至少一個含氧氣體燃燒器，用于產(chǎn)生第二熱氣體；和浸沒式噴射器，用于在所述確定水平面以下噴射所述第一熱氣體和所述第二熱氣體。非轉(zhuǎn)移等離子體焰炬與其中電極通常由碳制成的轉(zhuǎn)移等離子體形成對比：碳電極具有固定還原條件的缺點，從而破壞了設備的通用性。浸沒式噴射器是指氣體源與位于熔浴水平面以下的噴射點之間的連接管或鼓風口，因此處于浸沒位置。這確保了氣體與熔融物質(zhì)之間的直接接觸。非轉(zhuǎn)移等離子體焰炬是指使用等離子體焰炬的熱氣體發(fā)生器，由此在焰炬單元內(nèi)部的電極之間保持電弧。氣體通過輸入口進入其中保持有電弧的流通室。氣體加熱到極端溫度，并通過輸出口以等離子體形式排出。含氧氣體燃燒器是指混合并燃燒含碳燃料和含氧氣體的熱氣體發(fā)生器?；旌蠀^(qū)在燃燒器單元的內(nèi)部，而燃燒區(qū)可以在單元的內(nèi)部或外部。此外，優(yōu)選具有位于所述確定水平面以下的至少一個燃燒器和至少一個焰炬。該設置實際上允許使用非常短的連接管，熱氣體發(fā)生器可安置在噴射點水平面處，在熔爐外部。然而，需要采取措施以避免發(fā)生器被熔融物質(zhì)溢流?？梢允褂猛ㄟ^噴射器的連續(xù)保護氣流。所設想的冶金要求通過等離子體焰炬和通過含氧氣體燃燒器以通用的方式提供焓。兩種系統(tǒng)應該能夠在不同的方法步驟中遞送所需的熱量。為此，含氧氣體燃燒器的以mj/s表示的總標稱焓與等離子體焰炬的以mj/s表示的總標稱焓的比率應該優(yōu)選為1:5至5:1。類似地，容許進料到含氧氣體燃燒器中的以nm3/s表示的總標稱氣體流率與容許進料到等離子體焰炬中的以nm3/s表示的總標稱氣體流率的比率應該優(yōu)選為1:10至10:1。“標稱”是指銘牌最大值。該熔爐應該具有相當高的高度與直徑的比率，以應對熔融物質(zhì)的比浸沒式氣體噴射更遠的劇烈濺射。假定熔爐具有直徑d的圓柱底部和高度h，則比率h/d應該優(yōu)選大于4。這種裝置對于冶金領(lǐng)域的許多不同的熔煉流程圖是有用的。在第一實施方式中，所述裝置可用于熔煉冶金爐料的方法中，所述方法包括以下步驟：將包括過渡金屬和造渣劑的冶金爐料進料到熔爐中；使用含氧氣體燃燒器作為主要焓源來熔煉所述爐料，從而形成包含所述過渡金屬的第一部分的合金和包含所述過渡金屬的第二部分的爐渣；使用等離子體焰炬作為主要焓源在強還原條件下處理所述爐渣，從而通過將所述過渡金屬的所述第二部分從所述爐渣轉(zhuǎn)移到所述合金而形成過渡金屬富集合金和過渡金屬貧化爐渣；以及通過出渣(tapping)分離所述合金與所述貧化爐渣。在第二實施方式中，所述裝置可用于熔煉冶金爐料的方法中，所述方法包括以下步驟：將包括過渡金屬和造渣劑的冶金爐料進料到熔爐中；使用含氧氣體燃燒器作為主要焓源來熔煉所述爐料，從而形成包含所述過渡金屬的第一部分的第一合金和包含所述過渡金屬的第二部分的爐渣；通過出渣分離所述第一合金，將所述爐渣留在所述熔爐中；使用等離子體焰炬作為主要焓源在強還原條件下處理所述爐渣，從而通過將所述過渡金屬的所述第二部分從所述爐渣轉(zhuǎn)移到第二合金而形成過渡金屬富集的所述第二合金和過渡金屬貧化爐渣；以及通過出渣分離所述第二合金與所述貧化爐渣。這兩個實施方式導致產(chǎn)生“清潔的”爐渣，即不含不希望的元素。揮發(fā)性元素如zn或cd可以通過煙化來提取；非揮發(fā)性元素如cu和co可以轉(zhuǎn)移到合金相。在這兩種情況下都需要合適的還原條件；就待實現(xiàn)的po2而言，這些是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。它們可以通過減少含氧氣體的流入或通過含碳物質(zhì)的流入而獲得?？梢酝ㄟ^分析相組成來驗證并且如果需要的話校正條件的適用性。這樣的分析可以在過程完成期間實時執(zhí)行。在第三實施方式中，所述裝置可用于熔煉冶金爐料的方法中，所述方法包括以下步驟：將包括過渡金屬和造渣劑的冶金爐料進料到熔爐中；使用等離子體焰炬作為主要焓源在強還原條件下熔煉所述爐料，從而形成包含過渡金屬的合金和過渡金屬貧化的第一爐渣；通過出渣分離所述第一爐渣，將所述合金留在所述熔爐中；使用含氧氣體燃燒器作為主要焓源來處理所述合金，從而通過將部分過渡金屬從所述合金轉(zhuǎn)移到第二爐渣而形成過渡金屬部分貧化的合金和過渡金屬富集的所述第二爐渣；以及通過出渣分離所述富集的合金與所述第二爐渣。第三實施方式描述了按照包括還原和隨后氧化的順序來使用裝置。最后的爐渣不是“清潔的”，但實際上可以作為進料的一部分再循環(huán)到所述方法的第一步驟。主要焓源是指所述來源提供了超過50％的供應到熔爐的總焓，所述總焓以mj表示。在上述方法中，優(yōu)選在將氣體吹入爐渣中的水平面處進行浸沒式噴射。然而，例如根據(jù)上述第三實施方式的合金處理步驟也可以通過將氣體噴射到合金中來進行。這種組合允許深度還原，足夠的焓輸入，并且即使在高度可變的進料的情況下也提供足夠的通用性來維持所需條件。實施例：在裝備有含氧氣體燃燒器和等離子體焰炬的熔爐中進行cu-ni-fe分離。將一批6噸的具有根據(jù)表1的組成的焙燒cu-ni-fe濃縮物在開放式浴爐中加工，以經(jīng)濟和有效的方式對cu和ni進行限價。所述浴爐一方面裝備有連接到浸沒式鼓風口的3mw非轉(zhuǎn)移等離子體焰炬，和1.5mw含氧氣體燃燒器位于其中的另一個浸沒式鼓風口。熔爐內(nèi)徑為1.5米，并且可用高度(底部至進料口)為7米。表1：進料的組成(重量％)cunifecaosio2al2o3mgo2.55223.8403.84在第一步驟中，用含氧氣體燃燒器在1200℃下施加溫和的還原條件，以還原濃縮物中存在的大部分cu，并將ni和fe收集在爐渣相中。在12小時的分批過程中，將上述濃縮物以0.5噸/小時的速率與作為助熔劑的0.1噸/小時的石灰石一起裝料。為了維持熔浴溫度為1200℃且適當λ為0.7的熔爐熱平衡，含氧氣體燃燒器將200nm3/h的天然氣和240nm3/h的氧氣噴射到熔浴中。12小時批次后，形成約160kg的第一合金，和5.8噸的含ni-fe爐渣。相應組成如表2和表3所示。表2：第一合金的組成(重量％)cunife941.84表3：爐渣的組成(重量％)cunifecaosio2al2o3mgo0.025522.515413.94.1排放出合金，關(guān)閉含氧氣體燃燒器，維持通過鼓風口的安全氮氣流，并且起動等離子體焰炬以將渣池加熱至1500℃以進行ni和fe回收。3小時批次后，獲得約1.6噸的fe-ni第二合金，和4.1噸清潔爐渣。相應組成如表4和表5所示。表4：第二合金的組成(重量％)cunife0.0918.581.4表5：清潔爐渣的組成(重量％)nifecaosio2al2o3mgo0.020.330585.55.8等離子體焰炬在具有700nm3/h空氣作為等離子體氣體和500nm3/h天然氣的強還原條件下操作，獲得噴射氣體的平均λ為0.3。在此過程中等離子體焰炬的電功率為2.3mw。為了保持液體爐渣，在爐渣清潔步驟中加入0.2噸/小時的石灰石。該實施例說明了根據(jù)待回收的不同金屬來使用兩種加熱技術(shù)。當前第1頁12