KR101707089B1 - 친환경 아연제련 공법 - Google Patents
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Abstract
친환경적인 아연제련 공법에 관한 것으로, 아연습식 제련 공정에서 발생된 아연페라이트(Zinc Ferrite)를 증발(Fuming) 공정을 통해 증발 금속 산화물, 아황산 배가스 및 친환경클린슬래그를 생성시키는 단계; 및 상기 증발 금속 산화물과 상기 증발(Fuming) 단계에서 발생하는 아황산 배가스를 반응시켜, 고형물의 금속 황산 화합물 및/또는 금속 아황산 화합물(Metal-Sulfate or Sulfite)로 전환시키는 단계; 및 상기 금속 아황산 화합물(Metal Sulfite)을 황산과 반응시켜 금속 황산화합물 및 농축 아황산 가스로 분해(Decomposition)하는 단계;를 포함하는 아연페라이트의 처리 방법을 제공한다.
Description
아연제련공정 중 발생되는 아연페라이트의 친환경적 처리방법에 관한 것이다.
아연 정광으로부터 아연을 추출하는 공법에는 건식 제련 공법과 습식 제련 공법이 있다. 이중 습식 제련 방법은 아연 정광을 배소(Roasting)하고 용해 (Leaching)한 후 정액(Purification) 공정을 거친 뒤 최종적으로 전기 분해(Electrolysis) 통해 고순도 아연을 추출하고 있다.
이러한 습식 제련 공법에서 배소 공정에서는 아연페라이트(Zinc ferrite)가 생성되며, 이 물질은 전통적인 2 step 용해 방식인 중성용해 (Neutral Leaching) 및/또는 약산용해(Weak Acidic Leaching) 공정에서 잘 용해되지 않는다.
따라서 대부분의 아연제련소에서는 아연페라이트(Zinc ferrite) 중의 아연을 더 용해 시키기 위해 하기와 같은 강산 용해(Strong Acidic Leaching) 공정을 거쳐 아연의 회수율을 증대시킨다.
ZnOFe2O3 + 4H2SO4 -> ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
이때 아연과 함께 용해된 철은 별도의 공정에서 괴타이트(Goethite), 자로사이트(Jarosite), 헤마타이트(Hematite) 등의 형태로 변환시켜 공정 밖으로 분리/배출한다.
하지만 이러한 물질은 아연제련 폐기물로서 중금속과 황화물질을 함유하고 있어 대부분 제련소에서는 환경오염 방지를 위한 특별 적치장에 영구적으로 보관된다. 이 경우 일부 유가금속들은 아연제련 폐기물과 함께 영구 적치되어 회수되지 않고 있다.
또한, 환경적으로 유해한 아연제련 폐기물의 영구 보관은 지역 사회 우려 및 각 국의 점진적인 환경 법규 강화로 추가 적치장의 확보가 어려운 상황이다.
이러한 추가 적치장의 확보는 향후 아연제련 사업의 지속경영에 커다란 장애요인이 될 것으로 전망된다.
기술적으로 아연제련폐기물을 환경친화적인 물질로 전환하여 적치문제를 해소하고 아연폐기물 중 아연을 비롯한 대부분의 유가금속과 황산화 물질을 회수하는 공법의 개발을 과제로 한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 아연습식 제련 공정에서 발생된 아연페라이트(Zinc Ferrite)를 증발(Fuming) 공정을 통해 증발 금속 산화물, 아황산 배가스 및 친환경적인 슬래그를 생성시키는 단계; 및 상기 증발 금속 산화물과 상기 증발(Fuming) 단계에서 발생하는 아황산 배가스를 상호 반응시켜, 고형물의 금속 황산 화합물 및/또는 금속 아황산 화합물(Metal-Sulfate or Sulfite)로 전환시키는 단계;를 포함하는 아연페라이트의 처리 방법을 제공할 수 있다.
상기 금속 황산 화합물의 일 예로, 황산 아연이 있다. 또한, 상기 금속 아황산 화합물의 일예로는 아황산 아연이 있다. 이하 일 예시로, 아연을 들어 설명하나, 아연 제련 공정에 포함되는 다른 금속으로도 본 공정을 활용할 수 있다.
상기 증발 금속 산화물과 상기 증발(Fuming) 단계에서 발생하는 아황산 배가스를 반응시켜, 고형물의 금속 황산 화합물 및/또는 금속 아황산 화합물(Metal-Sulfate or Sulfite)로 전환시키는 단계;는, 가스 세정기에서 수행될 수 있다.
상기 수득된 금속 아황산 화합물(Metal Sulfite)을 황산과 반응시켜 분해(Decomposition)하는 공정을 더 포함하고, 상기 분해 공정에 의해 금속 황산 화합물과 농축 아황산 가스(SO2)를 회수하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 회수된 금속 황산 화합물은 중성 및/또는 약산 용해공정(Neutral & Weak Acidic Leaching)에 재이용될 수 있다.
상기 회수된 농축 아황산 가스는 황산제조공정으로 보내어 황산제조에 이용될 수 있다.
상기 아연페라이트의 처리 방법을 통해, 추가적인 강산 용해공정(Strong Acidic Leaching)과 별도의 철 제거 공정에서 발생하는 철함유폐기물 없이 아연습식 제련 공정을 수행할 수 있다.
상기 수득된 금속 황산 화합물(Metal Sulfate) 또는 금속 아황산 화합물(Metal Sulfite)을 ISF(Imperial Smelting Furnace)에 투입하여, 유가금속을 회수하고, 이때 발생한 아황산가스는 황산제조공정으로 보내어 황산제조에 이용하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 의한 아연페라이트의 처리 방법을 이용하는 경우, 아연 제련 공정에서 용해 설비 및 공정을 간단하게 개선할 수 있으며, 공정 운전비용도 절감할 수 있다.
또한 용해된 철을 침전시켜 발생된 폐기물을 영구 적치 보관해야 하는 환경 문제를 해결할 수 있고 아연 외의 추가적인 유가금속을 획득할 수 있다.
또한, 배출되는 배가스처리 과정에서 발생되는 또 다른 폐기물이나 폐수의 발생을 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 기존의 아연 제련 공법에서 해결할 수 없는 환경문제를 해소함과 동시에 아연 정광 중에 포함되어 있는 아연 및 기타 유가금속의 회수율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 아연페라이트의 처리 방법을 포함하는 아연 제련 과정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 상기 증발(Fuming) 단계에 의해 수득된 산화아연을 처리하는 방법의 과정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 상기 증발(Fuming) 단계에 의해 수득된 산화아연을 처리하는 방법의 과정을 나타낸 공정도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 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. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 아연 제련 방법의 과정을 나타낸 공정도이다.
도 1을 참고하여 본 발명의 일 구현예에 의한 아연 제련 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 아연 정광을 배소(roasting)하여 산화아연(ZnO), 아연페라이트(Zinc ferrite)을 포함하는 소광을 생산하고 배소 과정에서 정광 중 황이 이산화황(SO2)으로 전환 되는 반응을 수행할 수 있다.
아연 정광의 주요 성분은 Zn, Fe, 및 S를 포함하고, 기타 금속인 Pb, Cu, Cd, Co, Ag, Au 등을 포함하고 있다.
배소 공정은 황산에 난용성인 황화물 형태의 아연 정광을 가용성인 아연 소광(calcine)으로 산화시키는 공정이다.
배소 공정의 주요 반응은 하기와 같다.
ZnS ＋ 3/2O2 -> ZnO ＋ SO2
ZnS ＋ 2FeS ＋ 5O2 -> ZnOFe2O3 ＋ 3SO2
배소 공정에서 발생한 SO2는 황산 공장에서 황산 제조에 이용될 수 있다.
배소 공정에서 발생한 산화아연 및 아연페라이트(Zinc ferrite)는 소광 용해 공정으로 도입될 수 있다.
중성 및 약산 용해 (Neutral & Weak Acid Leaching) 공정은 배소 공정에서 발생한 소광의 주성분인 산화아연(ZnO)을 황산 용매에 용해 (leaching) 시키는 공정이다.
배소 공정에서 생성된 소광 중 아연페라이트(Zinc ferrite)는 난용성으로 중성 및 약산 용해 공정에서 용해 되지 않는다.
중성 및 약산 용해 공정에서의 주요 반응은 하기와 같다.
ZnO ＋ H₂SO₄ -> ZnSO₄＋ H₂O
중성 용해 공정은 반응 시작시 pH 범위는 2.0 내지 2.5 이고, 반응 종료시 pH 범위는 3.5 내지 5.0 일 수 있다.
약산 용해 공정은 중성 용해 공정에서 용해되지 않은 잔여 산화아연(ZnO)을 용해 전환 시킨다.
전술한 바와 같이, 종래에는 아연페라이트(Zinc ferrite)를 처리하기 위하여 강산 용해 공정(strong acid leaching)과 용해된 철을 철 잔사(goethite, Hematite, Jarosite) 형태로 제거하는 공정 (iron precipitation)을 실시하였으나 본 발명의 일 구현예에서는 증발(Fuming) 단계를 이용하여 강산 용해 공정(strong acid leaching)과 철 제거 공정 (iron precipitation)을 실시하지 않는다.
상기 약산 용해 공정은 반응 시작시 pH 범위는 1.5 내지 2.0 이고, 반응 종료시 pH 범위는 2.5 내지 3.0 일 수 있다.
상기 용해 공정에서 침출되지 않은 아연페라이트(Zinc ferrite)는 증발(Fuming) 공정으로 도입될 수 있다.
증발(Fuming) 공정은 아연페라이트(Zinc ferrite), 석탄(coal), 및 산소를 포함하는 공기를 증발로(fuming furnace)에 주입하고 가열하여 산화아연(ZnO) 및 이산화황 배가스를 생성시키는 공정이다.
상기 증발(Fuming) 공정을 수행하는 단계는 온도 범위 1,250 내지 1,350℃ 에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 증발(Fuming) 공정에서는 상기 반응 과정에 의하여 산화아연(ZnO) 및 이산화황(SO2) 배가스가 배출된다.
상기 증발(Fuming) 공정에 의한 배출물에는, 산화아연뿐만 아니라 아연 정광에 포함되어 있던 Pb, Cu, Cd, Co, Ag, Au 등의 금속의 화합물을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에서 수율을 상승시키고 환경 친화적 슬래그를 만들기 위하여 상기 증발(Fuming)과정에서는 용융단계(Smelting)와 환원단계(Reduction)를 포함할 수 있다.
상기 용융단계(Smelting)에 아연페라이트(Zinc ferrite), 석탄(coal), 및 산소를 포함하는 공기를 주입하고 가열하여 산화아연(ZnO), 이산화황 배가스, 및 슬래그를 생성할 수 있다.
상기 용융단계(Smelting)에서 생성된 슬래그에 석탄(coal), 및 산소를 포함하는 공기를 추가로 주입하여 환원단계(Reduction)를 수행하고 용융단계(Smelting)의 슬래그에 잔존하고 있는 아연 및 기타 휘발성 금속을 증발(Fuming)산화 시켜 산화아연(ZnO), 산화납(PbO), 산화인듐(Indium Oxide), 은(Ag) 등을 회수하고 및 이산화황 배가스를 생성할 수 있다.
비휘발성 물질인 동(Cu), 은(Ag)의 일부 및 금(Au)은 동스파이스(Copper Speiss)와 함께 용융금속형태로 회수된다. 그 외 물질은 환경적으로 안정화된 슬래그의 형태로 배출 시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 2는 상기 증발(Fuming) 단계에 의해 수득된 산화아연을 처리하는 방법의 과정을 나타낸 공정도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 증발단계에서 발생된 아황산 가스(SO2)의 세정방법은 상기 증발(Fuming) 단계에 의해 수득된 산화아연을 가스 세정기에 투입하여 증발단계에서 발생된 아황산 가스(SO2)와 반응시켜 아황산아연(ZnSO3)을 생성하는 제1 반응; 및 상기 아황산아연(ZnSO3) 및 황산(H2SO4)의 용해 반응을 통해, 황산아연(ZnSO4)과 농축 아황산 가스(SO2)로 전환시키는 제2 반응;을 포함할 수 있다.
상기 제1 반응 및 제2 반응의 주요 반응은 다음과 같다.
ZnO + SO2 → ZnSO3
ZnSO3 ＋ H₂SO₄→ ZnSO4 + SO2 + H2O
상기 아황산아연 용해 단계에 의해 수득된 황산아연용액은 중성 및 약산 용해공정으로 송액되고 아황산아연 잔사 중에 함유되어 있던 은과 연 황화물은 고형물로 침전 분리되어 연 및 은 회수 공정의 원료로 사용된다.
상기 제 1 반응의 가스 세정기에서 발생하는 아황산아연을 처리하는 다른 제 2반응은 아연 정광 배소 공정이나 ISF (Imperial Smelting Furnace)에 투입하여 아황산아연중의 아연을 회수하고 발생된 아황산가스는 ISF(Imperial Smelting Furnace) 황산공장에서 처리케 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 구현예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 아연습식 제련 공정에서 발생된 아연페라이트(Zinc Ferrite)를 증발(Fuming) 공정을 통해 증발 금속 산화물 및 아황산 배가스를 생성시키는 단계; 및
상기 증발 금속 산화물과 상기 증발(Fuming) 단계에서 발생하는 아황산 배가스를 반응시켜, 고형물의 금속 황산 화합물 또는 금속 아황산 화합물(Metal-Sulfate or Sulfite)로 전환시키는 단계;를 포함하고,
상기 증발 금속 산화물은 ZnO를 포함하는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 증발 금속 산화물과 상기 증발(Fuming) 단계에서 발생하는 아황산 배가스를 반응시켜, 고형물의 금속 황산 화합물 또는 금속 아황산 화합물(Metal-Sulfate or Sulfite)로 전환시키는 단계;이후,
추가적인 강산 용해공정(Strong Acidic Leaching) 없이 상기 금속 황산 화합물 또는 금속 아황산 화합물을 중성 또는 약산 용해 공정(Neutral & Weak Acidic Leaching)을 통하여 아연습식 제련 공정을 수행하는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 증발 금속 산화물과 상기 증발(Fuming) 단계에서 발생하는 아황산 배가스를 반응시켜, 고형물의 금속 황산 화합물 또는 금속 아황산 화합물(Metal-Sulfate or Sulfite)로 전환시키는 단계;는,
가스 세정기에서 수행되는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 수득된 금속 아황산 화합물(Metal Sulfite)을 황산과 반응시켜 분해(Decomposition)하는 공정을 더 포함하고,
상기 분해 공정에 의해 금속 황산 화합물과 농축 아황산 가스(SO2)를 회수하는 단계; 를 더 포함하는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 회수된 금속 황산 화합물은 중성 또는 약산 공정(Neutral & Weak Acidic Leaching)에 재이용되는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 회수된 금속 황산 화합물은 중성 또는 약산 공정(Neutral & Weak Acidic Leaching)에 재이용되고 미 용해되는 은과 연은 고형물로 농축 회수되는 것 인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 회수된 농축 아황산 가스는 황산제조공정으로 보내어 황산제조에 이용되는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 수득된 금속 황산 화합물(Metal Sulfate) 또는 금속 아황산 화합물(Metal Sulfite)을 ISF(Imperial Smelting Furnace)에 투입하여, 유가금속을 회수하고, 이때 발생한 아황산가스는 황산제조공정으로 보내어 황산제조에 이용하는 단계;를 더 포함하는 것인 아연페라이트의 처리 방법.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190072828A (ko) | 2017-12-18 | 2019-06-26 | 고려대학교 산학협력단 | 금속 추출 장치 |
| KR20230008292A (ko) | 2021-07-06 | 2023-01-16 | 전북대학교산학협력단 | 폐인쇄회로기판으로부터 구리 및 금을 선택적으로 회수하는 방법 |
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| JPH06212304A (ja) * | 1993-01-19 | 1994-08-02 | Akita Seiren Kk | 亜鉛製錬法 |
| KR20080075203A (ko) * | 2005-11-28 | 2008-08-14 | 앵글로 오퍼레이션스 리미티드 | 광석으로부터 유가 금속을 회수하기 위한 염산의존재하에서의 침출 방법 |
| KR20120043124A (ko) * | 2003-09-29 | 2012-05-03 | 유미코르 | 아연 잔류물로부터 비철 금속의 회수 방법 및 장치 |
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2015
- 2015-11-23 KR KR1020150164062A patent/KR101707089B1/ko active IP Right Grant
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