KR20040005865A - 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치와방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 황화금속 농축물을 포함하는 미분 고형물과 산소 함유 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하고, 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 안내하기 위한 부재를 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 가 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 로 유입되는 현탁물 제련로의 공급 오리피스 (7) 에는 고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 를 함유하는 현탁물을 위한 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 가 설치되며, 고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 의 적어도 일부분은 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 로 유동하기 전에 현탁물을 형성하도록 혼합될 수 있다.

Description

고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치와 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR FEEDING SOLID MATERIAL AND OXIDIZING GAS INTO SUSPENSION SMELTING FURNACE}

구리, 니켈, 및 납과 같은 미분 황화금속 농축물의 제련시, 수평 침전기 (settler) 에 의해 서로 연결되는 수직 반응 샤프트와 수직 배기가스 상승 샤프트를 포함하는 현탁물 제련로가 일반적으로 사용된다. 금속 농축물의 용융은 수직 반응 샤프트에서 주로 실시되고, 이 수직 반응 샤프트의 상부로 금속 농축물, 산소 함유 가스, 슬래그-형성제 (slag-forming agent), 및 공정 순환으로부터 획득된 연진이 유입된다. 현탁물 제련로의 침전기에서, 용융 공급물은 제련 반응의 결과로서 2 이상의 용융상, 즉 슬래그상과 황화물 매트상 (matte phase) 을 생성시키다. 게다가, 선택된 제련 조건에 따라, 슬래그상 하부에는 황화물 매트상 대신 용융 원금속상이 생성될 수 있다.

현탁물 제련로로 유입된 성분들간의 반응, 즉 고형물, 농축물, 슬래그-형성제, 연진, 및 산화 가스간의 반응을 유리하게 실현하기 위해서, 고형물과 가스가 반응되는 농축물 버너 (burners) 를 개발되었다. 이러한 타입의 버너는 미국특허 제 4392885 호에 개시되어 있고, 여기서 가스는 주로 반경방향 격벽에 의해서 3 이상의 서브-유동 (sub-flows) 으로 분할되며, 그 후 이 서브 유동은 제련 반응을 실시하도록 실질적으로 모든 측면상에서 장치의 중앙부에 유입되는 고형물 쪽으로 향하게 된다. 다른 농축물 버너는 미국특허 제 5133801 호에 개시되어 있고, 여기서 산소 함유 가스의 일부는 고형물이 순환하는 중앙으로 안내되어서, 이 고형물은 별개의 두 가스 유동 사이에서 현탁물 제련로로 유동한다. 또한, 유사한 버너가 예컨대 미국특허 제 5358222 호, 제 5362032 호, 제 5542361 호, 및 제 5674310 호에 개시되어 있다. 이러한 농축물 버너에서, 산소 함유 가스와 고형물의 혼합 및 연소는 현탁물 제련로의 반응 샤프트내의 동일한 공간에서 실시된다. 혼합이 약간만 이루어져도 연소가 시작되는데, 즉 고형물이 산소 함유 가스와 접촉하여 고형물의 점화 온도에 도달하자마자 연소가 시작된다. 이러한 초기 단계에서, 상기 반응시 과도한 양의 산소가 존재하고, 고형물내에서 강력한 과도한 산화가 발생한다. 산소 부족을 바탕으로 현탁물 제련로내의 제련 공정을 조절하기 때문에, 공정의 종결시 충분한 산소가 남아있지 않고, 고형물의 일부는 산화되지 않게 된다. 과도하게 산화된 연소물과 덜 산화된 연소물은 반응 샤프트 하부에 위치된 용융 슬래그상 및 매트상에서 함께 반응한다. 하지만, 연소물 중 대부분 미세하게 분리되고 동시에 대부분 산화된 부분은 상기 반응에는 관여하지 않지만, 가스와 함께 현탁물 제련로의 침전기로 지속적으로 유입한다. 상기 부분은, 무엇보다도, 구리 중 휘발성 부분과 같은 거의 모든 휘발성 물질을 포함한다.

연소물 중 미분 부분의 양은 현탁물 제련로로 유입되는 전체 공급물의 약 20 중량% 이고, 또한 산화물 형태의 철과 구리를 거의 모두 포함한다. 상기 연소물 중 약 절반은 현탁물 제련로의 상승 샤프트를 통하여 현탁물 제련로에 연결된 폐열 보일러로 보내어지고, 상기 연소물 중 나머지 절반은 현탁물 제련로의 상승 샤프트와 침전기의 벽상에 제공되는 라이닝 (lining) 의 표면상에서 현탁물 제련로의 상승 샤프트와 침전기내에 남아있게 된다. 벽 라이닝으로부터 연소물은 침전기내에 위치된 용융 슬래그상의 표면으로 유동한다. 따라서, 용융 슬래그상은, 실질적으로 현탁물 제련로의 전체에 걸쳐서, 약 25 - 35 중량% 의 산화 구리를 함유한 산화물상과 균형을 이룬다.

상기 균형 상태는, 특히 용융 슬래그상이 일반적으로 현탁물 제련로의 외부로 나가는 상승 샤프트 아래에서, 현탁물 제련로의 전체에 걸쳐서 슬래그상의 구리 함량을 높게 유지시켜 준다.

예컨대, 미국특허 제 4493732 호에 개시된 구성에 의해서 산화 반응의 비균질한 특성을 완화시키려는 시도가 있었는데, 이에 따르면 용융될 입자와 반응 가스는 특별한 혼합영역에서 화학량론 비율로 혼합되어서, 과압된 현탁물이 생성된다. 그 후, 이 현탁물은 가속 제트를 통하여 반응 공간으로 유입되고, 이 반응 공간에서 현탁물을 점화점에 도달시키기 위해서 현탁 공급물의 외부로부터 반응 가스가 공급된다. 하지만, 상기와 같은 과압된 현탁물의 사용은 폭발 위험 때문에 바람직하지 않다.

본 발명은, 산소 함유 산화 가스와 함께 적어도 미분 황화금속 농축물을 포함하는 미분 고형물을 현탁물 제련로 (suspension smelting furnace) 에 공급하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시형태의 부분 단면을 도시한 개략적인 측면도, 및

도 2 는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태의 부분 단면을 도시한 개략적인 측면도.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 몇몇 단점을 제거하고, 미분 고형물과 산소 함유 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 개선된 장치를 실현하는 것으로, 이 장치내에서 공급물의 연소물은 종래 보다 더 균질하도록 형성된다. 본 발명의 실질적인 신규한 특징은 첨부된 청구항에 기재되어 있다.

고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하기 위한 본 발명에 따른 장치에 있어서, 현탁물 제련로로 유입되는 산소 함유 가스의 적어도 일부분은, 산화 가스와 미분 고형물이 현탁물 제련로의 반응 챔버로 유입하기 전에 실질적으로 균질한 현탁물을 형성하도록, 현탁물 제련로로 유입되는 미분 고형물과 접촉하게 된다. 현탁물이 점화하는 것을 방지하기 위해서, 현탁물이 현탁물 제련로의 반응 챔버에 도달하면, 현탁물의 속도는 현탁물의 연소 속도보다 실질적으로 더 높게 유지된다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하기 위해서, 미분 고형물은 농축물 공급 도관을 통하여 유입되며, 상기 고형물은 적어도 일부 황화금속 농축물과 슬래그-형성제를 포함하지만 제련 공정시 순환된 연진과 현탁물 제련로로 유입되는 황화물 매트도 포함할 수 있다. 농축물 공급 도관은 현탁물 생성 챔버에 기계적으로 연결된다. 농축물 공급 도관에서, 현탁물 챔버 접합부 부근에는, 현탁물 제련로로 유입되는 고형물을 현탁물 생성 챔버의 벽 쪽으로 분배하는 농축물 분배기 (distributor) 가 설치될 수 있다.공기, 산소-농축 공기, 또는 산소를 함유하여 현탁물 제련로로 유입되는 산화 가스의 적어도 일부분은 현탁물 생성 챔버의 벽에 설치된 노즐을 통하여 현탁물 생성 챔버 안으로 안내된다. 더욱이, 현탁물 생성 챔버는 농축물 공급 도관에 대해 맞은편 단부에서 현탁물 제련로의 공급 오리피스에 연결되어서, 고형물과 산화 가스로 형성된 현탁물은 현탁물 생성 챔버에서 현탁물 제련로의 반응 챔버로 바로 유동할 수 있다.

현탁물 생성 챔버는 챔버로 구성되고, 이 챔버의 벽에는, 반응 챔버의 오리피스로부터 변하는 거리에 위치된 적어도 하나, 바람직하게는 여러 개의 레벨상에 노즐이 설치된다. 균질한 현탁물을 획득하기 위해서, 현탁물 제련로의 반응 챔버의 공급 오리피스로부터 실질적으로 동일한 거리에서 현탁물 생성 챔버의 벽 중 양측면상에 여러 개의 노즐이 설치되어서, 현탁물 제련로의 반응 챔버의 오리피스로부터 실질적으로 동일한 거리에 위치된 노즐은 실질적으로 서로 동일한 간격으로 떨어져 위치되는 것이 바람직하다. 현탁물 생성 챔버의 벽에서 노즐이 제공되는 영역이 현탁물 생성 챔버의 벽의 총길이의 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90% 가 되는 것이 유리하다.

현탁물 생성 챔버의 벽에 설치된 노즐은 다음과 같이 배합되는데, 즉 현탁물 유동 방향에 대한 노즐 각도가 현탁물 제련로의 반응 챔버의 오리피스로부터 실질적으로 동일한 거리에 위치된 노즐에 대하여 실질적으로 동일하지만, 현탁물 유동 방향에 대하여 노즐 각도의 크기가 점차적으로 감소되어 현탁물 제련로의 반응 챔버의 오리피스에 가장 근접하게 설치된 노즐에서 가장 작도록 한다. 노즐로부터 유동하는 가스가 현탁물 생성 챔버의 중앙부 쪽으로 실질적으로 반경방향으로 향하도록 노즐이 현탁물 생성 챔버의 벽에 설치된다. 또한, 노즐은 이 노즐의 적어도 일부분이 인접한 노즐 쪽으로 접선방향으로 향하도록 설치될 수 있고, 이 경우에 있어서 가스는 적어도 부분적으로 현탁물 생성 챔버의 벽 쪽으로 유동한다.

현탁물 생성 챔버의 벽에 설치된 노즐의 노즐 각도는 현탁물의 유동 방향에 대하여 30 - 90 도의 범위내에서 변하는 것이 유리하고, 따라서 이 노즐 각도는, 고형물이 유입되는 현탁물 생성 챔버의 단부에서 가장 크고, 현탁물이 현탁물 제련로의 반응 챔버안으로 유입하는 현탁물 생성 챔버의 단부에서 가장 작다. 현탁물의 유동 방향에 대한 노즐 각도는 고형물의 공급점에 근접한 지점에서 가장 크고, 그 이유는 이 경우에 있어서, 산화 가스가 현탁물 생성 챔버의 벽 주변 근처로 향하게 되는 고형물과 유리하고 신속하게 혼합되기 때문이다. 현탁물 제련로의 반응 챔버 쪽으로 가면서 노즐 각도의 크기가 감소됨으로써 현탁물 유동 속도가 충분히 높게 유지되고, 따라서 현탁물이 현탁물 제련로의 반응 챔버에 도달하기 전에 점화되지 않는다.

본 발명에 따라서, 현탁물 제련로로 유입될 현탁물의 생성 챔버는 실질적으로 원형 단면을 가지고 실질적으로 수직 위치로 설치되는 것이 바람직하고, 따라서 고형물은 현탁물 생성 챔버의 상단부에서 유입되며, 생성된 현탁물은 현탁물 생성 챔버의 하단부에서 제거된다. 추가로, 현탁물 제련로로 유입되는 산화 가스가 현탁물 생성 챔버를 실질적으로 모든 방향에서 둘러싸면서 순환하도록 현탁물 생성 챔버가 산화 가스의 유동방향에 대해 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 산화 가스는 벽의 양측면상에 제공된 노즐을 통하여 실질적으로 균일하게 현탁물 생성 챔버로 자유롭게 유동할 수 있다.

또한, 사용된 현탁물 생성 챔버는 실질적으로 환상 형상의 챔버일 수 있고, 이 경우에 있어서, 현탁물 제련로로 유입되는 산화 가스는 2 개의 배치 (batches) 내의 현탁물 생성 챔버로 안내되는데; 현탁물 생성 챔버로 유입된 산화 가스의 일부분은 현탁물 생성 챔버의 내벽에 설치된 노즐을 통하여 현탁물 생성 챔버로 안내되고, 일부분은 현탁물 생성 챔버의 외벽에 설치된 노즐을 통하여 안내된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 이후에 보다 자세히 설명될 것이다.

도 1 에 따라서, 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 의 상부에는, 고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 를 현탁물 제련로에 공급하기 위한 도관이 설치되어 있다. 고형물을 도관 (2) 에서 현탁물 제련로의 반응 챔버로 안내하기 전에, 이 고형물은, 도관 (2) 에 기계적으로 연결되는 실질적으로 원형 형상인 현탁물 생성 챔버 (5) 로 전달된다. 현탁물 생성 챔버 (5) 의 벽에는 노즐 (6) 이 설치되고, 도관 (3) 으로부터 유동하는 산화 가스는 이 노즐을 통하여 현탁물 생성 챔버 (5) 로안내된다. 현탁물 유동 방향 (8) 에 대한 노즐 (6) 의 노즐 각도는, 점차적으로 감소되어, 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 에 가장 근접하게 위치한 노즐에서 가장 작다. 현탁물 생성 챔버 (5) 는 도관 (3) 에 대하여 반대쪽 단부에서 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 의 공급 오리피스 (7) 에 연결된다. 따라서, 현탁물 생성 챔버 (5) 내에 생성된 현탁물은 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 로 직접 유동할 수 있게 된다.

도 2 에 따른 실시형태는, 현탁물 생성 챔버 (11) 가 실질적으로 환상의 단면을 가지고 이 경우에 있어서 현탁물 생성 챔버 (11) 는 외부벽 (12) 과 내부벽 (13) 으로 구성된다는 점에서 도 1 의 구성과는 다르다. 외부벽 (12) 과 내부벽 (13) 에는, 현탁물 제련로로 유입될 산화 가스를 현탁물 생성 챔버 (11) 로 안내하기 위한 노즐 (6) 이 제공된다. 도관 (3) 으로부터 유동하는 산화 가스의 일부분은 파이프 (14) 를 따라서 현탁물 생성 챔버 (11) 의 내부벽 (13) 으로 안내되어 노즐 (6) 을 통하여 현탁물 생성 챔버 (11) 로 안내된다.

Claims (10)

1. 적어도 황화금속 농축물을 포함하는 미분 고형물과 산소 함유 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하고, 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 안내하기 위한 부재를 포함하는 장치에 있어서,

   고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 가 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 로 유입되는 현탁물 제련로의 공급 오리피스 (7) 에는 고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 를 함유하는 현탁물을 위한 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 가 설치되며, 상기 현탁물 생성 챔버내에서 고형물 (2) 과 산화 가스 (3) 의 적어도 일부분은 현탁물 제련로의 반응 챔버 (1) 로 유동하기 전에 현탁물을 형성하도록 혼합될 수 있는 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽에는, 산화 가스를 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 로 안내하기 위해서, 현탁물 제련로의 반응 챔버의 공급 오리피스 (7) 로부터 변하는 거리에 노즐 (6) 이 설치되는 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 현탁물 제련로의 반응 챔버의 공급 오리피스 (7) 로부터 실질적으로 동일한 거리에서, 상기 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽에 설치된 노즐 (6) 은 실질적으로 서로 동일한 간격으로 떨어져 설치되는 것을특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
4. 제 1 항, 제 2 항 , 또는 제 3 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽에 설치된 노즐 (6) 의 노즐 각도는 현탁물 유동 방향 (8) 에 대하여 30 - 90 도의 범위인 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽에 설치된 노즐 (6) 의 현탁물 유동 방향 (8) 에 대한 노즐 각도는, 현탁물 제련로의 반응 챔버의 공급 오리피스 (7) 로부터의 노즐 (6) 의 거리에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽에 설치된 노즐 (6) 의 현탁물 유동 방향 (8) 에 대한 노즐 각도는, 현탁물 제련로의 반응 챔버의 공급 오리피스 (7) 에 가장 근접하게 위치된 노즐에서 가장 작은 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 에서 노즐 (6) 이 제공되는 영역은 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽의 총길이의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
8. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 에서 노즐 (6) 에 제공되는 영역은 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 의 벽의 총길이의 90% 이상인 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
9. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 는 실질적으로 원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.
10. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁물 생성 챔버 (5, 11) 는 실질적으로 환상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 고형물과 산화 가스를 현탁물 제련로에 공급하는 장치.