KR101543923B1 - 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치 - Google Patents

광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광석을 건조 및 소성하여 건조 소성광을 제조하는 건조 및 소성장치; 상기 건조 소성광을 열분해제와 혼합하여 열분해 광석을 제조하고, 열분해 산물인 암모니아를 회수하여 수산화암모늄 및 황산암모늄을 제조하는 광석 열분해장치; 상기 열분해 광석을 침출반응시키고 pH를 조절한 후, 발생된 pH조절슬러지 및 pH조절여액을 분리하는 침출 및 pH조절 장치; 상기 pH조절슬러지를 세척하여 세척여액 및 세척슬러지를 분리한 후, 상기 세척슬러지로부터 희토류금속을 회수하는 희토류금속 회수장치; 및 상기 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수하는 유가금속 회수장치를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치을 제공한다.
본 발명의 유가금속 및 희토류금속 회수장치를 사용하는 경우, 금속 광석의 파쇄, 건조 및 소성하는 장치의 후단에 침출용 광석 제조를 위한 열분해 장치를 배치한 다음, 침출 및 습식 추출과정을 통해 유가금속(Mn,Ni,Co,Cu등) 및 희토류금속(Y,La,Ce,Nd등) 회수하고, 열분해제를 회수하여 공정에 재사용함으로써, 저렴한 비용으로 유가금속 및 희토류금속을 회수하여 경제성 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치{APPARATUS FOR RECOVERING OF PRECIOUS METAL AND RARE-EARTH METAL FROM ORES}
본 발명은 니켈 광석, 망간 단괴 등의 금속 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속을 회수하는 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속 광석의 파쇄, 건조 및 소성하는 장치의 후단에 침출용 광석 제조를 위한 열분해 장치를 배치한 다음, 침출 및 습식 추출과정을 통해 유가금속(Mn,Ni,Co,Cu등) 및 희토류금속(Y,La,Ce,Nd등) 회수하고, 열분해제를 회수하여 공정에 재사용할 수 있는 유가금속 및 희토류금속 회수장치에 관한 것이다.
미래의 광물자원인 망간단괴로부터 유가금속을 회수하기 위해 채광, 선광, 제련 등의 복합기술에 많은 노력을 기울이고 있는 실정이다. 망간단괴에 함유되어 있는 유가금속의 평균 함량은 Mn 25.4%, Ni 1.28%, Cu 1.02% 및 Co 0.24%이고, 희토류금속의 평균함량은 Y 0.085%, La 0.021%, Ce 0.072% 및 Nd 0.026% 로 보고되고 있다.
망간단괴로부터 유가금속 회수공정 중 유가금속의 분리, 및 제련 공정은 총 시설투자비의 약 60%이상, 총 조업비의 70%이상을 차지하는 가장 중요한 공정이다. 그러나 종래에는 심해저에서 채집되어 선상에 도착한 망간단괴를 전량 육상으로 이송하여 제련시설이 되어 있는 공장까지 운반하였기 때문에 운송비가 막대한 것으로 추산되고, 망간단괴의 불필요한 비금속 성분이 혼재되어 있는 원광을 그대로 파쇄하여 제련공정으로 투입하는 경우, 황산, 염산, 암모니아 등의 시약이 다량으로 소모된다. 또한, 금속을 회수한 후에 발생된 잔사(폐기물)들의 처리를 위한 매립지의 확보 및 환경오염 등의 이유 때문에, 망간단괴로부터 회수된 유가금속의 제조원가가 높다는 문제점이 있다.
본 발명의 한 측면은 금속 광석의 파쇄, 건조 및 소성하는 장치의 후단에 침출용 광석 제조를 위한 열분해 장치를 배치한 다음, 침출 및 습식 추출과정을 통해 유가금속(Mn,Ni,Co,Cu등) 및 희토류금속(Y,La,Ce,Nd등) 회수하고, 열분해제를 회수하여 공정에 재사용함으로써, 저렴한 비용으로 유가금속 및 희토류금속을 회수하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 광석을 건조 및 소성하여 건조 소성광을 제조하는 건조 및 소성장치; 상기 건조 소성광을 열분해제와 혼합하여 열분해 광석을 제조하고, 열분해 산물인 암모니아를 회수하여 수산화암모늄 및 황산암모늄을 제조하는 광석 열분해장치; 상기 열분해 광석을 침출반응시키고 pH를 조절한 후, 발생된 pH조절슬러지 및 pH조절여액을 분리하는 침출 및 pH조절 장치; 상기 pH조절슬러지를 세척하여 세척여액 및 세척슬러지를 분리한 후, 상기 세척슬러지로부터 희토류금속을 회수하는 희토류금속 회수장치; 및 상기 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수하는 유가금속 회수장치를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치를 제공한다.
상기 광석은 희토류금속을 포함하는 망간단괴일 수 있다.
상기 광석 열분해장치는 상기 건조 소성광과 열분해제를 혼합하는 혼합장치; 상기 건조 소성광을 열분해광석과 암모니아로 열분해하는 열분해장치; 상기 암모니아로부터 더스트를 제거하고, 수산화암모늄 용액 및 황산암모늄 용액으로 분류하는 집진장치; 상기 수산화암모늄 용액을 세정하는 제1 스크러버; 상기 수산화암모늄 용액을 농축하는 제1 농축장치; 농축된 수산화암모늄 용액을 결정화 및 건조하여 수산화암모늄을 제조하는 제1 결정화건조장치; 상기 황산암모늄 용액을 세정하는 제2 스크러버; 상기 황산암모늄 용액을 농축하는 제2 농축장치; 및 농축된 황산암모늄 용액을 결정화 및 건조하여 황산암모늄을 제조하는 제2 결정화건조장치를 포함할 수 있다.
상기 침출 및 pH조절장치는 상기 열분해 광석 및 물을 혼합하여 침출반응시키는 침출반응조; 상기 침출반응조의 침출반응물에 pH조절제를 투입하여 pH 2.5 내지 3.5로 조절하는 pH조절 반응조; 및 pH가 조절된 침출반응물에서 pH조절슬러지와 pH조절여액을 분리하는 제1 고액분리장치를 포함할 수 있다.
상기 희토류금속 회수장치는 세척액을 이용하여 상기 pH조절슬러지를 세척하여, 세척슬러지 및 세척여액을 제조하는 세척조; 세척슬러지 및 세척여액을 분리하는 제2 고액분리장치; 및 상기 세척여액으로부터 희토류금속을 회수하는 희토류금속 회수조를 포함할 수 있다.
상기 유가금속 회수장치는 상기 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수하는 유가금속 회수조를 포함할 수 있다.
상기 광석 열분해장치는 제2 결정화건조장치에서 제조된 황산암모늄을 저장하고, 상기 황산암모늄을 열분해제로서 혼합장치에 공급하는 황산암모늄 저장조를 추가로 포함할 수 있다.
상기 침출 및 pH조절장치는 집진장치에서 분리된 더스트 및 열분해장치에서 제조된 열분해광석을 저장하고, 상기 더스트 및 열분해광석을 침출 반응조에 공급하는 열분해광석 저장조를 추가로 포함할 수 있다.
상기 침출 및 pH조절장치는 제1 결정화건조장치에서 제조된 수산화암모늄을 저장하고, 상기 수산화암모늄을 pH조절제로서 pH조절 반응조에 공급하는 pH조절제 저장조를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 유가금속 및 희토류금속 회수장치를 사용하는 경우, 금속 광석의 파쇄, 건조 및 소성하는 장치의 후단에 침출용 광석 제조를 위한 열분해 장치를 배치한 다음, 침출 및 습식 추출과정을 통해 유가금속(Mn,Ni,Co,Cu등) 및 희토류금속(Y,La,Ce,Nd등) 회수하고, 열분해제를 회수하여 공정에 재사용함으로써, 저렴한 비용으로 유가금속 및 희토류금속을 회수하여 경제성 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 유가금속 및 희토류금속 회수장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 광석을 건조 및 소성하여 건조 소성광을 제조하는 건조 및 소성장치(2); 상기 건조 소성광을 열분해제와 혼합하여 열분해 광석을 제조하고, 열분해 산물인 암모니아를 회수하여 수산화암모늄 및 황산암모늄을 제조하는 광석 열분해장치; 상기 열분해 광석을 침출반응시키고 pH를 조절한 후, 발생된 pH조절슬러지 및 pH조절여액을 분리하는 침출 및 pH조절 장치; 상기 pH조절슬러지를 세척하여 세척여액 및 세척슬러지를 분리한 후, 상기 세척슬러지로부터 희토류금속을 회수하는 희토류금속 회수장치; 및 상기 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수하는 유가금속 회수장치를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치를 제공한다.
본 발명의 유가금속 및 희토류금속 회수장치는 금속 광석, 예를 들어 심해저에서 채취되는 희토류금속을 포함하는 망간단괴를 원료로 사용할 수 있으며, 금속 광석의 파쇄, 건조 및 소성하는 장치의 후단에 침출용 광석 제조를 위한 열분해 장치를 배치한 다음, 침출 및 습식 추출과정을 통해 유가금속(Mn,Ni,Co,Cu등) 및 희토류금속(Y,La,Ce,Nd등) 회수하고, 열분해제를 회수하여 공정에 재사용함으로써, 저렴한 비용으로 유가금속 및 희토류금속을 회수하여 경제성 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 건조 및 소성장치(2)는 광석을 건조 및 소성하여 건조 소성광을 제조하며, 상기 건조 소성광은 광석 열분해장치로 이송된다. 상기 광석은 특별히 제한하지 않으나, 광석 입도조절장치(1)에 의해 5mm이하의 입도범위로 파쇄된 광석일 수 있다.
상기 광석 열분해장치는 상기 건조 및 소성장치(2)에서 제조된 건조 소성광을 열분해제와 혼합하여 열분해 광석을 제조하고, 열분해 산물인 암모니아를 회수하여 수산화암모늄 및 황산암모늄을 제조할 수 있다. 보다 구체적으로는 혼합장치(3); 열분해장치(5); 집진장치(6); 제1 스크러버(7); 제1 농축장치(9); 제1 결정화건조장치(10); 제2 스크러버(12); 제2 농축장치(14); 및 제2 결정화건조장치(15)를 포함한다.
혼합장치(3)에서 상기 건조 및 소성장치(2)에서 제조된건조 소성광과 열분해제가 혼합될 수 있으며, 열분해제와 혼합된 건조 소성광은 상기 열분해장치(5)에서 하기 반응식 1 및 2와 같이 열분해광석 및 암모니아로 열분해될 수 있다. 상기 열분해광석은 열분해광석 저장조(16)에 저장된 후, 침출 및 pH조절 장치로 이송되어 침출반응에 참여할 수 있다.
NiO + (NH4)2SO4 = NiSO4 + 2NH3 + H2O (1)
Fe2O3 + 3(NH4)2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6NH3 + 3H2O (2)
상기 열분해장치(5)에서 열분해 반응의 부산물로 배출되는 암모니아는 집진장치(6)로 이송되며, 상기 집진장치(6)에서는 상기 암모니아로부터 더스트가 제거된다. 또한, 암모니아와 수분에 의해 생성된 수산화암모늄 용액과 열분해제인 황산암모늄 용액이 분리되어 각각 제1 스크러버(7) 및 제2 스크러버(12)로 이송될 수 있다. 집진장치(6)에서 제거된 더스트는 열분해광석 저장조(16)에 저장된 후, 침출반응조(17)로 이송될 수 있다.
상기 수산화암모늄 용액은 제1 스크러버(7)에서 세정된 후, 제1 농축장치(9)로 이송되어 농축될 수 있다. 농축된 수산화암모늄 용액은 제1 결정화건조장치(10)에 이송되어 결정화 및 건조됨으로써 수산화암모늄이 제조될 수 있다. 상기 수산화암모늄은 침출 및 pH조절 장치의 pH조절제 저장조(20)로 공급되어 pH조절제로 사용될 수 있다.
또한 제1 스크러버(7)에서 세정된 수산화암모늄 용액은 상기 제1 농축장치(9)로 이송되기 전에 수산화암모늄 용액 저장조(8)에 저장될 수 있으며, 저장된 수산화암모늄 용액은 제1 농축장치(9)로 이송되거나, 수산화암모늄 저장조(11)에서 pH조절제 저장조(20)로 이송되는 수산화암모늄에 합류될 수 있다.
집진장치(6)에서 분리된 황산암모늄 용액은 제2 스크러버(12)에서 세정된 후, 황산암모늄 용액 저장조(13)에 저장된 다음, 제2 농축장치(14)로 이송되어 농축될 수 있다. 농축된 황산암모늄 용액은 제2 결정화건조장치(15)에 이송되어 결정화 및 건조됨으로써 황산암모늄이 제조될 수 있다.
특별히 한정하지 않으나, 상기 제2 결정화건조장치(15)에서 제조된 황산암모늄은 열분해제로 재사용할 수 있다. 상기 광석 열분해장치는 황산암모늄 저장조(4)를 추가로 포함하여, 제2 결정화건조장치(15)에서 제조된 황산암모늄을 저장하고, 상기 황산암모늄을 열분해제로서 혼합장치(3)에 공급할 수 있다. 열분해제인 황산암모늄이 재사용될 수 있기 때문에 공정에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다.
상기 침출 및 pH조절 장치는 상기 광석 열분해장치에서 제조된 열분해 광석을 침출반응시키고 pH를 조절한 후, 발생된 pH조절슬러지 및 pH조절여액을 분리할 수 있다. 보다 구체적으로는 침출 및 pH조절 장치는 침출반응조(17); pH조절 반응조(19); 및 제1 고액분리장치(21)를 포함할 수 있다.
상기 침출반응조(17)는 열분해 광석 및 물을 혼합하여 침출반응시킬 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 상기 침출 및 pH조절장치는 열분해광석 저장조(16)를 추가로 포함하여, 상기 집진장치(6)에서 분리된 더스트 및 열분해장치(5)에서 제조된 열분해광석을 저장하고, 상기 더스트 및 열분해광석을 침출 반응조에 공급할 수 있다. 열분해광석 저장조(16)에 저장된 열분해광석 및 물 저장조(18)에 저장된 물이 침출반응조(17)에 공급되어 침출반응이 일어나게 된다. 상기 침출반응은 특별히 제한하지 않으나 상기 침출반응조(17)에 염산 또는 황산을 투입하여 니켈 및 철을 이온으로 용해 침출시킬 수 있다. 상기 침출반응조(17)의 침출반응물은 pH조절 반응조(19)로 이송되며, pH조절제 저장조(20)에서 공급되는 pH조절제인 수산화암모늄에 의해 pH 2.5 내지 3.5로 조절될 수 있다.
상기 pH가 조절된 침출반응물은 제1 고액분리장치(21)로 이송되어 pH조절여액과 불용성 잔사인 pH조절슬러지로 분리될 수 있으며, 분리된 pH조절여액 및 pH조절슬러지는 각각 유가금속 회수장치 및 희토류금속 회수장치로 이송된다.
상기 희토류금속 회수장치는 상기 침출 및 pH조절 장치에서 이송된 pH조절슬러지를 세척하여 세척여액 및 세척슬러지를 분리한 후, 상기 세척슬러지로부터 희토류금속을 회수할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 희토류금속 회수장치는 세척조(25); 제2 고액분리장치(27); 및 희토류금속 회수조(30)를 포함할 수 있다.
상기 침출 및 pH조절 장치에서 이송된 pH조절슬러지는 세척조(25)에 이송되기 전에 pH조절슬러지 저장조(24)에 저장될 수 있으며, 상기 세척조(25)에서는 세척액을 이용하여 상기 pH조절슬러지를 세척하여, 세척슬러지 및 세척여액을 제조할 수 있다. 상기 세척액은 세척액 저장조(26)로부터 공급될 수 있다.
상기 세척슬러지 및 세척여액은 제2 고액분리장치(27)로 이송되어 분리될 수 있으며, 분리된 세척여액은 세척여액 저장조(28)에 저장된 후 희토류금속 회수조(30)로 이송됨으로써, 희토류금속이 회수될 수 있다. 상기 제2 고액분리장치(27)에서 분리된 세척슬러지는 세척슬러지 저장조(29)로 이송될 수 있다.
상기 유가금속 회수장치는 상기 침출 및 pH조절 장치에서 이송된 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수할 수 있으며, 구체적으로 유가금속 회수조(23)를 포함할 수 있다. 상기 pH조절여액은 유가금속 회수조(23)에 이송되기 전에 pH조절여액 저장조(22)에 저장될 수 있다.
본 발명의 유가금속 및 희토류금속 회수장치는 상기 황산암모늄을 전량 회수하여, 광석 열분해장치의 혼합장치(3)에 공급하여 재사용할 수 있으므로, 유가금속 및 희토류금속을 회수하는 비용을 절감시킬 수 있으며, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 광석 입도조절장치 2: 건조 및 소성장치
3: 혼합장치 4: 황산암모늄 저장조
5: 열분해장치 6: 집진장치
7: 제1 스크러버 8: 수산화암모늄 용액 저장조
9: 제1 농축장치 10: 제1 결정화건조장치
11: 수산화암모늄 저장조 12: 제2 스크러버
13: 황산화암모늄 용액 저장조 14: 제2 농축장치
15: 제2 결정화건조장치 16: 열분해광석 저장조
17: 침출반응조 18: 물 저장조
19: pH조절 반응조 20: pH조절제 저장조
21: 제1 고액분리장치 22: pH조절여액 저장조
23: 유가금속 회수조 24: pH조절슬러지 저장조
25: 세척조 26: 세척액 저장조
27: 제2 고액분리장치 28: 세척여액 저장조
29: 세척슬러지 저장조 30: 희토류금속 회수조

Claims (9)

  1. 광석을 건조 및 소성하여 건조 소성광을 제조하는 건조 및 소성장치;
    상기 건조 소성광을 열분해제와 혼합하여 열분해 광석을 제조하고, 열분해 산물인 암모니아를 회수하여 수산화암모늄 및 황산암모늄을 제조하는 광석 열분해장치;
    상기 열분해 광석을 침출반응시키고 pH를 조절한 후, 발생된 pH조절슬러지 및 pH조절여액을 분리하는 침출 및 pH조절 장치;
    상기 pH조절슬러지를 세척하여 세척여액 및 세척슬러지를 분리한 후, 상기 세척슬러지로부터 희토류금속을 회수하는 희토류금속 회수장치; 및
    상기 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수하는 유가금속 회수장치
    를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광석은 희토류금속을 포함하는 망간단괴인 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 광석 열분해장치는
    상기 건조 소성광과 열분해제를 혼합하는 혼합장치;
    상기 건조 소성광을 열분해광석과 암모니아로 열분해하는 열분해장치;
    상기 암모니아로부터 더스트를 제거하고, 수산화암모늄 용액 및 황산암모늄 용액으로 분류하는 집진장치;
    상기 수산화암모늄 용액을 세정하는 제1 스크러버;
    상기 수산화암모늄 용액을 농축하는 제1 농축장치;
    농축된 수산화암모늄 용액을 결정화 및 건조하여 수산화암모늄을 제조하는 제1 결정화건조장치;
    상기 황산암모늄 용액을 세정하는 제2 스크러버;
    상기 황산암모늄 용액을 농축하는 제2 농축장치; 및
    농축된 황산암모늄 용액을 결정화 및 건조하여 황산암모늄을 제조하는 제2 결정화건조장치
    를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 침출 및 pH조절장치는
    상기 열분해 광석 및 물을 혼합하여 침출반응시키는 침출반응조;
    상기 침출반응조의 침출반응물에 pH조절제를 투입하여 pH 2.5 내지 3.5로 조절하는 pH조절 반응조; 및
    pH가 조절된 침출반응물에서 pH조절슬러지와 pH조절여액을 분리하는 제1 고액분리장치
    를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 희토류금속 회수장치는
    세척액을 이용하여 상기 pH조절슬러지를 세척하여, 세척슬러지 및 세척여액을 제조하는 세척조;
    세척슬러지 및 세척여액을 분리하는 제2 고액분리장치; 및
    상기 세척여액으로부터 희토류금속을 회수하는 희토류금속 회수조
    를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유가금속 회수장치는 상기 pH조절여액으로부터 유가금속을 회수하는 유가금속 회수조를 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 광석 열분해장치는 제2 결정화건조장치에서 제조된 황산암모늄을 저장하고, 상기 황산암모늄을 열분해제로서 혼합장치에 공급하는 황산암모늄 저장조를 추가로 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 침출 및 pH조절장치는 집진장치에서 분리된 더스트 및 열분해장치에서 제조된 열분해광석을 저장하고, 상기 더스트 및 열분해광석을 침출 반응조에 공급하는 열분해광석 저장조를 추가로 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 침출 및 pH조절장치는 제1 결정화건조장치에서 제조된 수산화암모늄을 저장하고, 상기 수산화암모늄을 pH조절제로서 pH조절 반응조에 공급하는 pH조절제 저장조를 추가로 포함하는 광석으로부터 유가금속 및 희토류금속 회수장치.
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