KR101555629B1 - 금속 산화물 회수방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 산화물 회수방법에 관한 것으로서, 티타늄(Ti)과 철(Fe)를 함유하는 티탄철석(iluminite), 루틸, 소렐 슬래그(sorel slag) 중 어느 하나를 원료로 마련하는 과정; 전기로에 용선을 장입하는 과정; 상기 전기로에 상기 마련된 원료를 그대로 장입하되, 상기 전기로의 상부 일측을 통해 상기 원료와, 스크랩 및 직접 환원철을 연속적으로 장입하는 과정; 상기 전기로의 전극봉에 전력을 인가하여 상기 원료를 용해시켜 용선을 제조하는 과정;을 포함하고, 상기 원료를 용해시키는 과정에서 상기 전기로에 탄소를 함유하는 환원제를 투입하고 산소를 포함하는 가스를 취입하여 용선의 온도를 상승시키고, 상기 원료에 함유된 티타늄 성분을 상기 용선이 제조되면서 발생하는 슬래그에 TiO2 형태로 포함시키는 것을 특징으로 하고, 용선을 제조하는 과정에서 철원에 함유된 유가 금속을 용이하게 회수할 수 있다.
Description
본 발명은 금속 산화물 회수방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철광석에 함유된 Ti, V 등의 유가 금속을 산화물 형태로 회수할 수 있는 금속 산화물 회수방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고로에서 출선되는 용선은 예비처리 공정, 전로 공정, 2차 정련 공정 등의 제강 공정을 거쳐 용강(鎔鋼)으로 제조되고, 이러한 용강은 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿, 빔 블랭크 등의 주편으로 제조된다.
고로에서 출선되는 용선은 철광석을 소결시킨 소결광과, 코크스 등을 고로에 장입시켜 가열하는 제선 공정을 통해 제조된다. 즉, 고로에서 출선되는 용선은 철원(鐵源)으로서 철광석을 사용하는데, 국내 및 국외의 제강 시장에서 철광석의 원가가 상승되고, 이로 인해 철광석의 원활한 수급이 이루어지지 않아 철광석 이외의 철원을 확보하기 위한 방안들이 강구되어 왔다. 이에 따라 최근에는 철원을 확보하기 위한 방안들 중에서 고철을 재활용하거나 철함량이 비교적 낮은 저급 철광석을 이용하는 방안이 적용되고 있다.
한편, 저급 철광석에는 철(Fe) 성분 이외에도 티타늄(Ti)이나 바나듐(V) 등과 같은 유가 금속을 다량 함유하고 있는 경우가 많다. 이와 같은 유가 금속은 매우 고가로서 저급 철광석으로부터 추출하여 제강 공정 등에 적용하는 경우 합금철 등의 제조 비용을 절감할 수 있다. 따라서 이와 같은 유가 금속을 다량 함유하는 저급 철광석으로부터 유가 금속을 효율적으로 추출할 수 있는 다양한 방법이 요구된다.
본 발명은 저급 철광석에 함유된 유가 금속을 용이하게 회수할 수 있는 금속 산화물 회수방법을 제공한다.
본 발명은 합금철 등의 제조 비용을 절감할 수 있는 금속 산화물 회수방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 금속 산화물 회수방법은, 티타늄(Ti)과 철(Fe)를 함유하는 티탄철석(iluminite), 루틸, 소렐 슬래그(sorel slag) 중 어느 하나를 원료로 마련하는 과정; 전기로에 용선을 장입하는 과정; 상기 전기로에 상기 마련된 원료를 그대로 장입하되, 상기 전기로의 상부 일측을 통해 상기 원료와, 스크랩 및 직접 환원철을 연속적으로 장입하는 과정; 상기 전기로의 전극봉에 전력을 인가하여 상기 원료를 용해시켜 용선을 제조하는 과정;을 포함하고, 상기 원료를 용해시키는 과정에서 상기 전기로에 탄소를 함유하는 환원제를 투입하고 산소를 포함하는 가스를 취입하여 용선의 온도를 상승시키고, 상기 원료에 함유된 티타늄 성분을 상기 용선이 제조되면서 발생하는 슬래그에 TiO2 형태로 포함시키는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 원료를 전기로에 투입하는 과정에서 스크랩 및 직접 환원철 중 적어도 어느 하나를 투입할 수 있다.
삭제
상기 탄소를 함유하는 환원제는 코크스, 제강 더스트, 미분탄 및 무연탄 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 용선을 제조하는 과정에서 상기 용선 중에 함유되는 탄소 성분과 상기 환원제에 함유되는 탄소 성분이 상기 원료에 함유되는 산소와 반응하여 일산화탄소를 포함하는 배가스를 생성하고, 상기 용선의 탈탄이 이루어질 수 있다.
상기 용선을 제조하는 과정에서 상기 산소를 포함하는 가스와 상기 배가스 및 상기 티타늄 함유 철광석이 환원되면서 발생하는 배가스와 연소반응을 일으켜 반응열을 발생시킬 수 있다.
상기 TiO2는 1100℃ 이상의 온도에서 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물 회수방법은, 용선을 제조하는 과정에서 철원에 함유된 유가 금속을 용이하게 회수할 수 있다. 티타늄, 바나듐 등과 같은 유가 금속을 함유하는 철광석을 철원으로 사용하는 경우, 전기로를 이용한 용선 제조 시 유가 금속을 금속 산화물 형태로 슬래그에 농축시켜 회수할 수 있다. 따라서 합금철을 제조하는데 사용되는 고가의 유가 금속을 별도로 구매할 필요가 없어 합금철의 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물을 회수하기 위한 장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물 회수방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 3 및 도 4는 티타늄 산화물이 회수되는 메카니즘을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물 회수방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 3 및 도 4는 티타늄 산화물이 회수되는 메카니즘을 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 티타늄(Ti)이나 바나듐(V) 등과 같은 유가 금속을 회수하는 방법에 관한 것이다. 즉, 철원으로 사용되는 저급 철광석이나 부산물 등에 함유된 티타늄이나 바나듐 등과 같은 유가 금속을 용융로, 예컨대 전기로를 이용한 용선 제조 시 산화물 형태로 슬래그에 농축시켜 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물을 회수하기 위한 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 금속 산화물을 회수하기 위한 장치는, 공지의 전기로를 이용하여 용선을 제조하는 장치와 유사하다. 즉, 철원을 용융시키는 용융로(100)와, 용융로(100) 내부에 철원을 공급하는 철원 공급부(130)와, 용융로(100) 내부에 환원제를 투입하는 환원제 공급부(150a, 150b)를 포함한다. 여기에서 용융로(100)는 전기로일 수 있다.
용융로(100)는 내화물로 형성된 노체(101)와, 노체(101) 상부의 중앙에 형성된 구멍을 관통하여 설치되는 복수의 전극봉(110)을 포함한다. 용융로(100)는 전극봉(110)에 전력, 예컨대 고전압이 인가되면 전극 간에 아크가 발생하게 되고, 이때 발생하는 열을 이용하여 전극 주변의 피가열물, 예컨대 철광석, 스크랩, 용선 등을 가열 용융시킨다.
용융로(100)의 상부 일측에는 용융로(100) 내부로 스크랩, 티타늄 함유 철광석을 장입하기 위한 철원 공급부(130)가 구비된다. 철원 공급부(130)는 전극봉(110)에 전력이 공급되는 동안 용융로(100) 내부로 철원을 연속적으로 공급하게 되며, 용융로(100)에서 제조되는 용선의 온도 저하를 억제하기 위하여 용융로(100) 내부로 공급되기 전 예열될 수도 있다.
용융로(100)에는 용선의 승온 및 탈탄을 위해 용융로(100) 내부로 산소를 포함하는 가스를 취입하기 위한 랜스(미도시)가 구비될 수도 있다. 즉, 용융로(100) 내부로 산소를 포함하는 가스를 취입하여 용선에 함유되는 탄소 성분과 반응시킴으로써 용선 중 탄소 성분이 일산화탄소를 형성하며 제거되도록 할 수 있다. 이때 발생하는 반응열에 의해 용선의 온도를 승온시킬 수 있다. 또한, 용융로(100) 내부로 취입되는 가스는 용선이 탈탄되면서 발생하는 배가스 및 티타늄 함유 철광석이 환원되면서 발생하는 배가스와 연소 반응을 일으켜 반응열을 발생시킬 수도 있다.
또한, 용융로(100)의 하부에는 용융로(100) 내부로 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 불활성 가스를 공급하기 위한 저취 노즐(120)이 구비될 수 있다. 이와 같이 저취 노즐(120)을 통해 용융로(100) 내부에 불활성 가스를 공급함으로써 용선이 제조되는 동안 용선을 교반하여 용선 중 불순물의 제거를 용이하게 할 수 있다.
그리고 용융로(100)에는 용융로(100) 내부로 용선을 공급하는 용선 공급부(140)와, 환원제를 공급하는 환원제 공급부(150a, 150b)가 구비된다. 용선 공급부(140)는 고로나 다른 용융로(100)에서 생산된 용선을 용융로(100) 내부로 장입한다. 환원제 공급부(150a, 150b)는 용선에 함유되는 산소 성분을 제거하기 위해 투입되는 것으로, 본원 발명에서는 티타늄 함유 철광석에서 이산화티탄을 환원시키기 위해 투입된다.
용융로(100)에서 제조된 용선은 용융로(100) 하부에 구비되는 출선구를 통해 외부로 출선되고, 용선, 철원 및 환원제는 용융로(100)로 연속적으로 장입되어 용선이 제조된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물 회수방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 3 및 도 4는 티타늄 산화물이 회수되는 메카니즘을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물 회수방법은, 티타늄 함유 철광석을 마련하는 과정(S100), 용융로(100)에 용선을 장입하는 과정(S102)과, 용융로(100)에 티타늄 함유 철광석을 장입하는 과정(S104), 용융로(100)의 전극봉(110)에 전력, 예컨대 고전압을 인가하여 장입물을 용해하는 과정(S106), 용융로(100)에 환원제를 투입하는 과정(S105) 및 용선과 티타늄 산화물을 포함하는 슬래그를 제조하는 과정(S108)을 포함한다.
티타늄 함유 철광석은 일반적인 철광석보다 티타늄을 다량 함유하는 철광석으로서, 티탄철석(iluminite), 루틸 등이 사용될 수 있다. 또한, 철광석은 아니지만 소렐 슬래그(sorel slag)가 사용될 수도 있다. 티타늄 함유 철광석에는 티타늄이 Fe-Ti-O 화합물 형태, 예컨대 Fe3 - xTixO4 화합물 형태로 존재할 수 있다. 티타늄 함유 철광석은 정련용기(100)에 투입되기 전 예열하여 공정 시 용선의 온도가 저하되는 것을 억제할 수도 있다.
용선은 고로나 다른 용융로(100), 예컨대 전기로 등에서 제조된 용선으로서, 용선예비처리를 거친 용선 또는 용선예비처리를 거치지 않은 상태로 사용될 수 있다.
이와 같이 티타늄 함유 철광석과 용선이 마련되면, 용융로(100)에 용선을 장입한 다음, 티타늄 함유 철광석을 장입한다. 티타늄 함유 철광석은 용융로(100)의 상부 일측에 구비되는 철원 공급부(130)를 통해 연속적으로 장입할 수 있다. 이때, 티타늄 함유 철광석과 함께 스크랩이나 직접 환원철 등을 장입할 수 있으며, 용선의 온도 저하를 위해 티타늄 함유 철광석과 스크랩 및 직접 환원철은 예열된 상태로 장입될 수 있다.
여기에서는 용융로(100)에 용선을 장입한 다음 티타늄 함유 철광석을 장입하는 것으로 설명하고 있지만, 티타늄 함유 철광석을 투입한 다음 용선을 장입할 수도 있다.
용융로(100)에 용선과 티타늄 함유 철광석이 장입되면, 용융로(100)의 전극봉(110)에 고전압을 인가하여 전극봉(110) 간에 아크를 발생시키면서 용융로(100) 내 장입물을 용해시킨다. 이때, 티타늄 함유 철광석은 용융로(100) 내부로 연속적으로 공급되며, 스크랩, 직접 환원철 등도 용융로(100) 내부로 공급된다. 티타늄 함유 철광석이 용융되면서 티타늄 함유 철광석에 포함되는 산소 성분은 용선 중에 함유된 탄소 성분과 반응하여 용선 중 탄소 성분을 제거하는 역할을 한다. 이에 티타늄 함유 철광석에 함유된 티타늄 성분은 이산화티탄(TiO2)으로 환원되어 슬래그로 이동하게 된다.
또한, 용융로(100) 내부에 티타늄 함유 철광석에 함유된 티타늄을 환원시키기 위한 환원제가 공급될 수 있다. 환원제는 티타늄 함유 철광석에 함유된 산소 성분과의 반응 효율, 즉 환원 효율을 높여주기 위해 투입되는 것으로 탄소 성분을 함유하는 코크스, 제강 더스트, 미분탄, 무연탄 등이 사용될 수 있으며, 분체 또는 괴상으로 용융로(100)에 공급될 수 있다.
환원제는 티타늄 함유 철광석에 포함되는 산소 성분과 반응하여 일산화탄소를 포함하는 배가스를 발생시키며, 티타늄 함유 철광석에서 철(Fe) 성분을 환원시켜 용선으로 티타늄 성분을 이산화티탄(TiO2) 형태로 환원시켜 재화시킴으로써 슬래그 중 이산화티탄의 함량을 높여주는 역할을 한다. 티타늄 함유 금속에 함유된 철과 티타늄 성분은 용융로(100) 내 용선의 온도가 증가함에 따라 단계적으로 환원된다.
즉, 도 3을 참조하면 티타늄 함유 광석에는 철과 티타늄이 Fe3-xTixO4 화합물형태로 존재하는데, 전극봉(110)에 인가되는 고전력에 의해 발생하는 아크열과 용선의 탈탄에 의해 발생하는 반응열에 의해 용선의 온도가 상승하게 되고, 이에 티타늄 함유 철광석에 함유되는 철 성분은 환원되어 용선으로 된다. 그리고 티타늄은 온도가 상승함에 따라 Fe3 - xTixO4 화합물 형태에서 Fe2TiO4, FeTiO3, FeTi2O5 형태를 거쳐 이산화티탄(TiO2)으로 환원되어 슬래그를 형성한다. 이와 같은 환원과정은 약 620 내지 1520℃ 정도의 온도에서 이루어지며, 이산화티탄은 1100℃ 이상의 온도에서 형성되게 된다.
도 4를 참조하면, 티타늄 함유 철광석에 함유된 산소 성분은 용선 중 탄소 성분과 반응하여 일산화탄소(CO)를 발생시켜 배가스로 배출되고, 화합물 형태로 존재하던 철(Fe)은 환원되어 용선으로 되며, 티타늄은 이산화티탄(TiO2)로 환원되어 슬래그를 형성하게 된다. 이때, 용선 중에 함유된 탄소의 양이 매우 제한적이므로, 철과 이산화티탄의 환원율을 높이기 위해 탄소 성분을 포함하는 환원제를 투입하여 슬래그 중에 이산화티탄을 농축시킬 수 있다.
이와 같은 방법으로 티타늄 함유 철광석으로부터 유가 금속인 티타늄을 이산화티탄 형태로 환원시켜 이산화티탄이 농축된 슬래그를 제조할 수 있다.
이후, 용융로(100) 내의 슬래그, 즉 이산화티탄이 농축된 슬래그를 배재한다. 배재된 슬래그는 냉각시킨 후 별도의 처리 공정을 통해 티타늄 스펀지를 제조하거나, 금속 티타늄(Ti)으로 환원하여 제강공정 등에 사용할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 용융로 101: 노체
110: 전극봉 120: 저취 노즐
130: 철원 공급부 140: 용선 공급부
150a, 150b: 환원제 공급부
110: 전극봉 120: 저취 노즐
130: 철원 공급부 140: 용선 공급부
150a, 150b: 환원제 공급부
Claims (8)
- 티타늄(Ti)과 철(Fe)를 함유하는 티탄철석(iluminite), 루틸, 소렐 슬래그(sorel slag) 중 어느 하나를 원료로 마련하는 과정;
전기로에 용선을 장입하는 과정;
상기 전기로에 상기 마련된 원료를 그대로 장입하되, 상기 전기로의 상부 일측을 통해 상기 원료와, 스크랩 및 직접 환원철을 연속적으로 장입하는 과정;
상기 전기로의 전극봉에 전력을 인가하여 상기 원료를 용해시켜 용선을 제조하는 과정;
을 포함하고,
상기 원료를 용해시키는 과정에서 상기 전기로에 탄소를 함유하는 환원제를 투입하고 산소를 포함하는 가스를 취입하여 용선의 온도를 상승시키고, 상기 원료에 함유된 티타늄 성분을 상기 용선이 제조되면서 발생하는 슬래그에 TiO2 형태로 포함시키는 금속 산화물 회수방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 원료를 전기로에 투입하는 과정에서 스크랩 및 직접 환원철 중 적어도 어느 하나를 투입하는 금속 산화물 회수방법. - 삭제
- 청구항 3에 있어서,
상기 탄소를 함유하는 환원제는 코크스, 제강 더스트, 미분탄 및 무연탄 중 적어도 어느 하나인 금속 산화물 회수방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 용선을 제조하는 과정에서 상기 용선 중에 함유되는 탄소 성분과 상기 환원제에 함유되는 탄소 성분이 상기 원료에 함유되는 산소와 반응하여 일산화탄소를 포함하는 배가스를 생성하고, 상기 용선의 탈탄이 이루어지는 금속 산화물 회수방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 용선을 제조하는 과정에서 상기 산소를 포함하는 가스와 상기 배가스 및 상기 티타늄 함유 철광석이 환원되면서 발생하는 배가스와 연소반응을 일으켜 반응열을 발생시키는 금속 산화물 회수방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 TiO2는 1100℃ 이상의 온도에서 형성되는 금속 산화물 회수방법.
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| JP2008063646A (ja) | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Jfe Steel Kk | 溶銑の脱燐処理方法 |
-
2013
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Patent Citations (2)
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