KR101635936B1 - 원료 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철광석을 포함하는 원료에 탄산칼슘(CaCO₃) 성분을 함유하는 첨가제를 혼합하는 과정, 상기 원료 및 첨가제의 혼합물을 괴상화하는 과정, 상기 혼합물이 용융되는 온도 미만의 분위기 온도에서 괴상화된 상기 혼합물을 저온 소성하는 과정 및 소성된 상기 혼합물로부터 타이타늄(Ti) 및 알루미늄(Al) 성분 중 적어도 하나의 성분을 분리 선별하는 과정을 포함하는 원료 처리방법으로서, 철(Fe) 성분 외에 불순 성분으로 타이타늄 및 알루미늄 성분을 더 함유하는 저품위 철광석으로부터 산화철 부분을 용이하게 분리할 수 있는 원료 처리방법이 제시된다.

Description

원료 처리방법{Processing method for raw material}

본 발명은 원료 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저품위 철광석으로부터 산화철 부분을 용이하게 분리할 수 있는 원료 처리방법에 관한 것이다.

소결광 제조 공정은 다양한 종류의 철광석에 부원료 및 고체 연료 등을 혼합 및 조립하여 소결용 배합 원료를 마련하고, 이를 소결 장치 내에서 소결시켜 소결광으로 제조하는 공정이다. 이의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2012-0073553호 및 등록특허공보 제10-1382166호에 제시되어 있다.

한편, 고품질의 철광석 자원이 지속적으로 고갈되어 감에 따라 저품위 철광석의 사용량이 점차 증가되고 있는 실정이다. 그러나 사철(iron sand) 등의 저품위 철광석에는 철(Fe) 성분 이외에도 알루미늄(Al) 및 타이타늄(Ti) 등의 성분이 다량 함유되어 있다.

이때, 저품위 철광석에 함유되는 상기의 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분은 소결광 제조 공정에서 그 성분의 함량이 제한되는 원소이다. 그 이유를 하기에서 설명한다.

소결 공정 측면에서, 저품위 철광석에 함유되는 알루미늄 및 타이타늄 성분은 소결융액의 융점 상승 및 유동성 저하를 야기하여 소결광의 강도 및 회수율을 저하시킨다. 또한 알루미늄 및 타이타늄 성분은 생성융액으로부터 2차 헤마타이트(hematite, Fe2O3) 정출 시 고용되어 결정구조의 불안정을 야기하며, 이로 인해 제조되는 소결광의 저온환원분화지수(RDI)가 악화된다.

고로 공정 측면에서, 저품위 철광석에 함유되어 소결광에 잔류되는 알루미늄 및 타이타늄 성분은 고로 슬래그의 용량(slag volume) 증가의 원인이 되며, 또한, 고로 슬래그 내의 불순 성분을 상승시켜 고로 슬래그의 점성 증가의 원인이 된다. 이로 인해 슬래그의 배출성이 악화되어 고로 공정의 불안정을 초래하게 된다.

이에 따라, 상술한 문제점들의 발생을 억제 또는 방지하고자, 종래에는 다음의 방안들이 제시되었다. 예컨대 공개특허공보 제10-2014-0069604호의 경우에서와 같이, 고 알루미나 철광석에 저 알루미나 철광석이 혼합되어 제조되는 소결용 미니 펠렛을 소결 원료로 사용하는 방안이 제시되었다. 또한, 예컨대 일본 공개특허공보 제2003-082416호의 경우에서와 같이 저품위의 철광석을 마그네타이트와 혼합하여 소결 원료로서 사용하는 방안이 제시되었다. 이 외에도, 뉴질랜드 스틸의 경우에서와 같이, 로타리 킬른(Rotary kiln)과 전기로를 이용하여 미분의 함티탄 철광석으로 용선을 제조하는 방안 등이 제시되고 있다.

하지만, 상기의 방안들은 소결용 배합 원료를 마련하기 위한 공정이 복잡해지거나, 종래의 고로 설비 외에 다른 설비로 용선을 제조해야 하는 등의 문제점이 있다.

더욱이, 종래의 방안들은 소결광 제조 공정에서 저품위 철광석 내에 함유된 알루미늄 성분과 타이타늄 성분을 완전히 배제하기 못하는 문제점이 있다. 상세하게는 종래의 방안들은 저품위 철광석을 그대로 사용함으로 인해 환원제비가 높고, 또한, 용선 중의 알루미늄 및 타이타늄 함량이 여전히 높은 문제점이 있다.

따라서, 종래와는 다른 방식으로 저품위 철광석 자원을 소결광 제조 공정에 활용할 수 있는 방안에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.

KR 10-2012-0073553 A KR 10-1382166 B1 KR 10-2014-0069604 A JP 2003-082416 A

본 발명은 저품위 철광석으로부터 산화철 부분을 용이하게 분리 가능한 원료 처리방법을 제공한다.

본 발명은 저품위 철광석으로부터 산화철 부분만을 분리 선별하여 후속하는 공정으로 철 성분 이외의 불순 성분이 유입되는 것을 억제 또는 방지 가능한 원료 처리방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 처리방법은, 철광석을 포함하는 원료에 탄산칼슘(CaCO₃) 성분을 함유하는 첨가제를 혼합하는 과정; 상기 원료 및 첨가제의 혼합물을 괴상화하는 과정; 상기 혼합물이 완전 용융되는 온도 미만의 분위기 온도에서 상기 혼합물을 저온 소성하는 과정; 및 상기 혼합물로부터 타이타늄(Ti) 및 알루미늄(Al) 성분 중 적어도 하나의 성분을 분리 선별하는 과정;을 포함한다.

상기 철광석은 철(Fe) 성분 외에 불순 성분으로 타이타늄 및 알루미늄 성분을 더 함유하는 저품위 철광석을 포함할 수 있다.

상기 첨가제는 석회석 및 백운석(MgCaCO₃) 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 원료에 첨가제를 혼합하는 과정은, 70 중량% 내지 90 중량%의 상기 철광석에 10 중량% 내지 30 중량%의 상기 석회석을 혼합하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 혼합물을 괴상화하는 과정은, 상기 혼합물을 구형의 펠렛으로 괴상화하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 혼합물을 저온 소성하는 과정은, 괴상화된 상기 혼합물을 1200℃ 내지 1400℃의 분위기 온도에서 저온 소성하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 혼합물을 저온 소성하는 과정은, 괴상화된 상기 혼합물을 5분 내지 30분 동안 저온 소성하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 혼합물로부터 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분 중 적어도 하나를 분리 선별하는 과정은, 소성된 상기 혼합물을 냉각하는 과정; 냉각된 상기 혼합물을 상기 혼합물을 소성하는 과정에서 형성되는 상기 철 성분의 재정출체의 입도와 대응하는 입도로 분쇄하는 과정; 및 자력을 이용하여 분쇄된 상기 혼합물로부터 산화철 부분을 분리 선별하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 알루미늄 및 타이타늄 성분을 함유하는 저품위의 철광석에 석회석을 혼합하여 혼합물을 마련하고, 이를 괴상화한다. 다음으로, 괴상화된 혼합물을 저온에서 소성하여, 혼합물 내의 철 성분으로부터 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분을 분리 재정출시킨다. 이때, 혼합물 내에는 철 성분의 재정출체가 형성된다. 다음으로, 소성이 완료된 혼합물을 분쇄하고, 자력을 이용하여 분쇄된 혼합물 내의 철 성분 재정출체만을 분리 선별한다. 즉, 저품위 철광석 및 석회석의 혼합물로부터 산화철 부분 예컨대 철 성분 재정출체를 용이하게 분리 선별 가능하고, 저품위 철광석에 함유되는 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분을 분리 제거 가능하다. 분리 선별된 산화철 부분은 후속하여 소결광 제조 공정으로 공급되어 소결 배합 원료로서 사용될 수 있다.

이로부터 소결광 제조 공정에서 원료로서 사용되는 소결 배합 원료에 저품위 철광석으로부터 기인하는 불순 성분 예컨대 알루미늄 및 타이타늄 성분이 함유되는 것을 억제 또는 방지 가능하다. 이에, 저품위 철광석의 제선 원료로서의 사용성을 향상시킬 수 있다.

예컨대 소결광을 제조하는 공정에 적용되는 경우, 소결광을 제조하는 공정의 소결 배합 원료로서 사용되는 저품위 철광석을 전처리하여, 저품위 철광석으로부터 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분을 분리 제거할 수 있다. 이에 따라, 알루미늄 및 타이타늄 성분의 함량이 목적하는 함량으로 제어된 또는 알루미늄 및 타이타늄 성분이 제거된 소결 배합 원료를 얻을 수 있으며, 이로부터 소결광 제조 공정의 생산성 및 안정성이 향상될 수 있다.

상기와 같이, 저품위 철광석을 사용하여도 소결광을 제조하는 공정의 생산성 및 안정성이 향상됨에 따라, 저품위 철광석의 사용성이 향상될 수 있고, 이로부터 소결광 제조 공정에서의 공정 비용이 절감될 수 있다.

한편, 저품위 철광석에 석회석을 혼합하고, 이를 괴상화하여 펠렛으로 조립되는 혼합물은 상대적으로 저온에서 예컨대 1200℃ 내지 1400℃의 온도에서 소성 처리되며, 이에 소성 처리 과정에서의 혼합물의 용융을 억제 또는 방지 가능하다. 이에 따라, 혼합물 내에 함유되는 타이타늄 및 알루미늄 성분이 철 성분으로부터 완전하게 분리 재정출될 수 있고, 혼합물에 다수의 기공이 생성될 수 있다. 또한, 혼합물 내의 철 성분이 목적하는 입도로 원활하게 재정출될 수 있다. 이로부터 소성이 완료된 혼합물의 분쇄 및 자력에 의한 철 성분 재정출체의 분리 및 선별이 보다 용이하게 실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법이 적용되는 원료 처리설비의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법의 순서도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 실험을 실시하고 그 결과물을 촬영 및 분석한 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법은, 저품위의 철광석으로부터 타이타늄 및 알루미늄 성분을 분리 제거 가능한 원료 처리방법으로서, 예컨대 소결 배합 원료를 제조하는 공정에서 원료로서 사용되는 저품위 철광석의 전처리에 적용될 수 있다. 이에 따라, 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분이 목적하는 함량으로 제어된 저품위 철광석을 소결광 제조 공정에서의 소결 배합 원료 제조에 사용할 수 있어, 목적하는 품질의 소결 배합 원료 및 소결광을 얻을 수 있다. 즉, 저품위 철광석을 사용하여도 목적하는 품질의 소결 배합 원료 및 소결광을 제조할 수 있어, 소결광 제조 공정에 있어서, 알루미늄 및 타이타늄 성분을 소정량 함유하는 저품위 철광석의 사용성이 향상될 수 있고, 이에 대응하여 공정 비용이 절감될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 처리 대상이 되는 원료로서 예시되는 하기의 철광석은 주요 성분인 철(Fe) 성분 외에 불순 성분으로서 타이타늄 및 알루미늄 성분을 더 함유하는 저품위의 철광석을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 저품위 철광석으로서 예컨대 200㎛의 평균 입도를 가지는 사철(iron sand)을 예시한다.

하지만, 원료의 적용 범위는 상기의 저품위 철광석에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법은 철 성분에 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분 중 적어도 하나의 성분이 결합되어 형성되는 다양한 원료의 처리 또는 전처리에 적용 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 원료와 혼합되는 첨가제로서 석회석을 예시한다. 물론, 첨가제는 석회석에 한정되는 것이 아니며, 탄산칼슘 성분을 가지는 다양한 광물 예컨대 백운석 또는 조업 슬러지로부터 정제 및 추출되는 탄산칼슘 등이 모두 적용 가능하다.

한편, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 후술하는 '저온'은 소성 과정에서 소성의 대상이 되는 혼합물이 용융되는 온도를 기준으로 하여 혼합물이 완전 용융되는 온도인 예컨대 1500℃ 보다 낮은 온도를 의미한다. 즉, 이하에서는 펠렛으로 조립된 혼합물을 소성 처리하는 과정에서 혼합물이 용융되기 시작하는 소성기 내의 분위기 온도를 기준으로, 혼합물이 완전 용융되는 온도 이상의 온도를 고온이라 하고, 혼합물이 완전 용융되는 온도 미만의 온도를 저온이라 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법이 적용되는 원료 처리설비의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법의 순서도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법이 적용되는 원료 처리장치를 간단히 설명한다. 원료 처리장치는 원료가 수용되는 원료 호퍼(11) 및 첨가제가 수용되는 첨가제 호퍼(12), 상기의 호퍼들로부터 원료 및 첨가제를 공급받아 균일하게 혼합하는 혼합기(20), 균일하게 혼합된 원료 및 첨가제의 혼합물을 구형의 펠렛으로 괴상화하는 성형기(30), 펠렛으로 괴상화된 혼합물을 소정의 분위기 온도에서 소정의 시간동안 소성하는 소성기(40), 소성된 혼합물을 소정 입도로 분쇄하는 분쇄기(50), 소정 입도로 분쇄된 혼합물을 산화철 부분과 불순물 예컨대 불순 성분으로 분리 선별하는 선별기(60)을 포함한다.

원료 호퍼(11) 및 첨가제 호퍼(12)는 각각 원료 및 첨가제를 공급받아 혼합기(20)로 일정하게 공급할 수 있는 것을 만족하는 다양한 구성 및 방식의 호퍼일 수 있다. 혼합기(20)는 원료 및 첨가제가 수용되는 저장 공간 및 저장 공간의 내부 또는 외부에 형성되어 원료 및 첨가제를 균일하게 분쇄 및 교반시키는 다양한 구조 및 방식의 교반부재를 구비하는 것을 만족하는 혼합기일 수 있다. 성형기(30)는 예컨대 원료 및 첨가제의 혼합물을 5mm 내지 8mm의 입도를 가지는 구형의 펠렛으로 괴상화 가능한 다양한 구조 및 방식의 펠렛타이저(Pelletizer)일 수 있다.

소성기(40)는 펠렛으로 괴상화된 혼합물이 수용되는 소성 공간 및 소성 공간 내를 소정 온도의 환원성 분위기 또는 공기 분위기로 형성 가능한 다양한 구조 및 방식의 열풍 제공수단을 구비하는 소성기일 수 있다. 분쇄기(50)는 괴상화된 혼합물을 소정의 균일한 입도로 분쇄 가능하도록 형성되는 예컨대 볼 밀(Ball mill), 로드 밀(rod mill) 및 디스크 밀(Disk mill) 등의 분쇄기일 수 있다. 선별기(60)는 분쇄된 혼합물이 수용되는 내부 공간 및 내부 공간 내에 자력을 인가하여 분쇄된 혼합물로부터 산화철 부분 예컨대 철 성분의 재정출체를 선별하는 자력 생성수단을 구비하는 다양한 방식의 자력 선별기일 수 있다. 선별기(60)에서 분리 선별되는 철 성분 재정출체 및 분리 제거되는 불순 성분 예컨대 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분은 각각의 저장조에 임시 저장된 뒤에 후속하는 각각의 처리 공정으로 이송된다.

본 실시 예에서는 상기의 원료 처리장치의 세부 구성 및 방식을 특별히 한정하지 않으며, 원료 처리장치는 하기의 원료 처리방법을 실시 가능한 것을 만족하는 다양한 구조 및 방식으로 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법은, 철광석을 포함하는 원료에 탄산칼슘(CaCO3) 성분을 함유하는 첨가제를 혼합하는 과정, 첨가제가 혼합된 원료 예컨대 혼합물을 괴상화하는 과정, 혼합물이 완전 용융되는 온도 미만의 분위기 온도에서 예컨대 펠렛으로 괴상화된 혼합물을 저온 소성하는 과정 및 소성이 완료된 혼합물로부터 타이타늄(Ti) 및 알루미늄(Al) 성분 중 적어도 하나의 성분을 분리 선별하는 과정을 포함한다.

상기의 과정에 의하여, 혼합물 내에 함유된 타이타늄 및 알루미늄 성분 중 적어도 하나의 성분이 목적하는 함량으로 제어되거나, 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분 중 적어도 하나의 성분이 혼합물로부터 제거되고, 이어서, 소결 배합 원료의 제조에 사용될 수 있다. 즉, 소결광 제조 공정 및 이의 후공정인 용선 제조 공정(또는 고로 공정)으로 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분이 공정 상의 기준 함량을 초과하여 유입되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 상기의 공정들에서 각각 제조되는 소결광 및 용선은 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분 중 적어도 하나의 성분 함량이 목적하는 함량으로 제어될 수 있다.

먼저, 원료 및 첨가제로서 예컨대 저품위의 철광석 및 석회석을 각각 원료 호퍼(11) 및 첨가제 호퍼(12) 내에 마련한다.

철광석은 예컨대 전체 중량에 대하여 60중량% 이하의 함량으로 철(Fe) 성분을 함유하며, 불순 성분을 더 함유하는 저품위 철광석일 수 있다. 이때, 철광석에 함유되는 상기의 불순 성분으로는 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분 등이 있다. 본 실시 예에서 예시되는 저품위 철광석에는 예컨대 TiO₂ 기준 5중량% 내지 9중량%의 타이타늄 성분 및 Al₂O₃ 기준 1중량% 내지 4중량%의 알루미늄 성분이 불순 성분으로 함유될 수 있다. 상기의 저품위 철광석은 첨가제와 혼합되기 용이하도록 소정 입도를 가지는 예컨대 분말의 상태로 마련될 수 있으나, 이를 특별히 한정하지 않는다.

첨가제는 탄산칼슘 성분을 주요 성분으로 함유하는 석회석 및 백운석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기의 첨가제는 예컨대 소정의 입도를 가지는 분말의 상태로 마련되어, 후술하는 원료의 괴상화 과정에서 원료와 혼합되어 원료를 구상의 펠렛으로 조립하는 바인더로서 사용될 수 있다. 또한, 첨가제는 후술하는 소성 과정에서 원료의 철 성분으로부터 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분을 분리 재정출시키도록 반응을 제어하는 물질로서 사용될 수 있다.

특히, 석회석은 소결광을 제조하는 공정에서 바인더로서 사용되는 첨가제인 만큼 이의 공급이 용이하다. 즉, 본 실시 예에서는 후공정인 소결광 제조 공정에서 사용되는 석회석의 일부를 미리 공급받아, 알루미늄 및 타이타늄 성분을 제거하기 위한 저품위 철광석의 전처리에 활용할 수 있다.

다음으로, 각각의 호퍼 내의 원료 예컨대 저품위 철광석 및 첨가제 예컨대 석회석을 혼합기(20) 내로 공급하여, 원료 및 석회석을 균일하게 혼합(S100)한다. 이때, 원료에 첨가제를 혼합하는 과정은, 70중량% 내지 90중량%의 저품위 철광석에 10중량% 내지 30중량%의 석회석을 혼합하는 과정일 수 있다. 즉, 저품위 철광석과 석회석은 9:1 의 비율 내지 7: 3의 비율로 서로 혼합될 수 있다.

한편, 전체 중량에 대하여 저품위 철광석의 중량이 90중량%를 초과하여 함유되고, 이에 대응하여 석회석이 10중량% 미만으로 함유되는 경우, 석회석이 부족하여 타이타늄 또는 알루미늄과 충분히 반응하지 못하게 될 수 있다. 또한, 전체 중량에 대하여 저품위 철광석의 중량이 70중량% 미만으로 함유되고, 이에 대응하여 석회석이 30중량%를 초과하여 함유되는 경우, 과용융의 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 70중량% 내지 90중량%의 저품위 철광석에 10중량% 내지 30중량%의 석회석을 혼합하여 혼합물을 마련하며, 이에 석회석과 불순 성분이 적정하게 반응할 수 있는 조건일 수 있다.

다음으로, 석회석이 혼합된 원료 예컨대 혼합물을 성형기(30)로 공급하고, 예컨대 5mm 내지 8mm의 평균 입도를 가지는 구형의 펠렛으로 소정의 시간동안 조립하여 괴상화(S200)한다. 이처럼, 혼합물을 펠렛으로 조립한 이후 소성기(30) 내로 공급함에 의하여 예컨대 소성기(30) 내에서의 통기성을 확보할 수 있다. 이에 따라 혼합물을 소성하는 하기의 과정에서 혼합물이 보다 원활하게 소성될 수 있다.

다음으로, 구상으로 조립된 혼합물을 1200℃ 내지 1400℃의 분위기 온도에서 5분 내지 30분 동안 저온 소성(S300)한다. 이때, 소성을 위한 가스 분위기는 공기 분위기일 수 있다.

상기의 과정이 진행되는 동안, 구상으로 조립된 혼합물 내에서는 불순 성분인 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분이 철 성분과 분리되는 거동을 보이면서 각각의 성분끼리 재정출되는 화학적인 분리 재정출 현상이 나타난다. 즉, 저품위 철광석 내에 함유된 불순 성분인 알루미늄 및 타이타늄 성분이 석회석으로부터 기인하는 칼슘 성분과 동일한(또는, 대응되는) 거동을 보이며 철 성분으로부터 분리된다. 이는, 석회석에 함유된 칼슘 성분이 철광석 내의 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분을 철 성분으로부터 화학적으로 분리시키도록 거동하기 때문이다.

이어서, 혼합물 내의 각각의 성분들은 각각의 성분끼리 재정출되는데, 이때, 철 성분이 재정출되어 형성되는 철 성분 재정출체의 크기는 50㎛ 내지 100㎛의 입도로 형성될 수 있다. 이는 소성 과정이 철광석의 완전 용융 온도 예컨대 1500℃ 미만의 저온에서 진행됨에 따라, 소성 시에 원료가 완전히 용융되었다가 재정출되는 등의 일련의 과정이 억제 또는 방지되기 때문이다.

상기와 같이, 원료의 저온 소성 과정에 의하여 원료 내의 철 성분을 소정의 균일한 입도로 재정출될 수 있고, 또한, 불순 성분인 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분들이 철 성분으로부터 화학적으로 분리되어 재정출될 수 있다.

한편, 소성 과정이 철광석의 용융 온도 예컨대 1500℃ 미만의 저온에서 진행됨에 따라, 소성 시에 혼합물이 완전히 용융되었다가 재정출되는 등의 일련의 과정이 억제 또는 방지될 수 있어, 소성이 완료되는 시점에서 혼합물에는 다수의 공극이 생성될 수 있다. 이에 하기의 혼합물 분쇄 과정에서 혼합물의 분쇄에 소모되는 분쇄 에너지가 감소될 수 있다.

예컨대 혼합물이 용융되는 온도 예컨대 1500℃ 이상의 고온 분위기에서 혼합물을 소성하는 경우 혼합물 내에 공극(또는 기공)이 상대적으로 적게 형성되며, 이에 소성이 완료된 혼합물을 목적하는 입도로 분쇄할 때 보다 많은 분쇄 에너지가 필요하다. 반면에, 본 발명의 실시 예에서와 같이 혼합물의 용융 온도 예컨대 1500℃ 미만의 저온 분위기에서 혼합물을 소성하는 경우 혼합물 내에 공극이 상대적으로 많이 형성되어 보다 적은 에너지를 소모하여도 소성이 완료된 혼합물을 목적하는 입도로 분쇄할 수 있다.

한편, 상기의 소성 과정에서 괴상화된 혼합물이 소성되는 분위기 온도는 하기와 같이 변경 가능하다. 예컨대 본 발명의 변형 예에서는 혼합물의 저온 소성 시에 원료를 1250℃ 내지 1300℃의 분위기 온도에서 저온 소성할 수 있다. 즉, 소성 과정에서의 분위기 온도를 보다 좁은 온도 범위에서 보다 정밀하게 제어하며, 원료를 소성시킬 수 있다.

다음으로, 혼합물로부터 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분 중 적어도 하나의 성분을 분리 선별한다. 이는 하기의 세부 과정들을 포함할 수 있다.

먼저, 소성된 혼합물을 예컨대 상온으로 냉각(S400)한다. 이때, 혼합물의 냉각은 강제 냉각 방식 및 자연 냉각 방식 중 어떠한 냉각 방식이 사용되어도 무방하다. 예컨대 소성이 완료된 혼합물에 냉매로서 물을 분사하거나 공기를 분사하여 강제 냉각시킬 수 있고, 이러한 과정 없이 소성이 완료된 혼합물을 상온에서 소정시간동안 보관하며 자연 냉각시킬 수 있다.

다음으로, 냉각된 혼합물을 분쇄기(50)로 공급하고, 이를 혼합물을 소성하는 과정에서 혼합물 내에 형성되는 철 성분 재정출체의 입도와 대응되는 입도 예컨대 50㎛ 내지 100㎛의 입도로 소정의 시간 동안 분쇄(S500)한다. 이는, 분쇄된 혼합물로부터 산화철 부분을 분리 선별할 때, 자력에 의하여 산화철 부분만을 용이하게 분리 선별하도록 하기 위함이다. 즉, 냉각된 혼합물이 50㎛ 내지 100㎛의 입도로 분쇄됨에 따라, 냉각된 혼합물 내에 화학적으로 서로 분리 재정출되어 존재하는 각각의 성분들이, 서로 물리적으로 분리될 수 있다. 한편, 혼합물이 저온에서 소성되는 동안 혼합물에 형성되는 다수의 공극 예컨대 기공에 의하여 혼합물이 보다 원활하게 분쇄될 수 있다.

다음으로, 분쇄된 혼합물을 선별기(60)로 공급하고, 자력을 이용하여 산화철 부분을 분리 선별(S600)한다. 선별기(60)를 이용한 산화철 부분의 자력 선별방식은 다양할 수 있고, 또한 자력 선별방식에는 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는, 저품위의 철광석을 포함하는 원료에 탄산칼슘을 함유하는 첨가제를 균일하게 혼합한다, 이어서, 원료 및 첨가제의 혼합물을 구상의 펠렛으로 성형한다. 다음으로, 이를 저온으로 소성하여 혼합물 내의 철 성분으로부터 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분을 분리 재정출시킨다. 이어서, 소성이 완료된 혼합물을 냉각 및 분쇄하고, 자력을 이용하여 재정출된 철 성분만을 분리 선별한다. 상술한 일련의 과정에 의하여, 저품위 철광석으로부터 불순 성분인 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분이 분리 제거될 수 있고, 이에 후공정인 소결광 제조 공정으로 불순 성분의 유입되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 실험을 실시하고, 그 결과물로 얻어진 각각의 혼합물의 시료를 촬영 및 분석한 사진이다.

본 발명의 실시 예에서는, 혼합물이 용융되는 온도 예컨대 1500℃ 보다 낮은 온도 범위 예컨대 1200℃ 내지 1400℃의 온도 범위에서, 혼합물을 저온 소성한다. 이에, 혼합물 내의 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분이 철 성분으로부터 완전하게 분리될 수 있다. 또한, 혼합물이 완전 용융되지 않음으로 인하여 다량의 기공이 생성되어 이의 분쇄가 용이해질 수 있다. 또한, 혼합물 내의 철 성분이 목적하는 입도 이상의 입도로 원활하게 재정출되어 분쇄 및 자력에 의한 철 성분의 분리가 보다 용이해질 수 있다. 즉, 혼합물로부터 불순 물질인 타이타늄 및 알루미늄 성분을 화학적 및 물리적으로 보다 용이하게 분리 제거할 수 있다. 이를 하기에서 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 비교 예에 따른 실험을 실시한 후, 그 결과물로 얻어지는 시료의 단면을 광학현미경으로 촬영한 사진이고, 도 4는 본 발명의 비교 예에 따른 실험을 실시한 후, 그 결과물로 얻어지는 시료를 원소분석장치(EPMA, Electrone Probe Micro Analyzer)로 분석한 사진이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 실험을 실시한 후, 그 결과물로 얻어지는 시료의 단면을 광학현미경으로 촬영한 사진이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 실험을 실시한 후, 그 결과물로 얻어지는 시료를 원소분석장치(EPMA, Electrone Probe Micro Analyzer)로 분석한 사진이다.

이때, 본 발명의 비교 예에 따른 실험은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리방법에서 혼합물이 소성되는 온도를 고온으로 제어한 실험이다.

먼저, 본 발명의 비교 예에 따른 실험을 실시한다. 상세하게는 다음과 같다. 알루미늄 및 타이타늄 성분을 함유한 저품위 철광석과 석회석을 혼합한다. 이때, 저품위의 철광석은 혼합물 전체 중량의 80중량%로 혼합하고, 석회석은 혼합물 전체 중량의 20중량%로 혼합한다. 이어서, 펠렛타이저(Pelletizer)로 저품위 철광석과 석회석의 혼합물을 구상의 펠렛으로 조립 성형 즉, 괴상화한다. 다음으로, 이를 1500℃의 온도로 제어되는 소성기에서 20분간 고온 소성한다. 이와 같은 과정으로 본 발명의 비교 예에 따른 실험을 실시하고, 이의 결과물로 고온에서 소성된 혼합물 시료를 얻을 수 있다. 고온에서 소성된 시료의 단면을 광학현미경으로 촬영하여 도 3에 도시하였고, 그 단면을 원소분석장치로 분석하여 그 결과를 도 4에 도시하였다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 실험을 실시한다. 상세하게는 다음과 같다. 알루미늄 및 타이타늄 성분을 함유한 저품위 철광석과 석회석을 혼합한다. 이때, 저품위의 철광석은 혼합물 전체 중량의 80중량%로 혼합하고, 석회석은 혼합물 전체 중량의 20중량%로 혼합한다. 이어서, 펠렛타이저(Pelletizer)로 저품위 철광석과 석회석의 혼합물을 구상의 펠렛으로 조립 성형 즉, 괴상화한다. 다음으로, 이를 1250℃의 온도로 제어되는 소성기에서 20분간 저온 소성한다. 이와 같은 과정으로 본 발명의 실시 예에 따른 실험을 실시하고, 이의 결과물로 저온에서 소성된 시료를 얻을 수 있다. 저온에서 소성된 시료의 단면을 광학현미경으로 촬영하여 도 5에 도시하였고, 그 단면을 원소분석장치로 분석하여 그 결과를 도 6에 도시하였다.

고온 예컨대 1500℃의 분위기 온도에서 소성된 혼합물의 시료는 그 단면을 볼 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 입자 내 기공이 적게 분포하는 것을 볼 수 있고, 입자의 구조가 보다 치밀한 것을 알 수 있다. 이로부터, 혼합물이 고온에서 소성되는 경우 완전 용융되었다가 재정출되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 시료 내의 각 성분의 분포를 보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 타이타늄과 칼슘이 서로 동일한 거동을 보이며 철과 분리된 것을 확인할 수 있다. 그리고 시료 내의 철 성분 재정출체의 크기가 50㎛ 미만으로 작게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 마지막으로, 알루미늄 성분의 경우 철 성분과의 분리가 완전히 이루어지지 않았음을 확인할 수 있다.

반면에, 저온 예컨대 1250℃의 분위기 온도에서 소성된 혼합물의 시료는 그 단면을 볼 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 입자 내 기공이 다수 존재함을 확인할 수 있다. 이로부터, 혼합물이 저온에서 소성되는 경우에, 혼합물의 용융이 억제 또는 방지되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 시료 내의 각 성분의 분포를 보면, 도 6에 도시된 바와 같이, 타이타늄은 칼슘과 동일 거동을 보이며 철 성분으로부터 분리되었고, 또한 철 성분 재정출체의 크기가 50㎛ 이상으로 형성되었음을 확인할 수 있다. 그리고 알루미늄 성분도 철 성분 및 타이타늄 성분과 각각 분리되어 재정출되었음을 확인할 수 있다.

이처럼, 서로 다른 온도 조건에서 소성한 각각의 혼합물 시료를 촬영 및 분석한 결과를 대비하여 보면, 혼합물을 고온에서 소성하는 경우보다, 저온에서 소성하는 경우에, 알루미늄 성분 및 타이타늄 성분이 보다 원활하게 분리 재정출되는 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 본 실시 예에서는 혼합물을 저온 소성함에 따라 각각의 성분이 효과적으로 분리 재정출될 수 있고, 이에 불순 성분의 분리 제거 및 산화철 부분의 분리 선별을 용이하게 실시할 수 있다.

또한, 혼합물을 고온에서 소성하는 경우보다, 저온에서 소성하는 경우에, 철 성분이 목적하는 크기 예컨대 50㎛ 이상으로 재정출되는 것을 확인할 수 있고, 혼합물 내에 공극이 상대적으로 많이 형성됨을 확인할 수 있다. 재정출체의 입도가 작을수록 또한 조직이 치밀할수록 분쇄 시 필요로 하는 에너지가 기하급수적으로 증가됨을 고려할 때, 혼합물을 고온에서 소성하는 경우보다, 저온에서 소성하는 경우에, 혼합물의 분쇄에 보다 적은 에너지가 소모됨은 자명하다. 즉, 본 실시 예에서는 혼합물을 저온에서 소성함에 따라, 전체 공정의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

20: 혼합기 30: 성형기
40: 소성기 50: 분쇄기
60: 선별기

Claims (7)

1. 철광석을 포함하는 원료에 탄산칼슘(CaCO₃) 성분을 함유하는 첨가제를 혼합하는 과정;
   상기 원료 및 첨가제의 혼합물을 괴상화하는 과정;
   상기 혼합물이 완전 용융되는 온도 미만의 분위기 온도에서 상기 혼합물을 저온 소성하는 과정; 및
   상기 혼합물로부터 타이타늄(Ti) 및 알루미늄(Al) 성분 중 적어도 하나의 성분을 분리 선별하는 과정;을 포함하고,
   상기 철광석은 철(Fe) 성분 외에 불순 성분으로 타이타늄 및 알루미늄 성분을 더 함유하는 저품위 철광석을 포함하고, 상기 첨가제는 석회석 및 백운석(MgCaCO3) 중 적어도 하나를 포함하며,
   상기 원료에 첨가제를 혼합하는 과정은, 70 중량% 내지 90 중량%의 상기 철광석에 10 중량% 내지 30 중량%의 상기 석회석을 혼합하는 원료 처리방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합물을 괴상화하는 과정은, 상기 혼합물을 구형의 펠렛으로 괴상화하는 원료 처리방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합물을 저온 소성하는 과정은, 괴상화된 상기 혼합물을 1200℃ 내지 1400℃의 분위기 온도에서 저온 소성하는 원료 처리방법.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 혼합물을 저온 소성하는 과정은, 괴상화된 상기 혼합물을 5분 내지 30분 동안 저온 소성하는 원료 처리방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합물로부터 타이타늄 성분 및 알루미늄 성분 중 적어도 하나를 분리 선별하는 과정은,
   소성된 상기 혼합물을 냉각하는 과정;
   냉각된 상기 혼합물을 상기 혼합물을 소성하는 과정에서 형성되는 상기 철 성분의 재정출체의 입도와 대응하는 입도로 분쇄하는 과정; 및
   자력을 이용하여 분쇄된 상기 혼합물로부터 산화철 부분을 분리 선별하는 과정;을 포함하는 원료 처리방법.

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