KR101500140B1 - 니켈의 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 장치 및 방법 - Google Patents

니켈의 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 니켈 광석으로부터 니켈을 농축 및 회수하는 니켈의 습식제련 공정에서 발생한 부산물에 이산화탄소를 주입함으로써, 상기 부산물에 포함된 철 및 산을 분리, 회수하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 경제적이고 효율적인 방법으로 니켈 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산을 회수하여, 화학 공정에서 중요 원료로 재사용할 수 있도록 하며, 또한 상기 부산물 처리의 문제점을 해결할 수 있도록 한다.

Description

니켈의 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 장치 및 방법{Apparatus for recovering iron ore and acid from byproducts of nickel hydrometallurgical extraction process}
본 발명은 니켈 광석으로부터 페로니켈을 회수하는 니켈의 습식제련 공정에서 발생한 부산물인 철 이온 함유 용액으로부터 철 및 산을 경제적으로 회수하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
니켈 및 철을 함유하는 광석은 리모나이트(limonite), 사프로라이트(saprolite)와 같은 광석이 있으며, 이들 광석은 부동태적 특성을 지니므로 산에 대한 저항성이 커서 산에 대한 용해 반응이 느리다. 따라서 효과적으로 니켈을 침출하기 위한 방법으로, 고온 고압 하의 오토클레이브(autoclave)에서 산에 용해하여 니켈을 회수하는 방법들이 제시되어 있으며, 이를 'HPAL(High Pressure Acid Leaching)법'이라 부른다.
이와 같은 HPAL 법에 의한 니켈 회수에 대한 기술로는, 한국공개특허공보 제2007-7020915호, 일본공개특허공보 제2010-031341호 등을 들 수 있다.
그 외에 최근에는 한국공개특허공보 제2009-0031321호에서 니켈 함유 원료를 수소로 환원한 후 산으로 침출하여 니켈을 경제적이고 효율적으로 회수하는 방법을 제시한 바 있지만, 이 방법을 적용하여 리모나이트 니켈 광석을 침출할 때, 고속 침출은 가능하였으나, 리모나이트 광석은 철 함량이 높고 니켈 함량이 낮아, 산 용해에 의해 니켈을 침출할 때, 철은 상대적으로 많이 침출되는 반면, 니켈은 소량 침출되어, 상기 침출물로부터 철과 니켈을 분리하기가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 한국공개특허공보 제2013-0076555호에서는 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 니켈 광석이 수소 환원된 침출용 니켈 환원광을 슬러리화한 뒤, 상기 슬러리에 산을 투입하여 니켈 및 철을 용해해 니켈이온 함유 용액을 얻고, 상기 니켈이온 함유 용액에 니켈 광석이 수소 환원된 석출용 니켈 환원광을 투입하여 니켈 이온 함유 용액 내의 니켈 이온을 석출용 니켈 환원광 내 금속 철과 치환하여 페로니켈로 석출하는 단계를 포함하는 니켈 광석으로부터 페로니켈을 회수하는 방법을 제공하였다.
그런데, 상기 방법에 따르면, 페로니켈로 석출하는 단계 시, 철 이온을 다량으로 함유하는 용액이 발생되며, 상기 방법뿐만 아니라 종래의 산을 이용한 니켈 습식제련 공정에서는 니켈을 금속으로 회수하는 과정 역시 다량의 철 이온을 함유하는 용액이 발생된다.
이때, 상기 용액에는 철 이온뿐만 아니라 니켈 침출에 사용되는 산이 많은 양으로 포함되어 있는 바, 이들을 폐기물로 처리하기에는 다량의 자원을 소모하게 되는 문제가 있고, 처리에 있어서도, 용액에 포함된 산으로 인해 환경적인 점에서 문제가 되며, 비용 또한 과다하게 소모되어 공정의 운용 시 경제적인 점에서 문제가 될 수 있다.
따라서, 근래에는 상기와 같은 니켈 습식제련 공정에서 발생한 철 이온 함유 용액으로부터 철 및 산을 경제적이고, 효율적인 방법으로 회수하여 상기 문제점을 해결할 수 있도록 하는 데에 지속적인 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 페로니켈 회수를 위한 니켈 습식제련 공정에서 부산물로 발생한 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 공급하여 철을 함유하는 화합물과 산을 분리 및 회수하고, 회수된 철 함유 화합물을 고온 하에서 건조 및 배소시켜 상기 화합물로부터 산을 건식으로 분리 및 회수함으로써, 경제적이고 효율적인 방법으로 니켈 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산을 회수할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 니켈 광석을 환원 가스로 환원하여 환원 원료를 얻는 단계;
환원 원료에 산을 투입하여 니켈 및 철을 이온으로 용해 침출하여 니켈 철 이온 함유 용액을 얻는 단계; 및
상기 니켈 철 이온 함유 용액에 상기 환원 원료를 투입하여 페로니켈이 석출되고, 부산물로 철 이온 함유 용액을 얻는 단계를 포함하는 니켈 습식제련 공정에서 발생된 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 방법으로서,
상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하여 고상의 철 함유 화합물과 액상의 산을 분리, 회수하는 이산화탄소 주입 단계를 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 방법을 제공한다.
상기 이산화탄소 주입 단계에 후속적으로, 회수된 철 함유 화합물을 건조 및 배소시켜 철 함유 화합물과 산을 포함하는 배가스를 분리, 회수하는 건조 및 배소 단계; 및
회수된 배가스에 물을 공급해 산을 회수하는 물 공급 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 주입 단계는 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입한 뒤, 상기 용액에 물리적인 와류를 형성하여 철 함유 화합물의 회수를 촉진할 수 있다.
상기 이산화탄소 주입 단계 단계는 1 내지 7bar의 압력 및 20 내지 80℃의 온도를 유지하며 수행될 수 있다.
상기 건조 및 배소 단계는 50 내지 1000℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 건조 및 배소 단계는 배가스와 함께 배출되는 철 함유 화합물을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 환원된 니켈 광석을 산으로 침출하여 얻어진 용액으로부터 페로니켈을 회수하는 니켈 습식제련 공정에서 페로니켈의 석출과 함께, 부산물로 발생된 철 이온 함유 용액으로부터 철 및 산을 회수하는 장치로서,
상기 철 이온 함유 용액이 공급되는 철 화합물 회수 반응조;
상기 반응조의 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입 장치; 및
상기 이산화탄소의 주입으로 생성된 고상의 철 함유 화합물과 액상의 산을 분리하는 고액분리장치를 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 장치를 제공한다.
상기 고액분리장치에서 분리된 고상의 철 함유 화합물을 가열하는 건조/배소로; 및
상기 건조/배소로에서 철 함유 화합물의 가열로 배출되는 배가스에 포함된 산을 물로 흡수하는 흡수탑을 더 포함할 수 있다.
상기 철 화합물 회수 반응조는 이산화탄소가 주입된 철 이온 함유 용액에 물리적인 와류를 형성하기 위한 교반기를 더 포함할 수 있다.
상기 철 화합물 회수 반응조는 온도 조절장치를 더 포함할 수 있다.
상기 철 화합물 회수 반응조는 pH 측정장치, 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential, ORP) 측정장치 및 온도 측정장치를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 주입 장치는 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장조; 및 상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 기포로 분산시켜 공급하는 기포 분산기를 포함할 수 있다.
상기 철 화합물 회수 반응조는 상기 반응조에서 미반응 이산화탄소를 회수하는 이산화탄소 회수 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 회수 장치는 철 화합물 회수 반응조로부터 미반응 이산화탄소를 배출하는 블로워; 및
상기 배출되는 미반응 이산화탄소에 포함된 이물질을 제거하는 제1 스크러버를 포함하며, 회수된 이산화탄소는 철 화합물 회수 반응조에 재주입될 수 있다.
상기 건조/배소로는 배출되는 배가스에 포함된 미립자의 철 함유 화합물을 분리 및 회수하기 위하여 사이클론을 더 포함할 수 있다.
상기 흡수탑의 상부에는 배출되는 배가스에서 회수되지 않은 산을 알카리로 세정하는 제2 스크러버를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 페로니켈 회수를 위한 니켈 습식제련 공정에서 부산물로 발생한 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 공급하여 철을 함유하는 화합물과 산을 분리 및 회수하고, 회수된 철 함유 화합물을 고온 하에서 건조 및 배소시켜 산을 건식으로 분리 및 회수함으로써, 경제적이고 효율적인 방법으로 니켈 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산을 회수하여, 화학 공정에서 중요 원료로 재사용할 수 있도록 하며, 또한 상기 부산물 처리의 문제점을 해결할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 철 및 산의 회수 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
페로니켈 회수를 위한 니켈의 습식제련 공정에서는 니켈 광석을 환원 가스로 환원하여 환원 원료를 얻은 뒤, 산을 이용하여 침출하면 환원 원료 내 포함된 니켈 및 철이 이온으로 용해되어 니켈 철 이온 함유 용액이 얻어지고, 이렇게 얻어진 용액에 환원 원료를 투입하게 되면, 용액 내 니켈 이온과 환원 원료 내 금속 철 간의 치환반응이 일어나, 페로니켈이 석출되고, 부산물로는 니켈 광석에 포함된 다량의 철 성분과, 침출 시 사용된 다량의 산이 포함되어 있는 철 이온 함유 용액이 얻어진다.
따라서, 본 발명은 니켈의 습식제련 공정에서 발생한 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현 예에 따르면, 환원된 니켈 광석을 산으로 침출하여 얻어진 용액으로부터 페로니켈을 회수하는 니켈 습식제련 공정에서 페로니켈의 석출과 함께, 부산물로 발생된 철 이온 함유 용액으로부터 철 및 산을 회수하는 장치로서, 상기 철 이온 함유 용액이 공급되는 철 화합물회수 반응조, 상기 반응조의 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입 장치 및 상기 이산화탄소의 주입으로 생성된 고상의 철 함유 화합물과 액상의 산을 분리하는 고액분리장치를 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 니켈의 습식제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 것으로, 이를 참조하면 본 발명은 철 이온 함유 용액 농축 저장조(2), 노즐(4), 제1 회수 철 화합물 저장조(9), 제2 회수 철 화합물 저장조(12), 스택(15), 펌프(16), 제1 회수 산 저장조(17), 제2 회수 산 저장조(18) 및 폐수 처리조(19)를 추가로 구비할 수 있다.
상기 도 1에 특별히 도시하지는 않았지만, 본 발명에서 니켈 광석은 환원로에 공급되고, 수소 가스를 포함하는 환원 가스가 상기 환원로에 주입되어, 니켈 광석의 환원반응이 일어나 환원 원료를 얻을 수 있다.
이후 얻어진 환원 원료는 침출 반응조로 공급되고, 침출을 위하여 상기 침출 반응조에 산이 주입되면 환원 원료에 포함된 니켈 및 철이 이온으로 용해되어 니켈 철 이온 함유 용액을 얻을 수 있다.
이때, 침출을 위하여 사용되는 산은 니켈 광석에 포함된 니켈 및 철 성분을 이온으로 용해시킬 수 있는 강산으로, 종류를 특별히 한정하지 않고, 염산, 황산 또는 질산 등을 사용할 수 있으나, 염산이 니켈 및 철 침출 효율이 가장 높아 바람직하다.
이어서, 침출로 얻어진 니켈 철 이온 함유 용액에 환원로에서 얻어진 환원 원료를 투입하면 상기 용액 내 포함된 니켈 이온과 환원 원료 내 금속 철이 치환반응이 일어나고, 상기 반응에 의해 페로니켈이 석출되며, 부산물로는 철 이온 함유 용액이 얻어진다.
상기 니켈 습식제련 공정의 부산물로 얻어진 철 이온 함유 용액은 별도로 회수되어 농축 저장조(2)로 보내어지고, 본 발명의 회수 공정을 적용하기에 충분한 양이 준비되면, 철 화합물 회수 반응조(1)로 공급된다.
상기 철 화합물 회수 반응조(1)는 철 이온 함유 용액으로부터 철 함유 화합물과 산을 분리 및 회수하기 위한 것으로, 상기 반응조(1)로 철 이온 함유 용액이 공급되면 이산화탄소를 주입하여 철 함유 화합물, 즉 탄산철을 생성할 수 있도록 한다.
이때 이산화탄소는 이산화탄소 주입장치를 통하여 반응조(1) 내로 주입될 수 있고, 보다 구체적으로는 이산화탄소가 저장된 이산화탄소 저장조(3)로부터 주입 노즐(4)을 통하여 반응조(1) 내로 주입되며, 상기 주입 노즐(4)은 반응조(1) 하부에 존재하는 기포 분산기(5)에 연결되어, 이산화탄소를 기포의 형태로 분산시켜 상기 용액에 주입할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하면, 하기의 반응식 (1) 및 (2)와 같이 이산화탄소는 용액에 용해되어, 용액 내 포함된 물(H2O)과 결합하여 탄산 이온(CO3 2 -)을 형성하며, 상기 탄산 이온은 하기 반응식 (3)과 같이 철 2가 이온(Fe2 +)과 반응하여 고상의 탄산철(FeCO3)의 침전물을 형성하게 된다.
H2O + CO2 → H2CO3 (1)
H2CO3 → 2H+ + CO3 2 - (2)
Fe2 + + 2Cl-+2H+ +CO3 2 - → FeCO3 ↓+ 2HCl (3)
따라서, 본 발명은 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입함으로써, 상기 용액에 포함된 철 이온을 고상의 탄산철(FeCO3) 형태로 회수할 수 있도록 한다. 다만, 상기 철 이온을 철 함유 화합물로 회수함에 있어서, 상기 화합물은 탄산철만을 순수하게 함유하는 것은 아니고, 탄산철 함유 시 철 이온 함유 용액에 포함된 금속 성분 등 기타 다른 성분이 함께 침전될 수 있어, 철 함유 화합물을 회수할 수 있다.
단, 상기 반응식 (3)에서는 침출 공정에 염산을 사용하는 예로써, Cl-가 존재하는 것으로 기재하였으나, 침출 공정 시, 염산 외에 질산 또는 황산을 사용하는 경우, NO3 - 또는 SO4 2 -가 존재할 수 있다.
한편, 본 발명에서 이산화탄소의 주입 유량은 특별히 한정하지 않으나, 특정 온도의 반응조(1) 내에 이산화탄소를 주입함으로써, 이산화탄소의 상기 용액에 대한 용해도가 최대로 될 수 있는 압력 이상이 유지 되도록 주입하는 것이 바람직하고, 본 발명에서는 1∼7bar의 압력이 유지되도록 이산화탄소를 주입하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 철 화합물 회수 반응조(1)에 교반기를 추가로 포함하여, 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하면서 지속적으로 교반하고, 상기 용액에 물리적인 와류를 형성함으로써, 이로 인하여 철 함유 화합물의 회수 반응, 즉 탄산 이온과 철 이온이 고상의 탄산철을 형성하는 반응을 촉진시킬 수 있다.
본 발명은 또한 상기 철 화합물 회수 반응조(1)에 온도 조절장치를 추가로 포함함으로써, 반응조(1) 내부의 온도를 20℃ 내지 80℃ 이하로 유지하여 이산화탄소의 용액 내 용해도를 최대로 할 수 있다. 구체적으로, 기체의 용해도는 온도가 증가할수록, 용매 분자와 용해된 기체 분자의 운동이 활발해져, 용매 분자와 기체 분자 간의 결합이 약해지므로, 감소하게 된다. 따라서, 본 발명에서 상기 반응조(1) 내부 온도가 80℃를 초과하는 경우, 이산화탄소의 용액 내 용해도 또한 감소하게 되고, 탄산이온이 잘 생성되지 않아, 철 함유 화합물의 회수율에 있어서 문제가 될 수 있으므로, 반응조(1) 내부의 온도는 상기한 바와 같이 80℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 온도 조절장치는 종류를 특별히 한정하지 않으며, 반응조(1) 내부의 온도를 제어할 수 있는 장치라면 어느 것이든 무방하고, 상기 장치가 설치되는 장소나 설치 비용 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하여 철 함유 화합물을 회수하는 반응, 즉 탄산철이 생성되는 반응이 종료되면, 상기 반응 동안 치환반응에 의해 염산이 형성되므로, 용액 내 pH가 급격히 감소하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 반응조(1)에 온도 측정장치 및 pH 측정장치를 더 포함함으로써, 시간에 따른 상기 반응조(1) 내부의 온도 및 pH 변화를 관찰하여 변곡점의 위치를 확인함으로써, 상기 반응이 종료 시점을 알 수 있다.
또한, 철이 용액 내 이온으로 존재할 때에는 산화환원전위(Oxidaiton Reduction Potential, ORP)가 +300이하의 값을 나타내다가, 치환되어 탄산철이 형성되면 ORP가 +600으로 된 후, 감소하게 된다. 따라서, 본 발명은 반응조(1)에 산화환원전위 측정장치를 더 포함하여 산화환원전위를 측정함으로써 회수 반응의 종료 시점을 알 수 있다.
본 발명에서는 상기한 바와 같이, 이산화탄소를 용액에 대한 용해도가 최대로 될 수 있는 양으로 주입하는 것이 바람직하므로, 과량의 이산화탄소를 반응조(1) 내에 주입하게 되고, 주입된 이산화탄소 중 일부는 용액에 탄산 이온의 형태로 용해되어 있거나, 철 이온과 고상의 탄산철을 형성하지 않고, 미반응된 채로 반응조(1)의 상단부에 기상의 형태로 잔존하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 반응조(1)에, 특히는 반응조(1)의 상부에 이산화탄소 회수 장치를 더 포함함으로써, 미반응된 이산화탄소를 회수할 수 있다. 보다 구체적으로는 반응조(1) 내부에 존재하는 미반응 이산화탄소는 상기 반응조(1)의 상부에 연결된 블로워(7)를 통하여 반응조(1) 외부로 배출될 수 있고, 이때, 블로워(7)와 반응조(1) 사이에 존재하는 제1 스크러버(6)를 통하여 이산화탄소에 포함된 이물질은 제거될 수 있다.
또한, 이물질이 제거되어 반응조(1)로부터 배출된 이산화탄소는 이산화탄소 저장조(3)로 회수될 수 있고, 이렇게 회수된 이산화탄소는 도 1에 도시한 바와 같이 주입 노즐(4)을 통하여 철 화합물 회수 반응조(1)에 재주입되어 철 함유 화합물의 회수에 재사용될 수 있으며, 도 1에 도시하지는 않았지만 별도로 회수하여 다른 공정에 사용될 수도 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 철 이온 함유 용액에 이산화탄소 주입 시, 탄산철을 포함하는 고상의 철 함유 화합물과, 산을 포함하는 액상의 용액이 혼합된 슬러리 형태가 얻어지고, 이러한 슬러리는 고액분리장치(8)로 보내어져 고상과 액상이 분리될 수 있다. 이때 얻어진 고상의 철 함유 화합물은 제1 회수 철 화합물 저장조(9)로 회수되고, 액상의 산은 제1 회수 산 저장조(17)로 회수될 수 있다.
그런데, 상기 제1 회수 철 화합물 저장조(9)에 회수된 철 함유 화합물은 순수한 탄산철의 형태가 아니고, 침전되는 과정에서 용액 내 포함된 산 성분이나 기타 다른 성분 또한 함께 침전되는 경우가 많으므로, 본 발명에서는 제1 회수 철 화합물 저장조(9)에 회수된 철 함유 화합물을 가열하여 건조 및 배소시킴으로써, 상기 화합물에 포함되는 산 및 다른 성분을 배가스로 배출할 수 있다.
즉, 본 발명에서 상기 제1 회수 철 화합물 저장조(9)에 회수된 철 함유 화합물은 50 내지 1000℃의 온도로 가열된 건조/배소로(10)로 보내어져, 고온에서 건조 및 배소되면서 그 화합물에 포함된 산 및 기타 다른 성분은 배가스로 상기 건조/배소로(10) 상부를 통하여 배출된다.
이때, 상기 배가스에는 건조된 철 함유 화합물이 미립자의 형태로 함께 배출되는 경우가 많으므로, 철 함유 화합물의 회수율을 향상시키고, 산이 추가적으로 회수될 배가스의 산 이외의 불순물 함유량을 감소시키기 위하여 배가스로부터 이들 화합물을 분리 및 회수할 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 건조/배소로에 사이클론(11)을 더 포함할 수 있고, 상기 사이클론(11)에서 회수된 미립자 형태의 철 함유 화합물은 제2 회수 철 화합물 저장조(12)로 보내어질 수 있다.
또한, 미립자 형태의 철 화합물이 제거된 배가스는 그 배가스에 포함된 산 성분을 완전히 회수하기 위하여 흡수탑(13)의 하부로 공급된다. 상기 흡수탑(13) 하부에 배가스가 공급되면, 흡수탑(13)의 상부에서 물이 공급되고, 상기 물은 흡수탑(13)의 하부로 이동하면서 배가스에 포함된 산 성분을 세정하여 흡수할 수 있다.
이렇게 산 성분을 흡수하여 생성된 용액은 펌프(16)에 의해 제2 회수 산 저장조(18)로 회수될 수 있고, 산이 제거된 배가스는 흡수탑(13)의 상부를 통하여 배출되며, 제2 스크러버(14)로 이동될 수 있다.
이때, 본 발명에서는 철 이온 함유 용액 및 철 함유 화합물로부터 각각 회수된 철 및 산을 하나의 회수 저장조, 즉 제1 회수 철 화합물 저장조(9)와 제1 회수 산 저장조(17)에서 어디에서 회수되었는 지, 관계없이 함께 회수할 수 있고, 상기한 바와 같이 철 이온 함유 용액으로부터 회수된 철 및 산을 저장하는 제1 회수 저장조(9, 17)와, 상기 제1 회수 저장조(9, 17)에서 회수된 철 함유 화합물로부터 회수된 철 및 산을 저장하는 제2의 회수 저장조(12, 18)를 별도로 구비함으로써, 회수 대상에 따라 각각 회수할 수 있다.
상기 흡수탑(13)에서 배출되는 배가스에는 물에 의한 세정에도 불구하고 일부의 산 성분이 여전히 포함되어 있을 수 있으므로, 배가스가 흡수탑(13)으로부터 배출되어 제2 스크러버(14)에 도달하면, 알카리 등의 산 성분을 중화할 수 있는 물질을 상기 배가스에 가함으로써, 배가스에 포함된 산 성분을 완전히 제거하여 추후 대기 중으로 배출이 가능하도록 한다.
상기와 같이 중화에 의해 산 성분이 완전히 제거된 배가스는 스택(15)을 통하여 대기 중으로 방출되고, 알카리 등을 사용한 중화에 의해 형성된 용액은 폐수 처리조(19)로 보내어져, 이후 기타의 처리 과정이 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 니켈 습식제련 공정에서 발생한 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 예를 들어 상기와 같은 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 철 및 산 회수 방법은 니켈 광석을 환원 가스로 환원하여 환원 원료를 얻는 단계, 환원 원료에 산을 투입하여 니켈 및 철을 이온으로 용해 침출하여 니켈 철 이온 함유 용액을 얻는 단계 및 상기 니켈 철 이온 함유 용액에 상기 환원 원료를 투입하여 페로니켈이 석출되고, 부산물로 철 이온 함유 용액을 얻는 단계를 포함하는 니켈 습식제련 공정에서 발생된 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 방법으로서, 상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하여 고상의 철 함유 화합물과 액상의 산을 분리, 회수하는 이산화탄소 주입 단계를 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 방법을 제공한다.
이때, 상기 이산화탄소 주입 단계는 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입한 뒤, 상기 용액에 물리적인 와류를 형성하여 이산화탄소를 용액 내 골고루 분산시킴으로써, 탄산 이온의 철 이온과의 반응 속도를 향상시켜, 결과적으로 철 함유 화합물의 회수를 촉진할 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 주입 단계 단계는 이산화탄소의 용액 내 용해도를 최대로 하기 위하여 1 내지 7bar의 압력 및 20 내지 80℃의 온도를 유지하며 수행 온도를 유지하며 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 이산화탄소 주입 단계에 후속적으로, 회수된 철 함유 화합물을 건조 및 배소시켜 철 함유 화합물과 산을 포함하는 배가스를 분리, 회수하는 건조 및 배소 단계 및 회수된 배가스에 물을 공급해 산을 회수하는 물 공급 단계를 더 포함함으로써, 상기 이산화탄소 주입 단계에서 얻어진 철 함유 화합물로부터 산을 추가로 분리 및 회수할 수 있다.
또한, 상기 건조 및 배소 단계는 철 함유 화합물에 포함된 산 성분을 충분히 배출시킬 수 있도록, 50 내지 1000℃의 고온에서 건조 및 배소시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 건조 및 배소 단계에서 배출되는 배가스에는 건조된 철 함유 화합물이 미립자의 형태로 함께 배출되는 바, 상기 건조 및 배소 단계에 후속적으로 배가스와 함께 배출되는 미립자의 철 함유 화합물을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
1: 철 화합물 회수 반응조
2: 철 이온 함유 용액 농축 저장조
3: 이산화탄소 저장조
4: 주입 노즐
5: 기포 분산기
6: 제1 스크러버
7: 블로워
8: 고액분리장치
9: 제1 회수 철 화합물 저장조
10: 건조/배소로
11: 사이클론
12: 제2 회수 철 화합물 저장조
13: 흡수탑
14: 제2 스크러버
15: 스택
16: 펌프
17: 제1 회수 산 저장조
18: 제2 회수 산 저장조
19: 폐수 처리조

Claims (16)

  1. 니켈 광석을 환원 가스로 환원하여 환원 원료를 얻는 단계;
    환원 원료에 산을 투입하여 니켈 및 철을 이온으로 용해 침출하여 니켈 철 이온 함유 용액을 얻는 단계; 및
    상기 니켈 철 이온 함유 용액에 상기 환원 원료를 투입하여 페로니켈이 석출되고, 부산물로 철 이온 함유 용액을 얻는 단계를 포함하는 니켈 습식제련 공정에서 발생된 부산물로부터 철 및 산을 회수하는 방법으로서,
    상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하여 고상의 철 함유 화합물과 액상의 산을 분리, 회수하는 이산화탄소 주입 단계를 포함하고,
    상기 이산화탄소 주입 단계는 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입한 뒤, 상기 용액에 물리적인 와류를 형성하여 철 함유 화합물의 회수를 촉진하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 주입 단계에 후속적으로, 회수된 철 함유 화합물을 건조 및 배소시켜 철 함유 화합물과 산을 포함하는 배가스를 분리, 회수하는 건조 및 배소 단계; 및
    회수된 배가스에 물을 공급해 산을 회수하는 물 공급 단계를 더 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 주입 단계는 1 내지 7bar의 압력 및 20 내지 80℃의 온도를 유지하며 수행되는 철 및 산의 회수 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 건조 및 배소 단계는 50 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 철 및 산의 회수 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 건조 및 배소 단계는 배가스와 함께 배출되는 철 함유 화합물을 회수하는 단계를 더 포함하는 철 및 산의 회수 방법.
  7. 환원된 니켈 광석을 산으로 침출하여 얻어진 용액으로부터 페로니켈을 회수하는 니켈 습식제련 공정에서 페로니켈의 석출과 함께, 부산물로 발생된 철 이온 함유 용액으로부터 철 및 산을 회수하는 장치로서,
    상기 철 이온 함유 용액이 공급되는 철 화합물 회수 반응조;
    상기 반응조의 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입 장치; 및
    상기 이산화탄소의 주입으로 생성된 고상의 철 함유 화합물과 액상의 산을 분리하는 고액분리장치를 포함하고,
    상기 철 화합물 회수 반응조는 이산화탄소가 주입된 철 이온 함유 용액에 물리적인 와류를 형성하기 위한 교반기를 더 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고액분리장치에서 분리된 고상의 철 함유 화합물을 가열하는 건조/배소로; 및
    상기 건조/배소로에서 철 함유 화합물의 가열로 배출되는 배가스에 포함된 산을 물로 흡수하는 흡수탑을 더 포함하는 니켈의 제련 공정의 부산물로부터 철 및 산의 회수 장치.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 철 화합물 회수 반응조는 온도 조절장치를 더 포함하는 철 및 산의 회수 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 철 화합물 회수 반응조는 pH 측정장치, 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential, ORP) 측정장치 및 온도 측정장치를 더 포함하는 철 및 산의 회수 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 이산화탄소 주입 장치는 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장조; 및 상기 철 이온 함유 용액에 이산화탄소를 기포로 분산시켜 공급하는 기포 분산기를 포함하는 철 및 산의 회수 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 철 화합물 회수 반응조는 상기 반응조에서 미반응 이산화탄소를 회수하는 이산화탄소 회수 장치를 더 포함하는 철 및 산의 회수 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 이산화탄소 회수 장치는 철 화합물 회수 반응조로부터 미반응 이산화탄소를 배출하는 블로워; 및
    상기 배출되는 미반응 이산화탄소에 포함된 이물질을 제거하는 제1 스크러버를 포함하며, 회수된 이산화탄소는 철 화합물 회수 반응조에 재주입되는 철 및 산의 회수 장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 건조/배소로는 배출되는 배가스에 포함된 미립자의 철 함유 화합물을 분리 및 회수하기 위하여 사이클론을 더 포함하는 철 및 산의 회수 장치.
  16. 제8항에 있어서, 상기 흡수탑의 상부에는 배출되는 배가스에서 회수되지 않은 산을 알카리로 세정하는 제2 스크러버를 더 포함하는 철 및 산의 회수 장치.
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