KR100246261B1 - 비철황화물의전환번 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 니켈이나 구리황화물 같은 입상 황화물의 용융이나 전환에 관계한다. 용융 또는 전환된 용융 시드조를 반응베셀에 제공하는 것이다. 입상 황화물은 용융표면 아래의 반응베셀에 주입한다. 산소-함유 기체로 상부 취입하면 열을 발생하고 생성되는 더스트양을 크게 감소시키면서 황화물의 산화를 가져온다. 질소같은 무반응성 기체로 하부 교반하면 효율이 더크게 증가한다.

Description

비철 황화물의 전환법
본 발명은 비철 황화물의 건식야금 처리에 관계한다. 특히, 본 발명은 니켈 또는 구리 황화물 같은 입상 비철 황화물의 제련 또는 전환에 관계한다. 청구된 방법에서 입상 황화물이 반응베셀의 용융물 표면아래에 주입된다. 산소함유 기체를 상부에 취입하면 열이 발생되고 먼지 발생량의 현저한 감소와 함께 황화물이 산화된다.
현재 실시되는 황화물 광석 농축물 처리방법은 농축물이 산화매체에 현탁되는동안 광석의 황 및 철 함유물이 연소되는 플래쉬 제련/전환법이다. 이 방법은 대부분의 황함유물을 회수하기 위해 용광로 배출기체를 경제적으로 처리한다.
플래쉬 방법의 단점은 다량의 먼지를 발생한다는 것인데, 이산화황회수처리전에 먼지가 기체 청정 시스템에서 제거되어야 한다. 대조적으로, 조 표면 아래로 황화물을 주입하면 먼지 생성량이 크게 감소된다.
플래쉬 제련/전환에서, 연소열이 용광로의 건현(free board)에서 발생되므로 내화물질을 과열시킬 수 있다. 본 발명의 방법은 상부 취입법을 사용하므로, 열이 반응 베셀벽으로부터 벗어나 조 표면상에 발생된다. 본 발명의 한 구체예는 하부 교반 메카니즘으로서 비반응성 기체 분무를 활용한다. 기체 분무에 의한 조의 교반은 열을 배분하여 조가 균일한 온도에 도달하게 한다. 따라서, 내화물질의 손상은 크게 감소된다. 더욱이, 본 발명에서 사용하는 반응기(장비교체가 용이한 피어스-스미드 전로형인)는 플래쉬 반응기보다 더 큰 비용량을 갖는다.
상부 취입법 만으로는 단점이 있다. 산소효율이 높아도 플래쉬 반응동안 효율이 100%미만이 될 수 있다. 그러나, 상부 취입법을 조 표면 아래로의 입자주입과 조합으로 활용할 때, 특히 플래쉬 반응보다 경제성이 탁월하다. 이것은 특히 먼지 발생문제가 고려될 경우에 적용된다. 예컨대, 휘동광 처리시, 플래쉬 전환은 공급된 구리의 최대 15%를 먼지가 되게한다. 휘동광 침지공급은 이 양을 크게 감소시킨다.
공기 또는 산소 농후공기로 침지 취입(susbmerged blowing)하는 것과 조합으로 용융물 표면 아래로 고형물을 공급하는 제안이 과거에도 있었다.이 공지방법(미국특허 3,281,236)은 플래쉬 반응에 의해 생긴 먼지를 감소시키지만 상당한 결함을 갖는다. 산소 농도가 낮으므로 추가 연료가 필요하며 더 높은 가스 방출 속도 때문에 더 크고 비싼 가스 청정시스템이 필요하다. 톤단위의 산소가 사용된다면 측판이 있는 튜이에르(tuyere)가 필요하다. 게다가 이 공정은 내화물질 및 튜이에르 마모가 심하다.
단순히 산소 함유 기체를 취입하는 것과 비교하여, 바람직한 구체예에서 "상부취입/하부교반" 기술을 사용하는 필요성은 제일먼저 화이트메탈구리 전환법에 관한 문헌에서 발표되었다(Marcuson et al, U.S.Patent No. 4,830,667), 상부취입 및 침지된 입자공급과 함께 하부교반의 이용은 상기 문제를 극복하는데 도움이 된다. 하부교반은 용융조의 순환을 증가시켜 상부에 취입된 산소와의 접촉을 증가시킨다. 따라서, 랜스와 베셀의 디자인이 단순화되며 비용을 절감하면서 동시에 반응효율이 증가된다.
본 발명의 제련/전환법은 니켈, 또는 구리황화물 같은 입상 황화물을 용융조에 침지 공급한다. 조에는 산소 함유 기체를 상부 취입한다. 조는 질소같은 비반응성 기체를 써서 하부로부터 교반된다.
공급튜이에르의 작용은 조를 교반하는 것이다. 조를 향하는 랜스를 통하여 산소함유 기체를 위로부터 취입하는것과 조합된 교반작용은 산소도 입용 랜스나 침지된 송풍구를 불필요하게 한다. 교반작용은 비반응성 기체 분무를 사용하면 더 개선된다. 청구된 본 발명은 황화물을 조의 표면 아래에 공급하면서 위로부터 산소를 공급하므로써 산소공급과 관련된 튜이에르마모 문제를 극복한다. 고형물 공급과, 비반응성 기체를 분무함으로써 달성되는 교반작용은 용융조를 순환시켜 조의 표면에서 산소 함유 기체와 접촉이 이루어진다. 더욱이, 먼지형성문제는 입상 황화물의 침지공급으로 플래쉬 반응보다 크게 감소된다.
청구된 방법에서 입상 황화물의 침지공급에 적합한 보다 개선된 튜이에르 주입기는 공지이다(Canadian Laid-Open Application No. 2,035,542).
이상과 같이, 상부취입의 장점과 함께 용융조속에 입상 황화물을 공급하는 고유한 개념은 청정하고 저렴하며 효과적인 전환법이다. 더욱이, 이 신공정은 필요한 장비가 쉽게 대체 장착될 수 있는 피어스-스미드형 회전식 전환베셀을 사용하여 수행될 수 있다.
청구된 방법의 효율을 알아보기 위해서 수개의 테스트를 실행하였다. 각 테스트의 실시는 시료채취, 주입기와 버너의 조정을 위해 행해진다.
75% 구리, 20% 황, 3% 니켈로된 조성의 건조입상 휘동광을 일련의 6가지 테스트동안 피어스-스미드 전로형 반응 베셀에 공급한다. 137톤 반-블리스터로 된 시드조를 각 테스트에 앞서 베셀에 준비한다. 보조 산소기체 버너를 사용해서 주입시 온도를 유지한다. 캐나다출원 제2,035,542호에서 설명한 2종류의 튜이에르가 각 단부벽에서 8피트(2.4m)위치에 놓인다.
두 개의 튜이에르를 통한 주입속도는 18.2-27.3 톤/시간 정도이다. 이동식 압축기를 써서 튜이에르 취입 탱크에 120psi(828kPa)의 압력으로 전달공기를 공급한다. 그 결과 탱크압력은 80-90psi(552-621kPa)이고 튜이에르압력은 40psi(276kPa)이 된다. 반응기 쉘바닥을 따라 간격을 두고 위치된 5개의 다공성 플러그를 통해 질소를 분무함으로써 하부 교반이 수행된다.
[표 1]
[표 2]
테스트번호 1-4에서, 천연가스 첨가를 위해 설비된 수냉 산소랜스가 반응기쉘 단부를 통해 45°각도로 장착되어 휘동광을 반-블리스터(semi-blister)(4%미만의 황)로 전환하는데 사용된다. 표 1에서 보는 바와 같이, 반-블리스터 조가 주입기간 종료후에 존재하는지 시료채취로 확인한다.
비교테스트 5 와 6은 산소취입이 연료소모와 제련결과에 미치는 효과를 보여준다. 이 테스트에서, 산소는 랜스를 통해 베셀에 공급되지 않고 반응에 쓰이는 산소공급원은 공급물 전달공기와 전로입구를 통한 침투이다. 제2산소 기체 버너는 산소취입이 없을 경우와 황화물 반응감소시 발생되는 열손실의 경우에 온도를 유지하는데 필요하다. 표 2에서 보는 바와 같이, 고농도황(11.47-12.25%)이 구리황화물(Cu2S)형태로 사이클 종료시 조의 상부에 남아있다. 이 테스트에서, 하나의 튜이에르만 작동되므로 주입속도는 제1테스트의 절반이 된다. 그러나 천연가스 속도는 거의 같다.
반응 베셀에서 나온 방출기체의 먼지 함량이 두 가지 주입 기간중 측정된다. 이 값과 가스도관에 포착된 먼지의 양의 합은 1% 먼지 손실을 가리킨다. 동일한 테스트가 플래쉬 전로에서 수행되면 5% 먼저 손실을 가져온다. 이 수치가 조잡한 비교를 나타낸다고 해도 청구된 방법의 매우 우수한 환경적 잇점을 나타낸다.
청구된 방법을 황화 니켈과 철 함유 니켈 및 구리 황화물 같은 다른 비철 황화물의 처리에 확대할 수도 있다.
철 함유 비철 황화물의 경우, 조 표면에 슬래그가 형성되므로 추가단계가 필요하다. 슬래그형성은 두 가지 문제를 일으킨다. 슬래그층이 너무 두꺼우면 조에 있는 용융된 비철 황화물과 상부 취입 산소간의 상호작용을 방해함으로써 전환공정을 차단한다. 부가적으로, 두꺼운 슬래그는 원치않는 과다한 스플래싱을 가져올 수도 있다. 슬래그층의 두께는 슬래그를 연속 오버플로우(overflow)시키거나 반응기로부터 슬래그를 자주 태핑(tapping)하여 조절되어야 한다.
슬래그형성으로 인한 두 번째 문제는 전환공정이 산화된 상태로 점차진행할 경우, 슬래그가 두꺼워지고 마그네타이트 형성으로 인해 비유동성이 된다는 것이다. 석회 플럭스 첨가는 황화구리를 처리할 경우에 슬래그유동성을 유지하는데 유리하다. 황화니켈을 처리할 경우에 석회/실리카 플럭스 조합이 효과적이다.

Claims (4)

  1. 반응베셀에 황화물 용융조를 제공하고, 조 표면아래에 입상 황화물을 주입하고 또한 산소함유 기체를 조 상부에 취입하는 단계로 이루어진 입상 비철 황화물 제련 또는 전환방법.
  2. 반응베셀에 황화물 용융조를 제공하고, 입상 황화물을 조표면 아래에 주입하고, 산소 함유기체를 조 상부에 취입하고 또한 슬래그층의 두께를 조절하여 철 함유 슬래그층이 제련 또는 전환 반응을 방해하지 못하게 하는 단계로 구성된 입상 철 함유 비철 황화물 제련 또는 전환방법.
  3. 제2항에 있어서, 비철 황화물이 니켈 또는 구리 황화물인 것을 특징으로 하는 전환방법.
  4. 제2항에 있어서, 비반응성 기체를 써서 조 하부를 교반하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
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