KR102581248B1 - Plasma Pyrometallurgy Apparatus Having Multistage Chamber - Google Patents
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- C22B1/005—Preliminary treatment of scrap
Abstract
본 발명에 따른 다단 챔버를 포함하는 플라즈마 건식 제련장치는, 원광석이 투입되어 용융되는 제1용융로가 형성된 제1챔버, 상기 제1챔버에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 상기 제1용융로에 투입된 원광석을 용융시켜 무기성 물질과 금속 물질을 분리하는 제1플라즈마 토치, 상기 제1용융로 내에서 용융되어 무기성 물질과 분리된 금속 물질이 유입되는 제2용융로가 형성된 제2챔버, 상기 제2챔버에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 상기 제2용융로로 유입된 금속 물질을 용융시켜 목표 금속을 추출하는 제2플라즈마 토치 및 상기 제2용융로 내에서 추출된 목표 금속이 회수되는 회수 컨테이너를 포함한다.The plasma dry smelting device including a multi-stage chamber according to the present invention includes a first chamber in which a first melting furnace is formed in which ore is input and melted, and the raw ore is provided in the first chamber and injected into the first melting furnace using plasma electric heat. A first plasma torch that melts the ore and separates the inorganic material and the metal material, a second chamber in which a second melting furnace is formed into which the metal material melted in the first melting furnace and separated from the inorganic material flows into, the second chamber It is provided in and includes a second plasma torch that melts the metal material introduced into the second melting furnace using plasma electric heat to extract the target metal, and a recovery container in which the target metal extracted in the second melting furnace is recovered. .
Description
본 발명은 플라즈마 건식 제련장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원광석 내에 함유되어 있는 목표 금속을 농축 회수하고, 금속 외의 물질은 슬래그로 배출하여 재활용이 용이하도록 한 플라즈마 건식 제련장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma dry smelting device, and more specifically, to a plasma dry smelting device that concentrates and recovers the target metal contained in ore and discharges materials other than the metal as slag to facilitate recycling.
세계에 현존하는 광물 자원에는 일반적으로 널리 이용되는 철, 구리 이외에도 고가의 귀금속 및 희유금속이 혼재하는 형태로 존재하며, 이러한 원광석으로부터 목적하는 금속을 회수하기 위한 건식 제련은 대부분 대량 생산을 위한 형태로 개발되어 이용되고 있다.In the world's existing mineral resources, in addition to the widely used iron and copper, expensive precious and rare metals exist in a mixed form, and dry smelting to recover the desired metal from these ores is mostly for mass production. It has been developed and is being used.
또한 현재 천연자원에서 생산 가능한 주요 금속들은 산업의 고도화로 인한 생활 수준 향상, 신흥국 경제 성장 및 IT 발달 등에 따라 급속도로 고갈될 위험에 처해 주요 광물자원은 생산은 점차 한계점에 도달하고 있는 실정이다.In addition, major metals that can currently be produced from natural resources are at risk of being rapidly depleted due to the improvement of living standards due to industrial advancement, economic growth in emerging countries, and IT development, and the production of major mineral resources is gradually reaching its limit.
특히 귀금속 및 희유금속을 함유한 천연광물자원은 소수 국가에 편재되어 자원 공급이 원활하지 않거나, 잦은 가격 변동으로 인해 금속 수급에 많은 문제를 일으키고 있다.In particular, natural mineral resources containing precious and rare metals are distributed in a small number of countries, causing many problems in supply and demand of metals due to poor resource supply or frequent price fluctuations.
한편 유용한 금속자원은 천연자원 외에도 폐전기, 폐전자 제품 등에서 발생하는 폐기물이 매우 다양한 유용한 금속을 함유하고 있어, 이들을 제련하여 특정한 금속을 회수하거나, 귀금속 및 희유금속과 같이 저농도로 함유되어 있는 유용한 금속을 고효율로 회수할 경우 경제적으로 이로울 뿐만 아니라 자원 활용 측면에서 큰 역할을 할 수 있다.Meanwhile, in addition to natural resources, useful metal resources include waste generated from waste electrical and waste electronic products, which contain a wide variety of useful metals. By smelting these, specific metals can be recovered, or useful metals contained in low concentrations, such as precious metals and rare metals, can be recovered. If recovered with high efficiency, it is not only economically beneficial but can also play a significant role in resource utilization.
한편, 광석과 같은 금속자원에서 목적금속을 회수하기 위한 제련법은 건식 제련 또는 습식 제련으로 분류된다.Meanwhile, smelting methods for recovering target metals from metal resources such as ores are classified as dry smelting or wet smelting.
이 중 건식제련은 화석 연료나 전기 열원을 이용하여 광석으로부터 금속자원을 가열하여 고온의 건식(용융) 제련 과정을 통해 목적하는 금속을 농축 회수하는 방식을 말한다.Among these, dry smelting refers to a method of concentrating and recovering the desired metal through a high-temperature dry (melting) smelting process by heating metal resources from ore using fossil fuels or electric heat sources.
건식제련을 이용하여 생산되는 금속은 조금속, 매트(matt), 스파이스와 같은 반제품 형태로 회수되며, 이러한 반제품은 금속 외의 불순물을 다량 함유하고 있어 용융(제련)과정을 반복하며 순도를 높여 회수하는 방식으로, 대부분 대형 제련로를 이용하고 있다.Metals produced using dry smelting are recovered in the form of semi-finished products such as bits, mats, and spices. These semi-finished products contain a large amount of impurities other than metals, so they are recovered by repeating the melting (smelting) process to increase purity. As a method, most large-scale smelting furnaces are used.
또한 일반적으로 이러한 건식 제련을 위한 열원으로는 화석 연료와 전기를 이용한 방식을 이용하고 있으며, 화석 연료를 이용하는 건식 제련의 경우 열원의 특성으로 인하여 소형화가 어려워 저 농도의 금속 회수에는 부적절하며, 전기 열을 이용한 제련 방식의 경우 소형화가 가능하여 저 농도의 금속 회수에는 유리하나 대량 생산에는 부적절하다는 특성이 있다.In addition, fossil fuels and electricity are generally used as heat sources for such dry smelting. In the case of dry smelting using fossil fuels, miniaturization is difficult due to the characteristics of the heat source, making it unsuitable for low-concentration metal recovery, and electric heat In the case of a smelting method using , miniaturization is possible, which is advantageous for recovering low-concentration metals, but has characteristics that make it unsuitable for mass production.
원광석에는 다양한 함량의 유용한 금속류들이 존재하고 매우 불규칙하게 분포하고 있어 일부 목적금속을 생산하기 위해 개발된 건식제련 방식을 그대로 적용하기는 부적절하며, 상기에 언급한 바와 같이 광석의 특성에 맞게 저농도에서 고농도 함량 변화에도 금속류의 생산이 가능한 건식제련장치가 필요하다.There are various contents of useful metals in the ore and they are very irregularly distributed, so it is inappropriate to apply the dry smelting method developed to produce some target metals. As mentioned above, the ore has a low to high concentration depending on the characteristics of the ore. A dry smelting device that can produce metals despite changes in content is needed.
더불어 이와 같이 다양한 광석으로부터 금속자원을 생산하기 위한 적합한 건식제련장치가 요구되나, 국내외를 포함하여 관련기술이 미비하고, 제련 방법에 있어 고도의 숙련도가 필요하므로 일부 목적 금속에 한해서만 회수되고 있는 실정이다.In addition, suitable dry smelting equipment is required to produce metal resources from various ores, but the relevant technology, including at home and abroad, is insufficient and a high level of skill is required in the smelting method, so only some target metals are recovered. .
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method to solve these problems is required.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 다양한 금속함량을 보유한 대상으로부터 유용한 금속을 연속적으로 생산이 가능하도록 하는 건식 제련장치를 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention is an invention made to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to provide a dry smelting device that enables continuous production of useful metals from objects having various metal contents.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다단 챔버를 포함하는 플라즈마 건식 제련장치는, 원광석이 투입되어 용융되는 제1용융로가 형성된 제1챔버, 상기 제1챔버에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 상기 제1용융로에 투입된 원광석을 용융시켜 무기성 물질과 금속 물질을 분리하는 제1플라즈마 토치, 상기 제1용융로 내에서 용융되어 무기성 물질과 분리된 금속 물질이 유입되는 제2용융로가 형성된 제2챔버, 상기 제2챔버에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 상기 제2용융로로 유입된 금속 물질을 용융시켜 목표 금속을 추출하는 제2플라즈마 토치 및 상기 제2용융로 내에서 추출된 목표 금속이 회수되는 회수 컨테이너를 포함한다.A plasma dry smelting device including a multi-stage chamber of the present invention for achieving the above object includes a first chamber in which a first melting furnace is formed into which raw ore is input and melted, the first chamber is provided, and the plasma is heated using plasma electric heat. A first plasma torch that melts the ore introduced into the first melting furnace to separate the inorganic material and the metal material, and a second melting furnace through which the metal material melted in the first melting furnace and separated from the inorganic material flows into the second melting furnace. A chamber, a second plasma torch provided in the second chamber and extracting the target metal by melting the metal material introduced into the second melting furnace using plasma electric heat, and recovering the target metal extracted in the second melting furnace. Includes a recovery container.
이때 본 발명은 상기 제1챔버의 하부에 구비되며, 상기 제1용융로에서 발생한 무기성 물질이 회수되는 슬래그 컨테이너를 더 포함할 수 있다.At this time, the present invention may further include a slag container provided at the lower part of the first chamber, where inorganic substances generated in the first melting furnace are recovered.
더불어 본 발명은 상기 제1챔버 및 상기 슬래그 컨테이너를 서로 연결하며, 내부에 상기 제1용융로에서 발생한 무기성 물질이 낙하하는 낙하유로가 형성된 슬래그 회수관 어셈블리를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a slag recovery pipe assembly that connects the first chamber and the slag container to each other and has a falling flow path through which inorganic materials generated in the first melting furnace fall.
그리고 상기 슬래그 회수관 어셈블리는, 상기 제1챔버 및 상기 슬래그 컨테이너를 서로 연결하는 슬래그 회수관, 상기 슬래그 회수관의 기 설정된 위치에 구비되어 외부의 냉각수 공급원으로부터 냉각수를 공급받아 상기 슬래그 컨테이너에 유입시키는 냉각수 공급유닛 및 상기 슬래그 회수관의 기 설정된 위치에 구비되어, 상기 슬래그 컨테이너에서 발생한 수증기를 포집하여 배출시키는 수증기 회수유닛을 포함할 수 있다.And the slag recovery pipe assembly is a slag recovery pipe connecting the first chamber and the slag container, and is provided at a preset position of the slag recovery pipe to receive cooling water from an external cooling water source and introduce it into the slag container. It may include a cooling water supply unit and a water vapor recovery unit provided at a preset position of the slag recovery pipe to collect and discharge water vapor generated in the slag container.
또한 본 발명은 상기 제1용융로 및 상기 제2용융로와 연통되어, 상기 제1용융로 및 상기 제2용융로에서 수행되는 공정에서 발생한 배기가스를 배출시키는 가스 배출관 어셈블리를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a gas discharge pipe assembly that communicates with the first melting furnace and the second melting furnace and discharges exhaust gas generated in the process performed in the first melting furnace and the second melting furnace.
한편 상기 제1챔버는 상기 제1용융로에서 용융되어 무기성 물질로부터 분리된 금속 물질과 전기적으로 연결되는 음극부를 포함하며, 상기 제1플라즈마 토치 및 상기 제2플라즈마 토치는 별도의 전원공급부를 가지도록 형성되되, 상기 음극부를 공유하도록 형성될 수 있다.Meanwhile, the first chamber includes a cathode portion electrically connected to a metal material melted in the first melting furnace and separated from the inorganic material, and the first plasma torch and the second plasma torch have a separate power supply unit. It may be formed to share the cathode portion.
그리고 상기 제1챔버는, 내부에 상기 제1용융로가 형성되며, 상부가 개구된 제1바디부 및 상기 제1바디부의 개구된 상부에 결합 가능하게 형성되며, 상기 제1플라즈마 토치가 구비되는 제1커버부를 포함할 수 있다.And the first chamber has the first melting furnace formed therein, is formed to be connectable to a first body portion with an open top, and an open upper portion of the first body portion, and is provided with the first plasma torch. It may include one cover part.
여기서 상기 제1커버부 및 상기 제1바디부의 접점에는 다단 구조의 실링부가 형성될 수 있다.Here, a multi-stage sealing part may be formed at a contact point between the first cover part and the first body part.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다단 챔버를 포함하는 플라즈마 건식 제련장치는, 다단으로 구성된 챔버를 이용하여 원광석으로부터 유용한 목표 금속을 제련하여 회수할 수 있어, 자원 활용 효율을 극대화하고, 이에 따른 경제적 이득을 가져올 수 있다.The plasma dry smelting device including a multi-stage chamber of the present invention to solve the above-mentioned problems can smelt and recover useful target metals from ore using a chamber composed of multiple stages, thereby maximizing resource utilization efficiency. It can bring economic benefits.
또한 본 발명은 장치의 소형화가 가능한 것은 물론, 다양한 금속함량을 보유한 대상으로부터 유용한 금속을 연속적으로 생산하는 방식으로 대량 생산에도 대응할 수 있는 장점을 가진다.In addition, the present invention has the advantage of not only enabling miniaturization of the device, but also responding to mass production by continuously producing useful metals from objects with various metal contents.
더불어 본 발명은 합리적이고 직관적인 구조로 이루어져 장치의 유지/보수가 용이하다는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being easy to maintain/repair the device due to its rational and intuitive structure.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 상부에서 바라본 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 측면에서 바라본 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 상부에서 바라본 단면을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 측면에서 바라본 단면을 나타낸 도면;
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치에 있어서, 제1챔버의 분리 구조를 나타낸 도면;
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치에 있어서, 제1플라즈마 토치 및 제2플라즈마 토치의 구동 원리를 나타낸 도면; 및
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치에 있어서, 슬래그 회수관 어셈블리의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention as seen from the top;
Figure 2 is a view showing a side view of a plasma dry smelting device according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a cross-sectional view of the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention as seen from the top;
Figure 4 is a cross-sectional view from the side of the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention;
5 and 6 are diagrams showing the separation structure of the first chamber in the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention;
7 and 8 are diagrams showing the driving principles of the first plasma torch and the second plasma torch in the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention; and
9 to 11 are diagrams showing the structure of a slag recovery pipe assembly in a plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention, in which the object of the present invention can be realized in detail, will be described with reference to the attached drawings. In describing this embodiment, the same names and the same symbols are used for the same components, and additional description accordingly will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 상부에서 바라본 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 측면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a view showing a plasma dry smelting device according to an embodiment of the present invention as seen from the top, and Figure 2 is a view showing a plasma dry smelting device according to an embodiment of the present invention as seen from the side.
그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 상부에서 바라본 단면을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치를 측면에서 바라본 단면을 나타낸 도면이다.And Figure 3 is a diagram showing a cross section of the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention as seen from the top, and Figure 4 is a diagram showing a cross section of the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention as seen from the side. .
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치는 제1챔버(100), 제2챔버(200), 제1플라즈마 토치(130), 제2플라즈마 토치(230), 회수 컨테이너(300)를 포함하며, 이와 더불어 슬래그 컨테이너(600), 슬래그 회수관 어셈블리(500) 및 가스 배출관 어셈블리(400)를 더 포함할 수 있다.1 to 4, the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a first chamber 100, a second chamber 200, a first plasma torch 130, and a second plasma torch. (230), and includes a recovery container 300, and may further include a slag container 600, a slag recovery pipe assembly 500, and a gas discharge pipe assembly 400.
제1챔버(100)에는 원광석이 투입되어 용융되는 제1용융로(112)가 형성되며, 또한 제1챔버(100)의 일측에는 제1용융로(112) 측으로 원광석을 투입하기 위한 투입구(111)가 구비된다.A first melting furnace 112 is formed in the first chamber 100 into which ore is input and melted, and an inlet 111 for injecting ore into the first melting furnace 112 is provided on one side of the first chamber 100. It is provided.
이때 본 실시예의 경우 투입구(111) 근처에는 LPG 투입이 가능한 고압 노즐이 구비될 수 있으며, 이에 따라 원광석 투입에 의한 온도 감소를 최소화하는 동시에 제1용융로(112) 내 환원분위기를 유지하여 금속류의 농축 회수반응을 최적화하였다.At this time, in the case of this embodiment, a high-pressure nozzle capable of injecting LPG may be provided near the inlet 111, thereby minimizing the temperature decrease due to the inlet of ore and maintaining a reducing atmosphere in the first melting furnace 112 to concentrate metals. The recovery reaction was optimized.
그리고 제1플라즈마 토치(130)는 이와 같은 제1챔버(100)에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 제1용융로(112)에 투입된 원광석을 용융시켜 무기성 물질과 금속 물질을 분리하는 역할을 수행한다.The first plasma torch 130 is provided in the first chamber 100 and serves to separate the inorganic material and the metal material by melting the ore introduced into the first melting furnace 112 using plasma electric heat. Perform.
플라즈마 전기열을 이용한 본 용융 반응에서는 열 에너지를 공급하는 제1플라즈마 토치(130)의 각도를 적합하게 설정하여 제1플라즈마 토치(130)에서 발생하는 고온의 열유속이 투입구(111) 쪽으로 이동되도록 구성함에 따라 용융 풀(pool)의 반응 표면적을 극대화하고, 목표 금속의 회수 효율을 증가시킬 수 있도록 하였다.In this melting reaction using plasma electric heat, the angle of the first plasma torch 130 that supplies heat energy is appropriately set so that the high-temperature heat flux generated in the first plasma torch 130 moves toward the inlet 111. As a result, the reaction surface area of the molten pool was maximized and the recovery efficiency of the target metal was increased.
제2챔버(200)는 내부에 제1용융로(112) 내에서 용융되어 무기성 물질과 분리된 금속 물질이 유입되는 제2용융로(211)가 형성된다.A second melting furnace 211 is formed inside the second chamber 200 into which the metal material separated from the inorganic material is melted in the first melting furnace 112.
그리고 제2플라즈마 토치(230)는 이와 같은 제2챔버(200)에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 제2용융로(211)로 유입된 금속 물질을 용융시켜 목표 금속을 추출하게 된다.And the second plasma torch 230 is provided in the second chamber 200, and extracts the target metal by melting the metal material introduced into the second melting furnace 211 using plasma electric heat.
이때 본 실시예의 경우 제2챔버(200)는 유입된 금속 물질에 함유된 금속 함량에 따라 간헐적 생산 또는 연속 생산이 가능하도록 플라즈마 전기열의 공급을 쉽게 가동/정지가 가능하도록 구성하여, 변수에 최적화하였다.At this time, in the case of this embodiment, the second chamber 200 was configured to easily start/stop the supply of plasma electric heat to enable intermittent production or continuous production depending on the metal content contained in the introduced metal material, and was optimized for variables. .
회수 컨테이너(300)는 이와 같은 제2챔버(200)의 제2용융로(211) 내에서 추출된 목표 금속이 회수되는 구성요소이다. 본 실시예의 경우 회수 컨테이너(300)는 제2챔버(200)의 하부에 구비되어, 제2용융로(211)와 연통된 회수유로(212)를 통해 목표 금속이 낙하 회수되는 형태를 가진다.The recovery container 300 is a component in which the target metal extracted within the second melting furnace 211 of the second chamber 200 is recovered. In this embodiment, the recovery container 300 is provided in the lower part of the second chamber 200, and the target metal is dropped and recovered through the recovery passage 212 connected to the second melting furnace 211.
슬래그 컨테이너(600)는 제1챔버(100)의 하부에 구비되며, 제1용융로(112)에서 발생한 무기성 물질을 회수하여 냉각시키는 구성요소이다.The slag container 600 is provided at the lower part of the first chamber 100 and is a component that recovers and cools the inorganic substances generated in the first melting furnace 112.
여기서 본 실시예는 제1챔버(100) 일측에 상기 제1용융로(112)에서 발생한 무기성 물질이 낙하하는 슬래그 유입유로(113)가 형성될 수 있으며, 이와 같은 슬래그 유입유로(113)로부터 무기성 물질이 낙하하는 낙하유로가 형성되고, 제1챔버(100) 및 슬래그 컨테이너(600)를 서로 연결하는 슬래그 회수관 어셈블리(500)를 더 포함할 수 있다. 슬래그 회수관 어셈블리(500)에 대해서는 후술하도록 한다.Here, in this embodiment, a slag inflow passage 113 through which inorganic substances generated in the first melting furnace 112 fall may be formed on one side of the first chamber 100, and inorganic substances from the slag inflow passage 113 may be formed. A falling flow path through which the slag material falls is formed, and a slag recovery pipe assembly 500 connecting the first chamber 100 and the slag container 600 to each other may be further included. The slag recovery pipe assembly 500 will be described later.
가스 배출관 어셈블리(400)는 제1용융로(112) 및 제2용융로(211)와 연통되어, 제1용융로(112) 및 제2용융로(211)에서 수행되는 공정에서 발생한 배기가스를 외측으로 배출시키는 역할을 수행한다.The gas discharge pipe assembly 400 is in communication with the first melting furnace 112 and the second melting furnace 211, and discharges exhaust gas generated in the process performed in the first melting furnace 112 and the second melting furnace 211 to the outside. perform its role.
본 실시예의 경우 제1용융로(112)에서 발생한 무기성 물질 및 배기가스는 제1배출관(114)을 통해 가스 배출관 어셈블리(400)의 내측으로 배출되며, 제2용융로(211)에서 발생한 무기성 물질 및 배기가스는 제2배출관(213)을 통해 제1배출관(114)에 합류되어 가스 배출관 어셈블리(400)의 내측으로 배출될 수 있다.In this embodiment, the inorganic substances and exhaust gas generated in the first melting furnace 112 are discharged to the inside of the gas discharge pipe assembly 400 through the first discharge pipe 114, and the inorganic substances generated in the second melting furnace 211 And the exhaust gas may join the first discharge pipe 114 through the second discharge pipe 213 and be discharged to the inside of the gas discharge pipe assembly 400.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치에 있어서, 제1챔버(100)의 분리 구조를 나타낸 도면이다.Figures 5 and 6 are diagrams showing the separation structure of the first chamber 100 in the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1챔버(100)는, 내부에 제1용융로(112)가 형성되며, 상부가 개구된 제1바디부(110)와, 이와 같은 제1바디부(110)의 개구된 상부에 결합 가능하게 형성되며, 제1플라즈마 토치(130)가 구비되는 제1커버부(120)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, the first chamber 100 has a first melting furnace 112 formed therein, a first body portion 110 with an open top, and this first body portion. It is formed to be attachable to the open upper part of 110 and may include a first cover part 120 on which a first plasma torch 130 is provided.
이와 같이 본 실시예는 제1챔버(100)를 상부와 하부로 쉽게 분리될 수 있도록 구조화하고, 특히 제1커버부(120)는 제1플라즈마 토치(130)를 비롯한 가스공급부(121), 투시창(122)과 같은 구성요소들이 일체화된 형태를 가지도록 함에 따라 분해/조립/보수/운영 등을 용이하게 하였다.In this way, this embodiment is structured so that the first chamber 100 can be easily separated into the upper and lower parts, and in particular, the first cover part 120 includes the first plasma torch 130, a gas supply part 121, and a viewing window. By ensuring that components such as (122) have an integrated form, disassembly/assembly/maintenance/operation, etc. are facilitated.
또한 도 6에 도시된 바와 같이, 제1커버부(120) 및 제1바디부(110)의 접점에는 다단 구조의 실링부(123a, 123b)가 형성될 수 있으며, 이에 따라 제1챔버(100)는 이중 밀폐 구조로 이루어져 제1용융로(112) 내측으로의 공기 유입을 최소화하는 한편 고온의 제1용융로(112) 내부 온도에 따라 수축/팽창하는 내화물의 특성을 고려하여, 운영 시 내화물이 수축 팽창하더라도 외부 공기의 유입을 차단할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6, multi-stage sealing parts 123a and 123b may be formed at the contact points of the first cover part 120 and the first body part 110, and thus the first chamber 100 ) is made of a double sealed structure to minimize air inflow into the first melting furnace 112, and taking into account the characteristics of the refractory material that shrinks/expands depending on the high temperature inside the first melting furnace 112, the refractory material shrinks during operation. Even if it expands, it can block the inflow of outside air.
더불어 이상과 같은 제1챔버(100)의 구조는 제2챔버(200)에도 동일하게 적용되어, 제2챔버(200)는 제2바디부(210) 및 제2커버부(220)를 포함할 수 있음은 물론이다.In addition, the structure of the first chamber 100 as described above is equally applied to the second chamber 200, and the second chamber 200 includes a second body portion 210 and a second cover portion 220. Of course it is possible.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치에 있어서, 제1플라즈마 토치(130) 및 제2플라즈마 토치(230)의 구동 원리를 나타낸 도면이다.Figures 7 and 8 are diagrams showing the driving principle of the first plasma torch 130 and the second plasma torch 230 in the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1플라즈마 토치(130) 및 제2플라즈마 토치(230)의 전원공급부는 서로 별도로 형성될 수 있으며, 이는 구성 요소 및 처리 용량에 따라 산정될 수 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, the power supply units of the first plasma torch 130 and the second plasma torch 230 may be formed separately from each other, and this may be calculated depending on the components and processing capacity.
그리고 제1플라즈마 토치(130) 및 제2플라즈마 토치(230)는 N2, 공기, LPG, H2 등 산화성 및 불활성 가스를 모두 적용 가능하도록 구성하였으며, LPG의 경우 NOx 억제, 전극 마모감소, 아크(arc) 제어 등의 다목적 용도로 메인 공급가스에 보조 혼합하여 공급되도록 구성할 수 있다.And the first plasma torch 130 and the second plasma torch 230 are configured to apply both oxidizing and inert gases such as N 2 , air, LPG, and H 2 , and in the case of LPG, NO x suppression, electrode wear reduction, It can be configured to be supplied as an auxiliary mixture to the main supply gas for multi-purpose purposes such as arc control.
또한 공급가스는 실시간 감시 및 제어가 가능하도록 계측 및 프로그램을 설정하여 자동운전이 가능하도록 적용하였다.In addition, the supply gas was applied to enable automatic operation by setting measurements and programs to enable real-time monitoring and control.
더불어 전기열 공급방식은 이송식 아크 방전 방식일 수 있으며, 전극의 연속 운전 시간은 약 1000시간(30일 이상)일 수 있다.In addition, the electric heat supply method may be a transfer arc discharge method, and the continuous operation time of the electrode may be about 1000 hours (30 days or more).
그리고 아크 방전을 유지하는(열 에너지) 제1플라즈마 토치(130) 및 제2플라즈마 토치(230)의 전극은 소모성 재료로서 교체형으로 구성되며, 재질은 구리를 적용할 수 있다.And the electrodes of the first plasma torch 130 and the second plasma torch 230 that maintain arc discharge (heat energy) are made of replaceable consumable materials, and copper can be used as the material.
이때 연속 운전의 수명을 증가시키기 위해 전극 내 아크 접점 부위에는 나선형 홈을 적용하여 냉각 능력을 증가시킬 수 있도록 하였으며, 이에 따라 아크 열에 의한 전극 소모율을 최소화하여 연속 운전 수명을 극대화하였다.At this time, in order to increase the lifespan of continuous operation, a spiral groove was applied to the arc contact area within the electrode to increase cooling capacity. Accordingly, the consumption rate of the electrode due to arc heat was minimized and the continuous operation lifespan was maximized.
한편 본 실시예에서 제1챔버(100)는 제1용융로(112)에서 용융되어 무기성 물질로부터 분리된 금속 물질과 전기적으로 연결되는 음극부(115)를 포함하며, 제1플라즈마 토치(130) 및 제2플라즈마 토치(230)는 전술한 바와 같이 별도의 전원공급부를 가지도록 형성되되, 음극부(115)를 동시에 공유하는 형태를 가지는 것으로 하였다.Meanwhile, in this embodiment, the first chamber 100 includes a cathode portion 115 that is electrically connected to the metal material melted in the first melting furnace 112 and separated from the inorganic material, and the first plasma torch 130. And the second plasma torch 230 is formed to have a separate power supply unit as described above, but has a form that shares the cathode unit 115 at the same time.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 건식 제련장치에 있어서, 슬래그 회수관 어셈블리(500)의 구조를 나타낸 도면이다.9 to 11 are diagrams showing the structure of the slag return pipe assembly 500 in the plasma dry smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예예서 제1챔버(100) 및 슬래그 컨테이너(600)를 서로 연결하도록 구비되는 슬래그 회수관 어셈블리(500)는, 제1챔버(100) 및 슬래그 컨테이너(600)를 서로 연결하는 슬래그 회수관(510)과, 이와 같은 슬래그 회수관(510)의 기 설정된 위치에 구비되어 외부의 냉각수 공급원으로부터 냉각수를 공급받아 슬래그 컨테이너(600)에 유입시키는 냉각수 공급유닛(520)과, 슬래그 회수관(510)의 기 설정된 위치에 구비되어, 슬래그 컨테이너(510)에서 발생한 수증기를 포집하여 배출시키는 수증기 회수유닛(530)를 포함한다.As shown in FIGS. 9 to 11, in this embodiment, the slag recovery pipe assembly 500 provided to connect the first chamber 100 and the slag container 600 to each other is connected to the first chamber 100 and the slag container 600. A slag recovery pipe 510 connecting the containers 600 to each other, and a cooling water supply provided at a preset position of the slag recovery pipe 510 to receive cooling water from an external cooling water source and introduce it into the slag container 600. It includes a unit 520 and a water vapor recovery unit 530 provided at a preset position of the slag recovery pipe 510 to collect and discharge water vapor generated in the slag container 510.
구체적으로 제1챔버(100)로부터 이루어지는 슬래그의 연속 배출은 오버 플로우 방식을 적용하여, 일측의 슬래그 유입유로(113)를 통하여 하부로 수직 낙하하여 배출된다.Specifically, the continuous discharge of slag from the first chamber 100 applies an overflow method, and is discharged by vertically falling downward through the slag inflow passage 113 on one side.
이때 슬래그 컨테이너(600)로 유입된 고온의 슬래그는 냉각수 공급유닛(520)의 냉각수 공급부(521)로부터 공급된 냉각수와 접촉하여 급속하게 냉각된다.At this time, the high temperature slag flowing into the slag container 600 is rapidly cooled in contact with the cooling water supplied from the cooling water supply part 521 of the cooling water supply unit 520.
이때 냉각수와 고온의 슬래그 간 접촉으로 인하여 수증기가 발생하게 되며, 냉각수의 수온은 서서히 증가하므로 냉각수는 열교환기에 의하여 상온으로 유지시킬 수 있다.At this time, water vapor is generated due to contact between the coolant and the high-temperature slag, and since the temperature of the coolant gradually increases, the coolant can be maintained at room temperature by a heat exchanger.
그리고 냉각된 순환수는 냉각수 공급유닛(520)에 구비된 링 형상의 회전체에 의하여 벽면을 타고 슬래그 컨테이너(600) 측으로 투입되도록 하였다. 링 형상의 회전체에는 복수의 홀(미도시)이 형성될 수 있으며, 이를 통해 냉각수가 낙하하게 된다.Then, the cooled circulating water was injected into the slag container 600 along the wall by a ring-shaped rotating body provided in the cooling water supply unit 520. A plurality of holes (not shown) may be formed in the ring-shaped rotating body, through which coolant falls.
또한 발생하는 수증기의 제거를 위하여 구비되는 수증기 회수유닛(530)은 슬래그 회수관(510)의 내벽 둘레를 따라 구비되어 수증기를 흡입하는 흡입후드부(531)와, 흡입후드부(531)로 흡입된 수증기를 배출시키는 수증기 배출부(532)를 포함할 수 있다.In addition, the water vapor recovery unit 530, which is provided to remove the generated water vapor, is provided along the inner wall of the slag recovery pipe 510 and sucks water vapor into the suction hood part 531 and the suction hood part 531. It may include a water vapor discharge unit 532 that discharges the water vapor.
여기서 흡입후드부(531)는 상부 측이 막힌 상태로 하부 쪽에서 수증기가 흡입되도록 구성하여, 낙하하는 슬래그에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있도록 하였다.Here, the suction hood unit 531 is configured so that water vapor is sucked in from the lower side with the upper side blocked, thereby preventing clogging caused by falling slag.
더불어 본 실시예에서 수증기 배출부(532)를 통해 배출된 수증기는 전술한 가스 배출관 어셈블리(400) 내의 제1배출관(114) 측으로 합류되도록 할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 플라즈마 건식 제련장치에서 발생하는 모든 가스는 통합 처리가 가능하도록 할 수 있다.In addition, in this embodiment, the water vapor discharged through the water vapor discharge unit 532 can be allowed to join the first discharge pipe 114 in the above-described gas discharge pipe assembly 400, and thus generated in the plasma dry smelting device of the present invention. All gases can be processed integratedly.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been examined, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the embodiments described above without departing from the spirit or scope thereof is recognized by those skilled in the art. It is self-evident to them. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative and not restrictive, and thus the present invention is not limited to the above description but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
100: 제1챔버
110: 제1바디부
111: 투입구
112: 제1용융로
113: 슬래그 유입유로
114: 제1배출관
115: 음극부
120: 제1커버부
121: 가스공급부
122: 투시창
123a, 123b: 실링부
130: 제1플라즈마 토치
200: 제2챔버
210: 제2바디부
211: 제2용융로
212: 회수유로
213: 제2배출관
220: 제2커버부
230: 제2플라즈마 토치
300: 회수 컨테이너
400: 가스 배출관 어셈블리
500: 슬래그 회수관 어셈블리
510: 슬래그 회수관
520: 냉각수 공급유닛
521: 냉각수 공급부
530: 수증기 회수유닛
531: 흡입후드부
532: 수증기 배출부
600: 슬래그 컨테이너100: First chamber
110: first body part
111: Inlet
112: First melting furnace
113: Slag inlet flow path
114: First discharge pipe
115: cathode part
120: first cover part
121: Gas supply unit
122: View window
123a, 123b: Sealing part
130: First plasma torch
200: Second chamber
210: Second body part
211: Second melting furnace
212: Recovery path
213: Second discharge pipe
220: Second cover part
230: Second plasma torch
300: Recovery container
400: Gas discharge pipe assembly
500: Slag return pipe assembly
510: Slag recovery pipe
520: Cooling water supply unit
521: Cooling water supply unit
530: Water vapor recovery unit
531: Suction hood part
532: Water vapor discharge unit
600: Slag container
Claims (8)
상기 제1챔버의 하부에 구비되어 상기 제1용융로(112)에서 발생한 무기성 물질이 회수되는 슬래그 컨테이너(600);
상기 제1챔버 및 상기 슬래그 컨테이너를 서로 연결하도록 구성되어 내부에 상기 제1용융로에서 발생한 무기성 물질이 낙하하는 낙하유로가 형성된 슬래그 회수관 어셈블리(500);
상기 제1챔버에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 상기 제1용융로에 투입된 원광석을 용융시켜 무기성 물질과 금속 물질을 분리하는 제1플라즈마 토치(130);
상기 제1용융로 내에서 용융되어 무기성 물질과 분리된 금속 물질이 유입되는 제2용융로(211)가 형성된 제2챔버(200);
상기 제2챔버에 구비되고, 플라즈마 전기열을 이용하여 상기 제2용융로로 유입된 금속 물질을 용융시켜 목표 금속을 추출하는 제2플라즈마 토치(230);
상기 제2용융로 내에서 추출된 목표 금속이 회수되는 회수 컨테이너(300);
상기 제1용융로에서 발생한 무기성 물질 및 배기가스를 배출하는 제1배출관(114); 및 상기 제2용융로에서 발생한 무기성 물질 및 배기가스를 상기 제1배출관으로 합류시켜 배출하는 제2배출관(213);을 포함하여 구성되되,
상기 슬래그 회수관 어셈블리(500)는,
상기 제1챔버(100) 및 상기 슬래그 컨테이너(600)를 서로 연결하는 슬래그 회수관(510); 상기 슬래그 회수관의 기 설정된 위치에 구비되어 외부의 냉각수 공급원으로부터 냉각수를 공급받아 상기 슬래그 컨테이너에 유입시키는 냉각수 공급유닛(520); 및 상기 슬래그 회수관의 기 설정된 위치에 구비되어, 상기 슬래그 컨테이너에서 발생한 수증기를 포집하여 배출시키는 수증기 회수유닛(530);을 포함하여 구성되고,
상기 냉각수 공급유닛(520)은,
공급되는 냉각수가 상기 슬래그 회수관의 내벽을 타고 슬래그 컨테이너 측으로 투입될 수 있도록, 상기 슬래그 회수관의 내벽에 링 형상으로 형성되고,
상기 수증기 회수유닛(530)은,
상기 슬래그 회수관(510)의 내벽 둘레를 따라 수증기를 흡입하는 흡입후드부(531) 및 상기 흡입후드부로 흡입된 수증기를 배출시키는 수증기 배출부(532)를 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 플라즈마 건식 제련장치. A first chamber 100 in which a first melting furnace is formed into which ore is input and melted;
A slag container 600 provided at a lower portion of the first chamber to recover inorganic substances generated in the first melting furnace 112;
a slag recovery pipe assembly (500) configured to connect the first chamber and the slag container to each other and having a falling flow path through which inorganic materials generated in the first melting furnace fall;
A first plasma torch 130 provided in the first chamber and separating the inorganic material and the metal material by melting the ore introduced into the first melting furnace using plasma electric heat;
A second chamber 200 in which a second melting furnace 211 is formed, into which the metal material melted in the first melting furnace and separated from the inorganic material is introduced;
A second plasma torch 230 provided in the second chamber and extracting the target metal by melting the metal material introduced into the second melting furnace using plasma electric heat;
a recovery container 300 in which the target metal extracted in the second melting furnace is recovered;
A first discharge pipe 114 that discharges inorganic substances and exhaust gases generated in the first melting furnace; And a second discharge pipe 213 for discharging the inorganic substances and exhaust gas generated in the second melting furnace by joining the first discharge pipe.
The slag recovery pipe assembly 500,
A slag recovery pipe 510 connecting the first chamber 100 and the slag container 600 to each other; a cooling water supply unit 520 provided at a preset position of the slag recovery pipe to receive cooling water from an external cooling water source and introduce it into the slag container; And a water vapor recovery unit 530 provided at a preset position of the slag recovery pipe to collect and discharge water vapor generated in the slag container,
The cooling water supply unit 520,
A ring shape is formed on the inner wall of the slag recovery pipe so that the supplied cooling water can be injected into the slag container along the inner wall of the slag recovery pipe,
The water vapor recovery unit 530,
Consisting of a suction hood portion 531 for sucking water vapor along the inner wall of the slag recovery pipe 510 and a water vapor discharge portion 532 for discharging water vapor sucked into the suction hood portion.
A plasma dry smelting device characterized by a.
상기 제1챔버는 상기 제1용융로에서 용융되어 무기성 물질로부터 분리된 금속 물질과 전기적으로 연결되는 음극부를 포함하며,
상기 제1플라즈마 토치 및 상기 제2플라즈마 토치는 별도의 전원공급부를 가지도록 형성되되, 상기 음극부를 공유하도록 형성되는,
플라즈마 건식 제련장치.According to paragraph 1,
The first chamber includes a cathode portion electrically connected to a metal material melted in the first melting furnace and separated from the inorganic material,
The first plasma torch and the second plasma torch are formed to have separate power supplies, and are formed to share the cathode part,
Plasma dry smelting device.
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