KR101364480B1 - Thermo-Reduction apparatus for manufacturing magnesium with multi stage condenser - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네슘 제조공정에 사용되는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치에 관한 것으로서, 혼합 성형된 성형체 단광을 가열하는 열환원로와, 성형체 단광이 장입되어 열환원로에 의해 가열되는 열환원 반응관과, 열환원 반응관에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키는 하부응축기와, 열환원 반응관에서 생성된 알칼리금속 증기를 응축시키는 상부응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 열환원 반응관에서 생성된 금속 증기중 마그네슘 증기를 증착하는 하부응축기와, 알칼리금속 증기를 증착하는 상부응축기로 다단 응축기를 구성함으로써, 마그네슘과 알칼리금속 사이의 분리효율을 향상시키는 동시에 마그네슘의 회수효율을 향상시키는 효과를 제공한다.The present invention relates to a heat reduction apparatus for producing magnesium having a multi-stage condenser used in a magnesium manufacturing process, comprising: a heat reduction furnace for heating a mixed molded briquette, and a heat reduction furnace in which a molded briquette is charged and heated by a heat reduction reactor And a lower condenser for condensing magnesium vapor generated in the heat reduction reaction tube, and an upper condenser for condensing alkali metal vapor generated in the heat reduction reaction tube. Accordingly, the present invention is to improve the separation efficiency between magnesium and alkali metal by configuring a multi-stage condenser with a lower condenser for depositing magnesium vapor in the metal vapor generated in the heat reduction reaction tube, and an upper condenser for depositing alkali metal vapor. At the same time, it provides an effect of improving the recovery efficiency of magnesium.

Description

다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치{Thermo-Reduction apparatus for manufacturing magnesium with multi stage condenser}Thermo-Reduction apparatus for manufacturing magnesium with multi stage condenser

본 발명은 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 돌로마이트 광석을 원료로 소성한 후 진공중 고온에서 열환원하여 고체상이나 용융상으로 마그네슘 금속을 제조하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat reduction apparatus for manufacturing magnesium provided with a multi-stage condenser, and more particularly, a multi-stage condenser for producing magnesium metal in a solid or molten phase by calcining dolomite ore as a raw material and then heat-reducing at high temperature in a vacuum. It relates to a heat reduction device for producing magnesium.

마그네슘 금속을 제조하기 위한 방법으로 크게 열환원법과 전해제련법이 있다. 1940년대에 개발된 열환원법에 의한 마그네슘 제조 기술은 70년 가까이 가장 대표적인 마그네슘 제련 기술로 자리 잡아 왔다. 그리고 현재 전세계 1차 마그네슘 생산량의 약 80%가량이 열환원법으로 생산되고 있다. Methods for producing magnesium metal include heat reduction and electrolytic smelting. The thermal reduction method of magnesium production developed in the 1940s has been the most representative magnesium smelting technology for nearly 70 years. Currently, about 80% of the world's primary magnesium production is produced by thermal reduction.

도 1에 나타낸 바와 같이 열환원 반응관(120) 내에 소정의 조성으로 돌로마이트와 환원제 분말을 혼합하여 제조된 성형체 단광을 투입하고 진공상태를 유지하면서 약 1000℃ 이상으로 열환원로(110)에 의해 가열하면 환원반응이 일어나 마그네슘 증기가 발생한다. As shown in FIG. 1, a molded briquette prepared by mixing dolomite and a reducing agent powder in a predetermined composition is introduced into a heat reduction reaction tube 120, and the thermal reduction furnace 110 is maintained at about 1000 ° C. or more while maintaining a vacuum state. When heated, a reduction reaction occurs, generating magnesium vapor.

이러한 고온 마그네슘 증기는 열환원 반응관(120)의 상단에 부착된 진공펌프(140)를 통해 진공 배기와 고온으로 인하여 윗쪽으로의 흐름이 발생하게 되고, 마그네슘의 융점 이하의 온도로 유지되고 있는 응축기(130) 내부에 도달하면 증착되어 마그네슘 크라운을 형성하게 된다. 그후 열환원 반응관(120)에서 열환원 반응이 완료되면 응축기(130)가 장착된 진공챔버의 상부 두껑을 열어 응축기(130)를 꺼내어 마그네슘 크라운을 추출한다. The high temperature magnesium vapor is generated through the vacuum pump 140 attached to the upper end of the heat reduction reaction tube 120 and the upward flow due to the vacuum exhaust and high temperature, the condenser maintained at a temperature below the melting point of magnesium Once reached 130 it is deposited to form a magnesium crown. Then, when the heat reduction reaction is completed in the heat reduction reaction tube 120, the upper lid of the vacuum chamber equipped with the condenser 130 is opened to take out the condenser 130 to extract the magnesium crown.

이러한 종래의 마그네슘 제조용 열환원장치는 생산성, 에너지 효율 및 열환원 반응관(120)의 수명 향상을 위해 열환원 반응관(120)의 크기를 크게 하고, 응축기(130)의 직경 및 길이를 크게 하고자 했으나, 열환원 반응관(120)의 구조적 안정성 외에 응축기(130) 내의 마그네슘과 알칼리 금속의 분리가 완전하지 않아 열환원 반응후, 회수시 알칼리 금속의 급격한 산화로 안전사고 및 화재가 발생할 가능성이 높다는 문제가 있었다. The conventional heat reduction device for producing magnesium is to increase the size of the heat reduction reaction tube 120, to increase the diameter and length of the condenser 130 in order to improve productivity, energy efficiency and life of the heat reduction reaction tube (120). However, in addition to the structural stability of the heat reduction reaction tube 120, the separation of magnesium and alkali metal in the condenser 130 is not complete, so there is a high possibility that a safety accident and a fire may occur due to the rapid oxidation of the alkali metal during recovery. There was a problem.

특히, 마그네슘 진공열환원용 원료로 사용되는 돌로마이트에는 산화물과 같은 화합물 형태로 소량의 K, Na과 같이 마그네슘 보다 융점이 낮고 증기압이 높은 고반응성 알칼리금속이 존재하고 있다. In particular, dolomite, which is used as a raw material for magnesium vacuum heat reduction, has a high reactive alkali metal having a lower melting point and higher vapor pressure than magnesium, such as a small amount of K and Na, in the form of a compound such as an oxide.

이러한 불순물 금속이 마그네슘 크라운 내에서 마그네슘과 제대로 분리되어 증착되지 않으면, 실제 조업에서 마그네슘 크라운 회수시 화재가 발생하고 동시에 금속 마그네슘을 산화시켜 생산성을 저하시키는 요인이 된다. If such impurity metal is not properly separated from magnesium and deposited in the magnesium crown, a fire occurs in the recovery of the magnesium crown in actual operation, and at the same time, it causes oxidation of the metal magnesium to reduce the productivity.

실제 열환원시 마그네슘 가스에 소량 혼입되어 존재하고 있는 K, Na 등과 같은 알칼리금속 가스는 마그네슘 가스와 함께 상승하다가 응축온도가 상대적으로 높은 응축기의 하부에 마그네슘이 우선 증착되고, 응축온도가 가장 낮은 응축기의 상부에 K, Na 금속이 증착되어 회수되고 있다. Alkali metal gases such as K and Na, which are mixed in small amounts in magnesium gas during actual heat reduction, rise with magnesium gas, and magnesium is first deposited on the lower part of the condenser having a relatively high condensation temperature. K and Na metals are deposited and recovered on the upper side.

그런데 진공 용기내의 압력이 낮을수록 기체 사이의 공간이 늘어나고 입자들 간의 충돌은 감소하게 된다. 보통 0.01 torr의 압력을 중심으로 그 이상의 압력에서는 기체 분자의 일부가 배기되면 빈 공간으로 다른 분자들이 즉시 이동하여 채워주는 점성 유도현상이 일어나며, 0.01 torr 이상의 고진공 하에서는 분자들의 움직임이 불규칙적이며 서로간에 영향을 주지 못하는 분자유동 현상이 일어난다.However, the lower the pressure in the vacuum vessel, the more space therebetween and the collision between particles is reduced. Normally, at pressures above 0.01 torr, when some gas molecules are exhausted, a viscous induction phenomenon occurs in which other molecules move and fill the empty space immediately. Under high vacuum of 0.01 torr, the movement of molecules is irregular and influences each other. Molecular flow phenomena occur that do not affect this.

마그네슘 열환원시 수직으로 상승하는 마그네슘 가스가 응축기에 증착되기 위해서는 원주방향으로 확산해서 응축기내면의 표면과 충돌이 발생해야 한다. 그런데 열환원시 통상 0.1∼0.01 torr로 유지되므로 수직으로 상승하는 마그네슘의 기체의 점성유도 현상이 약해져 원주 방향으로의 확산 속도가 줄어 응축기 상부에 마그네슘이 증착되는 현장이 자주 발생하며, 응축기의 직경이 클수록 길이를 길게 해야 하는 문제가 있다. In the case of magnesium heat reduction, vertically rising magnesium gas must be circumferentially diffused and collide with the surface of the condenser surface in order to be deposited on the condenser. However, since heat retention is usually maintained at 0.1 to 0.01 torr, the viscosity of the gas rising vertically is weakened, and the diffusion rate in the circumferential direction is reduced, so that the site of magnesium is frequently deposited on the condenser. There is a problem that the longer the larger the length.

또한, 응축기의 길이가 커짐에 따라 응축기 상부로의 열유입이 작아져 약 300℃ 이하로 내려가면 K, Na 등의 알칼리금속이 증착하게 되어 안전사고 등이 발생되는 문제점도 있었다.In addition, as the length of the condenser increases, heat inflow to the upper part of the condenser decreases, and when the temperature falls below about 300 ° C., alkali metals such as K and Na are deposited, resulting in a safety accident.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 마그네슘과 알칼리금속 사이의 분리효율을 향상시키는 동시에 마그네슘의 회수효율을 향상시키며, 다단 응축기를 다양한 금속의 열환원 반응관에 적용할 수 있고, 열환원장치의 설치공간을 감소시키는 동시에 금속증기의 유동성을 향상시키며, 응축온도 차에 의해 마그네슘과 알칼리금속를 안전하게 분리하여 안전사고를 방지하고, 응축기에서 분리된 마그네슘과 알칼리금속 사이의 재혼합을 방지할 수 있는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and improves the separation efficiency between magnesium and alkali metal and improves the recovery efficiency of magnesium, and applies a multi-stage condenser to heat reduction reaction tubes of various metals. It can reduce the installation space of the heat reduction device and at the same time improve the fluidity of the metal vapor, prevent the safety accident by separating magnesium and alkali metal safely by the difference of condensation temperature, and prevent the ash between magnesium and alkali metal separated from the condenser. It is an object of the present invention to provide a heat reduction device for producing magnesium having a multi-stage condenser capable of preventing mixing.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 마그네슘 제조공정에 사용되는 마그네슘 제조용 열환원장치로서, 소성돌로마이트, 페로실리콘 및 형석분말이 혼합 성형된 성형체 단광을 가열하는 열환원로; 상기 열환원로의 내부에 설치되며 상기 성형체 단광이 장입되어 상기 열환원로에 의해 가열되는 열환원 반응관; 상기 열환원 반응관에 연결되어, 상기 열환원 반응관에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키는 하부응축기; 및 상기 열환원 반응관에 연결되되 상기 하부응축기의 상부에 설치되어, 상기 열환원 반응관에서 생성된 알칼리금속 증기를 응축시키는 상부응축기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, as a heat reduction device for producing magnesium used in the magnesium manufacturing process, a heat reduction furnace for heating the molded briquettes mixed with the molded dolomite, ferrosilicon and fluorspar powder; A heat reduction reaction tube installed inside the heat reduction furnace and charged with the molded briquettes and heated by the heat reduction reactor; A lower condenser connected to the heat reduction reaction tube to condense magnesium vapor generated in the heat reduction reaction tube; And an upper condenser connected to the heat reduction reaction tube and installed on the lower condenser, to condense the alkali metal vapor generated in the heat reduction reaction tube.

본 발명의 상기 열환원 반응관은, 상기 열환원로의 내부에 수직 또는 수평으로 설치되어 있다.The heat reduction reaction tube of the present invention is provided vertically or horizontally inside the heat reduction passage.

본 발명의 상기 하부응축기와 상기 상부응축기는, 상기 열환원 반응관의 상부에 일체로 설치되어 있다. 본 발명의 상기 하부응축기와 상기 상부응축기는, 내부의 응축온도를 조절하도록 외부 둘레에 냉각부가 각각 설치되어 있다.The lower condenser and the upper condenser of the present invention are integrally provided on an upper portion of the heat reduction reaction tube. The lower condenser and the upper condenser of the present invention are each provided with a cooling unit around the outside to adjust the condensation temperature inside.

본 발명의 상기 상부응축기는, 내부의 응축온도를 조절하도록 내부 둘레에 가열부가 설치되어 있다. 본 발명의 상기 상부응축기의 하부에는 알칼리금속을 회수하도록 회수용기가 설치되어 있다.The upper condenser of the present invention is provided with a heating unit around the inside to adjust the condensation temperature therein. A recovery vessel is installed below the upper condenser of the present invention to recover the alkali metal.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 열환원 반응관에서 생성된 금속 증기중 마그네슘 증기를 증착하는 하부응축기와, 알칼리금속 증기를 증착하는 상부응축기로 다단 응축기를 구성함으로써, 마그네슘과 알칼리금속 사이의 분리효율을 향상시키는 동시에 마그네슘의 회수효율을 향상시키는 효과를 제공한다.As described above, the present invention constitutes a multi-stage condenser with a lower condenser for depositing magnesium vapor in the metal vapor generated in the heat reduction reaction tube and an upper condenser for depositing alkali metal vapor, thereby separating between magnesium and alkali metal. It improves the efficiency and at the same time provides the effect of improving the recovery efficiency of magnesium.

열환원로의 내부에 열환원 반응관을 수직 또는 수평으로 설치함으로써, 다단 응축기를 다양한 금속의 열환원 반응관에 적용할 수 있게 된다.By installing the heat reduction reaction tube vertically or horizontally inside the heat reduction furnace, the multi-stage condenser can be applied to the heat reduction reaction tubes of various metals.

열환원 반응관의 상부에 하부응축기와 상부응축기를 연통하도록 일체로 설치함으로써, 열환원장치의 설치공간을 감소시키는 동시에 금속증기의 유동성을 향상시키게 된다.By integrally installing the lower condenser and the upper condenser in communication with the upper part of the heat reduction reaction tube, the installation space of the heat reduction device is reduced and the fluidity of the metal vapor is improved.

하부응축기와 상부응축기 사이의 응축온도를 서로 다르게 조절하도록 가열부와 냉각부를 설치함으로써, 응축온도 차에 의해 마그네슘과 알칼리금속를 안전하게 분리하여 안전사고를 방지할 수 있게 된다.By installing a heating unit and a cooling unit to differently control the condensation temperature between the lower condenser and the upper condenser, it is possible to safely separate the magnesium and alkali metal by the difference in the condensation temperature to prevent a safety accident.

상부응축기의 하부에 알칼리금속의 회수용기를 설치함으로써, 응축기에서 분리된 마그네슘과 알칼리금속 사이의 재혼합을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.By installing an alkali metal recovery container at the bottom of the upper condenser, it provides an effect of preventing remixing between magnesium and alkali metal separated from the condenser.

도 1은 일반적인 마그네슘 제조용 수직형 열환원장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치를 나타내는 상세도.1 is a block diagram showing a vertical heat reduction apparatus for producing a typical magnesium.
Figure 2 is a block diagram showing a heat reduction device for producing magnesium having a multi-stage condenser according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a detailed view showing a heat reduction device for producing magnesium having a multi-stage condenser according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치를 나타내는 상세도이다.Figure 2 is a block diagram showing a heat reduction device for producing magnesium with a multi-stage condenser according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows a heat reduction device for producing magnesium with a multi-stage condenser according to an embodiment of the present invention Detailed view.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치는, 열환원로(10), 열환원 반응관(20), 하부응축기(30) 및 상부응축기(40)로 이루어져 마그네슘 제조공정에 사용되는 마그네슘 제조용 열환원장치이다.As shown in Fig. 2 and 3, the heat reduction device for producing magnesium having a multi-stage condenser according to the present embodiment, the heat reduction reactor 10, the heat reduction reaction tube 20, the lower condenser 30 and the upper condenser It is composed of (40) is a heat reduction device for magnesium production used in the magnesium production process.

열환원로(10)는, 소성돌로마이트, 페로실리콘 및 형석분말이 혼합 성형된 성형체 단광을 가열하는 열원으로서, 원통형상의 가열로(11)의 내부 둘레에는 석탄가스나 LNG가스 등을 열원으로 사용하여 연소하는 복수개의 열환원로 축열식 버너(12)가 이격 설치되어 있다. The heat reduction furnace 10 is a heat source for heating the molded briquettes in which the calcined dolomite, ferrosilicon, and fluorite powder are mixed and molded, and a coal gas or LNG gas is used around the inside of the cylindrical heating furnace 11 as a heat source. A plurality of thermal reduction furnace regenerative burners 12 are burned apart.

열환원 반응관(20)은, 열환원로(10)의 내부에 설치되며 성형체 단광(100)이 장입되고 열환원로(10)에 의해 가열되어 진공열환원 반응이 실시되는 원통형상의 리토트(21; retort)와, 리토트(21)의 하단 둘레에 설치된 냉각부재(22)로 이루어져 있다.The heat reduction reaction tube 20 is a cylindrical retort installed in the heat reduction furnace 10 and filled with a molded briquette 100 and heated by the heat reduction furnace 10 to perform vacuum heat reduction reaction ( 21, and a cooling member 22 provided around the lower end of the retort 21.

이러한 열환원 반응관(20)은, 열환원로(10)의 내부에 수직으로 또는 수평으로 설치되어 수직형 열환원장치를 구성하거나 수평형 열환원장치를 구성하는 것도 가능함은 물론이다.The heat reduction reaction tube 20 may be installed vertically or horizontally in the heat reduction path 10 to constitute a vertical heat reduction device or a horizontal heat reduction device.

하부응축기(30)는, 열환원 반응관(20)에 연결되는 통형상의 응축기로서, 열환원 반응관(20)에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키게 되며, 제1 연소실(31), 받침대(32), 연통판(33)으로 이루어져 있다.The lower condenser 30 is a cylindrical condenser connected to the heat reduction reaction tube 20 and condenses magnesium vapor generated in the heat reduction reaction tube 20, and the first combustion chamber 31 and the pedestal 32 ), A communication plate 33 is formed.

제1 연소실(31)은 하부응축기(30)의 내부에 통형상으로 형성되되 열환원 반응관(20)과 연통되며, 열환원 반응관(20)에서 생성된 마그네슘 증기가 내부로 유입되어 내주면에 응축된다. The first combustion chamber 31 is formed in a cylindrical shape in the lower condenser 30 and communicates with the heat reduction reaction tube 20, and magnesium vapor generated in the heat reduction reaction tube 20 is introduced into the inner peripheral surface. Condensation.

받침대(32)는, 하부응축기(30)의 내주면 하단 둘레에 설치되어 제1 연소실(31)의 하부를 지지하는 지지부재로 형성되어 있고, 연통판(33)은 제1 연소실(31)의 상부에 설치되며 중앙부위에는 상부응축기(40)와 연통되도록 연통홀이 관통되어 있다. The pedestal 32 is formed around the lower end of the inner circumferential surface of the lower condenser 30 and is formed of a supporting member for supporting the lower portion of the first combustion chamber 31. The communication plate 33 is an upper portion of the first combustion chamber 31. Is installed in the central portion through the communication hole to communicate with the upper condenser 40.

또한, 하부응축기(30)는, 열환원 반응관(20)이 열환원로(10)의 내부에 수직하게 설치된 경우에 열환원 반응관(20)의 상부에 일체로 설치되어 연통되는 것도 가능함은 물론이다.In addition, the lower condenser 30 may be integrally installed and communicated with the upper portion of the heat reduction reaction tube 20 when the heat reduction reaction tube 20 is vertically installed inside the heat reduction reactor 10. Of course.

하부응축기(30)는, 제1 연소실(31)의 응축온도를 조절하도록 외부 둘레에 제1 냉각부(60)가 설치되어 있으며, 이러한 제1 냉각부(60)로는 내부에 냉각수 또는 냉각가스 등의 냉각매체가 삽입된 냉각부재로 이루어지는 것이 바람직하다.The lower condenser 30 is provided with a first cooling unit 60 around its outer circumference to adjust the condensation temperature of the first combustion chamber 31. The first cooling unit 60 includes a cooling water or a cooling gas therein. It is preferable that the cooling medium is made of a cooling member inserted.

상부응축기(40)는, 열환원 반응관(20)에 연결되되 하부응축기(30)의 상부에 연통되도록 설치되어, 열환원 반응관(20)에서 생성된 알칼리금속 증기를 응축시키게 되며, 제2 연소실(41), 받침대(42), 회수용기(43) 및 진공배관(44)으로 이루어져 있다.The upper condenser 40 is connected to the heat reduction reaction tube 20 but is installed to communicate with the upper portion of the lower condenser 30 to condense the alkali metal vapor generated in the heat reduction reaction tube 20, and the second It consists of a combustion chamber 41, a pedestal 42, a recovery container 43, and a vacuum pipe 44.

제2 연소실(41)은 상부응축기(40)의 내부에 통형상으로 형성되되 열환원 반응관(20) 및 하부응축기(30)와 연통되며, 열환원 반응관(20)에서 생성된 알칼리금속 증기가 내부로 유입되어 내주면에 응축된다. The second combustion chamber 41 is formed in a cylindrical shape in the upper condenser 40 and communicates with the heat reduction reaction tube 20 and the lower condenser 30, and alkali metal vapor generated in the heat reduction reaction tube 20. Is introduced inside and condensed on the inner circumferential surface.

받침대(42)는 상부응축기(40)의 내주면 하단 둘레에 설치되어 제2 연소실(41)의 하부를 지지하는 지지부재로 형성되어 있고, 회수용기(43)는 제2 연소실(41)의 하부에 설치되어 제2 연소실(41)의 내주면에 응축된 알칼리금속을 회수하게 된다.Pedestal 42 is formed around the lower end of the inner circumferential surface of the upper condenser 40 is formed as a support member for supporting the lower portion of the second combustion chamber 41, the recovery container 43 is located in the lower portion of the second combustion chamber 41 It is installed to recover the alkali metal condensed on the inner peripheral surface of the second combustion chamber (41).

진공배관(44)은 상부응축기(40)의 외주면 일방에 설치되어, 외부에 설치된 진공펌프(50)와 연결되어 있다. 진공펌프(50)는 상부응축기(40)의 내부 분위기를 진공으로 하는 진공원으로서, 상부응축기(40) 뿐만 아니라 여기에 연통된 열환원 반응관(20) 및 하부응축기(30)의 내부 분위기를 진공으로 하게 된다.The vacuum pipe 44 is installed on one outer circumferential surface of the upper condenser 40 and is connected to the vacuum pump 50 installed outside. The vacuum pump 50 is a vacuum source for making the internal atmosphere of the upper condenser 40 into a vacuum, and not only the upper condenser 40 but also the internal atmosphere of the heat reduction reaction tube 20 and the lower condenser 30 connected thereto. Vacuumed.

또한, 상부응축기(40)는, 제2 연소실(41)의 응축온도를 저하시키도록 외부 둘레에 제2 냉각부(70)가 설치되어 있으며, 이러한 제2 냉각부(70)로는 내부에 냉각수 또는 냉각가스 등의 냉각매체가 삽입된 냉각부재로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the upper condenser 40 is provided with a second cooling unit 70 around its outer circumference so as to lower the condensation temperature of the second combustion chamber 41. It is preferable that it consists of a cooling member in which a cooling medium such as a cooling gas is inserted.

상부응축기(40)에는 제2 연소실(41)의 응축온도를 상승시키도록 내부 둘레에 가열부(80)가 설치되어 있으며, 이러한 가열부(80)로는 히터를 사용하는 것이 바람직하다.The upper condenser 40 is provided with a heating unit 80 around the inside to increase the condensation temperature of the second combustion chamber 41, it is preferable to use a heater as the heating unit 80.

본 실시예의 수직형 열환원장치는, 열환원 반응관(20)의 상부에 연통되도록 설치되며, 상대적으로 고온영역, 예를 들면 300℃ 이상의 증착온도를 유지하여 마그네슘(Mg)이 증착되는 하부응축기(30)와, 저온영역, 예들 들면 300℃ 이하의 증착온도를 유지하여 알칼리금속(K, Na)이 증착되는 상부응축기(40)로 구성된 다단 응축기를 구비하게 된다.The vertical heat reduction apparatus of this embodiment is installed to communicate with the upper portion of the heat reduction reaction tube 20, and a lower condenser on which magnesium (Mg) is deposited while maintaining a deposition temperature in a relatively high temperature region, for example, 300 ° C or higher. 30 and a multi-stage condenser composed of an upper condenser 40 on which alkali metals (K, Na) are deposited while maintaining a deposition temperature of, for example, 300 ° C. or lower.

또한, 하부응축기(30)와 상부응축기(40) 사이에는 금속 증기의 확산과 혼입을 방지하기 위해 확산차단용 배리어(barrier)가 설치되거나, 다단 응축기를 구성하는 하부응축기(30)와 상부응축기(40)에 필요시 추가로 가열하거나 냉각할 수 있는 온도조절수단으로서 가열부나 냉각부가 설치되어 있다.In addition, a diffusion barrier barrier is installed between the lower condenser 30 and the upper condenser 40 to prevent diffusion and mixing of metal vapor, or the lower condenser 30 and the upper condenser constituting a multi-stage condenser ( 40) is provided with a heating part or a cooling part as a temperature control means for further heating or cooling if necessary.

도 3에 나타낸 바와 같이, 하부응축기(30)와 상부응축기(40)로 구성된 다단 응축기에 설치된 제1 냉각부(60), 제2 냉각부(70) 및 가열부(80)는, 다단 응축기 쪽으로 열을 부가하거나 흡수할 수 있도록 그의 내부 및 외부에 설치된 열조절수단으로서, 그 수단의 형상은 원통형일 수도 있고 다수의 판상이나 봉상일 수도 있다. As shown in FIG. 3, the first cooling unit 60, the second cooling unit 70, and the heating unit 80 installed in the multi-stage condenser composed of the lower condenser 30 and the upper condenser 40 move toward the multi-stage condenser. As heat regulating means installed inside and outside thereof to add or absorb heat, the shape of the means may be cylindrical or may be a plurality of plates or rods.

이러한 열조절수단의 설치위치는, 마그네슘과 알칼리 금속의 최적분리에 필요한 온도 프로파일 설정을 위해 가변적으로 설치될 수 있고, 필요시 독립적으로 발열 또는 흡열이 가능한 단위 발열체 또는 흡열체로 이루어지는 것도 가능함은 물론이다.The installation position of the heat regulating means may be variably installed for setting a temperature profile required for optimal separation of magnesium and alkali metal, and may be made of a unit heating element or endothermic body that can independently generate heat or endotherm when necessary. .

특히, 마그네슘이 응착되는 하부응축기(30)의 응축온도는 마그네슘(Mg)의 용융점 보다 낮고 알칼리 금속(K, Na)의 증착온도 보다 높은 300∼550℃ 정도의 온도로 유지되는 것이 바람직하고, 하부응축기(30)의 상부에 위치한 상부응축기(40)의 응축온도는 알칼리 금속이 고상 또는 액상으로 응축할 수 있는 300℃ 이하의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.In particular, the condensation temperature of the lower condenser 30 to which magnesium is bonded is preferably maintained at a temperature of about 300 to 550 ° C. lower than the melting point of magnesium (Mg) and higher than the deposition temperature of alkali metals (K, Na). Condensation temperature of the upper condenser 40 located on the upper portion of the condenser 30 is preferably maintained at a temperature of less than 300 ℃ that the alkali metal can condense into a solid or liquid phase.

또한, 하부응축기(30)와 상부응축기(40) 사이에는 원하는 곳 이외로 금속 증기의 확산을 방지하기 위해 확산차단용 배리어(barrior)를 설치하거나, 각각의 응축기의 하부 또는 내부에는 금속 증기를 응축기 쪽으로 유도하기 위한 배플(baffle)을 필요에 따라 설치하는 것도 가능함은 물론이다. In addition, between the lower condenser 30 and the upper condenser 40, a diffusion barrier is installed to prevent the diffusion of the metal vapor to a place other than the desired place, or metal vapor is condensed in the lower part or the inside of each condenser. Of course, it is also possible to install a baffle for guiding to the side as needed.

상부응축기(40)에 설치된 진공배관(44)은 하부에서 상승하는 열환원 반응관(20)의 금속 증기가 하부응축기(30)와 상부응축기(40)를 거쳐 가면서 증착 및 응축이 가능하도록 최상부 두껑이나 상부응축기(40)의 상부 보다 높은 부위에 설치되는 것이 바람직하다. The vacuum pipe 44 installed in the upper condenser 40 has a top lid to allow metal vapor in the heat reduction reaction tube 20 rising from the lower portion to pass through the lower condenser 30 and the upper condenser 40 to be deposited and condensed. In addition, the upper condenser 40 is preferably installed at a portion higher than the upper portion.

하부응축기(30)와 상부응축기(40)가 상부에 설치된 열환원 반응관(20)의 외부 또는 내부, 각각의 응축기 자체에 열전대 등과 같이 온도를 검지할 수 있는 센서를 부착하여 온도를 실시간으로 측정하고, 필요에 따라 하부응축기(30)와 상부응축기(40)에 설치된 냉각수단이나 발열수단의 제어를 통하여 각 응축기의 응축온도를 마그네슘과 알칼리 금속의 분리 및 회수에 적합하도록 제어하여 유지하는 것도 가능함은 물론이다. Measuring the temperature in real time by attaching a sensor that can detect the temperature, such as a thermocouple on the outside or inside of the heat reduction reaction tube 20, the lower condenser 30 and the upper condenser 40 installed on the upper, each condenser itself If necessary, the condensation temperature of each condenser may be controlled to be suitable for the separation and recovery of magnesium and alkali metal through the control of cooling means or heating means installed in the lower condenser 30 and the upper condenser 40. Of course.

따라서, 진공열환원 반응시 열환원 반응관(20)에서 생성된 혼합금속 가스(Mg, K, Na 등)가 상부로 유입되어, 알칼리 금속의 증착온도 보다 높은 300∼550℃로 유지되는 하부응축기(30)에 마그네슘 금속 증기가 고상으로 증착되고, 나머지의 금속 가스로 존재하는 알칼리 금속 가스는 계속 상부로 유입됨으로써, 마그네슘과 알칼리금속이 서로 분리된다. Therefore, during the vacuum heat reduction reaction, the mixed metal gas (Mg, K, Na, etc.) generated in the heat reduction reaction tube 20 is introduced into the upper portion, and the lower condenser maintained at 300 to 550 ° C. higher than the deposition temperature of the alkali metal. Magnesium metal vapor is deposited in the solid phase at 30, and the alkali metal gas existing as the remaining metal gas continues to flow in the upper portion, whereby magnesium and alkali metal are separated from each other.

이후, 상부로 유입된 K, Na 등의 알칼리 금속 가스는 이들이 존재하기 어려운 온도인 300℃ 이하로 유지되고 있는 상부응축기(40)의 내부로 유입되어 응축기 표면에 고상 또는 액상으로 응축하고 나머지 잔류가스는 응축기의 외부로 배출되어 최종적으로 진공펌프(50)를 통해 제거된다. 특히 액상으로 응축된 알칼리금속은 상부응축기(40)의 하부에 설치된 회수용기(43)로 유입되어 회수된다. Afterwards, alkali metal gases such as K and Na introduced into the upper portion are introduced into the upper condenser 40 maintained at 300 ° C. or lower, which is difficult to exist, and condensed in the solid or liquid phase on the surface of the condenser and the remaining residual gas. Is discharged to the outside of the condenser and finally removed through the vacuum pump (50). In particular, the alkali metal condensed in the liquid phase flows into the recovery container 43 installed in the lower portion of the upper condenser 40 and is recovered.

따라서, 진공 열환원법을 이용하여 돌로마이트로부터 마그네슘 금속을 고체상으로 제조하는 본 실시예의 마그네슘 제조용 열환원장치는, 상부 진공챔버에서 열을 가하거나 흡수할 수 있는 수단을 통해 응축기 상부의 온도를 제어하고, 마그네슘과 이보다 융점이 낮고 증기압이 높은 알칼리 금속(K, Na)을 서로 분리하여 각각을 별도의 응축기로 응축시켜 마그네슘 회수효율을 높이고 K, Na과 같은 고반응성 저융점 알칼리 금속을 안전하게 회수하게 된다.Therefore, the heat reduction apparatus for producing magnesium of the present embodiment for producing magnesium metal from dolomite in the solid phase by using the vacuum heat reduction method, controls the temperature of the upper part of the condenser by means for absorbing or absorbing heat in the upper vacuum chamber, Magnesium and alkali metals (K, Na) having a lower melting point and higher vapor pressure are separated from each other and condensed into separate condensers to increase magnesium recovery efficiency and safely recover high-reactivity low melting point alkali metals such as K and Na.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 열환원 반응관에서 생성된 금속 증기중 마그네슘 증기를 증착하는 하부응축기와, 알칼리금속 증기를 증착하는 상부응축기로 다단 응축기를 구성함으로써, 마그네슘과 알칼리금속 사이의 분리효율을 향상시키는 동시에 마그네슘의 회수효율을 향상시키는 효과를 제공한다.As described above, according to the present invention, the condenser is composed of a lower condenser for depositing magnesium vapor in the metal vapor generated in the heat reduction reaction tube and an upper condenser for depositing alkali metal vapor, thereby separating the magnesium and the alkali metal. It improves the efficiency and at the same time provides the effect of improving the recovery efficiency of magnesium.

또한, 열환원로의 내부에 열환원 반응관을 수직 또는 수평으로 설치함으로써, 다단 응축기를 다양한 금속의 열환원 반응관에 적용할 수 있게 되며, 열환원 반응관의 상부에 하부응축기와 상부응축기를 연통하도록 일체로 설치함으로써, 열환원장치의 설치공간을 감소시키는 동시에 금속증기의 유동성을 향상시키게 된다.In addition, by installing the heat reduction reaction tube vertically or horizontally inside the heat reduction furnace, it is possible to apply the multi-stage condenser to the heat reduction reaction tube of various metals, the lower condenser and the upper condenser on the top of the heat reduction reaction tube By integrally installing in communication, the installation space of the heat reduction device is reduced and the flowability of the metal vapor is improved.

또한, 하부응축기와 상부응축기 사이의 응축온도를 서로 다르게 조절하도록 가열부와 냉각부를 설치함으로써, 응축온도 차에 의해 마그네슘과 알칼리금속를 안전하게 분리하여 안전사고를 방지할 수 있고, 상부응축기의 하부에 알칼리금속의 회수용기를 설치함으로써, 응축기에서 분리된 마그네슘과 알칼리금속 사이의 재혼합을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, by installing a heating unit and a cooling unit to adjust the condensation temperature between the lower condenser and the upper condenser differently, it is possible to safely separate the magnesium and alkali metal by the difference in the condensation temperature to prevent safety accidents, and alkali in the lower part of the upper condenser By providing a recovery container for metal, it provides an effect of preventing remixing between magnesium and alkali metal separated in the condenser.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다. The present invention described above can be embodied in many other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above embodiments are merely illustrative in all respects and should not be construed as limiting.

10: 열환원로 20: 열환원 반응관
30: 하부응축기 40: 상부응축기
50: 진공펌프 60: 제1 냉각부
70: 제2 냉각부 80: 가열부10: heat reduction reactor 20: heat reduction reaction tube
30: lower condenser 40: upper condenser
50: vacuum pump 60: first cooling unit
70: second cooling unit 80: heating unit

Claims (6)

마그네슘 제조공정에 사용되는 마그네슘 제조용 열환원장치로서,
소성돌로마이트, 페로실리콘 및 형석분말이 혼합 성형된 성형체 단광을 가열하는 열환원로;
상기 열환원로의 내부에 설치되며 상기 성형체 단광이 장입되어 상기 열환원로에 의해 가열되는 열환원 반응관;
상기 열환원 반응관에 연결되어, 상기 열환원 반응관에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키는 하부응축기; 및
상기 열환원 반응관에 연결되되 상기 하부응축기의 상부에 설치되어, 상기 열환원 반응관에서 생성된 알칼리금속 증기를 응축시키는 상부응축기;를 포함하며,
상기 하부응축기의 내부에는, 상기 열환원 반응관과 연통되며, 상기 열환원 반응관에서 생성된 마그네슘 증기가 내부로 유입되어 내주면에 응축되는 연소실이 구비되고,
상기 연소실의 상부에 설치되는 연통판을 더 포함하며,
상기 연통판에는, 상기 상부응축기와 연통되는 연통홀이 구비된 것을 특징으로 하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치.As a heat reduction device for manufacturing magnesium used in the magnesium manufacturing process,
A heat reduction furnace for heating the molded briquettes in which the calcined dolomite, ferrosilicon, and fluorite powder are mixed and molded;
A heat reduction reaction tube installed inside the heat reduction furnace and charged with the molded briquettes and heated by the heat reduction reactor;
A lower condenser connected to the heat reduction reaction tube to condense magnesium vapor generated in the heat reduction reaction tube; And
And an upper condenser connected to the heat reduction reaction tube and installed on an upper portion of the lower condenser to condense the alkali metal vapor generated in the heat reduction reaction tube.
The lower condenser is provided with a combustion chamber in communication with the heat reduction reaction tube, the magnesium vapor generated in the heat reduction reaction tube is introduced into the condensation on the inner peripheral surface,
Further comprising a communication plate installed on the upper portion of the combustion chamber,
The communication plate, the heat reduction device for producing magnesium having a multi-stage condenser, characterized in that the communication hole is provided with the upper condenser communicating with. 제 1 항에 있어서,
상기 열환원 반응관은, 상기 열환원로의 내부에 수직 또는 수평으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치.The method of claim 1,
The heat reduction reaction tube is a heat reduction apparatus for producing magnesium having a multi-stage condenser, characterized in that it is installed vertically or horizontally inside the heat reduction path. 제 1 항에 있어서,
상기 하부응축기와 상기 상부응축기는, 상기 열환원 반응관의 상부에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치.The method of claim 1,
And the lower condenser and the upper condenser are integrally installed on an upper portion of the heat reduction reaction tube. 제 1 항에 있어서,
상기 하부응축기와 상기 상부응축기는, 내부의 응축온도를 조절하도록 외부 둘레에 냉각부가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치.The method of claim 1,
The lower condenser and the upper condenser, the heat reduction device for manufacturing magnesium having a multi-stage condenser, characterized in that the cooling unit is installed around the outside to adjust the condensation temperature inside. 제 1 항에 있어서,
상기 상부응축기는, 내부의 응축온도를 조절하도록 내부 둘레에 가열부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치.The method of claim 1,
The upper condenser is a heat reduction device for manufacturing magnesium having a multi-stage condenser, characterized in that the heating unit is installed around the inner to adjust the condensation temperature therein. 제 1 항에 있어서,
상기 상부응축기의 하부에는 알칼리금속을 회수하도록 회수용기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 응축기를 구비한 마그네슘 제조용 열환원장치.The method of claim 1,
A heat reduction device for producing magnesium having a multi-stage condenser, characterized in that a recovery container is installed below the upper condenser to recover alkali metals.
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