KR20080108117A - 공정 가스의 처리 방법 및 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서스펜션 용융 제련로 (1) 내의 고형물 함유 공정 가스 (7) 의 처리 방법에 관한 것으로, 이 방법은 공정 가스를 서스펜션 용융 제련로의 반응 축 (2) 으로부터 하부 제련로 (3) 로 향하게 하고, 또한 공정 가스를 냉각시키기 위해 상승 축 (4) 을 통해 폐열 보일러 (6) 로 향하게 하는 것을 포함하고, 하부 제련로 (3) 의 상부 벽 (12) 에 위치된 하나 이상의 가스 노즐 (8) 을 통해, 산화 가스 (9) 가 하부 제련로 (3) 내에서 흐르는 공정 가스 (7) 에 공급되고, 이에 의해 폐열 보일러 (6) 로 향하는 공정 가스의 고형 물질에 함유된 황화물의 양이 최소화되도록 산화 가스의 양이 공정 동안 조절된다. 본 발명은 또한 그 장치에 관한 것이다.

Description

공정 가스의 처리 방법 및 처리 장치{METHOD AND EQUIPMENT FOR TREATING PROCESS GAS}

본 발명은 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것이다.

구리, 니켈 또는 납과 같은 금속을 함유하는 광석 (ores) 또는 정광 (concentrates) 과 같은 황화 원료로부터, 구리, 니켈 또는 납과 같은 금속을 회수하기 위해 서스펜션 용융법이 보통 사용되며, 미립자 황화 원료에 포함된 열량이 이용된다. 황화 원료 외에도, 공기, 산소부화 공기 (oxygen-enriched air) 와 같은 산소 함유 가스 또는 산소가 서스펜션 용융 제련로의 반응 공간에 공급된다. 게다가, 예컨대 서스펜션 용융 제련로의 배기 가스로부터 회수되고 재순환되는 미세 먼지, 및 용제와 같은, 야금 슬래그를 형성하는 재료가 반응 공간에 공급된다. 서스펜션 용융 제련로의 반응 공간에서, 고형 및 가스 형태의 공급 물질은 서로 반응하여 적어도 두 개의 상, 즉 이용되는 금속에 포함된 슬래그 상 및 암석 상이 서스펜션 용융 제련로의 하부, 즉 하부 제련로에 형성된다. 서스펜션 용융 제련로의 하부 제련로에 형성되는 용융상은 서스펜션 용융 제련로에서 주기적으로 제거된다. 대신, 서스펜션 용융 제련로의 반응 공간에서 형성되는 이산화황을 함 유하는 공정 가스는 하부 제련로를 통해 서스펜션 용융 제련로의 상승 축으로 향하게 되고, 또한 상승 축으로부터 서스펜션 용융 제련로의 배기 가스가 냉각되는 서스펜션 용융 제련로에 연결된 폐열 보일러로 향하게 된다. 폐열 보일러에서, 미세 먼지는 이산화황 및 산소와 반응하고, 이에 의해 고형 물질은 황산화된다. 황산화는 바람직하게는 가스가 대류 공간으로 가기 전에 폐열 보일러의 배출부의 서스펜션 공간에서 발생하고, 해당 반응은 보일러 파이프의 표면에 고형 물질 집합물을 형성할 수 있고, 이 집합물은 제거하기 어렵다. 황산화는 폐열 보일러에 공급되는 산소 가스에 의해 강화된다.

구리 금속을 제조하는 플래쉬 용융 공정과 같은 서스펜션 용융 공정에서, 암석의 구리 함량은 정광의 부분 연소를 나타내는 산화 반응에 의해 제어된다. 제련로가 황을 필요로 하는 구리 금속을 제조할 때, 공정은 산소 부족에 의해 조절되고 정광의 일부는 황화 상태로 남아있다. 이는 산화 반응이 농축 버너로부터 공급되는 산소부화 공기의 모든 산소를 소비하는 것을 의미하며, 이에 의해 황 및 철의 일부는 미세 먼지에서 황화 상태로 연소되지 않고 남아 있다. 먼지의 황화물의 일부는 누출된 공기의 효과에 의해 하부 제련로에서 연소될 수 있지만, 찬 공기가 뜨거운 공정 공기와 천천히 혼합됨에 따라, 황화물의 주된 부분은 가스의 흐름을 따라 폐열 보일러로 들어가게 된다. 따라서, 공정 가스를 따라 이동하는 먼지는 부분적으로 황화 상태이다. 플래쉬 용융 제련로의 하부 제련로 내의 먼지의 황 함량은 10 ~ 20 % 로 알려져 있다. 폐열 보일러로 갈 때, 미세 먼지에 함유된 황화물은 폐열 보일러 내에서 계속하여 연소되고, 이는 문제를 야기한 다. 폐열 보일러에서, 황화물은 황산화 공기에 의해 연소하기 시작하고, 이에 의해 열이 방출되고 집합물이 보일러 파이프의 표면에 형성된다. 황산화 공기의 산소의 일부가 황화물의 연소에 소비됨에 따라, 먼지의 황산화는 또한 느려진다. 먼지 집합물에 의해 야기되는 문제는, 폐열 보일러의 대류 부분의 대류 냉각 패키지가 막힐 때, 폐열 보일러와 이에 연결된 정전기 집진기 사이의 파이프가 막힐 때, 그리고 집합물이 정전기 집진기의 에미터 전극 (emitter electrodes) 에 형성될 때 주로 발생한다.

본 발명의 목적은 공정 가스가 폐열 보일러 안으로 들어가기 전에 서스펜션 용융 제련로의 하부 제련로의 공정 가스의 흐름을 처리하는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 폐열 보일러로 향하는 공정 가스의 고형 물질에 함유된 황화물의 양을 최소화하기 위해 하부 제련로에서 흐르는 공정 가스에 산화 가스를 공급하는 것이다. 본 발명의 본질적인 특징은 첨부된 청구항에 기재되어 있다.

본 발명에 따르면, 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스는 서스펜션 용융 제련로의 반응 축으로부터 하부 제련로로 향하게 되고, 또한 공정 가스를 냉각시키기 위해 상승 축을 통해 폐열 보일러로 향하게 되고, 이에 의해 하부 제련로의 상부 벽에 위치된 하나 이상의 가스 노즐을 통해, 산화 가스가 하부 제련로 내에서 흐르는 공정 가스에 공급되고, 이에 의해 폐열 보일러로 향하는 공정 가스의 고형 물질에 함유된 황화물의 양이 최소화되도록 산화 가스의 양이 공정 동안 조절된다. 이러므로, 폐열 보일러 내의 황산화 반응은 강화될 수 있고 집합물의 발생은 줄어들 수 있다. 공정 조건에 비례하는 양의 산화 가스를 하부 제련로 내에 흐르는 공정 가스에 공급함으로써, 폐열 보일러 안으로 들어가기 전에 공정 가스의 바람직한 조성이 얻어진다. 하부 제련로에 산화 가스를 공급하는 것은, 황화물이 연소될 때 발생되는 반응열이 폐열 보일러가 아닌 제련로 내에 방출됨에 따라 서스펜션 용융 제련로의 에너지 경제성에 또한 유리하다. 그 결과, 하부 제련로에서 추가적인 연료에 대한 필요는 줄어든다.

이하에, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하에 자세하게 설명된다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시형태의 개략적인 부분 절단 측면도를 나타낸다.

도 2 는 도 1 의 구역을 A 방향에서 나타낸 도이다.

도 1 및 2 에 따르면, 서스펜션 용융 제련로 (1) 의 반응 공간 (2) 내의 용융에 의해 형성되는 이산화황 함유 가스는 하부 제련로 (3) 를 통해 서스펜션 용융 제련로의 상승 축 (4) 으로 빠져나간다. 상승 축 (4) 은 개구 (5) 를 통해 이산화황 함유 배기 가스가 냉각되는 폐열 보일러 (6) 에 연결된다. 서스펜션 용융 제련로의 반응 공간 (2) 에서, 고형 및 가스 공급 물질은 서로 반응하여 적어도 두 개의 상, 즉 이용되는 금속에 포함된 슬래그 상 및 암석 상이 서스펜션 용융 제련로의 하부, 즉 하부 제련로 (3) 에 형성된다. 본 발명에 따르면, 산화 가스 (9) 가 하부 제련로의 상부 벽 (12) 에 위치된 가스 노즐 (8) 을 통해 하부 제련로 내에 흐르는 공정 가스 (7) 에 분류 (jet) 로서 공급되고, 따라서 공정 가스 내의 금속 황화물은 폐열 보일러 안으로 들어가기 전에 산화되고 폐열 보일러 안에서는 계속 연소하지 않는다. 하부 제련로의 상부 벽은 반응 축과 상승 축 사이의 평면을 나타낸다. 가스 노즐 (8) 은 내산성 금속관과 같은 내구성 있는 물질로 만들어진다. 산화 가스 (9) 의 공급률은 공정 동안 조절되어 폐열 보일러 (6) 로 향하는 공정 가스의 고형 물질 내의 황화물의 양 또는 함량은 최소화된다. 예컨대 공급되는 순수한 산소와 같은 산화 가스의 양과 공급 속도는 공정 제어에 의해 원하는 대로 조절된다.

산화 가스 (9) 를 분사하기 위한 가스 노즐 (8) 은 하부 제련로의 상부 벽 (12) 에 위치되어 이들은 상부 벽의 내화 라이닝 (10) 을 통과하여 하부 제련로의 가스 공간 내의 원하는 높이까지 뻗게 된다. 가스 노즐 (8) 은, 예컨대 이들이 접근되고 조절될 수 있는 제련로의 서비스 평면 (11) 에 의해 이들의 상부에서 지지된다. 가스 노즐의 분사 지점 (13), 즉 산화 가스가 공급되는 지점은 하부 제련로의 용융 표면의 상부 에지 (14) 로부터 1,000 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 용융 표면 (14) 과 분사 지점 (13) 사이의 거리 (B) 는 바람직하게는 1,000 ㎜ 이상이다. 실시예에 따르면, 산화 가스 (9) 는 상승 축 (4) 근처의 하부 제련로의 상부 벽 (12) 에 위치된 6 개의 가스 노즐 (8) 로부터 공급되는 산소를 포함한다. 산화 가스 (9) 는 하부 제련로의 공정 가스의 흐름 (7) 의 방향에 대해 45°와 같은 주어진 각 (C) 으로 되어 있는 가스 노즐에 의해 공급된다. 하부 제련로 (3) 내의 공정 가스는 상승 축 (4) 에 대해 수직인 수평 방향으로 흐른다. 그러므로, 산화 가스 (9) 의 흐름 방향은 유리한 각으로 하부 제련로 내에서 흐르는 공정 가스와 만나고, 공정 가스 흐름에 함유된 모든 고형 물질, 즉 미세 먼지가 공급되는 산화 가스 (9) 의 효과에 의해 산화되는 것이 보장된다. 산화 가스의 양은 또한 하부 제련로 내에 흐르는 전체 가스 양에 함유된 먼지의 양, 및 그의 황 함량 및 제련로의 크기에 비례한다. 하부 제련로 (3) 에 공급되는 가스의 양은 서스펜션 용융 제련로의 하부 제련로 내에 흐르는 공정 가스의 전체 양의 0.2 ~ 5 %, 바람직하게는 0.8 ~ 2 % 이다. 가스 노즐 (8) 은 하부 제련로의 상부 벽 (12) 에 원하는 간격으로 위치되지만, 이들을 통해 공급되는 산화 가스는 하부 제련로에 균일하게 분산된다. 가스 노즐의 위치는 상부 벽의 기울기와 공정에 따라 서로에 대해 또한 변할 수 있다. 당연히, 가스 노즐을 배치할 때 하부 제련로 (3) 의 상부 벽 (12) 의 형상을 고려해야 한다. 가스 노즐의 내경을 변화시키는 것에 의해, 공급되는 산화 가스의 속도는 영향을 받을 수 있다. 공급되는 산화 가스의 바람직한 속도는 30 ~ 90 ㎜ 의 바람직한 내경에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 하부 제련로의 상부 벽에는, 4 ~ 6 개의 노즐과 같이, 적어도 3 개의 노즐이 있다.

실시예

본 발명은 첨부된 실시예에 의해 도시된다. 실시예에 따르면, 구리 금속은 서스펜션 용융 제련로에서 제조된다. 산화 가스는 서스펜션 용융 제련로를 빠져나가는 공정 가스의 고형 물질에 함유된 황화물의 양을 최소화하기 위해 서스 펜션 용융 제련로의 하부 제련로 안으로 분사된다. 실시예에 따르면, 하부 제련로 내의 전체 공정 가스 흐름은 70,000N㎥/h 이고 고형 물질의 황 함량 또는 부유물로서 이를 따라 이동하는 먼지는 12.2 % 이다. 부유물로서 이동하는 먼지의 황 함량을 산화하기 위해 1350 N㎥/h 의 산소가 필요하며, 이는 먼지의 산화 반응에 의해 이루어진다. 산소는 산화 가스로서 사용되며, 이는 70 ㎜ 의 내경을 갖는 6 개의 가스 노즐을 통해 하부 제련로에 내뿜어 진다. 가스 노즐은 상승 축 근처 하부 제련로의 휘어진 상부 벽에 위치된다. 노즐에 의해 분무되는 산화 가스가 정확한 위치에서 하부 제련로 내의 공정 가스 흐름과 만나도록 공정 가스 흐름에 대해 4 개의 한가운데에 있는 노즐은 45°의 각으로 위치되고 두 개의 가장 바깥쪽의 노즐은 30°의 각으로 위치된다. 이러한 치수에 의해, 산소는, 필요하다면, 노즐 당 150 ~ 250 N㎥/h, 총 900 ~ 1500 N㎥/h 의 양이 분사될 수 있고 동시에 산소 분류가 용융 표면에 닿지 않고 산소와 주 가스 흐름이 효과적으로 혼합하게 된다. 용융 표면으로부터 하부 제련로 상부 벽 까지의 거리는 제련로의 중심선에서 1.8 ~ 2.2 m 내에서 그리고 하부 제련로의 벽 근처에서 1 ~ 1.4 m 내에서 변한다. 상기 언급한 중심선과 벽 부근 거리 간의 차이는 하부 제련로 상부 벽의 휘어진 형상에 의한 것이지만, 그 변동은 작업 동안의 용융 표면의 보통의 변동에 의한 것이다. 나타낸 실시예에 따르면, 공정 가스 흐름의 미세 먼지에 함유된 황의 양은 공정 가스가 폐열 보일러 안으로 가기 전에 본질적으로는 감소될 수 있다.

당업자에게는 본 발명의 다양한 실시형태가 상기 실시예로 제한되지 않지만 첨부된 청구항의 범위 내에서 변할 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (10)

1. 서스펜션 용융 제련로 (1) 내의 고형물 함유 공정 가스 (7) 의 처리 방법으로서, 공정 가스를 서스펜션 용융 제련로의 반응 축 (2) 으로부터 하부 제련로 (3) 로 향하게 하고, 또한 공정 가스를 냉각시키기 위해 상승 축 (4) 을 통해 폐열 보일러 (6) 로 향하게 하는 것을 포함하는 상기 처리 방법에 있어서,

   하부 제련로 (3) 의 상부 벽 (12) 에 위치된 하나 이상의 가스 노즐 (8) 을 통해, 산화 가스 (9) 가 하부 제련로 (3) 내에서 흐르는 공정 가스 (7) 에 공급되고, 이에 의해 폐열 보일러 (6) 로 향하는 공정 가스의 고형 물질에 함유된 황화물의 양이 최소화되도록 산화 가스의 양이 공정 동안 조절되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 공급되는 상기 산화 가스 (9) 의 분류는 하부 제련로 상부 벽 (12) 으로부터 적절한 각 (C), 바람직하게는 30 ~ 60°의 각으로 공정 가스 흐름 (7) 으로 향하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 서스펜션 용융 제련로 (1) 의 하부 제련로 (3) 에 공급되는 산화 가스 (9) 의 양은 서스펜션 용융 제련로의 하부 제련로 내에 흐르는 공정 가스의 전체 양의 0.2 ~ 5 %, 바람직하게는 0.8 ~ 2 % 인 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 산화 가스 (9) 는 공정 조건에 비례하는 적절한 개수의 가스 노즐 (8) 을 통해, 바람직하게는 적어도 3 개의 가스 노즐을 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법.
5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 산화 가스는 30 ~ 90 ㎜ 의 내경을 갖는 가스 노즐 (8) 을 통해 하부 제련로 (3) 에 공급되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법.
6. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 산소 또는 산소부화 공기가 산화 가스 (9) 로서 공급되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 방법.
7. 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스 (7) 의 처리 장치로서, 공정 가스는 서스펜션 용융 제련로의 반응 축 (2) 으로부터 하부 제련로 (3) 로 향하게 되고, 또한 공정 가스를 냉각시키기 위해 상승 축 (4) 을 통해 폐열 보일러 (6) 로 향하게 되는 상기 처리 장치에 있어서,

   하나 이상의 가스 노즐 (8) 이 하부 제련로 (3) 내에 흐르는 공정 가스 (7) 에 산화 가스 (9) 를 공급하기 위해 하부 제련로 (3) 의 상부 벽 (12) 에 배치되고, 이에 의해 폐열 보일러 (6) 로 향하게 되는 공정 가스의 고형 물질 내에 함유된 황화물의 양이 최소화되도록 산화 가스의 양이 공정 동안 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 장치
8. 제 7 항에 있어서, 산화 가스 (9) 의 분사 지점 (13) 과 하부 제련로의 용융 표면 (14) 사이의 거리는 1000 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 산화 가스를 공급하기 위해 바람직하게는 적어도 3 개의 가스 노즐 (8) 이 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 장치.
10. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 가스 노즐 (8) 의 내경은 30 ~ 90 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 서스펜션 용융 제련로 내의 고형물 함유 공정 가스의 처리 장치.

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