KR20130081770A

KR20130081770A - 마그네슘 제조용 응축장치 및 이를 이용한 레토르트

Info

Publication number: KR20130081770A
Application number: KR1020120002760A
Authority: KR
Inventors: 양재교; 한길수; 엄형섭
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-18

Abstract

열환원법에 의하여 마그네슘을 제련하기 위해 사용되는 수직형 레토르트의 마그네슘 제조용 응축장치와 이를 이용한 레토르트가 개시된다. 마그네슘 제조용 응축장치는 마그네슘 증기가 수용되는 응축관과, 마그네슘 증기가 그 내부를 회류할 수 있도록 응축관 내측면에 돌출된 1 이상의 회류부재를 구비하는 한편, 응축관 상부에 분리가능하게 결합되며 알칼리금속을 회수할 수 있는 회수판을 구비한다. 회류부재에 의하여 이로부터 마그네슘 증기의 응축기 내부의 체류시간 및 접촉면적을 증가시켜 응축공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 회수판에 의하여 알칼리금속을 마그네슘과 분리 회수할 수 있다.

Description

마그네슘 제조용 응축장치 및 이를 이용한 레토르트{CONDENSER FOR OBTAINING MAGNESIUM AND RETORT USING IT}

본 발명은 마그네슘 제조용 응축장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 증기가 내부 표면에 응축되는 응축관을 구비하는 응축장치와 이를 구비한 레토르트에 관한 것이다.

마그네슘 금속을 제조하기 위한 방법으로 크게 열환원법과 전해제련법이 있다. 1940년대에 개발된 열환원법에 의한 마그네슘 제조 기술은 70년 가까이 가장 대표적인 마그네슘 제련 기술로 자리 잡아 왔다. 그리고 현재 전세계 1차 마그네슘 생산량의 약 80%가량이 열환원법으로 생산되고 있다.

마그네슘 열환원 제련기술로서 사용되는 레토르트(retort)는 일반적으로 수평형 구조로 한정되어 있었다. 이를 이용한 마그네슘 증기의 회수는 둥근 원통형 응축관을 통해서 이루어지고 있다. 구체적으로, 마그네슘 증기는 진공펌프에 의해 레토르트의 일측부에 장입 되어있는 응축관으로 이동하고 열영동(온도)에 의해 응축관의 내부 벽면부터 마그네슘 증기가 응축하기 시작하여 중심방향으로 점차적으로 마그네슘이 축적된다. 마그네슘 증기의 발생과 응축이 완료된 후 조업공정의 순서에 따라 알칼리금속이 혼합된 마그네슘은 응축된 응축관으로부터 분리된다.

종래의 마그네슘 제조용 수직형 레토르트는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레토르트(1) 내부에 브리켓(2)이 장입되고, 그 상부에 방열판(3)과 응축장치(10)가 설치된다. 응축장치(10)가 설치된 부분의 레토르트(1) 둘레에는 냉각수 입구(5)와 냉각수 출구(6)가 형성된 냉각장치(4)가 구비된다. 그리고 레토르트(1) 상부를 진공으로 유지시키기 위한 진공밸브(7)와, 응축장치(10)를 외부로 분리하기 위하여 개폐 가능한 레토르트 커버(9)가 오링(8)이 게재된 상태로 설치된다.

응축장치(10)는 통상적으로 단면이 원형이며 상부가 좁고 하부가 넓게 형성된 응축관(11)과 응축관(11)을 외부로 인출하기 위한 응축관 커버(12)를 구비한다.

이와 같이 구성된 종래의 레토르트(1)를 이용하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 점선으로 된 화살표와 같이 마그네슘 증기가 상승하면서 응축관(11) 내벽에 응축되어 마그네슘 크라운(13)을 형성한다. 마그네슘 크라운(13)의 응축된 상태를 살펴보면, 응축관(11) 입구보다 출구 쪽으로 갈수록 마그네슘이 더 두껍게 응축됨을 알 수 있다.

이때 마그네슘 증기의 발생과 응축을 위해서는 통상 9~12시간의 반응 시간이 소요되었고, 그에 따라 에너지의 소비가 많이 요구되었다.

이를 개선하기 위한 본 출원인의 종래 기술(국내 특허출원공개 제2011-0076596호)에 의하면, 고온의 마그네슘 증가기 응축관에 접촉하는 표면적을 증대시킬 수 있도록 응축관의 내부 공간을 그 길이방향으로 분할하는 분할부재를 응축관 내부에 구비하였다. 그러나 분할부재는 마그네슘 증기가 통과하는 방향을 따라 설치되므로, 분할부재에 접촉하는 마그네슘 증기의 양이 적어 응축효과의 향상에 따른 공정 시간의 단축효과는 크지 않았다.

한편, 종래의 수직형 레토르트(1)에 의하면, 마그네슘 증기가 응축되는 과정에서 원료인 돌로마이트에 포함된 알칼리금속(K, Na) 역시 증기로 발생되어 마그네슘과 함께 응축된다. 따라서 응축 완료 후 응축관(11)으로부터 마그네슘 크라운(13)을 분리한 후, 다시 알칼리금속을 분리하기 위한 별도의 공정이 필요하며, 이러한 분리 공정은 상당한 시간과 비용이 소요된다는 문제점이 있었다.

특히, 마그네슘과 함께 응축된 알칼리금속은 발화위험성을 내포하고 있으므로 마그네슘을 응축관(11)으로부터 분리하는 과정에서 안전사고의 위험이 크다는 문제점이 있었다. 따라서 마그네슘 증기로부터 알칼리금속을 분리하여 포집하는 새로운 기술이 요구되었다.

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 마그네슘 증기를 신속하게 응축시킬 수 있는 마그네슘 제조용 응축장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 마그네슘 열환원 공정 중에 마그네슘 증기로부터 알칼리금속을 분리 포집하여 응축시켜 회수할 수 있는 마그네슘 제조용 응축장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한 상술한 마그네슘 제조용 응축장치를 이용한 레토르트를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마그네슘 제조용 응축장치는, 열환원법에 의하여 마그네슘을 제련하기 위해 사용되는 수직형 레토르트의 마그네슘 제조용 응축장치에 있어서, 마그네슘 증기가 수용되는 응축관; 및 상기 마그네슘 증기가 상기 응축관 내부를 회류할 수 있도록 상기 응축관 내측면에 돌출된 1 이상의 회류부재; 를 포함한다.

바람직하게, 상기 회류부재 중 적어도 하나는, 상기 응축관의 내측면으로부터 수평 방향으로 돌출 형성된다. 이로부터 마그네슘 증기의 회류 시간을 연장시킴과 동시에 회류부재와의 접촉면적을 향상시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 회류부재 중 적어도 하나는, 상기 응축관의 내측면으로부터 수평 방향을 기준으로 하향 경사지도록 형성된다. 이로부터 마그네슘 증기의 회류시간을 더욱 연장시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 회류부재는 2 이상 형성되며, 각각의 단부가 이격된 상태로 상호 교차된다. 이로부터 마그네슘 증기의 회류시간을 더욱 연장시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 회류부재는, 상기 응축관의 재질과 동일하게 한다. 이에 의해 회부재의 열전도율을 증가시킴으로써 응축효과 향상시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 응축관 상부에는 분리 가능한 응축관 커버가 구비되고,

상기 응축관 커버의 하단에는 수평 방향의 회수판이 형성된다. 이로부터 회류부재와 회수판에 각각 부착되는 물질을 분리 처리할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 레토르트는 상술한 마그네슘 제조용 응축장치를 구비한다.

본 발명에 의하면, 응축관 내부 표면에 돌출된 회류부재에 의하여 마그네슘 증기가 신속하게 응착되어 공정시간을 단축시킬 수 있다.

또한 상대적으로 고온인 회류부재에 마그네슘이 응착되고, 상대적으로 저온인 알칼리금속 회수판에 알칼리금속이 부착되어 마그네슘과 알칼리금속을 분리된 상태로 응착되므로 응축관으로부터 안전하게 마그네슘을 회수할 수 있다.

도 1은 종래의 수직형 레토르트 장치의 구성도.
도 2는 도 1에서 마그네슘 증기가 응축되는 상태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 응축장치가 구비된 레토르트의 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 응축장치의 단면 구성도.
도 5는 도 4에서 응축관과 회수플레이트가 분리되는 상태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 응축관에 마그네슘과 알칼리금속이 분리되어 응축되는 상태를 온도 분포와 함께 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 서로 다른 장치에 포함된 구성이라 하더라도 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

도 3은 본 발명에 의한 응축장치가 설치된 수직형 레토르트로서, 응축장치(20)를 제외한 기본 구성(도면부호 1 내지 9)은 동일하므로, 이하에서는 본 발명의 특징적인 부분인 응축장치(20)에 대하여 도 4와 도 5를 참고하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 응축장치(20)는, 마그네슘 증기를 수용하도록 단면이 원형이며, 상협 하광의 형상을 갖는 응축관(21)과, 응축관(21) 상부를 밀폐시키는 응축관 커버(23)로 이루어진다.

응축관(21) 내측면은 마그네슘 증기가 내부를 회류하면서 접촉 시간 및 접촉 면적을 증가시키기 위한 회류부재(22)가 1 이상 설치된다. 회류부재(22)는 도 4와 같이, 응축관(21) 내측면에 수평 방향으로 형성할 수 있는 이외에, 도시하지는 않았지만, 마그네슘 증기가 회류부재와의 접촉 시간을 연장시키기 위하여 회류부재 중 적어도 하나를 수평 방향을 기준으로 하향 경사지게 형성시킬 수 있다.

회류부재(22)의 평면 형상에 대해서는 도시하지 않았지만, 각각의 회류부재(22)와의 사이에 마그네슘 증기가 회류되면서 통과할 수 있도록 다양한 형태로의 변형이 가능함은 물론이다. 예컨대, 회류부재를 도 4의 단면 형상과 같이 원판 중 일부 중 절개하여 통로를 형성할 수 있는데, 이때 통로의 형상을 원형 또는 반달형 등 다양한 형태로 구성할 수 있다.

회류부재(22)는 응축관(21)의 재질과 동일하게 함으로써 열전도율을 향상시킬 수 있다.

회류부재(22)를 2 이상으로 구성하고, 각각의 단부는 상호 이격된 상태로 교차 형성함으로써, 마그네슘 증기의 회류 시간을 더욱 연장시킬 수 있다.

그리고, 응축관(21)의 상단에는 응축관 커버(23)가 결합되고, 그 하단에는 수평 방향으로 회수판(24)이 형성된다. 이때, 응축관 커버(23)는 응축관(21) 상부로 분리할 수 있도록 구성함으로써, 응축 과정이 종료한 후, 회수판(24)에 응착된 물질을 회류부재(22)에 응착된 알칼리금속과 분리하여 처리하기 위함이다.

이때, 회수판(24)은 응축관(21) 상단과 밀착시킴으로써 열전도율을 향상시켜 알칼리 금속의 응착효과를 향상시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 응축장치(20)는, 도 1, 2에 도시된 응축장치(10)에 비하여 온도 구배와 증기 거동 범위가 확실히 구분됨으로 응축 후 마그네슘과 알칼리 금속의 분리가 용이하다.

이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 마그네슘 제조용 응축장치의 작용 및 효과에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.

응축관(21) 우측면에 도시된 온도 분포와 같이, 응축관(21)의 하부는 약 600℃이고 응축관(21) 상부는 약 200℃가 되는데, 마그네슘 증기에 포함된 마그네슘(25)의 응축온도는 알칼리금속(26)의 응축온도 보다 높기 때문에. 응축관(21) 하부로 유입되는 마그네슘 증기는 복수의 회류부재(22)를 통과하는 동안, 마그네슘(25)은 각각의 회류부재(22) 하부면과 상부면에 응착되고, 알칼리금속(26)은 응축관(21) 상부에 설치된 회수판(24) 하부면에 분리되어 응착된다.

따라서 마그네슘 증기의 응축 과정이 종료된 후에는 응축관(21)과 응축관 커버(23)를 레토르트(1)로부터 인출한 후, 응축관(21)의 회류부재(22)에 응착된 마그네슘(25)과, 응축관 커버(23)의 회수판(24)에 응착된 알칼리금속(26)을 분리하여 처리할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 기술적 사상과 이와 균등한 범위에 해당되는 변형예에까지 미침은 물론이다.

1 : 레토르트 2 : 브리켓
3 : 방열판 4 : 냉각장치
5 : 냉각수 입구 6 : 냉각수 출구
7 : 진공밸브 8 : 오링
9 : 레토르트 커버 20 : 응축장치
21 : 응축관 22 : 회류부재
23 : 응축관 커버 24 : 회수판
25 : 마그네슘 25 : 알칼리금속

Claims

열환원법에 의하여 마그네슘을 제련하기 위해 사용되는 수직형 레토르트의 마그네슘 제조용 응축장치에 있어서,
마그네슘 증기가 수용되는 응축관; 및
상기 마그네슘 증기가 상기 응축관 내부를 회류할 수 있도록 상기 응축관 내측면에 돌출된 1 이상의 회류부재; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조용 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 회류부재 중 적어도 하나는, 상기 응축관의 내측면으로부터 수평 방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조용 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 회류부재 중 적어도 하나는, 상기 응축관의 내측면으로부터 수평 방향을 기준으로 하향 경사지도록 형성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조용 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 회류부재는 2 이상 형성되며, 각각의 단부가 이격된 상태로 상호 교차되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조용 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 회류부재는, 상기 응축관의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조용 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 응축관 상부에는 분리 가능한 응축관 커버가 구비되고,
상기 응축관 커버의 하단에는 수평 방향의 회수판이 형성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조용 응축장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 마그네슘 제조용 응축장치를 이용하는 레토르트.