KR102175974B1 - 금속 지르코늄 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 사염화지르코늄과 용융마그네슘을 환원반응하여 금속 지르코늄을 제조하는 금속 지르코늄 제조장치는 상기 용융마그네슘이 담기는 환원조, 및 상기 용융마그네슘의 용탕계면으로 상기 사염화지르코늄을 공급하도록 상기용융마그네슘이 담긴 상기 환원조의 내측면에 인접하여 상기 용융마그네슘의 상부측에 배치되는 공급구를 포함할 수 있다.

Description

금속 지르코늄 제조장치{METAL ZIRCONIUM MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은 설정된 온도 상태를 갖는 환원조에서 용융마그네슘과 사염화지르코늄을 환원반응시켜 스폰지 형태의 금속지르코늄을 안정적으로 제조하는 금속 지르코늄 제조장치에 관한 것이다.
종례에는 크롤(Kroll)법에 의해 스폰지 형태의 지르코늄을 제조하는 경우, 냉각 코일에 응축/부착되어 있는 사염화지르코늄을 로에서 승화시키고, 이를 반응조의 바닥부에 용융되어 있는 마그네슘과 반응시켜 금속 지르코늄을 제조한다(US 1979-028841).
이러한 방식은 여러 가지 문제점으로 인하여 사염화지르코늄 승화장치와 환원로를 분리하였다. 즉, 사염화지르코늄을 별도의 용기에서 가열하여 가스상의 사염화지르코늄을 제조하여 용융마그네슘이 들어있는 환원로로 공급한다(JP 1976-033557).
이와 같은 사염화지르코늄 공급 방식은 반응부산물인 염화마그네슘이 용융마그네슘 탕면의 중앙에서 생성되어 곧바로 침강하지 못하고 환원반응면을 감소시켜 환원반응 속도를 저하시킨다.
즉, 생성된 염화마그네슘의 비중이 용융마그네슘보다는 높지만, 반응온도에서는 큰 차이가 없고 점도는 마그네슘보다 높기 때문에 곧바로 침강하지 못하고 용융마그네슘표면에 잔류하게 된다.
반응이 진행함에 따라 생성된 염화마그네슘의 양이 늘어나게 되면서 용융마그네슘 표면의 대부분을 커버하게 되면서 용융마그네슘을 아래쪽으로 밀어내면서 서서히 하강한다.
과잉으로 존재하는 용융마그네슘은 염화마그네슘에 의해서 아래쪽으로 밀려나면서 도가니 벽면을 타고 상부로 상승하게 된다. 이때 투입되는 사염화지르코늄은 더 이상 도가니 중앙부의 표면에서는 마그네슘이 없기 때문에 도가니 벽면에 노출되어 있는 마그네슘과 반응한다.
이러한 시점에서, 사염화지르코늄의 공급량이 증가하여 염화마그네슘의 생성량이 급격하게 증가하고, 생성된 염화마그네슘의 입자의 크기가 3 μm이하이기 때문에 용융마그네슘을 통해서 하강하는데 시간이 소요되고, 중간부분의 용탕계면에서 응집되어 중앙부분으로 성장한다.
이러한 상태에서, 사염화지르코늄 공급이 중지되고 계속하여 온도를 유지하게 되면 지르코늄 입자가 서서히 용융마그네슘과 염화마그네슘을 통해서 하강하여 바닥에 쌓인다.
도 2는 일반적인 금속 지르코늄 제조장치의 개략적인 구성도이고, 도 2를 참조하면, 환원조(150)의 하부에 용융마그네슘(130)이 담기고, 상기 용융마그네슘(130)의 상부 중심부에 사염화 지르코늄(110)을 분사하는 공급구(100)가 구비된다.
상기 공급구(100)에서 공급되는 사염화 지르코늄(110)은 용융마그네슘(130)과 환원 반응하여 금속지르코늄(140)을 생성하고, 부산물로 염화마그네슘(120)이 중앙부에 형성되고, 염화마그네슘(120)이 용융마그네슘 중앙부에서 하강하지 않고, 부유한 상태에서 사염화지르코늄(110)과 용융마그네슘(130)의 환원반응 속도를 저하시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 용융마그네슘과 사염화지르코늄이 반응하면서 금속지르코늄과 염화마그네슘이 생성되고, 생성된 염화마그네슘이 용융마그네슘 중앙부 상부에서 부유한 상태로 환원반응의 속도를 저하시키는 것을 미연에 방지하는 금속 지르코늄 제조장치를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 사염화지르코늄과 용융마그네슘을 환원반응하여 금속 지르코늄을 제조하는 금속 지르코늄 제조장치는 상기 용융마그네슘이 담기는 환원조, 및 상기 용융마그네슘의 용탕계면으로 상기 사염화지르코늄을 공급하도록 상기 용융마그네슘이 담긴 상기 환원조의 내측면에 인접하여 상기 용융마그네슘의 상부측에 배치되는 공급구를 포함할 수 있다.
상기 공급구는 서로 마주하는 상기 환원조의 내측면에 각각 배치되는 제1공급구와 제2공급구를 포함할 수 있다.
상기 제1공급구와 상기 제2공급구는 서로 동일한 양의 사염화지르코늄을 분사할 수 있다.
상기 공급구가 인접하여 배치되는 상기 환원조의 내측면의 온도는 상기 용융마그네슘의 중심부 온도보다 더 높을 수 있다.
상기 공급구가 인접하여 배치되는 상기 환원조의 내측면의 온도는 상기 용융마그네슘의 중심부 온도보다 섭씨 50도 높을 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 반응조의 내측 벽면에 사염화지르코늄을 공급하는 공급구를 배치함으로서 생성된 염화마그네슘이 용융마그네슘의 중상부에 부유하지 않고, 환원조 벽면을 따라서 하강하여 사염화지르코늄과 용융마그네슘의 환원반응 속도가 저하되는 것이 방지된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 지르코늄의 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 일반적인 금속 지르코늄 제조장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 지르코늄의 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 금속 지르코늄 제조장치는 환원조(150), 용융마그네슘(130), 스폰지형태 금속지르코늄(140), 염화마그네슘(120), 사염화지르코늄(110), 및 공급구(100)를 포함한다.
상기 환원조(150)의 내측면(152)에 인접하여 상기 공급구(100)가 배치된다. 상기 공급구(100)는 상기 환원조(150)의 일측 내측면에 인접하여 배치되는 제1공급구 및 상기 환원조의 타측 내측면에 인접하여 배치되는 제2공급구를 포함한다.
상기 환원조(150)의 내부 하부에는 설정된 레벨의 용융마그네슘이 담기고, 상기 제1공급구(100a)와 상기 제2공급구(100b)는 상기 용융마그네슘(130)의 용탕계면 상으로 미리 설정된 양의 사염화지르코늄(110)을 공급한다.
상기 사염화지르코늄(110)과 상기 용융마그네슘(130)이 환원반응하면서 스폰지 형태의 금속지르코늄(140)이 형성되고, 부산물로써 염화마그네슘(120)이 형성된다.
상기 염화마그네슘(120)은 상기 용융마그네슘(130)의 용탕계면에 형성되고, 그 상부면은 외부로 노출되는 구조로 하부로 하강하여, 상기 용융마그네슘(130)이 지속적으로 외부로 노출되도록 하는 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예에서 상기 제1공급구(100a)와 상기 제2공급구(100b)는 상기 용융마그네슘(130)의 용탕계면(160) 위로 설정된 높이에 배치되고, 서로 동일한 양의 사염화지르코늄(110)을 상기 용융마그네슘(130) 위로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사염화지르코늄(110)과 용융마그네슘(130)이 반응하여 생성되는 염화마그네슘(120)의 점도는 온도가 증가할수록 낮아지고, 상기 환원조(150)의 내측면(152)의 온도는 상기 용융마그네슘(130)의 중심부보다 약 50℃가량 높다.
따라서 사염화지르코늄(110)의 공급구(100)를 환원조(150)에서 서로 마주하는 내측면(152)에 인접하여 설치하여 염화마그네슘(120)의 생성을 내측면(152)으로 유도하고, 상기 내측면(152)에 의해서 온도가 높아진 염화마그네슘(120)의 점도가 낮아지고, 염화마그네슘(120)이 용융마그네슘(130)을 통해서 침강하는 속도가 증가한다.
따라서, 염화마그네슘(120)이 용융마그네슘(130)의 용탕계면(160)에 부유하지 않고, 내부로 이동하기 때문에, 상부에서 공급되는 사염화지르코늄(110)과 용융마그네슘(130)이 용탕계면(160)에서 반응하는 것을 방해하지 않는다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100a: 제1공급구 100b: 제2공급구
100: 공급구 110: 사염화지르코늄
120: 염화마그네슘 130: 용융마그네슘
140: 금속지르코늄 150: 환원조
152: 내측면 160: 계면

Claims (5)

  1. 사염화지르코늄과 용융마그네슘을 환원반응하여 금속 지르코늄을 제조하는 금속 지르코늄 제조장치로서,
    상기 용융마그네슘이 담기는 환원조; 및
    상기 용융마그네슘의 용탕계면으로 상기 사염화지르코늄을 공급하도록 상기용융마그네슘이 담긴 상기 환원조의 내측면에 인접하여 상기 용융마그네슘의 상부측에 배치되는 공급구;
    를 포함하고,
    상기 공급구는 염화마그네슘의 생성을 환원조의 내측면으로 유도하기 위해 서로 마주하는 상기 환원조의 내측면에 각각 배치되는 제1공급구와 제2공급구를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 지르코늄 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1공급구와 상기 제2공급구는 서로 동일한 양의 사염화지르코늄을 분사하는 것을 특징으로 하는 금속 지르코늄 제조장치.
  4. 제1항에서,
    상기 공급구가 인접하여 배치되는 상기 환원조의 내측면의 온도는 상기 용융마그네슘의 중심부 온도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 금속 지르코늄 제조장치.
  5. 제4항에서,
    상기 공급구가 인접하여 배치되는 상기 환원조의 내측면의 온도는 상기 용융마그네슘의 중심부 온도보다 섭씨 50도 높은 것을 특징으로 하는 금속 지르코늄 제조장치.
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