KR101923287B1 - 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 소결 펠릿 - Google Patents

페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 소결 펠릿 Download PDF

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Abstract

페로니켈 프로세스에서 발생된 분진 및 분광을 이용하기 위해서, 펠릿화 공급물이 분진 및 미세 분할된 광석 재료로부터 제조된다. 펠릿화 공급물은 생 펠릿들을 제조하도록 펠릿화되고, 상기 생 펠릿들은 펠릿들의 건조, 가열, 소결 및 냉각을 위한 하나 이상의 구역들을 포함하는 스틸 벨트 소결로에서 소결된다. 소결 펠릿들은 니켈과 철의 사전 환원을 위해 로터리 킬른으로 공급될 수 있다. 대안적으로, 펠릿들은 로터리 킬른으로부터 수용되는 사전 환원된 라테라이트 광석과 함께 페로니켈 제련기로 공급될 수 있다. 페로니켈 분진 펠릿들의 소결을 위한 최적 조건들이 결정되었다.

Description

페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 소결 펠릿{METHOD FOR EXPLOITING DUSTS GENERATED IN A FERRONICKEL PROCESS AND SINTERED PELLETS PRODUCED BY THE METHOD}
본 발명은 페로니켈 프로세스에서 발생되는 분진을 이용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조된 소결 펠릿들에 관한 것이다.
페로니켈 프로세스에서 주요 광물 원료로서 사용되는 니켈 함유 라테라이트 광석은 특성상 잘 부서지고 분진이 많다. 라테라이트의 니켈 함량은 보통 0.95 ~ 3 w-% 이다. 따라서, 다량의 광석 재료가 페로니켈 프로세스에서 취급될 필요가 있다. 제련시 슬래그 대 금속 비가 높고, 일반적으로 심지어 10 을 초과한다. 그 결과, 페로니켈 프로세스의 전력 소비가 높다.
라테라이트 광석은 일반적으로 10 w-% 를 초과하는 다량의 다른 유형들의 휘발성 화합물들을 함유한다. 휘발성 화합물들 중 한 가지는 침철석이고, 그것의 구조는 또한 니켈, 및 Mg 와 (Mg, Al) 의 수화 규산염을 함유한다. 니켈은 또한 규산 마그네슘에 존재할 수 있다. 또한, 라테라이트 광석은 또한 매장층 위치에 따라 10 ~ 20 w-% 의 수분을 함유한다.
페로니켈 프로세스는 광석의 분쇄 및 스크리닝으로 시작하고, 이와 관련하여 미세 분할된 광석 분진이 발생된다. 오늘날, 이 분진은 대부분 더미로 저장되고, 분진의 단지 적은 부분만 페로니켈 프로세스에서 이용된다.
분쇄 및 스크리닝된 광석은, 먼저, 광석의 수분 함량의 일부가 제거되는 건조 드럼으로 공급된다. 이 때, 소량의 젖은 분진이 발생된다. 현재, 젖은 분진의 이용은 어렵고 비효율적이다.
건조 드럼으로부터 광석은 로터리 킬른 (rotary kiln) 으로 공급되고 로터리 킬른에서 광석의 최종 건조 및 하소와 니켈 및 철의 사전 환원이 발생한다. 광석의 높은 크럼블링 경향으로 인해, 많은 미세 분할된 재료와 분진이 이 스테이지에서 광석으로부터 생성된다.
로터리 킬른으로부터 제거되는 미세 분할된 재료의 양은, 일반적으로, 로터리 킬른으로 공급된 광석의 중량의 20 % 를 초과한다. 로터리 킬른으로부터의 분진은 먼저 건조 사이클론에서 분리된 후 습식 스크러버에서 분리된다.
사이클론 분진 및 스크러버 분진 모두의 결정립도는 매우 작고, 보통 50 ㎛ 미만이다. 분진 입자들의 높은 기공율로 인해 분진의 비표면은 높다.
페로니켈 프로세스에서 발생된 분진의 양은 상당하고 분진은 대부분 하소되기 때문에 분진 중 니켈 함량은 원래 광석에서보다 더 높다. 분진은 또한 로터리 킬른에서 환원제로서 사용된 석탄으로부터 비롯되는 탄소를 함유한다. 상당량의 니켈이 이 분진에 결속된다. 현재, 이 분진에 결속된 니켈의 이용은 분진 취급시 여러 가지 어려움으로 인해 매우 낮은 레벨에 머무른다.
본 방법의 목적은 종래 기술의 문제점들을 제거하거나, 적어도 감소시키는 것이다.
보다 정확하게, 본 방법의 목적은 페로니켈 프로세스에서 형성된 니켈 함유 분진을 이용하기 위한 새로운 방법을 제공하는 것이다.
보다 정확하게, 현재 제시된 방법은, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 그리고 3 ㎜ 미만의 입도를 가지는 미세 분할된 라테라이트 광석으로부터 펠릿화 (pelletizing) 공급물을 제조하는 것을 포함하고, 그 후 펠릿화 공급물은 생 (green) 펠릿들을 제조하기 위해서 펠릿화된다.
생 펠릿들은 소결 펠릿들을 제조하도록 스틸 벨트 소결로에서 소결된다. 스틸 벨트 소결로는 펠릿들을 건조, 가열, 소결 및 냉각하기 위한 하나 이상의 구역들을 포함한다. 최종적으로, 소결 펠릿들은 니켈 및 철의 사전 환원을 위해 로터리 킬른으로 공급되거나 로터리 킬른으로부터 수용되는 사전 환원된 라테라이트 광석과 함께 페로니켈 제련기 (smelter) 로 공급된다.
Outotec 의 스틸 벨트 소결 (SBS) 프로세스가 소결에 사용될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 미세 분할된 라테라이트 광석의 입도는 2 ㎜ 미만이다.
일 실시형태에 따르면, 건조 사이클론 세정기로부터의 분진 및/또는 습식 스크러버로부터의 분진이 상기 펠릿화 공급물로 도입될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 펠릿화 공급물로 도입된 미세 분할된 라테라이트 광석의 양은 펠릿화 공급물의 중량의 0.1 ~ 50%, 바람직하게 1 ~ 45%, 보다 바람직하게 5 ~ 40% 이다. 수행된 테스트들 (본원에서 후술) 을 기반으로, 미세 분할된 라테라이트 광석 (분쇄된 광석) 의 첨가는 펠릿들의 강도 값들을 분명히 개선시키는 것으로 보인다. 적어도 소량의 미세 분할된 라테라이트 광석을 첨가함으로써 니켈을 함유한 프로세스 분진으로부터 내구성이 있는 펠릿들을 제조하는 것이 더 용이하게 보인다.
일 실시형태에 따르면, 벤토나이트는 펠릿화 공급물의 중량의 0.1 ~ 2%, 또는 대안적으로 0.1 ~ 1.5%, 바람직하게 0.5 ~ 1.2% 의 양으로 펠릿화 공급물에 첨가된다. 수행된 테스트들 (본원에서 후술) 을 기반으로, 벤토나이트의 첨가는 펠릿들의 강도를 개선시키는 것으로 보인다.
일 실시형태에 따르면, 스틸 벨트 소결로의 건조 구역으로 공급된 건조 가스의 온도는 100 ~ 500 ℃ 이고 건조 구역에서 체류 시간은 10 ~ 15 분이다. 대안적으로, 스틸 벨트 소결로의 건조 구역으로 공급된 건조 가스의 온도는 250 ~ 420 ℃ 일 수 있고 건조 구역에서 체류 시간은 10 ~ 12 분일 수 있다. 또한, 300 ~ 420 ℃ 의 온도가 사용될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 스틸 벨트 소결로의 가열 구역으로 공급된 가열 가스의 온도는 1000 ~ 1300 ℃ 이고 가열 구역에서 체류 시간은 8 ~ 15 분이다. 대안적으로, 스틸 벨트 소결로의 가열 구역으로 공급된 가열 가스의 온도는 1100 ~ 1200 ℃ 일 수 있고 가열 구역에서 체류 시간은 9 ~ 11 분일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 스틸 벨트 소결 기기의 소결 구역으로 공급된 소결 가스의 온도는 1150 ~ 1350 ℃ 이고 소결 구역에서 체류 시간은 10 ~ 16 분이다. 대안적으로, 스틸 벨트 소결 기기의 소결 구역으로 공급된 소결 가스의 온도는 1200 ~ 1250 ℃ 일 수 있고 소결 구역에서 체류 시간은 10 ~ 16 분일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 소결 구역에서 재료 베드의 온도는 1300 ~ 1500 ℃ 의 범위에 있다. 대안적으로, 소결 구역에서 재료 베드의 온도는 1360 ~ 1400 ℃ 의 범위에 있을 수 있다.
본원에 제시된 방법에 의해 제조되는 소결된 니켈 함유 펠릿들은 2% 보다 훨씬 더 높고, 어떤 경우에는 4% 보다 높은 니켈 함량을 가질 수 있다. 소결 펠릿들의 Fe/Ni 비는 10.0 보다 낮고, 바람직하게 5 보다 낮을 수 있다. 대안적으로, 소결 펠릿들의 Fe/Ni 비는 5.0 보다 낮고, 바람직하게 4.8 보다 낮을 수 있다. 펠릿들의 겉보기 기공율은 20 ~ 40%, 또는 20% ~ 35%, 바람직하게 25 ~ 30% 일 수 있다.
페로니켈 프로세스에서 발생되는 분광 (ore fines) 및 분진으로부터 소결 펠릿들을 제조하는 것은, 이전에 더미로 저장된 폐기물들의 보다 효율적인 이용을 가능하게 한다.
소결 펠릿들은 제련하기 전 사전 환원을 위해 로터리 킬른으로 공급될 수 있다. 대안적으로, 소결 펠릿들은 로터리 킬른으로부터 수용되는 사전 환원된 라테라이트 광석과 함께 제련부로 공급될 수 있다.
새로운 방법은 이전에 더미로 저장된 페로니켈 분진의 비용 효율적인 이용을 가능하게 한다.
상기 방법은, 폐기물들 (페로니켈 프로세스에서 발생된 분진) 의 이용 및 재활용을 가능하게 하므로 환경 친화적이다.
도 1 은 소결 프로세스 중 온도를 측정하기 위해서 펠릿 베드 내부에 설치된 여러 개의 열전대들의 위치를 도시한다.
라테라이트 광석은 매우 잘 부서지고 그것의 취급 중 많은 미세분과 분진이 형성된다. 이 미세분과 분진 중 니켈의 양은 상당하고 유용하다. 분광 및 분진의 혼합물들의 펠릿화 및 소결은 실험실 및 파일럿 플랜트 스케일로 명확하게 설명되었다. 펠릿화와 소결은 실제 프로세스를 시뮬레이션한 펠릿화 디스크 및 배치 (batch) 반응기 (특정 유형의 냄비로) 를 사용해 조사되었다. 타겟은 펠릿들의 소결을 위해 스틸 벨트 소결 기계를 사용하는 것이었다. 스틸 벨트 소결 기계의 다른 구역들에서 온도 프로파일들 및 체류 시간들은 제련에 적합한 소결 펠릿들에 도달하도록 지정되었다.
제 1 세트의 실험들에서는, 건조 사이클론 세정기들 및 습식 스크러버들로부터 분진만 원료로서 다른 비율로 사용되었다. 제 2 세트의 실험들에서는, 건조 분진과 젖은 분진이 다른 비율로 미세 분할된 광석과 혼합되었다. 2 ㎜ 미만의 입도를 가지는 미세 분할된 광석은 50 w-% 까지의 양으로 혼합물에 첨가되었다. 3 ㎜ 미만의 입도를 가지는 미세 분할된 광석이 대안으로서 사용될 수 있다. 본원에 나타낸 테스트 결과들 중 일부에서 2 ㎜ 미만의 입도를 가지는 미세 분할된 광석이 30 w-% 의 양으로 혼합물에 첨가되었다.
테스트들에 사용된 원료들의 화학 분석이 표 1 에 나타나 있다. 건조 사이클론 미세분 및 습식 스크러버 슬라임 (slime) 의 조성은 매우 유사하였다. 사이클론 미세분과 스크러버 슬라임 모두 라테라이트 광석보다 더 많은 니켈 및 전철 (Fetot) 을 함유하였다. 점화 상실 (L.O.I.) 및 수분 함량은 라테라이트 광석에서보다 분진에서 더 낮았다.
Figure 112016060824326-pct00001
광석은 2 ㎜ 미만의 입도에 도달하도록 분쇄 및 스크리닝되었다. 사이클론 분진과 스크러버 슬라임의 결정립도는 각각 50 ㎛ 미만이고 44 ㎛ 미만이었다. 분진은 로터리 킬른의 가스 세정으로부터 받아들여졌다.
벤토나이트는 바인딩제로서 펠릿화 공급물로 첨가되었다. 벤토나이트의 양은 공급물의 건조 중량의 0.1 ~ 1.0% 이었다. 펠릿화 공급물에 첨가된 코크스 또는 다른 탄소 함유 재료의 양은 분진의 탄소 함량에 따라 0 ~ 2% 이었다.
젖은 펠릿들의 수분 함량은 생성된 펠릿들의 초미세 결정립도 및 높은 기공율 때문에 19 ~ 21% 이었다. 젖은 펠릿들의 냉간 압축 강도는 12 ㎜ 직경의 펠릿당 1.3 ~ 2.0 ㎏ 이었다. 냉간 압축 강도는, 일반적으로, 펠릿이 냉각될 때, 즉, 펠릿이 실온 (예컨대 16 ℃, 20 ℃ 또는 24 ℃) 일 때 압축 강도를 지칭한다. 건조 후 생 펠릿들의 냉간 압축 강도는 12 ㎜ 직경의 펠릿당 4 ~ 12 ㎏ 이었다. 생 펠릿들은 소결을 위해 충분히 강했다.
생 펠릿들의 소결은 시뮬레이션된 스틸 벨트 소결 장비에서 실시되었다. 프로세스 파라미터들은 소결 공급물의 조성 및 결과적인 생성물의 특성을 기반으로 조절되었다.
소결 펠릿들의 압축 강도는 생성물 베드의 다른 부분들에서는 펠릿당 80 ~ 210 ㎏ 의 범위에 있었다. 펠릿들은 생 펠릿들의 높은 기공율로 인해 조금 압축되었으므로 펠릿들의 직경은 12 ㎜ 보다 조금 더 작았다.
소결 펠릿들의 화학 분석 결과들은 표 2 에 나타나 있다. 소결 펠릿들의 니켈 함량은 4 w-% 를 초과하였다. 철 (Fetot) 은 주로 Fe3+ 로서 존재하였다. Fe/Ni 비는 최고 약 4.6 이었다.
스틸 벨트 소결 장비에서 건조 스테이지에서 가스 온도는 250 ~ 420 ℃ 이었다. 펠릿들의 높은 수분 함량 때문에 건조 스테이지에서 체류 시간은 10 ~ 12 분이었다.
Figure 112016060824326-pct00002
가열 스테이지로 공급된 가열 가스의 온도는 1100 ~ 1200 ℃ 이었다. 가열 스테이지에서 체류 시간은 9 ~ 11 분이었다. 공급물의 조성 및 존재하는 가연성 석탄의 양에 따라, 가열 스테이지에서 1270 ~ 1370 ℃ 의 생성물 베드 온도에 도달할 수 있다.
소결 스테이지로 공급된 소결 가스의 온도는 1200 ~ 1250 ℃ 이었다. 소결 스테이지에서 체류 시간은 10 ~ 16 분이었다. 양질의 펠릿들이 제조되는 테스트들 중 베드의 온도는 1360 ~ 1400 ℃ 이었다.
소결 펠릿들은 매우 다공성이었다. 펠릿들의 겉보기 기공율은 25 ~ 30% 의 범위에 있었고, 이것은 펠릿들의 환원성이 좋은 이유이다. 혼합물 중 CO 가스 및 5% 코크스와 800 ℃ 에서 실시된 사전 환원 테스트들에서, 니켈 금속화 정도는 60% 를 초과하였고 철 금속화 정도는 40% 를 초과하였다.
펠릿들의 내마모성은, 로터리 킬른으로부터 수용되는 사전 환원된 라테라이트 광석과 함께, 제련이 뒤따르는 로터리 킬른에서 추가 처리 또는 단지 제련만 견디기에 충분히 높았다.
프로세스의 효과와 기능을 더 잘 이해하도록 파일럿 스케일로 펠릿화 및 소결 테스트들이 수행되었다. 하기에서 테스트에 대해 설명된다. 이 테스트 결과는 프로세스의 기능을 입증하고 상업적 스케일의 프로세스 설계를 위한 실제 기반을 제공한다.
배치 펠릿화 테스트들이 수행되었다. 배치 펠릿화의 목적은 3 가지 다른 재료들의 혼합물 및 그것들의 혼합물들의 펠릿화 특성을 연구하는 것이었다. 테스트 재료들의 화학 분석은 본원에서 이미 표 1 에서 나타낸 바와 같았다.
펠릿화는 2.0 m 의 직경과 0.30 m 의 깊이를 가지는 디스크에서 실시되었다. 디스크의 최대 회전 속도는 20 rpm 이었다. 일부 테스트에서 연마된 라테라이트 광석과 분진은 바인딩제 및 미세 코크스와 혼합되었다. 혼합 시간은 10 분이었다. 일부 테스트에서, 적은 물이 혼합기에 부가되었다.
배치는 디스크에 수동으로 공급되었다. 펠릿화 공급물은 펠릿들의 형성에 따라 물 분무기들로 축축하게 되었다. 펠릿화 시간은 약 50 ~ 60 분이었다. 펠릿의 원하는 크기 (즉, 펠릿의 직경) 는 12 ㎜ 이었다. 디스크의 회전 속도는 펠릿들의 형성에 따라 조절되었다.
생 펠릿들의 품질은 생 건조 펠릿들의 냉간 압축 강도를 측정함으로써 결정되었다. 생 펠릿들의 수분 함량도 또한 측정되었다.
배치 소결 테스트들은, 가스 (예컨대 부탄) 버너 (21), 버닝 또는 연소 챔버 (22), 소결 반응기 (28) 및 가스 라인들 (23) 을 포함하는, 도 1 에 도시된 배치 소결 시스템을 사용해 수행되었다. 가스 라인들 (23) 은, 연소 가스를 반응기 (28) 로 안내하고 오프 가스 (또는 아웃-가스) 를 가스 라인들 (27) 을 통하여 가스 세정 시스템 (도면에 미도시) 으로 안내하기 위한 수냉식 밸브들 (24) 을 구비하였다. 도면 부호 25 는 가스 온도를 제어하기 위한 추가 공기의 입구이다.
소결 프로세스는 자동 프로세스 제어 시스템에 의해 연속적으로 제어되었다. 반응기 (28) 는 금속 그레이트 (26; metal grate) 를 포함하고 내화 및 절연 가주성 (castable) 혼합체들로 라이닝된다.
도 1 은 소결 프로세스 중 온도를 측정하기 위해서 펠릿 베드 내부에 설치된 여러 개의 열전대들의 위치를 도시한다. 도면 부호 3 및 11 은 공급 가스의 열전대들을 나타내고, 도면 부호 4, 5, 7, 12 및 13 은 펠릿 베드의 열전대들을 나타내고, 도면 부호 8 은 보호층의 열전대를 나타내고, 도면 부호 9 는 그레이트의 열전대를 나타내고, 도면 부호 10 은 오프 가스의 열전대를 나타낸다. 배치 소결 테스트들에서, 소결 중 펠릿 베드 내부의 온도 프로파일들이 측정되었다. 이 값들은 소결 온도에 대한 정보를 제공한다. 또, 소결 반응기의 상부로부터 하부를 향하여 테스트 중 압력 강하가 있었다.
부탄 가스는, 프로세스 스테이지에 따라, 공기로 또는 산소 농후화로 연소되었다. 배치 소결 프로세스는, 다음 스테이지들: i. 연소 가스로 건조, ii. 산소 농후화를 이용한 연소 가스로 가열, iii. 산소 농후화를 이용한 연소 가스로 소결, 및 iv. 공기로 냉각을 포함하였다.
각각의 구역에 대해, 가스의 양과 체류 시간이 미리 선택되었다. 연소 가스의 온도는, 부탄의 양, 공기 비, 및 산소 농후화에 의해 제어되었다. 연소 가스는 위에서부터 반응기로 진입하였다. 냉각 공기 (5) 는 위에서부터 반응기로 운반되었다. 수분이 있는 펠릿들 (도 1 에서, 도면 부호 29 로 나타낸 영역) 은 크로마이트 소결 펠릿들의 바닥층 (보호층, 도면 부호 30 으로 나타냄) 에서 반응기로 장입되었다. 수분이 있는 펠릿들의 중량은 약 15 ~ 18 ㎏ 이었다.
프로그램이 종료되고 시스템이 (실온으로) 냉각된 후 소결 펠릿들은 반응기로부터 배출되었다. 소결 펠릿 베드는 실험실 테스트들에 대해 3 개의 다른 섹션들 (상부층, 중간층 및 하부층) 로 나누어졌다. 바닥층은 모든 테스트 후 변경되었다.
테스트들에서 사용된 원료들의 화학 분석은 표 1 에 나타나 있다. 사이클론 분진과 스크러버 슬러리의 니켈 함량은 표 1 에 나타낸 것처럼 광석의 것보다 분명히 더 높다. 분진은 거의 완전히 하소되어서 그것의 니켈 함량은 높았다.
일부 테스트들에서는 벤토나이트가 바인딩 재료로서 사용되었다. 표 3 은 테스트들에서 사용된 벤토나이트의 화학 분석을 보여준다.
Figure 112016060824326-pct00003
파일럿 플랜트 배치 소결 테스트들에서 사용된 미세 코크스의 화학 분석은 표 4 에 나타나 있다.
Figure 112016060824326-pct00004
표 5 는 Ni 라테라이트 광석의 스크린 크기를 보여준다.
원래 광석 샘플들의 결정립도는 25 ㎜ 미만이었고 평균 결정립도는 약 5 ㎜ 이었다. 분쇄된 광석의 결정립도는 2.38 ㎜ 미만이었고 그것은 74 ㎛ 미만을 51.5 w-% 함유하였다.
분진은 매우 미세하였고 측정된 비표면적들은 사이클론 분진에 대해 16.14 ㎡/g 이었고 스크러버 슬러리에 대해 35.05 ㎡/g 이었다. 사이클론 분진의 결정립도는 50 ㎛ 미만이었고 평균 크기는 15 ㎛ 이었고 스크러버 슬러리의 결정립도와 평균 크기는 대응하여 44 ㎛ 및 4.6 ㎛ 이었다.
Figure 112016060824326-pct00005
펠릿화 및 소결을 위한 미세 코크스의 스크린 분석은 다음과 같았다:
41 % - 74 ㎛
25 % - 37 ㎛
벤토나이트의 결정립도는 40 ㎛ 미만이었다.
테스트 재료들의 주요 상들이 표 6 에 제공된다.
Figure 112016060824326-pct00006
광석의 결정립 구조는 루즈 (loose) 하였고 많은 파단이 나타났다. 결정립들은 또한 다른 상들도 포함하였다. 따라서, 그것은 마모에 대한 내구성이 없고 로터리 킬른에서 상당한 분진 형성이 예측될 수 있다.
광석의 미세 구조는 주로 다른 규산염과 산화철로 구성되었다. 분진은 다른 하소된 규산 마그네슘, 실리카, 자철석 및 적철석을 함유하였다. 니켈은 분진 중 트레보라이트로서 나타났다.
표 7 은 테스트된 배치들 및 젖은 펠릿들의 수분 함량을 보여준다. 일부 배치들에서 볼 수 있는 것처럼, 약 30% 의 미세 분할된 라테라이트가 펠릿화 공급물에 첨가되었다.
Figure 112016060824326-pct00007
먼저, 펠릿화 테스트들이 실험실에서 수행되었지만, 생 펠릿들의 강도는 너무 약하였다. 일부 펠릿화 테스트들은 파일럿 플랜트에 위치한 더 큰 디스크로 실시되었다. 더 큰 디스크 때문에, 펠릿들의 콤팩트하고 만족스러운 강도를 형성하는 것이 더 용이하게 되었다. 매우 가볍고 미세한 재료들이 펠릿화될 때 이런 종류의 효과가 자주 발생한다. 펠릿화 펠릿들 (더 큰 디스크) 의 공급 혼합물 및 평균 강도 (습윤 강도 및 건조 강도) 는 표 8 에 제공된다. 이 테스트들에서 벤토나이트의 양은 1 % 이었고 혼합기에서 프리웨팅 (pre-wetting) 정도는 5 % 이었다.
Figure 112016060824326-pct00008
선택된 테스트들에서 펠릿들의 습윤 강도 및 건조 강도는 소결 프로세스를 위해 충분히 높았다. 벤토나이트를 첨가하면 펠릿들의 강도를 개선하는 것으로 보였다. 분쇄된 광석의 첨가 (약 30%) 는 펠릿들의 강도 값들을 분명히 개선하였다. 분진의 펠릿화시 수분 함량은 약 20% 이었다.
선택된 테스트들에서 소결 펠릿들의 냉간 압축 강도들은 표 9 에 제공된다 (직경이 12 ㎜ 로 맞추어짐).
Figure 112016060824326-pct00009
프로세스 파라미터들이 원하는 값들일 때 소결 펠릿들의 강도는 많은 테스트들에서 양호하였다. 강도는 미세 분진 및 보다 조대한 분쇄된 라테라이트 광석을 갖는 분진 모두에 대해 양호하였다. 양질의 펠릿들이 펠릿 베드 전체에 걸쳐 배치의 중심 영역에 형성되었다 (수직). 벽들 가까이에서 펠릿들은 중심 영역에서보다 약 100 ℃ 낮은 온도로 인해 충분히 반응하지 않았다. 이것은 배치 반응기에서 불규칙한 방사상 온도 프로파일에 기인하였다. 하지만, 연속 프로세스 (예로, Outotec 의 스틸 벨트 소결 (SBS) 프로세스) 에서는, 가장자리 영역들에서 온도가 중심 영역 온도에 이르까지 매우 균등하여서, 테스트 반응기의 단점들을 가지지 않을 것이다.
미세 코크스는 또한 일부 테스트에서 공급 혼합물에 첨가되었고 그것은 금속 니켈 형성을 유발하였다. 그 후, 환원 가스가 펠릿들로부터 분출되어 파쇄를 초래하였다. 용융 상은 또한 테스트들 후 펠릿들의 표면에서 관찰되었다. 이 현상들을 관찰한 후, 공급 혼합물에 코크스가 추가로 부가되지 않았다.
2 가지 선택된 배치들의 화학 분석은 소결 펠릿들의 품질을 잘 나타낸다. 값들은 표 10 에서 w-% 로 제공된다.
휘발성 성분들, 즉, L.O.I (여기에서는, 수산화물) 가 분해되어 펠릿들로부터 제거되었음에 주목해야 한다. 이 테스트들에서 철은 잘 산화되었고, 철의 약 90% 는 철분을 함유한 형태이었다.
Figure 112016060824326-pct00010
펠릿들의 다공성 구조는 초기 라테라이트 광석과 비교해 니켈 및 철의 환원성을 증가시킨다. 니켈은 페라이트 결정립들 및 포스테라이트에 있는 것처럼 보였다. 일부 페라이트 입자들은 니켈이 풍부하였다. 페라이트는 여기에서 다량의 크롬을 함유하였다.
소결된 분진 펠릿들의 마모 테스트들은 0.59 ㎜ 미만의 크기를 가지는 상당히 많은 양의 분진을 유발하였다. 베드에서 전술한 불규칙한 온도 프로파일 때문에, 이 결과는 놀라운 것이 아니었고, 그러므로 이것은 연속 프로세스에서 문제가 되지 않을 것이다. 펠릿 베드의 중심 영역으로부터 펠릿들은 양호한 내마모성을 가지고, 이것은 상업적 스케일로 상황에 대응한다.
테스트들로부터 소결 펠릿들의 일부 물리적 값들 (기공율 및 밀도) 이 표 11 에 제공된다.
Figure 112016060824326-pct00011
겉보기 기공율 값들은 높았고 그것은 높은 환원을 진행한다.
코크스와 CO 가스가 환원제로서 사용된 수직 관상로에서 소결 펠릿들의 사전 환원 테스트들이 수행되었다. 이 관상로는 수직 사전 환원 용기를 시뮬레이션하였다. 노는 그레이트를 구비하였고 가스는 펠릿 베드를 통하여 위로 유동하였다. 3 개의 열전 소자들이 노의 상단으로부터 다른 높이에서 베드 내부에 설치되었다.
노는 2 시간 동안 800 ℃ 까지 가열되었고 이 온도에서 2 시간 동안 유지되었다. 그 후, 불활성 가스가 노로 안내되었고 가열 전류를 끊었다.
소결 펠릿들은 매우 다공성이었다. 펠릿들의 겉보기 기공율은 25 ~ 30% 의 범위에 있었고, 이것이 펠릿들의 환원성이 양호한 이유이다.
혼합물 중 CO 가스 및 5% 코크스로 800 ℃ 에서 실시된 사전 환원 테스트들에서, 니켈 금속화 정도는 60% 를 초과하였고 철 금속화 정도는 40% 를 초과하였다.
상기 조건들을 최적화함으로써 환원률은 증가될 수 있다. 사전 환원된 펠릿의 구조는 후속 취급을 위해 충분히 밀도가 높았고 분상화 (disintegration) 는 적었다.
도 1 에 도시된 장비를 이용한 테스트에서 건조 구역에서의 12 분의 체류 시간은 어떠한 분상화도 없이 이 젖은 펠릿들에 대해 충분히 길었다. 예열시 체류 시간은 9 ~ 10.5 분이었고, 특히 소결시 체류 시간은 12 ~ 15 분이었고, 이것은 또한 테스트 결과 및 육안 관찰에 따라 달라졌다.
최대 420 ~ 440 ℃ 의 공급 가스 온도는 펠릿들을 건조하기에 적합한 것으로 발견되었다. 새로운 (fresh) 펠릿과 바닥 펠릿 사이 경계층이 또한 건조되었다.
예열 구역에서 최대 공급 가스 온도는 체류 시간에 따라 1130 ~ 1190 ℃ 이었다. 그러면, 상부 베드의 최대 온도는 1300 ℃ ~ 1370 ℃ 의 범위에 있었다. 베드의 중간 부분의 최대 온도는 1270 ~ 1370 ℃ 이었다. 경계층의 온도는 1270 ℃ ~ 1330 ℃ 이었다.
소결 구역에서 최대 공급 가스 온도는 1200 ~ 1230 ℃ 이었다. 그러면, 상부 베드의 최대 온도는 1370 ~ 1400 ℃ 이었다. 베드의 중간 부분의 최대 온도는 1360 ~ 1380 ℃ 이었다. 경계층의 온도는 1360 ~ 1370 ℃ 이었다.
실제 연속 프로세스에서 또한 본원에서 제시된 다른 값들 (테스트에서 사용된 값들과 다름) 이 사용될 수 있다.
기술의 발달로, 본원에서 제시된 방법의 기본 사상이 다양한 방식으로 구현될 수도 있음은 본 기술분야의 당업자에게 분명하다. 따라서, 방법 및 그것의 실시형태들은 전술한 실시예들에 제한되지 않고; 그 대신 방법은 청구 범위 내에서 달라질 수도 있다.

Claims (20)

  1. 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법으로서,
    상기 방법은:
    - 상기 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 펠릿화 (pelletizing) 공급물을 제조하는 단계,
    - 생 (green) 펠릿들을 제조하도록 상기 펠릿화 공급물을 펠릿화하는 단계, 및
    - 상기 생 펠릿들을 소결하는 단계를 포함하고,
    - 3 ㎜ 미만의 입도를 가지는 미세 분할된 라테라이트 광석을 상기 펠릿화 공급물로 도입하는 단계,
    - 소결된 펠릿들을 제조하도록 스틸 벨트 소결로에서 상기 생 펠릿들을 소결하는 단계로서, 상기 스틸 벨트 소결로는 상기 펠릿들의 건조, 가열, 소결 및 냉각을 위한 하나 이상의 구역들을 포함하는, 상기 생 펠릿들을 소결하는 단계, 및
    - 상기 소결된 펠릿들을 니켈 및 철의 사전 환원을 위한 로터리 킬른 (rotary kiln) 으로 공급하거나, 또는 로터리 킬른으로부터 수용된 사전 환원된 라테라이트 광석과 함께 페로니켈 제련기 (smelter) 로 공급하는 단계를 특징으로 하는, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 분할된 라테라이트 광석의 입도는 2 ㎜ 미만인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    건조 사이클론 세정기로부터의 분진 및/또는 습식 스크러버로부터의 슬라임 (slime) 이 상기 펠릿화 공급물로 도입되는, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 분할된 라테라이트 광석의 양은, 상기 펠릿화 공급물의 중량의 0.1 ~ 50% 인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    벤토나이트는 상기 펠릿화 공급물의 중량의 0.1 ~ 2% 의 양으로 상기 펠릿화 공급물에 첨가되는, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    벤토나이트는 상기 펠릿화 공급물의 중량의 0.1 ~ 1.5% 의 양으로 상기 펠릿화 공급물에 첨가되는, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 구역으로 공급된 건조 가스의 온도는 100 ~ 500 ℃ 이고, 상기 건조 구역에서 체류 시간은 10 ~ 15 분인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 구역으로 공급된 건조 가스의 온도는 250 ~ 420 ℃ 이고, 상기 건조 구역에서 체류 시간은 10 ~ 12 분인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 구역으로 공급된 가열 가스의 온도는 1000 ~ 1300 ℃ 이고, 상기 가열 구역에서 체류 시간은 8 ~ 15 분인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 구역으로 공급된 가열 가스의 온도는 1100 ~ 1200 ℃ 이고, 상기 가열 구역에서 체류 시간은 9 ~ 11 분인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결 구역으로 공급된 소결 가스의 온도는 1150 ~ 1350 ℃ 이고, 상기 소결 구역에서 체류 시간은 10 ~ 16 분인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결 구역으로 공급된 소결 가스의 온도는 1200 ~ 1250 ℃ 이고, 상기 소결 구역에서 체류 시간은 10 ~ 16 분인, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결 구역에서 생성물 베드의 온도는 1300 ~ 1500 ℃ 의 범위에 있는, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결 구역에서 생성물 베드의 온도는 1360 ~ 1400 ℃ 의 범위에 있는, 페로니켈 프로세스에서 발생된 분진을 이용하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들로서,
    상기 펠릿들은 2중량% 보다 높은 니켈 함량을 가지는 것을 특징으로 하는, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 펠릿들은 4중량% 보다 높은 니켈 함량을 가지는 것을 특징으로 하는, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들.
  17. 제 15 항에 있어서,
    10.0 보다 낮은 Fe/Ni 비를 가지는, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들.
  18. 제 15 항에 있어서,
    5.0 보다 낮은 Fe/Ni 비를 가지는, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들.
  19. 제 15 항에 있어서,
    20 ~ 40% 의 겉보기 기공율을 가지는, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들.
  20. 제 15 항에 있어서,
    20 ~ 35% 의 겉보기 기공율을 가지는, 페로니켈 프로세스의 분진으로부터 제조된 소결 펠릿들.
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