KR101464362B1 - 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법에 관한 것으로, 마그네슘 제련 슬래그를 1회 이상의 분급 과정을 거쳐 상기 슬래그의 입도가 140㎛ 이하가 되도록 하는 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법이 개시된다.

Description

마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법{METHOD FOR REDUCING OF MgO IN MAGNESIUM SMELT SLAG}

본 발명은 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그의 분급공정을 통하여 환원율을 향상시킴과 동시에 슬래그의 품질을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

마그네슘 금속을 제조하기 위한 방법으로 크게 열환원법과 전해제련법이 있다. 그 중에서 마그네슘 열환원 제련기술에서 사용되는 장비로는 수평형 리토르트(retort)가 일반적이다.

일반적으로 열환원법은 원통형 수평 리토르트에 브리켓을 장입하고 진공분위기(10^-2 torr) 1200℃에서 9시간 동안 유지하며 진행된다. 이때 브리켓은 소성백운석, 페로실리콘, 형석을 일정 비율로 혼합한 후 성형하여 제조한다. 브리켓으로부터 발생한 마그네슘 증기는 응축기 안에서 응축이 이루어져 Mg 크라운(crown)을 형성한다. 열환원 반응에 의해 더 이상 마그네슘 증기가 발생하지 않게 되면 Mg 크라운이 응축된 응축기는 리토르트 내부로부터 분리되어 수거된다. 이 Mg 크라운을 용해하여 Mg 잉곳을 제조하는 것으로 마그네슘 제련공정은 진행된다.

열환원법을 이용한 마그네슘 제련에서 사용되는 광석은 통상 백운석(CaCO3MgCO3)이며, 이를 950~1050℃의 고온으로 가열된 로터리 킬른 로(rotary kiln furnace) 안에서 CO2를 제거하여 소성백운석(CaOMgO)을 제조한다. 소성로의 종류는 대표적으로 로터리 킬른(rotary kiln)과 샤프트 킬른(shaft kiln)이 있으나, 마그네슘 제련에 있어서 소성공정을 수행하는 방식은 통상 rotary kiln이다.

마그네슘 제련의 소성공정에서 사용되는 로터리 킬른은 백운석의 투입과 소성백운석의 배출이 계속해서 이루어진다.

백운석(dolomite)은 방해석(Calcite; CaCO3) 및 아라고나이트(aragonite; CaCO3)와 함께 대표적인 탄산염 광물의 일종으로서 화학식은 CaMg(CO3)2 이다. 마그네슘 제련에 있어 원료광석의 품위는 매우 중요한 인자로 작용하고 있다. O'Drisccoll(1988)에 의하면, 고품위 백운석(high purity dolomite)는 MgO가 20%이상이거나 MgCO3를 40%이상 함유하면서 탄산염 성분 총 함량(CaCO3 + MgCO3)이 97% 이상에 이르는 백운석을 의미한다. 이러한 고품위 백운석은 마그네슘 제련공정에서 환원 효율과 생산성을 향상시킴으로 생산단가를 낮추는데 있어 중요한 역할을 한다.

마그네슘 열환원반응에 있어서 중요한 역할을 하는 성분은 MgO 외에도 CaO, SiO2 그리고 알칼리 성분인 K, Na이 있다. CaO와 SiO2는 환원반응에 있어서 환원율을 결정하는 매우 중요한 인자이며, K과 Na는 환원반응 종료 후 Mg 크라운을 분리시 극렬한 산화반응을 일으키는 물질로써 이들의 함량에 따라 작업의 용이성과 Mg 크라운의 회수율이 영향을 받을 수 있다.

한편, 소성백운석은 실리콘을 이용한 환원법에서는 통상 15~17%범위의 페로실리콘을 사용하여 열환원반응을 하는 것이 경제적인 측면에서 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 따라서 실리콘(혹은 페로실리콘)을 사용하는 열환원법에서의 배합비는 일부 변동폭은 있으나 통상적으로 82: 16: 2를 따른다.

통상 마그네슘 열환원 반응 후의 슬래그는 2CaO-SiO₂(이하 C2S라 한다)로 구성되며, 환원율에 따라 MgO가 5%이상 잔존하는데, MgO 잔존량이 5%를 초과하면 슬래그의 재활용이 곤란한 문제가 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 슬래그를 분급하여 MgO의 양을 감소시킴으로써 환원율을 향상시키는 마그네슘 제련 슬래그에서의 MgO 저감방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 마그네슘 제련 슬래그를 1회 이상의 분급 과정을 거쳐 상기 슬래그의 입도가 140㎛ 이하가 되도록 하는 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법이 제공될 수 있다.

상기 분급 과정을 거친 슬래그는 MgO의 함량이 5중량% 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 마그네슘 제련 슬래그는 열환원 반응 후에 생성되는 것을 특징으로 한다.

상기 분급은 120~270메시(mesh)의 스크린에 의해 실시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 마그네슘 제련에 있어 환원율과 관계없이 후공정인 슬래그의 분급공정을 통해서 손쉽게 MgO 함량을 제어하고 이로 인해 슬래그의 시멘트로의 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제련 슬래그의 분급 과정을 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

일반적으로 마그네슘 제련 슬래그의 주요 구성상은 C2S(2CaO-SiO₂)로 이는 약 670℃이하에서는 γ-C2S로 상변화가 일어나며 부피팽창에 의해 분화가 발생한다. 슬래그 중 MgO 함량이 높은 경우는 분화가 일어나지 않기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 이를 이용하여 환원율에 관계없이 슬래그의 품질을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 실시예에서는 MgO의 함량이 높을수록 큰 덩어리를 갖는 마그네슘 제련 슬래그의 성질을 이용하여, 작은 크기의 구멍을 갖는 스크린(screen)으로 마그네슘 제련 슬래그를 분급함으로써 미세한 크기를 갖는 즉, MgO의 양이 적은 슬래그를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서는 마그네슘 제련 슬래그 중 MgO 잔존량을 5%이하로 제어하기 위하여 120~270메시(mesh)의 크기를 갖는 스크린(screen)을 이용하여 슬래그를 분급한다.

또한, 1회의 분급 과정에 의해서는 많은 시간이 소요될 수 있으므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 2회 이상으로 나누어 분급을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제련 슬래그의 분급 과정을 도시한 것인데, 도 1을 참조하면 최초에는 5.6mm의 크기를 갖는 스크린에 의해 1차 분급을 실시하여 미세한 슬래그 입자를 얻은 이후에 0.9mm 정도의 크기를 갖는 스크린에 의해 2차로 분급을 실시함으로써 분급 과정에서 실효성을 얻을 수 있다. 즉, 1회의 분급만으로는 시간이 오래 걸리고 제대로 걸러지지 않을 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 2회 이상의 분급 단계를 거칠 수 있다.

일반적으로 하기 표 1에 명시된 바와 같이, 환원율에 따라 슬래그 중의 MgO 함량은 유동적이다. 즉, 환원율이 증가할수록 슬래그 내의 MgO의 양은 감소한다.

또한, 마그네슘 제련 슬래그가 시멘트로 활용되기 위해서는 MgO 함량을 5 중량%이하로 감소시켜야 하는데, 이를 위해서는 환원율을 86%이상으로 해야한다.

환원율에 따른 슬래그 중 MgO의 양

환원율(%)	슬래그 중 Mg(wt.%)	슬래그 중 MgO(wt.%)
60	8.4	13.1
70	6.4	10.2
80	4.4	7.0
86	3.1	5.0
90	2.2	3.6
100	0.0	0.0

그러나, 표 2에 명시한 바와 같이 슬래그의 분급을 통해 슬래그 중 MgO의 잔존량을 제어할 수 있다. 이때의 환원율은 약 68% 수준으로 이론적으로는 10.8중량 % 정도의 MgO 잔량을 가지고 있으나, 분급(270mesh)을 통해 전체 슬래그 대비 77%의 슬래그를 MgO 함량이 3중량% 미만으로 제어할 수 있었다.

분급에 따른 MgO의 잔존량

	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	MnO	Fe2O3	NiO	ZnO	K2O	Na2O	Cr2O3	Total
>5.6mm	44.207	23.358	27.393	1.011	0.118	3.812	0.012	0.012	0.020	0.041	0.015	100
5.6mm ~0.9mm(20mesh)	49.022	17.270	28.186	1.155	0.132	4.079	0.013	0.013	0.060	0.051	0.019	100
0.9mm(20mesh) ~0.053(270mesh)	47.482	22.603	23.090	2.521	0.119	4.098	0.013	0.012	0.024	0.019	0.020	100
<0.053(270mesh)	55.930	2.836	35.079	0.915	0.153	5.144	0.013	0.012	0.024	0.019	0.023	100

본 발명에 따른 실시예에서는 분급을 한 단계로 할 수도 있고 2 이상의 단계를 거쳐 실시할 수도 있다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

1. 마그네슘 제련 슬래그를 1회 이상의 분급 과정을 거쳐 상기 슬래그의 입도가 140㎛ 이하가 되도록 하는 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법이되,
   상기 마그네슘 제련 슬래그는 열환원 반응 후에 생성되는 것으로, 상기 열환원 반응의 환원율은 68% 이상이고,
   상기 분급은 120~270 메시(mesh)의 스크린에 의해 실시되고,
   상기 분급 과정을 거친 슬래그 내 MgO의 함량이 0중량% 초과 및 5중량% 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 제련 슬래그의 MgO 저감방법.
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