KR100227997B1 - 슬래그내 비철 산화 금속을 환원시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

비철 산화 금속을 포함하고 당해 비철 산화 금속으로 구성되는 액체금속 층상에 배치되고 당해 비철 금속으로 구성되는 액체 금속 층상에 배치된 액체 슬래그 또는 용융 염의 환원에서 탄소 환원제 및 산소 함유 기체는 노즐을 통해 금속 층으로 주입된다. 환원제의 기체화를 증진시키기 위해서 금속층의 높이는 환원제의 최소한 50%가 금속 층내의 Co 및 임의의 H2와 환원제가 슬래그 층으로 도입되기 전에 반응되도록 선택된다.

Description

슬래그내 비철 산화 금속을 환원시키는 방법
본 발명은 비철 산화 금속을 함유하고 당해 비철 금속으로 구성되는 액체 금속 층에 배치된 액체 슬래그(slag) 또는 용융 염을 환원시키는 방법에 관한 것인데, 이 공정에서 탄소 환원제 및 산소 함유 기체는 노즐을 통해 금속 층으로 주입된다.
비철 야금의 다수 열야금 방법은 비철 금속이 회수될 거라면 슬래그내에서 환원되어야 하는, 상단량의 비철 상화 금속을 가지는 슬래그의 형성을 포함한다. 환원을 효과적으로 하기 위해, 환원 물질은 슬래그 층으로 도입된다. 환원된 비철 금속은 액체 상태에 있을 것이고 고정되거나 또는 증발될 것이다. 환원제는 고체, 기체 또는 액체 탄소 물질로 구성되고 노즐 또는 랜스(lance)를 통해 슬래그 층으로 산소 함유 기체와 함께 주입된다. 고체 환원제는 미립 석탄 또는 코크스로 구성된다. 천연 기체는 기체 환원제로 주로 사용되고 연료 경유가 액체 환원제로 주로 사용된다. 환원제는 산소와 반응하여 CO 및 H2를 형성함으로써 환원이 수행된다.
미합중국 특허 제 4,266,971호 및 제 4, 895,595호에는 연장된 수평 반응기내의 황화물 광석으로부터 납을 직접 회수하는 QSL 공법이 기재되어 있는데, 여기에서 금속성 납 및 고(high)-PbO 슬래그 상은 산화 대역(oxidizing zone)내에서 생성된다. 환원 대역(reducing zone)에서, 고체, 액체 또는 기체 상태의 환원제 및 산소 함유 기체는 하부-분출-노즐을 통해 슬래그 상으로 주입된다. 그러므로 형성된 2차 납은 즉각 환원 대역으로 흘러가서 거기에서 1차 납과 결합된다.
미합중국 특허 제 3,663,207호에는 고(high)-ZnO 슬래그가 슬래그 대역으로 흐르는 연장된 수평 반응기내에서 납을 직접 회수하는 방법이 기재되었는데, 여기에서 천연 기체 또는 미립 석탄은 ZnO 및 잔류 PbO가 환원되고 휘발되도록 슬래그로 수평으로 정렬된 노즐을 통해 환원제로서 주입된다.
미합중국 특허 제 4,741,770호에는 아연을 주로 포함하고 납 및 구리도 포함되는 혼합 황화물 농축물을 처리하는 방법이 기재되었다. 산화 구리내에 풍부한 매트 상은 상화 대역내에 유지되고, 공급된 농축물은 주입 상소와 반응하여 슬래그를 형성하는데, 이는 ZnO 및 PbO를 포함한다. 석탄 및 산소는 수평 노즐을 통해 환원 대역내의 슬래그로 주입되어, 아연 및 납이 휘발된다.
미합중국 특허 제 4,362,561호에는 황화물 물질이 용융 사이크론내에서 용융 가능하고 연장된 반응기의 산화 대역에 배출되고 환원 기체가 환원 대역내의 랜스를 통해 슬래그로 취입되는 방법이 기재되었다. 그러한 목적을 위해, 예컨대, 프로판 및 산소가 사용된다.
미합중국 특허 제 3,832,163호에는 황화물 구리 광석이 연장된 반응기의 산화 대역내 용융 배쓰에 충전되고 공기 주입된 배쓰내에서 용융되고, 환원 기체가 수평 배열의 노즐 또는 랜스를 통해 환원 대역내의 슬래그에 주입되는 방법이 기재되었다.
미합중국 특허 제 3,892,559호에는 구리- 및 아연-함유 광석, 석탄 및 공기가 수평 노즐을 통해 연장된 반응기내의 슬래그 배쓰에 주입되는 방법을 공개하는데, 그 결과 액체 구리 마트(matte)는 출탕(tapping off)되고 아연은 휘발된다.
미합중국 특허 제 3,723,096호에는 철-함유 비철 금속 물질이 산화 조건하에 연장된 반응기내에서 용융 가능하고 비철 금속이 환원 대역내에서 환원되는 방법이 기재되었는데, 여기에서 수소 또는 석탄 같은 환원제는 슬래그 배쓰로 취입된다.
상기의 모든 방법에서, 산소 함유 기체와 함께 환원제는 슬래그 층으로 직접 주입되거나 또는 반응기 하부에 제공되고 가능한 한 얇은 금속 층을 통해 슬래그로 주입된다. 그러나 슬래그상의 환원제의 환원 작용은 많은 경우에 만족스럽지 못하여, 그 결과 환원제는 대량으로 사용되어야 하고 또한 작동을 어렵게 할 수도 있다.
액체 슬래그 또는 용융 염에 포함된 비철 산화 금속이 고도로 환원될 수 있는, 기술적으로는 단순하고 경제적인 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 환원제가 슬래그 층으로 들어가기 전에 환원제의 최소한 50%가 금속 층내의 임의의 H2및 CO와 반응하도록 금속 층의 높이가 선택되는 방법이 제일 먼저 기술된다.
사용되는 탄소 환원제는 미립 석탄 또는 코크스, 기체 탄화수소, 특히 천연 기체 및 액체 탄화수소, 특히 연료 경유로 구성될 수 있다. 사용되는 산소 함유 기체는 산소, 산소가 풍부한 공기 또는 공기로 구성될 수 있다. 도입되는 산소 함유 기체내에 포함된 산소의 비율은 소기(所期) 퍼센트의 환원제가 금속 층내에서 Co 및 H2와 반응하도록 선택된다. 탄화수소가 사용된다거나 또는 석탄의 반응 휘발 성분들에 의해 H2가 형성될 것이다. 금속층으로의 주입은 하부 취입 노즐 또는 수평으로 배치된 노즐 또는 상기로부터 슬래그 층을 통해 확장된 랜스를 통해 수행될 수 있다. 방법이 수행되는 반응기의 형태는 광범위하게 선택될 수 있다. 그러나 반응기는 주입 차단의 경우에, 용융 배쓰 밖으로 노즐이 제거될 때까지 그 종축으로 회전가능한 연장된 수평 반응기 또는 드럼일 때 가능한 바와 같이 반응기는 배쓰 밖으로 노즐을 제거하기 위해 회전가능 하도록 선택되어야 한다. 금속 층내 환원제의 소기 반응을 얻기 위해 금속 층에 대해 필요한 높이는 환원제의 성질, 산소 함유 기체의 성질, 금속 층을 구성하는 금속, 금속 층의 온도 및 주입된 분출물(jet)의 속력 및 힘에 의존할 것이다. 필요한 높이는 상대적으로 단순한 방법인 상기출언에서 경험적으로 확인가능하다. 노즐 입구의 강력한 소모는 다중통로 노즐로부터 보호 기체가 외곽 기체로서 주입되면 방지된다. 반응물에 의해 생성되고 CO 및 H2를 포함하는 환원 기체는 금속 층내에서 강하게 가열되어, 기체는 그것이 슬래그에 도입될 때와 같이 당해 고온에 있을 것이고 그리하여 특히 양호한 환원 조건이 얻어질 것이다. 또한 선행 반응이 불완전하다면, 고온은 슬래그 층내에서 CO 및 H2의 반응을 촉진할 것이다. 탄소 환원제의 반응 또는 기체화는 모든 용융 비철금속에서 원리상 수행가능하여, 탄소열 방법에 의해 생성된 모든 비철 금속까지도 그 방법이 적용될 수 있다. 산소의 전기화학적 회수가 있다면 본 방법은 융합-염 전기분해에도 적용가능하다. 주된 금속에 부가하여, 액체 금속 층은 다른 비철 금속 및 불순물을 포함할 수 있다. 금속 층의 온도는 가능한한 높아야 하고 약 650℃는 초과해야 한다. 금속 층의 온도는 해당 슬래그 층의 온도에 의해 주로 결징될 것이기 때문에, 그 온도는 대개 높을 것이다.
바람직한 특징에 따라, 최소한 80% 및 바람직하게 환원제의 90% 이상이 금속 층내에서 반응된다. 환원제가 상대적으로 소량 사용되어도 금속 층내에서 그 정도의 반응으로 슬래그내에서 매우 양호한 환원 작용이 일어날 것이고 슬래그로부터 나오는 기체의 잔류 연소성 구성성분은 반응기내 자유 공간에서 일반적으로 연소되어 슬래그 층을 가열시키기 위해 사용가능하다.
바람직한 특징에 따라서, 일부의 환원제는 금속 층내에서 연소되어 CO2및 H2O를 형성하고, 주입된 환원제에 의해 금속 층내에서 소비된 열량은 생선된 열에 의해 실질적으로 보충된다. 이것은 주입 지점에서 금속 층의 냉각에 의한 단순 방법으로 회피될 것이다.
바람직한 특징에 따라서, 메탄은 환원제로서 주입되고 메탄의 크랙킹은 산소 및/또는 수증기가 부가되므로 촉진된다. 이것으로 빠르고 효과적인 반응을 얻을 것이다.
바람직한 특징에 따라서, 하부 분출 노즐상 QSL 반응기의 환원 대역내에 존재하는 납 층은 최소한 4㎝높이를 가지고, 바람직하게 10㎝를 초과한다. QSL 방법에서 환원 대역내에 생성된 2차 납은 즉각 산화 대역으로 흘러든다. 환원 대역내에서 소기 높이의 층을 유지하기 위해 반응기는 수평 배치될 수 있고, 산화 대역내 납 배쓰(bath)의 높이는 환원 대역내 납 층이 항상 소기의 높이를 가지도록 조절될 수 있다. 대안적으로, 환원 대역내 하부에 둑이 제공될 수 있어 둑에 의해 지탱되는 납 층은 소기 높이를 가질 것이다. 이들 높이는 환원 대역내에서 매우 양호한 작동 조건이 될 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 이점들은 고체, 액체 또는 액체 탄소 물질이 용융 금속으로 주입된다면 용융 금속의 상대적으로 높은 열 전도성 및 열 투과력+)이 즉각적으로 환원기체를 발생시킨다는 점에 있다. 그밖에, 슬래그에 도입되는 환원 기체는 용융 배쓰의 온도까지 가열되어 매우 양호한 환원조건이 얻어질 것이다. 그리하여 매우 높은 환원기체의 이용율이 제공될 것이다.

Claims (7)

  1. 탄소 환원제 및 산소 함유 기체가 노즐을 통해 금속 층으로 주입되는, 비철 산화 금속을 포함하고 당해 비철 금속으로 구성되는 액체 금속 층에 배치된 액체 슬래그 또는 용융 염을 환원시키는 방법으로서, 금속 층의 높이는, 환원제의 50% 이상이 슬래그 층으로의 환원제 도입 이전에 금속 층내의 CO, 또는 CO 및 H2와 반응되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 환원제의 80%이상이 금속 층내에서 반응되는 것을 특징으로 하는 최소한 방법.
  3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 환원제 일부 또는 전부가 금속 층내에서 연소되어 CO2, 또는 CO2및 H2O를 형성하고, 주입된 환원제에 의해 금속 층내에서 소비된 다량의 열은 그리하여 생성된 열에 의해 보충되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 메탄이 환원제로서 주입되고, 메탄의 크랙킹은 산소, 수증기, 또는 산소 및 수증기가 부가되므로 촉진되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부 분출 노즐 상의 QSL 반응기환원 대역내에 존재하는 납 층은 4㎝이상의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 환원제의 90%이상이 금속 층내에서 반응되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부 분출 노즐상의 QSL 반응기 환원 대역내에 존재하는 납 층은 10㎝이상의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
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