KR101300116B1 - 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중저품위 철광석으로부터 자력분리를 이용하여 함철광물만을 선별하여 철 정광을 생산하는 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법은 맥석광물과 함철광물로 이루어진 철광석을 5~20mm 크기의 조립자로 분쇄하는 파분쇄단계 및 파분쇄단계에서 생성된 조립자를 100~600 가우스의 자기장 하에서 자력분리하여 맥석광물과 함철광물을 상호 분리하여 함철광물만을 수집하여 철 정광을 생산하는 분리단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따라 생산되는 철 정광은 철 품위 55중량% 이상으로서 제련 원료로 사용가능하며, 철광석으로부터 적어도 85% 이상의 철을 회수할 수 있다.

Description

중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법{Method for producting iron concentrate by upgrading low-grade iron ore}

본 발명은 광석으로부터 정광을 생산하는 선광기술에 관한 것으로서, 특히 중품위 및 저품위의 철광석을 고품위화 하여 고품위의 정광을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

철광석은 철을 만드는 주원료로 사용된다. 철광석에는 자철석, 적철석과 같은 함철광물과 각섬석, 장석 등의 맥석광물이 함께 포함되어 있는데, 고품위 철광석은 함철광물의 양이 많은 경우이며, 중저품위 철광석은 맥석광물의 양이 많은 경우를 말한다.

제철 원료로 사용되는 철광석은 철 품위가 적어도 55% 이상을 만족하여야 한다. 종래에는 자연 상태에서 철 함량이 많은 고품위 철광석을 선택적으로 채광하여 별도의 선광처리 없이 제철 원료로 사용하였지만, 개발 가능한 고품위 철광석이 소진되고, 철광석의 원자재가가 상승함에 따라 근래에는 맥석광물의 함량이 많은 철광석을 선광처리하여 품위를 향상시키는 선광이 필요하다. 즉, 중·저품위 철광석에 포함되어 있는 각섬석, 장석, 석영 등과 같은 맥석광물을 선택적으로 분리하면 철광석의 품위를 향상시킬 수 있다.

기존에 널리 사용되는 선광처리는 철광석을 미세입자 크기 (0.1mm이하)를 갖도록 파·분쇄한 후 습식방법으로 비중선별, 부유선별 등을 실시하여 맥석광물과 함철광물을 분리함으로써 고품위 철 정광을 생산하였다.

이러한 방법들에 의하여 고품위 정광의 생산이 가능하지만 철광석을 0.1mm 이하의 미세입자로 파·분쇄하는데 과도한 에너지가 투입됨으로써 경제성이 뒷받침되지 않는 문제가 있었다. 또한, 파분쇄를 위한 시설 및 공정운영비, 습식처리에 따른 용수확보 및 선광비용, 폐수처리 등과 같은 문제들이 함께 대두되고 있다.

따라서 중·저품위 철광석이 제철원료로 사용하기 위해서는 시설 및 공정이 단순하고 처리비용이 저렴하며 대량 처리가 가능한 고품위 정광 생산 기술개발이 필요하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 함철광물과 맥석광물의 광물학적 특성 차이를 이용하여 간단하면서도 경제적으로 철 정광을 생산할 수 있는 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법은, 맥석광물과 함철광물로 이루어진 철광석을 5~20mm 크기의 조립자로 분쇄하는 파분쇄단계 및 상기 파분쇄단계에서 생성된 조립자를 자력분리하여 맥석광물과 함철광물을 상호 분리하여 상기 함철광물만을 수집하여 철 정광을 생산하는 분리단계를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 자력분리는 컨베이어 벨트에 상기 조립자를 이송시키면서, 상기 컨베이어 벨트 상부에 배치된 자석을 이용하여 상기 컨베이어 벨트에서 이송중인 조립자를 상기 자석에 부착시켜 수행하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 자력분리에서 사용하는 자석은 100~600 gauss의 자력, 보다 바람직하게는 200~500 gauss의 자력을 가지는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따라 생산되는 철 정광의 철 회수율은 85% 이상이며, 철 품위는 55% 이상이다.

한편, 상기 자력분리를 통해 분리된 맥석광물은 골재로 재활용할 수 있다.

본 발명은 건식처리 방법으로 종래의 습식처리 방법에 비하여 공정이 매우 단순하며, 20mm에서 5mm 이하의 조립상태에서 자력 세기가 매우 낮은 자기장에서의 자력선별에 의해 철 정광이 생산되기 때문에 경제성이 높다는 이점이 있다.

또한 환경오염물질인 폐수 및 광미의 발생이 전혀 없으며, 자력선별과정에서 발생되는 폐석은 골재로 활용이 가능하여 친환경적이라는 이점이 있다.

따라서 현재 개발되지 못하거나 폐기되고 있는 중·저품위 철광석 활용증진 및 부가가치 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법의 개략적 공정 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법에 대한 실험에 사용된 중저품위 철광석의 구성광물과 함유량이 나타나 있는 표이다.
도 3은 도 2에 제시된 철광석을 이용한 실험 결과가 나타나 있는 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법의 개략적 공정 흐름도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법은 파분쇄단계 및 분리단계를 포함하여 이루어진다.

일반적으로 철광석은 철산화물인 자철광물, 적철광물 등과 같은 함철광물과 석영, 장석, 각섬석 등과 같은 맥석광물로 구성되어 있다. 철광석의 품위는 함철광물의 함유량과 맥석광물의 혼입량에 따라 결정된다. 따라서 고품위 철 정광을 생산하기 위해서는 맥석광물의 제거가 필수적이며, 이를 위해서는 함철광물과 맥석광물의 분리 또는 단체분리(單體分離)가 필요하다. 단체분리는 유용광물과 무용광물, 본 경우에 있어서는 함철광물과 맥석광물이 각자 광물 고유의 특성을 가질 수 있도록 미립자, 즉 단체입자(單體粒子)로 분쇄하는 것을 의미한다. 다만, 단체분리는 화학적 수준에서 엄밀하게 광물별로 분리하는 것을 의미하는 것은 아니며, 함철광물로 분리된 단체입자 내에도 맥석광물이 일부 포함되며, 거꾸로 맥석광물에도 함철광물이 일부 포함된다.

본 발명에서 분리단계는 철광석을 단체분리하기 위한 것이다. 중요한 점은 철광석 사이즈의 결정이다. 철광석 사이즈의 결정은 단체분리도의 향상과 경제성 향상의 2가지 요소를 고려하여야 한다. 단체분리도의 향상의 관점에서는 철광석을 어느 정도 사이즈까지 분쇄하여야 함철광물과 맥석광물이 명확하게 분리될 수 있는지가 주요한 기술적 포인트가 된다. 일반적으로 분쇄를 많이 하여 입자의 사이즈가 작아질수록 단체분리도는 증가하므로 후속되는 분리공정에 유리하다.

그러나 경제성의 관점에서는 입자 사이즈를 작게 하는 것은 매우 불리하다. 철광석을 잘게 분쇄한다는 것은 파분쇄 비용의 증가를 의미하기 때문이다. 선광 전체에 필요한 비용 중에서 파분쇄에 사용되는 비용이 가장 큰 비중을 차지한다. 따라서 단체분리도의 향상을 위해서 무조건 입자 사이즈를 작게 하는 것은 경제성의 측면에서 바람직하지 않다.

한편, 파분쇄 단계에서 입자 사이즈 결정은 후속되는 분리단계에서 어떤 공정을 사용할지와 관련이 있다. 즉, 비중선별이나 부유선별과 같은 습식공정을 사용하기 위해서는 종래기술에서 설명한 바와 같이 철광석을 0.1mm 이하의 사이즈로 분쇄해야 한다.

그러나 본 발명에서는 건식공정 중 하나인 자력선별을 이용함으로써, 습식공정에 비하여 파분쇄에 대한 부담이 감소된다. 중요한 점은 입자 사이즈와 자력의 세기의 조정에 의하여 맥석광물과 함철광물이 얼마나 잘 분리될 수 있는지에 관한 것이며, 이 부분이 본 발명의 핵심적 사항이라고 할 수 있다.

본 출원인은 습식공정에서 벗어나 자력선별을 통해 중저품위 철광석을 고품위화하는 기술적 개념을 정립한 후, 반복적인 실험적 고찰을 통해 철광석 파분쇄시 입자 사이즈와 자력선별시 자기장의 세기와 관련하여 최적의 조건을 도출하였다.

즉, 본 발명에서는 파분쇄단계에서 철광석의 입자 크기를 5~20mm의 조립자로 분쇄한 후, 자력 분리단계에서 100~600 gauss, 바람직하게는 200~500 gauss의 자기장을 형성함으로써 맥석광물과 함철광물을 산업적으로 유의미하게 분리할 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 5~20mm 사이즈로 파분쇄된 후, 100~600 gauss의 자기장에서 선별된 함철광물의 철 품위는 55 중량%를 상회한다. 더욱이, 초기 상태의 철광석 전체에서 철의 회수율은 85%를 상회한다.

자력의 세기는 철 회수율 및 철 품위의 2가지 요소에 의해 결정되며, 철 회수율의 향상과 철 품위의 향상은 서로 모순된다.

즉, 자력의 세기가 강할수록 자성을 가진 광물의 대부분이 함철광물로 분리될 것이므로 철 회수율은 증대된다. 예컨대, 파분쇄를 통해 분리된 입자에서 맥석광물이 우세하고 자철석과 같은 함철광물은 일부만 포함되어 있는 입자의 경우에도 자력의 세기가 강하면 자석에 부착되어 함철광물로 분리되기 때문이다. 이 경우, 전체 철의 회수율은 증대되지만, 맥석광물의 혼입량이 증대되면서 철 품위는 낮아지므로 제철 원료로 사용할 수 없다.

반대로 자력의 세기가 약할수록 강한 자성을 띤 입자들만이 함철광물로 분리될 것이므로 철 품위는 증대된다. 예컨대, 함철광물과 맥석광물에 비하여 약간 우세하게 포함되어 있지만 철이 55 중량% 이상으로 포함된 입자의 경우 제철 원료로 충분하게 사용될 수 있는 수준이지만, 자력의 세기가 약한 경우 이 입자는 자석에 부착되지 않은 채 맥석광물로 분리될 수 있기 때문이다.

즉, 자력의 세기는 산업적으로 제철 원료로 활용가능한 광물(철 품위 55%)과 그렇지 않은 광물을 분리하는데 가장 적합한 조건이 어디인지를 결정하는 것이다. 또한 이는 입자의 크기와도 관련된다. 입자의 크기에 따라 중력과 자력의 상관관계가 문제되기 때무니다.

결국, 본 발명에서 파분쇄 단계에서의 입자의 크기 및 분리단계에서의 자력의 세기는 산업적으로 활용가능한 철광석과 그렇지 않은 광물 사이의 경계를 명확하게 하는데 있어서 서로 밀접하게 연동되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 수 많은 반복적 실험을 통해 서로 연동되어 있는 2가지 조건을 결정하였으며, 이를 통해 철 품위 55% 이상 및 철 회수율 85% 이상의 성과를 도출하였다.

본 출원인은 상기한 바와 같이 입자 사이즈와 자력의 세기를 결정하기 위하여 많은 실험을 하였다. 실험과정 및 결과에 대하여 설명한다.

먼저 채광된 수십 센티미터의 크기를 갖는 중·저품위 철광석을 죠크러셔를 사용하여 1차 파쇄한다. 1차 파쇄된 산물을 콘크러셔나 햄머크러셔에 공급하여 2차 파쇄를 실시하여 최종적으로 5~20mm의 크기를 갖는 입자를 형성한다. 5~20mm 크기를 갖도록 파쇄된 철광석을 벨트 컨베이어에 적치·이송하면서 컨베이어 위쪽 방향에 고자력을 갖는 영구자석을 설치하여, 컨베이어벨트와 자석 사이에 자기장이 형성되도록 한다. 그리고 콘베이어벨트와 자석 사이의 거리를 조절하여 100에서 700가우스의 자력 세기를 갖는 자기장을 형성시키면 자성을 가지는 철광석은 자석에 부착되어 배출된다. 자석에 부착된 철광석은 함철광물로 분류하고 자석에 부착되지 않은 광물은 맥석광물로 분류한다.

도 2는 본 실험에 사용된 중저품위 철광석의 구성광물과 함유량이 나타나 있는 표이고, 도 3에는 위 실험의 결과 중 일부를 표로 나타내었다.

도 2를 참조하면, 본 실험에 사용된 중저품위 철광석은 광물학적 분류에 따르면 함철광물인 자철석이 29.4 중량%로 포함되어 있고, 각섬석, 조장석 등의 맥석광물이 나머지 부분을 차지하고 있다. 화학성분별 분류에 따르면, T-Fe(total Fe)가 34.9 중량%로 함유되어 있음을 알 수 있다.

죠크러셔를 이용한 1차 파쇄와, 콘크러셔 또는 햄머크러셔에 의한 2차 분쇄를 통해 철광석을 30mm 이하의 입자로 만들었으며, 크기별로 30mm 이하의 입자, 20mm 이하의 입자, 10mm 이하의 입자, 5mm 이하의 입자 및 1mm 이하의 5개의 입자군으로 분류하였다.

각 입자군에 대하여 각각 100~700 가우스 범위에서 자기장의 세기를 달리하여 함철광물과 맥석광물을 상호 분리하였다.

도 3의 표에 나타난 바와 같이, 30mm 정도의 큰 입자와 1mm 정도의 작은 입자에서는 일부 예외가 나타나지만, 동일한 자력 세기에서 입자의 크기가 작은 입자군일수록 철 정광(함철광물로 분류된 철광석)의 품위가 낮아지지만, 철 회수율은 높아지는 것을 알 수 있다. 중력과 자력의 세기와의 관계에서 파악할 때 당연한 현상으로 파악된다.

그리고 동일한 입자 사이즈에서는 자기자의 세기가 커질수록 철 품위는 낮아지지만 철 회수율은 증대되는 것을 알 수 있다.

본 실험을 토대로 판단하면, 입자 크기가 30mm 이하와 1mm이하의 경우 자기장 세기 300가우스 또는 500가우스에서 분리되는 산물의 철품위가 55% 미만을 나타내었다. 그러나 20mm에서 5mm 이하의 입자크기의 경우는 자기장 세기 160가우스에서 생산되는 철정광은 철품위 60.04에서 60.19%, 철회수율 85.54에서 87.07%였으며, 자기장 세기 200가우스에서 생산되는 철정광은 철품위 58.66에서 59.74%, 철회수율 90.65에서 92.31%였다.

또한 자기장 세기 300가우스에서 생산되는 철정광은 철품위 56.98에서 58.70%, 철회수율 92.09에서 94.19%였으며 자기장 세기 500가우스에서 생산되는 철정광은 철품위 55.22에서 55.97%, 철회수율 93.14에서 95.52%였다.

이상과 같이 중·저품위 철광석을 5~20mm의 입자크기를 갖도록 파·분쇄하여 자기장 100~600 가우스, 바람직하게는 200~500 가우스 정도의 자력에 감응되는 산물을 분리할 경우 철 품위 55%이상의 고품위 철 정광을 85% 이상 생산할 수 있음을 확인하였다. 이러한 수준의 품위의 철 정광은 제련 원료로 직접 사용할 수 있을 정도로서 산업적으로 활용가능하며, 철 회수율도 매우 높아 경제적으로 철 정광을 생산가능하다는 것을 확인하였다.

한편, 맥석광물로 분류된 광물들도 분쇄를 거친 후의 산물이므로 건설 현장에서 골재로 재활용될 수 있으므로, 광미나 폐석이 발생되지 않아 친환경적일 뿐만 아니라, 경제성의 향상에도 기여할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.

따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐만 아니라, 이 특허 청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 맥석광물과 함철광물로 이루어진 철광석을 5~20mm 크기의 조립자로 분쇄하는 파분쇄단계; 및
   상기 파분쇄단계에서 생성된 조립자를 자력분리하여 맥석광물과 함철광물을 상호 분리하여 상기 함철광물만을 수집하여 철 정광을 생산하는 분리단계:를 포함하며,
   자석은 200~500 gauss의 자력을 가지고,
   상기 자력분리를 통해 분리된 맥석광물은 골재로 재활용하며,
   상기 철 정광의 철 회수율은 85% 이상이며,
   상기 철 정광의 철 품위는 55% 이상인 것을 특징으로 하는 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자력분리는 컨베이어 벨트에 상기 조립자를 이송시키면서, 상기 컨베이어 벨트 상부에 배치된 자석을 이용하여 상기 컨베이어 벨트에서 이송중인 조립자를 상기 자석에 부착시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 중저품위 철광석의 고품위화를 통한 정광 생산방법.
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