KR20140064426A - Enrichment of rare earth oxide with smelting reduction process - Google Patents

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KR20140064426A
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Abstract

Disclosed is a method for concentrating rare earth oxides through smelting reduction. The method for concentrating rare earth oxides through smelting reduction includes the steps of: preparing rare earth ores; treating the rare earth ores through the smelting reduction; separating smelting reduction-treated pig iron; and separating slag where rare earth elements are concentrated through the separation of the pig iron. Desirably, the rare earth ores contain a large quantity of iron (Fe). Further, the smelting reduction is conducted according to an equation of reaction: iron oxide + carbon → iron (Fe) + CO and an equation of reaction: iron oxide + CO → iron (Fe) + CO². The smelting reduction is desirably conducted in a reducing atmosphere. Furthermore, upon the smelting reduction, cokes or flux may be further added as a carbonaceous reducer. Desirably, the cokes are added by 1.5 times with respect to a theoretical value needed for iron reduction in the ores, and the flux is added to a quantity of 30% or less with respect to the ores.

Description

용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법{ENRICHMENT OF RARE EARTH OXIDE WITH SMELTING REDUCTION PROCESS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a rare earth enrichment method using a melt-

본 발명은 희토류의 농축 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융 환원법을 이용하여 원광 내의 희토류의 농도를 높이는 농축 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for concentrating rare earths, and more particularly, to a method for concentrating rare earths by using a melt reduction method.

희토류는 그 매장량이 다른 일반적인 금속 광물에 비해서 매우 적을 뿐만 아니라, 원광으로부터의 분리도 매우 어렵기 때문에 얻기 어려운 광물이며, 대부분 매우 고가임은 주지의 사실이다.It is well known that rare earths are not only very small compared to other metal minerals with different reserves, they are hard to obtain because they are very difficult to separate from ore, and most of them are very expensive.

반면, 희토류에 대한 수요는 각종 전자 기기 등에서의 수요 폭발로 인해서 날이 갈수록 높아지고 있다.On the other hand, demand for rare earths is increasing day by day due to demand explosion in various electronic devices.

따라서, 원광으로부터 저렴하게 희토류를 추출하는 방법에 대한 요구가 있었다.
Therefore, there is a demand for a method of extracting rare earth element from the ore inexpensively.

기존의 희토류를 획득하는 방법으로는, 희토류가 포함된 원광을 분쇄하고, 이 분쇄된 원광에 대해서 비중 선별 등 선광 공정을 거친 다음, 총희토류(T-REO, total rare earth oxide)가 20 % 전후인 정광으로 만들고, 습식 침출 공정을 통하여 용매 추출 등의 방법으로 각 원소별로 분리하여 원하는 희토류를 회수하는 방법이 있다.
As a method for obtaining the rare earths, a rare earth containing rare earth is pulverized, and the pulverized ores are subjected to a light selection process such as selective screening, and then a total rare earth oxide (T-REO) , And the desired rare earths are recovered by separating each element by a method such as solvent extraction through a wet leaching process.

이와 같은 종래 방식의 희토류 회득 방법에 따르면, 선광을 위해서 희토류를 함유한 광물질 입자를 단체 분리할 수 있는 미세한 수준까지 분쇄하여 분체를 얻어야 하며, 이렇게 얻은 분체를 선광하여 얻은 정광을 산, 알칼리 침출 공정을 통하여 용해시켜야 하는데, 희토류 함유 광석 특성상 그 용해 조건이 까다로운 것은 널리 알려져 있다.According to the conventional method for obtaining rare earths, it is necessary to grind the rare earth-containing mineral particles to a fine level capable of collectively separating the powder to obtain a powder. The obtained powder is then subjected to acid treatment, alkali extraction It is widely known that the dissolution conditions are difficult due to the rare earth-bearing ore.

또한, 침출 공정의 경제성을 고려하여 선광 과정을 통하여 정광 중 희토류의 품위가 일정 % 이상(예를 들면, 20 %)이 되도록 농축하여야 하기 때문에 선광 수율이 낮았으며, 따라서 희토류의 손실을 피할 수 없었다.Also, in consideration of the economical efficiency of the leaching process, the yield of the tourmaline was low due to the fact that the concentrate of rare earths in the concentrate should be concentrated to a certain percentage (for example, 20%) through the tourmaline process, .

더욱이, 일부 희토류 광물의 경우, 분쇄에 시간 및/또는 에너지가 너무 많이 소요된다든가 분쇄 이후의 선광 과정에서 정광의 형성이 어려운 경우도 있었다.
Furthermore, in the case of some rare earth minerals, it sometimes takes too much time and / or energy for pulverization, or it is difficult to form a concentrate during the beneficiation process after pulverization.

본 발명에 관련된 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0141539호(1998.03.23. 등록)가 있다.
A prior art related to the present invention is Korean Registered Patent No. 10-0141539 (registered on Mar. 23, 1998).

따라서, 본 발명은 희토류를 함유한 광석 중, 특성상 선광이 곤란하거나 간단한 조작으로 쉽게 품위를 높일 수 있는 최소한의 선광을 거친 광석을 대상으로 희토류 등 유가 금속을 회수함으로써 선광 비용의 절감 및 고농축 정광 생산 과정에서 발생하는 희토류 손실을 방지하여 고 회수율을 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
Accordingly, the present invention provides a process for recovering valuable metals such as rare earths from ores that have been subjected to a minimum amount of beneficiation, which is difficult to conduct beneficial enrichment or can easily be upgraded by simple operation, Thereby preventing a rare earth loss occurring in the process and obtaining a high recovery rate.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법은, 희토류 원광을 준비하는 단계; 용융 환원법을 이용하여 상기 희토류 원광을 용융 환원 처리하는 단계; 용융 환원 처리된 선철을 분리하는 단계; 및 선철이 분리되어 희토류가 농축된 슬래그를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a rare earth concentration method using the melt reduction method of the present invention comprises: preparing a rare earth ore; A step of melting and reducing the rare earth ore using the melt reduction method; Separating the pig iron subjected to the melt reduction treatment; And separating the pig iron so as to separate the slag from which the rare earths are concentrated.

여기에서, 상기 희토류 원광은, 철(Fe) 성분이 다량으로 포함되어 있는 희토류 원광인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the rare earth oresource is a rare earth ores having a large amount of iron (Fe) component.

또한, 상기 용융 환원법은, 하기의 반응식 1 및 반응식 2에 따라서 진행된다.Further, the above-mentioned melt reduction method proceeds according to the following Reaction Schemes 1 and 2.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

철 산화물 + 탄소 → 철(Fe) + CO.Iron oxide + carbon → iron (Fe) + CO.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

철 산화물 + CO → 철(Fe) + CO2.Iron oxide + CO - Iron (Fe) + CO 2 .

또한, 상기 희토류가 농축된 슬래그는, 파분쇄가 용이할 수 있다.In addition, the slag in which the rare earths are concentrated may be easily pulverized.

또한, 상기 용융 환원 처리는, 환원 분위기에서 행해질 수 있다.Further, the melting and reducing treatment may be performed in a reducing atmosphere.

또한, 본 발명의 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법에서는 탄소질 환원제로서의 코크스를 더 첨가하는 것이 바람직하다.Further, in the rare earth concentration method using the melting-reduction method of the present invention, it is preferable to further add a coke as a carbonaceous reducing agent.

여기에서, 필요에 따라서, 슬래그 생성 촉진제로서 용제(flux)를 더 첨가할 수도 있다.Here, if necessary, a flux may be further added as a slag formation promoter.

또한, 상기 용융 환원 처리는, 1250 ~ 1600 ℃의 온도에서 행해지는 것이 바람직하다.It is preferable that the melting and reducing treatment is performed at a temperature of 1250 to 1600 占 폚.

상기 용융 환원 처리는, 유도로에서 행해지거나, 다르게는 아크로에서 행해질 수도 있다.The melting and reducing treatment may be performed in an induction furnace, or alternatively, in an arc.

본 발명의 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법에서 상기 코크스는, 원광 중 철 환원에 필요한 이론치 대비 1.5 배 첨가되는 것이 바람직하다.In the rare earth concentration method using the melting and reducing method of the present invention, it is preferable that the coke is added 1.5 times as much as the theoretical value required for iron reduction in the ore.

또한, 상기 용제는, 원광 대비 30 % 이하 첨가되는 것이 특히 바람직하다.
It is particularly preferable that the solvent is added in an amount of 30% or less of the raw light.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention and the manner of achieving them will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. The present invention is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed, and it is to be understood that the invention is limited only by the terms of the appended claims.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술되어 있을 수 있음을 알아야 한다.
It is to be understood that the same reference numerals refer to the same components throughout the specification and that the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the invention may be exaggerated for clarity of description.

이상과 같은 본 발명의 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법에 따르면, 선광 과정을 거치지 않을 뿐만 아니라 희토류의 농축시에 발생하는 희토류의 손실을 방지할 수 있으며, 희토류의 회수율 또한 높다는 효과가 있다.
According to the rare earth concentrating method using the melting and reducing method of the present invention as described above, it is possible to prevent the loss of rare earths generated during the concentrating of the rare earth as well as not to carry out the beneficiation process, and the recovery rate of the rare earth is also high.

도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법의 개략적인 순서를 나타낸 순서도이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법에서 사용하는, 용해로를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing a rough procedure of a rare earth concentration method using a melt-reduction method according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
2 is a cross-sectional view schematically showing a melting furnace used in a rare earth concentration method using a melt-reduction method according to a preferred embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 종래 기술과 비교하여, 본 발명에 도달하게 된 개념에 대해서 설명하기로 한다.
First, the concept of reaching the present invention will be described in comparison with the prior art.

본 발명의 발명자는 희토류광(원광) 중에 희토류 이외에 철과 같은 유가 금속의 함유량이 높은 경우, 이 원광에 탄소질 환원제를 첨가하여 철을 미리 용융 환원시킴으로써 탄소로 환원되는 철 등의 유가 금속을 합금상(相)으로 먼저 회수하고, 희토류 등과 같이 탄소로 환원이 곤란한 성분은 용융 환원시에 생성되는 슬래그에 농축시켜 두게 되면, 이후의 침출 공정을 통하여 희토류를 용이하게 회수할 수 있다는 생각에 도달하게 되었다.The inventor of the present invention has found that when a content of a rare earth metal such as iron is high in rare earth light (ore), a carbonaceous reducing agent is added to the rare earth light so that iron is preliminarily melted and reduced so that a valuable metal such as iron, And the components which are difficult to be reduced with carbon such as rare earths are concentrated in the slag produced during the melting and reduction, it is thought that rare earths can be easily recovered through the subsequent leaching process .

이때, 금속(철)은 미리 환원되어 회수되었으며 또한 광석 중의 결정수 등이 제거되었기 때문에 슬래그의 중량 감소가 이루어지게 되며, 따라서 희토류 등 탄소로 환원이 불가능한 유가 금속은 상대적으로 농축이 이루어지게 된다.At this time, since the metal (iron) has been previously reduced and recovered and the crystal water and the like in the ore have been removed, the weight of the slag is reduced, and therefore, the valuable metal which can not be reduced with carbon, such as rare earths, is relatively concentrated.

또한, 상기 슬래그는 일반 광석에 비해 파분쇄가 용이하며, 슬래그 중에 농축되어 함유된 희토류 등 유가 금속이 산화물의 형태로 전환되어 있으므로, 약산성(약알칼리성)의 용액을 사용하더라도 용이하게 회수할 수 있게 된다.In addition, the slag is easier to grind than general ores, and since the valuable metals such as rare earths contained in the slag are converted into oxides, the slag can be easily recovered even if a weakly acidic (weakly alkaline) solution is used do.

본 발명의 발명자는 이상과 같은 기본적인 개념을 염두에 두고 본 발명을 완성하게 되었다.
The inventor of the present invention has completed the present invention with the above-described basic concept in mind.

도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법의 개략적인 순서를 나타낸 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing a rough procedure of a rare earth concentration method using a melt-reduction method according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법은, 원광 준비 단계(ST100), 상기 원광을 용융 환원 처리하는 단계(ST120), 상기 용융 환원 처리된 원광으로부터 선철(Fe)을 분리하는 단계(ST140), 상기 용융 환원 처리된 원광으로부터 농축 슬래그를 분리하는 단계(ST160), 및 상기 농축 슬래그를 침출 처리하는 단계(ST180)로 이루어진다.
Referring to FIG. 1, a rare earth enrichment method using a melt-reduction method according to the present invention includes a step of preparing a raw light (ST100), a step of melting and reducing the raw light (ST120) (ST140), separating the concentrated slag from the melted and reduced raw material (ST160), and leaching the concentrated slag (ST180).

원광 준비Prepare the ore

원광 준비 단계(ST100)에서는, 본 발명에 따른 희토류 농축 방법을 구현하기 위해서, 다량의 철(Fe) 성분을 포함하고 있으면서 희토류 성분 또한 비교적 풍부하게 포함하고 있는 원광으로서, 우리 나라의 홍천 지방에서 쉽게 구할 수 있는 홍천 자철광을 준비하였다.
In order to realize the rare earth enrichment method according to the present invention, in the step of preparing the ore light (ST100), as a light source containing a large amount of iron (Fe) component and relatively rich in rare earth component, I prepared the Hongcheon magnetite which can be obtained.

하기 표 1에 홍천 자철광의 성분을 분석한 결과를 나타내었다.
The results of analysis of the components of Hongcheon magnetite are shown in Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 홍천 자철광에는 T-REO가 2.95 % 정도 포함되어 있는 것을 확인하였다.As can be seen from Table 1, it was confirmed that about 2.95% of T-REO was contained in Hongcheon magnetite.

또한, 홍천 자철광에는 철로서 38.2 %의 Fe2O3가 포함되어 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that 38.2% of Fe 2 O 3 is contained as iron in the magnetite of Hongcheon.

참고로, 상기 표 1의 기재에서 본 발명의 특징적인 구성과 무관하다고 간주되는 일부 성분들은 제외하였다. 따라서, 상기 각 성분의 합은 100을 만족하지 않음에 주의하여야 한다.
For reference, some of the ingredients considered to be irrelevant to the characteristic constitution of the present invention are excluded from the description of Table 1 above. Therefore, it should be noted that the sum of the above components does not satisfy 100.

용융 환원 처리Melt-reduction treatment

용융 환원 처리하는 단계(ST120)는, 상술한 바와 같이 준비한 홍천 자철광을 유도로 또는 아크로에서 용융 환원 처리하는 단계이다.The step of performing the melting reduction treatment (ST120) is a step of subjecting the above-prepared Honghuan magnetite to a melting reduction treatment in an induction furnace or an arc furnace.

원광의 양이 적은 경우에는, 취급이 용이한 유도로를 사용하는 것이 바람직하다.When the amount of the raw light is small, it is preferable to use an induction furnace which is easy to handle.

이때, 홍천 자철광 원광에 대해서 철분 환원에 필요한 이론치 대비 1.5 배 상당의 코크스(coke)를 혼합하여 유도로에 장입하고, 1500 ℃ 이상의 온도로 가열하여 용융시킨 후 일정 시간 유지하여 반응을 진행시키고 냉각하였다.
At this time, the coke of Hongcheon magnetite ore was mixed with coke of 1.5 times the theoretical value required for iron reduction, and the mixture was heated to a temperature of 1500 ° C or higher and melted. .

또한, 슬래그의 생성 융점을 낮추면서 슬래그의 생성을 활발하게 하도록 하기 위하여, 삼원계 상태도를 참고하여, 적당량의 SiO2, CaO, Al2O3, MgO 등을 용제(flux)로 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
Further, in order to make slag generation active while lowering the melting point of slag, it is more preferable to add an appropriate amount of SiO 2 , CaO, Al 2 O 3 , MgO or the like as flux by referring to the ternary phase diagram desirable.

상기 용제는 원광을 용해할 때 슬래그의 물성을 향상시켜서 환원 반응이 원활하게 일어나도록 하기 위해서 첨가하는 것으로, 이후 농축된 희토류를 침출 처리할 때, 효과적으로 희토류를 침출시키는 효과를 발휘한다.
The solvent is added in order to improve the physical properties of the slag when the ore is dissolved, so that the reduction reaction can be smoothly performed. When the concentrated rare earths are subjected to the leaching treatment, the solvent effectively leaches the rare earths.

선철(Fe) 분리Pig iron (Fe) separation

선철(Fe)을 분리하는 단계(ST140)는, 상기 냉각시킨 원광으로부터 선철만을 회수하는 단계이다.The step of separating the pig iron (ST140) is a step of recovering only the pig iron from the cooled ores.

본 단계에 따르면, 원광 중의 상당량을 차지하고 있었던 철(Fe) 성분의 함량이 대폭적으로 낮아지게 되면서, 상대적으로 슬래그의 농도는 높아지게 된다.
According to this step, the content of the iron (Fe) component, which occupies a considerable amount in the ore, is significantly lowered, and the concentration of the slag is relatively increased.

농축 슬래그 분리Separation of concentrated slag

농축 슬래그를 분리하는 단계(ST160)는, 농축된 슬래그를 상기 냉각시킨 원광으로부터 회수하는 단계이다.
The step of separating the concentrated slag (ST160) is a step of recovering the concentrated slag from the cooled ores.

침출 처리Leaching treatment

농축 슬래그를 침출 처리하는 단계(ST180)는, 산이나 알칼리를 이용하여 농축 슬래그를 침출 처리하는 단계이다.
The step of leaching the concentrated slag (ST180) is a step of leaching the concentrated slag using acid or alkali.

본 발명에 따라서 희토류가 농축된 슬래그의 경우, 약산성 또는 약알칼리성 용액을 사용하여도 용이하게 희토류를 획득할 수 있다.
According to the present invention, in the case of a slag in which rare earths are concentrated, rare earths can be easily obtained even by using a slightly acidic or slightly alkaline solution.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention.

다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

원광 준비Prepare the ore

상술한 바와 같이, 본 발명에서 사용한 희토류광은 우리 나라의 홍천 지방에서 쉽게 얻을 수 있는 홍천 자철광을 준비하였다.As described above, the rare earth light used in the present invention was prepared from the Hongcheon magnetite which can be easily obtained in the Hongcheon region of our country.

본 발명의 실시예에서 사용한 원광은, 1 kg을 준비하였다.
1 kg of the ore used in the examples of the present invention was prepared.

용융 환원 처리Melt-reduction treatment

상술한 바와 같이 준비한 원광과 슬래그 생성 촉진제로서의 규석(SiO2), 및 환원제를, 도 2에 나타낸 용해로에서 용융 환원시켰다.The raw ore prepared as described above, silica (SiO 2 ) as a slag formation promoting agent, and a reducing agent were melt-reduced in the melting furnace shown in Fig.

이때, 슬래그 촉진제와 환원제는 용융 환원시의 화학 반응을 고려하여, 슬래그 생성 및 원광 내의 철분 환원에 필요한 충분한 양을 사용하였다.At this time, the slag promoter and the reducing agent were used in sufficient amounts to generate slag and reduce iron in the ore considering the chemical reaction during the melting and reduction.

구체적으로는, 원광 1 kg에 대해서 슬래그 생성 촉진제로서의 규석 20.4 g, 환원제로서의 코크스 140 g을 장입하였다. Specifically, 20.4 g of silica as slag promoter and 140 g of coke as a reducing agent were charged to 1 kg of ore.

이때, 유도로의 온도는 1500 ℃ 정도의 온도로 유지하였으며, 3 시간 정도 반응을 유지하고 냉각하였다.
At this time, the temperature of the induction furnace was maintained at about 1500 ° C, and the reaction was maintained for about 3 hours and cooled.

여기서, 도 2를 참조하여, 본 실시예에서 사용한 용해로의 구성에 대해서 설명하기로 한다.Here, the structure of the melting furnace used in this embodiment will be described with reference to Fig.

도면에 도시한 용해로는 유도로로서, ∪ 형상의 도가니(200)를 포함하고 있으며, 상기 도가니(200)의 내부에 원광(홍천 자철광), 탄소질 환원제로서의 코크스(coke), 및 슬래그 생성 촉진제로서의 용제(flux)가 첨가된다.
The melting furnace shown in the figure is an induction furnace and includes a crucible 200 in the form of a 형상 shape. The crucible 200 is provided with a crucible 200 in the crucible 200, A flux is added.

상기 도가니(200)의 외측에는 유도 코일(220)이 설치되어 있으며, 이 유도 코일(220)의 동작은 제어부(260)에 의해서 제어된다. 유도로의 구성에 대해서는 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게는 명확한 것이라 판단되므로, 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다. 마찬가지로, 아크로의 구성에 대해서도 동일하게 그 설명은 생략한다.
An induction coil 220 is installed outside the crucible 200 and the operation of the induction coil 220 is controlled by a control unit 260. The construction of the induction furnace is considered to be obvious to those skilled in the art, and a further explanation thereof will be omitted. Likewise, the description of the structure of the arc is omitted.

한편, 상기 도가니(200)의 온도 조절은 도가니(200)에 설치된 온도계(240) 및 상기 제어부(260)에 의해서 조절된다.The temperature of the crucible 200 is controlled by the thermometer 240 installed in the crucible 200 and the controller 260.

이때, 도가니(200)의 용융 온도는 1250 ~ 1600 ℃로 설정하였으며, 승온은 15 분간, 상기 용융 온도의 유지 시간은 30 분 정도로 제어하였다.At this time, the melting temperature of the crucible 200 was set at 1250 to 1600 ° C, the temperature was raised to 15 minutes, and the melting temperature was maintained at about 30 minutes.

여기서, 상기 도가니(200)의 용융 온도가 1250 ℃ 미만이면, 원광의 용융이 불충분해지며, 상기 도가니(200)의 용융 온도가 1600 ℃를 초과하게 되면, 도가니(200) 자체의 부식이 발생할 수 있으므로 원광의 용융에 부정적인 영향을 미치게 된다.
If the melting temperature of the crucible 200 is less than 1,250 DEG C, melting of the orginal light becomes insufficient. If the melting temperature of the crucible 200 exceeds 1,600 DEG C, corrosion of the crucible 200 itself may occur So that the melting of the ore is negatively affected.

또한, 아크로를 사용한 경우, 원광 30 kg, 규석 3.3 kg, 코크스 4.2 kg를 투입하여 용융 환원한 결과, 상(相) 분리가 완전하기 이루어지지는 않았지만, 금속상은 5.98 kg, 슬래그는 20.5 kg을 얻었다.Further, when the arc was used, 30 kg of ore, 3.3 kg of zircon, and 4.2 kg of coke were injected and subjected to melt reduction. As a result, the phase separation was not complete, but the metal phase was 5.98 kg and the slag was 20.5 kg .

본 발명의 실시예에 따라서 얻은, 농축된 슬래그 중의 T-REO의 양에 대해서는 표 2를 참조하여 후술한다.
The amount of T-REO in the concentrated slag obtained according to an embodiment of the present invention will be described later with reference to Table 2.

상기 용융 환원 반응에서 발생하는 화학 반응 메커니즘은 다음과 같다.The mechanism of the chemical reaction occurring in the above-mentioned melt-reduction reaction is as follows.

먼저, 환원제로 첨가된 코크스 등에 의해서, 금속 산화물(본 실시예에서는 원광 내의 Fe2O3)이 금속(본 실시예에서는 Fe)과 CO 가스로 환원된다.
First, a metal oxide (Fe 2 O 3 in the raw material in the present embodiment) is reduced to a metal (Fe in this embodiment) and CO gas by a coke added as a reducing agent or the like.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

금속 산화물 + 탄소 → 금속(Fe) + CO.
Metal oxide + carbon → metal (Fe) + CO.

또한, 이와 거의 동시에 또는 동시적으로, 하기와 같은, 금속 산화물과 일산화탄소(CO)의 환원 반응이 발생한다.
In addition, a reduction reaction of the metal oxide and carbon monoxide (CO) occurs at about the same time or simultaneously with the following.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

금속 산화물 + CO → 금속(Fe) + CO2.
Metal oxide + CO → metal (Fe) + CO 2 .

여기에서, 본 발명의 용융 환원 공정은, 고온에서 탄소 또는 일산화탄소(CO)가 금속 산화물의 산소와 반응하여 CO 또는 CO2를 생성하는 공정임을 알아야 한다.It should be noted that the melting and reducing process of the present invention is a process in which carbon or carbon monoxide (CO) reacts with oxygen of a metal oxide at a high temperature to produce CO or CO 2 .

즉, 용융 환원 공정 중에 외기 중의 O2가 유입되면, 이들 O2가 먼저 환원제(및 CO)와 반응하게 되어 원광의 용융 환원 공정이 원활하지 못하게 되므로, 외기의 유입을 차단해 주는, 즉 환원 분위기를 유지하여 주는 것이 특히 바람직하다.
That is, when O 2 in the outside air flows in the melting and reducing process, these O 2 react with the reducing agent (and CO) first, and the melting and reducing process of the orginal light is not smooth. Therefore, Is particularly preferable.

본 실시예에서는, 유도로와 아크로 모두 사용하여 실험하였으며, 용제(flux)를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우에 대해서, 후술하는 표 2에 그 결과를 정리하여 나타내었다.
In this example, both the induction furnace and the arc furnace were tested. The results are shown in Table 2 below with and without the flux.

한편, 본 발명에서 사용한 용제(flux)의 용도에 대해서는 상술한 바 있지만, 희토류를 농축할 때, 용제는 넣지 않는 것이 가장 유리하다는 점을 알아야 한다.On the other hand, although the use of the flux used in the present invention has been described above, it should be noted that it is most advantageous to not add a solvent when the rare earths are concentrated.

하지만, 원광의 조성이 슬래그 생성에 문제가 없는 조성이라면 용제를 첨가할 필요가 없지만, 희토류를 포함하고 있는 대부분의 원광은 용융 환원시 일정량의 용제를 첨가하여야 한다.However, it is not necessary to add a solvent if the composition of the ore has no problem in slag formation. However, most of the ore containing rare earths should be added with a certain amount of solvent in the melting and reduction.

본 실시예에서 사용한 용제는, 대표적으로 SiO2이며, 기타 CaO, MgO 등을 사용할 수도 있다.The solvent used in this embodiment is typically SiO 2 , and other CaO, MgO, or the like may be used.

이때, 용제의 첨가량은 원광의 조성에 따라서 달라질 수 있으므로, 일률적으로 정할 수 없지만, 원광 대비 30 % 이상의 용제를 사용하는 것은, 본 발명에서 목적으로 하고 있는 희토류의 농축이라는 목적을 달성하는데 무의미하므로, 용제의 첨가 상한선은 원광 대비 30 %인 것이 바람직하다.In this case, the amount of the solvent to be added may vary depending on the composition of the raw ore, so that it is impossible to uniformly determine the amount of the solvent, but use of a solvent of 30% or more of the raw ore is meaningless in achieving the object of concentration of rare earths, The upper limit of addition of the solvent is preferably 30% of the raw light.

본 발명의 실시예에서는, 용제를 2 % 투입하였다.
In the examples of the present invention, 2% of solvent was added.

선철(Fe) 분리Pig iron (Fe) separation

상술한 바와 같이, 도가니(200)에서 용융한 원광을 식히면서, 선철(Fe)을 먼저 분리하였다.As described above, the pig iron (Fe) was firstly separated while cooling the raw light melted in the crucible 200.

이렇게 선철이 먼저 분리되면, 희토류의 상대적인 농축이 이루어진다.When the pig iron is first removed, the relative enrichment of the rare earths is achieved.

상기 선철은, 상기 용융 환원 반응시, 탄소질 환원제에 의해서 환원되면서 금속 산화물로부터 분리된 것이다.
The pig iron is separated from the metal oxide while being reduced by the carbonaceous reducing agent at the time of the melt reduction reaction.

이때, 탄소질 환원제의 의해서 환원되지 않은 성분, 즉 희토류 성분은 대부분 슬래그에 농축되어 남아있게 된다.
At this time, the component that is not reduced by the carbonaceous reducing agent, that is, the rare earth component, remains mostly concentrated in the slag.

농축 슬래그 분리Separation of concentrated slag

상술한 바와 같이, 도가니(200)로부터 선철을 먼저 분리하면, 희토류가 농축된 슬래그가 남아있게 된다.As described above, when pig iron is firstly separated from the crucible 200, the slag in which rare earths are concentrated remains.

이때, 금속(철)은 미리 환원되어 회수되었고 또한 광석 중의 결정수 등이 제거되었기 때문에 슬래그의 중량 감소가 이루어졌으며, 따라서 희토류 등 탄소로 환원이 불가능한 유가 금속은 상대적으로 농축된 상태로 존재하게 된다.
At this time, since the metal (iron) has been previously reduced and recovered and the crystal water and the like in the ore have been removed, the weight of the slag has been reduced, and thus the valuable metal which can not be reduced with carbon, such as rare earth, is present in a relatively concentrated state .

이 슬래그는 일반 광석에 비해 파분쇄가 용이하며, 또한, 슬래그 중에 농축되어 함유된 희토류 등 유가 금속은 산화물의 형태로 전환되어 있기 때문에, 종래 원광에 대해서 강산성(강알칼리성)의 용액을 사용하는 것이 비해서 상대적으로 약산성(약알칼리성)의 용액을 사용하는 침출 처리 공정을 통해서 용이하게 희토류를 회수할 수 있다.
This slag is easier to crush than ordinary ores and the valuable metals such as rare earths contained in the slag are converted into oxides. Therefore, the use of strongly acidic (strong alkaline) solutions for the conventional ore Rare earths can be easily recovered through a leaching treatment process using a relatively weakly acidic (weakly alkaline) solution.

분석analysis

표 2에 본 발명의 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법에 의해서 얻어진 슬래그를 분석하여 원광(홍천 자철광)과 대비하여 각 성분을 나타내었다.
In Table 2, the slag obtained by the rare earth concentration method using the melting and reducing method of the present invention was analyzed to show each component as compared with WONKANG (Hongcheon magnetite).

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2로부터, 원광의 T-REO는 2.95 %였으나, 용제(flux)를 첨가한 유도로의 경우(용제로서 SiO2 2 % 첨가, 3 시간), 상술한 바와 같이, 원광 1 kg, 규석(SiO2) 20.4 g, 코크스 140 g을 장입하여, 1500 ℃에서 3 시간 정도 반응을 유지한 경우, 선철은 288.2 g이 회수되었으며, 슬래그는 416 g이었다.From Table 2, it can be seen that the T-REO of the orginal light was 2.95%, but in the case of the induction furnace with a flux added (2% SiO 2 added as solvent) for 3 hours, 2 ) and 140 g of coke were charged. When the reaction was maintained at 1500 ° C. for 3 hours, 288.2 g of pig iron was recovered and the slag was 416 g.

이 때의 슬래그 중의 T-REO는 8.36 %를 나타내고 있어서, 원광에서의 T-REO가 2.95 %인 것과 대비하여 3 배 정도 수준에 상당하는 희토류의 농축이 이루어졌음을 알 수 있다.
The T-REO content of the slag at this time is 8.36%, which indicates that the rare earths have been concentrated at a level of about 3 times that of T-REO at 2.95% in the ore.

또한, 아크로의 경우(용제로서 SiO2 2 % 첨가, 2 시간), 상술한 바와 같이, 원광 30 kg, 규석(SiO2) 3.3 kg, 코크스 4.2 kg을 장입하여, 1500 ℃에서 2 시간 정도 반응을 유지한 경우, 선철은 5.98 kg, 슬래그는 20.5 kg이었다.As described above, 30 kg of ore, 3.3 kg of zeolite (SiO 2 ) and 4.2 kg of coke were charged in the case of arc furnace (addition of 2% SiO 2 as a solvent) for 2 hours at 1500 ° C. When kept, the pig iron was 5.98 kg and the slag was 20.5 kg.

이 때의 슬래그 중의 T-REO는 5.84 %를 나타내고 있어서, 원광에서의 T-REO가 2.95 %인 것과 대비하며 2 배 정도 수준에 상당하는 희토류의 농축이 이루어졌음을 알 수 있다.
The T-REO in the slag at this time represents 5.84%, which indicates that the rare earths are concentrated at a level of about twice that of T-REO at 2.95% in the ore.

이때, 상술한 바와 같이, 본 발명의 목적인 희토류를 농축하기 위해서는 슬래그 생성 촉진제로서의 용제의 첨가량을 최소화하는 것이 바람직하다.
At this time, as described above, in order to concentrate the rare earth, which is the object of the present invention, it is preferable to minimize the addition amount of the solvent as the slag formation promoting agent.

한편, 표 2로부터, 유도로의 경우 희토류의 농축율이 높음을 알 수 있는데, 이는 선철(Fe)의 환원율이 높기 때문이다.On the other hand, from Table 2, it can be seen that in the case of the induction furnace, the enrichment ratio of the rare earth is high, because the reduction rate of the iron (Fe) is high.

즉, 희토류의 경우 용융 환원 과정에서 환원되지 않고 전량 슬래그로 들어가게 되며, 이 과정에서 선철이 환원되어 회수되므로, 슬래그의 함량을 감소시키면 결과적으로 희토류가 농축되게 된다.That is, in the case of rare earths, the entire amount of the rare earths is not reduced in the melting and reducing process, but enters the slag. In this process, the pig iron is reduced and recovered. As a result, when the content of slag is reduced, the rare earths are concentrated.

따라서, 용제의 첨가량이 증가하면 산출되는 슬래그의 양이 증가하게 되어 희토류의 농축 효과가 감소하므로 용제의 첨가량을 최소화하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to minimize the addition amount of the solvent since the amount of the slag calculated when the addition amount of the solvent increases increases the concentration effect of the rare earth.

유도로의 경우, 고밀도 흑연 도가니에 원광과 환원제를 혼합하여 넣고 덮개를 덮어 밀폐한 상태로 반응이 진행이 되므로, 산소의 유입이 차단되고, CO 분압이 높아지는 등 도가니 내부의 환원 분위기가 유지된다.In the case of the induction furnace, the reaction proceeds in a state in which the raw material and the reducing agent are mixed in the high-density graphite crucible and the lid is covered and closed. Thus, the reducing atmosphere in the crucible is maintained, for example, the inflow of oxygen is blocked and the CO partial pressure is increased.

그 결과, 철(Fe)의 환원율이 높아져서 슬래그의 중량이 감소하고, 희토류의 농축율이 증가함을 알 수 있다.
As a result, it can be seen that the reduction rate of iron (Fe) increases, the weight of the slag decreases, and the concentration of rare earths increases.

그러나, 아크로는 소형인 경우, 구조적으로 도가니 상부 밀폐가 어렵고 용융되지 않은 광석층이 얇기 때문에, 상술한 바와 같이, 용융 환원 공정 중에 도가니 내의 환원 분위기 유지가 곤란하다는 문제가 있다.However, when the arc furnace is small, there is a problem that it is difficult to maintain the reducing atmosphere in the crucible during the melting and reducing process as described above because the ore layer is structurally difficult to seal the crucible upper part and the unmelted ore layer is thin.

따라서, 선철(Fe)의 환원율이 상대적으로 감소하게 되고, 슬래그 내의 철분 함량이 높아지게 되므로, 희토류의 농축율이 상대적으로 낮아진다는 것을 알 수 있다.Therefore, the reduction ratio of the pig iron (Fe) is relatively decreased, and the iron content in the slag is increased, so that the concentration ratio of rare earth is relatively lowered.

그러므로, 본 발명의 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법의 바람직한 실시예에서는 환원 분위기를 유지하기 용이한 유도로를 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, in the preferred embodiment of the rare earth concentration method using the melting-reduction method of the present invention, it is preferable to use an induction furnace which is easy to maintain a reducing atmosphere.

다만, 유도로가 아니더라도 환원 분위기를 지속적으로 유지시킬 수 있는 용해로라면 아크로를 사용하여도 무방하다.
However, an arc furnace may be used as long as it is a melting furnace capable of continuously maintaining a reducing atmosphere even if it is not an induction furnace.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible.

따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

200 : 용해로
220 : 유도 코일
240 : 온도계
260 : 제어부
ST100 : 원광 준비 단계
ST120 : 용융 환원 처리 단계
ST140 : 선철 분리 단계
ST160 : 농축 슬래그 분리 단계
ST180 : 침출 처리 단계
200: melting furnace
220: induction coil
240: Thermometer
260:
ST100: Preparation stage of ore light
ST120: Melt reduction step
ST140: Pig separation step
ST160: Concentrated slag separation step
ST180: leaching step

Claims (12)

희토류 원광을 준비하는 단계;
용융 환원법을 이용하여 상기 희토류 원광을 용융 환원 처리하는 단계;
용융 환원 처리된 선철을 분리하는 단계; 및
선철이 분리되어 희토류가 농축된 슬래그를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
Preparing a rare earth ore;
A step of melting and reducing the rare earth ore using the melt reduction method;
Separating the pig iron subjected to the melt reduction treatment; And
And separating the slag from the rare earth-enriched slag by separating the pig iron.
제 1 항에 있어서,
상기 희토류 원광은,
철(Fe) 성분이 다량으로 포함되어 있는 희토류 원광인 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method according to claim 1,
The rare-
A rare earth enrichment method using a melt-reduction method, characterized in that the rare earth element ore is a rare earth element ore containing a large amount of iron (Fe).
제 2 항에 있어서,
상기 용융 환원법은,
하기의 반응식 1 및 반응식 2에 따라서 진행되는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.

[반응식 1]
철 산화물 + 탄소 → 철(Fe) + CO.

[반응식 2]
철 산화물 + CO → 철(Fe) + CO2.
3. The method of claim 2,
The melt-
A process for concentrating rare earths according to claim 1, characterized in that the reaction proceeds according to the following Reaction Schemes (1) and (2).

[Reaction Scheme 1]
Iron oxide + carbon → iron (Fe) + CO.

[Reaction Scheme 2]
Iron oxide + CO - Iron (Fe) + CO 2 .
제 3 항에 있어서,
상기 희토류가 농축된 슬래그는,
파분쇄가 용이한 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method of claim 3,
The slag, in which the rare earths are concentrated,
A method for concentrating rare earths using a melt reduction method, characterized in that pulverization is easy.
제 3 항에 있어서,
상기 용융 환원 처리는,
환원 분위기에서 행하는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method of claim 3,
The above-
Wherein the rare earth metal is carried out in a reducing atmosphere.
제 3 항에 있어서,
탄소질 환원제로서의 코크스를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method of claim 3,
Characterized in that a coke as a carbonaceous reducing agent is further added.
제 6 항에 있어서,
슬래그 생성 촉진제로서 용제(flux)를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method according to claim 6,
A method for concentrating rare earths by a melt-reduction method, wherein a flux is further added as a slag formation promoter.
제 3 항에 있어서,
상기 용융 환원 처리는,
1250 ~ 1600 ℃의 온도에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method of claim 3,
The above-
Wherein said step (c) is carried out at a temperature of 1250 to 1600 ° C.
제 1 항에 있어서,
상기 용융 환원 처리는,
유도로에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method according to claim 1,
The above-
Wherein the rare earth element is carried out in an induction furnace.
제 1 항에 있어서,
상기 용융 환원 처리는,
아크로에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method according to claim 1,
The above-
Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > arc.
제 6 항에 있어서,
상기 코크스는,
원광 중 철 환원에 필요한 이론치 대비 1.5 배 첨가되는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
The method according to claim 6,
The coke,
And 1.5 times the theoretical value required for iron reduction in the ore.
제 7 항에 있어서,
상기 용제는,
원광 대비 30 % 이하 첨가되는 것을 특징으로 하는, 용융 환원법을 이용한 희토류 농축 방법.
8. The method of claim 7,
The solvent,
The method of concentrating rare earths according to claim 1, wherein the rare earth element is added in an amount of 30% or less based on the raw light.
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