KR101063799B1 - Magnesium production apparatus and magnesium production method using the same - Google Patents

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KR101063799B1 KR1020080131896A KR20080131896A KR101063799B1 KR 101063799 B1 KR101063799 B1 KR 101063799B1 KR 1020080131896 A KR1020080131896 A KR 1020080131896A KR 20080131896 A KR20080131896 A KR 20080131896A KR 101063799 B1 KR101063799 B1 KR 101063799B1
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Abstract

본 발명은 광산에서 채굴되는 돌로마이트를 원료로 규소금속을 환원제로 사용하여 마그네슘 금속을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 돌로마이트를 고온으로 소성한 소성 돌로마이트와 페로실리콘 합금을 분쇄하여 혼합한 후 성형한 성형체 물질을 1100~1250℃로 유지하는 고온로내에 설치되는 수직형 열환원 반응관 상부로 장입하고, 분리설치된 응축기와 진공시스템을 통해 0.05토르 내지 8 토르(torr)로 진공조건으로 장시간 유지함으로 고상반응을 통해 열환원하게 되고, 열환원 반응관내에서 열환원되어 기화된 마그네슘 증기는 열환원반응관과 별도로 설치된 응축기사이의 연결덕트내 배관을 통해 열환원반응관에서 응축기로 응축기의 배출배관상에 설치된 진공펌푸에 의한 감압조업에 의해 이동되면서 냉각, 응축회수하는 마그네슘 제조 장치 및 방법에 관한 것으로 이를 통해 생산성을 증대시킬 뿐만 아니라 고체 연료가 아닌 석탄가스를 열원으로 사용하면서 배가스 현열회수를 위한 축열 버너기술을 도입하므로서 환경적으로도 분진 발생등 환경 오염원의 발생을 저감시키는 특징을 갖는다.

Figure R1020080131896

돌로마이트, 페로실리콘, 열환원, 마그네슘금속, 수직형 열환원반응관

The present invention relates to an apparatus and a method for producing magnesium metal using a dolomite mined in a mine as a raw material and a silicon metal as a reducing agent. The present invention relates to a pulverized dolomite and a ferrosilicon alloy fired at a high temperature, and then molded The material is charged into the upper part of the vertical heat reduction reaction tube installed in the high temperature furnace maintaining the temperature at 1100 ~ 1250 ℃, and the solid phase is maintained at 0.05 to 8 torr for a long time through the condenser and vacuum system installed separately. Heat-reduced and vaporized magnesium vapor in the heat-reduction reaction tube through the reaction in the connection duct between the heat-reduction tube and the condenser installed separately from the heat-reduction tube to the condenser discharge pipe Magnesium manufacturing device for cooling and condensation recovery while being moved by the decompression operation by the installed vacuum pump And method, which not only increases productivity, but also uses coal gas, not solid fuel, as a heat source, and introduces a heat storage burner technology for sensible heat recovery of exhaust gas, thereby reducing the occurrence of environmental pollution sources such as dust. Has

Figure R1020080131896

Dolomite, ferrosilicon, heat reduction, magnesium metal, vertical heat reduction reaction tube

Description

마그네슘 제조 장치 및 이를 이용한 마그네슘 제조 방법{APPARATUS FOR OBTAINING MAGNESIUM AND METHOD OF OBTAINING MAGNESIUM BY USING THE SAME}MAGNETIC MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD MANUFACTURING METHOD USING THE SAME {APPARATUS FOR OBTAINING MAGNESIUM AND METHOD OF OBTAINING MAGNESIUM BY USING THE SAME}

본 발명은 마그네슘 제조 장치 및 이를 사용한 마그네슘 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 본 발명은 광산에서 채굴되는 돌로마이트를 원료로 규소금속을 환원제로 사용하여 마그네슘 금속을 제조할 수 있는 마그네슘 제조 장치 및 이를 사용한 마그네슘 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium production apparatus and a magnesium production method using the same. More specifically, the present invention relates to a magnesium production apparatus capable of producing magnesium metal using a dolomite mined in a mine as a raw material of silicon metal as a reducing agent and a magnesium production method using the same.

마그네슘은 지각에는 물론 바닷물에도 다량 존재하는 원소로써, 1808년 영국의 화학자 H. 데이비가 마그네시아(MgO, 산화마그네슘)를 금속칼륨으로 환원시켜 소량의 금속을 처음으로 추출한 이후, 최근까지 제철소 제강공장 탈황제나, 타이타늄제조용 환원제, 알루미늄소재의 합금원에 국한하여 사용되었으나 2000년대에 이르면서 마그네슘이 갖는 알루미늄의 2/3, 철의 1/5의 비중을 갖는 경량성과 열전도성 및 비강도와 더불어 방열성 및 전자파차페성과 같은 여러가지 소재특성에 따라 자동차 등 수송기기나 IT산업 소재로 활용도가 점차 넓어지면서, 생산량 또한 급격히 증대되고 있다.Magnesium is an element that is present in the earth's crust as well as in seawater.In 1808, British chemist H. Davie reduced magnesia (MgO) to metal potassium and extracted a small amount of metal for the first time. B. Reducing agent for titanium production and used as an alloy source of aluminum material, but by the 2000s, it has light weight, thermal conductivity and specific strength with 2/3 of aluminum of aluminum and 1/5 of iron. According to various material characteristics such as the shielding property, the utilization is gradually expanded to transport equipment such as automobiles or IT industry materials, and the production volume is also rapidly increasing.

일반적으로 마그네슘 금속을 만드는 제련방법은 전해법과 금속 열환원법으로 나눌 수 있다. 일찍이 마그네슘이 발견된 초기에는 바닷물이나 마그네사이트를 원료로 전해법을 통해 마그네슘의 수력발전이 발달된 노루웨이 캐나다 등 지역에서 대형설비를 통한 대량생산이 이루워져 왔다.In general, smelting of magnesium metal can be divided into electrolytic and metal thermal reduction. In the early days when magnesium was discovered, mass production was carried out in large-scale facilities in areas such as Norwegian Canada where hydroelectric development of magnesium was developed through electrolysis using seawater or magnesite.

이후 1941년 캐나다 피죤(Pidgeon)박사에 의해 개발된 규소열환원법에 의한 마그네슘제조방법이 1990년대 중반이후 중국에 전달되면서 풍부한 광물 및 인적자원과 전무상태의 환경규제로 따라 급속한 양적성장을 가져와 전기를 에너지원으로Since the magnesium heat reduction method developed by Dr. Pigeon, Canada in 1941, has been delivered to China since the mid-1990s, it has rapidly grown quantitatively by producing abundant minerals, human resources, and no environmental conditions. As an energy source

사용하는 서구중심의 전해법에 의한 마그네슘 금속 생산은 경쟁력 상실로 축소되고, 중국중심의 열환원법에 의한 마그네슘 생산이 급속히 증대되면서 2007년말기준으로 전세계 생산량이 81만톤에 이르렀으며 이중 80%이상이 중국을 중심으로 발달된 열환원법에 의해 생산되고 있다.Magnesium metal production by Western-based electrolysis is reduced due to the loss of competitiveness, and magnesium production by China-based thermal reduction method has rapidly increased. As of the end of 2007, global production reached 810,000 tons. It is produced by a heat reduction method developed around.

마그네슘은 자연계에 유리상태로는 산출되지 않지만 탄산염, 규산염 등으로 지구상에 널리 그리고 다량으로 존재하며, 지각내의 존재량은 나트륨, 칼륨에 이어 제 8위이다. 주요광물자원은 마그네사이트, 카날라이트, 돌로마이트, 활석, 사문석 등으로 존재하며, 통상 전해법에 의한 마그네슘제조 원료로는 마그네사이트와 돌로마이트, 그리고 카날라이트가 주로 사용되며, 열환원법은 돌로마이트를 원료로 사용되고 있다. 캐나다에서 개발되었으나 중국에서 발전된 마그네슘제련 피죤(Pidgeon) 열환원법은 초기에는 기본적으로 값싼 무연탄을 연료로 사용하여 돌로마이트의 소성과 열환원로의 열원으로 사용하였는 바, 다량의 분진발생과 함께 SOx, NOx 및 CO등 환경오염원를 배출하는 바, 일반적으로 에너지 다소비 환경오염 설비로 인식되고 있다. Magnesium is not naturally produced in the free state, but is widely and largely present on earth as carbonates and silicates, and the amount in the crust is the eighth place after sodium and potassium. The main mineral resources are magnesite, canalite, dolomite, talc, serpentine, etc.Magnesite, dolomite, and cannite are mainly used as magnesium raw materials for electrolysis, and the thermal reduction method is used as dolomite. . Developed in Canada but developed in China, the Pigeon heat reduction method used in China initially used cheap anthracite coal as a fuel, and used it as a heat source for dolomite firing and heat reduction furnaces. As it emits environmental pollutants such as CO and CO, it is generally recognized as an energy waste environment pollution facility.

그리고 피죤 열환원로가 갖는 수평형 리토트(Retort)의 외부가열을 통한 마그네슘 제조공정은 약 8시간 환원과 3시간의 냉각시간이 요구되는 단속조업 설비로써 소규모에서도 마그네슘을 제조할 수 있는 장점이 있는 반면, 대량의 마그네슘제조에는 생산성에 한계성을 가지며, 열악한 환경조건하에서 다량의 인력에 의한 수작업에 의해 조업이 이루워진다.In addition, magnesium production process through external heating of horizontal retort of Pigeon heat reduction reactor is an intermittent operation facility that requires about 8 hours of reduction and 3 hours of cooling time. On the other hand, the production of a large amount of magnesium has a limitation in productivity, and the operation is performed by manual labor by a large amount of manpower under poor environmental conditions.

기존 피죤 열환원법은 기본적으로 수평식 열환원 반응관의 형상이 한쪽 끝이 막힌구조로 마그네슘제조용 장입원료를 수작업에 의존하여 장입하고, 반응관 입구에 냉각자켓이 있는 응축기를 설치 외부가열 방식으로 열환원하여 생성된 마그네슘증기를 진공펌푸를 통해 냉각자켓이 설치된 응축기로 이동 마그네슘 크라운을 제조하게 되는데, 이때 원료의 장입 및 제품의 배출이 단속적으로 이루워지며, 인력에 의존하여야 하는 문제점을 가진다.The existing Pigeon heat reduction method basically has a horizontal heat reduction reaction tube whose shape is closed at one end, and loads the raw material for manufacturing magnesium according to manual labor and installs a condenser with a cooling jacket at the inlet of the reaction tube. The reduced magnesium vapor is moved to a condenser equipped with a cooling jacket through a vacuum pump to produce a magnesium crown. In this case, the charging of the raw material and the discharge of the product are intermittently achieved, and there is a problem of having to rely on manpower.

또한 열환원반응관 또한 수평형으로 환원로내에 장착하게 되는 바, 다단 설치상 한계를 가지는 바 2단에 국한 설치되는 바, 단위 용적당의 열환원반응관의 설치상의 한계로 생산성에 한계를 갖는다. 또한 통상 기존 열환원공정의 경우 소성로나 열환원로의 에너지원은 무연탄을 주로 사용되어 왔으며, 이로 인해 분상 연료의 사용에 따른 분진의 발생과 무연탄의 연소에 따른 SOx, NOx, CO등 많은 환경오염물질의 배출이 불가피하다.In addition, the heat reduction reaction tube is also installed in the reduction furnace in a horizontal type bar, which has a limitation on installation in multiple stages, and is installed in two stages, and has a limitation in productivity due to the limitation in installation of a heat reduction reaction tube per unit volume. . In addition, in the conventional heat reduction process, anthracite coal has been mainly used as the energy source of the kiln or the heat reduction furnace, and as a result, many environmental pollutions such as SOx, NOx, and CO are generated due to the generation of dust and the combustion of anthracite coal. Release of material is inevitable.

따라서 이 또한 개선할 필요가 있다. 피죤 열환원법의 단속조업을 개선코자 연속적으로 로체 상부로 마그네슘산화물 원료를 장입하고 고온 용융전기로를 사용하여 약 1500~1600℃로 용융하고 용융상태에서 실리콘 금속에 의해 환원하여 마그 네슘을 제조하는 마그네떰(magnetherm)법이 일찍이 불란서에서 개발되어 상용화 되었으나 전기의 사용에 따른 기술적 한계성으로 더 이상 발전되지 못하고 중단되었다.Therefore, this too needs to be improved. To improve the intermittent operation of the Pigeon heat reduction method, the magnesium oxide raw material was continuously charged to the upper part of the furnace, melted at about 1500 ~ 1600 ° C using a high temperature melting furnace, and reduced by silicon metal in the molten state to produce magnesium. (magnetherm) was originally developed and commercialized in France, but no longer developed due to the technical limitations of the use of electricity.

본 발명의 목적은 광산에서 채굴되는 돌로마이트를 원료로 규소금속을 환원제로 사용하여 마그네슘 금속을 효과적으로 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 특히 마그네슘 금속제조용 소성돌로마이트 원료와 페로실리콘 환원제 및 촉매로 작용하는 형석 혼합물을 성형한 성형체를 열환원반응관 상부로 장입 충진하고, 충진후 장입구를 플랜지 또는 슬라이드밸브를 이용 밀폐한 후 열환원반응관 장입물 충진층 상부면 상단에 위치하는 수평배관을 통해 마그네슘 응축기로 연결하고, 응축기상에 별도의 배관을 통해 진공시스템을 연결하여 열환원반응관 및 응축기를 감압함으로써, 열환원반응관내에서 성형체를 통해 고온 진공조건에서 기화하는 마그네슘 금속을 열환원반응관과 응축기사이를 고온의 연결덕트로 온도를 유지하면서 내부에 설치된 열환원반응관과 별도로 설치된 응축기사이를 연결하는 연결배관을 통해 열환원 반응중 마그네슘 금속 증기을 진공펌푸가 부착된 응축기를 통해 연속적으로 회수하는 장치 및 방법을 제시하는데 있다. 그리고 열환원 반응관내에서 규소열환원반응에 의하여 함유하는 마그네슘의 기화가 완료되면 열환원반응관 하단에 설치된 플랜지 또는 슬라이드 밸브를 개방하여 충진물인 칼슘실리케이트 열환원 잔재물을 중력에 의하여 자동으로 하단에 설치된 포트 또는 이송용 래들로 배출, 비료 또는 시멘트의 원료로써 재자원화 한다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for effectively producing magnesium metal using dolomite mined in a mine as a raw material of silicon metal as a reducing agent, and in particular, a fluorite mixture serving as a calcined dolomite raw material for producing magnesium metal, a ferrosilicon reducing agent and a catalyst. Charges the molded body into the upper part of the heat reduction reaction tube, and after filling the sealed inlet by using a flange or a slide valve to the magnesium condenser through the horizontal pipe located at the top of the heat reduction reaction tube charge filling layer By connecting a vacuum system through a separate pipe on the condenser, and decompressing the heat reduction reaction tube and the condenser, between the heat reduction reaction tube and the condenser Heat installed inside while maintaining temperature with high temperature connection duct Through the reaction tube and the heat source-reduction reaction of magnesium metal jeunggieul it is attached with a condenser vacuum Pump through a connection pipe for connecting the condenser is installed separately is to propose an apparatus and method for recovering continuously. And when the vaporization of magnesium contained by the silicon heat reduction reaction in the heat reduction reaction tube is completed, the flange or slide valve installed at the bottom of the heat reduction reaction tube is opened to automatically fill the calcium silicate heat reduction residue, which is the filling material, at the bottom by gravity. Recirculate as a source of discharge, fertilizer or cement with a pot or transfer ladle.

본 발명을 통해 소성백운석(calcined dolomite)을 규소열환원 반응을 통해 마그네슘 금속을 만드는 기존 수평형 열환원 반응로를 개선하여 인력에 의존하지 않고 열환원반응 성형체를 열환원로 상부로 자동 장입, 분리형 응축기를 활용한 마그네슘 금속의 연속회수, 그리고 열환원 반응관내 잔존하는 고온의 열환원 잔재물을 반응관 하단부를 통해 자동 배출하는 특성을 갖는 마그네슘 금속제조 장치 및 방법을 고안코자 하였다.      Through the present invention, by improving the existing horizontal heat reduction reactor for producing magnesium metal through calcined dolomite (silicon thermal reduction reaction), the thermal reduction reaction molded body is automatically charged to the upper portion of the thermal reduction furnace without separating the manpower. A method and method for manufacturing a magnesium metal having a characteristic of continuously recovering magnesium metal using a condenser and automatically discharging the high temperature heat reduction residue remaining in the heat reduction reaction tube through the lower end of the reaction tube were designed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화마그네슘 함유량을 19무게%이상 함유하는 원료광석인 백운석을 고온의 소성로에서 90%이상 소성하고, 이를 일정크기(100메쉬이하)로 미분쇄한 후, 200메쉬 표준체를 통과한 분상의 페로실리콘(75%Si-Fe)과 소량의 분상 형석을 혼합기를 사용 기계적으로 균일하게 혼합한 후, 성형기를 사용하여 마그네슘 추출용 열환원로 장입용 브리켓을 만든다. 그리고 이를 석탄가스화 가스의 연소에 의한 가열로내에 설치된 수직형 열환원 반응관 상단부에 위치하는 원료장입호퍼에 저장하고, 호퍼를 통해 단일의 열환원 반응관 상부로 장입함으로 반응관내에 충진하게 되게 되며, 열환원 반응관에 장입된 마그네슘산화물을 포함한 성형물질들은 반응관 외부가열 고온온도조건과 별도로 설치되어 내열강 배관으로 열환원반응관내 충진물 상단부와 연결된 응축기를 통해 According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, dolomite, which is a raw material ore containing 19% by weight or more of magnesium oxide, is fired at a high temperature kiln in a high-temperature firing furnace at 90% or more, which is reduced to a certain size (100 mesh or less). After grinding, mechanically uniformly mixes powdered ferrosilicon (75% Si-Fe) and a small amount of powdered fluorspar through the 200 mesh standard using a mixer, and then uses a molding machine to charge magnesium reduction heat reduction furnace. Make briquettes And it is stored in the raw material loading hopper located at the upper end of the vertical heat reduction reaction tube installed in the furnace by the combustion of coal gasification gas, and charged into the upper part of the single heat reduction reaction tube through the hopper to be filled in the reaction tube. , The molding materials including magnesium oxide charged into the heat reduction reaction tube are installed separately from the high temperature condition of the heating outside the reaction tube, and are made of heat-resistant steel pipe through a condenser connected to the upper part of the filler in the heat reduction reaction tube.

반응관내 진공조건에 의해 환원반응이 진행되면서 마그네슘 증기가 석출되고 석출된 마그네슘 증기는 반응관을 진공조건으로 만드는 진공펌프를 통해 반응관 외부로 이동하게 되면서 반응관 상단부 또는 외부에 설치된 수냉 냉각자켓이 설치된 단일의 응축기를 통해 마그네슘 금속을 회수 제조하는 규소 열환원 반응장치 및 제조방법에 관한 것이다. 여기서 페로실리콘은 철광석 또는 밀스케일과 규소광을 사용하여 고온의 전기로에서 석탄 및 우드칩(wood chips)을 사용하여 만들어 진다. As the reduction reaction proceeds by the vacuum condition in the reaction tube, magnesium vapor is precipitated and the precipitated magnesium vapor is moved to the outside of the reaction tube through a vacuum pump that makes the reaction tube in a vacuum condition. The present invention relates to a silicon heat reduction reactor and method for recovering and manufacturing magnesium metal through a single condenser installed. Ferrosilicon is made from coal or wood chips in high-temperature furnaces using iron ore or mill scale and silicon ore.

특히 소성돌로마이트와 페로실리콘 합금을 분쇄하여 혼합한 후 성형하여 수직형 열환원로에 있어서 생산성을 개선코자 고온 분위기로내에 단일의 열환원 반응관을 설치하면서도 마그네슘금속 회수용 응축장치가 분리상태로 존재하는 바 장입 배출시간을 단축하는 특징을 갖는다.In particular, calcination dolomite and ferrosilicon alloys are pulverized, mixed and molded to improve productivity in vertical heat reduction furnaces, while a single heat reduction reaction tube is installed in a high temperature atmosphere furnace, while a condenser for recovering magnesium metal exists in a separate state. It is characterized by reducing the charging and discharging time.

마그네슘제련공정으로 상용화되고 있는 기존의 피죤 공정의 경우 수평형 열환원반응관에 응축기가 부착된 일체형으로 기본적으로는 원료의 장입과 배출이 모두 수작업에 의존하는 문제와 더불어 열환원 고온로내 단위용적당 환원할 수 있는 용적이 제한되는 바, 생산성이 낮은 단점을 가졌으나 본 발명에서는 이러한 제한조건을 개선코자 열환원로 형상을 수직형을 채택하고, 수직형에 따른 마그네슘 크라운 배출조건을 개선코자 단일의 응축기를 단일의 열환원로에 대해 설치할 수 있는 구조적 특징을 갖는다.In the existing Pigeon process, which is commercialized as a magnesium smelting process, the condenser is attached to the horizontal heat reduction reaction tube, and basically, the charging and discharging of raw materials depends on manual labor. Although the volume of suitable reduction is limited, it has a disadvantage of low productivity, but in the present invention, in order to improve such a restriction condition, the shape of the heat reduction furnace is adopted to adopt a vertical type, and to improve the discharge condition of magnesium crown according to the vertical type. Has a structural feature that allows the condenser to be installed on a single heat reduction reactor.

이러한 구조적 개선을 통해 마그네슘 크라운의 배출을 용이하게 할 뿐만 아니라 회수율을 최대화할 수 있었고, 환원잔재물을 연속적으로 밀폐조건하에서 제거할 수 있는 특징을 또한 얻을 수 있으며, 이를 통해 공정자동화와 고생산조업이 가능한 효과를 얻을 수 있다.This structural improvement not only facilitates the discharge of magnesium crowns, but also maximizes the recovery rate, and also provides the ability to continuously remove the reduced residues under closed conditions, thereby allowing process automation and high production operations. Possible effects can be achieved.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 여기서 i) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수, 동작 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. ii) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. iii) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다. iv) '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. v) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. vi) 수치, 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약', '실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다. vii) '~후', '~전', '이어서', '그리고', '여기서', '후속하여' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. viii) '제1', '제2' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다. ix) '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 개재될 수도 있다. x) 부분들이 '~또는'으로 연결되는 경우 부분들 단독 뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나 '~또는 ~중 하나'로 연결되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. I) The shapes, sizes, ratios, angles, numbers, operations, and the like shown in the accompanying drawings may be changed to be rough. ii) Since the drawings are shown with the eyes of the observer, the direction or position for describing the drawings may be variously changed according to the positions of the observers. iii) The same reference numerals may be used for the same parts even if the reference numbers are different. iv) When 'include', 'have', 'consist', etc. are used, other parts may be added unless 'only' is used. v) When described in the singular, the plural can also be interpreted. vi) Even if numerical values, shapes, sizes comparisons, positional relations, etc. are not described as 'about' or 'substantial', they are interpreted to include a normal error range. vii) The terms 'after', 'before', 'following', 'and', 'here', and 'following' are not used to limit the temporal position. viii) The terms 'first', 'second', etc. are merely used selectively, interchangeably or repeatedly, for convenience of distinction and are not to be interpreted in a limiting sense. ix) If the positional relationship between two parts is described as 'upper', 'upper', 'lower' or 'next', etc., one or more Other parts may be interposed. x) When parts are connected by 'or', they are interpreted to include not only parts but also combinations, but only when parts are connected by 'or'.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제조 장치 및 이를 이용한 마그네슘 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a magnesium manufacturing apparatus and a magnesium manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 광산에서 채굴되는 돌로마이트, 마그네사이트, 백운석 또는 석회석을 분쇄한 후 소성로(100)에서 소성하여 소성 돌로마이트를 형성한다.
상기 소성 돌로마이트는 산화마그네슘(MgO)을 40% 이상 함유하고 나머지 성분은 생석회(CaO)로 이루어질 수 있다.
여기서 소성로(100)은 로터리 킬른(Rotary Kiln)형 또는 사프트 킬른형 소성로일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Referring to FIG. 1, pulverized dolomite, magnesite, dolomite or limestone mined in a mine is calcined in a calcination furnace 100 to form calcined dolomite.
The calcined dolomite may contain 40% or more of magnesium oxide (MgO) and the remaining components may be made of quicklime (CaO).
Here, the kiln 100 may be a rotary kiln type or a shaft kiln type kiln, but is not limited thereto.

이어서, 실리콘(Si)을 약 72%이상(예를 들어, 72~80%) 함유된 페로실리콘(FeSi)을 제조한다. 여기서 페로실리콘은 철광석(Fe2O3) 또는 밀스케일, 규소광(SiO2) 및 석탄(C) 또는 우즈칩(wood chip)을 사용하여 고온의 전기로(200)에서 만들어진다. Subsequently, ferrosilicon (FeSi) containing about 72% or more (eg, 72 to 80%) of silicon (Si) is prepared. Here, ferrosilicon is made in a high temperature electric furnace 200 using iron ore (Fe2O3) or mill scale, silicon ore (SiO2) and coal (C) or wood chips (wood chips).

그 후, 페로실리콘을 일정 비율로 일정 크기 이하로 파쇄한다. 그리고 소성 돌로마이트 및 페로실리콘과 함께 형석(CaF2)를 성형기(300: Briquetting machine)에 장입하여 성형체를 형성한다. 구체적으로 페로실리콘에 대해 소성돌로마이트를 20 내지 10에 대해 80 내지 90으로 무게비율로 혼합되고, 촉매재로 작용하는 형석을 약 1 내지 2 무게를 첨가하고 혼합기(mixer)를 사용하여 일정 시간 혼합한 후 성형기(300)를 통해 필로(pillow)형상의 성형체를 형성한다.Thereafter, the ferrosilicon is crushed to a predetermined size or less at a predetermined ratio. Then, fluorite (CaF 2 ) is charged together with calcined dolomite and ferrosilicon into a briquetting machine (300) to form a molded body. Specifically, calcined dolomite is mixed at a weight ratio of 80 to 90 with respect to 20 to 10 with respect to ferrosilicon, and about 1 to 2 weight of fluorite acting as a catalyst is added and mixed for a predetermined time using a mixer. Then, a molded body having a pillow shape is formed through the molding machine 300.

그리고 성형체는 열환원로(400)으로 제공된다. 구체적으로 열환원로(400)는 외부가열식 수직형의 내열강재질의 수직형 열환원 반응관(40a)을 포함하고, 성형체가 열환원 반응관(400)의 상단부로 동시 장입한 후 반응관 상부를 각각 플랜지(Flange) 또는 슬라이드 게이트 밸브로 밀폐된다. 그리고 마그네슘 금속 회수용 응축기 후단에 설치된 증기 이젝터형 진공펌프를 가동함으로 열환원 반응관(40a)을 감압한다. 여기서 열환원 반응관(40a)은 단일 구조로서 개수가 하나이다.And the molded body is provided to the heat reduction furnace (400). Specifically, the heat reduction furnace 400 includes a vertical heat reduction reaction tube 40a of an externally heated vertical heat-resistant steel material, and the molded body is simultaneously charged into the upper end of the heat reduction reaction tube 400 and then the upper part of the reaction tube. Each is sealed with a flange or slide gate valve. Then, the heat reduction reaction tube 40a is depressurized by operating a vapor ejector type vacuum pump installed at the rear end of the condenser for recovering the magnesium metal. Here, the heat reduction reaction tube 40a has a single structure and has a single number.

열환원 반응관(40a)은 이때 진공이 이루어지면서 약 5~10시간 동안 내부온도 약 1160~1220℃를 유지하게 되면 성형체내에 함유된 72~75% 페로실리콘 합금 중 실리콘 성분이 환원제로 작용하여 규소열환원반응(silicothermic reduction)에 의해 환원이 진행되게 된다. When the heat reduction reaction tube 40a maintains an internal temperature of about 1160 to 1220 ° C. for about 5 to 10 hours while the vacuum is performed, the silicon component of the 72-75% ferrosilicon alloy contained in the molded body acts as a reducing agent. Reduction proceeds by silicon heat reduction reaction (silicothermic reduction).

열환원반응관(40a)에서 환원된 Mg증기는 열환원반응관(40a)과 별도로 설치된 단일의 응축기(500)를 통해 진공펌프(600)의 작용에 의해 이동하게 되고 여기서 냉각자켓으로 인해 약 400~550℃를 유지하는 응축기(500)에서 마그네슘 증기는 응축 크라운이 형성되거나 액상으로 흘러내려 저장조에 담기게 되며, 이를 통해 마그네슘 금속이 회수된다. 여기서 열환원 반응관(40a)은 단일의 응축기(500)에 연결관(P)를 통해 연결된다.Mg vapor reduced in the heat reduction reaction tube (40a) is moved by the action of the vacuum pump 600 through a single condenser 500 separately installed from the heat reduction reaction tube (40a), where about 400 due to the cooling jacket Magnesium vapor in the condenser 500 to maintain the ~ 550 ℃ is formed in the condensation crown or flow into the liquid reservoir, whereby the magnesium metal is recovered. Here, the heat reduction reaction tube 40a is connected to the single condenser 500 through a connection pipe P.

도 2는 열환원 반응관과 응축기를 연결하는 연결관 구조를 설명하기 위한 개략도이다. Figure 2 is a schematic diagram for explaining the structure of the connecting pipe connecting the heat reduction reaction tube and the condenser.

도 2를 참조하면, 열환원로(400)는 단일의 열환원반응관(40a)를 갖는다. 그리고 열환원반응관(40)의 상부에는 연결관(P)이 연결되어 있다. 그리고 연결관(P)은 단일의 응축기(500)와 연결된다.Referring to FIG. 2, the heat reduction reactor 400 has a single heat reduction reaction tube 40a. And the upper part of the heat reduction reaction tube 40 is connected to the connecting pipe (P). And the connecting pipe (P) is connected to a single condenser (500).

열환원반응과정에서 석출된 마그네슘 증기가 열환원반응관(40a)에서 기화된 후 진공펌프의 작용에 의해 고온연결관(P)을 통해 응축기(500)로 이동하여 응축 또는 액화되면서 응축기로 회수된다. 고화를 방지하기 위해 일정한 온도조건을 유지하기 위해 하단부에 히터를 설치하여 온도를 유지하고, 열환원 실험완료 후 하단 배출밸브를 개방하여 외부 마그네슘 포트(pot)로 배출하고, 정련로에서 정련한 후 주조함으로 마그네슘 잉곳(Mg Ingot)을 만든다. 응축기(500)는 열환원 반응관(40a) 으로부터 마그네슘 증기 공급배관, 하단부에 히터가 부착된 응축기 본체, 마그네슘 용액 배출관 및 배출밸브, 그리고 응축기 상단부에 외부로의 가스배출을 위한 진공장치 및 연결배관이 있다. 이 진공장치를 통해 응축기(500)를 비롯하여 열환원반응관(40a)은 진공조건을 유지하게 된다Magnesium vapor precipitated in the heat reduction reaction process is vaporized in the heat reduction reaction tube (40a) and then moved to the condenser 500 through the high temperature connection pipe (P) by the action of a vacuum pump to be condensed or liquefied and recovered by the condenser. . In order to prevent the solidification, in order to maintain a constant temperature condition, a heater is installed at the lower end to maintain the temperature, and after completion of the heat reduction experiment, the lower discharge valve is opened to be discharged to an external magnesium pot and refined in a refining furnace. Mg Ingots are made by casting. The condenser 500 is a magnesium vapor supply pipe from the heat reduction reaction tube 40a, a condenser body having a heater attached to the lower end, a magnesium solution discharge pipe and discharge valve, and a vacuum device and a connection pipe for discharging gas to the outside at the upper end of the condenser. There is this. Through the vacuum apparatus, the heat reduction reaction tube 40a including the condenser 500 maintains the vacuum condition.

열환원반응관(40a) 내부에 남아있는 잔재물 고체는 Ca2SiO4와 고체철로 구성되며, 하단부에 설치된 배출구의 플랜지 또는 슬라이드 밸브를 열어 하단 호퍼(Hopper)로 중력에 의해 배출되게 된다. 통상 환원 잔재물 슬래그는 시멘트원료로 재자원화 사용할 수 있다.Residual solid remaining inside the heat reduction reaction tube (40a) is composed of Ca 2 SiO 4 and solid iron, it is discharged by gravity to the bottom hopper (Hopper) by opening the flange or slide valve of the outlet installed in the lower portion. Generally, the reduced residue slag can be recycled as a cement raw material.

이상, 본 발명의 실시예들을 설명하였지만 실시예들은 단지 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 보호범위를 설명하기 위한 '예'들이며 본 발명의 보호범위를 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위와 기술적으로 균등한 범위까지 확대될 수 있다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described, the examples are merely examples for describing the protection scope of the present invention described in the claims and do not limit the protection scope of the present invention. In addition, the protection scope of the present invention can be extended to the technically equivalent range of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제조 장치 및 이를 이용한 마그네슘 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a magnesium manufacturing apparatus and a magnesium manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention.

도 2는 열환원 반응관과 응축기를 연결하는 연결관 구조를 설명하기 위한 개략도이다. Figure 2 is a schematic diagram for explaining the structure of the connecting pipe connecting the heat reduction reaction tube and the condenser.

Claims (18)

광산에서 채굴되는 돌로마이트, 마그네사이트, 백운석 또는 석회석을 분쇄한 후 소성하여 소성 돌로마이트를 형성하는 소성로;A calcination furnace for pulverizing and then calcining dolomite, magnesite, dolomite or limestone mined in a mine to form calcined dolomite; 실리콘을 72%이상 함유하는 페로실리콘을 제조하는 전기로;An electric furnace for producing ferrosilicon containing at least 72% of silicon; 상기 소성 돌로마이트, 상기 페로실리콘 및 형석 분말을 일정비율로 혼합Mixing the calcined dolomite, the ferrosilicon and fluorite powder in a predetermined ratio 기를 통해 혼합하고, 이들 혼합물이 장입되어 성형체를 형성하는 성형기;A molding machine which mixes through the groups and loads the mixture to form a molded body; 상기 성형체가 장입되어 환원된 마그네슘 증기를 형성하는 외부가열식 수직형의 내열강재질의 단일 열환원 반응관을 포함하는 열환원로; 및A heat reduction furnace including a single heat reduction reaction tube of an externally heated vertical heat-resistant steel material in which the molded body is charged to form reduced magnesium vapor; And 상기 열환원로에서 환원된 마그네슘 증기를 응축시켜 마그네슘을 회수하기 위한 단일의 응축기를 포함하는 마그네슘 제조 장치.Magnesium production apparatus comprising a single condenser for recovering magnesium by condensing the reduced magnesium vapor in the heat reduction furnace. 제 1 항에 있어서 상기 페로실리콘에 상기 실리콘은 72~80% 함유되는 마그네슘 제조 장치.The magnesium production apparatus of claim 1, wherein the silicon is contained in the ferrosilicon in an amount of 72% to 80%. 제 1 항에 있어서, 상기 페로실리콘은 철광석 또는 밀스케일, 규소광 및 석탄 또는 우드칩을 사용하여 상기 전기로에서 형성되는 마그네슘 제조 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the ferrosilicon is formed in the electric furnace using iron ore or mill scale, silicon ore and coal or wood chips. 제 1 항에 있어서, 상기 성형기로 상기 페로실리콘을 장입하기 전에 상기 페로실리콘을 파쇄하는 파쇄기를 더 포함하는 마그네슘 제조 장치.The apparatus of claim 1, further comprising a crusher for crushing the ferrosilicon before charging the ferrosilicon into the molding machine. 제 1 항에 있어서, 상기 성형기에서 상기 페로실리콘에 대해 상기 소성돌로마이트를 20 내지 10에 대해 80 내지 90으로 무게비율 혼합되고, 촉매재로 작용하는 형석을 1 내지 2무게% 첨가되는 마그네슘 제조 장치.The apparatus for manufacturing magnesium according to claim 1, wherein in the molding machine, the calcined dolomite is mixed at a weight ratio of 80 to 90 with respect to 20 to 10, and 1 to 2% by weight of fluorite acting as a catalyst is added. 제 1 항에 있어서, 열환원로 장입광물로써 상기 성형체는 약 15~35그램의 무게를 갖는 필로(pillow)형상을 갖는 마그네슘 제조 장치.2. The apparatus for producing magnesium according to claim 1, wherein the shaped body as a heat-reducing furnace charged mineral has a pillow shape having a weight of about 15 to 35 grams. 제 1 항에 있어서 상기 열환원 반응관은 상기 응축기 후단에 설치된 증기 이젝터형이나 기계식 진공펌프를 가동함으로 0.05토르(torr)에서 8 토르(torr) 범위로 감압되는 마그네슘 제조 장치.The apparatus for producing magnesium according to claim 1, wherein the heat reduction reaction tube is depressurized to a range from 0.05 tor to 8 torr by operating a steam ejector type or a mechanical vacuum pump installed at the rear end of the condenser. 제 1 항에 있어서, 상기 열환원 반응관은 진공이 이루어지면서 5~10시간 동안 내부온도 1160~1220℃를 유지하게 되어 상기 성형체내에 함유된 페로실리콘 합금 중 상기 실리콘 성분이 환원제로 작용하여 규소열환원반응에 의해 환원을 진행시키는 마그네슘 제조 장치.The method of claim 1, wherein the heat reduction reaction tube is maintained in an internal temperature of 1160 ~ 1220 ℃ for 5-10 hours while the vacuum is made, the silicon component of the ferrosilicon alloy contained in the molded body acts as a reducing agent silicon Magnesium production apparatus for proceeding the reduction by the heat reduction reaction. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘은 상기 환원된 마그네슘 증기가 단일의 상기 응축기를 통해 진공펌프의 작용에 의해 이동하게 되고 냉각자켓으로 인해 400~550℃를 유지하는 상기 응축기내에 응축 크라운이 형성되거나 응축기 하단에 설치된 외부가열 매체에 의해 650℃내지 800℃로 재가열하여 줌으로써 액상으로 흘러내려 저장조에 담겨 회수되는 마그네슘 제조 장치.The condenser is formed in the condenser of claim 1, wherein the reduced magnesium vapor is moved by the action of a vacuum pump through a single condenser, and a condenser crown is formed in the condenser in which the cooling jacket maintains 400 to 550 ° C. Magnesium manufacturing apparatus that flows into the liquid and recovered in a storage tank by reheating to 650 ℃ to 800 ℃ by an external heating medium installed at the bottom. 광산에서 채굴되는 돌로마이트, 마그네사이트, 백운석 또는 석회석을 분쇄한 후 소성로에서 소성하여 산화마그네슘(MgO)을 40%이상 함유하고 나머지 성분은 생석회(CaO)로 이루워지는 소성 돌로마이트를 형성하는 단계;Pulverizing the dolomite, magnesite, dolomite or limestone mined in the mine and calcining in a calcination furnace to form calcined dolomite containing 40% or more of magnesium oxide (MgO) and the remaining components made of quicklime (CaO); 실리콘을 72%이상 함유하는 페로실리콘을 전기로를 사용하여 제조하는 단계;Preparing a ferrosilicon containing at least 72% silicon using an electric furnace; 상기 합성 소성 돌로마이트, 상기 페로실리콘 및 형석 분말을 일정비율로 혼합기를 통해 혼합한 후 성형기에 장입하여 성형체를 형성하는 단계;Mixing the synthetic calcined dolomite, the ferrosilicon, and the fluorite powder through a mixer at a predetermined ratio, and then charging the molding machine to form a molded body; 상기 성형체를 환원로에 포함된 외부가열식 수직형의 내열강재질의 단일 열환원 반응관에 장입하여 환원된 마그네슘 증기를 형성하는 단계; 및Charging the molded body to a single heat reduction reaction tube of an externally heated vertical heat resistant steel material included in a reduction furnace to form reduced magnesium vapor; And 마그네슘을 회수하기 위한 단일의 응축기에서 상기 환원된 마그네슘 증기를 응축시키는 단계를 포함하는 마그네슘 제조 방법.Condensing the reduced magnesium vapor in a single condenser for recovering magnesium. 제 10 항에 있어서 상기 페로실리콘에 상기 실리콘은 72~80% 함유되는 마그네슘 제조 방법.12. The method of claim 10, wherein the silicon is contained in the ferro-silicon 72 to 80%. 제 10 항에 있어서, 상기 페로실리콘은 철광석 또는 밀스케일, 규소광 및 석탄 또는 우드칩을 사용하여 상기 전기로에서 형성되는 마그네슘 제조 방법.The method of claim 10, wherein the ferrosilicon is formed in the electric furnace using iron ore or mill scale, silicon ore and coal or wood chips. 제 10 항에 있어서, 상기 성형기로 상기 페로실리콘을 장입하기 전에 상기 페로실리콘을 파쇄기를 사용하여 파쇄하는 단계를 더 포함하는 마그네슘 제조 방법.The method of claim 10, further comprising the step of crushing the ferrosilicon using a crusher before charging the ferrosilicon into the molding machine. 제 10 항에 있어서, 상기 성형기에서 상기 페로실리콘에 대해 상기 합성 소성돌로마이트를 20 내지 10에 대해 80내지 90으로 무게비율 혼합되고, 여기에 촉매재로 작용하는 형석을 1 내지 2무게% 첨가되는 마그네슘 제조 장치.The magnesium according to claim 10, wherein the synthetic calcined dolomite is mixed in an amount of 80 to 90 with respect to 20 to 10 in the molding machine, and 1-2 wt% of fluorspar acting as a catalyst is added thereto. Manufacturing device. 제 10 항에 있어서, 열환원로 장입광물로써 상기 성형체는 15~35그램의 무게를 갖는 필로(pillow)형상을 갖는 마그네슘 제조 장치.The apparatus for producing magnesium according to claim 10, wherein the molded body as a heat-reducing furnace charged mineral has a pillow shape having a weight of 15 to 35 grams. 제 10 항에 있어서 상기 열환원 반응관은 상기 응축기 후단에 설치된 증기 이젝터형 진공펌프를 가동함으로 감압되는 마그네슘 제조 방법.The method of claim 10, wherein the heat reduction reaction tube is depressurized by operating a vapor ejector type vacuum pump installed at the rear end of the condenser. 제 10 항에 있어서, 상기 열환원 반응관은 진공이 이루어지면서 5~10시간 동안 내부온도 1160~1220℃를 유지하게 되어 상기 성형체내에 함유된 페로실리콘 합금 중 상기 실리콘 성분이 환원제로 작용하여 규소열환원반응에 의해 환원을 진행시키는 마그네슘 제조 방법.The method of claim 10, wherein the heat reduction reaction tube is maintained in an internal temperature of 1160 ~ 1220 ℃ for 5-10 hours while the vacuum is made, the silicon component of the ferro silicon alloy contained in the molded body acts as a reducing agent silicon A method for producing magnesium, which proceeds with reduction by thermal reduction reaction. 제 10 항에 있어서, 상기 마그네슘은 상기 환원된 마그네슘 증기가 단일의 상기 응축기를 통해 진공펌프의 작용에 의해 이동하게 되고 냉각자켓으로 인해 400~550℃를 유지하는 상기 응축기 응축 크라운이 형성되거나 액상으로 흘러내려 저장조에 담겨 회수되는 마그네슘 제조 방법.The condenser condensation crown of claim 10, wherein the reduced magnesium vapor is moved by the action of a vacuum pump through a single condenser, and the condenser condensation crown is formed to maintain 400 to 550 ° C. due to a cooling jacket. A method for producing magnesium that is drained and recovered in a reservoir.
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