KR20010013038A - 용융된 물질을 입자화하는 장치 및 방법 - Google Patents

용융된 물질을 입자화하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

용융된 매트(matte) 또는 슬래그(slag)는 용융된 매트 또는 슬래그를 라운더(10a, 10b)를 통하여 제립 탱크(11a, 11b)로 이송하므로 수분 입자화된다. 탱크(11a, 11b)는 경사 벽을 포함하고, 조절가능한 오버플로우 위어(22b) 및 하나 또는 그 이상의 스프레이 노즐(19a, 19b)을 갖춘다. 노즐(19a, 19b)은 제립 탱크(11a, 11b)로 이송되는 용융된 매트 또는 슬래그 모두 실질적으로 충격을 제거하도록 수분이 위치설정된다. 제립 탱크(11a, 11b)는 중합체 물질로 적합하게 피복되어 프레틱 익스플로젼(phreatic explosions)용 위치에너지를 감소시킨다. 제립기는 가스 오프테이크(16b)를 선택적으로 갖추고 있고, 가스 오프테이크(offtake)는 증가된 통기 시스템(15)에 연결될 수 있는 타워(14b)를 직접적으로 소멸하도록 연결될 수 있다. 제립기는 중합체 물질(29b)로 바람직하게 덮여진 익스플로젼 릴리프 개구(27b)를 갖는 내구력이 있는 채널(28b)로 이루어진 익스플로젼 릴리프 개구(27b)와 결합되는 것이 바람직하다.

Description

용융된 물질을 입자화하는 장치 및 방법{APPARATUS FOR AND PROCESS OF WATER GRANULATING MATTE OR SLAG}
다양한 건식야금 공정(pyrometallurgical process), 특히 비철 공정(nonferrous processes)에서, 용융된 매트 및 슬래그는 각기 중간 산물 및 부산물로서 발생된다. 이러한 물질의 효과적인 처리는 유동가능한 미립자 상태에 대해 이들의 감소를 유리하게 한다. 다양한 방법이 이러한 감소를 위해 공지되어 있고, 이것은 수분 입자화, 공기 입자화, 그라인딩(grinding), 로터리 애토미제이션(rotary atomization)(본 명세서에 참조로 인용된 미국 특허 제 5,409,521 호에 개시된 바와 같음) 등을 구비한다. 편의성, 안전 및 비용을 위하여, 주로 수분 입자화가 매트 및 슬래그의 크기를 감소시키는 바람직한 방법이다. 하나의 대표적인 수분 입자화 방법은 본 명세서에 참조로 인용된 미국 특허 제 5,468,279 호에 개시되어 있다.
상기 기술의 모두는 하나의 정도 또는 다른 것에 대해 효과적인 반면, 모두는 개선점, 특히 환경적 및 안전 상태에 대한 개선점을 갖게 된다. 특히 수분 입자화에 따르면, 가스 방출 폭획내의 개선점과 프레틱 익스플로젼내의 감소가 현재 탐구의 목적이다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 용융된 매트 또는 슬래그는 용융된 매트 또는 슬래그를 라운더(launder)를 통하여 제립 탱크(granulator tank)로 이송하므로 수분 입자화된다. 이러한 탱크는 경사 벽(sloping walls)을 포함하고, 이것은 작동 입자화 영역 및 정지한 침전 영역으로 분리되는 하나 또는 그 이상의 배플(baffles)을 갖춘다. 또한, 탱크는 조절가능한 위어 및 다수의 스프레이 노즐을 갖춘다. 이러한 노즐은 여기서 방출되는 물이 제립 탱크로 이송되는 모든 또는 거의 모든 용융된 매트 또는 슬래그에 충돌하도록 위치설정된다. 제립 탱크는 선택적으로 중합체 물질로 코팅되어 프레틱 익스플로젼을 위한 위치에너지를 감소한다. 또한 제립기(granulator)는 퀸치 타워(quench tower)에 직접적으로 연결될 수 있는 가스 오프테이크(offtake)를 선택적으로 갖추고, 퀸치 타워는 증가된 통기 시스템으로 연결될 수 있다.
또한, 제립 탱크는 입자화된 물질을 제거하기 위한 버킷 엘리베이터(bucket elevator)를 갖춘다. 제립기로부터의 수분 오버플로우(water overflow)는 시커너/클래리피어(thickener/clarifier)로 전달되어 고형물을 회복한다. 시커너/클래리피어로부터의 회복된 입자화 수분은 냉각 및 리사이클되고, 이러한 수분의 pH는 제립기 통기 가스로부터 오염물질 제거의 효율을 최대화하도록 조절된다.
본 발명은 수분 입자화(water granulation)에 관한 것이다. 본 발명은, 일 실시예에서 용융된 매트(matte), 또는 다른 실시예에서 슬래그(slag)의 수분 입자화에 유용한 장치에 관한 것이고, 본 발명은 매트 또는 슬래그의 입자화 방법에 관한 것이다. 다른 실시예에서, 본 발명은 환경적으로 안전한 방식으로, 만약 있다면 프레틱 익스플로젼(phreatic explosions)을 최소한으로 하는 매트 또는 슬래그를 수분 입자화하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 2개의 제립기에 대한 매트 라운더로부터 입자화된 매트 콘베이어 벨트로의 매트 입자화 처리의 일 실시예의 개략적인 흐름 다이어그램,
도 2의 도 1의 2개의 제립기의 개략도,
도 3은 도 1 및 도 2의 버킷 엑스커베이터(excavator)의 개략도.
본 발명의 수분 입자화 장치는 용융된 매트 또는 슬래그 또는 양쪽의 복합물 모두를 입자화(granulating)할 수 있다. 통상의 매트 및 슬래그 복합물은 본 명세서에 참조로 통합된 미국 특허 제 5,449,395 호, 제 4,416,690 호, 제 5,217,427 호 및 제 5,007,959 호에 개시된 바와 같이 구리 용융 처리(copper smelting processes)내에 발생되는 것을 구비한다. 니켈 용융 처리로부터 발생되는 대표적인 매트 및 슬래그는 본 명세서에 참조로 인용된 바와 같이 미국 특허 제 5,215,571 호에 개시되어 있다.
동일한 참조부호는 도면을 통해 동일한 부분을 도시하도록 사용된다. 밸브, 결합부, 히터 등과 같은 설비의 다양한 아이템은 본 명세서의 설명을 단순화시키기 위하여 생략되지만, 당업자는 이러한 통상의 설비가 소망하는 바와 같이 사용될 수 있다는 것을 주지할 것이다.
본 발명의 공정의 하나의 전형적인 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 용융된 매트(예컨대, 구리 또는 니켈) 또는 슬래그, 이러한 경우 매트는 라운더(launders)에 의해 하나 또는 그 이상의 스멜터(smelters) 또는 다른 건식 야금법 퍼니스(pyrometallurgical furnaces)(도시하지 않음)로부터 제립 탱크(11a, 11b)로 운반된다. 용융된 매트는 이러한 탱크내에서 수분과 접촉하고, 이것은 탱크의 바닥에 모여있는 입자화된 매트로 전환된다. 버킷 엑스커베이터(12a, 12b)는 입자화 탱크의 바닥으로부터 컨베이어(13) 또는 유사한 운반 설비로 연속적으로 또는 간헐적 기초에 따라 입자화된 매트를 제거하고, 컨테이어 또는 유사한 운반 설비는 입자화된 매트를 저장 또는 운반 시설 또는 다른 처리(도시하지 않음)를 위한 다른 스테이션으로 운반한다.
도 2는 본 발명의 제립기의 하나의 실시예가 도시되어 있다. 전형적으로 제립기[본 명세서에 제립기(11b)의 용어로 설명함]가 통기 덕트(15)에 연결된 밀폐 및 통기된 타워(14b)를 구비한다. 타워(14b)는 입자화 영역(17b)을 덮는 스팀 후드(16b)에 연결된다. 입자화 영역은 하나 또는 그 이상의 수분 노즐[예컨대, 도면부호(19a, 19b)]에 대해 위치설정된 중앙 레이들(ladle)[예컨대, 입자화 영역(17a)의 절취된 섹션내에 도시된 레이들(18a)]을 구비함으로써, 중앙 레이들로부터 방출된 용융된 매트가 노즐로부터 방출된 수분과 직접적으로 및 거의 완전히 접촉하게 된다.
수분을 갖는 용융된 매트의 접촉은 스팀 후드에 의해 및 타워를 통하여 통기 덕트로 포획된 증기를 발생시킨다. 전형적으로 및 바람직하게는, 중앙 레이들은 노즐 위에 배치되고, 노즐은 수분의 스프레이 또는 캐스케이드(cascade)를 방출하는 방식으로 작동된다. 따라서 레이들로부터 방출된 용융된 매트는 수분 스프레이 또는 캐스케이드를 통하여 통과하거나 떨어진다.
수분과 접촉할 때, 용융된 매트는 제립 탱크의 바닥에, 즉 설정 영역(20b)내에 입자화되고 수집된다. 입자화 영역(17b)은 배플(21b)에 의해 설정 영역(20b)으로부터 분리되고, 배플은 전형적으로 제립 탱크의 내벽으로부터 연장된 하나 또는 그 이상의 콘크리트(concrete) 또는 강(steel) 구조체이다. 또한 설정 영역(20b)은 입자화 수분을 설정 영역으로부터 포획 및 분배하게 될 입자화 수분 오버플로우 위어(weir)(22b)를 갖춘다. 입자화된 매트는 최종적으로 도 3에 상세히 도시된 바와 같이 엑스커베이션 버킷(23b)에 의해 설정 영역으로부터 제거된다.
또한 제립 탱크는 설비[예컨대, 긴급 라운더(24b) 및 긴급 포트(25b)]를 구비하여 입자화 영역으로부터 떨어진 경우에 발생할 수도 있는 임의의 용융된 물질 유출을 조절 및 배향하게 된다.
제립 탱크는 콘크리트 또는 다른 적절한 구성 물질, 예컨대 강으로 구성되고, 경사 벽(도 3에 도시함)을 포함하여 입자화된 물질을 버킷 엘리베이터로 배향하게 된다. 오버플로우 위어는 탱크의 측벽을 따라 배치되어 수분의 조절 철회를 허용하고, 이러한 위어는 조절가능한 것이 바람직하다. 이러한 위어는 도 2에 도시된 바와 같이 제립기내의 프리보드(free-board) 및 수분내로 연장되는 금속 격벽(26a, 26b)에 의한 몹시 거친 수분(turbulent water)으로부터 고립된다.
일 실시예에서, 수분은 플레이트(도시하지 않음)를 통하여 제립 피트 또는 탱크로 유입되고, 플레이트는 전형적으로 스테인레스 강(stainless steel)으로 제조되며, 다수의 스프레이 노즐과 결합된다. 노즐의 수, 직경(크기) 및 위치는 형편에 맞게 변경할 수 있고, 노즐의 정확한 크기, 수 및 위치는 용융된 물질, 입자화 작용의 파라미터, 입자화된 산물의 소망하는 최종적인 입자화 크기 및 유사한 요소의 함수를 변경할 수 있다. 모든 이러한 요소의 결합은 최종적으로 프레틱 익스플로젼의 수와 크기를 결정한다.
선택적으로, 입자화 피트는 중합체 물질, 예컨대 콜타르 에폭시(coal tar epoxy)로 피복되어 용융된 물질의 익스플로젼의 위치에너지(potential)를 감소한다. 이론에 의해 한정되는 것을 원하지 않지만, 유기 물질은 용융된 물질과 제립 탱크 사이의 인터페이스에서 응집 비등(nucleate boiling)의 개시에서 간섭하는 것에 의해 금속-수분 익스플로젼(metal-water explosions)을 방지하는 것으로 여겨진다.
제립 탱크로의 수분 유량은 탱크의 설계, 용융된 물질의 성질 및 양, 수분 온도 및 다른 변수를 변경할 것이나, 전형적으로 물질의 톤당 약 10톤 내지 약 30톤의 수분에서 변경하고, 바람직하게는 물질의 톤당 약 15톤 내지 25톤의 수분에서 변경한다. 다양한 설계 및 수분 입자화 시스템의 작동 변수에 따라서, 전형적인 시스템은 일상적으로 용융된 물질, 예컨대 구리 매트의 시간당 60톤(tph)을 처리할 수 있고, 과도하게는 85(tph)를 처리하고, 소정의 시스템 설계 및 작동은 손상 익스플로젼 없이 용융 물질을 과도하게는 200에서 300(tph)까지도 처리할 수 있다.
전형적으로 수압은 익스플로젼-프리(free) 입자화를 증진하기 위하여 약 65 내지 120(psig)이고, 바람직하게는 약 85 내지 105(psig)이다. 소정의 작은 "뱅(bangs)"은 시스템이 정상적으로 작동하는 오퍼레이터를 보장하도록 전형적이고 유용하게 된다. 전형적으로 수분 온도는 과도하게는 90℉, 바람직하게는 120 내지 140℉이다.
바람직하게는, 제립기는 내구력이 있는, 예컨대 스테인레스 강으로 구성된 익스플로젼 릴리프 개구(27b)에 결합되고, 채널(28b)은 이격되게 배치되어 고형 물질이 용융된 물질 입구 라운더에 가장 근접한 입자화 영역으로부터 방출되는 가능성을 감소시킨다. 여기서 또한 익스플로젼 릴리프 개구는 중합체 물질(29b), 예컨대 중합체 피복 직물로 덮이고, 탄성 코드(elastic cords)에 의해 보유되어 정상 작동중에 스팀의 배출을 방지하나, 익스플로젼의 경우에 가압된 가스의 제거를 허용하는 것이 바람직하다(따라서 제립 탱크 및 관련된 설비에 대한 구조적인 손상을 방지함).
제립기는 퀸치 타워(스크러버)(14b)에 직접 연결된 가스 오프테이크 및 증가된 통기 시스템[예컨대, 통기 덕트(15)]을 갖추는 것이 바람직하다. 퀸치 타워는 주요 입자화 수분의 측면 스팀과 함께 작동되어 아황산가스 또는 미립자 매트와 같은 오염물질을 제거하는데 영향을 미칠 수 있다. 퀸치 타워 배출물은 입자화 탱크내로 직접적으로 유동할 수 있다. 변형예로서 제립기는 멀리 떨어져 배치된 스크러버(도시하지 않음)를 통하여 통기될 수 있다. 다른 변형예에서, 제립기는 통기된 라운더 밀폐체내에 가스외에는 소정의 가스 탈출을 방지하도록 단단히 밀봉될 수 있다.
버킷 엘리베이터는 제립 탱크로부터 물질을 제거하도록 사용되고, 롤러, 가이드 및 리프팅 호이스트(lifting hoist)를 구비함으로써 서비싱(servicing)을 위해 제립 탱크로부터 부분적으로 제거되거나 또는 탱크로부터 물질의 조절된 제거(controlled removal)에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 후자의 절차는 입자화된 물질이 넘치도록 가득하게 된다면, 탱크를 "채광(mined)"되도록 한다.
제립기로부터의 수분 오버플로우는 시커너/클래리피어(도시하지 않음)로 배향되어 입자화 수분내에 부유시켜 운반(entrained)되는 소정의 고형물을 재생하게 된다. 시커너로부터의 언더플로우(underflow)는 선택적으로 슬롯 입자화 엑스커베이터 버킷내로 이송되어 물질의 여과(filtration) 및 회복(recovery)에 영향을 미친다. 변형예로서, 언더플로우는 여과 장치로 배향될 수 있다.
입자화 수분 pH는 수산화나트륨(NaOH)과 같은 기본 혼합물의 추가에 의해 조절되어 다소 염기성으로 대략 중성의 pH를 유지한다. 일실시예에서, 조절된 pH 수분은 제립기 통기 가스로부터 오염물질을 제거하기 위하여 사용된다.
입자화 수분은 통상의 냉각 타워내에서 냉각되어 입자화 시스템으로 재순환될 수 있다. 백업(backup) 수분 공급 시스템은 주요 입자화 펌프가 중단되는 전력 실패의 경우에도 입자화 헤드로 유량을 보장하도록 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명은 전술한 도면 및 다양한 실시예에 대한 참조에 의해 상세히 고려되어 설명되었지만, 이러한 설명은 예시를 위한 것이며 첨부된 청구범위에 설명된 본 발명에 대해 제한하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims (2)

  1. 용융된 물질을 입자화하는 장치에 있어서,
    A) 용융된 물질을 용융된 물질의 공급원으로부터 프리보드 영역(freeboard area)을 갖는 경사진 벽 제립 탱크(granulator tank)로 운반하기 위한 수단으로서, 상기 탱크는 (ⅰ) 상기 탱크내로 연장된 적어도 하나의 격벽에 의해 프리보드로부터 고립되는 수분 오버플로우 위어(water overflow weirs), (ⅱ) 상기 탱크를 설정 영역 및 작동 입자화 영역내로 분배하기 위한 배플(baffle), (ⅲ) 상기 작동 입자화 영역으로부터 떨어진 물질 유출을 전환하기 위한 수단, (ⅳ) 상기 탱크로부터 상기 (A)의 수단으로 고형 물질의 방출을 방해하기 위한 수단을 구비하는, 상기 운반 수단과,
    B) 상기 용융된 물질이 상기 (A)의 수단으로부터 상기 크래뉼레이터 탱크의 상기 작동 입자화 영역내로 방출될 때 상기 용융된 물질상으로 수분을 투입함으로써 상기 용융된 물질이 입자화된 물질로 전환되고 그 다음 상기 제립 탱크의 설정 영역내에 모이게 되는, 상기 수분 투입 수단과,
    C) 상기 제립 탱크의 설정 영역으로부터 상기 입자화 물질을 제거하기 위한 수단과,
    D) 상기 제립 탱크를 위한 가스 방출을 포착하기 위한 수단을 포함하는
    용융된 물질을 입자화하는 장치.
  2. 용융된 물질을 입자화하는 방법에 있어서,
    A) 용융된 물질을 제립 탱크의 입자화 영역내로 이송하기 위한 단계와,
    B) 상기 용융된 물질을 충분한 수분과 접촉시키고 이러한 방법으로 상기 입자화 영역에서 상기 제립 탱크가 손상되지 않는 프레틱 익스플로젼(phreatic explosions)만으로 상기 용융된 물질이 입자화된 물질로 전환되는 단계와,
    C) 상기 입자화된 물질을 상기 제립 탱크의 설정 영역내로 모으는 단계와,
    D) 상기 제립 탱크로부터 가스 방출을 모으고, 이러한 방출을 전환하여 상기 환경으로 방출하기에 적합하도록 형성하는 단계와,
    E) 상기 단계(B)로부터 남아 있는 상기 수분을 상기 입자화된 물질로부터 회복하고, 또 상기 회복된 수분을 상기 단계(B)로 재순환하는 단계와,
    F) 상기 입자화된 물질을 상기 제립 탱크의 설정 영역으로부터 제거하는 단계를 포함하는
    용융된 물질을 입자화하는 방법.
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