KR101367834B1

KR101367834B1 - 무기성 바인더를 이용한 니켈 광석 환원 더스트용 제립 바인더의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 바인더

Info

Publication number: KR101367834B1
Application number: KR1020130030855A
Authority: KR
Inventors: 이준창; 오성택; 신동익
Original assignee: 주식회사 제철세라믹
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-02-28

Abstract

본 발명은 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기성 바인더를 이용한 니켈 광석 환원 더스트용 제립 바인더의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 바인더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 니켈 건식 또는 습식 제련에서 생성되는 니켈 더스트(dust)와 시드 광석(Seed Ore)으로 이루어지는 더스트 원료를 준비하는 단계; 및 상기 더스트 원료에 무기질 결합제와 열간 강도 유지제를 포함하는 분말 바인더를 배합하고 제립하는 단계;를 포함하는 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법 및 상기의 방법에 의해 제조된 더스트를 성형한 바인더에 관한 것이다. 본 발명의 더스트를 이용한 바인더의 제조방법은 성형 초기 결합력 향상, 양생 후 강도 증진, 예비처리 환원로에서의 재분화 방지 등으로 생산성 증진, 원가절감이 기대되는 무기성 결합제를 이용한 환원분말 또는 수산화니켈 분말의 고화제를 제조하는 효과가 있다.

Description

무기성 바인더를 이용한 니켈 광석 환원 더스트용 제립 바인더의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 바인더{Production Method of Granulating Binder for Nickel Ore Reduction Dust and Binder Produced by This Method}

본 발명은 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기성 바인더를 이용한 니켈 광석 환원 더스트용 제립 바인더의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 바인더에 관한 것이다.

니켈 제련 공정은 크게 습식, 건식으로 구분할 수 있다.

습식 제련 방법은 니켈(Ni) 함유 촉매 및 부산물 이용 산 처리 후 슬러지 생성 → 압착식 여과(Filter Pressing) → 건조→ 수산화니켈 분말 → 성형공정을 거쳐 수산화니켈(Ni(OH)₂) 괴광을 1차 제품으로 생성 후 용해로에 투입 고품위 니켈을 제조하는 방법이다.

건식제련 방법은 고품위 원료를 사용하는 것이 아닌 저품위의 리모나이트(limonite)광(2~2.5%)을 노천에서 채굴 후(Soil + Gravel 혼재) 입도 분리 과정을 거쳐 광석을 건조 → 환원 → 전기로 과정을 거치며 고품위 Fe-Ni로 생산한다. 하지만 니켈광의 건식처리의 예비환원 단계인 Rotary 방식의 환원로에서 환원제인 카본(Carbon)을 원료와 혼합 후 구간대별 열원과 카본에 의해 환원이 진행되지만, 카본과 함께 투입된 광석은 이동 중에 분화가 발생, 다량의 분진이 발생된다. 이 결과 집진기에 엄청난 부하와 함께 노내 온도의 저하를 가져와 환원로의 열원제를 과량 투입하게 이르렀다.

또한 발생되는 환원 더스트(dust)는 기존의 니켈 원광과 품위가 유사하여 재활용이 필요하지만 분말상으로 사용이 어려우므로 펠렛(pellet), Brick, 압출(extrusion molding)의 방법으로 성형 후 전기로에 투입할 수 있다.

종래에 시행되고 있는 기술로는 니켈 광석을 건조 및 예비처리 환원과정 중 발생되는 더스트를 5 ㎜ 이하의 니켈 광석(시드 광석 : Seed Ore) 15%에 혼합하여 물로 제립, 10~15 ㎜의 제품이 제조하고, 이를 예비환원처리 Kiln에 재투입을 하거나, 또는 대한민국 특허청 공개특허공보 10-2007-0113771에서 제시한 처리법은 산세 처리된 수산화 니켈 건조 분말 100 중량부에 오스테나이트계 스테인레스 스케일 10 ~ 100 중량부로 혼합 시멘트 바인더 10~20 중량부로 성형하는 방법으로 시멘트와 오스테나이트계 스테인레스 스케일과 혼합 후 시멘트로 제립 또는 기타 성형함으로써 강도 증진과 함수율 저감을 유도하였다.

하지만 상기된 방법들로 제조된 성형품은 예비처리 환원로(400~1200℃)가 가지는 고온 환경에서는 투입된 물량의 90% 이상이 형체도 없이 사라지는 심각한 분화 현상이 발생되고 있는 실정이다.

이는 원료로 사용되는 니켈 광석이 노천에서 채굴된 풍화암으로 열에 약하여 쉽게 분화되어, 다량의 분진으로 발생되기 때문이다. 이 때문에 고온이 유지되어야 할 예비 환원로에서 대류복사 또는 직접복사 등의 열이 차단되므로, 환원로의 온도가 저하된다.

환원로에 온도 저하는 니켈이 포함된 원료의 환원율이 저조해지기 때문에 이를 회복하기 위하여 열원제(카본 또는 Oil)를 보충하게 되는 과정이 반복되고, 결국 환원에 필요한 양 보다 더 많은 연료가 투입하는 과정이 반복하고 있다.

이로 인해 에너지 원단위는 상승되고, 각종 환경시설의 부하가 증가 되는 등, 필연적인 악순환의 고리가 연결되어 순환되고 있다.

이에, 본 발명자들은 니켈 광석을 건조 및 소결 환원 공정에서 발생되는 니켈광 환원 더스트류를 각고의 노력을 경주한 결과, 무기계 고화제와 유, 무기계 액상 고화제를 활용하여 15 ㎜ 내외의 제품으로 제립하고, 야드에 적재한 후, 2~3일 동안 양생하여 50 ㎏/p 이상의 강도에 도달하는 제품을 제조하였고, 예비처리 환원로에 투입시 제품의 분화되지 않는 제품을 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 건식제련법에서 Ferro-Nickal 제조시 사용되는 원광을 예비 환원 처리하는 과정에서 발생되는 니켈광석 더스트와 습식 제련법 중 산 침출법으로 추출한 수산화니켈 화합물에 바인더를 투입하여, 무기성 결합제를 이용한 환원분말 또는 수산화니켈 분말의 고화제 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 니켈 건식 또는 습식 제련에서 생성되는 니켈 더스트(dust)와 시드 광석(Seed Ore)으로 이루어지는 더스트 원료를 준비하는 단계; 및 2) 상기 더스트 원료에 무기질 결합제와 열간 강도 유지제를 포함하는 분말 바인더를 배합하고 제립하는 단계;를 포함하는 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 더스트를 성형한 바인더를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 1) 니켈 건식 또는 습식 제련에서 생성되는 니켈 더스트(dust)와 시드 광석(Seed Ore)으로 이루어지는 더스트 원료를 준비하는 단계; 및 2) 상기 더스트 원료에 무기질 결합제와 열간 강도 유지제를 포함하는 분말 바인더를 배합하고 제립하는 단계;를 포함하는 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법을 제공한다.

상기 시드 광석(Seed Ore)은 원광석의 5 ㎜ 이하의 입자를 나타낸다.

본 발명은 Ferro-Nickal 제조시 사용되는 원광을 예비 환원 처리하는 과정에서 발생되는 니켈 더스트와 수분이 함유된 원광의 건조시 발생되는 건조 더스트 분말과 혼재되어 있는 시드 광석 등을 Kiln 더스트 (100~65 중량부) : 건조 니켈 광석 더스트 (3~5 중량부) : Seed Ore (3~10 중량부)을 혼합한 원료 100 중량부에 무기 바인더 5~45 중량부로 투입하고 액상 바인더는 투입된 무기 바인더 대비 0.02~5% 투입 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명은 보다 구체화 하면 "시멘트 계열" 바인더와 탄산염계 바인더를 초기강도 증진제로 원료에 투입하고, 열간에 분화를 방지하는 액상 동시에 사용함으로써 열충격으로 분화하는 성형품을 안정화 시키는 효과가 매우 우수하다.

또한 반응 중에 발생되는 수화열은 내부의 수분을 외부로 쉽게 방출시키고, 경화가 진행되면서 시멘트 수화반응상 수분은 결정수 형태로 전환되므로, 수분의 저감이 매우 효과적으로 이루어졌고 환원로에 투입에 필요한 최소한의 수분 15% 이내로 저감됨을 확인할 수 있다.

본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 무기질 결합제는 시멘트 계열의 광물 및 Ca(OH)₂, CaO, 벤토나이트(Bentonite), 제지회 및 탈황 더스트로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하고, 이때, 상기 시멘트 계열은 1종, 3종, 중용열, 초조강, 알루미나 시멘트 및 C2S, C3S와 C4AF로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 열간강도 유지제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 중탄산나트륨, 탄산나트륨 및 탄산칼륨으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 2) 단계의 분말 바인더에 촉진제와 표면 개질제(Surfactant)를 포함하는 액상 바인더를 추가로 배합하는 것이 바람직하고, 이때, 상기 액상 바인더 중 촉진제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨 및 실리카졸로 이루어지는 군중에서 선택된 1종 이상인 것이 보다 바람직하며, 또한, 상기 액상 바인더 중 표면개질제는 T.E.A (Triethanolamine) 또는 T.I.P.A (Triisopropanolamine)을 단독 또는 혼용한 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 니켈 더스트는 습윤 상태의 니켈 광석의 건조 중에 발생되는 건조 분말 더스트, 환원 공정시 발생되는 환원공정 더스트, 원광의 Under 분말, 이송중 발생되는 더스트 분말 및 집진기에 포집되는 더스트, 습식공정에 추출된 니켈 슬러지를 건조하여 제조되는 니켈분말 및 집진기에서 포집되는 더스트로 구성되는 군중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하고, 또한 상기 더스트 원료는 니켈 건식 제련법 예비처리 환원로 더스트 50~80 중량부, 니켈광석 건조 더스트 3~10 중량부 및 시드 광석 1~20 중량부인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 분말 바인더는 더스트 원료 100 중량부에 대하여 5~45 중량부이고, 상기 액상 바인더는 분말 바인더의 중량의 0.02~5 중량%를 투입하는 것이 바람직하며, 이때 상기 표면 개질제는 액상 바인더의 1~8 중량%인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 제립은 디스크 펠렛타이저(Disk Pelletizer)를 이용하여 10~35 ㎜로 제립하는 것이 바람직하고, 이때 상기 제립은 상온 3일 강도가 40~70 ㎏/p로 발현되며 열간 투입(1100℃)시 분화되지 않는 강도 40 ㎏/p가 유지되는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 더스트를 성형한 바인더에 있어서, 상기 바인더는 Brick, Briqutting, Pellet 및 Extrution로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상의 제품인 것이 바람직하고, 상기 바인더는 수분율이 10% 이내인 것이 바람직하다.

본 발명은 분말 바인더로 C2S, C3S, C4AF 등의 시멘트(Cement) 계열의 광물 구조를 가진 모든 시멘트 계열(1종, 3종, 중용열, 초조강, 알루미나시멘트)와 Ca(OH)₂, CaO, Bentonite, 제지회, 탈황 더스트 등을 기초 소재로 하고, 열간 강도 유지제로 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨으로 이루어지는 군중에서 단독 또는 둘 이상 혼용 사용이 가능하다.

본 발명은 액상 바인더로 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 실리카졸 등의 촉진제와 소수성 물질을 친수성으로 전환 시키는 표면 개질제((Surfactant) -T.E.A (Triethanolamine), T.I.P.A (Triisopropanolamine)) 등을 혼용한 액상 결합제로 단독 또는 두 개 이상 혼합이 가능하다.

액상 바인더에 첨가되는 표면개질제(Surfactant)는 T.E.A(Triethanola mine), T.I.P.A(Triisopropanolamine)으로써 소수성의 소성 환원분말의 표면을 친수성으로 개질화시키는 표면 개질재로써 바인더의 강도 촉진을 유도하는 기능과 더불어, 물의 마찰 저항을 낮추어 골고루 분포되게 하는 분산성이 향상되게 하는 물성으로 인해 성형성이 증대되는 특징을 지닌다.

액상 표면개질재의 그 사용범위는 액상바인더 100 중량부에 표면개질제 1~8 중량부로 제조하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 분말, 액상 바인더 이용시 상온강도 40~70 ㎏/p, 열간강도 40 ㎏/p 유지가 가능하다.

현재 경화 메커니즘 중 시멘트의 반응식으로 본 발명의 바인더에는 4종의 복합적인 반응 중 C3S와 C2S의 반응을 극대화시키기 위하여 상기 구성의 액상, 분상 촉진제를 투입하였고, 그 결과 3일이내 조기의 강도 발현 및 열간 강도의 발현이 가능한 바인더를 임을 확인할 수 있었다.

기본 반응메커니즘은 일반적인 시멘트 경화 반응내에 포함되어있으므로 반응식을 정리하면 다음과 같다.

1) C3S의 반응

규산칼슘은 물과 혼합시 가수분해를 일으켜 규산칼슘 수화물과 수산화칼슘을 생성한다. 수화가 완전히 일어나면 대개 C₃S₂H₃와 같은 수화물이 생성되고 반응식은 하기와 같다

2(3CaOㆍSiO₂) + 6H₂O→ 3CaOㆍ2SiO₂ㆍ3H₂O (C₃S₂H₃) + 3Ca(OH)₂

2) C2S의 반응

C2S의 반응은 상기 C3S와 비슷하며 수화는 C3S보다 늦은 것이 특징이며 반응식은 하기와 같다.

2(2CaOㆍSiO₂) + 4H₂O ---> 3CaOㆍ2SiO₂ㆍ3H₂O (C₃S₂H₃) + Ca(OH)₂

C3S와 C2S의 수화물은 특정한 조성이나 구조를 의미하지 않는 규산칼슘수화물(Calcium Silicate Hydrate; CHS)이라는 일반적인 호칭을 사용한다.

3) C3A의 반응

3CaOㆍAl₂O₃ + 3(CaSO₄ㆍ2H₂O) + 26H₂O → 3CaOㆍAl₂O₃ㆍ3CaSO₄ㆍ32H₂O (ettringite)

시멘트에서 C3A의 반응은 석고가 동시에 존재하기 때문에 C3A는 석고와 반응하여 에트링가이트(ettringite: 3CaOㆍAl₂O₃ㆍ3CaSO₄ㆍ32H₂O)가 생성된다. 황산 이온이 충분히 존재하면 상기 에트링가이트의 생성은 계속되고 황산이온이 제거되고 나면 모노설페이트(monosulphate: 3CaOㆍAl₂O₃ㆍCaSO₄ㆍ12H₂O)로 변환되거나 또는 C4ASH12와 C4AH13의육면체의 고용체로 변환되지만 어느 한계에 달하면 나머지 C3A는 수화하여 C4AH19를 생성한다.

하지만 온도에 따라 C4AH19는 C3AH6로 변하므로 C3A의 최종생성물은 안정된 수화물인 C3AH6라 생각할 수 있으며 그 반응식은 다음과 같다.

3CaOㆍAl₂O₃ + 6H₂O→ 3CaOㆍAl₂O₃ㆍ6H₂O (C3AH6)

4) C4AF의 반응

C4AF는 석고 및 Ca(OH)₂와 반응하여 고황산형 설퍼알루미네이트와 설퍼페라이드로 이루어지는 고용체를 생성하는데 에트링가이트에서 일어났던 것과 비슷하게 황산 이온이 소비되면 고용체는 저황산형 알루미노페라이트 (3CaO(Al₂O₃, Fe₂O₃)ㆍCaSO₄ㆍaq) 또는 수산 이온이 황산 이온을 치환한 3CaO(Al₂O₃, Fe₂O₃)ㆍCa(SO₄ㆍ(OH)₂)ㆍaq 로 변환한다.

반응식은 다음과 같다.

4CaOㆍAl₂O₃ㆍFe₂O₃ + CaSO₄ㆍ2H₂O + Ca(OH)₂ → 3CaO(Al₂O₃, Fe₂O₃)ㆍ3CaSO₄ㆍaq

상기 반응식은 일반적인 반응식이지만 이미 언급한 바인더를 투입시 극초기에 강도 발현을 나타나 3일에 약 75%, 7일에 약 85%, 3개월에 약 90% 이상의 강도를 발현되는 것을 확인 할 수 있었다. 하기 표 1은 시멘트 강도 ISO 610시멘트 몰탈 시험 결과를 나타낸 것이다.

종래(㎏/cm²)			Alec(㎏/cm²)
3일	7일	90일	3일	7일	90일
116	187	315	155	220	350

이러한 반응을 통하여 C-H-S Gel의 형성을 통한 체적증가 발생, 시멘트의 포로시티 감소로 인한 결과로써 대상물의 혼합된 원료는 성형 후 양생 과정에서 초기 강도가 급격하게 증진될 수 있는 조건을 갖추게 된다.

성형된 제품을 야외 야적장 또는 적절한 양생시설 내에 투입하게 되면 3일 이내에 50 ㎏/p 이상의 강도가 발현되며, 이를 열간(400~1200℃) 조건에 투입하면 제품은 열간 분화방지제에 의해 분화 없이 소결로 환원된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 더스트를 이용한 바인더의 제조방법은 성형 초기 결합력 향상, 양생 후 강도 증진, 예비처리 환원로에서의 재분화 방지 등으로 생산성 증진, 원가절감이 기대되는 무기성 결합제를 이용한 환원분말 또는 수산화니켈 분말의 고화제를 제조하는 효과가 있다.

도 1은 니켈 건식 제련에서 생성되는 니켈 더스트를 이용한 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조과정을 설명한 도식도이고,
도 2는 니켈 습식 제련에서 생성되는 니켈 더스트를 이용한 본 발명의 더스트를 성형한 바인더의 제조과정을 설명한 도식도이고,
도 3은 양생시간에 따른 펠렛(Pellet) 수분변화를 나타낸 그래프이고,
도 4는 양생시간에 따른 펠렛의 압축강도 변화를 나타낸 그래프이고,
도 5는 Kiln Discharge부 생존개수 (1200℃ 환원로 후단/10C m * 10C m * 10C분판 샘플 채취) 후 생존갯수 확인한 그래프이고(Non-Crack 제품 확인),
도 6은 Kiln 배출 후 생존 펠렛을 나타낸 사진(이때, 좌측은 공정 Dust 100%, 우측은 Alec)이고,
도 7은 Kiln 노내 온도를 나타낸 그래프이고,
도 8은 원단위 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다

<실시예 1> 더스트를 성형한 바인더의 제조 1

우선 니켈 건식 제련법 예비처리 환원로 Dust 50~80 중량부, 니켈광석 Dry Dust 3~10 중량부, Seed Ore 1~20 중량부를 원료로 준비하였다. 상기와 같이 준비된 원료 1000 g에 대하여 분말 바인더(Cement+열간 분화 방지제) 3~25 중량부가 되도록 시료를 배합하였다. 준비된 원료를 제립용 Disk Pelletizer에 투입 5~20 ㎜ 제립하였다. 제립된 시료는 1일, 3일 양생을 시행하였고 3일 양생 후 강도 증진 상황을 점검하였다. 상기 시료를 이용한 양생된 물질을 발명재 1로 명명하고, 상기 발명재 1을 종래에 시행되고 있는 공정 제품과 함께 비교하기 위하여, 하기 표 2에 기재하였다.

구분	바인더		상온 양생강도(㎏/p)		소결강도(㎏/p) 400℃ --> 1000℃ 30분 유지(평균)
구분	종류	투입량	1일	3일	소결강도(㎏/p) 400℃ --> 1000℃ 30분 유지(평균)
S-1	OPC	10	12	28.4	10.6
S-2	CSA	10	6	7	6.8
S-3	알루미나 시멘트 50	10	4	5.2	7.6
S-4	발명재 1	10	20	55	29.8
현장 실작업 Pellet		H2O	2.7		3.4

<실시예 2> 더스트를 성형한 바인더의 제조 2

니켈광석 예비환원 Kiln Dust 100 중량부에 특수시멘트로 사용되는 CSA(칼슘설포알루미네이트)와 Al-Cement 50 그리고 당사 발명 바인더를 하기와 같은 방법으로 비교 정리 하였다.

실험방법은 상기된 Disk형 Pelletizer로 제립을 시행하였으며, 양생은 상온과 항온 50℃로 두영역으로 나누어 실시하였으며, 양생간격은 1일, 4일로 시행하였다. Size는 10 ㎜ Under와 Over 별 강도 편차 값과, 4일 이후 열간 강도를 비교 정리하여 하기 표 3에 기재하였다.

구분	바인더	압축 강도 (㎏/P) 측정 평균값						열간 강도 (㎏/P) (400℃-1000℃)
		1 Day		평균	4 Day		평균	평균
S-1	CSA 10%	상온	10㎜ U	3.5	상온	10㎜ U	5.2	10.84
			10㎜ O	6.2		10㎜ O	9.6
		50℃ 항온	10㎜ U	4.6	50℃ 항온	10㎜ U	7.8	11.8
			10㎜ O	5.5		10㎜ O	8.3
		성형 즉시 강도 : 1 ㎏/p 미만
S-2	알루미나시멘트 50 10%	상온	10 ㎜ U	0.8	상온	10 ㎜ U	2.5	10.26
			10 ㎜ O	2.1		10 ㎜ O	3.4
		50℃ 항온	10 ㎜ U	0.9	50℃ 항온	10 ㎜ U	3.3	11.8
			10 ㎜ O	2		10 ㎜ O	4.5
		성형 즉시 강도 : 1 ㎏/p 미만
S-3	발명품 10%	상온	10 ㎜ U	16	상온	10 ㎜ U	18.3	63.22
			10 ㎜ O	24		10 ㎜ O	30.6
		50℃ 항온	10 ㎜ U	22.1	50℃ 항온	10 ㎜ U	27.8	45.32
			10 ㎜ O	34		10 ㎜ O	44.0
		성형 즉시 강도: 2.85 ㎏/p

상기 표 2, 3에서 나타난 바와 같이 기존에 일반적인 콘크리트 제품이나 포장공사에서 고강도를 발현시키던 시멘트를 니켈 관련 원료에 투입, 성형 후 10 ㎏/p 이내의 매우 미흡한 강도를 수준을 보여 주고 있다.

이는 기존에 특수 바인더 목적으로 사용되던 시멘트로는 중금속 함유 원료(특히 니켈, 크롬)에 강도 발현에는 별다른 도움을 주고 있지 못하다는 것을 알 수 있다.

또한 기존의 공개특허공보 10-2007-0113771에서 제시된 바인더를 습식공정에서 생산된 수산화 니켈 또는 건식공정의 환원 Dust 분말에 투입하면 강도 값의 발현이 미흡한 결과를 보였으며, 그 이유는 미분이면서 경량의 원료에 바인더를 투입하면 일반 시멘트의 수화생성물로는 입자간의 결착력이 떨어져 강도 발현이 어려워진다. 상기된 특허는 이를 보강하기 위하여, 오스테나이트계(300계)스케일을 투입하므로 원료의 비중이 증가되고 이는 총부피 대비 바인더량을 증가시키는 결과를 가져와 40 ㎏/p 이상의 강도 실현 할 수가 있는 조건을 갖추게 된다.

하지만 본 발명은 별도의 원료 부산물 추가 없이 시멘트와 액상 강도 촉진제 및 소량의 열간 강도 증진제만을 활용하여 성형이 용이하고 대량 생산이 가능한 조업이 가능하게 하는 방법을 각고의 노력 끝에 발견할 수 있었다.

< 실시예 3> 현장실험

먼저, Lab 측정결과를 하기 표 4에 기재하였다.

원료 조건	* Kiln Dust + H₂O 살수후 숙성 유도(W/T:17.06%) * 1 Batch Mixer 배합량 1 ton
구분	원료	Binder	함수율 변화(%)		압축강도(㎏/p)측정		비고
			원료	Disk 제립후	1일	3일
	Kiln Dust	10%	17.06%	19.46%	29.6	54.8	제립 즉시
					25.1	33.8	제립후 즉시 스크린
						46.2	2차 스크린
1일경과 - 측정값(㎏/p) : 26.9, 35.1, 27.3, 34.5, 24.1 3일경과(제립즉시) - 측정값(㎏/p) : 56,51.57,54,56 3일경과(제립후 스크린) - 측정값(㎏/p) : 41,38,33,29,28 8일경과(2차 스크린) - 측정값(㎏/p) : 34,47,43,36,38,33
열간 Test 강도 정리 (400℃ 투입 --> 1000℃, 30 min 유지)
구분	조건		함수율		압축강도(㎏/p) Disk 제립후
					1일
S-1	Disk 토즐 즉시		19.46%		23.8
S-2	Screen 통과조건		20.32%		22.84
1일경과 - 토출즉시 열간강도(㎏/P) : 27.4, 16.7, 28.4, 22.8 - Screen후 열간강도(㎏/P) : 27, 18.7, 13.3, 23.8, 31.4

또한, 양생시간에 따른 Pellet 수분변화를 하기 표 5에 기재하였다.

구분	생 pellet	1일 후	2일 후	3일 후	5일 후	9일 후
함수율	19.5%	17.3%	14.3%	12.1%	10.9%	2.6%

또한, 양생 시간에 따른 pellet 압축강도 변화를 하기 표 6에 기재하였다.

구분	생pellet	1일 후	2일 후	3일 후	5일 후
강도값(㎏/p)	3	24.8	38.6	41.7	50.5

또한, Kiln Discharge부 생존개수 (1200℃ 환원로 후단/10C m * 10C m * 10C분판 샘플 채취) 후 생존 갯수를 확인하여 하기 표 7에 기재하였다.

구분	공정Dust 100%	Seed Ore 30% 혼합(현조건)	Bantonite 10%	슬라그화합물	Alec
생존갯수	7	90	151	0	373

또한, Kiln 노내 온도를 살펴본 결과, 양생 Pellet 투입 80분 이후부터 Calcine이 670℃에서 900℃로 지속적으로 상승하였다. 아울러, Pellet 강도 향상에 의한 R/Kiln내에서의 분화율 감소로 인한 열전달 효율이 증가하였다.

또한, 원단위 변화를 살펴본 결과, 원료 투입의 증대에도 불구하고 Coal의 투입량을 그대로 유지가 가능함을 보여준다. 따라서 Coal의 원단위 절감과 에너지 비용의 절감을 기할 수 있었다. Coal의 투입이 초기에는 1Hr/110톤에서 시작해 120톤 까지 유지되고, 후반부에서는 110대 유지되는 반면, 원료투입은 반대로 130톤에서 134톤으로 증대함을 보여주어 경제적으로 유익함을 나타내었다.

이와 같이, 본 발명은 니켈 건, 습식 제조 공정에서 발생(제조)되는 더스트류를 이용한성형체 제조 방법은 원료 100 중량부에 분말바인더 5~45 중량부로 투입시키고, 액상바인더는 분말바인더 대비 0.02~5 중량부로 동시에 투입을 하고 믹싱-성형(Pellet, Briqutting, Brick /Size 10~35 ㎜) 후 일정 시간 양생 후 함수율이 10% 이내로 조절 후 환원로에 투입입 환원 시키는 니켈 건, 습식제조공정에서 발생(제조)되는 더스트류를 이용한 성형제용 바인더 제조방법 및 그바인더를 이용 제조된 제품으로서, 다양한 방법으로 성형을 할 수 있고 용도에 맞는 성형방법 중 Brick, Briqutting, Extrusion Molding, Pellet 등의 어느 것 하나를 선택하여 제조할 수 있으며, 상기 바인더로 혼합된 바인더로 제립된 제품은 상온 강도 및 열간강도 발현됨을 확인할 수 있었다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만. 본 발명은 이에 한정되지 않고 특허청구 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부자료 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims

1) 니켈 건식 또는 습식 제련에서 생성되는 니켈 더스트(dust)와 시드 광석(Seed Ore)으로 이루어지는 더스트 원료를 준비하는 단계; 및
2) 상기 더스트 원료에 무기질 결합제와 열간 강도 유지제를 포함하는 분말 바인더, 및 촉진제와 표면 개질제(Surfactant)를 포함하는 액상 바인더를 추가로 배합하고 제립하는 단계;를 포함하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 무기질 결합제는 시멘트 계열의 광물 및 Ca(OH)₂, CaO, 벤토나이트(Bentonite), 제지회 및 탈황 더스트로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 2항에 있어서, 상기 시멘트 계열은 1종, 3종, 중용열, 초조강, 알루미나 시멘트 및 C2S, C3S와 C4AF로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 열간강도 유지제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 중탄산나트륨, 탄산나트륨 및 탄산칼륨으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

삭제

제 1항에 있어서, 상기 액상 바인더 중 촉진제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 규산칼륨 및 실리카졸로 이루어지는 군중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 액상 바인더 중 표면개질제는 T.E.A (Triethanolamine) 또는 T.I.P.A (Triisopropanolamine)을 단독 또는 혼용한 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 니켈 더스트는 습윤 상태의 니켈 광석의 건조 중에 발생되는 건조 분말 더스트, 환원 공정시 발생되는 환원공정 더스트, 원광의 Under 분말, 이송중 발생되는 더스트 분말 및 집진기에 포집되는 더스트, 습식공정에 추출된 니켈 슬러지를 건조하여 제조되는 니켈분말 및 집진기에서 포집되는 더스트로 구성되는 군중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 더스트 원료는 니켈 건식 제련법 예비처리 환원로 더스트 50~80 중량부, 니켈광석 건조 더스트 3~10 중량부 및 시드 광석 1~20 중량부인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 분말 바인더는 더스트 원료 100 중량부에 대하여 5~45 중량부이고, 상기 액상 바인더는 분말 바인더의 중량의 0.02~5 중량%를 투입하는 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 7항에 있어서, 상기 표면 개질제는 액상 바인더의 1~8 중량%인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항에 있어서, 상기 제립은 디스크 펠렛타이저(Disk Pelletizer)를 이용하여 10~35 ㎜로 제립하는 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 12항에 있어서, 상기 제립은 상온 3일강도가 40~70 ㎏/p로 발현되며 열간 투입(1100℃)시 분화되지 않는 강도 40 ㎏/p가 유지되는 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체 제조 방법.

제 1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제 13항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 더스트의 성형체.

제 14항에 있어서, 상기 바인더는 Brick, Briqutting, Pellet 및 Extrution로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상의 제품인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체.

제 14항에 있어서, 상기 바인더는 수분율이 10% 이내인 것을 특징으로 하는 더스트의 성형체.