KR20070085068A - 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정 - Google Patents

결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정 Download PDF

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KR20070085068A
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Abstract

본 발명은 일종의 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정을 제공하는 것으로서, 주로 원광 파쇄 분립을 포함하는데, 광물가루를 소결광으로 만들고, 소결광 덩어리, 코크스, 석회석/생석회, 백운석과 형석을 혼합하여 고로 제련을 통해 페로니켈을 얻으며, 그 중에 첨가제와 소결광 중량비는 형석 0.3-20%, 백운석 0-8%, 석회석/생석회 4-35%이다. 공정은 소결광 덩어리를 분쇄 분립하고 자력선광을 진행하여 정광 가루를 얻어 다시 소결을 진행하는 것도 포함하는데, 기존 기술과 비교하여, 본 발명에서 제공하는 페로니켈 제련 공정의 형석과 소결광 비율은 고로 온도에 대한 크롬의 영향을 낮출 뿐만 아니라, 불소의 과다 함유로 인해 노저가 타버리는 등의 사고가 발생하는 것도 피하게 할 수 있다. 백운석에 함유된 마그네슘은 니켈크롬광석 중에 크롬으로 야기되는 용선 유동성 저하 문제를 해결할 수 있다. 석회석은 염기도를 제공할 뿐만 아니라 상기 두 가지 첨가제의 균형도 이룰 수 있으며, 발명이 제공하는 고로 제련법은 원가가 저렴하고, 원료 회수율이 높다.

Description

결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정{A SMELTING PROCESS OF FERRONICKEL WITH NICKEL OXIDE ORE CONTAINING OF CRYSTAL WATER IN A BLAST FURNACE}
본 발명은 고로 제련 공정, 특히 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정에 관계된다.
스테인레스와 특수강이 세계적으로 광범위하게 응용됨에 따라, 스테인레스와 특수강 제련의 가장 중요한 원소-니켈 금속의 공급 부족으로 가격 급등이 야기되고 있다. 전통적인 니켈 금속의 생산은 주로 지구 니켈 자원의 30%를 차지하는 황화니켈광석에서 추출하며, 성숙된 생산 공정을 가지고 있다. 하지만, 거의 백년에 가까운 연속 채굴을 거치면서, 현재 매장량 부족과 함께 자원은 위기를 보이고 있다. 이로써 지구 니켈 자원의 70%를 차지하는 라테라이트 니켈광(산화니켈광석)에서 니켈 금속을 채취하는 것에 대해 더 많은 관심을 기울일 수밖에 없게 되었다. 라테라이트 니켈광이 오랫동안 대규모적으로 개발되지 못한 주요 원인은 이러한 종류의 지하자원에서 니켈을 추출하는 공정의 원가가 높고, 공정이 복잡하며, 생산량이 낮고, 오염이 심각하기 때문이었다. 현재 국제적으로 고품질의 라테라이트 니켈광(니켈 함량 2.0% 이상)에 대해 일반적으로 광석 용광로 제련을 채택하고 있지만, 이 공정은 전력 소모가 많고, 환경 오염이 크며, 간헐식 생산으로 생산량이 낮다는 등의 폐단을 가지고 있다. 품질이 낮은 라테라이트 니켈광에 대해서는 대부분 습식제련, 즉 황산에 담그는 방법을 채택하는데, 라테라이트 니켈광 중에 고체의 산화니켈, 산화크롬, 산화철 등을 액체의 황산니켈, 황산크롬, 황산제1철 등 혼합 용액으로 변환시키고, 다시 황산니켈을 그 중에서 분리해내며, 전해를 통해 총량 1-2%만을 차지하는 금속 니켈을 형성하고, 그 나머지 성분은 모두 폐기된다. 이 공정 설비는 1차적 투자가 크고, 공정이 복잡하며, 주기가 길고, 환경 오염이 심각하다. 고로 제련도 채택할 수 있으나, 라테라이트 니켈광은 주로 Cr2O3 성분을 수반하기 때문에, 크롬의 녹는점이 너무 높아, 융해 후 용선의 점도가 너무 크게 되고, 니켈크롬을 함유한 용선이 순조롭게 유출되지 못하여, 고로 응결, 고로 훼손이라는 심각한 결과가 야기된다. 국내외 여러 기업과 연구 기관은 라테라이트 니켈광의 고로법을 통해 페로니켈로 제련하는 공정에 대해 상당히 오랫동안 연구를 진행하였지만, 아직까지 성공했다는 보도가 없었다. 그러므로, 고효율 저소모, 높은 생산량, 저원가, 그리고 무오염 혹은 저오염인, 라테라이트 니켈광에서 직접 페로니켈로 제련하는 공정 기술을 찾는 것은 업계내에서 시급히 해결해야 하는 과제가 되었다.
본 발명의 취지는 상술한 문제를 해결하고, 결정수를 함유한 산화 니켈광석의 페로니켈 고로법 제련 공정을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 상기 목적은 다음 기술 방안을 통하여 실현한다.
본 발명은 일종의 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정을 제공하는 것으로서, 주로 다음 절차를 포함한다.
원광을 파쇄 분립하고, 그 중에 입경이 2mm보다 작은 광물가루와 분코크스, 생석회/석회석은 배합 재료를 혼합하고 소결하여, 소결광 덩어리를 얻는다.
소결광 덩어리, 코크스, 석회석/생석회, 백운석과 형석을 혼합하고 고로 제련을 진행하여 페로니켈을 얻는데, 그 중에, 다음 첨가제와 소결광의 중량비는 다음과 같다.
형석 0.3-20%
백운석 0-8%
석회석/생석회 4-35%
본 발명에서 제공하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정은 다음 절차도 포함한다.
1차 소결로 얻은 소결광 덩어리를 분쇄하고, 300-500메쉬의 체로 분립한 후에 자력선광을 진행하여 정광 가루를 얻는다.
정광 가루와 분코크스, 생석회/석회석을 혼합하고 소결을 진행하여, 소결광 덩어리를 얻는다.
2차 소결 후의 소결광 덩어리와 코크스, 석회석/생석회, 백운석과 형석을 혼합하고 고로 제련을 진행하여 페로니켈을 얻는다.
그 중에 상기 산화니켈광석의 주요 성분과 중량비는 다음과 같다.
니켈: 0.5-4%
크롬: 0.3-12%
철: 7-55%
그 중에 상기 첨가제와 소결광의 최적 중량비는 다음과 같다.
형석 0.3-10%
백운석 0.5-5%
석회석/생석회 8-20%
그 중, 상기 석회석 중의 CaO 함량은 50%보다 크고, 생석회 중의 CaO 함량은 80%보다 크며, 상기 백운석 중의 Mg 함량>10%, 상기 형석 중의 CaF 함량>80%이다.
기존 기술과 비교하면, 전통적인 고로 제련 공정에서, 고로 온도는 최고 1700℃ 정도까지 도달할 수 있으며, 산화니켈광석 중에 함유된 크롬은 대부분 삼산화이크롬의 형식으로 존재하는데, 삼산화이크롬의 녹는점은 2300℃ 정도이므로, 산화니켈광석 중에 크롬의 환원 정도는 유한하여, 제련으로 얻는 용선의 유동성이 낮아지게 되며, 고로 응결 현상이 쉽게 발생하고, 심지어는 사고도 발생한다. 본 발명이 제공하는 니켈크롬철광의 페로니켈 제련 공정 중에 형석을 첨가하면 고로 온도에 대한 크롬의 영향을 효과적으로 낮출 수 있어, 용선의 유동성이 높아진다. 이와 동시에, 본 발명이 제공하는 제련 공정 중에 추가되는 형석의 양이 정밀한 계산을 거치므로, 형석 첨가량의 과다로 인해 야기되는 고로가 타버리는 것 등의 사고 발생도 효과적으로 피할 수 있다. 동시에, 본 발명에서 제공하는 공정 중에 백운석이 함유한 마그네슘도 니켈크롬광 중에 크롬으로 야기되는 용선 유동성 부족 문제를 해결하는 데에 도움을 줄 수 있다. 석회석은 염기도를 제공할 뿐만 아니라 상술한 두 가지 첨가제의 균형을 유지할 수도 있다. 본 발명이 제공하는 고로법 제련 공정은 공정 과정이 짧고, 연속 생산 생산량이 크며, 라테라이트 니켈광 중에 니켈크롬철 원소가 1차적으로 모두 추출되고, 자원 이용율이 높다. 이 제련으로 생산되는 슬래그는 시멘트 생산에 있어 좋은 원료이며, 어느 정도 CO2 가스를 배출하는 것을 제외하면, 기타 고체나 액체 폐기물이 발생하지 않아 오염이 없다.
대조해 보면, 본 발명이 제공하는 고로 제련 공정은 원가가 낮은데, 전통적인 광석 용광로 공정은 2000-4000킬로와트/톤 철, 코크스 0.5톤이 필요하였으나, 본 발명이 제공하는 공정 중에 고로 전력소모는 150-200킬로와트/톤 철이다. 에너지 절약이 가능하고, 생산량이 크며, 고로의 평균 생산량이 광석 용광로 평균 생산량보다 많다. 오염이 적고, 분진이 적다. 원료 회수율이 높고, 수율은 각각 철 97-98%, 니켈 99%, 크롬 40-50%이다.
다음에서 구체적인 실시예를 접목하여 본 발명을 진일보하게 해석 및 설명하는데, 다음 실시예는 본 발명의 보호 범위에만 제한되지 않으며, 본 발명에 기반한 사고를 통해 이루어진 수정 및 조정 모두 본 발명의 보호의 범위에 속한다.
실시예 중에 원광은 알바니아에서 수입한 니켈크롬철광을 선택한다.
원광을 파쇄 분립하고, 그 중에 입경이 2mm보다 작은 광물 가루와 분코크스, 생석회/석회석은 배합 재료를 혼합하고 소결하여 소결광 덩어리를 얻는다.
1차 소결로 얻은 소결광 덩어리를 분쇄한 후에 300-500메쉬의 체를 통해 분 립하고 자력선광을 진행하여 정광 가루를 얻는다.
정광 가루와 분코크스, 생석회/석회석을 혼합하고 소결하여, 소결광 덩어리를 얻는다.
입경이 10-50mm인 소결광 덩어리 소결광과 기타 원료를 혼합 제련하여 페로니켈을 얻는다.
사용하는 니켈크롬철광의 주요 성분 및 함량(중량 %)은 다음과 같다.
성분 로트번호 Fe Ni Cr Ca Si Mg Al
1 7.18 4.37 11.93 18.14 21.08 0.84 6.17
2 17.81 3.21 9.26 16.25 18.27 1.18 5.77
3 26.28 2.68 8.10 14.36 17.35 1.45 4.69
4 36.54 2.30 6.32 11.87 16.09 1.64 3.14
5 43.51 1.83 4.71 8.29 15.14 1.94 2.84
6 54.26 0.57 0.35 4.57 5.88 2.11 2.11
얻어 낸 소결광의 주요 성분 및 함량(중량 %)은 다음과 같다.
성분 로트번호 Fe Ni Cr Ca Si
1 9.01 4.23 10.29 16.17 19.14
2 23.14 3.60 7.39 14.19 16.32
3 33.83 2.97 7.10 13.24 16.10
4 46.83 2.51 5.48 12.31 14.26
5 55.59 2.13 3.62 7.25 4.77
6 66.51 0.63 0.33 3.67 2.59
고로 재료 구성(중량 Kg)은 다음 표와 같다.
성분 로트번호 소결광 코크스 형석 백운석 석회석/생석회
1 1000 455 200 80 350
2 1000 415 170 70 300
3 1500 680 240 90 300
4 1500 625 150 75 150
5 2000 920 100 20 160
6 2000 830 6 - 80
고로 제련 공정 계수
항목 모델 노저 직경 투이어 직경 팬 풍압
고로 용적 36m3 2.1m 75mm 230m/s 4200(수은주 밀리미터)
고로 용적 90m3 2.9m 100mm 380m/s 4600(수은주 밀리미터)
제련으로 얻은 페로니켈 주요 성분 및 함량(중량 %)은 다음과 같다.
성분 로트번호 Fe Ni Cr S P
1 48.26 15.10 33.11 0.060 0.061
2 52.31 10.59 23.10 0.059 0.060
3 64.58 8.32 22.38 0.058 0.059
4 75.51 5.98 13.36 0.059 0.062
5 85.29 3.24 7.09 0.057 0.057
6 93.46 0.92 0.63 0.061 0.058
본 발명은 일종의 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정을 제공하는 것으로서, 주로 원광 파쇄 분립을 포함하는데, 광물가루를 소결광으로 만 들고, 소결광 덩어리, 코크스, 석회석/생석회, 백운석과 형석을 혼합하여 고로 제련을 통해 페로니켈을 얻으며, 그 중에 첨가제와 소결광 중량비는 형석 0.3-20%, 백운석 0-8%, 석회석/생석회 4-35%이다. 공정은 소결광 덩어리를 분쇄 분립하고 자력선광을 진행하여 정광 가루를 얻어 다시 소결을 진행하는 것도 포함하는데, 기존 기술과 비교하여, 본 발명에서 제공하는 페로니켈 제련 공정의 형석과 소결광 비율은 고로 온도에 대한 크롬의 영향을 낮출 뿐만 아니라, 불소의 과다 함유로 인해 노저가 타버리는 등의 사고가 발생하는 것도 피하게 할 수 있다. 백운석에 함유된 마그네슘은 니켈크롬광석 중에 크롬으로 야기되는 용선 유동성 저하 문제를 해결할 수 있다. 석회석은 염기도를 제공할 뿐만 아니라 상기 두 가지 첨가제의 균형도 이룰 수 있으며, 발명이 제공하는 고로 제련법은 원가가 저렴하고, 원료 회수율이 높다.

Claims (7)

  1. 다음 단계를 포함하는, 일종의 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정;
    원광을 분쇄 분립하여 그 중에 입경이 2mm보다 작은 광물가루와 분코크스, 생석회/석회석은 배합 재료를 혼합하고 소결을 진행하여 소결광 덩어리를 얻는 단계,
    소결광 덩어리, 코크스, 석회석/생석회, 백운석과 형석을 혼합하고 고로 제련을 진행하여 페로니켈을 얻는 단계, 여기서 첨가제와 소결광 중량비는 다음과 같음
    형석 0.3-20%
    백운석 0-8%
    석회석/생석회 4-35%.
  2. 제 1항에 있어서, 다음 단계를 포함함을 특징으로 하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정:
    소결광 덩어리를 분쇄한 후에 300-500메쉬의 체로 분립한 후, 자력선광을 진행하여 정광가루를 얻는 단계;
    정광가루와 분코크스, 생석회/석회석을 혼합하고 소결을 진행하여 소결광 덩어리를 얻는 단계;
    2차 소결 후의 소결광 덩어리와 코크스, 석회석/생석회, 백운석과 형석 을 혼합하고 고로 제련을 진행하여 페로니켈을 얻는 단계.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 산화니켈광석의 주요 성분 및 중량비가 니켈 0.5-4%, 크롬 0.3-12%, 철 7-55%임을 특징으로 하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 첨가제와 소결광의 최적 중량비가 다음과 같음을 특징으로 하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정
    형석 0.3-10%
    백운석 0.5-5%
    석회석/생석회 8-20%.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 석회석 중에 CaO 함량이 50%보다 크고, 생석회 중에 CaO 함량이 80%보다 큼을 특징으로 하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 백운석 중에 Mg 함량이 >10%임을 특징으로 하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 형석 중에 CaF 함량이 >80%임을 특징으 로 하는 결정수 함유 산화니켈광석의 페로니켈 고로 제련 공정.
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