KR20050118188A - 서멧으로부터 유용 금속물의 회수 - Google Patents

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Abstract

미사용 불활성 애노드, 사용된 불활성 애노드 및 불활성 애노드의 제조에서 사용된 서멧으로부터 얻어진 서멧 재료가 비철금속 정광 조성물로 선광되며, 이 조성물에 함유된 유용 금속물은 종래의 용융제련 공정을 사용함에 의해서 쉽게 회수될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 서멧 조성물로부터 유용 금속물을 회수하기 위한 용융제련 공정에서 조성물의 사용에 관한 것이다.

Description

서멧으로부터 유용 금속물의 회수{RECOVERY OF METAL VALUES FROM CERMET}
본 발명은 서멧(cermet) 재료, 특히 불활성 서멧 양 및 음 전극들(애노드들)로 이루어진 서멧 재료로부터 유용 금속물을 회수하는 것에 관한 것이다. 그러한 불활성 서멧 애노드는 용융염조에 용해된 알루미나의 전해환원에 의한 알루미늄 제조에서 사용되는 불활성 또는 비-소모성 전극을 포함한다. 특히, 본 발명은 용융로(smelter), 특히 니켈 또는 구리 용융로에서 서멧으로부터 유용 금속물을 회수하는데 적합한 형태의 소성 및/또는 비소성 서멧을 포함하는 조성물, 및 원료로서 이 조성물을 단독으로 또는 광석 및/또는 광석 정광(concentrate)과 함께 사용하는 용융제련 방법에 관한 것이다.
알루미늄은 1889년 4월 2일자 발행된 미국특허 No. 400,664의 주제인 전해질에 의해 불화염으로부터 알루미늄을 환원하는 공정에 관한 Charles Martin Hall의 발명 이래로 잘 알려진 Hall-Heroult 전해조를 사용하여 제조되고 있다. 이 전해환원 공정에서 산화 알루미늄(예를 들어, 알루미나 또는 Al2O3)은 용융염조에 용해된다. 알루미나 중의 알루미늄 함유분은 전해 공정에 의해 금속 또는 원소 알루미늄으로 환원되는데, 이 때 산화 알루미늄 중의 알루미늄이 애노드에서 환원됨으로써 금속 또는 원소 알루미늄이 생성된다. 오랫동안 탄소 애노드가 이 공정에서 사용되었다. 이 공정에서 탄소 애노드는 전기분해 동안 탄소가 알루미나와 반응하여 원소 알루미늄과 이산화탄소를 생성함에 따라 소비된다.
최근 알루미늄의 전해제조에서 사용하기 위해 불활성 애노드가 도입되었다. 이들 불활성 애노드는 알루미늄 환원 동안 소비되지 않는다는 이점을 가진다. 결과적으로 이들 불활성 애노드는 비-소모성 애노드 또는 치수-안정 애노드라고도 한다.
불활성 또는 비-소모성 애노드는 이들이 사용되는 가혹한 조건(즉, 용해 알루미나를 함유하는 용융염조)을 견딜 수 있어야 한다. 더욱이, 이들 애노드는 알루미늄 제조공정 동안 소비되지 않기 때문에, 이들은 상당한 시간 동안 극도로 가혹한 조건을 견뎌야 한다. 특히, 불활성 애노드 재료는 많은 상이한 조건들을 만족해야 한다. 예를 들어, 이 재료는 Hall-Heroult 공정에서 전형적으로 사용되는 빙정석 전해질에서 어떠한 유의한 정도로도 반응하거나 용해되지 않아야 한다. 이 애노드 재료는 산소를 함유하고 있는 분위기에서 산소와 반응하거나 부식하지 않아야 한다. 이 재료는 약 1000℃의 온도에서 열적으로 안정해야 하며 우수한 기계적 강도를 가져야 한다. 이 애노드 재료는 약 950℃~970℃의 용융제련 전해조 작업온도에서 120ohm-1cm-1 이상의 전기전도도를 가져야 한다. 게다가, 이 불활성 애노드를 사용하여 제조된 알루미늄은 어떠한 감지가능한 정도로도 애노드 재료의 구성성분들로 오염되지 않아야 한다.
서멧 재료로부터 제조된 불활성 애노드가 상기 언급된 조건들을 만족하는 것으로 알려져 있으며, 따라서 이들은 Hall-Heroult 공정에서 특히 적합하다.
서멧은 세라믹 상과 금속 상을 갖는 복합재료이다. 이들은 화학적 불활성성과 전기전도성을 포함하는 세라믹과 금속의 바람직한 특징들을 조합한 독특한 성질을 가진다. 서멧으로부터 제조된 불활성 애노드의 예들이 본원에 참고자료로서 포함되는 미국특허 No. 5,865,980 및 6,030,518에 설명된다.
전해조의 유별나게 가혹한 작업환경 때문에, 결국 서멧으로부터 제조된 이들 불활성 애노드는 교체될 필요가 있다. 사용된 애노드를 새것으로 교체하는 것은 폐기의 문제를 만들며, 이들의 가치 있는 금속 성분의 손실을 야기한다. 전형적인 불활성 애노드는 니켈, 은, 구리 및 철을 포함할 수 있는 금속의 조합을 함유하기 때문에, 이들 애노드의 폐기는 이들 금속이 회수되어 판매나 재이용되지 않을 경우 알루미늄 산업에 있어 상당한 손실을 나타낼 것이다. 미국특허 No. 5,865,980에 설명된 불활성 애노드는 14wt% 구리, 7wt% 은, 40wt% 산화니켈, 38wt% 철 그리고 미량의 다른 금속들을 함유한다. 따라서, 유용 금속물을 회수하지 않고 이들 애노드를 폐기하는 것은 낭비이며 경제적으로 불리할 것이다.
또한, 주석 산화물들이 일부 불활성 애노드 재료에서 발견되었다(JMO Light Metal 1996, Rudolf Pawiek, "Inert Anodes for the Primary Aluminum Industry", 및 JOM Light Metal, 2001 5월, Thoustad 및 Olsen, "Cell Operations and Metal Purity Challenges for the use of Inert Anodes").
알루미늄 제조산업에서 사용되는 불활성 애노드의 조성 및 특성이 JOM Light Metal Age(2001 2월, Joseph Benedyk)에서 논의된다. 이 논문에서는 서멧이 세라믹 상과 금속 상으로 구성되며, 여기서 세라믹 상은 금속 상이 분산된 니켈 페라이트의 메트릭스일 수 있고, 금속 상은, 예를 들어 구리나 은과 같은 비철합금일 수 있다는 것을 주지하고 있다.
사용된 서멧 애노드에 더하여, 또, 파손으로 인한 폐기용 서멧 애노드, 불활성 애노드의 제조공정 동안 생성된 서멧 성분 재료들과 잔류물, 그리고 품질관리기준을 만족하지 않는 불활성 애노드가 있다. 사용된 애노드에 관하여 상기 주지된 것과 동일한 문제가 상기 재료들과 함께 폐기용 서멧에도 적용된다. 따라서, 상기 주지된 문제는 사용된 불활성 애노드와 사용되지 않은 불활성 애노드 그리고 제조 잔류물에 적용된다.
상기 주지된 애노드 재료로부터 가치 있는 금속들을 회수하는 것이 매우 바람직함에도, 이 문제를 해결하는 것이 산업상 필요함에도 불구하고 지금까지는 경제적으로 가능한 회수 방법을 누구도 제안하지 않았다. 이것은 전해 알루미늄 환원 전해조 내의 가혹한 조건을 견디도록 만드는 애노드의 불활성 특성 및 다른 특성들이 이들 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 것을 극도로 어렵고 힘들게 만들기 때문인 것으로 여겨진다. 본 발명 이전에는 이들 불활성 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 경제적으로 존립가능한 방법이 공지되지 않았다. 이제, 이들 불활성 애노드 및 애노드 재료로부터의 유용 금속물이, 특히 종래의 니켈 또는 구리 용융로에서의 용융제련에 의해, 불활성 애노드의 서멧을 용융로에서 용융제련될 수 있는 조성물로 전환시킴으로써 경제적으로 회수될 수 있다는 것이 본 발명자들에 의해서 발견되었다.
미국특허 No. 4,119,454에서 Rath는 스틸 고철로부터 철 금속을 회수하는 방법을 개시한다. 이 공정은 스틸 고철을 용융로에 공급하여 상부에 슬래그층을 만들고 슬래그층 아래에 용융층을 만드는 용융제련 단계를 채용하고 있다. 이 공정은 슬래그층과 금속층의 개별적인 회수를 제공한다. Rath는 일반적으로 서멧 재료로부터, 구체적으로는 서멧을 포함하는 불활성 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 것을 개시하거나 제안하지 않는다. 더욱이, Rath는 종래의 용융로에서 쉽게 용융제련될 수 있는 형태의 서멧 조성물을 개시하거나 제안하지 않는다. 또한, Rath는 알루미늄 용융제련에서 이용되는 가혹한 조건을 견디도록 설계된 극도로 불활성인 조성물로부터 유용 금속물을 회수하는 것과 관련된 기술적인 문제를 해결하는 것에 관해서는 어떤 식으로도 언급하지 않는다.
미국특허 No. 4,029,494에서 Kapanen 등은 전해 구리 공정에서 생성된 애노드 슬라임으로부터 귀금속을 회수하는 공정 및 장치를 개시한다. 회수가능한 귀금속을 함유하는 애노드 슬라임에 용융제련 과정이 행해진다. Kapanen 등은 이런 과정을 사용하여 서멧을 포함하는 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 것은 개시하거나 제안하지 않는다. 또한, Kapanen 등은 알루미늄 용융제련에서의 가혹한 조건을 견디도록 설계된 불활성 서멧 재료로부터 유용 금속물을 회수하는 것과 관련하여 상기 주지된 기술적인 문제를 해결하는 것에 관해서는 어떤 식으로도 언급하지 않는다.
미국특허 No. 5,186,740에서 Sancinelli는 고철로부터 유용 금속물을 회수하는 용융제련 과정 전에 고철을 전처리하는 것을 개시한다. 전처리는 고철을 용융로에 도입하기 전에 고철 크기를 줄이는 것과 용융제련 과정 전에 고철로부터 유기 물질과 같은 성분을 분리하는 것을 포함한다. Sancinelli는 서멧을 포함하는 불활성 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 어떤 과정도 개시하거나 제안하지 않는다. 더욱이, Sancinelli는 서멧으로부터 유용 금속물을 회수하는 것에 관해서 언급하지 않기 때문에, 그는 특히 알루미늄 용융제련에서의 가혹한 조건을 견디도록 설계된 불활성 서멧으로부터 유용 금속물을 회수하는 것과 관련된 독특한 문제들 중 어느 것도 다루지 않고 있다.
미국특허 No. 4,118,219에서 Elmore 등은 납 배터리의 성분들을 용융제련하여 이들로부터 유용 금속물을 회수하는 공정을 개시한다. 이 과정에서 고체 금속 부분이 분리되어 정련소(refinery)로 보내지고, 여기서 건조, 용융 및/또는 용융제련 및 정련되어 새로운 배터리에 재사용될 수 있는 납 합금이 생성된다. Elmore 등은 용융제련 과정에서의 융제의 사용을 개시하며, 나아가 용융제련 과정에서 환원제로서 탄소 첨가제의 사용을 개시한다. 그러나, Elmore 등은 서멧을 포함하는 불활성 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 것은 개시하거나 제안하지 않으며, 서멧과 같은 불활성 재료로부터 유용 금속물을 회수하는 것과 관련된 상기 주지된 기술적인 문제들을 극복하는 것에 관해서도 어떤 식으로도 언급하지 않는다.
미국특허 No. 4,274,785에서 Ogawa 등은 전로(converter furnace)에 애노드 고철을 도입하는 것을 개시한다. 애노드 고철은 노에 도입되었을 때 냉각제로 작용한다. Ogawa 등은 서멧을 포함하는 불활성 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는 것을 개시하거나 제안하지 않으며, 그러한 불활성 재료로부터 유용 금속물을 회수하는 것과 관련된 상기 주지된 기술적인 문제들 중 어느 것도 다루고 있지 않다.
추가하여, 배터리로부터 납을 회수하는 용융제련 과정을 개시하고 있는 미국특허 No. 3,393,876 및 3,689,253이 흥미롭다.
상기 참고자료들 중 어느 것도 알루미늄 용융로 내의 가혹한 조건을 견디도록 설계된 서멧 재료로부터 유용 금속물을 회수하는 것과 관련된 독특한 문제들을 다루지 않으며, 이들 참고자료들 중 어느 것도 유용 금속물이 용융로의 금속회수 조건 하에서 회수될 수 있는 형태로 서멧 재료를 형성하는 것에 대해서도 개시하거나 제안하지 않는다.
다른 성분들로부터 원소 금속을 분리하는 것은 가능하지만, 그러한 분리 기술은 서멧으로부터 유용 금속물을 회수하는 것에는 적합하지 않으며, 더욱이 이들 기술로는 서멧에서 발견되는 금속 화합물로부터 유용 금속물을 회수하지 못한다.
도 1은 본 발명에 따른 불활성 애노드 재료로부터의 유용 금속물의 처리 및 회수의 바람직한 구체예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 거의 또는 완전한 자열공정일 만큼 충분한 황화물을 갖는 구리 및/또는 니켈 정광을 용융제련하는 계획안을 예시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에서 사용될 수 있는 다양한 종류의 용융제련 계획안을 예시하는 흐름도이다.
발명의 개요
본 발명의 목적은, 용융제련 과정에서 서멧으로부터 유용 금속물이 회수될 수 있도록 용융제련에 적합한 형태로, 특히 사용 및 미사용 서멧 재료를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 용융로, 특히 니켈 또는 구리 용융로를 사용하여 서멧 재료를 포함하는 조성물로부터 유용 금속물을 회수하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 먼저 유용 금속물이 회수될 서멧 재료를 획득함으로써 달성된다. 적합한 서멧 공급원은, 제한은 없지만, 서멧을 함유하는 사용 및 미사용 불활성 애노드 및 불활성 애노드의 제조에서 및/또는 제조로부터 사용된 서멧을 포함한다. 불활성 애노드의 제조에서 사용된 서멧은 불활성 애노드 제조 잔류물과, 제조 시설로부터의 미사용 불활성 애노드를 포함한다. 다른 서멧 함유 재료 또는 물품이 서멧 공급원으로 사용될 수 있다.
이들 공급원(이제부터 불활성 애노드 재료라고 한다)의 어떤 조합을 포함하여 상기 언급된 서멧 공급원 중 어느 것도 먼저 물리적/분석적 특성화를 사용하여 검사되고 특성화되며, 이로써 불활성 애노드 재료의 재이용능을 결정한다.
물리적 특성화를 수행하여 재료의 파쇄성을 측정하고 그 재료가 재이용에 있어 충분히 파편이 없는지 그리고 취급하기에 안전한지를 결정한다. 분석적 특성화를 수행하여 광물 및 금속 구성성분들과 이들의 함유량을 측정하고 그 불활성 애노드 재료가 특수한 용융로 정광 원료규격에 기초하여 용융로에 알맞은 정광 재료 원료를 생성하는데 적합한지를 결정한다. 또, 분석적 특성화를 수행하여 회수가능한 유용 금속물, 광물 함유량, 불순물 수준 및 원하는 유용 금속물을 회수하는데 사용되는 용융제련 공정에 해로울 수 있는 구성성분들의 수준을 측정한다.
다음에, 광석채광 및 야금기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 선광 기술을 사용하여 불활성 애노드 재료를 선광함으로써 본 발명의 정광을 생성한다. 그러한 선광 공정은 용융제련 과정에 도움이 되는 바람직한 재료 취급 흐름 및 입자 크기 특성을 달성하기 위한 어떤 종래의 분류화 및 크기 축소를 포함한다. 이들 특성은 특히 용융제련 공정 파라미터와 용융제련 공정에서 기술적으로 허용되는 선택된 종류의 금속 정광 생성물에 관련된다. 만일 서멧 공급원이 비-서멧 성분을 포함한다면, 바람직하게 이들 성분은 선광 공정의 일부로서 서멧으로부터 분리된다. 예를 들어, 니켈 또는 니켈-크롬 로드를 갖는 불활성 애노드가 서멧 공급원으로 사용되는 경우(JOM Light Metal Age 2001 "Inert Anodes for the Hall-Heroult Cell: The Ultimate Material Challenge", Joseph C. Benedyk, 2001년 5월), 로드나 다른 금속 성분과 같은 비-서멧 성분은 바람직하게는 선광 공정의 일부로서 제거된다.
어떤 예에서 서멧 공급원은 어떤 비-서멧 성분을 함유하지 않을 것이다. 이들 예에서, 서멧은 파분쇄(comminution)에 의해서 단독 선광되어 본 발명의 정광을 생성한다. 비-서멧 성분이 제거되지 않기 때문에, 이 선광된 서멧은 선광 공정의 일부로서 비-서멧 성분이 제거된 선광된 불활성 애노드 재료와 동일하다.
바람직하게, 용융로에 도입하기 전에 선광된 불활성 애노드 재료로부터 생성된 결과의 정광에 알맞은 바람직한 야금 품질규격을 달성하는데 필요하거나 유용한 첨가제(예를 들어, 야금용 유동화 시약, 다른 금속 베어링 재료, 광석이나 광석 정광을 포함하는 다른 유익한 성분 첨가제)가 후속 용융제련 공정 전에 첨가된다. 유리하게, 이들 성분 첨가제는 선광된 불활성 애노드 재료(즉, 정광)와 혼합되어 유용 금속물의 회수를 위해서 용융로에 공급될 수 있는 첨가제를 함유하는 정광 조성물로 제조된다. 바람직하게, 바인더 및/또는 먼지억제제가 선광된 불활성 애노드 기제 정광에 첨가됨으로써, 그것은 집괴화 및/또는 펠릿화되어 용융제련 과정에서 유용 금속물이 회수될 수 있는 본 발명의 적합한 정광을 형성할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "정광"은 정광을 제조하는데 어떤 농집(concentration) 단계가 사용되었는지에 관계없이, 일차 용융로를 사용하는 용융제련 공정에서 회수될 만큼 충분히 높은 수준의 금속(즉, 농집)을 갖는 재료를 말한다. 전형적으로, 광석은 광석 선광 동안 흙과 무가치한 구성성분의 광범위한 제거를 필요로 하며, 이로써 회수될 바람직한 농도의 금속이 얻어진다. 불활성 애노드 재료의 선광은 광범위한 농집 단계들을 필요로 하지 않는다.
첨가제 및 선광된 불활성 애노드 재료 또는 다른 선광된 서멧을 포함하는 정광이 본 발명의 한 양태를 구성한다. 유동화 시약과 같은 첨가제가 함유된 정광은 함유된 유용 금속물의 회수를 위해서 거기에 함유된 유동화 시약과 같은 첨가제와 함께 종래의 용융로로 보내질 수 있다.
또는 달리, 유동화 첨가제는 베딩(bedding)이라고 하는 공정에 따라서 용융로에서 첨가될 수 있다. 베딩 공정에서 선광된 불활성 애노드 재료(즉, 본 발명의 정광)는 필요한 융제를 원하는 비율로 갖도록 제조되며, 이로써 베딩 재료가 용융로에서 제거될 때, 적합한 양의 융제와 함께 정광이 제거된다.
바람직하게 첨가제를 포함하며 바람직하게 집괴 형태의 정광 재료는 용융로로 정광을 도입하기 전에 산화조건 하에서 배소(roast)될 수 있고, 이로써 불순물 제거 공정이 시작되고 어떤 구성성분 화합물이 산화된다.
상기 정광은 종래의 니켈 및/또는 구리 용융제련에 적합한 형태의 분리된 서멧 재료로 본질적으로 구성되며, 이로써 용융제련 과정에서 서멧으로부터 유용 금속물이 회수될 수 있는 조성물에 관한 본 발명의 한 양태를 나타낸다.
또한, 본 발명은 불활성 애노드 재료로부터 유용 금속물을 회수하기 위한 용융로에서의 전술된 정광의 사용에 관한 것이다. 따라서, 다른 양태로서, 본 발명은 용융로용 원료가 용융제련에 적합한 형태의 불활성 애노드 재료를 함유하는 전술된 정광을 포함하는 용융제련 과정에 관한 것이다.
본 발명의 방법에서 사용되는 용융로는 일차 용융로가며, 이것은 광석으로부터 다른 관련된 유용 금속물들과 함께 니켈 또는 구리를 추출하도록 설계된 것이다. 용어 "일차"는 주로 추출된 금속이 광석으로부터 유래된 것(즉, 일차 용융로)과, 전형적으로는 금속 고철(이차 용융로)인 공급원으로부터 유래된 것이 아닌 것을 나타낸다. 일차 용융로는 이들이 본 발명의 정광으로부터 가치 있는 금속을 효과적으로 그리고 경제적으로 추출하여 회수하는 능력을 가지기 때문에 본 발명의 용융제련 공정에서 사용하는 것이 바람직하다. 게다가, 일차 용융로의 야금 공정을 사용함으로써, 본 발명의 정광은 용융제련 공정에서 광석 정광과 유리하게 조합되어 일차 용융제련과 관련된 효능 및 유리한 경제효과가 얻어진다. 일차 용융제련 공정은 이차 용융제련의 공정과 구별되는 다음의 특징들을 가진다.
중요하게는, 일차 용융제련 공정의 주 기능은 정광으로부터 가치 있는 금속을 추출하는 것이다. 이 공정의 용융 상 동안의 화학적 환원이 이것을 달성하며, 여기서 광석과 정광 불순물의 융해물이 총 용융 매스의 점도와 결과의 가용 슬래그의 밀도를 조절하는 것을 돕는 유동화 시약으로 이루어진 슬래그로 보내진다. 결과의 저밀도 용융 슬래그는 매스로부터 중량적으로 분리되어 표면에 부유하며, 이 경우 그것은 바로 연이어 제거되어 폐기되거나, 용융로로 재도입하여 재가공함으로써 어떤 잔류한 가치를 회수한다. 재가공된 슬래그는 리버트(revert)라고 한다.
유동화 시약이 사용될 수 있음에도, 이차 용융제련은 광석과 정광이 아니라 금속 고철로부터 기원하는 가치 있는 금속의 재용융에 중점을 둔다. 재용융은 흙 성분이나 다른 불순물로부터 금속의 추출보다는 오히려 조립용 금속의 형성 및 성형을 용이하게 한다.
본 발명에서 사용된 불활성 애노드 재료는 다음의 금속 또는 금속들을 함유하며, 이들은 본 발명에 따라서 회수될 수 있다: 니켈, 팔라듐, 코발트, 구리, 로듐, 오스뮴, 주석, 금, 이리듐, 은, 백금, 루테늄.
상이한 종류의 용융제련 공정 및 상응하는 장치들이 본 발명에 따라서 사용될 수 있음에도, 더욱 통상적인 용융제련 공정 중 두 가지는 황 함유 구리 및/또는 니켈 정광을 위해 설계된 연속 공정 및 자용제련(flash) 기술이라고 하는 것을 포함한다. 따라서, 구리 및 니켈 용융로가 본 발명에서 사용하는데 바람직하다. 구리 및 니켈 제련 공정 및 이들의 상응하는 장치는 불활성 애노드 재료가 은 및 금과 같은 귀금속이나 다른 백금족 금속을 함유하는 경우에 특히 유용하다.
용어 "용융제련"은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 통상 융해를 포함하는 공정에 의해 광석이나 정광으로부터 금속이 화학적 환원됨으로써, 환원된 금속으로부터 더 가볍고 더 가용성인 슬래그로서 분리된 흙이나 다른 불순물들이 쉽게 제거될 수 있는 것에 관한 일반적인 설명이다. 일반적으로 용융제련은 배소, 소결, 소성 정련, 및 다른 건식야금 작업과 구별되는 공정으로서 당업자에게 이해된다. 그러나, 더 새로운 자용제련 또는 연속 용융제련 기술에서는 이들 단계 중 일부가 조합된다.
구리 및/또는 니켈 일차 용융제련 공정에서 가장 중요한 두 단계는 용융 매트와 용융 슬래그를 생성하는 환원 용융제련 단계와 용융 블리스터와 용융 슬래그를 생성하는 매트 용융제련 단계이다. 매트를 생성하는 용융제련 단계는 반사로, 전기로, 연속로, 또는 용광로에서 수행될 수 있으며, 한편 다음 단계인 블리스터는 통상 전로라 불리는 노에서 수행되지만, 각 경우에 예외는 있다.
전형적으로, 본 발명의 정광 조성물은 용융 매트 및 용융 슬래그를 생성하는 환원 용융제련 공정에서 사용된다.
환원 용융제련 공정에서, 코발트, 니켈 및 구리와 같은 비철금속과 함께 귀금속 및 백금족 금속은 용융제련 공정 동안 슬래그보다는 오히려 매트로 보내지며, 이로써 이들은 축적되어 전환 후에 블리스터에 남게 된다. 이것은 전해채취와 같은 표준 야금 공정에 의해 각각의 유용 금속물을 연이어 회수하기 위한 비교적 표준 과정이다. 따라서, 블리스터의 금속정련은 회수된 귀금속, 백금족 금속, 및 서멧에 원래 함유된 니켈, 코발트 및 구리와 같은 비철금속을 생성한다.
어떤 경우, 중간의 금속정련 과정 없이 블리스터로부터 직접 비철합금을 회수하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 이것은 귀금속 및/또는 백금족 금속이 블리스터에 존재하지 않는 경우에 일반적이며, 블리스터의 금속 함량은 합금처럼 그것이 직접 성형되어 조립에 사용될 수 있는 그러한 함량이다.
용융제련 공정에 의해 제조된 슬래그는 공지된 방법에 따라서 회수되어 건설산업에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 슬래그는 도로용 골재, 철도용 자갈, 블라스팅 매질, 또는 포트랜드 시멘트의 성분으로서 사용될 수 있다. 또는 달리, 그것은 슬래그의 안전한 폐기를 위한 공지된 폐기 과정에 따라서 폐기될 수 있다.
또한, 용융제련 공정에서는 슬래그나 그 일부를 리버트로서 용융로에서 다시 재이용하여 남아 있는 유용 금속물을 회수하는 것이 일반적이다.
본 발명은 선광된 불활성 애노드 재료가 불활성 애노드 제조 시설로 되돌아가 새로 제조된 불활성 애노드와 통합되기 때문에 유리하다. 새로운 불활성 애노드를 제조하는데 있어 선광된 불활성 애노드 재료를 사용할 때, 선광된 재료는 그것이 불활성 애노드 제조 공정에서 사용되는 성분들의 규격 내에 들어가도록 보장하기 위해 검사되어야 한다. 또는 달리, 선광된 불활성 애노드 재료는 불활성 제조 시설로 보내져 사전 검사(물리적 및/또는 분석적) 없이 새로 제조된 불활성 애노드에 통합될 수 있으며, 이 경우 불활성 제조 시설의 작업자는 그것이 제조 품질관리 기준을 만족하는지 보기 위해 재료를 시험할 것이다. 경제적으로 제품의 수명 사이클은 제조 과정에서의 재사용에 의해 증진될 수 있지만, 단지 선광된 재료의 선택된 부분만이 제조 과정에서의 재이용에 적합한 품질을 가질 수 있는 반면, 본 발명의 용융제련 방법에 따르면, 선광된 재료의 총량이 유용 금속물의 경제적인 회수를 위해 처리될 수 있다. 더욱이, 유용 금속물의 회수를 위해서 용융제련될 수 있는 형태인 본 발명의 정광 생성물은 단독으로 또는 광석-기제 용융제련 원료와 조합하여 용융제련 금속 공급원 원료로서 사용하기 위해 일차 용융로에 판매될 수 있는 가치 있는 상품이다. 본 발명의 이 양태는 그것이 가치 있는 시장성 높은 유형의 상품을 만들기 때문에 특히 유리하며, 그렇지 않다면 이것은 상당한 비용을 들여서 폐기되어야 하며 가치 있는 금속 함유분이 손실된다.
본 발명의 상세한 설명 및 바람직한 구체예
본 발명의 상세한 설명이 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
본 발명에서 사용된 불활성 애노드 재료는 도 1에 예시된 불활성 애노드 제조 시설(16)로부터 기원하거나 이 시설로부터 얻어진다. 여기에 더하여, 알루미늄 제조 시설로부터 얻어진 사용된 불활성 애노느의 불활성 애노드 재료가 불활성 애노드 재료로 사용될 수 있다. 불활성 애노드 제조 시설로부터 얻어진 불활성 애노드 재료는 불활성 애노드 제조 잔류물과 미사용 불활성 애노드를 포함한다. 이 세 가지의 확인된 불활성 애노드 재료 공급원이 개별적으로 또는 어떤 조합으로 또는 이들의 하위 조합으로 사용될 수 있다. 여기에 더하여, 본 발명은 주로 불활성 애노드 재료로부터 유용 금속물을 회수하는 것에 관한 것이지만, 다른 서멧 재료가 본 발명의 실시에서 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시시에는 어떤 서멧 재료로도 불활성 애노드 재료가 치환될 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명은 미국특허 No. 6,030,918 및 5,865,980에 설명된 불활성 애노드로부터 유용 금속물을 회수하는데 특히 유용하다. 따라서, 유용 금속물은 미국특허 No. 6,030,918 및 5,865,980에 설명된 사용된 불활성 애노드, 미사용 불활성 애노드 및 상응하는 미소결 미사용 불활성 애노드로부터 회수될 수 있다. 추가로, 전술된 두 특허에 따라 불활성 애노드를 제조하는 것과 관련하여 불활성 애노드 제조 잔류물이 또한 본 발명에서 유용하다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 불활성 애노드 재료는 이 불활성 애노드 재료를 선광한 후에 불활성 애노드 제조 시설에서 재사용됨으로써 재순환될 수 있다. 불활성 애노드 재료를 선광하기 전에, 그것은 물리적/분석적 특성화 과정으로 보내지며, 여기에서 바람직하게 특성화가 수행되어 불활성 애노드 재료의 재이용능을 결정한다. 물리적 특성화 과정은 텍스쳐, 색 및 크기 변화, 기하구조 및 파쇄 패턴, 단련가능한 비-서멧 금속 성분의 함량 그리고 외부 재료 및 파편을 조사하고 밀도, 경도 및 파쇄성을 측정하기 위한 불활성 애노드 재료의 대표 샘플의 시험 및 평가를 포함한다. 물리적 특성화는 당업자에게 잘 알려진 대로 분류, 파쇄, 분쇄 및/또는 밀링에 의한 선광에 적합한 장치를 선택하기 위한 것이다. 추가로, 불활성 애노드 재료 품질의 재이용에서 그 허용성은 원소 분석을 토대로 한다. 불순물인 해로운 및/또는 위험한 구성성분들은 그 함량에 기초하여 허용되지 않는 재료로 간주된다. 분석적 측정은 산업표준의 종래의 야금시험 과정에 따라 행해진다.
허용되는 것으로 결정된 불활성 애노드 재료는 애노드 분해 유닛(15)에서 분해를 필요로 할 수 있다. 만일 분해가 필요하지 않다면, 그것은 선광 유닛(12)에서 선광된 다음 불활성 애노드 제조 시설(16)에서 성분으로서 재사용됨으로써 재순환된다.
선광된 불활성 애노드 재료의 재사용에 의한 재순환은 선택적이다. 애노드 제조 시설에서 선광된 불활성 애노드 재료를 재사용하는 대신에, 귀금속 및/또는 비철금속 정광 조성물로서, 선광된 재료는 용융제련 과정에서 유용 금속물을 회수하기 위한 조건 하에서 용융제련에 적합하다. 용어 "비철"은 Dictionary of Mining Terms(Maclean Hunter Publishing Co.)에 철 함유분에 대해서는 주로 작업되지 않은 광석으로서 정의된다. 따라서, 용어 "비철금속 정광"은 정광이 용융로에서 경제적으로 회수될 수 있는 충분한 귀금속, 백금족 금속 또는 유용한 비철금속을 함유하며, 또한 그것이 용융제련에 유리한 품질을 가진다는 것을 의미한다. 비철금속 정광은 비철금속에 더하여 철을 함유할 수 있다. 용어 "귀금속"은 금 및 은을 말한다.
특성화 유닛(1)이나 분해 유닛(15)으로부터의 불활성 애노드 재료(사용한 것과 사용하지 않은 것 모두)는 전형적으로 금속 지지체, 커넥터, 또는 로드와 같은 비-서멧 성분을 함유하는데, 이 중 로드는 선광 유닛(2)에서 불활성 애노드 재료를 선광하는 공정의 일부로서 분류되어 제거된다. 커넥터와 같은 비-서멧 성분은 재사용을 위해 회수될 수 있으며 커넥터 회수 유닛(18)에서 제거된다. 선광 단계에서, 선광 유닛(2)에서 지지체 및/또는 전기 커넥터와 같은 장치는 제거되어서 남아 있는 서멧이 쉽게 파쇄되거나 밀링되지 않는 이들 비-서멧 재료의 방해 없이 선광 유닛(2)에서 쉽게 파분쇄될 수 있도록 한다. 이들 비-서멧 성분의 분류 및 제거는 선광된 서멧이 용융제련이나 금속회수단계를 방해하는 어떤 재료도 함유하지 않도록 보장한다.
비-서멧 재료를 제거하는 것에 더하여, 선광 공정은 또한 파쇄, 분쇄 및/또는 밀링에 의한 서멧 재료의 파분쇄를 포함하며, 이로써 용융로에서 용융제련하는데 적합한 입자 크기를 생성한다. 어떤 경우, 비-서멧 재료가 우연히 파쇄, 분쇄 또는 밀링을 격은 서멧 재료에 포함될 수 있다. 이 재료는 그것이 서멧의 파쇄성 특성을 갖지 않기 때문에 일반적으로는 파분쇄되지 않는다. 파분쇄 공정의 완료시 또는 파분쇄 공정 중에, 이들 재료는 어떤 종래의 분류나 스크리닝 과정에 의해 제거되어야 한다. 따라서, 어떤 경우 선광은 추가의 분류 단계를 포함할 것이다. 완료시의 선광 생성물은 용융제련용 정광이다. 이 선광 공정은 대부분의 광석의 선광과는 다른데, 이것은 대부분의 광석은 정상적인 분류, 파쇄 및 밀링을 필요로 하고, 유용 금속물을 거의 갖지 않는 광석으로부터 흙 성분을 물리적으로 분리하여 제거하는 단계를 추가로 필요로 하기 때문이다. 예를 들어, 광석의 원치 않는 흙 또는 값싼 금속물 성분으로부터 가치 있는 금속 화합물 성분을 분리하기 위한 부유 분리기의 사용에 의한 농집 공정 단계는 값싼 금속물의 광석 선광에 필요하다. 그러나, 불활성 애노드 재료를 선광할 때 필요한 농집 단계는 비-서멧 성분을 분리하여 제거하는 것이며, 이것은 추가로 이미 충분한 퍼센트의 유용 금속물을 농집하여 선광 공정의 완료시에는 정광으로서 적합한 품질을 가지게 된다.
일단 서멧 재료가 분리되어 파쇄되거나 밀링되면, 그것은 용융제련 작업에서 경제적으로 회수되는데 충분한 유용 금속물 함유분을 가지기 때문에, 경제적으로 또는 야금학적으로 선광 공정 동안 비-서멧 재료의 제거 이외에 달리 불활성 애노드 재료의 금속 함유분을 더 농집할 필요는 없다. 다시 말해서, 파분쇄된 서멧은 분리된 용융로에서 회수될 만큼 충분히 높은 농도의 금속을 가지며 용융로의 원료로서 사용하기 위한 정광으로서 적합하다.
요컨대, 따라서, 불활성 애노드 재료의 선광 공정의 완료는 비-서멧 성분을 분류하고 제거함으로써 서멧을 분리하고, 분리된 서멧을 파쇄, 분쇄, 밀링 또는 이들 과정의 조합과 같은 어떤 파분쇄 과정에 의해 파분쇄하여, 어떤 추가의 필요한 단계 없이 유동성 분말이나 과립형 재료를 생성함에 의해 달성된다. 그러나, 마무리된 정광은 유닛(10)에 유동화제를 첨가함으로써 개선될 수 있다.
선광된 불활성 애노드 재료(즉, 불활성 애노드의 파분쇄된 서멧 성분)는 마무리된 금속 정광이며, 이것은 도 1에 나타낸 용융로(4)로 직접 보내질 수 있다. 그러나, 선광된 불활성 애노드 재료는 추가의 금속을 함유하고 있는 다른 금속 황화물 정광 조성물 및 용융로 원료의 품질을 개선하는 융제와 조합되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 다양한 용융제련 공정을 도 3에 나타낸다. 사용되는 용융제련 공정에 따라, 바람직하게 본 발명의 정광 또는 정광 조성물은 집괴화/펠릿화 유닛(3)에서 집괴화 및/또는 펠릿화된다. 유리하게, 정광의 집괴화 및/또는 펠릿화를 돕기 위해 정광에 바인더가 첨가된다. 유기 바인더와 같은 종래의 바인더가 본 목적에 유용하다. 여기에 더하여, 정광의 집괴화 및/또는 펠릿화 동안이나 그 후에 종래의 먼지억제제가 사용될 수 있다.
정광의 용융제련을 돕기 위해 첨가제로서 융제 시약이 정광에 첨가될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 유동화 시약의 예는 알루미나, 석회, 실리카, 마그네시아, 철, 및 어떤 다른 금속 화합물, 예를 들어 구리, 니켈, 코발트, 귀금속 및/또는 백금족 금속의 금속 수산화물 및 산화물을 포함한다.
정광은 단독으로 용융로 원료 재료로서 사용될 수 있거나, 또는 비철 광석 및/또는 광석 정광과 조합하여 용융로에 도입될 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 구체예에서는 서멧 기제 정광에 첨가제로서 비철 광석 및 광석 정광을 첨가하는 것을 고려한다. 용어 "비철 광석 및 정광"은 이 광석 또는 정광에서 관심 있는 제1의 금속이 용융로에서 회수될 수 있는 비철금속이라는 의미이다. 비철 광석 및 정광(이후, 광석 정광)은 비철금속에 더하여 철을 함유할 수 있지만, 철은 관심 있는 제1의 금속은 아니다. 다음에, 불활성 애노드 재료로부터 제조된 금속 정광과 조합된 비철 광석 정광 첨가제는 블렌딩되거나 혼합되어 용융로에 도입되는 원료 재료를 형성한다. 여러 첨가제들(예를 들어, 다른 비철 황화물 광석 정광, 바인더 및 융제 시약)을 부제번호 10에 의해 도 1의 흐름도에 나타낸다.
첨가제로서 사용될 수 있는 상기 주지된 광석들은 선광 단계 동안 필요한 어떤 유용한 금속의 부화 단계 없이 용융제련 공정에서 회수될 충분한 농도의 금속(가치 있는 금속)을 이미 가지고 있는 광석들이다. 첨가제로서 사용될 수 있는 상기 주지된 광석 정광은 광물로부터 값싼 금속물을 갖는 흙이나 원치 않는 폐기물질을 제거함에 의해서 유용한 금속물이 부화되거나 농집된 광석들이다. 원하는 금속 농도를 생성하기 위해 부화 단계를 필요로 하지 않는 광석뿐만 아니라 선광 동안의 부화 단계 또는 단계들에 의해서 원하는 금속 농도가 얻어진 광석들이 "광석 정광"으로서 분류될 수 있다. 따라서, 본원에 사용된 용어 "광석 또는 정광"은 선광 공정에서 부화된 상기 주지된 광석뿐만 아니라 선광 동안 필요한 어떤 부화 단계 없이 원하는 농도의 유용한 금속물을 갖는 광석들을 포함하도록 의도된다.
다른 구체예에서, 선광된 불활성 애노드 재료 정광과 첨가제를 혼합하는 대신에 용융로에 첨가제가 첨가된다. 상기 주지된 대로, 용융제련 공정은 예비 배소 단계(13)를 포함할 수 있다. 이 상황에서, 만일 선광된 불활성 애노드 재료가 금속 수산화물이나 유기 바인더와 같은 공정 첨가제와 조합된다면, 유리하게 배소 단계는 수산화물을 건조, 소성시키고 유기 물질을 태우며, 동시에 황의 일부를 내보낸 다음, 이것을 나머지 관련된 황화물 광석으로부터 태워 없앨 것이며, 이 나머지 황화물 광석이 미국특허 No. 4,356,030에서 Halpin에 의해 제안된 대로 배소 공정으로 보내질 것이다.
본 발명의 정광은 유리하게는 용융로에서 광석 정광과 조합되기 때문에, 융제 또는 정광의 선택은 이용되는 용융제련 시설의 특정한 작업 파라미터에 따라서 변할 것이다. 용융제련 시설은 전형적으로 이용될 특정한 광석 화합물 및 용융제련 분야의 당업자들에게 잘 알려진 다른 요인들에 따라서 융제를 선택한다. 그러나, 특정한 용융제련 시설에서 사용되는 원료 성분으로서 본 발명의 정광의 사용을 용이하게 하기 위해서, 정광은 선광된 불활성 애노드 재료가 용융제련되는 경우 용융제련 시설에서 이용될 융제와 일치하거나 또는 이 융제를 강화시키는 융제 첨가제를 사용하여 미리 유동화될 수 있다.
전형적으로, 니켈 용융제련에 사용되는 융제 시약은 구리 용융제련에 사용되는 것들과 동일하지만 사용되는 비율은 변할 수 있다. 따라서, 본 발명의 정광은 니켈 및/또는 구리 용융제련에서 사용되는 잘 알려진 융제들 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 본 발명에서 유용한 융제의 예들 및 더 이상의 논의는 하기 논의된다.
융제 조성
10개의 상업용 바텀푸어(bottom pure)형 융제의 화학 조성을 표 1에 나타낸다. 실리카 및 알루미나, 산화물 유리 네트워크 형성제가 모든 융제에서 주 성분이다. 또, 융제는 네트워크 파괴제(이들 자체를 융제라고도 함)인 FeO, CaO, Na2O, 및 K2O를 함유한다. 게다가, 융제는 소량의 S, MnO, Cr2O3, TiO2, MgO, P2O5, 및 BaO를 가진다.
전세계적으로 특수한 용융로에서 사용되는 추가의 융제 조성을 하기 표 2에 나타낸다.
융제는 통상 실리카 함량이 높은 모래와 보통은 슬래그를 더 유동성으로 만드는 석회암으로 구성된다. 때로는 유동화 재료와 추가의 구리를 모두 가한 "직접 용융제련 광석"이 사용되기도 한다.
본 발명에 특히 유용한 용융제련 과정이 도 2에 예시된다. 상기 주지된 대로, 이 과정은 황화물 광석 정광과 조합되어 처리되었을 때 본 발명의 정광으로부터 유용 금속물을 경제적으로 그리고 효과적으로 회수한다. 이것이 행해진 경우 사용된 전형적인 용융제련 공정이 하기 설명된다.
용융제련 공정
1. 기능 - 일반적으로, 용융제련은 물리적으로 또는 화학적으로 화합되어 있는 다른 금속 및/또는 광물 불순물로부터 선택된 금속들을 추출하기 위한 건식야금 공정이다. 본 발명의 금속 정광에 함유된 유용 금속물을 얻기 위한 공정은 바람직하게 황화니켈 및/또는 황화구리 정광 용융제련 공정과 조합되어 달성된다. 황화물 광석 정광을 용융제련하는 방법은 도 3에 예시된 대로 다수 존재하며, 나타낸 방법 중 어느 것을 사용하여 원하는 가치 있는 금속을 추출할 수 있다. 금속제조 산업에서 가장 유행하는 용융제련 방법은 자용제련으로서 도면에 나타낸 것이다.
자용제련은 핀란드의 Outokumpu Company에 의해 1949년에 개발되었다. 현재 전세계적으로 40개 이상의 용융로에서 Outokumpu 자용제련로가 사용되고 있으며, 이것은 모든 일차 구리 및/또는 니켈 용융로 중 가장 경제적으로 효과적이로 환경적으로 안전하다고 증명되었다. 자용로 용융제련 기술의 용량은 통상 일일 기준으로 1500 내지 3000톤 정광의 범위이다.
자용제련은 1250℃의 노상형 노에 취입 공기, 산소, 정광, 및 융제를 필요로 한다. 일단 뜨거운 노에서 정광의 황화물 광물 입자들(예를 들어, Ni, Fe, S2 또는 CuFeS2 또는 혼합물)은 O2 돌풍과 빠르게 반응한다. 이것은 (i) 정광에 있는 Fe와 S의 제어된 산화, (ii) 대량의 열 방출, 및 (iii) 고체의 용융을 가져온다. 이 공정은 연속적이다. 대규모의 O2-부화 돌풍이 실행될 때, 이 공정은 거의 또는 완전한 자열공정이다(즉, 열 요구량이 필요한 어떤 다른 열 공급원 없이 공정 도중 생성된다). 이 공정은 20-35건조/중량%의 조합된 황 함량을 갖는 미세 미립자 정광을 용융제련하는데 더할 나위 없이 적합하다.
자용제련의 생성물은 다음과 같다:
(a) 용융된 N/Cu-Fe-S 매트,
(b) 용융된 규산철 슬래그, 및
(c) SO2를 함유하는 먼지가 많은 뜨거운 오프가스.
도 2에 예시된 대로, 용융 매트는 전로로 보내져 용융 금속 구리 및/또는 니켈로 산화-전환되고, 슬래그는 통상 추가의 금속 회수를 위해 슬래그 처리로 보내지고, 오프가스는 열, 먼지 및 SO2 회수로 보내진다.
자용제련의 목표는 다음을 생성하는 것이다:
(a) 전로에 공급하기 위한 일정한 조성, 일정한 온도의 용융 매트,
(b) 자용로로 들어가는 Cu 또는 Ni를 아주 적은 부분만 함유하는 슬래그,
(c) H2SO2로서 효과적으로 회수하기 위한 SO2가 충분히 있는 오프가스, 및
(d) 빠르고 에너지-효과적인 방식으로 (a), (b) 및 (c)를 달성하는 것.
자용제련로 디자인은 노상 챔버 위의 개방 영역을 채용하는데, 이 챔버는 노상 위에 일직선으로 있는 수직 챔버거나 또는 노상에 통합되어 있는 개방 수평 챔버이다. 각 디자인에서, 정광, 융제, 및 산소로 부화된 가열된 공기가 이들 챔버에 불어 넣어지고, 여기서 연속적인 자용 반응(즉, 화학적 반응)이 일어나서 용융 매트, 용융 슬래그 및 SO2를 지닌 오프가스가 생성된다. 섞여 있는 용융 매트와 슬래그는 노의 노상으로 떨어져 수집되고, SO2와 휘발분으로 구성된 가스 부분은 가스 클리닝 시스템으로 배출된다. 매트 및 슬래그의 두 용융 부분은 혼합될 수 없으며, 이들의 비중 차이 때문에 두 개의 분리된 층으로 분리된다. 덜 조밀한 액체 부분인 슬래그는 매트 상부에 부유하며, 이 경우 그것은 더 이상의 금속 회수, 폐기, 또는 유리한 재사용을 위해 별도로 제거될 수 있다.
전로에서 제거된 용융 매트층은 철 및 구리 및/또는 니켈 황화물로 주로 구성되며, 이들은 서로 가용성이다. 구리와 니켈은 산소에 대해 약한 화학적 친화성을 가지므로, 산소가 전로에 도입되었을 때 아주 적은 구리 및/또는 니켈 산화물이 형성되며, 투입량에 존재하는 거의 모든 Cu 및 Ni는 블리스터라고 하는 층에 축적된다. 한편, 철은 산소와 쉽게 화합하여 철 산화물을 형성하며, 이것은 이어서 실리카 융제와 반응하여 규산철을 형성한다. 이들 화합물과, 정광에 존재한 잔류한 칼슘, 마그네슘, 및 알루미늄 광물 융제는 상기 설명된 블리스터로부터 중량적으로 분리되는 더 가벼운 밀도의 슬래그를 형성하며, 동시에 추가 산소가 황과 화합되어 SO2 가스를 형성하고, 이것은 수집되어 황산을 생성한다.
초기에 자용로에 불어 넣어진 정광과 융제는 전로로 보내지는 결과의 매트가 전형적으로 구리 및/또는 니켈을 40-45% 함유하고 철 및 황을 각각 25-30% 함유하도록 하는 비율로 조절된다. 매트는 투입량에 존재하는 무거운 원소들의 대부분, 실제로는 귀금속 및 백금족 금속의 전부를, 그리고 만일 정광에 존재하는 경우에는 비소와 안티몬의 일부를 함유한다. 비소, 셀레늄, 및 다른 미량 원소들과 같은 함유된 금속들은 휘발성 화합물을 형성하며 가스 스트림으로 보내진다.
2. 투입 재료 - 일차 투입 재료는 소성건조된 정광 입자 또는 건조된 정광의 블렌드이다. 추가로, 전로 및 애노드 노로부터 재처리된 슬래그(즉, 리버트)가 첨가될 수 있으며, 뿐만 아니라 용융로 도처에 있는 먼지수집장치로부터의 굴뚝 먼지가 첨가될 수 있다. 습식야금 공정으로부터의 침전물이나 정련 공정으로부터의 물질이 투입 재료에 추가로 첨가될 수 있다.
표 4에 나타낸 대로, 투입 융제의 예들은 실리카 함량이 높은 모래, 석회암 및 슬래그 유동성의 조절을 도와서 분리를 증진시키는 다른 시약들로 통상 구성된다. 본 발명에서 논의된 정광과 같은 미리 유동화된 정광이 사용되며, 이것은 구리 및/또는 니켈, 귀금속 및 백금족 금속에 더하여 유동화 재료를 제공한다.
아리조나에 있는 노를 위한 투입 재료의 조성이 표 4에 다음과 같이 보고된다.
이 투입량으로 매트를 생성했으며, 전로로 보내기 전에는 이 중 47%가 매트였고 53%가 슬래그였다.
3. 작업 조건 - 자용로에서는 산화 공정이 가열 및 용융을 위한 에너지의 대부분을 또는 전부를 제공했다. 이 공정은 대체로 자열공정이지만, 노의 온도를 약 1250℃로 조절하도록 돕기 위해서 화석연료가 사용될 수 있다. SO2는 고농도(>10%)로 오프가스에 포함되어 자용로를 떠난다. 이 가스는 이어서 냉각되고 먼지가 클리닝되며, SO2는 황산 생성물로서 포획된다.
도 1에 예시된 대로, 용융제련 공정은 통상의 방식으로 진행되며, 이로써 슬래그(5)로부터 분리가능한 매트(7)가 얻어진다. 슬래그는 꺼내져서 경화되고, 매트는 용융로로부터 별도로 회수된다. 회수된 매트는 전로(19)로 보내지며, 이 경우 구리 및/또는 니켈 및 귀금속이 철 및 황 성분요소로부터 분리된다. 블리스터(12)라고 하는 회수된 금속은 원하는 합금(9)이거나, 또는 전해채취와 같은 종래의 야금 과정을 사용하여 블리스터를 정련하면 주 금속뿐만 아니라 어떤 귀금속이 회수된다. 블리스터로부터의 주 금속 또는 금속들과 어떤 귀금속 및 백금족 금속의 회수는 금속 정련 유닛(8)에서 일어난다. 금속 정련은 비철금속(11) 및 귀금속(20)의 생성을 가져온다. 종래의 금속회수방법(예를 들어, 전해채취 공정)을 사용하여 회수하기 위해서 매트 중의 다양한 금속들이 선택될 수 있다. 이 공정은 금속의 기전력에 기초하여 원하는 표적 금속을 선택적으로 그리고 연속적으로 분리한다.
슬래그는 별도로 회수되어 경화된다. 회수가능한 유용 금속물이 없는 슬래그는 미국특허 No. 4,356,030에서 Halpin에 의해 제안된 대로, 그것이 빗물에 스며나오지 않기 때문에, 유리하게는 과립 형태로 파괴된 다음 안전하게 폐기될 수 있다. 슬래그의 폐기를 도 1에 부제번호 14에 의해 나타낸다. 여기에 더하여, 슬래그를 폐기하는 대신에, 슬래그는 추가로 파쇄, 과립화 및/또는 밀링되어 시멘트(예를 들어, 포트랜드 시멘트) 성분으로서 도로건설과 같은 다양한 건축용도에 사용될 수 있거나, 또는 필러가 필요한 어떤 공정에서 필러로서 이용될 수 있다. 또는 달리, 슬래그(5)는 용융로에서 다시 재이용되어 만일 존재한다면 추가의 유용 금속물이 회수될 수 있다. 이 경우 슬래그는 유리하게는 과립화되어서 용융로로 되돌아간다.
본원에 설명된 유리한 융제 시약 첨가제는 용융제련용 원료의 품질을 개선하기 위해서 사용된다. 첨가제는 선택된 비철금속 수산화물 및 산화물을 포함할 수 있으며, 또한 용융제련 공정의 슬래그 특성에서의 개선을 행하기 위한 탄소성 환원제를 포함할 수 있다.
상기 주지된 대로, 슬래그는 폐기될 수 있다. 슬래그에 남아 있는 어떤 가치가 낮은 회수되지 않은 금속 및/또는 금속 불순물은 슬래그의 유리질이나 유리모양 매트릭스 내에 캡슐화될 수 있으며, 따라서 이 슬래그는 안전한 폐기에 적합하고 빗물에 스며나오지 않는다. 따라서, 본 발명은 또한 상기 설명된 회수 공정을 사용하여 불활성 애노드 재료의 무가치한 부분을 폐기하는 동시에 필요한 환경적인 폐기 요건을 만족하는 에너지-효과적인 방법을 제공한다.
도 1에 예시된 본 발명의 구체예는 플라즈마 아크 건식야금 금속 분리/회수 공정 기술 및 황화물이나 라테라이트로부터 구리 및 니켈을 회수하기 위한 더욱 통상적인 용융제련 작업(4)를 포함하는 용융제련을 참조하여 본원에 논의되며, 이 통상적인 용융제련 공정에는 상기 제시된 이유들 때문에 선광된 불활성 애노드 기제 정광이 첨가된다. 이들 공정은 회수된 선택된 유용 금속물(12)을 함유하는 블리스터를 가져오며, 이것은 더 정련(8)되거나 합금(9)으로서 시판될 수 있다.
불활성 애노드 재료로부터 회수되는 금속은 구리, 니켈, 코발트, 주석, 금, 은, 백금, 로듐 및 팔라듐을 포함할 뿐만 아니라 불활성 애노드 재료에 포함될 수 있는 다른 금속들을 포함한다. 상기 주지된 금속들은 모두 용융제련 과정 동안 생성된 매트로부터 회수될 수 있다.
어떤 예에서, 회수를 위해서는 어떤 금속을 표적으로 하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 이 공정에 의해 구리, 니켈, 코발트, 금, 은, 백금, 팔라듐 및 로듐의 회수를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 구리는 구리 용융로에서 표적이 될 수 있으며, 때문에 니켈 회수는 덜 효과적일 것이다.
불활성 애노드 재료 및 다른 서멧 재료로부터 유리하게 유용 금속물을 회수하는 것에 더하여, 본 발명은 또한 추가의 이점을 제공한다. 특히, 일차 용융로에 의해 생성된 슬래그는 불활성 애노드 재료 또는 다른 서멧 재료에서 발견된 회수할 수 없는 금속을 캡슐화한다. 이 캡슐화는 실증된 최고의 기술(BAT)로서 이들 금속을 고정시켜 누출을 최소화하며, 이로써 이들 재료는 이 점에 있어서 미국환경청(EPA)의 현행 기준을 만족할 만큼 충분히 안정하게 된다.
다른 이점은 본 발명에서 일차 용융로의 사용에 관한 것이다. 이와 관련하여, 일차 용융로는 주위로의 독성 물질의 방출을 방지하거나 상당히 감소시키는 능력을 가진다. 따라서, 일차 용융로를 사용하여 서멧 기제 정광을 처리함으로써, 서멧이나 불활성 애노드 재료의 용융제련으로 인한 어떤 독성물질들의 방출은 공기로 운반되거나 가스상인 해로운 성분요소들을 배기가스 클리닝 시스템(21 및 22)에 포획함에 의해서 현저히 최소화될 것이다.
본 발명은 어떤 바람직한 구체예에 관하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형, 변화, 생략 및 치환이 만들어질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 본질적으로 파분쇄된 서멧으로 구성된 것을 특징으로 하는, 용융로에서 유용 금속물을 회수할 수 있는 용융로 원료 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서멧은 사용된 불활성 애노드, 미사용 불활성 애노드, 불활성 애노드 제조 잔류물, 또는 이들의 조합으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 용융로에서 상기 조성물의 용융제련을 용이하게 하는 유동화 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, 집괴화 또는 펠릿화됨으로써 과립이나 펠릿의 형태로 된 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 산화조건 하에서 배소되어 상기 조성물의 일부가 산화된 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 유동화 첨가제가 알루미나, 석회, 실리카, 마그네시아, 철, 금속 수산화물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 금속 수산화물이 구리, 니켈, 코발트, 귀금속 및 백금족 금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 금속의 수산화물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 광석 정광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 2 항에 있어서, 광석 정광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제 3 항에 있어서, 광석 정광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 용융로에서 원료를 용융제련하여 유용 금속물을 함유하는 제 1 성분 및 슬래그인 제 2 성분을 생성하는 단계; 및 상기 제 1 성분으로부터 상기 유용 금속물을 회수하는 단계를 포함하며, 상기 용융로의 원료 조성물은 본질적으로 파분쇄된 서멧으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 용융로 원료로부터 유용 금속물의 회수방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 서멧은 사용된 불활성 애노드, 미사용 불활성 애노드, 불활성 애노드 제조 잔류물, 또는 이들의 조합으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 용융로 원료 조성물은 용융로에서 상기 원료 조성물의 용융제련을 용이하게 하는 유동화 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 용융로 조성물을 집괴화 또는 펠릿화함으로써 과립이나 펠릿의 형태로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 용융로 원료 조성물을 산화조건 하에서 배소하여 상기 원료 조성물의 일부를 산화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 유동화 첨가제는 알루미나, 석회, 실리카, 마그네시아, 철, 금속 수산화물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 금속 수산화물은 구리, 니켈, 코발트, 귀금속, 백금족 금속 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 금속의 수산화물인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 용융로 원료는 광석 정광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 용융로 원료는 광석 정광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 사용된 불활성 애노드, 미사용 불활성 애노드, 불활성 애노드 제조 잔류물, 또는 이들의 조합으로부터 서멧을 분리하는 단계; 및 상기 서멧을 파분쇄하는 단계를 포함하는 용융로 원료의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 파분쇄된 서멧에 유동화 첨가제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 불활성 애노드로부터 서멧을 분리하는 단계, 상기 분리된 서멧을 파분쇄하여 파분쇄된 서멧을 생성하는 단계; 그 성분으로서 서멧을 함유하는 불활성 애노드의 제조에서 상기 파분쇄된 서멧의 일부 또는 전부를 성분으로서 선택적으로 사용하는 단계; 및 용융제련 과정에서 용융로 원료로서 상기 파분쇄된 서멧의 전부 또는 일부를 사용함으로써 상기 서멧으로부터 유용 금속물을 회수하는 단계를 포함하는 불활성 애노드의 처리방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 용융로 원료는 광석 정광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 용융로 원료는 상기 용융제련을 돕는 유동화 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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