KR101555767B1 - 유가금속을 함유하고 있는 정광 입자를 처리하기 위한 방법과 플랜트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유가금속을 함유하고 있으며 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자의 처리를 위한 방법과 플랜트에 관한 것이다. 본 방법은 2단계의 배소 프로세스, 즉 1차 배소 반응기 (16) 에서 이루어지는 1차 배소 단계 (1) 와 2차 배소 반응기 (17) 에서 이루어지는 2차 배소 단계 (3) 를 포함한다. 1차 배소 단계 (1) 로부터 얻어지는 1차 프로세스 가스 요소 (2) 와 2차 배소 단계 (3) 로부터 얻어지는 2차 프로세스 가스 요소 (4) 로부터 가스 혼합물이 형성된다. 가스 혼합물의 후연소는 후연소실 (6) 에서 이루어진다. 후연소는 SO3 함량을 줄이기 위하여 가스 혼합물 내 SO3를 분해하도록 산화제 가스로서 황화물이 풍부한 환원성의 상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 와 2차 프로세스 가스 요소 (4) 로 작동된다. 후연소실과 후속 단계에서의 부착물 형성과 부식의 위험은 감소하게 된다. 최종적으로 배출 가스 (7) 는 후속 가스냉각 및 분진제거 단계들 (8~11) 로 처리된다.
Description
본 발명은 청구항 1에 따른 방법에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 청구항 19에 따른 플랜트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 상기한 방법과 플랜트에 있어서의 오프가스 취급과 처리에 관한 것이다.
종래 기술에서 알려진 기술은 특히, 2005년도 K.G. Thomas, A.P. Cole의 기사 15권 403~432페이지의 "배소 개발 - 특히 함산소 배소, 광물 처리 개발", 2005년도 J. Hammerschmidt, J. Guntner, B. Kerstiens의 기사 15권 "광물 처리에 있어서 순환유동층 기술 개발의 금광석 배소", 특허문헌 WO2010/003693, US 6,482,373, AU 650783, US 4,919,715에 잘 묘사되어 있다.
비소를 함유하고 있는 구리 및 금 농축물들은 구리 플랜트나 시안화물 용탈 내에서의 용해에 의한 추가처리 이전에, 탈비소화 (dearsenifying) 배소에 의해 처리되는 것이 바람직하다.
탈비소화 배소는 자철석과 자황철강으로서 철을 유지하기 위한 비소휘발 과정 중에 산소 전위를 제어함으로써 이루어진다. 이제, 원료가 구리를 함유한 농축물로 이루어진 경우 석회는 재래식 매트 제련에 의해 심화처리된다. 금이 풍부한 석회는 종종 시안화물 용탈에 의해 처리되지만, 석회가 완전배소 또는 황산화배소될 경우에는 침출만 유효하다. 따라서 비소가 풍부한 금 농축물을 처리하기 위한 재래식 기법은 2단계 배소 프로세스로서, 그로 인해 양 단계는 유동층으로 이루어진다.
1차 유동층은 매우 낮은 산소 전위에서 작동하는 탈비소화 단계인 반면, 2차 유동층은 과잉산소 상태에서 작동하는 완전 배소 또는 황산화 단계이다.
탈비소화 배소에서 배출되는 프로세스 가스는 단원소 황, 황화수소, 비소 황화물과 같이 황이 풍부한 가스 화합물을 포함하는 반면에, 2차 산화배소에서 배출되는 프로세스 가스는 SO3 와 같은 산소 및 산화 화합물을 포함하고 있다.
배소 프로세스 가스는 통상적으로 석회분리, 사이클론 내 프로세스 가스, 후연소, 가스냉각, 전기집진기 내 분진제거, 그리고 아마도 백필터 (bag filter) 그리고 최종적으로는 SO2(이산화황)의 황산으로의 변화에 의해 추가로 처리된다.
추가 처리와 관련하여 알려진 문제들은 다음과 같습니다:
- 장비고장과 손상을 야기하는 가스 이송로를 막을 수 있는 부착물의 형성. 특히, 부착물들은 프로세스 가스의 국소적인 과냉각이나 장비의 차가운 표면에 생성된다.
- 전술한 부착물을 형성하는 차가운 표면상의 비소의 응축.
- 부식을 야기하고 부착물을 형성시키는 차가운 표면상의 산성 안개의 응축.
- 산성 안개농도가 높을 경우, 폐수처리비용도 높아진다.
- 시스템의 열회수는 전기에너지 생산에 덜 호의적인 포화 증기의 생성으로 종종 제한되어 왔다.
이러한 문제들은 다음 방법으로 사전에 해결되었습니다:
예를 들면, 후연소 공기를 사이클론 배출구에 추가할 수 있다. 그러나, 어떤 경우에는 후연소가 가스덕트상에 부착물을 생성하고, 이는 주위 온도에서 대량의 공기와 함께 연소가 이루어질 때에 발생할 확률이 매우 높다.
장비의 차가운 표면상에 형성되는 부착물은 일반적으로 투자비 및 운영비(정비 및 아마도 가열연료에 따른)의 증가를 동반하는 별도의 가열장비를 필요로 하는 예열공기를 사용해서 해결된다. 일반적으로 장비의 부착물형성은 장비를 절연시킴으로써 회피할 수 있고, 따라서 절연이 손상되거나 적절히 이루어지지 않은 곳에서의 부착물형성이 허용된다 하더라도 차가운 표면은 사라지게 된다.
2단계 배소 중의 가스냉각은 냉각탑에서의 물 분사에 의한 직접 냉각 또는 유동층 내의 냉각 코일을 통한 직접 냉각 그리고 재래식 증기 보일러에 의해 이루어질 수 있다. 농축물 내의 납 및 비소 성분과 프로세스 가스 내의 SO3 농도는 냉각표면 상의 부착물 형성을 야기하여 적절한 냉각기법에 영향을 줄 수 있다.
부착물을 형성하는 화합물의 예는 1차 탈비소화 단계에서의 냉각코일 상의 원소 납과 증기 보일러의 보일러 튜브에서의 SO3 또는 3산화비소이다. SO3 농도가 높을수록 폐수처리 플랜트 비용이 상승한다는 것은 오늘날 상식에 속한다.
장비의 부식은 통상 장비를 완전히 절연시킴으로써 막을 수 있으며, 따라서 부식은 시간경과에 따라 예를 들면 절연이 손상되거나 부실하게 이루어진 곳에서 발생한다는 사실도 통용되고 있지만 SO3의 응축은 발생하지 않거나 적게 발생한다. 프로세스 가스에서는 높은 SO3 농도는 피하는 것이 최선의 방법이 될 것이다. 이는 오늘날 어느 정도까지는 현대식 제어시스템에 의한 프로세스 제어에 의해 이루어지고 있다. 농도를 낮추면 낮출수록 유리하다.
오늘날, 증기 형태의 열회수는 과열 없이 유동층 자체 내의 증기 발생코일에 의해 이루어지고 있다. 정상적인 증기 보일러는 종종 프로세스 가스 흐름에서 사용되지만, 전술한 바와 같이 부착물 형성과 부식에 의한 유사한 위험이 도사리고 있다.
발명의 목적은 상기한 결점을 제거하는 것이다.
발명의 특정한 목적은 부식위험과 부착물형성이 후연소과정과 가스 세정시스템의 하류부에서 감소하는 프로세스와 플랜트를 제공하는 것이다. 발명의 2번째 목적은 프로세스 가스 내의 SO3 농도를 줄일 수 있고 SO3에 의한 부식손상의 위험을 줄여주는 프로세스와 플랜트를 제공하는 것이다. 발명의 3번째 목적은 폐수취급비용을 줄여 주는 프로세스와 플랜트를 제공하는 것이다. 발명의 4번째 목적은 투자비와 운영비를 절약해 주는 총 프로세스 가스 체적을 줄이는 것이다.
발명에 따른 프로세스는 청구항 1에 나오는 내용으로 요약될 수 있다. 나아가, 발명에 따른 플랜트는 청구항 19에 나오는 내용으로 요약될 수 있다.
본 발명은, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 정광을 탈비소화하기 위해 낮은 산소전위로 작동하는 1차 배소 단계에서 정광 입자를 배소하는 단계를 포함한다. 1차 배소 단계에서 배출되는 오프가스를 처리하여, 석회 및 황화물이 풍부한 1차 프로세스 가스 요소를 분리한다. 나아가, 본 방법은 과잉산소로 작동하는 2차 배소 단계에서 1차 배소 단계로부터 유도되는 석회를 배소하는 단계를 포함한다. 2차 배소 단계에서 배출되는 오프가스를 처리하여, 석회 및 2차 프로세스 가스 요소를 분리한다. 나아가, 본 방법은 프로세스 가스 요소를 후연소시키는 단계, 및 후속 가스냉각 단계 및 분진제거 단계에서 프로세스 가스를 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 방법은, 산소를 함유하고 있는 따뜻한 산화제 가스인, 1차 프로세스 가스 요소 및 2차 프로세스 가스 요소의 가스 혼합물을 형성하는 단계, 및 후연소실에서 상기 가스 혼합물을 후연소시키는 단계로서, 상기 후연소는, 후연소실에서 배출되는 배출 가스 내의 SO3 함량을 줄이고 후연소실 및 후속 단계에서의 부착물 형성과 부식의 위험성을 줄이기 위하여 가스 혼합물 내의 SO3를 분해하도록, 산화제 가스로서, 황화물이 풍부한 환원성의 상기 1차 프로세스 가스 요소 및 상기 2차 프로세스 가스 요소로 작동하는, 후연소실에서 상기 가스 혼합물을 후연소시키는 단계를 더 포함한다. 마지막으로, 본 방법은, 배출 가스의 후속 가스냉각 단계 및 분진 제거 단계를 더 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에서, SO3 형성을 막기 위해 메인 후연소 반응구간 이후에 추가적인 후연소 공기가 후연소실에 삽입된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 후연소실 내에서의 가스 체류시간이 가스 혼합물 내에 존재하는, 황화수소, 원소 황화물, 비소 황화물, 원소 비소와 같은, 모두 쉽게 산화되는 화합물의 완전한 연소를 보장하기에 충분히 길게 되도록 배정된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 후연소실에 충분한 체적을 배정함으로써 충분히 긴 체류시간이 제공된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 본 방법은 후연소실 내의 온도를 조절하는 단계를 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에서, 후연소실 내의 온도를 조절하는 단계는 후연소실 내로의 냉각수의 직접 분사를 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에서, 후연소실 내의 온도를 조절하는 단계는 후연소실 벽의 온도를 As2O3 또는 SO3 의 응축온도보다 높게 유지하기 위해 증기로 후연소실의 벽을 간접 냉각하는 것을 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에서, 상기 간접 냉각은, 내부에 증기가 흐르는, 후연소실의 벽의 이중 셸 구조에 의해 형성되는 복사냉각기에 의해 이루어지며, 그에 따라서 연소실 내의 뜨거운 가스가 복사에 의해 포화 증기를 과열 증기로 변환시킨다.
본 방법의 일 실시형태에서, 에너지의 내부 또는 외부 사용을 위해 과열 증기로부터 열이 회수된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 1차 배소 단계는 1차 유동층 반응기에서 이루어지고, 2차 배소 단계는 2차 유동층 반응기에서 이루어진다.
본 방법의 일 실시형태에서, 본 방법은 1차 유동층 반응기의 유동층으로부터 열을 추출하는 것을 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에서, 본 방법은 2차 유동층 반응기의 유동층으로부터 열을 추출하는 것을 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에서, 1차 배소 단계에서 배출되는 오프가스가 최소 1개의 1차 사이클론 분리기에 의해 분리된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 2차 배소 단계에서 배출되는 오프가스가 최소 1개의 2차 사이클론 분리기에 의해 분리된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 1차 프로세스 가스 요소와의 신속한 반응을 보장하기 위해, 1차 프로세스 가스 요소와 함께 혼합되는 2차 프로세스 가스 요소는 뜨겁고, 바람직하게는 2차 프로세스 가스 요소의 온도가 약 650~700℃이다.
본 방법의 일 실시형태에서, 추가적인 연소공기는, 바람직하게는 공냉식 컨베이어 또는 석회 냉각기로부터 추출되는 열에 의해, 최소 200℃로 예열된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 2차 배소 단계에서 석회가 완전히 배소된다.
본 방법의 일 실시형태에서, 유가금속은 백금족 금속, 금, 은, 구리 또는 아연 중의 어느 것이다.
본 발명은 또한, 유가금속을 함유하고 적어도 비소 및 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트에 관한 것이다. 본 플랜트는 정광을 탈비소화하기 위한, 낮은 산소전위로 작동되는 1차 배소 반응기와, 1차 배소 반응기로부터 오프가스를 받고 상기 오프가스로부터 석회 및 황화물이 풍부한 1차 프로세스 가스 요소를 분리하도록 배열되는 1차 분리기를 포함한다. 나아가, 본 플랜트는 1차 배소 반응기로부터 그리고 1차 분리기로부터 석회를 받도록 배열되고 과잉산소로 작동되는 2차 배소 반응기, 2차 배소 반응기로부터 오프가스를 받고 상기 오프가스로부터 석회 및 2차 프로세스 가스 요소를 분리하도록 배열되는 2차 분리기를 포함한다. 더욱이, 본 플랜트는 프로세스 가스 요소의 후연소를 위한 수단, 및 프로세스 가스의 추가처리를 위한 가스냉각과 분진제거 장비를 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 플랜트는, 산소를 함유하고 있는 따뜻한 산화제 가스인, 1차 프로세스 가스 요소와 2차 프로세스 가스 요소의 가스 혼합물을 형성하기 위한 수단을 더 포함한다. 상기 후연소를 위한 수단은 상기 가스 혼합물의 후연소를 위한 후연소실을 포함하고, 상기 후연소실은, 후연소실에서 배출되는 배출 가스 내의 SO3 함량을 줄이고 후연소실과 후속 가스냉각 및 분진제거 장비 내의 부착물 형성과 부식의 위험성을 줄이기 위하여 가스 혼합물 내의 SO3를 분해하도록, 산화제로서 황화물이 풍부한 환원성의 상기 1차 프로세스 가스 요소 및 상기 2차 프로세스 가스 요소로 작동된다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 본 플랜트는 1차 프로세스 가스 요소를 1차 분리기로부터 후연소실로 인도하기 위한 1차 배관망을 포함하고, 복수의 연결부를 통해서 상기 2차 프로세스 가스 요소를 상기 1차 프로세스 가스 요소의 흐름 내로 도입하기 위해 1차 배관망을 따라서 여러 위치에 복수의 연결부를 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 후연소실은, 상기 가스 혼합물이 공급되는 반응연소실을 형성하는 1차 연소실 부분; 추가적인 연소공기의 삽입을 위한 수단을 포함하는 2차 연소실 부분; 및 상기 후연소실로부터 가스가 배출되는 3차 연소실 부분을 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 후연소실은 연소실 내의 온도를 조절하기 위한 냉각 수단을 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 냉각 수단은 직접 냉각을 위해 후연소실 내로 냉각수를 분사하기 위한 물분무 노즐을 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 냉각 수단은 셸 사이에 흐르는 증기로 후연소실의 벽을 간접 냉각하기 위하여 후연소실의 벽의 이중 셸 구조에 의해 형성되는 복사냉각기를 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 플랜트는 1차 유동층 반응기의 유동층으로부터 열을 추출하기 위한 1차 열교환기를 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 플랜트는 2차 유동층 반응기의 유동층으로부터 열을 추출하기 위한 2차 열교환기를 포함한다.
본 플랜트의 일 실시형태에서, 플랜트는 에너지의 내부 또는 외부 사용을 위해, 복사냉각기에 의해 생성되는 과열 증기로부터 열을 회수하기 위한 3차 열교환기를 포함한다.
본 발명의 장점은 이로 인해 가스 세정시스템 내 후연소와 하류부 과정에서의 부착물 문제와 더불어 후연소 중의 가스냉각 문제를 해결한다는 것이다. SO3에 의해 야기되는 부식손상의 위험도 줄어들게 된다. 제안된 프로세스 가스의 혼합으로 인해 SO3의 배출량이 줄어들고 따라서 부식 위험과 폐수처리비용이 절감된다. 제안된 프로세스 가스의 혼합으로 인해 비용이 들지 않는 예열된 후연소 가스(산소 함유)가 공급된다. 단지 사소한 부분만이 아마도 다른 방식의 가열을 필요로 할 것이다. 예열을 통해 추가 비용이 소요되는 예열장비가 필요 없이 후연소실이나 다음 장비에 대한 부착물의 생성이 억제된다. 제안된 후연소장치는 SO3에 의한 부착물의 형성이나 부식에 대한 위험 없이 후연소 후에 증기-과열 코일을 삽입할 수 있게 된다. 시스템은 외부 증기 과열(별도로 점화되는 과열기) 없이 증기를 과열시킬 수 있다. 프로세스 가스의 냉각을 위해 증기의 생산과 과열간에는 균형이 이루어져야 하고, 이로 인해 값비싸고 복잡한 제어시스템(외부 과열기에 필요)의 사용이 불필요하게 된다.
발명의 보다 깊이 있는 이해를 제공하고 본 사양의 부분들을 구성하기 위해 포함되는 첨부도면은 발명의 원칙을 설명하기 위한 설명과 함께 발명의 구조를 보여주고 있다.
도 1은 본 발명에 의거한 프로세스와 플랜트의 1가지 구조에 대한 도식적인 계통도이다.
도 1은 본 발명에 의거한 프로세스와 플랜트의 1가지 구조에 대한 도식적인 계통도이다.
도 1에 나오는 계통도는 오프가스 취급 시스템이 부착된 2단계 배소 플랜트를 보여주고 있다. 본 방법의 레이아웃은 그 진귀한 입자들이 금과 은 같이 값비싼 금속을 함유하고 있는 비소에 오염된 철광석 정광이 원료일 경우에 적합하다. 구리와 아연도 대량 또는 소량으로 존재할 수 있다. 농축물은 입구 (29) 에서 1차 배소 반응기 (16) 에서 이루어지는 1차 배소 단계 (1) 로 이송된다. 1차 배소 반응기 (16) 는 1차 유동층 반응기이다. 1차 배소 단계 (1) 는 매우 낮은 산소 전위에서 작동하는 탈비소화 단계이다. 1차 사이클론 분리기 (18) 는 1차 배소 반응기 (16) 로부터 많은 석회를 가지는 프로세스 가스를 받아들이고 전술한 프로세스 가스 석회와 석회량이 많지 않은 황화물이 풍부한 1차 프로세스 가스 요소 (2) 로부터 분리되도록 배열되어 있다. 석회에는 유가금속이 들어 있으며 비소함량이 적다. 탈비소화 배소에서 배출되는 1차 프로세스 가스 요소 (2) 에는 단원소 황, 황화수소, 비소 황화물과 같이 황이 풍부한 가스 화합물이 들어 있다.
2차 배소 반응기 (17) 는 1차 배소 반응기 (16) 와 1차 분리기 (18) 로부터 석회를 받아들이도록 배열되어 있다. 2차 배소 단계 (3) 는 석회가 완전배소, 즉 완전배소 또는 황산화배소되는 2차 유동층 반응기인 2차 배소 반응기 (17) 에서 이루어지며 과잉산소에 의해 작동된다. 완전배소나 황산화배소된 물질의 의미는 모든 황화물 황이 제거되었고 잔여 황이 황산염으로 구성된다는 것이다. 2차 사이클론 분리기 (19) 는 2차 배소 반응기 (17) 로부터 프로세스 가스를 받아들이고 전술한 프로세스 가스 석회 및 2차 프로세스 가스 요소 (4) 로부터 분리되도록 배열되어 있다. 2차 산화배소에서 배출되는 2차 프로세스 가스 요소 (4) 에는 산소와 SO3와 같은 산화 화합물이 들어 있다.
2차 배소 반응기 (17) 와 2차 사이클론 분리기 (19) 로부터 배출되는 석회는 석회, 냉각, 침출 등 (도면에는 없음) 의 추가처리를 위해 출구를 통해 이송된다.
플랜트와 프로세스는 산소가 함유된 따뜻한 산화제 프로세스 가스인 1차 프로세스 가스 요소 (2) 및 2차 프로세스 가스 요소 (4) 의 가스 혼합물을 형성하기 위한 장치로 구성된다.
가스 혼합물을 형성하기 위한 장치는 1차 분리기 (18) 로부터 1차 프로세스 가스 요소 (2) 를 후연소실 (6) 로 유도하는 1차 배관망 (20) 을 따라서 여러 위치에 배열되도록 배열된다. 2차 프로세스 가스 요소 (4) 는 전술한 복수의 연결부 (21) 를 통해서 1차 프로세스 가스 요소 (2) 의 흐름을 통해 유입된다. 이는 혼합과정을 개선하고 연소시간을 단축시켜 준다.
2차 프로세스 가스 요소 (4) 는 뜨거우며, 일반적으로 650~700℃로서 로스터 가스의 신속한 반응을 보장해 준다. 따뜻한 후연소 공기 (12) 를 추가적으로 사용할 경우, 공기를 대략 200℃로 예열하기 위한 공기 예열기로서 공냉식 컨베이어 (도면에는 없음) 나 석회 냉각기 (도면에는 없음) 를 사용할 수 있다.
가스 혼합물의 후연소는 후연소실 (6) 에서 이루어진다. 후연소실 (6) 은 전술한 환원성 및 황화물이 풍부한 1차 프로세스 가스 요소 (2) 와 전술한 2차 프로세스 가스 요소 (4) 그리고 만약 필요하다면 따뜻한 공기 (12) 에 의해 작동된다 후연소, 특히, 증가된 가스온도와 감소된 가스요소가 존재할 경우, SO3의 분해가 가능해지고 따라서 후연소 배출구 (7) 에 있는 프로세스 가스 내의 SO3 함량이 감소한다. 이는 특히 SO3의 이슬점에 가깝거나 그 이하에서 작동되는 컨디셔닝 타워 (10) 와 백필터 (11) 내에서의 산 응축과 이에 따라 끈적끈적한 분진이 형성될 위험성을 낮춰주므로 중요한 특징이라고 볼 수 있다.
후연소실 (6) 은 가스 혼합물이 이송되는 반응연소실을 형성하고 있는 1차 연소실 부분 (22) 으로 구성된다. 나아가, 후연소실은 추가적인 연소공기 (12) 를 삽입하기 위한 장치가 들어 있는 2차 연소실 부분 (23) 으로 구성된다. 추가적인 후연소 공기 (12) 는 SO3의 형성을 억제하기 위해 메인 후연소 반응구간 (Z) 이후에 후연소실 (6) 로 삽입된다. 가스는 제3 연소실 부분 (24) 을 통해 후연소실 (6) 로 배출된다. 후연소실 (6) 로 배출되는 배출 가스 (7) 는 재래식 가스냉각 및 분진제거 단계들 (8~11) 로 유도되며 이러한 분진제거 단계에는 냉각탑 (8) 을 통해서 배출 가스 (7) 를 전기집진기 (9) 와 백필터 (11) 로 유도하는 과정이 포함될 수 있다.
후연소실 (6) 은 가스 혼합물, 특히, 황화수소, 원소 황화물, 비소 황화물, 원소 비소 내에 존재하는 모두 쉽게 산화되는 화합물이 완전한 연소를 보장하기에 충분할 정도로 체류시간이 유지가능한 수준의 체적을 가져야 한다.
후연소 중의 반응온도는 발열반응으로 증가되지만 이는 부분적으로 용해되고 끈적끈적한 물질이 후연소실 (6) 내에 형성되는 원인이므로 과열을 피하도록 조절해야 한다.
후연소의 온도제어는 물분무 노즐 (25) 을 통해 후연소실 (6) 로 냉각수를 직접 분사하거나 증기 과열장치에 의해 후연소실 (6) 의 벽 (15) 을 간접 냉각하거나 또는 이 2가지 방법을 조합해서 이루어진다.
냉각수의 직접분사는 로스터 계통도에 에너지복구가 포함되지 않을 경우에 사용되는 반면에, 간접적인 증기냉각은 에너지복구 (28) 가 포함된 경우에 사용된다.
간접 냉각방식에 의해 증기냉각과의 조합에 의한 직접적인 물분사는 끈적끈적한 물질의 형성을 억제하기 위해 연소 중의 화염 온도제어에 필요하다. 후연소 벽 (15) 에서의 간접적인 증기냉각은 3가지 목적에 필요하며, 벽은 부착물이 형성되지 않고 부식이 발생하지 않도록 충분히 따뜻해야 하고, 벽과 후연소 가스 모두의 과열을 막고 동시에 과열 증기를 생산하기에 충분하도록 차가워야 한다.
간접 냉각장치는 셸 사이로 흐르는 증기에 의해 후연소실벽의 간접 냉각을 위한 후연소실 (6) 의 벽 (15) 의 이중 셸 구조에 의해 형성되는 복사냉각기 (14) 로 구성된다. 벽 (15) 은 복사에 의해 연소실 (6) 내 뜨거운 가스를 증기를 과열시키기 위해 벽 (15) 내의 포화 증기로 변환시키는 냉각 패널들로 구성된다. 증기를 사용하면 후연소실 (6) 의 벽 온도가 응축이 벽면에서 형성되는 수준으로 떨어지지 않도록 만들 수 있다.
후연소실 (6) 의 3차 부분 (24) 또는 다음 가스 덕트 내의 가스흐름에 과열 코일을 삽입해서 부분적으로 또는 단독으로 간접적인 증기냉각을 할 수도 있다. SO3 농도가 감소함에 따라, 로스터 가스 내의 모든 금속재 납 증기가 산화납(PbO)와 같은 불응축식 납 화합물로 산화되었고 프로세스 가스는 후연소실 내에 끈적끈적한 물질을 아예 남기지 않거나 적게 남기는 수준에서 제어되는 온도를 가진다. 이제 후연소실을 제대로 절연해야 할 필요가 있다.
납이 없는 농축물이 처리되면, 1차 유동층 반응기 (16) 의 유동층에서 열을 흡수하기 위해 1차 열교환기 (26) 가 (도면 내의 쇄선으로 표기된 증기 회로), 그리고 2차 유동층 반응기 (17) 의 유동층에서 열을 추출하기 위해 2차 열교환기 (27) (도면 내의 실선으로 표기된 증기 회로)가 공급된다 열교환기 (26, 27) 는 상기한 바와 동일한 과열 가능성을 가진 증기 코일 (26, 27) 이다.
납이 함유된 농축물이 배소될 경우, 납 증기가 부착물 및 해로운 배소 운전을 야기할 수 있는 1차 반응기 (16) 내의 증기 코일 (26) 상에서 응축되므로 2차 유동층 반응기 (17) 만이 증기 코일 (27) 에 공급될 수 있다. 이 경우, 열은 2차 유동층 반응기 (17) 의 유동층으로부터만 추출될 수 있다.
가능한 한, 복사냉각기 (14) 에서 생성되는 과열 증기는 특히, 침출탱크의 증기 가열 및 에너지의 외부사용이라는 프로세스 자체에서의 내부사용을 위한 과열 증기로부터 열을 복구하기 위한 3차 열교환기 (28) 를 통해서 유입된다. 외부 사용에는 특히, 터빈에 위한 전기에너지의 생산이 포함된다.
기술의 발전에 따라, 발명의 기본적인 아이디어가 다양한 방식으로 실현될 수 있다는 것은 본 기술분야의 통상의 기술자에게는 분명한 사실이다. 예를 들면, 2단계 배소 프로세스가 기술되었다 하더라도, 한 프로세스에는 2개 이상, 특히, 3개 이상의 배소 단계가 포함되며, 개별적인 플랜트에 2개 이상, 특히, 3개 이상의 배소 반응기가 포함될 수 있다는 사실을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명과 그 실시형태는 상기한 예에 국한되지 않고, 오히려 청구항의 범위 내에서 다양화될 수 있다.
Claims (27)
- 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법으로서, 상기 방법은,
- 정광을 탈비소화하기 위하여 작동하는 1차 배소 (roasting) 단계 (1) 에서 정광 입자를 배소하는 단계,
- 상기 1차 배소 단계 (1) 에서 배출되는 오프가스를 처리하여, 석회 및 황화물을 포함하는 1차 프로세스 가스 요소 (2) 를 분리하는 단계,
- 과잉산소로 작동하는 2차 배소 단계 (3) 에서 상기 1차 배소 단계로부터 유도되는 석회를 배소하는 단계,
- 상기 2차 배소 단계에서 배출되는 오프가스를 처리하여, 석회 및 2차 프로세스 가스 요소 (4) 를 분리하는 단계,
- 상기 프로세스 가스 요소 (2, 4) 를 후연소시키는 단계, 및
- 후속 가스냉각 및 분진제거 단계들에서 프로세스 가스를 처리하는 단계를 포함하고,
상기 방법은,
- 1차 프로세스 가스 요소 (2) 및 2차 프로세스 가스 요소 (4) 의 가스 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 가스 혼합물은 산소를 함유하고 있는 산화제 가스이고,
- 후연소실 (6) 에서 상기 가스 혼합물을 후연소시키는 단계로서, 상기 후연소는, 후연소실에서 배출되는 배출 가스 (7) 내의 SO3 함량을 줄이고 후연소실 및 후속 단계에서의 부착물 형성과 부식의 위험성을 줄이기 위하여 가스 혼합물 내의 SO3를 분해하도록, 산화제 가스로서, 황화물을 포함하는 환원성의 상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 및 상기 2차 프로세스 가스 요소 (4) 로 작동하는, 후연소실 (6) 에서 상기 가스 혼합물을 후연소시키는 단계, 및
- 상기 배출 가스 (7) 의 후속 가스냉각 및 분진 제거 단계들 (8~11) 을 더 포함하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
SO3 형성을 막기 위해 메인 후연소 반응구간 (Z) 이후에 추가적인 후연소 공기 (12) 가 상기 후연소실 (6) 에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 후연소실 (6) 에서의 가스 체류시간이 상기 가스 혼합물 내에 존재하는, 황화수소, 원소 (elemental) 황화물, 비소 황화물, 원소 비소와 같은, 모두 산화되는 화합물의 완전한 연소를 보장하도록 배정되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 후연소실 (6) 의 체적의 배정에 의해, 상기 산화되는 화합물의 완전한 연소를 보장하도록 체류시간이 제공되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 후연소실 내의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 후연소실 (6) 내의 온도를 조절하는 단계는 상기 후연소실 (6) 내로의 냉각수 (13) 의 직접 분사를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 후연소실 (6) 내의 온도를 조절하는 단계는 상기 후연소실의 벽의 온도를 As2O3 또는 SO3의 응축온도보다 높게 유지하기 위하여 증기로 상기 후연소실의 벽을 간접 냉각하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 7 항에 있어서,
내부에 증기가 흐르고 있는, 상기 후연소실 (6) 의 벽 (15) 의 이중 셸 구조에 의해 형성되는 복사냉각기 (14) 에 의해 상기 간접 냉각이 이루어져서, 상기 후연소실 (6) 내의 가스가 복사에 의해 포화 증기를 과열 증기로 변환시키는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
에너지의 내부 또는 외부 사용을 위해 과열 증기로부터 열이 회수되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 1차 배소 단계 (1) 는 1차 유동층 반응기 (16) 에서 이루어지고, 상기 2차 배소 단계는 2차 유동층 반응기 (17) 에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 1차 유동층 반응기 (16) 의 유동층으로부터 열을 추출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 2차 유동층 반응기 (17) 의 유동층으로부터 열을 추출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 배소 단계 (1) 에서 배출되는 오프가스가 최소 1개의 1차 사이클론 분리기 (18) 에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 배소 단계 (3) 에서 배출되는 오프가스가 최소 1개의 2차 사이클론 분리기 (19) 에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 와의
반응을 보장하기 위해, 상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 와 함께 혼합되는 상기 2차 프로세스 가스 요소 (4) 는 650 ~ 750 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 추가적인 후연소 공기 (12) 는 최소 200℃로 예열되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 배소 단계 (3) 에서 상기 석회가 완전히 배소되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유가금속은 백금족 금속, 금, 은, 구리 또는 아연 중의 어느 것인 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하는 방법. - 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트로서, 상기 플랜트는,
- 정광을 탈비소화하기 위하여 작동되는 1차 배소 반응기 (16),
- 상기 1차 배소 반응기로부터 오프가스를 받고 상기 오프가스로부터 석회 및 황화물을 포함하는 1차 프로세스 가스 요소 (2) 를 분리하도록 배열되는 1차 분리기 (18),
- 상기 1차 배소 반응기 (16) 로부터 그리고 상기 1차 분리기 (18) 로부터 석회를 받도록 배열되고, 과잉산소로 작동되는 2차 배소 반응기 (17),
- 상기 2차 배소 반응기로부터 오프가스를 받고 상기 오프가스로부터 석회 및 2차 프로세스 가스 요소 (4) 를 분리하도록 배열되는 2차 분리기 (19),
- 상기 프로세스 가스 요소 (2, 4) 의 후연소를 위한 수단, 및
- 프로세스 가스의 추가처리를 위한 가스냉각과 분진제거 장비 (8~11) 를 포함하고,
상기 플랜트는, 1차 프로세스 가스 요소 (2) 와 2차 프로세스 가스 요소 (4) 의 가스 혼합물을 형성하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 가스 혼합물은 산소를 함유하고 있는 산화제 가스이고,
상기 후연소를 위한 수단은 상기 가스 혼합물의 후연소를 위한 후연소실 (6) 을 포함하고,
상기 후연소실은, 후연소실에서 배출되는 배출 가스 (7) 내의 SO3 함량을 줄이고 후연소실과 후속 가스냉각 및 분진제거 장비 (8~11) 내의 부착물 형성과 부식의 위험성을 줄이기 위하여 가스 혼합물 내의 SO3를 분해하도록, 산화제로서 황화물을 포함하는 환원성의 상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 및 상기 2차 프로세스 가스 요소 (4) 로 작동되는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트. - 제 19 항에 있어서,
상기 플랜트는 상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 를 상기 1차 분리기 (18) 로부터 상기 후연소실 (6) 로 인도하기 위한 1차 배관망 (20) 을 포함하고, 복수의 연결부 (21) 를 통해서 상기 2차 프로세스 가스 요소 (4) 를 상기 1차 프로세스 가스 요소 (2) 의 흐름 내로 도입하기 위해 1차 배관망 (20) 을 따라서 여러 위치에 복수의 연결부 (21) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 19 항에 있어서,
상기 후연소실 (6) 은, 상기 가스 혼합물이 공급되는 반응연소실을 형성하는 1차 연소실 부분 (22); 추가적인 연소공기 (12) 의 삽입을 위한 수단을 포함하는 2차 연소실 부분 (23); 및 상기 후연소실로부터 가스가 배출되는 3차 연소실 부분 (24) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 19 항에 있어서,
상기 후연소실 (6) 은 연소실 내의 온도를 조절하기 위한 냉각 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 22 항에 있어서,
상기 냉각 수단은 직접 냉각을 위해 상기 후연소실 내로 냉각수 (13) 를 분사하기 위한 물분무 노즐 (25) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 22 항에 있어서,
상기 냉각 수단은 셸 사이에 흐르는 증기로 상기 후연소실의 벽을 간접 냉각하기 위하여 상기 후연소실 (6) 의 벽 (15) 의 이중 셸 구조에 의해 형성되는 복사냉각기 (14) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랜트는 1차 유동층 반응기 (16) 의 유동층으로부터 열을 추출하기 위한 1차 열교환기 (26) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랜트는 2차 유동층 반응기 (17) 의 유동층으로부터 열을 추출하기 위한 2차 열교환기 (27) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트 - 제 24 항에 있어서,
상기 플랜트는 에너지의 내부 또는 외부 사용을 위해, 복사냉각기 (14) 에 의해 생성되는 과열 증기로부터 열을 회수하기 위한 3차 열교환기 (28) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속을 함유하고 적어도 비소와 황 함유 요소를 가지는 정광 입자를 처리하기 위한 플랜트
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