KR101537068B1 - 유효금속의 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

유효금속의 회수 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수 방법은 금속 및 비 용해성 산화물을 포함하는 광석 내의 금속으로부터 유효금속을 회수하기 위한 방법으로서, 상기 광석의 과립 또는 미립자 분말을 환원가스를 이용하여 환원시키는 단계, 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속을 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출시키는 단계, 상기 수용액에 상기 환원된 광석을 재 투입하거나 석출용 광석을 투입하여 상기 유효금속의 이온을 상기 유효금속의 입자로 석출하는 단계를 포함한다.

Description

유효금속의 회수 방법{METHOD FOR COLLECTION OF VALID METAL}
본 발명은 유효금속의 회수 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 및 비 용해성 산화물을 포함하는 광석으로부터 금속 내의 유효금속을 회수하기 위한 유효금속의 회수 방법에 관한 것이다.
자연 광물로부터 유효 성분을 회수하는 공정은, 대개의 경우, 그대로 환원로에 공급되어 고온에서 금속 용융상태로 회수하여 사용된다.
그러나, 대부분 경우 광물 중에 철의 함량이 더욱 많은 반면, 니켈, 구리, 코발트, 주석, 납 등 유효 성분은 자연적인 상태에서 그 함량이 적다. 예를 들면, 니켈을 함유하는 광석은 리모나이트(limonite), 사프로라이트(saprolite) 등이 있으며, 이들 광석은 다량의 철을 포함하고 있다.
이에 따라, 니켈, 코발트, 구리, 주석, 납 등과 같은 유효 성분이 적은 경우에는 유효 성분이 농축된 제품을 얻는 데 한계가 있다.
이를 해결하기 위한 방법으로, 로터리 킬른(rotary kiln)을 사용하여 광석을 환원시킨 후, 이를 전기 용해로에서 금속 성분을 용융시켜, 유효 성분이 농축된 제품을 얻는 방법이 실시되고 있다.
예를 들면, 다량의 철 성분과 소량의 니켈이 포함된 광석을 석탄과 함께 로터리 킬른에 투입하고, 이를 고온으로 유지하여 부분 산화가 가능한 정도의 공기를 투입하여 환원 반응을 진행시킨 후, 환원된 금속 광을 전기로에 투입하여 니켈과 철 금속 성분을 용해함으로써 회수하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 이 방법은 니켈 등의 유효 성분이 어느 정도 높은 경우, 예를 들면 광석 중의 니켈 성분이 2% 이상인 경우에 경제성이 확보된다.
이는, 유효 성분이 낮은 경우 상대적으로 많은 양의 철을 환원시켜야 하거나, 불용 광석 잔류물의 과다 처리에 따른 설비 및 에너지 소요, 원료 운반비 등이 증가하며, 로터리 킬른의 설치 면적 및 설치 비용 과다 등의 문제가 있기 때문이다.
또한, 로터리 킬른에서 상기와 같이 석탄을 이용하여 환원가스를 만드는 경우에는, 외부에서 공기를 일정량 투입하여 석탄이 부분 연소되면서 환원가스 분위기를 만들기 때문에, 로터리 킬른의 입구에서 공기가 어느 정도 유출 혹은 유입되는 것이 허용될 수 있으나, 환원 반응기에 유입되는 환원제가 H2 및 CO 등으로 이루어진 가스 혼합물이 직접 투입되는 경우에는 반응기 입구에서 공기의 유입 시 반응기 안정성(내부에서 폭발가능성 등)이나 혹은 유출된 가스에 의한 안전성에 치명적인 위험(화재, 폭발, 인체 안전성 등)을 초래할 수 있다.
다른 방법으로는, 로타리 킬른에서 석탄 등을 이용하여 광석을 환원시키고, 이후 암모니아(NH3)를 이용하여 니켈이나 코발트 등을 회수하는 습식과정을 통해 이루어지는 공정(CARON 공정)이 알려져 있는데, 환원단계에서 로터리 킬른의 운전 및 생산성이나 금속 성분 추출 시에 암모니아 및 다른 여러 화합물의 연속적인 사용으로 인해 설비가 과다하고, 생산 원가가 높아 더 이상 개발이 진행되지 않고 있다.
또 다른 방법으로는, 광석을 환원처리 없이 고온, 고압에서 산(예를 들어, 황산)과 반응시켜 니켈이나 코발트 등의 유용 금속 성분을 용출하고, 이를 중화·침전(neutralization precipitation) 시킨 후, 다시 용매 추출(solvent extraction) 및 정제(purification) 과정을 거쳐 회수하는 습식 방법으로 구성된 공정(HPAL 공정)이 알려져 있다. 그러나, 이 방법에서는 고온, 고압의 황산과 접촉하기 때문에 장치 부식이 심하고 투자비가 과도하며 대형장치로 적용되기에 한계가 있다.
이와 같은 문제를 부분적으로 해소하는 다른 방법으로서, 광물과 황산을 접촉시키는 방법으로서, 대규모로 광석이 적재된 장소에서 산(예를 들어, 황산) 용액을 광석 더미에 붓고, 이를 장시간(보통 수개월 이상) 방치한 후, 용해물을 회수하는 방법도 시행되고 있다.
그러나, 이러한 방법은 장시간이 소요되고, 환경오염 등의 문제가 발생하며, 유용 성분이 낮은 경우 회수율이 극히 낮아지는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로, 산이나 알칼리로 광석을 접촉시켜 유효 성분을 추출하는 습식방법으로서, 폐 촉매로부터 백금 등의 귀금속을 추출하는 경우, 몰리브덴이나 바나듐 성분을 추출하는 경우 등이 잘 알려져 있다.
보오크사이트로부터 가성소다를 첨가하여 알루미늄 성분을 추출하는 경우 등도 습식 방법의 예에 해당한다. 그러나, 상기의 방법에서는 전이 금속에 해당하는 니켈, 코발트, 구리, 주석, 납 등에 대해서는 적용하지 않고 있는 문제점이 있다.
광석 중에 유효 함량은 점차 낮아지고 있는 추세이기 때문에, 특히 기존 공정의 생산비 증가와 유효 금속의 수요 증가 등을 고려하여 신규의 생산 공정을 개발하는 것은 매우 중요하다.
본 발명의 일 실시예는, 광물 중의 유효 성분(예를 들어, 니켈, 코발트, 구리, 주석, 납 등)의 함량이 적은 경우에도, 상기 유효 성분을 효율적으로 회수할 수 있는 유효금속의 회수 방법을 제공하고자 한다.
또한, 환원가스(H2, CO 등)를 외부에서 공급함으로써 환원반응을 보다 효율적으로 진행시키고, 이 과정에서 부생된 수소 등을 재활용 가능한 유효금속의 회수 방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 및 비 용해성 산화물을 포함하는 광석 내의 금속으로부터 유효금속을 회수하기 위한 방법으로서, 상기 광석의 과립 또는 미립자 분말을 환원가스를 이용하여 환원시키는 단계, 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속을 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출시키는 단계, 상기 수용액에 상기 환원된 광석을 재 투입하거나 석출용 광석을 투입하여 상기 유효금속의 이온을 상기 유효금속의 입자로 석출하는 단계를 포함하는, 유효금속의 회수 방법이 제공된다.
이 ?, 상기 광석의 과립 또는 미립자 분말에 환원가스를 공급하여 환원시키는 단계 이전에, 상기 금속 중 상기 유효금속 외의 금속의 일부를 용해시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원가스는 H2 및 CO의 부피의 합이 전체 부피의 20 내지 100%이고, 탄화수소(HC)의 부피는 H2 및 CO의 합의 부피의 50% 이하이며, H2O의 부피는 H2의 부피의 100% 이하, CO2의 부피는 CO의 부피의 100%비율 이하일 수 있다.
또한, 상기 환원가스는 공정 내의 순환을 통해 발생한 가스이거나 외부로부터 공급되는 가스일 수 있다.
또한, 상기 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속을 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출시키는 단계는, 상기 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속 중 상기 유효금속 외의 금속 일부를 침출 용해하여 제거하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 생성된 슬러지를 분리하고, 재차 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 유효금속을 금속 이온(ion)으로 침출시키는 제2단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응 시, 상기 금속이 용해되면서 발생되는 수소 가스가 상기 환원가스로 공급될 수 있다.
또한, 상기 산(acid)은 염산, 황산, 질산, 및 인산 중 적어도 하나인 것이며, 상기 산(acid) 용액의 산성도는 pH3 이하일 수 있다.
또한, 상기 수용액에 상기 환원된 광석을 재 투입하거나 석출용 광석을 투입하여 상기 유효금속의 이온을 상기 유효금속의 입자로 환원시키는 단계에서,
상기 금속 중 상기 유효금속 외의 금속은 일부가 환원되고, 나머지 일부가 산화물 상태로 상기 수용액에 잔류하게 될 수 있다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의한 유효금속의 회수 방법은 광물 중의 유효성분(예를 들어, 니켈, 코발트, 구리, 주석, 납 등)의 함량이 적은 경우에도, 상기 유효성분을 효율적으로 회수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 환원가스(H2, CO 등)를 외부에서 공급함으로써 환원반응을 보다 효율적으로 진행시키고, 이 과정에서 부생된 수소 등을 재활용 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법을 나타낸 공정도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 유효 성분으로는 니켈(Ni), 그리고 유효금속 외의 고 함량 금속 성분으로는 철(Fe)을 포함하는 광석을 사용하여, 니켈이 농축된 금속 혼합물을 생산하는 경우를 예시로 하여 본 발명을 설명하는 것으로 하나, 전술된 것과는 다른 유효 성분 및 유효금속 외의 고 함량 금속 성분이 다른 경우에도 다양하게 설계변경 가능하다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법을 니켈과 철을 대상으로 간략히 설명하면, 저 함량(예를 들어, 2.5% 이하인 것으로, 통상적으로는 2% 이하)의 니켈을 함유하며, 고 함량(약 5% 이상 및 65% 이하)의 철을 포함하는 광석으로부터, 니켈을 약 3% 이상 및 40% 이하 정도 포함하고, 철은 약 1% 이상 및 40% 이하 정도로 감소시킨 금속 혼합물을 생성할 수 있다.
또한, 광석에서 유효 성분이 낮은 경우를 대상으로 설명될 수 있으나, 유효 성분이 많은 경우에 보다 효율적으로 적용될 수 있다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법을 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법은 금속 및 비 용해성 산화물을 포함하는 광석 내의 금속으로부터 유효금속을 회수하기 위한 방법으로서, 상기 광석의 과립 또는 미립자 분말을 환원가스를 이용하여 환원시키는 과정에 의해 개시된다(광석 환원 과정, S100).
여기에서, 광석은 미립자 분말을 그대로 사용할 수도 있고, 과립으로 변형하여 공급될 수도 있다.
이 때, 환원가스는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 물(H2O), 이산화탄소(CO2) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이며, H2 및 CO의 부피의 합이 전체 부피의 20 내지 100%이고, 탄화수소(HC)의 부피는 H2 및 CO의 합의 부피의 50% 이하이며, H2O의 부피는 H2의 부피의 100% 이하, CO2의 부피는 CO의 부피의 100%비율 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 환원가스는 공정 내의 순환을 통해 발생한 가스이거나 외부로부터 추가로 공급되는 가스일 수 있다.
여기에서, 광석 환원 과정에서 반응이 완료되면, 혼합가스가 배출되며, 상기 혼합가스로부터 물(H2O)이나 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4)등의 탄화수소(HC), 혹은 질소(N2) 등의 성분을 일부 제거하고, 다시 재순환(recycle)된 가스를 환원가스로 공급함으로써, 수소의 활용률을 높일 수도 있다.
광석 환원 과정에서, 유효금속이 니켈, 유효금속 외의 고 함량 금속이 철, 그리고 환원가스를 H2로 하여, 이론적인 화학 반응식을 나타내면 다음과 같다.
[화학식 1]
NiO + H2 → Ni + H2O
3 Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O
2 Fe3O4 + H2 → 6FeO + 2H2O
6 FeO + H2 → Fe + 6H2O
한편, 광석 환원 과정 이전에, 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법을 통해 회수된 니켈이 농축된 금속 혼합물에서의 니켈과 철의 비율을 조정하기 위하여, 철의 일부를 우선적으로 용해시킴으로써 니켈의 상대적인 함량을 증가시키는 니켈 농축 과정을 거칠 수도 있다.
광석의 과립 또는 미립자 분말이 환원되면, 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 금속을 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출시키는 과정을 수행한다(환원광 침출 과정, S200).
보다 상세하게, 먼저, 환원된 광석을 금속 중 유효금속 외의 금속 일부를 침출 용해하여 제거한다(S210).
그리고, 상기 S210에서 발생된 슬러지(sludge)를 분리하여, 다시 산(acid) 용액과 반응시킴으로써, 유효금속을 금속 이온(ion)으로 침출시키게 된다(S210).
이 때, 본 발명에서는 반응물의 운송, 저장을 위한 부수 장비가 사용될 수 있으며, 침출 용액에서 슬러지를 분리하고 농축 여액을 회수하기 위해 침강조, 원심분리기, 여과기 등이 사용될 수도 있다. 또한, 온도를 높이거나 낮추기 위한 열 교환기 등이 부가될 수도 있다.
여기에서, 환원된 광석 내의 철이나 니켈을 용해시키기 위하여 상기 광석에는 산 용액이 공급되며, 이 때 사용되는 산 용액의 양은 함유된 철과 니켈의 함량, 용해량 등을 고려하여 가감될 수 있다.
이 때, 산(acid)은 염산, 황산, 질산, 및 인산 중 적어도 하나인 것이며, 상기 산 용액의 산성도는 pH3 이하인 것이 바람직하다.
환원광 침출 과정에서, 니켈과 철을 염산(HCl)과 반응시키는 이론적인 화학 반응식을 나타내면 다음과 같다.
[화학식 2]
Ni + 2HCl → NiCl2 + H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
철 또는/및 니켈을 산 용액과 반응시킬 때에는 다량의 수소가 동반 발생된다. 이 때 발생된 다량의 수소는, 전술된 바와 같이, 광석 환원 과정에서 환원가스로서 공급될 수 있다.
금속이 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출되면, 상기 수용액에 광석 환원 과정에서 환원된 광석을 재 투입하거나 석출용 광석을 투입하여 유효금속의 이온을 유효금속 입자로 환원시키는 과정을 수행한다(유효금속 석출 과정, S300).
보다 상세하게, 전술된 환원된 광석 혹은 석출용 광석과 접촉하여, 니켈 이온은 니켈 금속 입자로 환원되며, 철은 철 이온으로 산화되어 침출되는 과정을 거친다.
이 때, 상기 수용액의 산성도는 Ph1 이상 및 5 이하인 것이 바람직하다.
유효금속 석출 과정에서, 니켈 이온과 철이 각각 니켈 금속과 철 이온으로 변환하는 이론적인 화학 반응식을 나타내면 다음과 같다.
[화학식 3]
NiCl2 (Ni+2 ion) + Fe (metal) → FeCl2 (Fe+2 ion) + Ni (metal)
한편, 석출용 광석은 전술된 환원된 광석과 같거나 다른 것을 사용할 수 있으며, 상기 환원된 광석에 함유되었던 니켈의 대부분이 석출용 광석의 내부 및 외부에 석출되어 농축된다.
이 때, 상기 환원된 광석의 양은 니켈의 농축량을 고려하여, 석출용 광석의 약 2배 이상 및 30배 이하 수준이 사용될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법의 공정을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수방법을 나타낸 공정도이다.
도 2를 참조하면, 니켈, 코발트, 구리, 주석, 납 등의 유효 성분과 철 등이 포함된 광석 혹은 이의 혼합물이 공급 장치(110)에 보관되며, 배관을 통해 유동층 반응 장치(120)에 공급된다.
여기에서, 필요 시에는 온도를 500℃ 이상의 고온으로 가열하여 상기 광석 혹은 이의 혼합물을 공급할 수도 있다.
상기 유동층 반응 장치(120)는 온도가 약 500~900℃로 유지되며, 압력은 상압~50kgf/cm2의 범위에서 가동할 수 있다.
이 때, 유동층 반응 장치(120) 내의 환원가스 조성은 수소(H2), 일산화탄소(CO)와 함께 물(H2O), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4)등의 탄화수소(HC) 등의 다른 조성이 혼합되어 있을 수 있으며, 상기 환원가스의 조성은 H2 및 CO의 부피의 합이 전체 부피의 20 내지 100%이고, 탄화수소(HC)의 부피는 H2 및 CO의 합의 부피의 50% 이하이며, H2O의 부피는 H2의 부피의 100% 이하, CO2의 부피는 CO의 부피의 100%비율 이하를 유지하도록 한다.
유동층 반응 장치(120)의 환원가스로는, 상기 유동층 반응 장치(120)에서 배출된 가스가 열 교환기(150) 등을 거쳐 순환됨으로써 재 공급되거나, 외부의 가스 공급 장치(181)로부터 추가 공급이 될 수 있다. 그리고, 후술되는 제1, 제2침출 반응기(310, 320)로부터 회수된 H2가 추가될 수도 있다.
여기에서, 유동층 반응 장치(120)에서 환원된 광석 입자는 광석 배출 장치(130)로 배출되도록 한다. 배출되는 위치는 유동층 반응 장치(120)의 하단, 중간, 또는 상부 등으로 조정될 수 있다.
그리고, 광석 배출 장치(130)에서는 고온의 광석 입자로부터 열을 회수하기 위하여 공정 상에서 순환되는 가스의 흐름과 열 교환되거나 상기 열을 제1, 제2침출 반응기용 저장 장치(침출용, 석출용)(210, 220)에 저장하였다가 후술되는 제1, 제2침출 반응기(310, 320)로부터 발생되는 H2를 가열하도록 공급할 수도 있다.
한편, 유동층 반응 장치(120)에서 배출된 혼합가스에는 미분 입자가 부유되어 동반 배출되므로, 이를 사이클론 등의 미분 제거 장치(140)에 의해 제거할 수 있다.
그리고, 열 교환기(150)를 통과하도록 하여 냉각한 후, 블로워 등의 가스 승압 장치(160)를 통과하도록 하며, 가스 분리 장치(170)를 통해 H2 또는/및 CO가 농축된 가스를 얻게 된다.
가스 분리 장치(170)에서는 H2, CO, H2O, CO2, 및 탄화수소(HC) 중 적어도 하나 이상으로 구성된 오프 가스(off-gas)가 발생되며, 외부의 연료 공급 장치(182)로부터 공급되는 연료와 함께 연소 장치(180)에 공급되어 연소된다.
일례로, 연소 장치(180)는 연소 가열기(fired heater), 보일러, 수소 발생 장치, 탄화수소 개질(hydrocarbon reforming) 반응 장치 등의 형태일 수 있다.
여기에서, 연소 장치(180)가 고온에서 운전되는 탄화수소 개질(hydrocarbon reforming) 반응 장치인 경우, 생성된 혼합물로부터 수소를 분리, 농축할 필요가 없이 그대로 고온에서 유동층 반응 장치(120)로 공급할 수 있게 된다.
이 때, 연소 장치(180)는 재순환된 환원가스나 추가 공급되는 환원가스를 고온으로 가열하여 유동층 반응장치(120)에 공급함으로써, 환원 반응에 필요한 열에너지를 공급하는 역할을 한다.
여기에서, 연소 장치(180)에 의해 가열된 환원가스의 온도는 약 500~1,000℃ 인 것이 바람직하다.
한편, 유동층 반응 장치(120)에서 배출된 환원된 상태의 광석은 광석 배출 장치(130)를 거쳐 침출 반응기용 저장장치(210(침출용)/220(석출용))에 보관된 후, 각각 제1침출 반응기(310)와 석출 반응기(340)에 공급된다.
먼저, 제1침출 반응기(310)에서 상기 광석은 주로 산(acid) 보관 장치(230)에서 공급된 산 용액(예를 들면, 염산 수용액)과 반응하며, 철 성분이 용해(예를 들면, FeCl2)되어 수용액으로 배출되고, 잔여의 광석 입자는 배관을 통하여 제2침출 반응기(320)로 이송된다.
이 때, 제2침출 반응기(320)에서도 상기 잔여의 광석 입자가 산 보관 장치(230)에서 공급된 산 용액(예를 들면, 염산 수용액)과 반응하며, 총 공급된 산 용액의 양은 금속의 용해 이론 당량수의 약 50~150%를 공급하는 것이 바람직하다.
여기에서, 제2침출반응기(320)의 반응 혼합물은 배관을 통해 슬러지가 분리된 후, 그 반응 여액이 석출 반응기(340)에 공급될 수 있다.
석출 반응기(340)에서는 NiCl2 (Ni+2 ion) + Fe (metal) → FeCl2 (Fe+2 ion) + Ni (metal)의 반응이 진행되고, 유효금속인 니켈이 배관를 통해 제2세정 장치(350)로 공급되어 세정되고 석출/회수된다. 그리고, 잔여 여액은 외부로 배출된다.
이러한 침출 및 석출 과정 중에 발생된 수소는 제1세정 장치(240)에서 세정된 후, 유동층 환원 장치(120)에 공급되어 사용되거나 연소 장치(180)에 공급되어 열원으로 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수 방법에 따른 실럼적 결과를 예시하도록 한다.
유동 환원로에 공급되는 광석은 인도네시아에서 채굴된 건조, 소성된 리모나이트(limonite)이며, 그 평균 입도는 10~50㎛이다. 소성광의 성분분석 결과는 다음과 같다.
Fe Mg Al Si Ca Cr Mn Co Ni P
%(중량비) 38.79 5.01 3.37 9.03 0.21 1.79 0.68 0.14 1.59 0.021
상기의 유동 환원 실험은 Lab test와 Pilot test에서 각각 시행되었고, 환원 가스는 100% 수소를 사용하였다. 그 결과는 다음과 같다.
Test 설비 결과
Lab test Y-type 유동장치
(분산판 20㎜ x 높이 630㎜)		 환원율 77% (670, 30분)
Pilot test Taper type 유동장치
(분산판 650㎜ x 높이 6.3m(2단))		 환원율 ≥80% (670℃, < 60분, 광석장입량 0.7ton)
상기의 결과에서 제시하는 670℃의 온도에서 80% 이상의 환원율은 실 공정에 적용하기에 충분한 결과일 것이다.
기존의 건식 니켈 제련 공정들은 본 실험과 비교하여 훨씬 고온을 요구하는 점을 감안할 때, 경제성에 있어서도 긍정적이다.
환원광의 침출 및 석출 실험은 Lab test와 Pilot test로 시행되었고, 회수율은 니켈의 회수량을 기준으로 계산되었다. 그리고, 침출 반응에는 HCl이 사용되었으며, 그 결과는 다음과 같다.
침출율 석출 회수율 종합회수율
Lab test 97% 96% 93%
Pilot test 1 97.1% 97.2% 95.2%
Pilot test 2 96.6% 97.9% 95.3%
상기의 결과에서 보듯이, pilot test 1 및 2에서 95% 이상의 종합회수율이 확보되었으며, 이는 최적의 운전조건에 근접한다. 차후, 석출 전 pH의 조절이 더 정밀해지면, 안정적 석출률 확보가 가능할 것이다.
상기한 구성 및 작용에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 유효금속의 회수 방법에 의하면, 광물 중의 유효성분의 함량이 적은 경우에도, 상기 유효성분을 효율적으로 회수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 환원가스(H2, CO 등)를 외부에서 공급함으로써 환원반응을 보다 효율적으로 진행시키고, 이 과정에서 부생된 수소 등을 재활용 가능한 효과도 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
110: 공급 장치 120: 유동층 반응 장치
130: 광석 배출 장치 140: 미분 제거 장치
150: 열 교환기 160: 가스 승압 장치
170: 가스 분리 장치 180: 연소 장치
181: 가스 공급 장치 182: 연료 공급 장치
210: 침출 반응기용 저장 장치(침출용)
220: 침출 반응기용 저장 장치(석출용)
240: 제1세정 장치 310; 제1침출 반응기
320: 제2침출 반응기 340: 석출 반응기
350: 제2세정 장치

Claims (8)

  1. 금속 및 비 용해성 산화물을 포함하는 광석 내의 금속으로부터 유효금속을 회수하기 위한 방법으로서,
    상기 광석의 과립 또는 미립자 분말을 환원가스를 이용하여 환원시키는 단계;
    환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속을 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출시키는 단계;
    상기 수용액에 상기 환원된 광석을 재 투입하거나 석출용 광석을 투입하여 상기 유효금속의 이온을 상기 유효금속의 입자로 석출하는 단계;를 포함하고,
    상기 환원가스는 공정 내의 순환을 통해 발생한 가스를 포함하고,
    상기 공정 내의 순환을 통해 발생한 가스는 상기 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응 시, 상기 금속이 용해되면서 발생되는 수소 가스를 포함하는 것인,
    유효금속의 회수 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광석의 과립 또는 미립자 분말에 환원가스를 공급하여 환원시키는 단계 이전에,
    상기 금속 중 상기 유효금속 외의 금속의 일부를 용해시키는 과정을 더 포함하는, 유효금속의 회수 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원가스는 H2 및 CO의 부피의 합이 전체 부피의 20 내지 100%이고, 탄화수소(HC)의 부피는 H2 및 CO의 합의 부피의 50% 이하이며, H2O의 부피는 H2의 부피의 100% 이하, CO2의 부피는 CO의 부피의 100%비율 이하인, 유효금속의 회수 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원가스는 추가적으로 외부로부터 공급되는 가스인, 유효금속의 회수 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속을 수용액 내의 금속 이온(ion)으로 침출시키는 단계는,
    상기 환원된 광석을 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 금속 중 상기 유효금속 외의 금속 일부를 침출 용해하여 제거하는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 생성된 슬러지를 분리하고, 재차 산(acid) 용액과 반응시켜, 상기 유효금속을 금속 이온(ion)으로 침출시키는 제2단계
    를 포함하는, 유효금속의 회수 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산(acid)은 염산, 황산, 질산, 및 인산 중 적어도 하나인 것이며, 상기 산(acid) 용액의 산성도는 pH3 이하인, 유효금속의 회수 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용액에 상기 환원된 광석을 재 투입하거나 석출용 광석을 투입하여 상기 유효금속의 이온을 상기 유효금속의 입자로 환원시키는 단계에서,
    상기 금속 중 상기 유효금속 외의 금속은 일부가 환원되고, 나머지 일부가 산화물 상태로 상기 수용액에 잔류하게 되는, 유효금속의 회수 방법.
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