KR101717738B1

KR101717738B1 - 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법

Info

Publication number: KR101717738B1
Application number: KR1020160158311A
Authority: KR
Inventors: 서영명; 이강명; 이기웅; 변석현; 성현진
Original assignee: 성일하이텍(주)
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2017-03-20
Also published as: US20180148812A1; US10697041B2

Abstract

본 발명의 일 실시예는 저품위 동 슬러지를 소성하는 단계(단계 1); 상기 소성된 저품위 동 슬러지에 바인더, 플럭스 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계(단계 2); 상기 혼합물을 압축 성형하여 브리켓(briquette)을 제조하는 단계(단계 3); 상기 브리켓을 서브머지드 아크로(Submerged Arc Furnace)에 장입하고 플럭스를 첨가하며 용융환원시키는 단계(단계 4); 및 상기 용융환원에서 생성되는 조동과 슬래그를 분리하는 단계(단계 5);를 포함하는, 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법을 제공한다.

Description

저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CRUDE COPPER FROM LOW-GRADE COPPER SLUDGE}

본 발명은 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저품위 동 슬러지를 저품위 동 슬러지 소성단계, 바인더 또는/및 플럭스 첨가단계, 서브머지드 아크로(SAF)를 통한 용융환원단계를 포함하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판(PCB)의 가공, 에칭, 전자부품 도금 공정 등에서 연간 약 70,000 톤의 동 함유 슬러지가 발생하고 있으나, 일부 고품위(동 함량 25 wt% 이상)의 슬러지만이 일부 대형 제련소에서 건식제련 공정을 이용하여 재활용되고 있으다. 다만, 동 함량 25 wt% 미만의 저품위 동 슬러지는 대부분 해외 매각 또는 매립으로 인해 자원 유출 및 환경오염이 심화되고 있는 실정이다.

한국 공개특허공보 제10-2007-0036650호에는 구리, 귀금속을 함유하는 스크랩 및/또는 슬러지의 처리방법이 개시되어 있으며, 구체적으로 입경 10 ㎜ 이하로 파쇄 처리한 가연성 구리, 귀금속 스크랩을 입경 3 ㎜ 이하의 분상의 비가연성 구리, 귀금속 스크랩과 용제와 함께 큐폴라의 풍구로부터 취입하고, 비가연성으로 입경 30 내지 50 ㎜로 정립 처리한 구리, 귀금속 스크랩은 용제 및 코크스와 함께 큐폴라 상부의 원료 장입구로부터 투입하고, 큐폴라 내에서의 용융 환원 처리에 의해 구리를 주체로 하는 블랙 코퍼, 선철, 슬래그 및 더스트로 분리하는 것을 특징으로 하는 구리, 귀금속을 함유하는 스크랩 및/또는 슬러지의 처리 방법을 제공하고 있다.

한편, 서브머지드 아크로(Submerged Arc Furnace, SAF) 공정은 기존 제강공정에서 사용되는 아크 전기로와 달리 탄소전극봉이 용탕에 침적되어 투입원료의 저항열에 의해 원료를 용융하는 방식으로, 분진발생을 최소화하면서 고온 작업이 가능하며, 기존 대형 제련소의 건식제련로 대비 설비 규모 및 에너지 사용량이 적어 저품위 동 슬러지와 같은 원료의 처리에 적합한 전기로이다.

다만, 아무런 전처리 공정 없이 서브머지드 아크로를 통해 저품위 동 슬러지를 직접 투입하게 되면, 퓸(fume) 및 더스트의 손실이 발생하게 되고, 슬러지 내 유기물로 인한 로내화물의 손상을 야기할 수 있으며, 슬러지 내 다량의 수분으로 인해 수분을 제거하기 위한 추가공정이 필요할 수 있다. 즉, 기존 습식 제련 단독으로 저품위 동 슬러지를 처리할 때의 한계점을 극복하기 위한 방안이 필요하다.

한국 공개특허공보 제10-2007-0036650호

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 동 함량이 5 wt% 내지 25 wt%의 저품위 동 슬러지를 서브머지드 아크로를 이용하여 처리함으로써, 기존 습식 제련 단독으로 동 슬러지를 처리할 때의 한계성을 극복할 수 있는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 퓸(fume) 및 더스트의 손실을 최소화하고, 슬러지 내 유기물로 인한 로내화물의 손상을 방지하며, 슬러지 내 다량의 수분으로 인해 수분을 제거하기 위한 추가공정을 필요로 하지 않는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은 저품위 동 슬러지를 소성하는 단계(단계 1); 상기 소성된 저품위 동 슬러지에 바인더, 플럭스 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계(단계 2); 상기 혼합물을 압축 성형하여 브리켓(briquette)을 제조하는 단계(단계 3); 상기 브리켓을 서브머지드 아크로(Submerged Arc Furnace)에 장입하고 플럭스를 첨가하며 용융환원시키는 단계(단계 4); 및 상기 용융환원에서 생성되는 조동과 슬래그를 분리하는 단계(단계 5);를 포함하는, 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 저품위 동 슬러지는 동 함량이 5 wt% 내지 25 wt%일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 소성 온도는 350 ℃ 내지 550 ℃일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트, 물유리 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2 및 단계 4의 플럭스는 산화칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 첨가는 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 첨가될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 혼합물은 물을 더 포함할 수 있고, 상기 동 슬러지 : 물의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 포함될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 저품위 동 슬러지는 철을 포함할 수 있고, 상기 단계 4의 플럭스는 실리카 및 산화칼슘을 포함할 수 있으며, 상기 단계 4의 플럭스 첨가량은, 산화철(FeO) 40 wt% 내지 57 wt%; 실리카(SiO2) 33 wt% 내지 37 wt%; 및 산화칼슘(CaO) 10 wt% 내지 23 wt%;를 포함하는 슬래그가 형성되도록 플럭스가 첨가될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 4의 용융환원은 1300 ℃ 내지 1500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 측면은 상기의 방법으로 제조되어, 97 wt% 내지 99 wt%의 동을 포함하는, 조동을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 동 함량이 5 wt% 내지 25 wt%의 저품위 동 슬러지를 서브머지드 아크로를 이용하여 처리함으로써, 기존 습식 제련 단독으로 동 슬러지를 처리할 때의 한계성을 극복할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 저품위 동 슬러지로 제조된 브리켓을 서브머지드 아크로를 통해 용융환원시 시 퓸(fume) 및 더스트의 손실을 최소화할 수 있고, 슬러지 내 유기물로 인한 로내화물의 손상을 방지할 수 있으며, 슬러지 내 다량의 수분으로 인해 수분을 제거하기 위한 추가공정을 필요로 하지 않는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법의 다른 일례를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법의 서브머지드 아크로 내 슬래그 조성을 나타낸 3원계 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법의 브리켓을 제조하는 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 측면은,

저품위 동 슬러지를 소성하는 단계(단계 1)(S10);

상기 소성된 저품위 동 슬러지에 바인더, 플럭스 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계(단계 2)(S20);

상기 혼합물을 압축 성형하여 브리켓(briquette)을 제조하는 단계(단계 3)(S30);

상기 브리켓을 서브머지드 아크로(Submerged Arc Furnace)에 장입하고 플럭스를 첨가하며 용융환원시키는 단계(단계 4)(S40); 및

상기 용융환원에서 생성되는 조동과 슬래그를 분리하는 단계(단계 5)(S50);를 포함하는, 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 있어서, 상기 단계 1(S10)은 저품위 동 슬러지를 소성한다.

상기 단계 1의 저품위 동 슬러지는 동 함량이 5 wt% 내지 25 wt%일 수 있고, 바람직하게는 5 wt% 내지 21 wt%일 수 있다.

상기 단계 1의 소성 온도는 350 ℃ 내지 550 ℃일 수 있고, 바람직하게는 400 ℃ 내지 500 ℃일 수 있다. 상기 소성 온도가 350 ℃ 미만이라면, 상기 저품위 동 슬러지에 포함될 수 있는 유기물이 효과적으로 제거되지 못할 우려가 있고, 상기 소성 온도가 550 ℃ 초과라면, 상기 저품위 동 슬러지에 포함될 수 있는 유기물의 제거에 있어 과도한 에너지의 낭비가 발생할 수 있다.

상기 단계 1의 소성 시간은 1 시간 내지 4 시간 일 수 있고, 바람직하게는 2 시간 내지 3 시간 일 수 있다. 상기 소성 시간이 1 시간 미만이라면, 소성한 저품위 동 슬러지에도 유기물이 잔존하는 문제가 발생할 수 있고, 상기 소성 시간이 4 시간 초과라면, 상기 저품위 동 슬러지에 포함될 수 있는 유기물의 제거에 있어 과도한 에너지의 낭비가 발생할 수 있다.

상기 단계 1의 소성을 통해 소성 전 저품위 동 슬러지의 구리 함량(wt%) 대비 40 % 내지 60 % 증가된 구리 함량을 포함하는 저품위 동 슬러지를 얻을 수 있다. 구체적으로, 구리 함량이 20 wt% 저품위 동 슬러지를 상기의 방법을 통해 소성 처리할 경우, 30 wt%의 구리 함량을 포함하는 저품위 동 슬러지를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 있어서, 상기 단계 2(S20)는 상기 소성된 저품위 동 슬러지에 바인더, 플럭스 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하여 혼합물을 제조한다.

상기 단계 2의 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트, 물유리 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있고, 바람직하게는 벤토나이트 또는 물유리를 포함하는 바인더를 사용할 수 있다.

상기 단계 2의 플럭스는 산화칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.

상기 단계 2의 첨가는 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 첨가될 수 있고, 바람직하게는 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 3 내지 7이 되도록 첨가할 수 있다. 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 1 미만이라면, 하기 단계에서 압축 성형이 효과적으로 수행되지 못할 문제가 발생할 수 있고, 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 10 초과라면, 제조비용 상승 문제, 제조된 브리켓을 서브머지드 아크로에 투입하여 환원용융시 동 슬러지 원료 투입 단위중량 당 에너지 사용 비용이 증가되는 문제, 브리켓 제조 시 바인더 사용량 증가 대비 원료 투입량 감소 문제가 발생할 수 있다.

상기 단계 2의 혼합물은 물을 더 포함할 수 있고, 상기 동 슬러지 : 물의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 동 슬러지 : 물의 중량비가 100 : 3 내지 7이 되도록 포함될 수 있다. 상기의 범위로 물을 포함시킴으로써 하기 단계에서 압축 성형 시, 성형성을 더 양호하게 할 수 있다.

상기 단계 2의 바인더, 플럭스의 첨가 후 교반이 수행될 수 있고, 나선상의 임펠러에 의해 혼합되는 리본 믹서를 통해 수행될 수 있다. 상기 교반은 0.5 시간 내지 3 시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 시간 내지 1.5 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 교반이 0.5 시간 미만의 시간동안 수행된다면, 상기 저품위 동 슬러지, 바인더 및 플럭스 등이 균일하게 혼합되지 못할 우려가 있고, 상기 교반이 3 시간 초과의 시간동안 수행된다면, 상기 저품위 동 슬러지, 바인더 및 플럭스 등의 균일 혼합에 있어 과도한 에너지 낭비가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 있어서, 상기 단계 3(S30)은 상기 혼합물을 압축 성형하여 브리켓(briquette)을 제조한다.

상기 단계 3의 압축 성형은 압연공정과 같이 상기 단계 2에서 제조된 혼합물이 소정의 간격을 두고 구비된 2 개의 롤러 사이를 통과하며 수행될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법은 상기 압축 성형된 저품위 동 슬러지 브리켓을 자연건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 있어서, 상기 단계 4(S40)는 상기 브리켓을 서브머지드 아크로(Submerged Arc Furnace)에 장입하고 플럭스를 첨가하며 용융환원한다.

상기 단계 4의 플럭스는 산화칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다. 이때, 상기 단계 1의 저품위 동 슬러지는 철을 포함하고, 상기 단계 4의 플럭스 첨가량은,

산화철(FeO) 40 wt% 내지 57 wt%;

실리카(SiO₂) 33 wt% 내지 37 wt%; 및

산화칼슘(CaO) 10 wt% 내지 23 wt%;를 포함하는 슬래그가 형성되도록 플럭스가 첨가될 수 있다.

상기의 조성을 갖는 슬래그는 용융점이 1300 ℃ 이하일 수 있어, 하기 후술할 서브머지드 아크로 가동온도에서 효과적으로 용융될 수 있다.

상기 단계 4의 용융환원은 1300 ℃ 내지 1500 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 1350 ℃ 내지 1450 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 단계 4의 용융환원 시 온도가 1300 ℃ 미만으로 수행된다면, 발생되는 슬래그가 모두 용융되지 못할 우려가 있고, 상기 단계 4의 용융환원 시 온도가 1500 ℃ 초과로 수행된다면, 상기 단계 3에서 제조된 브리켓으로부터 조동을 제조하는 데 있어 과도한 에너지 낭비가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 있어서, 상기 단계 5(S50)는 상기 용융환원에서 생성되는 조동과 슬래그를 분리한다.

상기 단계 5의 분리는 상기 단계 4에서 용융환원 시 구리 용탕 및 슬래그 용융물을 비중 차이에 의해 스키밍을 통해 분리할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은,

상기의 방법(단계 1 내지 단계 5, S10 내지 S50)으로 제조되어,

97 wt% 내지 99 wt%의 동을 포함하는, 조동을 제공한다.

상기의 방법으로 제조된 조동은 금 200 ppm 내지 300 ppm을 포함할 수 있다.

상기의 방법으로 제조된 조동은 은 2000 ppm 내지 3000 ppm을 포함할 수 있다.

상기의 방법으로 제조된 조동은 습식제련법을 통해 동과 유가금속(금, 은, 팔라듐, 백금 등)을 포함하는 슬라임을 얻을 수 있고, 상기 슬라임은 습식 침출공정을 통해 은, 금 등과 같은 유가금속을 분리해낼 수 있다.

상기 단계 1 내지 단계 3의 저품위 동 슬러지로부터 브리켓을 제조하는 단계는,

저품위 동 슬러지 호퍼(11);로부터 배출된 물질을 소성하는 회전 소성로(21);

바인더 호퍼(12); 플럭스 호퍼(13); 및 상기 회전 소성로(21)로부터 배출된 물질을 교반하는 믹서(41); 및

상기 믹서(41)로부터 배출된 물질을 압축 성형하는 압축부(51);를 포함하는, 저품위 동 슬러지 브리켓 제조장치(100)를 통해 수행될 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 상기 저품위 동 슬러지 브리켓 제조장치(100)를 설명한다.

상기 저품위 동 슬러지 브리켓 제조장치(100)는 상기 바인더 호퍼(12), 플럭스 호퍼(13) 및 회전 소성로(21)로부터 배출된 물질을 전달하여 상기 믹서(41)로 공급하는 컨베이어(31);를 더 포함할 수 있다.

상기 컨베이어(31)의 형상은 도 4에 도시한 바와 같이 스크류 형상일 수 있으나, 상기 배출된 물질을 효과적으로 전달할 수 있는 형태라면 이에 제한하는 것은 아니다.

상기 저품위 동 슬러지 호퍼(11)는 상기 회전 소성로(21)와 연통되어 상기 회전 소성로에 저품위 동 슬러지를 공급할 수 있다.

상기 회전 소성로(21)는 상기 저품위 동 슬러지 호퍼(11)로부터 공급받은 저품위 동 슬러지를 350 ℃ 내지 550 ℃의 온도에서 소성할 수 있고, 바람직하게는 400 ℃ 내지 500 ℃에서 소성할 수 있다. 상기 소성 온도가 350 ℃ 미만이라면, 상기 저품위 동 슬러지에 포함될 수 있는 유기물이 효과적으로 제거되지 못할 우려가 있고, 상기 소성 온도가 550 ℃ 초과라면, 상기 저품위 동 슬러지에 포함될 수 있는 유기물의 제거에 있어 과도한 에너지의 낭비가 발생할 수 있다.

상기 회전 소성로(21)에 저품위 동 슬러지 유입 시 소성 시간은 1 시간 내지 4 시간 일 수 있고, 바람직하게는 2 시간 내지 3 시간 일 수 있다. 상기 소성 시간이 1 시간 미만이라면, 소성한 저품위 동 슬러지에도 유기물이 잔존하는 문제가 발생할 수 있고, 상기 소성 시간이 4 시간 초과라면, 상기 저품위 동 슬러지에 포함될 수 있는 유기물의 제거에 있어 과도한 에너지의 낭비가 발생할 수 있다.

상기 바인더 호퍼(12)는 상기 믹서(41)로 바인더를 공급할 수 있다.

상기 플럭스 호퍼(13)는 상기 믹서(41)로 플럭스를 공급할 수 있다.

상기 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트, 물유리 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있고, 바람직하게는 벤토나이트 또는 물유리를 포함하는 바인더를 사용할 수 있다.

상기 플럭스는 산화칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.

상기 저품위 동 슬러지 호퍼(11), 바인더 호퍼(12) 및 플럭스 호퍼(13)는 목표로 하는 중량비가 되도록 공급량을 조절할 수 있다. 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 공급량이 조절될 수 있고, 바람직하게는 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 3 내지 7이 되도록 공급량이 조절될 수 있다. 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 1 미만이라면, 하기 압축부의 압축 성형이 효과적으로 수행되지 못할 문제가 발생할 수 있고, 상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 10 초과라면, 제조비용 상승 문제, 제조된 브리켓을 서브머지드 아크로에 투입하여 환원용융시 동 슬러지 원료 투입 단위중량 당 에너지 사용 비용이 증가되는 문제, 브리켓 제조 시 바인더 사용량 증가 대비 원료 투입량 감소 문제가 발생할 수 있다.

상기 바인더 호퍼(12) 또는 플럭스 호퍼(13)은 물을 더 포함하여 상기 믹서(41)로 공급할 수 있고, 상기 동 슬러지 : 물의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 동 슬러지 : 물의 중량비가 100 : 3 내지 7이 되도록 포함될 수 있다. 상기의 범위로 물을 포함시킴으로써 하기 압축부에서 압축 성형 시, 성형성을 더 양호하게 할 수 있다.

상기 믹서(41)는 나선상의 임펠러에 의해 혼합되는 리본 믹서일 수 있다. 상기 믹서를 통해 상기 회전 소성로(21)로부터 배출되는 저품위 동 슬러지, 상기 바인더 호퍼로(12)부터 공급되는 바인더, 상기 플럭스 호퍼(13)로부터 공급되는 플럭스가 교반이 수행될 수 있다.

상기 교반은 0.5 시간 내지 3 시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 시간 내지 1.5 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 교반이 0.5 시간 미만의 시간동안 수행된다면, 상기 저품위 동 슬러지, 바인더 및 플럭스 등이 균일하게 혼합되지 못할 우려가 있고, 상기 교반이 3 시간 초과의 시간동안 수행된다면, 상기 저품위 동 슬러지, 바인더 및 플럭스 등의 균일 혼합에 있어 과도한 에너지 낭비가 발생할 수 있다.

상기 압축부(51)는 소정의 간격을 두고 구비되는 2 개의 롤러로 구성되어 있을 수 있고, 상기 롤러의 표면은 톱니바퀴 형태일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 상기 믹서(41)로부터 배출되는 물질이 압축부(41)의 한 쌍의 롤러 간격 사이로 공급되면서 압축 성형될 수 있다.

상기 압축부(51)는 상기 압축부를 통해 배출되는 물질이 다시 압축 성형되도록 복수개가 직렬로 구비될 수 있다.

상기 압축부(51)를 통해 최종적으로 서브머지드 아크로(SAF)에 공급할 수 있는 브리켓을 제조할 수 있다.

이하, 제조예, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 제조예, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

<제조예 1> 저품위 동 슬러지 브리켓 제조

단계 1 : 구리 20.08 wt%; 철 21.89 wt%; 칼슘 3.89 wt%; 은 500 ppm; 금 50 ppm; 백금 24 ppm; 팔라듐 24 ppm; 및 나머지 물 및 유기물 잔량을 포함하는 저품위 동 슬러지 5000 g을 구비하였다. 상기 슬러지를 회전 소성로에 투입하고, 450 ℃의 온도에서 2 시간 동안 소성하였다.

단계 2 : 상기 소성된 저품위 동 슬러지와 벤토나이트로 구성된 바인더의 중량비가 100 : 5.54가 되도록 바인더를 믹서에 공급하였다.

상기 소성된 저품위 동 슬러지와 물의 중량비가 100 : 5.54가 되도록 물을 믹서에 공급하였다.

상기 저품위 동 슬러지, 바인더 및 물이 혼합된 혼합물이 공급된 후 믹서를 1 시간 동안 가동하여 교반하였다.

단계 3 : 상기 믹서에서 교반된 혼합물을 압축부로 공급하여 압축 성형된 저품위 동 브리켓을 제조하였다.

<실시예 1> 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조

상기 제조예 1에서 제조한 브리켓을 구비하였다.

단계 4 : 상기 브리켓을 서브머지드 아크로(SAF)에 투입하고, 용융환원 시 슬래그의 조성이 산화철(FeO) 47 wt%; 실리카(SiO₂) 35.3 wt%; 및 산화칼슘(CaO) 17.7 wt%;를 포함하도록 실리카 및 산화칼슘을 추가 투입하였다. 그 다음, 서브머지드 아크로의 탄소전극봉을 통해 1300 ℃의 온도에서 용융환원하였다.

단계 5 : 상기 용융환원에서 생성되는 조동과 슬래그를 스키밍을 통해 분리하여 조동 1000 g을 제조하였다.

<실험예 1> 저품위 동 슬러지의 소성 전후 함량, 브리켓 제조 후 함량 분석

상기 제조예 1의 단계 1의 소성 수행 전후 각 성분의 함량, 단계 2의 혼합 시 함량 및 제조된 브리켓의 함량을 측정하였으며 그 결과를 표 1 내지 표 2에 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 소성로 투입 전후의 저품위 동 슬러지 함량을 비교해 봤을 때, 소성 후 전체 저품위 동 슬러지 대비 35 wt%의 유기물 및 물이 제거된 것을 확인할 수 있었고, 그에 따른 가스가 발생한 것을 확인하였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 믹서 투입 전의 저품위 동 슬러지, 후의 브리켓의 함량을 비교하였다. 바인더 및 물의 첨가 후 제조된 브리켓은 27.81 wt%의 동 함량을 나타내었고, 기타 유가 금속의 함량도 초기 투입 당시 저품위 동 슬러지 대비 증가한 것을 확인하였다.

<실험예 2> 제조된 조동의 함량 분석

상기 실시예 1에서 서브머지드 아크로에 투입한 각 원료의 함량과, 제조된 조동 및 슬래그의 함량을 측정하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 브리켓에 포함될 수 있는 동 산화물은 동 용탕으로 환원될 수 있고, 나머지 유가금속은 동 용탕에 고용되어 조동으로 주조될 수 있는 것을 확인하였다. 또한, 브리켓 원료 중 철과 같은 불순성분은 슬래그화되어 제거되는 것을 확인하였다.

저품위 동 슬러지 5000 g 을 이용하여, 소성, 혼합, 브리켓의 제조공정을 거쳐, 서브머지드 아크로(SAF)를 이용한 고온 환원용융까지의 공정을 통해 조동을 제조할 수 있었다. 저품위 동 슬러지 5000 g 투입시, 조동은 대략 1000 g을 얻을수 있었고, 성분분석 결과 구리 98 wt%, Au 244 ppm, Ag 2440 ppm 을 함유하는 것으로 나타났다.

상기 유가금속이 함유되어 있는 조동은 습식제련에 의해 유가금속 및 동을 분리 정제할 수 있다. 다시 말해, 조동을 전해정련하게 되면 고순도의 동을 얻을 수 있고, 유가금속이 함유된 슬라임을 얻을 수 있다. 유가금속이 함유된 슬라임은 습식 침출공정을 통해 은, 금과 같은 유가금속을 분리 및 정제할 수 있다.

지금까지 본 발명의 일 측면에 따른 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

11 : 저품위 동 슬러지 호퍼
12 : 바인더 호퍼
13 : 플럭스 호퍼
21 : 회전 소성로
31 : 컨베이어
41 : 믹서
51 : 압축부
100 : 저품위 동 슬러지 브리켓 제조장치

Claims

철을 포함하는 저품위 동 슬러지를 소성하는 단계(단계 1);
상기 소성된 저품위 동 슬러지에 바인더, 플럭스 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계(단계 2);
상기 혼합물을 압축 성형하여 브리켓(briquette)을 제조하는 단계(단계 3);
상기 브리켓을 서브머지드 아크로(Submerged Arc Furnace)에 장입하고, 실리카 및 산화칼슘을 포함하는 플럭스를 첨가하며 용융환원시키는 단계(단계 4); 및
상기 용융환원에서 생성되는 조동과 슬래그를 분리하는 단계(단계 5);를 포함하고,
상기 단계 4는 산화철(FeO) 40 wt% 내지 57 wt%; 실리카(SiO₂) 33 wt% 내지 37 wt%; 및 산화칼슘(CaO) 10 wt% 내지 23 wt%;를 포함하는 슬래그가 형성되도록 상기 플럭스 첨가가 수행되는, 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 저품위 동 슬러지는,
동 함량이 5 wt% 내지 25 wt%인 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 소성 온도는,
350 ℃ 내지 550 ℃인 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 바인더는,
당밀, 전분, 벤토나이트, 물유리 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 2 및 단계 4의 플럭스는,
산화칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 첨가는,
상기 동 슬러지 : 바인더의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 혼합물은 물을 더 포함하고,
상기 동 슬러지 : 물의 중량비가 100 : 1 내지 10이 되도록 포함되는 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
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제1항에 있어서,
상기 단계 4의 용융환원은,
1300 ℃ 내지 1500 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 저품위 동 슬러지로부터 조동 제조방법.
삭제