KR102632434B1 - 아연 제련 공정의 부산물인 산화철로부터 고품위 정제 산화철의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 아연 제련 공정의 부산물인 산화철을 정제하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 산화철을 소성하는 소성 공정, 소성 후 산화철 케이크를 수세액으로 수세하는 수세 공정 및 수세 후 산화철 케이크를 여과하여 정제 후 산화철을 제공하는 단계를 포함하는 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 아연 제련 공정의 부산물인 산화철로부터 아연, 칼륨, 나트륨, 황 등의 불순물을 제거하여 철 함량이 60% 이상인 고품위 산화철을 생산하는 방법에 관한 것으로, 산화철을 소성하여 황 성분을 1차적으로 제거하는 건식 공정과 산화철 내에 남은 잔류 불순물을 제거하는 습식 공정에 관한 것이다. 그리고 제거된 아연을 다시 회수하는 선택적 아연 침전(SZP, Selective Zinc Process) 공정에 관한 것이다.
아연 정광으로부터 아연을 추출하는 공법에는 건식 제련 공법과 습식 제련 공법이 있다. 이 중 습식 제련 공법에서는 아연 정광을 배소(Roasting) 공정, 용해 (Leaching) 공정 및 정액(Purification) 공정을 거친 뒤 최종적으로 전기 분해(Electrolysis) 공정을 거쳐 고순도 아연으로 추출한다.
습식 제련에서 아연과 함께 용해된 철은 별도의 공정을 통해 자로사이트(Jarosite), 괴타이트(Goethite) 또는 헤마타이트(Hematite) 등의 산화철의 형태로 변환 후 분리/배출된다.
통상적으로, 아연 제련 공정의 부산물인 산화철에는 전체 중량 100%를 기준으로 철 함량은 40~50%이고, 기타 아연 1~5%, 칼륨 1~5%, 나트륨 1~5%, 황 5~10% 등을 포함한다. 산화철에는 철, 아연, 칼륨, 나트륨, 황 이 외에도 탄소, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 등이 포함될 수 있다. 낮은 철 함유율을 가진 산화철은 그 발생량이 많아서 보관 및 운반 비용이 증가하는 문제가 있다. 그리고 높은 불순물 함량으로 인해 제철 공정의 원료로 사용하기 어려워 그 사용처를 찾기가 쉽지 않다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 건/습식 공정을 혼합 이용하여 산화철의 주요 불순물인 아연, 칼륨, 나트륨, 황을 제거하고, 철 함량은 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 아연 제련 공정의 부산물인 원료 산화철을 정제하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 원료 산화철을 소성하는 소성 공정; 소성 후 산화철 케이크를 수세액으로 수세하는 수세 공정; 및 수세 후 산화철 케이크를 여과하는 제1여과 공정을 거쳐 정제 후 산화철을 제공하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 소성 공정의 소성 온도는 700 ℃ 내지 950 ℃인, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 소성 공정은 산화철을 건조하는 단계를 더 포함하며, 상기 산화철을 건조하는 단계에서의 건조 온도는 90 ℃ 내지 110 ℃이고, 건조 시간은 2시간 이상인, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 소성 공정은 로터리 킬른을 이용하여 대기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 수세 공정은 수세액 1L 당 상기 소성 후 산화철 케이크를 140 g 내지 160 g 투입하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 정제 후 산화철은 60 중량% 이상의 철, 0.3 중량% 이하의 아연, 0.1 중량% 이하의 칼륨, 0.1 중량% 이하의 나트륨 및 0.5 중량% 이하의 황을 포함하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 수세 공정은 오토클레이브를 이용하여 상기 소성 후 산화철 케이크를 수세액으로 수세하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 수세액의 온도는 130 ℃ 내지 150 ℃인 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1여과 공정에서 나오는 수세 후 여액으로부터 아연을 회수하는 선택적 아연 침전 공정을 더 포함하고, 상기 선택적 아연 침전 공정은 상기 수세 후 여액에 염을 투입하는 것을 포함하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 염은 탄산나트륨인, 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 선택적 아연 침전 공정은 상기 수세 후 여액의 온도가 50 ℃ 내지 70 ℃이고, pH가 7 내지 9인, 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 산화철의 정제 방법에 의하면, 아연 제련 공정의 부산물인 산화철로부터 불순물이 제거된 철 함량 60% 이상의 고품위 산화철을 제조할 수 있다. 이 때 아연, 칼륨, 나트륨, 황의 제거율은 90% 이상이다.
불순물 감소에 따라 산화철의 중량은 초기 중량 대비 약 60%로 감소하며 이는 보관 및 운송비 절감에 기여할 수 있다.
또한 정제 후 산화철은 아연 함량 0.3% 이하, 황 0.5% 이하 등 불순물 품위가 낮아 제강사의 원료로 사용이 가능해짐으로써 자원 재순환에 기여하고 산업 폐기물 발생량이 감소하여 환경 오염 문제를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 산화철을 정제하여 고품위 산화철을 제조하고, 수세 후 여액으로부터 아연을 회수하는 공정을 나타내는 순서도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 산화철을 정제하여 고품위 산화철을 제조하고, 수세 후 여액으로부터 아연을 회수하는 공정을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 산화철 정제 공정에 대해 설명한다.
소성 공정(S100)
소성 공정(S100)은 산화철을 열분해시켜 불순물을 제거하기 위한 것으로 산화철을 고온에서 소성하는 단계를 포함할 수 있다. 산화철을 소성하는 단계는 공기 분위기 하에서 로터리 킬른(Rotary Kiln)을 이용하여 이루어질 수 있다. 이 때 산화철을 소성하는 온도는 700 ℃ 내지 950 ℃일 수 있다. 소성 온도가 700 ℃ 보다 낮으면 후술하는 자로사이트의 분해 반응이 이루어지지 않을 수 있고, 950 ℃ 보다 높으면 후술하는 황화 아연이 산소와 반응하는 과정에서 황산 아연보다 산화 아연을 더 많이 형성하게 되어 후속 습식 공정에서 제거하기가 힘들 수 있다. 또한, 소성하는 온도는 바람직하게는 700 ℃ 내지 800 ℃, 더욱 바람직하게는 750 ℃ 내지 800 ℃일 수 있다.
소성 공정에서 소성하는 원료 산화철은 K-자로사이트(KFe3(SO4)2(OH)6(s)) 또는 Na-자로사이트(NaFe3(SO4)2(OH)6(s))의 자로사이트(Jarosite)를 포함할 수 있다.
소성 공정의 주요 반응은 하기와 같다.
[식 (1-1)]
KFe3(SO4)2(OH)6(s) = KFe(SO4)2(s) + Fe2O3(s) + 3H2O(g)
[식 (1-2)]
NaFe3(SO4)2(OH)6(s) = NaFe(SO4)2(s) + Fe2O3(s) + 3H2O(g)
[식 (2-1)]
2KFe(SO4)2(s) = K2SO4(s) + Fe2O3(s) + 3SO2(g) + 1.5O2(g)
[식 (2-2)]
2NaFe(SO4)2(s) = Na2SO4(s) + Fe2O3(s) + 3SO2(g) + 1.5O2(g)
K-자로사이트는 상기 식 (1-1)에서와 같이 KFe(SO4)2(s), Fe2O3(s) 및 H2O(g)로 분해될 수 있다. 그리고 KFe(SO4)2(s)는 다시 상기 식 (2-1)에서와 같이 K2SO4(s), Fe2O3(s), SO2(g) 및 O2(g)로 분해될 수 있다.
Na-자로사이트는 상기 식 (1-2)에서와 같이 NaFe(SO4)2(s), Fe2O3(s) 및 H2O(g)로 분해될 수 있다. 그리고 NaFe(SO4)2(s)는 다시 상기 식 (2-2)에서와 같이 Na2SO4(s), Fe2O3(s), SO2(g) 및 O2(g)로 분해될 수 있다.
식 (1-1) 및 식 (1-2)는 450 ℃ 이상에서 일어나는 반응일 수 있다. 식 (2-1) 및 식 (2-2)는 680 ℃ 이상에서 일어나는 반응일 수 있다.
원료 산화철은 불순물로 아연(Zn)을 함유할 수 있다. 불순물로 포함된 아연은 아연 황화물, 예컨대 황화 아연(ZnS)의 형태로 포함되어 있을 수 있다. 소성 공정(S100)에서 황화 아연은 아래의 식 (3)에서와 같이 산소와 반응하여 황산 아연(ZnSO4)을 형성할 수 있다.
[식 (3)]
ZnS(s) + 2O2(g) = ZnSO4(s)
이 때 황화 아연과 반응하는 산소는 외부에서 주입되거나, 자로사이트의 분해 과정에서 발생하는 산소, 특히 식 (2-1) 또는 식 (2-2)에서 발생하는 산소일 수 있다. 소성 온도가 높은 경우 황화 아연은 산소와 반응하여 산화 아연(ZnO)을 형성할 수 있다. 예컨대, 소성 온도가 400 ℃ 보다 높으면 황화 아연은 산소와 반응하는 과정에서 산화 아연을 형성할 수 있다. 소성 온도가 950 ℃ 보다 높으면 산화 아연의 형성량이 많아지고, 이러한 산화 아연은 이온화가 되지 않으므로 후속 습식 공정인 수세 공정에서 제거하는 것이 어려워질 수 있다.
소성 공정(S100)은 산화철에 포함된 수분을 전부 또는 일부 증발시켜 건조한 산화철을 제공하는 건조 단계를 포함할 수 있다. 건조 단계는 로터리 킬른을 사용하여 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
건조 단계가 진행되는 온도는 90 ℃ 이상일 수 있다. 건조 단계가 진행되는 온도가 산화철을 소성하는 단계가 진행되는 온도보다 낮으므로 건조 단계 이후에 산화철을 소성하는 단계가 진행될 수 있다. 이 때 로터리 킬른 내의 산화철의 온도가 상승함에 따라 건조 단계와 산화철을 소성하는 단계가 진행되므로, 건조 단계와 산화철을 소성하는 단계는 명확히 구분되지 않을 수 있다.
건조 단계는 산화철을 소성하는 단계 이전에 별도로 진행될 수도 있다. 이 때, 건조 단계가 진행되는 온도는 90 ℃ 이상일 수 있다. 건조 온도가 90 ℃보다 낮을 경우 건조가 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다. 또한 건조 온도는 바람직하게는 90 ℃ 내지 110 ℃일 수 있다. 건조 단계가 진행되는 시간은 2시간 이상일 수 있다. 또한, 건조 단계가 진행되는 시간은 바람직하게는 2시간 이상 24시간 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 2시간 이상 4시간 이하일 수 있다.
소성 공정(S100)을 거친 소성 후 산화철 케이크는 전체 산화철 케이크의 중량을 기준으로 4 중량% 이하의 황(S) 성분을 포함할 수 있다. 소성 후 산화철 케이크에 함유된 불순물인 아연, 칼륨, 나트륨 및 가스 형태로 제거되지 않은 황 성분은 수용성 물질의 형태로 포함되어 있을 수 있다. 예컨대, 소성 후 산화철 케이크에 함유된 불순물은 황산 아연(ZnSO4(s)), 황산 칼륨(K2SO4(s)) 및/또는 황산 나트륨(Na2SO4(s))일 수 있다. 이 때 황의 제거율은 60% 이상일 수 있고, 나트륨의 제거율은 10% 이상일 수 있다.
수세 공정(S200)
수세 공정(S200)은 소성 후 산화철 케이크를 수세액으로 수세하여 불순물을 제거하는 공정이다. 수세 공정(S200)에서 사용되는 수세액은 물일 수 있다. 수세 공정은 상온에서의 물을 사용하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, 수세 공정은 20 ℃ 내지 30 ℃의 온도에서 행해질 수 있다. 또한, 수세 효율을 향상시키기 위해 다른 온도의 물을 사용할 수도 있다.
수세 공정(S200)은 상압에서 행해질 수 있다. 수세 공정(S200)은 1시간 내지 3시간 동안 행해질 수 있다.
산화철 케이크의 효과적인 수세를 위해 수세 공정은 수세액 1 L 당 소성 후 산화철 케이크 140 g 내지 160 g을 투입하여 행해질 수 있다. 수세액 1 L 당 소성 후 산화철 케이크 140 g 미만을 투입하는 경우 수세액 사용량이 증가하고 설비 규모가 커질 수 있다. 수세액 1 L 당 소성 후 산화철 케이크 160 g을 초과하여 투입하는 경우 수세 효율이 감소할 수 있다.
수세 공정에서 제거하는 불순물은 소성 후 산화철 케이크에 함유된 수용성 불순물일 수 있다. 이와 같은 수용성 불순물은 황산 아연(ZnSO4(s)), 황산 칼륨(K2SO4(s)) 및/또는 황산 나트륨(Na2SO4(s))을 포함할 수 있다.
불순물 제거 효율을 향상시키기 위해 오토클레이브를 이용하여 수세 공정(S200)에서의 온도 및 압력을 상승시킨 후 소성 후 산화철 케이크를 수세할 수 있다. 오토클레이브를 이용한 수세 공정은 2 bar 내지 3 bar의 압력에서 진행될 수 있고, 1시간 내지 3시간 동안 진행될 수 있다. 이 때, 오토클레이브를 이용한 수세 공정 시간이 1시간 미만인 경우 불순물 제거 효율이 감소할 수 있고, 3시간 초과인 경우 불순물 제거 효율에 미치는 영향은 미미한 반면, 공정 시간이 늘어남으로 인해 비용이 증가할 수 있다.
오토클레이브를 이용한 수세 공정에서 수세액의 온도는 130 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다. 이 때, 수세액의 온도가 130 ℃ 미만인 경우 불순물 제어 효율이 감소할 수 있다.
오토클레이브를 이용한 수세 공정을 통해 얻어진 산화철은 상온, 상압에서의 수세 공정을 통해 얻어진 산화철보다 불순물 제거율이 높을 수 있다.
제 1 여과 공정(S300)
수세 후 산화철 케이크를 여과기로 여과하여 정제 후 산화철을 얻을 수 있다. 이와 같이 여과 공정 후 얻은 정제 후 산화철은 아연 3 중량% 이하, 나트륨 0.8 중량% 이하, 칼륨 3 중량% 이하 및/또는 황 8 중량% 이하를 포함할 수 있다. 정제 후 산화철은 불순물이 제거되었으므로 철 함량이 60 중량% 이상일 수 있다. 정제 후 산화철은 바람직하게는 아연 0.3 중량% 이하, 나트륨 0.1 중량% 이하, 칼륨 0.1 중량% 이하 및 황 0.5 중량% 이하를 포함하는 고품위 산화철일 수 있다.
선택적 아연 침전 공정(S400)
수세 후 산화철 케이크를 여과기로 여과하고 정제 후 산화철을 분리한 후 남은 수세 후 여액은 아연을 포함할 수 있다. 선택적 아연 침전 공정, 즉 SZP(Selective Zinc Process) 공정은 이와 같은 수세 후 여액에서 아연을 회수하는 공정이다.
선택적 아연 침전 공정(S400)에서는 수세 후 여액에 염을 투입할 수 있다. 이 때 염은 탄산나트륨(Na2CO3)일 수 있다. 선택적 아연 침전 공정(S400)은 염을 투입함으로써 pH가 7 내지 9일 수 있다. 이 때, pH가 7 미만이면, 아연 회수율이 하락할 수 있고, pH가 9를 초과하면 아연 이외에 다른 성분이 침전될 수 있다.
선택적 아연 침전 공정(S400)에서 수세 후 여액의 온도는 50 ℃ 내지 70 ℃일 수 있다. 이 때, 수세 후 여액의 온도가 50 ℃ 미만인 경우, 공정 효율이 감소할 수 있다.
수세 후 여액에 함유된 아연은 염과 반응하여 아래의 식 (4)에서와 같이 고체 상태로 침전될 수 있다.
[식( 4)]
ZnSO4(l)+ Na2CO3(s)= ZnCO3(s)+ Na2SO4(l)
위 반응의 결과로 수세 후 여액에 함유된 아연은 제 2 여과 공정(S500)을 통하여 ZnCO3(s)의 형태로 침전되고, 여액 중 아연을 99% 이상 회수할 수 있다.
상기의 공정으로부터 아연 제련 공정의 부산물인 산화철로부터 불순물이 제거된 철 함량 60%이상의 고품위 산화철을 제조할 수 있다. 이 때 아연, 칼륨, 나트륨, 황의 제거율은 90% 이상이다.
불순물 감소에 따라 산화철의 중량은 초기 중량 대비 약 60%로 감소하고, 또한 정제 후 산화철은 아연 함량 0.3% 이하, 황 0.5% 이하 등 불순물 품위가 낮아진다.
[실시예]
본 발명을, 이하의 실시예 및 비교예를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 기술적 범위가 이하의 실시예에만 제한되는 것은 아니다.
소성 공정(S100)
본 발명의 일 실시예에 따른 아연 제련의 부산물인 원료 산화철 중 수분을 제외한 주요 성분은 다음 표 1과 같다.
(1) 건조 단계
원료 산화철을 100 ℃에서 24시간 동안 건조하였다. 이 때, 건조 후 산화철의 수분 함유율은 24%이다.
(2) 소성 단계
건조 후 산화철을 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 950 ℃에서 2시간 동안 소성하였다.
각 소성 온도에 따른 산화철의 무게 감소는 다음과 같다.
각 소성 온도에 따른 소성 후 산화철 케이크에 포함된 성분의 중량% 및 불순물의 제거율은 다음과 같다.
| 소성 온도 | 구분 | Fe | Zn | Na | K | S | |
| 실시예 1 | 700℃ | 중량% | 53.9 | 2.29 | 0.79 | 2.98 | 3.72 |
| 제거율(%) | 0.12 | 14.78 | 0.52 | 63.8 | |||
| 실시예 2 | 750℃ | 중량% | 55.1 | 2.34 | 0.84 | 3.05 | 3.51 |
| 제거율(%) | 0.04 | 10.53 | 0.46 | 66.5 | |||
| 실시예 3 | 800℃ | 중량% | 55.8 | 2.35 | 0.85 | 3.09 | 3.13 |
| 제거율(%) | 0.34 | 10.52 | 0.14 | 70.4 | |||
| 실시예 4 | 850℃ | 중량% | 56.2 | 2.36 | 0.87 | 3.09 | 3.22 |
| 제거율(%) | 0.77 | 9.13 | 0.81 | 69.8 | |||
| 실시예 5 | 950℃ | 중량% | 56.4 | 2.41 | 0.90 | 3.13 | 2.47 |
| 제거율(%) | 0.14 | 7.37 | 0.96 | 77.2 |
수세 공정(S200) 및 제1여과 공정(S300)
물 1 L당 150 g의 소성 후 산화철 케이크를 투입한 다음 상온(25℃), 상압(1bar)에서 2시간 동안 교반하여 수세하였다. 수세를 완료한 후, 수세액을 여과기에 넣고 여과하여 산화철과 여액을 분리하였다. 이 후, 산화철을 건조시켜 남은 무게 측정 및 성분 분석을 시행하였다. 비교를 위해 소성하지 않은 산화철을 동일한 조건으로 실험하였다. 이 때, 건조 후 산화철의 수분 함유율은 30%이다.
각 소성 온도에 따른 소성 후 산화철 케이크를 각각 수세하고 여과한 결과, 정제 후 산화철에 포함된 성분의 중량% 및 불순물의 제거율은 다음과 같다.
| 소성 온도 | 구분 | Fe | Zn | Na | K | S | |
| 실시예 1 | 700℃ | 중량% | 65.2 | 0.29 | 0.18 | 0.15 | 0.48 |
| 제거율(%) | 89.8 | 81.8 | 96.1 | 89.7 | |||
| 실시예 2 | 750℃ | 중량% | 65.6 | 0.28 | 0.09 | 0.09 | 0.35 |
| 제거율(%) | 90.0 | 91.2 | 97.5 | 91.7 | |||
| 실시예 3 | 800℃ | 중량% | 67.5 | 0.44 | 0.04 | 0.09 | 0.21 |
| 제거율(%) | 84.5 | 95.7 | 97.6 | 94.5 | |||
| 실시예 4 | 850℃ | 중량% | 64.8 | 0.73 | 0.06 | 0.12 | 0.35 |
| 제거율(%) | 73.7 | 93.9 | 96.8 | 90.7 | |||
| 실시예 5 | 950℃ | 중량% | 64.1 | 2.12 | 0.01 | 0.02 | 0.04 |
| 제거율(%) | 22.7 | 98.9 | 99.5 | 98.7 | |||
| 비교예 1 | 소성 X | 중량% | 43.3 | 1.27 | 0.71 | 2.39 | 7.53 |
| 제거율(%) | 30.5 | 3.4 | 0.1 | 8.2 |
실험 결과, 산화철을 소성하지 않고 수세한 비교예의 경우보다, 소성 공정을 거친 후 수세한 실시예에서 불순물의 제거율이 높게 나왔다. 또한, 750 ℃로 소성한 후, 수세를 한 산화철의 경우(실시예 2) 아연, 나트륨, 칼륨, 황 4 종류의 불순물 제거율이 모두 90% 이상이므로 불순물이 가장 잘 제거되었다.
오토클레이브를 이용한 수세 공정
수세 공정에서 온도에 대한 영향을 파악하기 위하여 750℃에서 소성한 소성 후 산화철을 이용하여 60 ℃, 90 ℃ 및 오토클레이브를 이용하여 140 ℃(압력 2.5 bar)에서 수세 공정을 각각 진행하였다. 이 때, 교반 시간(2시간) 및 산화철 투입량(물 1 L당 소성 후 산화철 케이크 150 g)은 동일 조건을 유지하고 물의 온도만 달리 하여 수세를 하였다. 수세 후, 상기 실험과 동일한 방법으로 여과하고, 무게 측정 및 성분 분석을 시행하였다. 이 때, 산화철에 포함된 성분의 중량% 및 불순물의 제거율은 다음과 같다.
| 수세액 온도 | 구분 | Fe | Zn | Na | K | S | |
| 실시예 6 | 140℃ | 중량% | 67.9 | 0.15 | 0.07 | 0.08 | 0.32 |
| 제거율(%) | 94.9 | 98.0 | 94.0 | 92.9 | |||
| 비교예 2 | 60℃ | 중량% | 65.7 | 0.27 | 0.09 | 0.09 | 0.34 |
| 제거율(%) | 90.4 | 91.6 | 97.6 | 91.9 | |||
| 비교예 3 | 90℃ | 중량% | 65.7 | 0.27 | 0.08 | 0.08 | 0.34 |
| 제거율(%) | 90.4 | 91.9 | 97.9 | 91.9 |
수세 공정에서 수세액의 온도가 상승할수록 약간의 불순물 제거 효율이 증가하나, 비교에 2 및 3은 실시예 2에 비해 불순물 제거율이 큰 차이를 보이지는 않는다.
다만, 오토클레이브를 이용하여 2.5 bar의 압력 및 140 ℃의 온도에서 수세한 실시예 6은, 오토클레이브를 이용하지 않은 실시예 2에 비해 불순물의 제거율이 상승하였다.
선택적 아연 침전 공정(S400) 및 제2 여과 공정(S500)
수세 후 여액 중 아연을 회수하기 위해 선택적 아연 침전 공정을 진행하였다. 우선 수세 후 여액의 온도를 60 ℃로 상승시킨 후, pH 농도가 8로 유지될 수 있도록 Na2CO3를 지속적으로 투입하였다. 투입된 Na2CO3가 잘 섞일 수 있도록 3시간 동안 교반한 후, 여과기로 여과하였다. 그 다음, 여과된 케이크를 건조한 후 무게 측정 및 성분 분석을 시행하였다.
수세 후 여액 중, 아연 함유량은 2,950 mg/l이였으며 선택적 아연 침전 공정을 거친 후 여액 중 아연 함유량은 2.65 mg/l로 감소하였다. 즉, 아연은 ZnCO3(s)의 형태로 침전되었고, 수세 후 여액 중 아연을 99% 이상 회수할 수 있었다. 이 때, 침전물은 수세 후 여액 1 L당 6.5 g 발생하였다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 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 (12)
- 아연 제련 공정의 부산물인 원료 산화철을 정제하는 방법으로서,
상기 방법은 상기 원료 산화철을 소성하는 소성 공정;
소성 후 산화철 케이크를 수세액으로 수세하는 수세 공정; 및
수세 후 산화철 케이크를 여과하는 제1여과 공정을 거쳐 정제 후 산화철을 제공하는 방법으로,
상기 소성 공정의 소성 온도는 700 ℃ 내지 950 ℃이며,
상기 수세 공정은 오토클레이브를 이용하여 상기 소성 후 산화철 케이크를 수세액으로 수세하며,
상기 수세액의 온도는 130 ℃ 내지 150 ℃인 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 소성 공정은 산화철을 건조하는 단계를 더 포함하며,
상기 산화철을 건조하는 단계에서의 건조 온도는 90 ℃ 내지 110 ℃이고, 건조 시간은 2시간 이상인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 소성 공정은 로터리 킬른을 이용하여 대기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 수세 공정은 수세액 1L 당 상기 소성 후 산화철 케이크를 140 g 내지 160 g 투입하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 정제 후 산화철은 60 중량% 이상의 철, 0.3 중량% 이하의 아연, 0.1 중량% 이하의 칼륨, 0.1 중량% 이하의 나트륨 및 0.5 중량% 이하의 황을 포함하는, 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
제1여과 공정에서 나오는 수세 후 여액으로부터 아연을 회수하는 선택적 아연 침전 공정을 더 포함하고,
상기 선택적 아연 침전 공정은 상기 수세 후 여액에 염을 투입하는 것을 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서,
상기 염은 탄산나트륨인, 방법. - 제10항에 있어서,
상기 선택적 아연 침전 공정은 상기 수세 후 여액의 온도가 50 ℃ 내지 70 ℃이고, pH가 7 내지 9인, 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |