KR100877090B1

KR100877090B1 - 동 제련 조업 방법

Info

Publication number: KR100877090B1
Application number: KR20060109606A
Authority: KR
Inventors: 도시히로 가메가이; 스스무 아카기; 후미아키 사토; 가츠야 도다
Original assignee: 닛코 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2009-01-07
Also published as: CN100485061C; CA2565643C; KR20080001580A; CN101096725A; CA2565643A1

Abstract

동 제련에서, 황화동 정광이 자용로, 및 전로에서 용융되고, 정제로에서 정제된다. 애노드는 전해 정제된다. Pt 및 Pd 와 같은 귀금속 (PGM) 은 동으로부터 분리되고, 전해 공정의 슬러지로 농축된다. PGM 을 포함하는 분말 또는 입상 원료는, 재생 원료가 동 정광 및 융제와 함께 자용로 내로 장입되는 통상 동 제련 공정에서 회수된다. 송풍구를 통해 전로 또는 정제로 내로 재생 원료를 불어넣어 회수율이 향상된다.

Description

동 제련 조업 방법{OPERATION METHOD OF COPPER SMELTING}

도 1 은 본 발명의 실시예에 따라서 전로 내로 1 이상의 PGM 원소를 함유하는 재생 원료를 불어넣기 위한 설비를 나타낸다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1. 송풍 탱크 2. 압축기

3. 배출 분리기 4. 건조기

6. 송풍구 7. 용탕

10. 전로 11. 송풍관

본 발명은 동 제련의 조업 방법에 관한 것으로, 특히 동 제련 공정에서 사용되는 전로 또는 정제로에서 귀금속을 처리하는 방법에 관한 것이다.

황화동 정광의 제련 공정으로서는 다양한 방법이 실시되고 있다. 대표적인 공정은, 황화동 정광 농축물을 자용로 등에서 제련하여 매트를 생성하는 단계, 그 매트를 전로에서 처리하여 동 함량이 약 98.5 질량% 인 조동을 생성하는 단계, 정제로에서 그 조동을 정제하여 동 함량을 99.3 질량% ~ 99.5 질량% 까지 상승시키는 단계, 정제 동을 애노드로 주조하는 단계, 마지막으로 애노드를 전해 정제하여 99.99 질량% 이상의 순도를 갖는 전기 동을 제조하는 단계를 포함한다. 이 공정시, 원료중에 포함되는 금, 은, 백금과 같은 귀금속은 전해 정제 시에 발생하는 슬러지 (sludge) 에서 농축된다.

귀금속은 장식품, IC 의 납 프레임, 자동차 배기 가스의 촉매제, 배기 가스 센서, 치과용 재료 등을 위해 사용된다. 귀금속은 두 가지 형태, 즉 고철 또는 여러가지 산업 폐기물로 재생된다. 귀 금속 고철에는 습식 회수 공정이 적용된다 (일본 자원소재 학회지, 재생 특별판, 1115 ~ 1117 쪽 참조). 상기의 재생 특별판, 1173 ~ 1174 쪽에는 귀금속을 포함하는 산업 폐기물이 소성되고, 선별되며, 그 후 동 제련 공정으로 반환되는 것이 공지되어 있다.

자용로에서는 분말 형태의 동 정광, 융제 성분 및 재생 원료를 산소와 함께 노의 샤프트에 불어넣고, 이후 이들은 급속하게 반응하여 매트 및 슬래그를 형성한다. 매트와 슬래그는 노에서 축적되고, 그 후 비중차에 의해 상부층과 하부층으로 분리된다.

전로에서는, 용련로에서 생성된 매트에 포함되는 철을 산화물로서 슬래그상으로 분리함과 동시에, 철과 결합된 매트 중의 황을 기상으로 분리하여 화이트 매트를 얻는 슬래그 제조 공정(이하, 「조(造)슬래그기」라 함)과, 그 화이트 매트중의 황을 기상으로 분리하여 조동(粗銅)을 얻는 동 제조 공정(이하, 「조(造)동기」라 함)이 행해진다.

정제로에서는, 전로에서 생성된 조동으로부터 초과의 황 및 산소를 제거하기 위한 산화 및 환원 단계를 행한다. 정제된 동은 전해 정제를 위한 적절한 형상의 애노드로 주조된다.

여기서 나타내는 백금족 원소는 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, 및 Os 를 의미하며, 이하 PGM 라고 한다. PGM 을 포함하는 l㎜ 이하 입도의 분말 형태의 원료는, 지금까지 동 정광 및 융제와 함께 자용로에 장입되었다. 원료 분말에 포함된 PGM 은 고온 용탕에서 Cu 와 친화력을 갖기 때문에, 대부분의 PGM 은 애노드에 포함되며, Cu 로부터 슬러지로 전해 분리된다. 그 후, 슬러지에 공지의 정제 공정을 실시하여 각각의 PGM 원소를 개별적으로 회수한다.

명칭이 동 제련 전로의 조업 방법인 일본 공개특허공보 제57-32339 에는, 규산광 또는 규석을 전로의 송풍구를 통해 장입하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 공보는 재생 원료를 송풍구를 통해 불어넣는 단계에 대해서는 언급하고 있지 않다.

명칭이 동 제련 전로의 조업 방법인 일본 공개특허공보 제57-192233 는, 송풍구를 통해 전로 내로 장입되는 원료를 분말 형태의 정광 또는 정광 농축물 및, 동 제련시 발생되는 연기 더스트로 제한하고 있으며, 재생 원료를 송풍구를 통해 불어넣는 단계에 대해서는 언급하고 있지 않다.

본 발명자는 자용로 내로 장입되는 PGM 을 포함하는 재생 원료의 거동에 대해 상세하게 조사하였으며, 다음 사실을 발견하였다. 대부분의 PGM 의 분말 및 입상 형태의 원료가 자용로에 장입되는 경우, PGM 각각의 원소의 약 10 % 가 슬래그로 이행된다. 상기된 바와 같이, 자용로 내로 장입된 원료는 반응을 일으키고, 그 후 동을 포함하는 매트 및 대부분의 불순물을 포함하는 슬래그로 분리된다. 매트 및 슬래그는 비중차에 의해 각각 하부층과 상부층으로 분리된다. 슬래그로 이행된 동 및 귀금속의 대부분은 회수되지 않고 손실된다.

장식품 및 치과용 합금의 연마 분말과 같은, PGM 중의 초미세 입자가 자용로 내의 슬래그에서 침강 속도가 느리기 때문에, PGM 이 하부의 매트와 접촉하지 않고, PGM 이 슬래그 내로 이행되는 것으로 생각된다. PGM 을 포함하는 슬래그는 자용로로부터 배출된다. 더욱이, PGM 은 용융점이 높기 때문에, 용융 시간이 길어진다.

본 발명자는, 전로 또는 정제로의 송풍구를 통해 원료를 용융된 화이트 매트 또는 용융된 조동으로 불어 넣음으로서, 화이트 매트 또는 조동과 PGM 의 직접 반응을 일으켜, PGM 회수율이 향상될 수 있다고 생각했다.

따라서, 본 발명의 목적은, 1 이상의 PGM, 즉 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, 및 Os 원소를 포함하는 재생 원료를 자용로에서 처리하는 경우에 있어서 동 제련의 조업 방법을 개선하여 PGM 의 손실을 없애 PGM 의 회수율을 향상시키는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 목적에 따라서, 1 이상의 PGM 원소를 포함하는 재생 원료는 자용로 내로 장입되지 않으며, 다음의 방법에 의해 전로 또는 정제로 내로 장입된다.

(1) 동 제련 조업 방법으로서, 1 이상의 PGM 원소를 포함하는 분말 또는 입상 형태의 재생 원료는 전로 또는 정제로의 송풍구를 통해 불어넣어 지고, 화이트 매트 또는 조동과 직접 접촉하여, 조동의 귀금속을 농축하는 것을 특징으로 한다.

(2) 상기 (1) 에 따른 동 제련 조업 방법으로서, 1 이상의 PGM 원소를 포함하는 재생 원료는 3 ㎜ 이하의 입도를 가지며, 2 질량% 이하의 수분으로 건조되는 것을 특징으로 한다.

(3) 상기 (1) 또는 상기 (2) 에 따른 동 제련 조업 방법으로서, 1 이상의 PGM 원소를 포함하는 재생 원료는 전로 또는 정제로의 1 이상의 선택된 송풍구를 통해 불어넣어 지는 것을 특징으로 한다.

(4) 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 하나에 따른 동 제련 조업 방법으로서, 1 이상의 PGM 원소를 포함하는 재생 원료는 조동기에 전로 내로 불어넣어 지는 것을 특징으로 한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 방법에 의해 처리되는 재생 원료는, 1 이상의 PGM 원소, 즉 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, 및 Os 를 포함한다. 각 원소의 함량은 통상 수 ppm ~ 수 질량%, 특히 1 ppm ~ 5 질량% 이다. 더 바람직하게는, Pt 함량은 50 g/t (50 ppm) ~ 1000 g/t (0.1 %) 이며, Pd 함량은 100 g/t (100 ppm) ~ 5000 g/t (0.5 %) 이다.

재생 원료는, 전로 또는 정제로에서 제련될 수 있고, 그 PGM 이 재생 원료의 대부분으로부터 선택될 수 있는, 임의의 조성물을 가질 수 있다. 재생 원료는 거의 모든 산업으로부터 기원하기 때문에, 재생 원료의 성분을 특정하는 것은 어렵다. PGM 의 밸런스의 예로는, 산업 폐기물에서 나오는, 0 ~ 95 질량 % 의 Fe, Cu, Al 등과 같은 금속, 0 ~ 95 질량% 의 그 금속들의 산화물, 0 ~ 95 질량 % 의 Fe 및 Cu, SiO₂, Al₂O₃ 의 황화물, 그리고 0 ~ 95 질량% 의 소성된 플라스틱의 C 가 있다.

재생 원료의 특징은 송풍관을 막히지 않게 하는 것이어야 한다. 따라서, 재생 원료는 10 질량% 이하의 수분으로 예비 건조되어야 하며, 재생 원료의 임의의 조대 입자 또는 조각은 3 ㎜ 이하로 예비 정제되어야만 한다. 건조는 예컨대, 100 ~ 150 ℃ 의 온도에서 스팀 건조기에 의해 실시된다. 재생 원료에 혼합된 이물질을 제거하기 위해, 재생 원료의 크기를 조정하기 위한 체 (sieve) 가 사용된다.

PS 전로 내로 재생 원료를 불어넣는 실시예에서, 재생 원료는 바람직하게는, 슬래그 및 화이트 매트가 노에서 공존하는 조슬래그기에는 불어넣어지지 않으며, 화이트 매트와 조동이 공존하는 조동기에 불어넣어져, 슬래그 내로의 PGM 의 이행 및 그에 따른 PGM 의 손실을 회피한다. 조동기에 재생 원료를 불어넣는 것은 다음의 특정 이유 때문에 바람직하다. 조슬래그기는 약 1 시간으로 비교적 짧지만, 조동기는 약 3 시간으로 비교적 길기 때문에, PGM 의 용융 시간은 조동기에 재생 원료를 불어 넣음으로써 긴 시간 동안에 유지될 수 있다. 더욱이, 조슬래그기에 불어넣어지지만 용융될 수 없는 재생 원료는, 슬래그 내로 이행되어 손실되는 반면, 조동기에 불어넣어지고 완전 용융되지 않은 재생 원료는 머쉬 (mush) 내로 이행된다. 다음 전로 조업에서, 예컨대 자용로와 같은 용련로로부터 공급되며, 다시 매트내로 이행되는 머쉬는 매트와 강력하게 작용한다.

재생 원료를 처리하기 위한 노는 PS 전로와 같은 매트의 용련로이거나, 또는 예컨대 그 후의 애노드로와 같은 정제로이다. 재생 원료의 양이 적고, 더욱이 그 후의 전해 정제 공정에 해로운 영향을 미치는 불순물의 양이 낮은 수준인 경우에는, 정제로가 사용된다. 그러나, 재생 원료를 처리하기 위해서는 정제로가 전로보다 덜 바람직한데, 이는 정제로는 애노드를 제조하기 위한 마지막 단계에 속하기 때문에, 재생 원료로부터 애노드 원료에 추가된 불순물을 추후에 제거하기 위해 제거공정을 추가할 필요가 있기 때문이다.

재생 원료를 불어넣는 데에 사용하는 송풍구의 수는 재생 원료의 양에 따라 결정되며, 이는 하나일 수도 있고, 다수일 수도 있다. 송풍구의 직경은 통상, 42.9 ~ 50.8 ㎜ 이다. 조업 당 불어넣어지는 재생 원료의 적절한 양은 약 0.5 ~ 5 톤 정도일 수 있다.

실시예

실시예 1

총 10 톤의 재생 원료를 처리하는 시험이 상용 동 제품을 위해 조업되는 전로를 이용하여 4 일 동안 실시되었다. 1 톤의 재생 원료가 각 조업시 전로에 불어넣어 진다.

도 1 에는 시험을 위한 설비가 도시되어 있다.

4 일 동안의 시험의 평균 데이터가 이하 설명된다.

재생 원료는 299 g/t 의 Pt, 및 1644 g/t 의 Pd 를 포함한다. 재생 원료의 다른 성분은 금속 원소로서, 19 % 의 Si, 14 % 의 Al, 11 % 의 Ba, 9 % 의 Fe, 5 % 의 Ca, 4 % 의 S, 4 % 의 Ni, 3 % 의 Cu, 3 % 의 Zn 이다. 재생 원료는 3 ㎜ 이하로 선별되고, 135 ℃ 에서 스팀 건조기를 이용하여 수분이 2 질량% 이하로, 때때로 10 질량% 로 건조된 후, 송풍 탱크 (1) 에 축적되었다. 압축기 (2) 에서 발생하는 고압 공기는 7.8 N㎥/min 의 속도로 배출 분리기 (3) 및 건조기 (4) 를 통해 이송되며, 5 ~ 50 kg/min 의 속도로 재생 원료의 캐리어 가스로서 사용된다. 함유된 고체 공기 혼합물은 송풍구 (6) 에 의해 용탕 (7) 내로 불어넣어 지며, 그 용탕은 조동기에 형성된 것으로 화이트 매트 및 조동이 공존한다. 송풍 파이프 (11) 가 막히는 일은 발생하지 않는다. 더욱이, 상기된 고체 공기 혼합물을 불어넣을 시, 전로 (10) 내에서 스팀 팽창이 일어나지 않는다.

Pt 및 Pd 의 밸런스는 도 1 에 도시되어 있으며, 불어넣어지는 Pt 및 Pd 의 양은 각각 100% 인 것을 전제로 한다.

[표 1]

	전로의 조동	전로 더스트	전로 슬래그
Pt의 이행비 (%)	98.6	1.1	0.3
Pd의 이행비 (%)	98.1	0.5	1.4

조동은 전부 래들 내로 들어가며, 그 후 정제로 내로 흘러들어간다. 전로 슬래그는 전로에 부분적으로 남겨지고, 다음 전로 조업이 전로 슬래그가 다시 형성되도록 시작된다. 잔류 슬래그 및 다시 형성된 슬래그의 총 합은 다음 조업으로 들어간다. 표 1 의 전로 슬래그는 이러한 총 슬래그를 나타낸다.

표 1 에 도시된 바와 같이, 재생 원료 중 Pt 의 98.6 % 및 Pd 의 98.1 % 가 전로에서 형성된 조동으로 이행되었다. 이 비율은 이전의 자용로 내로 재생 원료를 장입하는 것보다 더 효율적인 회수를 나타낸다. 슬래그 내로의 이행 비율은 자용로 내로 장입하는 경우의 약 10 % 이다. 결과의 조동의 Cu 등급은 일반적이었다.

실시예 2

실시예 1 과 동일한 5 톤의 재생 재료가 상용 동 제품을 위한 정제로 내로 불어넣어 진다. Pt 및 Pd 의 밸런스가 표 2 에 도시되어 있다. 결과의 정제 동의 Cu 등급은 일반적이었다.

[표 2]

	정제동	정제로의 분진
Pt의 이행비 (%)	99.6	0.4
Pd의 이행비 (%)	99.7	0.3

산업상 이용 가능성

동 제련 공정에서 PGM을 함유하는 재생 원료를 처리하는 경우, 재생 원료는 전로 또는 정제로 내로 장입된다. 이 경우, 재생 원료는 슬래그와 직접 접촉하지 않는다. 따라서, PGM 의 슬래그 손실이 회피될 수 있고, 98% 이상의 PGM 의 회수율이 얻어진다.

이상, 본 발명에 따르면, 1 이상의 PGM, 즉 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, 및 Os 원소를 포함하는 재생 원료를 자용로에서 처리하는 경우에 있어서 동 제련의 조업 방법을 개선하여 PGM 의 손실을 없애고 PGM 의 회수율을 향상시킬 수 있다.

Claims

백금족 원소, 즉 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir 및 Os (이하 「PGM」이라고 기재한다) 의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 분말상 또는 입상의 재생 원료를 전로에 불어넣는 동 제련 조업 방법에 있어서, 조동기에 있어서 PGM 을 1 개 또는 2 개 이상의 송풍구로부터 PS 전로 내에 불어넣고, 또한 조동에 이행시키고,

상기 1 종 또는 2 종 이상의 PGM 을 함유하는 재생 원료의 입도는 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 동 제련 조업 방법.
제 1 항에 있어서, 1 종 또는 2 종 이상의 PGM 을 함유하는 재생 원료가 2 질량% 이하의 수분으로 건조되는 동 제련 조업 방법.
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분말상 또는 입상의 재생 원료에 함유되는 1 종 또는 2 종 이상의 백금족 원소, 즉 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir 및 Os (이하 「PGM」이라고 기재한다)를 동에 이행시키는 동 제련 조업 방법에 있어서, 전해 정제용 애노드 동의 제조 중에 PGM 을 1 개 또는 2 개 이상의 송풍구로부터 정제로 내에 불어넣어 조동과 직접 접촉시키고,

상기 1 종 또는 2 종 이상의 PGM 을 함유하는 재생 원료의 입도는 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 동 제련 조업 방법.
제 6 항에 있어서, 1 종 또는 2 종 이상의 PGM 을 함유하는 재생 원료가 2 질량% 이하의 수분으로 건조되는 동 제련 조업 방법.