KR100836546B1 - 배소로의 화격자상의 형성물을 감소시키는 방법 - Google Patents

배소로의 화격자상의 형성물을 감소시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 정광과 같은 세립자 재료의 배소시 유동층 노의 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는데 도움이 되는 방법에 관한 것이다. 정광은 노의 벽부로부터 배소기로 유입되고, 정광을 유동화하여 유동화시 산화시키도록 산소-함유 가스는 노의 하부에서 화격자 아래의 가스 노즐을 통하여 유입된다. 공급 화격자 또는 정광 공급 지점 아래에서, 유입되는 가스 중 산소 함량은 다른 위치에 유입되는 가스와 비교하여 증가된다.
화격자

Description

배소로의 화격자상의 형성물을 감소시키는 방법 {METHOD FOR REDUCING BUILD-UP ON A ROASTING FURNACE GRATE}
본 발명은, 정광 (concentrate) 과 같은 세립자 재료의 배소시 유동층 노 (furnace) 의 화격자상에 형성된 형성물 (build-up) 을 감소 및 제거하는데 도움이 되는 방법에 관한 것이다. 정광은 배소로 (roasting furnace) 의 벽부로부터 노로 유입되고, 정광을 유동화하여 유동화시 산화시키도록 산소-함유 가스가 노의 하부에서 화격자 아래의 가스 노즐을 통하여 유입된다. 공급 화격자로 알려진 정광 공급 지점 아래에서 유입되는 가스의 산소 함량은 다른 위치에서 유입되는 가스에 비해 높다.
배소는 여러 가지 상이한 노내에서 실시될 수 있다. 하지만, 요즘에는, 세립자 재료의 배소는 일반적으로 유동층 방법으로 실시된다. 배소되는 재료는 유동층 상부에서 노의 벽부내의 공급 유닛을 통하여 배소로로 유입된다. 노의 하부상에는 화격자가 제공되고, 정광을 유동화하기 위해서 상기 화격자를 통하여 산소-함유 가스가 유입된다. 사용된 산소-함유 가스는 일반적으로 공기이다. 일반적으로, 화격자 하부에는 100 가스 노즐/㎡ 의 정도로 존재한다. 정광이 유동화됨에 따라, 공급 베드의 높이는 고정된 재료의 베드 높이의 대략 절반만큼 상승한다.
황화물의 배소는, 예컨대 로젠크비스트, 티. (Rosenqvist, T.) 의 저서 (1974년 미국에서 McGraw-Hill에서 출판한 "추출 야금의 이론"의 245-255 쪽) 에 기재되어 있다. 로젠크비스트에 따르면, 배소는 금속 황화물을 산화시키며, 금속 산화물과 이산화황을 발생시킨다. 예컨대, 황화아연과 황철석은 다음과 같이 산화된다:
2 ZnS + 3 O2 --> 2 ZnO +2 SO2 (1)
2 FeS2 + 5 1/2 O2 --> Fe2O3 + 4 SO2 (2)
추가로, SO3 의 형성, 금속의 황화물화, 및 철산아연 (zinc ferrite) (ZnFe2O4) 등의 산화착화합물의 형성과 같은 다른 반응이 발생할 수 있다. 통상적으로, 배소용의 재료로는 구리, 아연, 및 납 황화물이다. 배소는, 일반적으로 황화물과 산화물의 용융점 이하, 일반적으로 900 - 1000℃ 이하의 온도에서 실시된다. 다른 한편으로는, 반응이 합리적인 비율로 발생하도록, 온도는 적어도 500 - 600℃ 의 정도이어야 한다. 상기 저서에서는 다양한 배소 제품을 형성하는데 필요한 조건을 나타내는 밸런스 도면 (balance drawings) 을 도시하였다. 예컨대, 공기가 배소 가스로서 사용될 때, SO2 와 O2 의 부분 압력은 약 0.2 atm 이다. 배소 반응은 강한 발열반응이고, 따라서 베드는 냉각 장치를 필요로 한다.
하소 (calcine) 는, 오버플로 구멍 (overflow aperture) 을 통하여 노로부터 부분적으로 제거되고, 가스와 함께 폐기 열 보일러로 부분적으로 운반되어, 그로부터 사이클론 및 정전기 집진기로 운반되어서, 하소가 회수된다. 일반적으로, 오버플로 구멍은 공급 유닛으로부터 노의 반대측에 위치된다. 제거된 하소는 냉각되어 침출 (leaching) 을 위해서 미세하게 연삭된다.
양호한 배소를 위하여, 베드를 제어하는 것이 중요하고, 즉 베드는 안정된 구조를 가져야 하며 다른 양호한 유동 특성을 가져야 하고, 제어상태에서 유동화되어야 한다. 연소는 가능한 완전 연소되어야 하고, 즉 황화물은 산화물로 완전히 산화되어야 한다. 또한, 하소는 노 외부로 완전히 나와야 한다. 하소의 입자 크기는 정광의 화학적 및 광물학적 조성물과, 배소 가스의 온도에 의해 영향을 받는다고 공지되어 있다.
배소 상태를 조절하는 다른 방법이 시도되었다. 미국특허 제 5803949 호에서는, 공급물의 입자 크기를 조절함으로써 안정화되는, 금속 황화물의 배소에서 유동층을 안정화시키는 방법을 개시하였다. 미국특허 제 3957484 호에서, 정광은 슬러리로 공급됨으로써 안정화된다. 미국특허 제 6110440 호에 따른 배소로에서, 가스는 헤더 파이프 (header pipe) 를 통하여 화격자의 중앙부로 유입되고, 이 가스는 여러개의 브랜치 파이프 (branch pipes) 에 의해서 노의 전체 단면에 균일하게 분포된다. 브랜치 파이프에는 상이한 크기의 노즐이 제공되어서, 헤더 파이프로부터 가장 먼 노즐의 직경은 헤더 파이프에 더 가깝게 위치한 노즐의 직경보다 더 크다. 노즐의 직경은 1.5 ~ 20 mm 사이에서 변한다. 가스는 여러개의 가스 분포 튜브 시스템을 통하여 유동층으로 공급된 후, 예컨대 한 튜브 시스템은 산소 함유 가스용이고 및 다른 튜브 시스템은 유기물 함유 가스용이다.
아연 배소기에서, 순수물 또는 불순물의 황화아연 정광은 상황에 따라서 처리될 수 있다. 정광은, 섬아연광에 가깝지는 않지만, 상당한 양의 철을 포함할 수 있다. 철은, 섬아연광 격자내에 용해되거나 황철석 또는 자황철석 형태로 용해된다. 추가로, 정광은 종종 황화납 및/또는 황화구리를 포함한다. 정광의 화학적 조성물과 광물학적 조성물은 다양하게 변한다. 상기 방식으로, 정광의 산화에 필요한 산소량도 변하고, 또한 연소시 생성되는 열량도 변하게 된다. 배소기를 사용하는 현재의 기법에서, 정광의 공급은, 예컨대 퍼지 이론을 사용하여 베드의 온도에 따라서 조절된다. 따라서, 유동층내의 산소 압력이 너무 낮게 저하할 위험, 즉 정광을 배소하는데 산소량이 불충분할 위험이 있다. 동시에, 베드의 후방 압력은 매우 낮게 저감할 수 있다.
상기 문헌의 밸런스 계산 및 밸런스 다이어그램으로부터, 구리와 철은 함께 및 별개로, 배소 온도 및 심지어 더 낮은 온도에서 용융되는 산황화물을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 유사하게, 아연과 납, 및 철과 납은 둘 다 낮은 온도에서 용융 황화물을 형성한다. 상기 종류의 황화물 형성이 가능하고, 또한 베드내의 산소량이 일반적으로 정광을 산화시키는데 필요한 양보다 적을 때도 가능하다.
유동층 배소시, 제품의 덩어리 형성이 일반적으로 발생하고, 즉 하소는 정 광 공급물보다 명확하게 더 굵어진다. 그럼에도 불구하고, 전술한 용융 황화물의 형성은 불안정한 정도로 덩어리 형성을 증가시키고, 즉 황화물을 중심으로 하는 덩어리는 화격자 주변에서 이동하게 된다. 이 덩어리는 화격자상에 형성물을 유발하여, 시간이 지남에 따라, 화격자 아래의 가스 노즐을 차단한다. 아연 배소기에서, 불순물을 함유한 형성물은 특히 정광 공급 유닛 아래의 화격자 일부분에서 노내에 형성됨을 알 수 있다.
연구실험에서, 일부 정광, 예컨대 황철석이 풍부한 극세립자 정광은, 배소 상태일 때 매우 신속하게 산화한다고 나타내었다. 다른 한편으로는, 화학적 및 광학적 조성물에 따라서 계산될 때, 상기 종류의 정광은 순수 섬아연광 정광보다 상당히 많은 산소를 필요로 한다. 상당한 양의 불순물, 즉 전술한 매우 반응적인 정광이 배소기로 유입될 때, 공급 유닛의 부근에서 산소 결핍이 유발되어 배소의 원래 목적인 정광의 산화가 일어나지 못하게 된다. 산소 결핍으로 인해, 저온에서 용융 황화물 재료가 형성되고, 쉽게 덩어리를 형성하게 된다. 더 큰 덩어리는 주변으로 이동하여 형성물층을 형성하도록 결합하면서 화격자로 가라앉고, 형성물층은 가스 노즐을 차단하고 이로 인해 산소 결핍을 더 증가시킨다.
개선된 본 방법의 목적은, 특히 재료가 유입되는 배소로의 일부분에서, 산소-함유 가스의 공급량을 증가시킴으로써, 세립자 재료의 배소시 유동층 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 것이다. 본 발명은 특히 아연 정광에 적절하다. 본 발명의 주요 특징은 첨부된 청구항에서 명백히 설명할 것이다.
배소기 공급 유닛 지점에서 화격자상에 형성되는 형성물은, 본 발명에 따라서 종래의 화격자 구조를 변화시킴으로써 감소되고, 이로 인해 화격자의 전체 단면으로의 가스 공급은 균일하게 실시되고, 동일한 양의 가스는 화격자의 모든 부분으로 공급된다. 개선된 본 방법을 사용하여, 공급 유닛의 아래에 위치된 화격자의 일부분, 즉 공급 화격자로의 산소-함유 가스 공급은, 화격자의 나머지 부분으로의 가스 공급과 비교하여 증가된다. 예컨대, 공급 화격자로의 가스 노즐수를 증가시킴으로써 또는 화격자의 나머지 부분에서의 가스 노즐보다 더 큰 가스 노즐 (더 큰 단면) 을 사용함으로써 가스 공급이 증가된다. 공급 화격자에서 가스 노즐수는 화격자의 나머지 부분에서의 가스 노즐수보다 적어도 5% , 바람직하게는 10 ~ 15% 더 많다. 공급 화격자에서 가스 노즐의 단면적을 증가시킴으로써 배소 가스 중 산소량이 증가된다면, 공급 화격자에서 노즐의 단면적은 화격자의 나머지 부분에서 노즐의 단면적보다 적어도 5%, 바람직하게는 10 ~ 15% 더 크다. 노즐의 일부를 통하여 유입되는 가스에는 화격자의 나머지 부분으로 유입되는 가스보다 산소가 더 풍부한 가스일 수 있다. 공급 화격자는 전체 배소로 화격자의 적어도 5%, 바람직하게는 10 ~ 15% 로 구성된다.
산소-함유 가스 공급이 배소로의 공급 화격자 영역에서 증가될 때, 2 가지 방법, 즉 첫번째로는 국부적인 산소 결핍을 제거함으로써, 두번째로는 가스 공급을 증가시킴으로써, 즉 이 영역에서 유동화 속도를 증가시킴으로써, 형성물의 형성이 방지된다. 산소 결핍을 제거함으로써 덩어리 형성을 방지하고, 증가된 유동화 속도는 화격자로의 누수없이 베드내에서 정상적인 경우보다 더 큰 입자를 유지하게 된다. 국부적으로 가스 중 산소 함량을 증가시킴으로써 산소 결핍이 제거된다면, 가스 공급량을 증가시킬 필요가 없고, 따라서 유동화 속도를 개선하지 않고, 차라리 정광 입자를 산화시킴으로써 용융 재료의 형성을 방지한다.
본 발명은 이후의 실시예에서 더 자세히 설명된다.
실시예 1
섬아연광 조성물을 함유한 정광은 황철석을 함유한 아연 정광과 비교된다. 정광의 산소 필요량 계산에서는, 배소시 섬아연광 정광의 산소 필요량이 338 Nm3/t 이고, 황철석을 함유한 정광의 산소 필요량이 378 Nm3/t 이며, 즉 황철석을 함유한 정광의 산소 필요량은 섬아연광을 함유한 정광의 산소 필요량보다 10% 더 큼을 알 수 있다. 정광의 미네랄 함량은 표 1 에 도시되었다.
미네랄 섬아연광 함유 정광 황철석 함유 정광
w-% w-%
CuFeS2 0.09 1.73
FeS 2.54 2.85
FeS2 0.35 21.63
ZnS 91.66 68.11
PbS 1 3.11
CdS 0.24 0.18
SiO2 0.94 0.43
CaSO4 0.83 0.1
CaCO3 1.05 0.5
기타 1.3 1.36

Claims (9)

  1. 세립자 재료의 배소시 유동층 노의 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법으로서, 상기 세립자 재료는 노의 벽부로부터 배소기로 유입되고, 그 세립자 재료를 유동화하여 유동화시 산화시키도록 산소-함유 가스가 노 하부에서 화격자 아래의 가스 노즐을 통하여 유입되는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법에 있어서,
    세립자 재료의 공급 지점에서, 유입되는 가스의 산소 함량이 화격자의 나머지 부분으로 유입되는 가스의 산소 함량과 비교하여 증가되고, 공급 화격자에서의 가스 노즐수가 화격자의 나머지 영역에서의 가스 노즐수보다 5% 이상 더 많거나 또는 공급 화격자에서의 가스 노즐의 단면적이 화격자의 나머지 영역에서의 가스 노즐의 단면적보다 5% 이상 더 큰 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 세립자 재료는 정광인 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공급 화격자는 화격자의 전체 단면적 중 5% 이상을 형성하는 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공급 화격자는 화격자의 전체 단면적 중 10 ~ 15% 를 형성하는 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공급 화격자에서의 가스 노즐수는 나머지 화격자 영역의 가스 노즐수보다 10 ~ 20% 더 많은 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공급 화격자에서의 가스 노즐의 단면적은 화격자의 나머지 부분에서 가스 노즐의 단면적보다 10 ~ 20% 더 큰 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공급 화격자를 통하여 노에 유입되는 유동화 가스에서의 산소 함량은 화격자의 나머지 영역에서의 유동화 가스의 산소 함량보다 더 높은 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배소되는 재료는 아연 정광인 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배소되는 재료는 철 함유 황화물 정광인 것을 특징으로 하는 화격자상에 형성되는 형성물을 감소 및 제거하는 방법.
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