KR100929520B1 - 조동 또는 고품위 매트의 생산방법 - Google Patents

조동 또는 고품위 매트의 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 산소-함유 가스, 구리정광 및/또는 미분쇄 구리매트를 제련 반응기 속으로 공급함으로써, 제련 반응기에서 황화구리정광을 함유하는 물질 및/또는 미분쇄 구리매트로부터 직접 조동 또는 고품위 매트를 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 산소-함유가스, 구리정광 및/또는 구리매트와 함께 CaO 및 SiO2 함유 플럭스를 제련 반응기 속으로 공급하고, 정광 및/또는 매트내의 구리중 일부를 산화시켜, CaO/SiO2 비가 1.5보다 더 크고 구리가 산화 형태로 존재하고 CaO + SiO2 + FeOx = 100 인 계에서 계산된 석회함량이 20% 보다 더 높은 슬래그를 형성시킨다.

Description

조동 또는 고품위 매트의 생산방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF BLISTER COPPER OR HIGH GRADE MATTE}
본 발명은 서스펜션 제련로(suspension smelting furnace)등의 제련 반응기내에서 황화정광 및/또는 미분쇄 동매트로 부터 직접 조동(粗銅 : Blister Copper)을 생산하는 건식야금법에 관한 것이다.
종래의 공지방법에서는, 여러단계에 걸쳐 황화정광으로부터 원료구리 또는 조동을 생산하는데, 이에 따르면 서스펜션 제련로 등의 서스펜션 반응기에서 공기 또는 산소-풍부 공기로 황화정광을 제련하여, 50 ~ 75중량% 구리를 함유하는 구리-풍부 매트와 슬래그가 얻어진다. 이러한 종류의 방법은 예를 들어, 미국특허 제 2,506,557 호에 개시되어 있다. 서스펜션 제련로에서 형성된 구리매트는 예를 들어, 피어스-스미스(Pierce-Smith)형 전로 또는 자용로(flash converter)내에서 조동으로 되고 애노드 노에서 더욱 정련된다.
서스펜션 반응기에서 하나의 공정단계에 의해 직접 황화정광으로부터 조동을 생산하는 것은 어떤 경계조건 내에서 경제적으로 실용적이다. 조동을 직접 생산하는데 있어 가장 큰 문제점은 슬래그에 대한 구리의 거동 및 형성된 다량의 슬래그를 포함한다. 다량의 슬래그는 구리를 회수하는데 추가의 처리공정을 요구하며, 이것은 공정의 경제적 이익에 영향을 끼친다.
정광의 구리함량이 충분히 높으면(통상 37중량% 이상의 구리함량), 예를 들어 오스레일리아의 올릭핌 댐 제련기에서 처럼, 정광의 구리함량이 40중량%를 초과한다면, 하나의 단계에서 조동을 직접 생산하는 것이 경제적으로 가능하다. 전술한 정광을 사용하는 경우, 슬래그의 양은 적당하지만, 저함량의 황(1중량% 미만의 황)을 갖는 조동을 생산하기 위해서는, 생성된 슬래그가 15 ~ 25중량%의 구리를 함유하도록 산화조건을 선택해야 한다.
저함량의 구리를 갖는 정광은, 만약 유리한 조성을 갖는다면, 조동의 직접생산에 또한 적합할 수 있다. 예를 들어, 폴란드의 글로고우 제련기에서, 철함량이 낮고 그 결과 슬래그의 함량이 현저하게 높지 않기 때문에, 조동은 하나의 단계에서 정광으로부터 생산된다. 통상의 정광을 사용하여 하나의 단계로 구리를 생산하는 것은 철과 다른 맥석 모두를 슬래그화 시킨다. 이러한 형태의 방법이 미국특허 제 4,030,915 호에 개시되어 있다.
필란드 특허 제 104838 호는, 정광, 플럭스 및 산소-풍부 공기를 서스펜션 반응기 속으로 공급함으로써, 서스펜션 반응기에서 황화구리 정광으로부터 직접 조동을 생산하는 방법을 개시하고 있다. 반응기로 공급되는 공기 중 산소함량을 50% 이상의 산소인 것으로 함으로써, 냉각된 미분쇄 구리매트를 정광과 함께 서스펜션 반응기 속으로 공급하여 정광으로부터 발열된 열을 가두어 슬래그의 양을 상대적으로 감소시킨다.
그러나, 이러한 핀란드 특허 제 104838 호는 상기 공정을, 산소함량이 50% 산소보다 높고 반면에 정광의 품위가 정광내에서 31% 이상의 구리로 한정되는 범위 에 한정시키고 있다. 상기 특허는 정광의 품위에 의존하는 규산철 슬래그(iron silicate slag: 본질적으로 칼슘이 없는) 및 칼슘 페라이트 슬래그(본질적으로 규산염이 없는) 둘 다의 사용에 한정된다.
국제특허출원 WO 제 00/09772 호는, 황화구리 정광을 산소-제련하여, 황화구리 정광내의 철을 슬래그 속으로 대부분 제거할 뿐만 아니라 상기 정광내의 황의 일부 또는 대부분의 황을 이산화황(SO2)으로서 제거함으로써, 황화정광으로부터 구리를 화이트 메탈, 거의 화이트 메탈 매트 또는 조동으로서 획득하는, 황화구리 정광의 제련방법을 개시하고 있다. 상기 방법에 따르면, 황화구리정광에 SiO2 물질 및 CaO 물질을 플럭스로서 첨가해서 산소-제련을 실시하여, CaO/(SiO2 + CaO)의 중량비가 0.3 ~ 0.6(CaO/SiO2 = 0.43 ~ 1.5)이고 Fe/(FeOx + SiO2 + CaO)의 중량비가 0.2 ~ 0.5 인 슬래그, 및 화이트 메탈, 거의 화이트 메탈 매트, 또는 조동을 생산한다. 국제특허출원 WO 제 00/09772 호의 목적은, SiO2 를 함유하고 있는 매트 또는 황화구리정광을 처리하는데 사용할 수 있는 자철광의 문제없이, 1300℃ 이하의 온도에서 황화구리정광 또는 매트를 연속 산화하고, 슬래그의 구리 손실이 적어 부유선광에 의해 슬래그 중의 구리를 회수가능하며, 비소, 안티몬 및 납을 슬래그 속으로 많이 제거하고, 그리고 내화재가 덜 부식되는, 화이트 메탈 또는 조동을 생산하는 황화구리정광의 제련방법을 제공하는 것이다.
그러나, 국제특허출원 WO 제 00/09772 호는, 슬래그내에서 CaO/SiO2 의 비가 1.5보다 작고 슬래그중의 실리카의 함량이 비교적 높으며, 최소량이 순수한 CaO-SiO2-FeOx 계 (CaO = 18.6%)에서 약 12.4% SiO2 인 제한으로 적절한 슬래그의 조성범위를 한정하고 있다. 슬래그 중 석회의 함량이 증가함에 따라, 슬래그 중 실리카의 함량도 증가되어야 하며, 결과적으로 총 슬래그의 양이 증가한다. 예를 들어, CaO/(CaO + SiO2)의 비가 0.6이고 Fe/(CaO + SiO2 + FeOx)의 비가 0.5로부터 0.2로 감소하는 경우, 슬래그의 양은 두배 이상이 된다. 최대 CaO/SiO2 의 비는 1.5이다.
본 발명의 목적은, 종래기술의 단점을 제거하고 1250 ~ 1350℃의 온도범위에서 유동성을 갖는 슬래그를 형성하도록 실리카(SiO2) 함유물질 및 석회(CaO) 함유물질 둘 다를 공급하며 미분쇄(finely ground) 구리매트 및/또는 황화정광으로부터 직접 서스펜션 반응기에서 조동 또는 고품위 매트를 생산하기 위한 개량된 방법을 달성하는 것이다. 본 발명의 본질적인 새로운 특징은 첨부된 청구항으로부터 명백하다.
본 방법에 따르면, 산소를 함유하는 가스와 함께 황화구리정광 및/또는 구리매트를 서스펜션 제련로 등의 제련 반응기 속으로 공급하고, 이때 CaO/SiO2 의 비가 1.5보다 높고 그리고 1250 ~ 1350℃의 온도범위에서 유동성을 갖는 슬래그를 형성하기 위해 실리카(SiO2) 및 석회(CaO) 함유물질 둘 다를 또한 제련 반응기 속에 공 급하게 된다. 슬래그 유동성에 대한 중요한 점은, 슬래그가 또한 산화된 형태로 6중량% 이상의 구리를 함유하는 것이다.
본 발명의 방법은, 슬래그 중의 산화구리가 자철광 및 규산2칼슘 둘다를 효과적으로 용제한다는 사실에 기초를 두며, 이러한 사실은 구리제련에서 CaO-SiO2-FeOx 슬래그의 적응성을 제한한다. 구리내 황함량이 0.8중량% 미만인 산화조건에서, 정광 및/또는 미분쇄 매트내에서 구리의 일부가 산화되어, 작업범위의 확장을 허용하는 플럭스 효과(fluxing effect)를 야기하는데, 즉, 국제특허출원 WO 제 00/09772 호의 방법에서 설정된 CaO/(CaO + SiO2) = 0.3 ~ 0.6 및 Fe/(CaO + SiO2 + FeOx) = 0.2 ~ 0.5 의 제한을 없앤다.
본 발명의 방법은 제련 반응기에서 구리정광 및/또는 매트 뿐만 아니라 규산염함유 물질과 석회함유 물질의 혼합물로부터 조동 또는 고품위 매트를 생산한다. 냉각된 미분쇄 구리매트를 제련 반응기 속으로 공급하여, 석회의 활동도가 높아 비소와 안티몬의 슬래그화를 증가시키지만 실리카의 활동도가 높아 조동으로부터 납을 제거하는 비교적 적은 양의 슬래그, 및 1.0중량% 미만의 황을 갖는 조동을 생산한다.
블리스터 노(blister furnace)로 공급되는 미분쇄 매트는 60 ~ 78중량%의 구리함량을 가지면서 공지의 제련로에서 생산되는 매트일 수도 있다. 단일의 서스펜션 제련 유닛은, 이용할 수 있는 정광의 구리함량 및 조성 그리고 미분쇄 매트의 양에 좌우되는 블리스터 제련기로서 직접 설계될 수도 있다.
슬래그는 일단법 또는 바람직하게는 이단법 슬래그 클리닝(two-stage slag cleaning)에서 더 처리된다. 이단 클리닝 방법은 2개의 전기로 또는 1개의 전기로 및 슬래그 정광 플랜트 중의 어느 하나를 포함한다. 슬래그가 슬래그 정광 플랜트에서 처리된다면, 슬래그 정광은 제련 반응기 속으로 다시 공급될 수 있다. 조동은 애노드 노에서 통상의 정련을 받게 된다.
자용로내에서 고급 매트를 생산한다면, 블리스터 제련단계에서 생산된 슬래그가 바람직하게 입상화될 수 있으며 구리회수를 위해 기본 제련로 속으로 공급될 수 있다. 이것의 효율은 혼합 공급물 중의 정광의 양 및 생산된 슬래그의 양에 좌우된다. 그런후, 기본 제련로로부터의 슬래그는 통상의 일단법 슬래그 클리닝 공정으로 향하거나 또는 슬래그 중의 구리함량에 따라 직접 배치된 전기로, 슬래그 클리닝 노 또는 슬래그 부유선광 단계로 향한다.
본 발명은 다음의 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 서술된다.
도 1 은 실시예 1 에 따른 조동에서 다른 종류의 슬래그 중 구리함량을 표준화된 산소분압(T = 1300℃)의 함수로서 도시하고 있다.
도 2 는 실시예 1 에 따른 조동에서 다른 종류의 슬래그 중 슬래그와 조동간의 비소의 분포계수를 표준화된 산소분압의 함수로서 도시하고 있다.
도 3 은 실시예 1 에 따른 조동에서 다른 종류의 슬래그 중 슬래그와 조동간의 납의 분포계수를 표준화된 산소분압의 함수로서 도시하고 있다.
도 4 는 실시예 1 에 따른 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에서 주어진 슬래그 중 구리함량을 도시하고 있다.
도 5 는 실시예 1 에 따라 슬래그 중 Cu% = 20%로 표준화된 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에 도시된 슬래그와 조동간의 비소의 분포계수를 도시하고 있다.
도 6 은 실시예 1 에 따라 슬래그 중 Cu% = 20%로 표준화된 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에 도시된 슬래그와 조동간의 납의 분포계수를 도시하고 있다.
도 7 은 실시예 1 에 따라 슬래그 중 Cu% = 15%로 표준화된 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에서 주어진 슬래그의 200 cP 점도온도를 도시하고 있다.
실시예 1
구리를 함유하는 원광이 구리매트(72.3중량% Cu, 3.4중량% Fe, 20.3중량% S) 및 구리정광(29.2중량% Cu, 33.7중량% S, 21.0중량% Fe)으로 미분쇄되는 일련의 시험으로, 서스펜션 소형 파일럿 제련로내에서 조동을 생산하였다. 구리매트와 정광의 혼합물 (kg 매트)/(kg 매트 + kg 정광)*100 은 50 ~ 100% 사이의 범위에 있다. 공급속도는 100 ~ 200 kg/h 이다. 생산된 조동의 산화정도는 산소계수(Nm3 O2/1톤 공급물)에 의해 제어되었으며, 슬래그의 조성(슬래그 중 CaO/SiO2, Fe/SiO2)은 공급물에 규사와 석회를 추가함으로써 제어되었다. 공정의 파라미터가 일정하게 유지되는 각 단계 후, 슬래그와 조동을 소형 파일럿 노의 집진기 밖으로 유출하여 생산된 조동과 슬래그를 분석하였다. 조동의 평균 황함량은 0.2중량% 황(0.01 ~ 0.89% 황) 이었다.
실시예로서 시험중 하나의 결과가 다음과 같이 주어진다.
매트 공급속도 89.7 kg/h
매트의 품위(3.4% Fe, 18.2% S, 0.26% As, 0.2% Pb) 72.3% Cu
정광 공급속도 59.9 kg/h
정광의 품위(20.9% Fe, 30.7% S, 5.1% SiO2,
1.3% As, 0.11% Pb) 30.2% Cu
규사 공급속도 0.5 kg/h
석회 공급속도 10.3 kg/h
정광버너에 대한 기술적인 산소 공급속도 29.0 Nm3/h
정광버너에 대한 공기 공급속도 31.0 Nm3/h
산소함량 59.2%
산소 계수 245.4 Nm3O2/t
열손실의 평형을 잡도록 리액션 샤프트와 침전기에
대한 부탄의 공급 3.03 kg/h
시험기간(공급중) 3h 10min
출탕온도 1300℃
생산된 조동의 품위
황함량 0.08% S
비소함량 0.077% As
납함량 0.035% Pb
생산된 슬래그의 품위
구리함량 18.3% Cu
석회함량 19.3% CaO
실리카함량 7.6% SiO2
철함량 28.2% Fe
비소함량 0.68% As
납함량 0.28% Pb
CaO/SiO2(w-%/w-%) 2.54
Fe/SiO2(w-%/w-%) 3.71
CaO/(CaO + SiO2)(w-%/w-%) 0.72
슬래그와 조동간의 비소의 분포계수 8.8
슬래그와 조동간의 납의 분포계수 8.0
상기 방법의 응용이 시험의 결과와 도면 1 ~ 7을 기초로 하여 더욱 개시되어 있다.
도 1 은 조동에서 다른 종류의 슬래그 중의 구리함량을 표준화된 산소분압(T = 1300℃)의 함수로서 도시하고 있다. 슬래그 중 CaO/SiO2 비(주어진 Fe/SiO2 비에서)가 증가하는 경우, 슬래그 중 구리함량이 감소하는 것을 알 수 있다. 비교를 위해 파얄라이트(fayalite; iron silicate)슬래그의 구리함량이 도 1 에 또한 주어져 있다. 파얄라이트 슬래그와 비교하여 동일한 산소 포텐셜에서 구리함량이 휠씬 더 적다.
도 2 는 다른 종류의 슬래그 중 슬래그와 조동간의 비소의 분포계수 (LAs (슬래그/Cu) = (슬래그중 As%)/(조동내에서 As%))를 조동에서 표준화된 산소분압의 함수로서 도시하고 있다. 슬래그 중 CaO/SiO2 비(주어진 Fe/SiO2 비에서)가 증가하는 경우 비소의 분포계수(LAs (슬래그/Cu))가 증가하는 것을 알 수 있다. 비교를 위해 규산철 슬래그와 조동간의 비소의 분포계수가 도 2 에 또한 주어져있다. 비소의 파얄라이트 슬래그 분포계수(LAs (슬래그/Cu))와 비교하여, CaO/SiO2 슬래그의 분포계수가 동일한 산소 포텐셜에서 더 높은데, 이는 조동으로부터 비소를 제거하는 능력이 휠씬 더 큼을 의미한다.
도 3 은 다른 종류의 슬래그 중 슬래그와 조동간의 납의 분포계수(LPb (슬래그/Cu) = (슬래그중 Pb%)/(조동내에서 Pb%))를 조동에서 표준화된 산소분압의 함수로서 도시하고 있다. 슬래그 중 CaO/SiO2 비(주어진 Fe/SiO2 비에서)가 증가하는 경우, 납의 분포계수(LPb (슬래그/Cu))는 조금 감소한다. 비교를 위해, 칼슘 페라이트 슬래그와 조동간의 납의 분포계수가 도 3 에 또한 주어져있다. 납의 칼슘 페라이트 슬래그 분포계수(LPb (슬래그/Cu))와 비교하여, CaO/SiO2 슬래그의 납의 분포계수는 동일한 산소 포텐셜에서 더 높은데, 이는 조동으로부터 비소를 제거하는 능력이 더 큼을 의미한다.
도 4 는 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에서 주어진 슬래그 중 구리함량을 도시하고 있다. 상기 결과를 1300℃ 의 온도 및 log Po2 = -4.5의 산소분압으로 표준화하였다. 일정한 산소분압에서 FeOx + CaO + SiO2 + 산화구리 슬래그로 작업할 때, CaO/SiO2 비가 1.5보다 크고 또한 CaO + SiO2 + FeOx 계의 CaO함량은 20%보다 큰 경우 슬래그 중 구리함량은 10~20%임을 알 수 있다.
도 5 는 슬래그 중 Cu% = 20%로 표준화된 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에 도시된 슬래그와 조동간의 비소의 분포계수를 도시하고 있다. 시험결과에 기초한 등분포선이 또한 나타나있다. CaO/SiO2 비가 1.5보다 더 큰 경우, 시스템내의 CaO함량이 증가하는 경우에 분포계수가 증가한다.
도 6 은 슬래그 중 Cu% = 20%로 표준화된 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에 도시된 슬래그와 조동간의 납의 분포계수를 도시하고 있다. CaO/SiO2 비가 1.5보다 더 높은 경우, 시스템내의 CaO함량이 감소하는 경우에 납의 분포계수가 증가한다.
파일럿 시험(Pilot Test)에서 슬래그의 점도는, 슬래그가 통상의 출탕구를 통해 노 밖으로 흘러나갈 수 있을 정도로 충분히 낮았다. 슬래그의 점도 거동을 연구하기 위해, 파일럿 시험에서 생성된 슬래그의 일부에 대해 더욱 상세한 점도측정을 실시하였다. 도 7 은 슬래그 중 Cu% = 15%로 표준화된 FeOx + CaO + SiO2 =100 인 다이어그램에서 주어진 슬래그의 200 cP 점도온도를 도시하고 있다. 슬래그 중 CaO의 함량이 감소하는 경우, 200 cP 점도온도가 증가한다. 이론적인 계산에 근거하여, 고체 자철광의 형성은 도 7 에서 점선으로 도시된 것처럼 이러한 종류의 슬래그의 유용성을 제한하고 있다.
이제, 도 1 ~ 7 의 결과에서 알 수 있듯이, 슬래그의 CaO/SiO2 비가 1.5보다 더 큰 경우, 슬래그가 노 밖으로 흘러나가도록 충분히 유동적이며, FeOx + CaO + SiO2 = 100 에서 계산된 슬래그 중 CaO 함량은 20% 보다 더 크며, 슬래그 중의 구리함량이 슬래그내에서 8% Cu 이상이다.

Claims (9)

  1. 산소-함유 가스, 구리정광 또는 미분쇄 구리매트를 제련 반응기 속으로 공급하여, 제련 반응기에서 황화구리정광을 함유하는 물질 또는 미분쇄 구리매트로부터 직접 조동 또는 고품위 매트를 생산하는 방법에 있어서,
    산소-함유 가스, 구리정광 또는 구리매트와 함께 CaO 및 SiO2 함유 플럭스를 제련 반응기 속으로 공급하고, 정광 또는 매트 내의 구리중 일부를 산화시켜, CaO/SiO2 비가 1.5보다 더 크고, 비소와 안티몬의 슬래그화를 증가시키며 조동으로부터 납을 제거하기 위하여 산화 형태에서 구리함량이 6중량% 이상이며, CaO + SiO2 + FeOx = 100 인 계에서 계산된 석회함량이 20% 보다 더 높은 슬래그를 생성하는 것을 특징으로 하는 조동 또는 고품위 매트의 생산방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 조동 또는 고품위 매트의 생산방법은 산소-함유 가스를 사용하는 제련 유닛 내에서 실시되는 것을 특징으로 하는 조동 또는 고품위 매트의 생산방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제련 반응기는 서스펜션 제련로인 것을 특징으로 하는 조동 또는 고품위 매트의 생산방법.
  7. 산소-함유 가스, 구리정광 및 미분쇄 구리매트를 제련 반응기 속으로 공급하여, 제련 반응기에서 황화구리정광을 함유하는 물질 및 미분쇄 구리매트로부터 직접 조동 또는 고품위 매트를 생산하는 방법에 있어서,
    산소-함유 가스, 구리정광 및 구리매트와 함께 CaO 및 SiO2 함유 플럭스를 제련 반응기 속으로 공급하고, 정광 및 매트 내의 구리중 일부를 산화시켜, CaO/SiO2 비가 1.5보다 더 크고, 비소와 안티몬의 슬래그화를 증가시키며 조동으로부터 납을 제거하기 위하여 산화 형태에서 구리함량이 6중량% 이상이며, CaO + SiO2 + FeOx = 100 인 계에서 계산된 석회함량이 20% 보다 더 높은 슬래그를 생성하는 것을 특징으로 하는 조동 또는 고품위 매트의 생산방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 조동 또는 고품위 매트의 생산방법은 산소-함유 가스를 사용하는 제련 유닛 내에서 실시되는 것을 특징으로 하는 조동 또는 고품위 매트의 생산방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제련 반응기는 서스펜션 제련로인 것을 특징으로 하는 조동 또는 고품위 매트의 생산방법.
KR1020047003951A 2001-09-21 2002-09-20 조동 또는 고품위 매트의 생산방법 KR100929520B1 (ko)

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