KR20020065635A - 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서스펜션 반응기에서 건식야금법으로 황화정광으로부터 직접 조동을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 황화동 정광을 서스펜션 반응기에 주입하며, 또한 그 정광으로부터 방출하는 열을 가두도록 냉각된 미세한 가루 동매트를 주입한다.

Description

서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF BLISTER COPPER IN SUSPENSION REACTOR}
공지의 종래기술은, 상기 정광을 자용로와 같은 서스펜션 반응기에서 공기 또는 산소-풍부 공기로 제련하여, 동-풍부 매트(50-75% Cu) 및 슬래그를 만드는 여러단계를 거쳐 황화정광으로부터 조동 또는 블리스터 구리를 제조하는 것이다. 이러한 방법은 미국특허공보 제 2506557 호에 개시되어 있다. 자용로에서 형성된 동매트는, 예를 들어 피어스-스미스형 전로(converter) 또는 플래쉬 전로에서 조동으로 변형되고 애노드노(anode furnace)에서 더 정련된다.
서스펜션 반응기의 한 공정에서 황화정광으로부터 직접 조동을 생산하는 것은 소정의 경계조건내에서 경제적으로 실행가능하다. 조동의 직접적인 생산과 관련된 가장 큰 문제는 동으로부터 슬래그를 제거하는 것, 형성된 많은 양의 슬래그 및 정광을 연소할 때 발생한 많은 열량을 포함한다. 상기의 많은 양의 슬래그는 표면적이 큰 제련유닛을 필요로 하며, 이것은 그 공정의 투자비용에 영향을 끼친다.
슬래그의 양이외에, 동의 직접생산에서 발생하는 한가지 문제는 황화정광을 연소할 때 발생되는 많은 양의 열이며, 이 때문에 보통정광(동함량 20-31% Cu)을 연소할 때 산소 풍부도가 낮아야 하며, 심지어 50% 산소 이하이어야 하며, 처리 공기중에서의 질소의 가열은 열의 균형을 이룬다. 그러나, 이것은 많은 양의 가스처리를 야기시켜, 결국 체적이 큰 노를 필요로 하며, 무엇보다도 큰 가스처리기(보일러, 전기 석출기, 가스라인, 산생산설비 세척기)등을 필요로 한다. 가스조작과 관련된 이러한 유닛을 더욱 경제적인 크기로 만들기 위해서는, 서스펜션 반응기에서 높은 산소 풍부도를 얻을 수 있어야 한다(처리가스중 50% O2이상).
만약 정광의 동함량이, 전형적으로 37% Cu 이상으로, 예를 들어 정광의 동함량이 50% 를 초과하는 오스트레일리아의 올림픽 댐 제련소에서처럼 충분히 많다면, 정광의 열값은 보통 정광의 동함량이 많을 수록 낮기 때문에, 한 단계에서 직접 조동을 생산하는 것이 가능하다. 사실, 많은 동함량에서는 황화철광석의 비율이 낮다. 상술한 정광을 사용하는 경우, 충분히 높은 산소 풍부도를 사용할 수 있으며, 그 결과, 적절한 가스의 양이 남는다.
적은 동함량을 갖는 정광은, 만약 유리한 조성을 갖는다면, 또한 직접적인 조동생산에 적합할 수 있다. 예를 들어, 폴란드의 글로고우 제련소에서는, 철함량이 낮고 최종 슬래그의 양이 현저히 높지 않기 때문에, 한 단계에서 정광으로부터 조동을 생산한다. 보통의 정광으로 한 단계에서 동을 생산하는 것은 모든 철과 다른 채광들의 슬래그 제거 작업을 유발한다. 이러한 형태의 방법이 미국특허공보 제 4,030,915 호에 개시되어 있다.
본 발명은 서스펜션 반응기에서 건식야금법으로 황화정광으로부터 직접 조동을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 황화동정광을 서스펜션 반응기에 장입하는데, 이 반응기에는 또한 그 정광으로부터 방출하는 열을 가두도록, 냉각된 미세한 가루의 동매트(copper matte)를 주입한다.
도 1 은, 하나의 서스펜션 제련유닛과 전기로가 사용된 본 발명의 일장치의 원리도이다.
도 2 는, 두개의 서스펜션 제련유닛, 슬래그 농축기 및 전기로가 사용된 본 발명의 다른 원리도이다.
이제, 서스펜션 반응기에서 조동을 생산하는 새로운 방법을 개발하였는 바, 이 방법에서는 냉각된 미세한 가루의 동매트를 정광과 함께 서스펜션 반응기에 장입하여, 황화동을 함유한 정광에 의해 발생한 열을 가두고 상대적으로 슬래그의 양을 감소시킨다. 동매트는 별개의 장치에서 생산되며, 예를 들어 입상화에 의해 냉각된 후 미세하게 가루화된다. 슬래그 양이 상대적으로 감소된다는 말은, 생산된 조동의 양에 비해 발생된 슬래그의 양이 종래의 방법에 의한 것보다 더 적다는 것을 의미한다. 이러한 방법에 의해, 직접적인 조동생산에 있어 높은 산소 풍부도를 사용하고 종래보다 더 소형인 가스처리기를 다루는 것이 가능하게 되었다. 또한 서스펜션 반응기의 장입물의 총량에 첨가할 필요없이 제련기의 총용량이 현저히 증가할 수 있다. 본 발명의 본질적인 특징은 첨부된 청구항에서 명백해 질것이다.
본 방법 이면의 근본적인 개념은, 부가적인 열을 가스중의 질소에 가두는 종래의 방법대신에, 본 방법에서는 열을 냉각된 매트에 가둔다는 것이다. 정광에 냉각된 매트를 첨가함으로써, 산소 풍부도는, 매트의 비율이 빈약 동정광 및 풍부 동정광 둘다와 함께 성장함에 따라 상승될 수 있다. 만약 냉각된 미세한 가루의 매트의 장입비율이 크다면, 빈약 정광과 직접적인 조동생산이 경제적으로 실현가능할 때조차 산소 풍부도는 현저히 상승될 수 있다.
본 발명에서 상기 방법의 다른 잇점은, 장입물에서의 매트의 비율이 증가함에 따라 서스펜션 반응기에서 발생되는 슬래그의 상대적 양이 감소하여 슬래그 속으로의 동손실이 감소하며, 따라서 슬래그 클리닝을 통해 순환되는 동의 양이 감소된다는 것이다. 규산철 슬래그 또는 칼슘페라이트 슬래그는 정광의 조성에 따라 블리스터 노에 사용될 수 있다. 만약 매트와 블리스터 생산이 동일한 제련기에서 발생하여 슬래그 처리를 연합하여 다룰수 있다면, 두 개의 반응기가 동일한 형태의 슬래그를 사용하여 유리하다. 만약 슬래그의 농축이 슬래그 처리의 한 과정이라면, 상기 슬래그는 규산철 슬래그인 것이 유리하다. 블리스터 노에 장입되는 매트는 공지의 제련노에서 생산되는 매트일 수 있다.
단일의 서스펜션제련기는, 동함량, 이용가능한 정광의 조성, 및 이용가능한 매트의 양과 조성에 따라 블리스터 제련기로서 직접 구성될 수 있다. 상기 슬래그는 단일단계 또는 바람직하게는 2-단계의 슬래그 클리닝으로 더 처리된다. 상기 2-단계 클리닝 방법은 두개의 전기로, 또는 전기로와 슬래그 농축기를 포함한다. 만약 상기 슬래그가 슬래그 농축기에서 처리된다면, 상기 슬래그 농축물은 다시 서스펜션 반응기에 장입될 수 있다. 조동은 애노드 노에서 보통의 정련을 계속한다.
만약 두개의 제련기가 이용가능하다면, 이것중 적어도 하나는 서스펜션제련노이며, 보통의 동정광은 매트생산기에서 처리된다. 생산된 매트는 입상화되어, 미세하게 가루화되어 정광과 함께 블리스터 제련기로 장입되며, 이로인해 블리스터노의 정광은 보통(Cu 함량 31%이상)보다 더 풍부하다. 매트 생산노로부터의 슬래그는 종래기술에 따라, 예를 들어 슬래그 농축기에서 처리되며, 블리스터 노의 슬래그는 먼저 유리하게는 전기로에서 처리되며, 상기 슬래그는 이곳으로부터 슬래그 농축기로 이송된다. 또한 이러한 경우, 블리스터노의 슬래그 처리는 단일-단계일 수 있다.
도 1 에 따라, 플럭스 및 동매트와 함께 황화동 정광을 서스펜션 제련기(이 경우에서는 자용로(FSF))로 장입한다. 단순화하기 위해, 상기 노속으로 산소가 장입되는 것으로 표시하였지만, 이것은 종종 산소-풍부 공기이다. 전술한 것처럼, 산소 풍부도는 50% 이상인 것이 바람직하다. 자용로에서 형성된 조동은 애노드 노로 이송되어 보통의 방법으로 정련되어, 애노드로 주조된다.
상기 자용로로부터의 슬래그는 전기로에서 처리될 때, 상기 슬래그는 칼슘 페라이트 슬래그 또는 규산철 슬래그일 수 있다. 전기로에서 발생된 조동은 애노드 노에 직접 보내지고, 애노드 노에서 발생한 적은 양의 슬래그는 전기로에 보내진다.
도 2 는, 두개의 제련기, 하나의 블리스터 노, 및 상기 블리스터 노에 장입될 동매트가 생산되는 다른 블리스터 노가 있는 본 발명의 제 2 대안에 따른 다이어그램을 도시한다. 동매트를 형성하기 위해, 황화동 정광 및 모래등의 규산염-함유 플럭스를 종래기술에 따라 산소 또는 산소-풍부 가스와 함께 상기 공정의 제 1 제련 반응기의 반응축속으로 장입한다. 이경우, 상기 반응기는 자용로이지만, 매트를 형성하기 위한 다른 반응기일 수 있다. 이 노로 장입되는 정광은 약 20-31% Cu 함량을 가진 빈약 동정광 또는 보통 동정광인 것이 바람직하다. 동매트는 자용로의 저부의 바닥, 즉 노의 하부와, 약간의 동을 함유하는 페이야라이트 슬래그의 상부에서 형성된다.
황화물 정광인 동정광을 조동생산 서스펜션 반응기(FSF)로 나르지만, 이것의 동함량은 매트를 생산하는 제련노로 장입되는 정광보다 더 높은 것(Cu함량이 31%이상)이 바람직하다. 따라서 조동노로 장입되는 정광의 황화물 및 철의 함량은 푸어 정광보다 더 낮고 따라서 정광의 열량이 매트를 생산하는 노로 장입되는 정광보다 더 낮다. 매트생산 로에서 형성된 동매트는 입상화되고 가루화되어, 동정광, 규산염을 함유한 플럭스 및 산소 또는 산소-인리치 공기와 함께 블리스터 반응기로 장입되며, 상기 블리스터 반응기는 또한 자용로인 것이 유용하다. 명백히, 모든 매트가 매트생산 노로부터 생산될 필요는 없으며, 상기 매트중 일부는 다른곳에서 생산될 수 있다. 조동은 블리스터 노에서 생산되며, 동원료가 용융상태로 장입되는 애노드 노로 장입되려 한다. 애노드 노에서 정련되는 동은 동애노드로 주조된다.
매트 생산 제련노에서 형성된 슬래그는 천천히 냉각되어 가루화된다. 상기 슬래그는 부유선광에 의해 슬래그 농축기에서 농축되며 발생된 그 슬래그 농축물은 동일한 매트생산 제련노로 다시 보내진다. 발생된 상기 농축물에서의 동함량이 종종 매우 높기때문에, 이것은 또한 블리스터 노로 이송될 수 있다. 상기 슬래그 농축물에서의 폐기물은 약 0.30 - 0.5%, 바람직하게는 0.3 - 0.35% 의 Cu 함량을 가진 폐기 슬래그이다.
블리스터 반응기(FSF) 에서 형성된 슬래그는 용융상태로, 예를 들어 채널을 따라 전기로(EF)로 보내지는 것이 유용하다. 전기로에서, 상기 슬래그는 코크로 환원되며, 노에서 생산된 조동은 직접 애노드노로 이송된다. 애노드노에서 발생된 슬래그는 또한 동일한 전기로로 보내진다. 전기로 슬래그는 매트생산 서스펜션 제련노로부터의 슬래그처럼 서냉되어 슬래그 농축기로 보내져서 매트생산 제련노로부터의 슬래그를 따라 처리된다.
실시예 1
도 1 에서 처럼 조동을 서스펜션제련노에서 생산하였다. 자용로의 장입은 83.7 t/h 으로, 다음과 같이 구성되었다: 정광 36.1 t/h, 슬래그 농출물 2.2t/h, 플럭스 4.4 t/h, 매트 35.4 t/h 및 연도먼지 5.6 t/h.
상기 정광의 조성은 다음과 같다:
Cu %43.00
Fe % 14.00
S % 26.00
SiO2% 5.00
노로 장입되는 플럭스의 SiO2양은 90% 이다.
동매트의 분석표는 다음과 같다:
Cu %70.00
Fe % 7.96
S % 21.34
노로 장입되는 산소양은 13 400 Nm3/h 이며 공기양은 4140 Nm3/m , 산소 풍부도는 74.6% 이다.
조동 35.6 t/h 가 자용로에서 생산되며 이것의 구리함량은 99.41%이다. 페이야라이트(fayalite)슬래그 양은 29.2 t/h 이며 이것의 조성은 다음과 같다: Cu 20%, Fe 28.7%, S 0.1% 및 SiO221% 이다. 노에서 배출되는 가스의 함량은 29 100 Nm3/h 이며, 온도는 1320 ℃ 이고 이것의 분석표는 다음과 같다: SO242.3% 및 O22.1% 이다. 상기 가스는 폐열 보일러로 수송되는데, 여기서는 습득된 연도먼지가 상기 자용로로 다시 재순환된다.
자용로와 애노드 노로부터의 슬래그는 전기노에서 함께 처리되며, FSF로부터의 슬래그양은 701 t/h, Cu 함량은 20% 이며 애노드노로부터의 슬래그양은 4.5 t/h이고 Cu 함량은 60% 이다. 코크 장입은 30 t/h 이다. 전기노에서 생산된 조동의 양은 121 t/h 이고 Cu 함량은 99.35% 이다. 상기 자용로로부터의 조동을 정련하기 위해 애노드노로 상기 조동을 운반한다. 슬래그의 양은 557 t/h 이고 Cu 함량은 4% 이다. 이것의 Cu 함량이 너무 높기 때문에, 추가 처리를 위해 상기 슬래그는 슬래그 농축기로 이송된다. 부유선광 결과, 상기 슬래그정광은 38.4% 의 Cu 함량을 갖고, 폐기 슬래그는 0.38% 의 Cu 함량을 갖는다.
실시예 2
이 실시예는 도 2 에 도시된 해법을 서술하고 있다. 제 1 제련노로 장입되는 1000kg 정광에 대해 장입 및 산출량을 계산하였다. 이 케이스에서 제 1 제련노는 자용로이다.
1000kg 의 정광을 제 1 제련노로 장입하였으며, 다음처럼 구성되었다.
Cu31%
Fe25%
S31%
상기 노로 장입되는 플럭스, 모래양은, 88kg, 슬래그정광은 70kg 이며 순환된 석출물은 22kg이다. 따라서 총 노의 장입은 1180kg 이며, 여기서 먼지순환은 계산에 포함되지 않았다. 노의 반응축으로 공기 172 Nm3및 산소 157Nm3을 장입하여, 산소 풍부도가 57% 가 되게 하였다.
제련노에서 발생한 매트양은 464kg 이며 이것의 조성은 Cu 70%, Fe 7.0%, S 21.2% 이며, 온도가 1280℃ 이다. 슬래그의 양은 568kg이며, 이것의 조성은 Cu 2.6%, Fe 42%, S 0.7%, SiO227% 이며, 온도가 1320℃이다.
제 1 제련노에서 형성된 매트는 입상화되고, 가루화되어 상기 가루매트를 서스펜션 제련노로 장입하여 노에서 발생한 열을 가둔다. 블리스터를 형성하기 위해, 다음의 조성을 갖는 정광을 노로 장입한다: Cu 38%, Fe 29%, S 26% 그리고 그 양은 214kg 이다. 다시 모래 플럭스를 44kg 양으로 장입한다. 따라서, 총 장입량은 연마할 때 소모되는 양을 계산에 고려하여 710kg 이다. 공기 50Nm3및 산소 111Nm3을 블리스터노 속으로 장입하여, 산소 풍부도가 72% 가 되게 하였다.
서스펜션 제련노(이 경우에는 자용로)에서 형성된 조동양은 362kg이며 이것의 Cu 함량은 98.8% 이며 S 함량은 0.6% 이며, 온도는 1280℃이다. 자용로에서 형성된 슬래그의 양은 239kg이며 이것의 조성은 Cu 20%, Fe 31.2%, S 0.1%, SiO221% 이며 온도는 1300℃ 이다.
애노드노로부터의 슬래그와 동일한 방법으로 블리스터노로부터의 슬래그를 전기노로 이송하며, 이곳에서 슬래그의 양은 오직 3kg이고 Cu 함량은 60% 이다. 코크 10kg을 첨가한다. 전기로에서 44kg 블리스터가 형성되며, Cu 함량은 96% 이다. 전기로에서 슬래그의 양은 188kg이며, 이것의 조성은 다음과 같다: Cu 4%, Fe 27.3%, S 4.8%, SiO217.6% 이다.
제 1 제련노와 전기로부터의 슬래그를 천천히 냉각하고 가공을 위해 슬래그 선광기로 이송한다. 부유선광후, 슬래그 농축물의 함량은 다음과 같다: Cu29.3%, Fe 27.3%, S 4.8%, SiO217.6%. 폐기 슬래그의 분석표는 다음과 같다: Cu 0.3%, Fe 43%, SiO227.9% .

Claims (13)

  1. 황화동 정광, 플럭스 및 산소-풍부 공기를 서스펜션 반응기에 장입하여 상기 황화동 정광으로부터 직접 조동을 생산하는 방법에 있어서,
    정광으로부터 발생한 열을 가두고 슬래그의 양을 상대적으로 감소시키기 위해, 냉각된 미세한 가루의 동매트를 상기 정광과 함께 상기 서스펜션 반응기로 장입하여, 상기 반응기에 장입된 공기의 산소 풍부도를 50% O2이상으로 하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서스펜션 반응기로 장입되는 정광의 동함량이 31% 이상인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서스펜션 반응기가 자용로인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조동생산 서스펜션 반응기로 부터의 슬래그는 2단계로 처리되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 조동생산 서스펜션 반응기로 부터의 슬래그는 전기로(EF)에서 처리되며, 이 전기로로부터의 슬래그는 슬래그 농축기에서 처리되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 전기로로부터의 상기 슬래그는 슬래그 농축기에서 서냉처리되며, 이 슬래그 농축기로부터의 슬래그 농축물은 서스펜션 반응기로 이송되며, 상기 슬래그는 0.3-0.5% Cu 의 동함량을 갖는 폐기 슬래그인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 조동생산 서스펜션 반응기로부터의 슬래그는 2개의 전기로에서 처리되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 서스펜션 반응기로 장입되는 동매트는 매트생산 반응기에서 형성되며, 이 매트생산 반응기로 장입되는 정광의 동함량은 20-31% Cu 인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 매트생산 반응기로부터의 슬래그는 슬래그 농축기에서 서냉처리되며, 이로부터 얻어진 슬래그 농축물은 매트생산 반응기로 이송되며, 상기 슬래그는 0.3-0.5% Cu 의 동함량을 갖는 폐기 슬래그인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 매트생산 반응기로부터의 슬래그는 슬래그 농축기에서 서냉처리되며, 이로부터 얻어진 슬래그 농축물은 상기 조동생산 서스펜션 반응기로 이송되며, 상기 슬래그는 0.3-0.5% Cu 의 동함량을 갖는 폐기 슬래그인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조동생산 서스펜션 반응기로부터의 슬래그는 먼저 전기로에서 처리되며, 이곳으로부터 얻어진 슬래그는 서냉되어 상기 매트생산 반응기로부터의 슬래그와 함께 슬래그 농축기로 이송되어 공동처리되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 매트생산 반응기는 서스펜션 제련노인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 매트생산 서스펜션 제련노는 자용로인 것을 특징으로 하는 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법.
KR1020027008676A 2000-01-04 2000-01-04 서스펜션 반응기에서의 조동 생산방법 KR100658405B1 (ko)

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