KR100322393B1 - 적어도부분적으로건식야금법에의해정련된니켈함유원료로부터의고등급니켈매트의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정에 공급되는 농축물 및/또는 광석의 적어도 일부분을 먼저 건식야금법으로 니켈매트로 정련한 후 이를 서스펜젼 용융로에 공급하여 적당한 고등급 니켈 매트를 제조함으로써, 충전형 전환 없이 서스펜젼 용융로와 다른 어떤 노를 조합하여 고등급 니켈 매트 및 슬래그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 공정에 공급되는 농축물 및/또는 광석의 적어도 일부분을 먼저 건식야금법으로 니켈 매트로 정련시킨 후, 이를 서스펜젼 용융로 (suspension smelting furnace) 에 공급하여 적합한 고등급 니켈 매트를 제조함으로써, 별도의 충전형 전환없이, 서스펜젼 용융로와 몇가지 다른 건식야금로를 조합하여 고등급 니켈 매트 및 슬래그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 니켈의 직접적인 건식야금법에 의한 생산은 다른 무엇보다도 금속 니켈의 높은 용융온도와 또 그로 인하여 요구되는 고온의 공정으로 인해 이롭지 않다. 그러므로 황화물 원료의 니켈 생산은 제 1 단계에서는 고등급 니켈 매트를 생산하고, 제 2 단계에서는 생산된 니켈 매트를 습식야금법으로 처리하여 금속니켈을 생산하는 적어도 2 단계를 기초로 한다.
종래의 방식으로는, 예를들면 유동층 반응기에서 적어도 부분적으로 황화물 공급물을 배소하고, 수득된 배소물을 전기로에서 니켈 매트로 용융함으로써 황화물 원료로 부터 고등급 니켈 매트를 생산할 수 있다. 또한 황화물 원료를 배소하지 않고 전기로로 공급할 수도 있다. 전기로로부터 수록된 니켈 매트는 추가로 예를 들어 피어스 스미스 타입 전환기 (Pierece-Smith type converter) 에서 고등급 니켈 매트로 전환되며, 이 니켈을 습식야금법으로 금속 니켈로 더욱 처리한다. 이 방법의 단점은 공정단계에서 생성되는 다량의 기체로서, 이는 여러 다른 공정단계에서 배출된 황 화합물을 포함하는데 이런 화합물들은 황 방출을 피하기 위해 대기중으로 배출되기 전에 제거되어야 한다. 적은 황 함유량과 다량의 기체로 인해, 이들의 예를 들어 황산으로의 처리과정은 산처리 설비와 같은 기체 처리 설비에 막대한 투자를 요하게 된다.
종래의 서스펜젼 정련기술에 기초한 방법에서는 고등급 니켈 매트는 서스펜젼 용융로에서 건조 니켈 농축물을 니켈 매트로 정련한 후, 이를 추가로 예를 들면 피어스 - 스미스 타입 전환기에서 고등급 니켈 매트로 전환시킴으로써 황화물 농축물로부터 제조되었다. 피어스 스미스 전환기와 서스펜젼 용융로에서 생산된 슬래그는 전기로에서 정선되고, 생산된 니켈 함유 매트는 공급물로서 전환기로 되돌아간다. 이 방법의 단점은 충전형 전환단계이다 : 전환단계에서 오는 기체 유량과 이산화황의 함유량이 변화하므로, 기체처리에 필요한 산처리 설비의 용량이 시간의 함수로서 일정한 비율로 생산되는 기체를 처리할때 보다 훨씬 커야한다.
서스펜젼 정련에 기초한 상기 방법은 핀란드 특허출원 제 890395 호와 제 922843 호에 기술된 방법에서 더욱 발전하였다. 이 방법들에 의하면, 습식야금법적인 니켈 공정에 적합하고 철 함유량이 낮은 고등급 니켈 매트는 별도의 전환단계없이 서스펜젼 용융로에서 직접 생산되므로, 정련 중에 발생한 이산화황은 이산화황 함유량이 높은 일정한 기체 유량으로 산 처리설비에 공급된다. 높은 산화도로 인해, 서스펜젼 용융로에서 생성된 슬래그는 니켈 함유량이 높으므로 금속화된 매트로서 니켈을 회수하기 위해 슬래그를 전기로에서 별도로 처리한다. 한가지 방법에 따르면, 금속화된 매트는 적어도 일부가 용융 혹은 고체의 형태로 서스펜젼 용융로로 재순환되며, 또 다른 방법에 따르면, 매트는 습식야금법으로 직접, 금속 니켈로 처리된다.
핀란드 공화국 특허출원 제 922843호에 제안된 방법에서는, 전기로에서 생산된 금속화된 매트는 본질적으로 여전히 서스펜젼 용융로, 즉 플래쉬 용융로에서 생산된 고등급 니켈 매트보다 더 많은 철을 포함한다. 그러므로 전기로에서 생산된 금속화된 니켈 매트의 습식야금처리는 최소한 공정의 초기에, 플래쉬 정련시 생산된 고등급 니켈 매트의 처리와 별도로 실행되어야 한다.
상기 서술된 핀란드공화국 특허출원 제 890395호와 제 922843 호에 따른 방법들은 특정 형태의 니켈 광석으로 이루어진 황화물 농축물에 매우 적합하다. 그러나 상기 방법들의 적용 가능범위는 예를 들어 농축물의 산화철/산화마그네슘의 함량비에 따라 제한을 받으므로, Fe/MgO 비가 낮은 농축물은 정련 중 생성된 슬래그가 적당한 성질을 갖지 않기 때문에, 적어도 전체적으로는 상기 방법에 의한 처리에 적합하지 않다. 본 발명의 방법을 사용함으로써, 서스펜젼 정련에 적당한 원료의 선택범위가 증대될 수 있으므로, Fe/MgO 비가 낮은 농축물도 서스펜젼 정련 - 전기로 공정에서 고등급 니켈 매트로 처리될 수 있다. 전기로 대신에, 필요하다면 제 2 서스펜젼 용용로와 같은 다른 건식야금 용융로를 사용할 수 있다. 본 발명의 방법에서는 본질적으로 모든 니켈이 플래쉬 용융로에서 생산된 고등급 니켈 매트로 부터 회수되며, 또한 금속화된 니켈 매트를 처리하기 위한 별도의 단계가 더 이상 필요치 않으므로, 상기 서술된 방법에 비교해서 건식야금 처리를 뒤따르는 습식야금 처리를 단순화한다.
본 발명의 고등급 니켈 매트 제조방법을 현존하거나 또는 새로운 제조설비에 적용할때, 공정중 기체를 처리하는데 필요한 장비를 필수적으로 확장시키지 않고도 핀란드공화국 특허출원 제 890395 호와 제 922843호의 방법에서의 공정과 장치면에서와 유사한 잇점을 얻을 수 있다. 동시에, 니켈의 총 수율이 높은 고등급 니켈 매트의 건식야금법적인 생산은, 또한 최소한 부분적으로나마, 별도의 습식야금 공정만으로 미리 처리될 수 있거나, 또는 본 발명의 방법에서보다 에너지 소비가 더 많고, 생성된 가스를 정선하기 위해 상당히 용량이 큰 황산 설비를 요구하는 방법에 의해 처리되어야 하는 원료로부터 만들어 질 수 있다. 본 발명의 방법의 또 다른 잇점은 본 방법이 여러 다른 니켈 원료의 별도의 추출 단계없이, 매트의 금속으로의 추가 공정을 위해 오직 하나의 습식야금 공정 시스템만을 필요로 하는 습식야금 공정으로 진행되는, 하나의 특성만의 고등급 니켈 매트를 제조한다는 것이다. 본 발명의 본질적인 신규의 특징은 첨부된 특허청구의 범위로 부터 명백하다.
본 발명의 제조방법의 적용을 나타내는 첨부한 제 1 도를 참고로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
본 발명의 제조방법을 실현시키는 유익한 장치는 플래쉬 용융로(I)와 전기로(Ⅲ)를 포함한다. 플래쉬 용융로의 가장 중요한 부분은 농축물 버너(Ia), 반응샤프트(Ib), 침전기(Ic) 및 업테이크샤프트(Id)이다. 가스냉각기(Ⅱ)는 업테이크샤프트와 연결되어 있다. 여기에 더하여, 본 장치는 적어도 매트의 일부를 위한 용융물 과립화 장치(Ⅳ)와 분쇄장치(Ⅴ)를 포함한다.
본 발명의 방법에 있어서 황화니켈 농축물 (nickel sulfide concentrate) (1a) 는 예를 들어 전기로 (Ⅲ) 에서 건식야금법적으로 정제된다. 전기로 대신 예를 들어 제 2 플래쉬 용융로 같은 다른 적당한 건식야금로가 사용될 수 있다. 농축물(1a)는 펠릿 또는 분말의 형태로서 전기로에 공급된다. 건식야금법적인 정제를 위해, 또한 약간의 다른 니켈 함유 농축물, 니켈을 함유한 야금 슬래그, 광석 덩어리나 revert (2) 같은 그외의 유리하게 투박한 니켈 원료물질이 전기로로 공급될 수 있다. 더우기 필요시 슬래그의 성질을 조절하기 위해 용제 (flux) (4) 및 코크스 (coke) 같은 약간의 환원제 (3) 을 전기로에 공급하기도 한다. 여기에 더해 같은 전기로에서, 주요금속을 회수하기위해 플래쉬 용융로로부터 유리하게 슬래그 (11)가 처리된다.
전기로 과정에서 정련된 농축물과 슬래그의 주요금속은 노 하부상에 니켈 매트 (9) 를 형성하는데 이것은 고등급 니켈 매트보다 더 높은 철함유량을 갖는다. 전기로에서 형성된 슬래그 (10) 의 주요금속 함유량은 너무 낮아서 더이상 처리될 필요가 없지만, 파괴될 수가 있다.
전기로에서 형성된 소량의 먼지는 전기로의 기체와 별도로 여과되는데 이 기체는 플래쉬 용융로로부터 온 기체유동에 합쳐진다 (도면에는 예시되어 있지 않음). 합쳐진 기체 혼합물은 황산 생산에 적당한 이산화황 함유량을 갖는다. 전기로에서 나온 먼지들은 전기로 공급물로 되돌아 가거나, 플래쉬 용융로에서 온 연진 (flue dusts) (8) 과 함께 플래쉬 용융로로 공급된다.
전기로에서 형성된 금속화된 니켈 매트(9)는 과립화된다. 또한, 금속화된 니켈 매트의 일부는 용융된 형태로 플래쉬 용융로로 공급될 수 있다. 플래쉬 정련에 적당한 알갱이의 크기분포를 얻기 위해, 과립화되어 미세하게 쪼개진 니켈 매트는 필요시 부분적으로 혹은 전체적으로 분쇄되어지고 플래쉬 용융로로 공급되기 전에 건조된다.
슬래그의 특질의 조절을 위해 규산염 같은 용제 (4) 가 플래쉬 용융로로 공급된다. 또한 산소가 풍부한 공기 (5) 와 부가연료 (6) 의 필요량도 공급된다. 여분의 연료로는 양자 고체 연료(예로 코크스나 무연탄)및 액체 연료(예로 오일) 또는 기체 형태의 연료(예로 천연가스) 를 사용할 수도 있다. 플래쉬 용융로에서 형성된 고등급 니켈매트 (12) 의 특질을 조절하기 위해, 필요하다면 금속화된 매트는 별개로 하고, 처리되어질 농축물 (1a) 의 일부나 약간의 다른 농축물 (1b), 그리고 습식야금법적인 니젤 공정에서 온 여러 다른 니켈 함유 침전물 (7) 과 같은 다른 니켈 함유 원료가 공급될 수 있다. 또한 플래쉬 정련 공정에서 형성된 연진 (8) 도 플래쉬 정련으로 되돌아가 공급된다. 침전기에서는 침전기의 열 평형에 의해 요구되는 소량의 연료 (6) 이 연소된다.
처리될 물질들은 농축물 버너 (Ia) 를 통해서 플래쉬 용융로에 공급되거나 일부는 침전기로 직접 전달될 수 있다. 플래쉬 용융로의 반응 샤프트 (Ib) 에서 공급물질은 서로 반응하고 일부의 황은 이산화황을 형성하기 위해 산소가 풍부한 공기의 산소와 반응한다. 이런 반응들의 결과로서, 배출된 열에너지와 여분의 연료의 연소로 인해 고체물질은 주로 반응 샤프트 (Ib) 에서 용융된다. 용융된 입자들은 침전기 (Ic) 에서 기체 유동과 분리됨으로써 하부에 용융물을 형성한다. 다른 공급물질간의 화학반응들은 부분적으로 용융상태에서 계속되고, 용융상태로부터 다른 비중을 갖는 두가지 상태로 분리되고, 용융욕 (molten bath) 의 하부에는 고등급 니켈 매트 (12) 의 층이 형성되고 용융욕의 최상층부에는 산화도가 높은 슬래그가 형성되는데 이 슬래그는 주로 니켈 매트에 존재했던 철을 포함한다.
플래쉬 용융로에서 온 기체는 가스냉각기 (II) 에서 냉각되고 기체와 함께얻어진 연진 (8) 은 회수된다 : 이 연진 (8) 은 그 후 공급물로 되돌아간다. 냉각된 기체는 이산화황을 회수하기 위해 기체공정으로 계속 전달된다. 플래쉬 용융로로부터 가볍게 두드려진 고등급 니켈 매트 (12) 는 금속니켈을 생산하기 위해 습식야금 처리를 하게된다. 플래쉬 용융로에서 온 슬래그 (11) 는 주요금속을 회수하기 위해 상기 언급한 방식으로 전기로에서 처리된다. 만약 첫 단계에서 사용된 건식야금로가 예를 들어 전기로 대신에 또 다른 플래쉬 용융로이면, 고등급 니켈 매트를 생산하는데 사용되는 플래쉬 용융로로부터 얻어진 슬래그는 그러나 예를 들어 전기로같은 별도의 건식야금 용융로의 처리를 받게된다. 유리하게도, 이 처리는, 니켈 매트 생산에 사용되고 플래쉬 용융로에서 온 슬래그와 함께 실행된다.
실시예
본 발명의 방법은 다음예에 의해 자세히 예시될 것이다.
실시예 1
니켈 농축물 R1 은 플래쉬 용융로에서 온, 고등급 니켈 매트 생산에 사용된 슬래그 및 광석덩어리와 함께 처리된다.
그들의 구성비는 다음과 같다 :
니켈 농축물 R1 일톤당 슬래그 1.42 톤, 광석덩어리는 0.6 톤이 공급된다. 게다가 니켈 농축물 일톤당, 전기로로부터의 용제와 재순환 먼지의 필요량인 0.03 톤의 고등급 매트 리버트 (revert) 가 공급된다. 전기로로부터 주요금속 함유량이 낮은 슬래그 찌꺼기와 다음과같은 함유량을 갖는 니켈 매트가 얻어진다 :
생산된 니켈 매트의 양은 니켈 농축물 Rl 일톤당 0.96 톤이다.
전기로에서 생산된 니켈 매트는 니켈 농축물 R1, R2와 함께 플래쉬 용융로에서 정련된다. 농축물 R2 의 함유량은 아래 주어져 있고 R1 의 함유량은 상기와 같다.
니켈 매트 일톤당 농축물 R1 의 양은 0.12 톤이고 농축물 R2 의 양은 0.23 톤이다. 여기에 더해 규산염 용제의 필요량, 재순환 연진의 소량, 여분의 연료와 85 % 로 산소가 풍부해진 공기의 필요량이 공급된다. 니켈 매트 일톤당 형성되는슬래그의 양은 1.48 톤이고, 그 조성은 다음과 같다 :
슬래그 총량은 상기 언급한 방식의 전기로 내에서 처리된다.
산소 풍부화의 높은 정도 때문에, 형성된 기체 중의 이산화황의 함유량은 높아 약 35 % SO2정도이다. 플래쉬 용융로에서 온 기체속으로 전기로에서 온 기체가 혼합된다. 수득된 기체 내의 이산화황의 함유량은 기체로 부터 황산을 생산하는데 여전히 충분히 높다. 플래쉬 용융로에서 얻어진 생산물은 공급된 니켈 매트 일톤당 0.23 톤의 양의 고등급 니켈 매트이다. 이것은 플래쉬 용융로에 공급된 니켈의 대략 72 % 가 고등급 니켈 매트에서 직접 회수됨을 의미한다. 상기 언급된 경우에 있어, 총 니켈 수율은 96.6 % 이다. 고등급 니켈 매트의 조성은 아래 주어져 있다.
상기 결과가 종전 기술방법보다 낮은 온도에서 그리고 더 적은 공정을 거쳐 얻어진다는 것을 지적할 수 있다.
제 1 도는 본 발명의 제조방법을 도식적으로 나타낸 개략도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 ※
(I) : 플래쉬 용융로 (flash smelting furnace)
(Ia) : 농축물 버너 (concentrate burner)
(Ib) : 반응 샤프트 (reaction shaft)
(Ic) :침전기 (settler)
(Id) : 업테이크 샤프트 (uptake shaft)
(II) : 가스 냉각기
(III) : 전기로 (electric furnace)
(IV) : 용융물 과립화 장치 (melt granulation unit)
(V) : 분쇄장치 (grinding unit)
Claims (15)
- 하기와 같은 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전형 전환을 행하지 않는 고등급 니켈 매트의 제조방법.a) 처리될 황화 니켈 농축물의 적어도 일부를 건식야금로 (III) 에서 용제와 함께 니켈매트로 정련시키고,b) 이어서 이를 용제, 연진, 부가적인 연료 및 산소가 풍부한 공기와 함께 서스펜젼 용융로, 즉 플래쉬 용융로 (I) 로 공급하고,c) 플래쉬 용융로에서 고등급 니켈 매트와 슬래그를 형성시키고,d) 고등급 니켈 매트를 습식야금법적인 처리를 행하고,e) 주요금속을 회수하기 위해, 플래쉬 용융로 (I) 에서 형성된 슬래그를 건식야금로에서 처리하는 단계.
- 제 1 항에 있어서, 건식야금로가 전기로 (III) 인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 황화 니켈 농축물을 플래쉬 용융로에서 수득한 슬래그와 함께 전기로 (Ⅲ) 에서 정련시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 니켈 매트의 생산을 위한 건식야금로가 또다른 플래쉬 용융로임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 플래쉬 용융로로부터 수득된 슬래그를 건식야금로에서 처리함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 건식야금로가 전기로임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 황화니켈 농축물을 다른 니켈 함유 원료와 함께 건식야금로에서 정련시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 니켈 함유 원료가 농축물임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 니켈 함유 원료가 광석 덩어리임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 니켈 함유 원료가 리버트 (revert) 임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 니켈 함유 원료가 야금 슬래그임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 플래쉬 용융로 (I) 로 약간의 황화니켈 농축물도 공급함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 플래쉬 용융로 (I) 로 약간의 니켈 함유 원료도 공급함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 플래쉬 용융로 (I) 로 약간의 니켈 함유 슬래그도 공급함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 건식야금로 (III) 에 공급되는 농축물이 펠릿 형태임을 특징으로 하는 제조방법.
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