KR20160077345A - 배소 장치 및 염화철 배소 방법 - Google Patents

배소 장치 및 염화철 배소 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배소 장치 및 염화철 배소 방법에 관한 것으로, 구체적으로 제1 로터리 킬른; 제2 로터리 킬른; 및 상기 제1 로터리 킬른의 후단 및 제2 로터리 킬른의 전단을 연결시키는 사일로를 포함하고, 상기 제1 로터리 킬른은, 제1 가열부가 구비되고, 상기 제2 로터리 킬른은, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 제2 가열부가 구비되고, 상기 사일로는, 장입물에 환원제를 공급하는 환원제 공급부가 구비된 배소 장치 및 이를 이용한 염화철 배소 방법에 관한 것이다.

Description

배소 장치 및 염화철 배소 방법{APPARATUS FOR ROASTING AND METHOD FOR ROASTING IRON CHLORIDE}
본 발명은 배소 장치 및 염화철 배소 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적으로 염화철을 배소하기 위한 로터리 킬른(Rotary Kiln)을 이용하는 배소 장치를 나타낸 도면으로, 장입물 중 포함되어 있는 결정수 및 염소 성분의 제거를 위한 설비로 1기의 로터리 킬른을 구비하고 있으며, 장입물의 단계적 결정수 제거, 염소 성분 제거 반응을 위해 장입물 투입부는 저온인 반면 배출부가 고온인 온도 흐름(Flow)을 나타내는 역류(Counter-Flow)방식, 즉 원료의 진행 방향과 가열부의 불길(flame)의 방향이 반대로 설계되어 있다.
상기와 같은 종래의 로터리 킬른을 이용하는 배소 장치를 통해 염화철 결정을 배소하는 경우, 고품위의 산화철을 수득하는 것이 어려워 추가적인 공정이 요구될 수 있으며, 그에 따른 비용이 추가로 발생되는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 로터리 킬른을 이용한 배소 장치를 통하여 염화철 결정을 배소하는 경우 배출되는 산화철의 Fe 품위를 향상시킬 수 있는 배소 장치 및 염화철 배소 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 구현예는, 제1 로터리 킬른; 제2 로터리 킬른; 및 상기 제1 로터리 킬른의 후단 및 제2 로터리 킬른의 전단을 연결시키는 사일로를 포함하고, 상기 제1 로터리 킬른은, 투입구 및 제1 가열부가 구비되고, 상기 제2 로터리 킬른은, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 배출구 및 제2 가열부가 구비되고, 상기 사일로는, 장입물에 환원제를 공급하는 환원제 공급부가 구비된, 배소 장치를 제공한다.
상기 제1 로터리 킬른은, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 투입구 및 제1 가열부가 구비된 것이 바람직하다.
상기 제1 가열부는 상기 제1 로터리 킬른의 전단에서 후단 방향으로 장입물을 가열시키도록 구비된 것이 바람직하다.
상기 제2 가열부는 상기 제2 로터리 킬른의 후단에서 전단 방향으로 장입물을 가열시키도록 구비된 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예는, 제1 로터리 킬른의 전단에 장입물을 공급하고, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비된 제1 가열부에 의하여 상기 장입물을 가열하는 1차 배소 단계; 상기 장입물을 제1 로터리 킬른 후단 및 제2 로터리 킬른 전단에 연결된 사일로에 공급하는 단계; 상기 사일로에 환원제를 공급하여 장입물 및 상기 환원제를 혼합하는 단계; 및 상기 사일로로부터 상기 제2 로터리 킬른 전단에 환원제 및 장입물을 공급하고, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 구비된 제2 가열부에 의하여 상기 환원제 및 장입물을 가열하는 2차 배소 단계를 포함하는, 염화철 배소 방법을 제공한다.
상기 제1 로터리 킬른의 전단에 주입되는 장입물은, 염화철 결정(FeCl2·4H2O) 및 염화철 결정(FeCl2·2H2O)중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 1차 배소 단계는, 600 내지 700℃로 가열하는 것이 바람직하다.
상기 2차 배소 단계는, 850 내지 900℃로 가열하는 것이 바람직하다.
상기 환원제는 석탄 및 코크스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 배소 장치 및 염화철 배소 방법은, 염화철 결정의 탈염소율을 향상시킬 수 있으며, 배소 장치에서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 및 제2 로터리 킬른을 이용하면서, 동시에 환원제를 공급하여 장입물과 함께 배소함으로써, 배출되는 산화철의 Fe 품위를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 로터리 킬른을 이용한 배소 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 로터리 킬른을 이용한 배소 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예는, 제1 로터리 킬른; 제2 로터리 킬른; 및 상기 제1 로터리 킬른의 후단 및 제2 로터리 킬른의 전단을 연결시키는 사일로를 포함하고, 상기 제1 로터리 킬른은, 투입구 및 제1 가열부가 구비되고, 상기 제2 로터리 킬른은, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 배출구 및 제2 가열부가 구비되고, 상기 사일로는, 장입물에 환원제를 공급하는 환원제 공급부가 구비된, 배소 장치를 제공한다.
본 발명은 다단의 로터리 킬른, 즉 제1 로터리 킬른 및 제2 로터리 킬른을 이용하여 예를 들어, 염화철을 배소하고, 산화철을 수득하기 위한 배소 장치이다. 이때, 상기 제1 로터리 킬른은, 제1 가열부를 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 염화철의 배소 시 로터리 킬른의 투입구 주변의 소결 현상 및 로내 염화철 결정 적층 현상을 해결하기 위하여, 제1 로터리 킬른에 포함된 제1 가열부의 위치를 제1 로터리 킬른의 전단, 즉 원료 투입구 방향(Parallel Flow 방식)에 설치하여 투입구 온도 향상 및 연소 가스 흐름에 의한 배출성을 향상시키는 것이 바람직하다.
구체적으로 배소하고자 하는 장입물을 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비된 투입구에 장입할 수 있으며, 이때, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비된 제1 가열부에 의하여 전단의 온도를 후단에 비하여 고온으로 가열할 수 있으며, 상기 제1 가열부에 의하여 장입물의 1차 배소를 수행할 수 잇다.
이후, 상기 제1 로터리 킬른의 후단 및 제2 로터리 킬른의 전단을 연결하는 사일로로, 1차 배소된 장입물을 공급할 수 있으며, 상기 사일로는 추가적인 장입물을 공급 또는 배소된 장입물을 회수할 수 있다.
나아가, 상기 사일로는 장입물에 환원제를 공급하는 환원제 공급부가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 환원제 공급부에 의하여 사일로에 환원제를 공급하여 장입물과 혼합하여 배소함으로써, 상기 장입물로부터 수득되는 산화철에 포함된 철의 품위를 향상시킬 수 있다.
1차 배소 이후에 2차 배소를 위하여, 사일로로부터 제2 로터리 킬른으로 장입물 및 환원제를 공급할 수 있으며, 상기 제2 로터리 킬른은, 제2 가열부를 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 구비하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 염화철 배소 시 반응시간 감소에 따른 탈염소율 저하 현상을 해결하기 위하여, 제2 로터리 킬른에 포함된 제2 가열부를 제2 로터리 킬른의 후단에 구비하여 원료가 투입되는 반대방향으로 가열되는 방식(Counter Flow 방식)의 로터리 킬른을 설치함으로써, 최종 배출물의 탈염소율을 향상시킬 수 있다. 또한, 최종 배출물은 제2 로터리 킬른의 후단에 구비된 배출구를 통해 배출되어 회수될 수 있다.
즉, 제2 로터리 킬른에서 전단으로 공급되는 장입물 및 환원제의 혼합물의 2차 배소가 수행되며, 이를 위하여 제2 가열부는 제2 로터리 킬른의 후단에 구비되어 제2 로터리 킬른의 후단의 온도를 전단에 비하여 높게 유지시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예는, 제1 로터리 킬른의 전단에 장입물을 공급하고, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비된 제1 가열부에 의하여 상기 장입물을 가열하는 1차 배소 단계; 상기 장입물을 제1 로터리 킬른 후단 및 제2 로터리 킬른 전단에 연결된 사일로에 공급하는 단계; 상기 사일로에 환원제를 공급하여 장입물 및 상기 환원제를 혼합하는 단계; 및 상기 사일로로부터 상기 제2 로터리 킬른 전단에 환원제 및 장입물을 공급하고, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 구비된 제2 가열부에 의하여 상기 환원제 및 장입물을 가열하는 단계를 포함하는, 염화철 배소 방법을 제공한다.
본 발명의 염화철 배소 방법은, 상기 제1 및 제2 로터리 킬른을 이용하여 염화철을 배소하는 방법에 관한 것으로, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 주입되는 장입물은 염화철 결정(FeCl2·4H2O) 및 염화철 결정(FeCl2·2H2O)중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 염화철 결정(FeCl2·4H2O) 또는 염화철 결정(FeCl2·2H2O)은 니켈 습식 제련 공정의 부산물 회수 공정에서 발생되는 염화철 결정일 수 있으며, 상기 염화철 결정을 배소함으로써 산화철을 회수할 수 있다. 구체적으로 상기 니켈 습식 제련 공정의 부산물 회수 공정은 니켈 광석으로부터 니켈을 농축 회수하는 니켈 습식 제련공정에서 발생되는 폐기물로부터 철광석을 회수하는 공정일 수 있으며, 니켈을 회수한 후 배출되는 철 이온을 포함하는 수용액을 증발 농축하여 염화철을 결정화하고, 결정화된 염화철을 배소하여 산화철을 수득하는 공정에 적용될 수 있다.
상기 장입물을 제1 로터리 킬른에 공급하고, 이때, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비된 제1 가열부에 의하여 장입물을 가열하여 배소하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 배소 온도는 600 내지 700℃로 가열하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 배소 온도가 600℃ 미만인 경우, 염화철의 배소가 충분히 진행되지 않아, 1 시간(로내 체류시간) 배소 후 염화철 중 염소 농도가 5% 이상으로 2단의 고온 배소 시 저융점 염화물을 만들어 로내 융착물을 만드는 문제점이 존재하며, 상기 배소 온도가 700℃를 초과하는 경우 염화철 결정이 다량의 저융점 염화물을 생성하여　로내 융착되어 원료의 진행을 방해하고 산화철의 회수율이 저하되는 문제가 있다. 나아가 상기 600 내지 700℃로 1차 배소함으로써 공급되는 염화철 결정이 약 98% 탈염소가 수행될 수 있다.
상기 제1 로터리 킬른에서 1차 배소된 장입물은 이후 제1 로터리 킬른의 후단으로부터 사일로로 배출되며, 이때 상기 사일로에서 추가적인 장입물을 공급 또는 배소된 생성물을 수득할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 사일로에서 환원제를 추가적으로 공급하여 장입물 및 상기 환원제를 혼합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 환원제는, 염화철 배소 공정에서 수득되는 산화철에 포함된 철의 품위를 향상시키기 위한 것으로, 바람직하게는 석탄(Coal) 및 코크스(Cokes)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
이후, 상기 사일로로부터 제2 로터리 킬른으로 장입물 및 환원제의 혼합물을 공급하여 2차 배소 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제2 로터리 킬른에 공급된 장입물은, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 구비된 제2 가열부에 의하여 가열되는 것이 바람직하며, 상기 2차 배소 단계의 배소 온도는 850 내지 900℃로 가열되는 것이 바람직하다. 상기 배소 온도가 850℃ 미만인 경우, 염화철 결정 중 포함되어 있는 칼슘 및 마그네슘 염화물의 분해가 진행되지 않아 최종 산화철의 염소 농도가 산화철 제품 중 염소농도 기준인 500ppm을 충족하지 못하는 문제가 있으며, 상기 배소 온도가 900℃를 초과하는 경우 배소 생성물인 산화철이 일부 액상을 형성하여 로내 융착되어 산화철 회수율 저하 및 제품의 배출성이 악화되고 연속 조업에 문제를 야기시킬 수 있다. 나아가 상기 850 내지 900℃로 2차 배소함으로써 공급되는 염화철 결정이 약 99% 이상 탈염소가 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
제1 로터리 킬른의 전단에 니켈 습식 제련 공정의 부산물 회수 공정에서 발생되는 염화철 결정(FeCl2·4H2O) 및 염화철 결정(FeCl2·2H2O)을 공급하고, 제1 로러리 킬른의 전단에 구비된 제1 가열부에 의하여 650℃의 온도로 1차 배소를 수행하였다.
이후, 1차 배소를 거친 배출물을 사일로로 공급하였고, 상기 사일로에 2~10%의 환원제로 석탄 및 코크스의 혼합물을 공급하여 상기 배출물과 환원제를 혼합하였다.
이후, 상기 배출물 및 환원제를 제2 로터리 킬른으로 공급하였고, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 구비된 제2 가열부에 의하여 850℃의 온도로 2차 배소를 수행하였고, 산화철을 수득하였다.
< 실험예 >
상기 실시예의 염화철 배소 방법에 의하여 생성되는 산화철을 단계별로 수득하여 각각의 산화철이 포함하는 철의 품위를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 구체적으로, 제1 로터리 킬른에서 배출된 산화철, 제2 로터리 킬른에서 배출된 산화철 및 상기 실시예에서 환원제를 공급하지 않은 경우(비교예) 제2 로터리 킬른에서 배출된 산화철에 포함된 철의 품위를 측정하였다.
구분 실시예 비교예
제1 로터리 킬른에서 배출된 산화철 제2 로터리 킬른에서 배출된 산화철 제2 로터리 킬른에서 배출된 산화철
가스 조성 N2, CO2, H2O N2, CO2 N2, CO2
철의 품위(%) 66.8 84.4 68.1
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 비교예와 같이 사일로에 추가적인 환원제를 투입하지 않는 경우 제2 로터리 킬른에서 배출된 산화철의 경우 철의 품위가 68.1%로, 제1 로터리 킬른에서 배출된 산화철로부터 크게 향상되지 못함을 알 수 있다. 반면, 실시예와 같이 사일로에 환원제를 공급하여 제2 로터리 킬른에서 배소를 수행한 경우, 제2 로터리 킬른에서 배출된 산화철에 포함된 철의 품위가 84.4%로 비교예에 비하여 크게 향상되었음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
101: 제1 로터리 킬른 102: 제2 로터리 킬른
103: 사일로 104: 제1 가열부
105: 투입구 106: 제2 가열부
107: 배출구 108: 환원제 공급부
201: 로터리 킬른 202: 가열부
203: 투입구 204: 배출구

Claims (9)

  1. 제1 로터리 킬른;
    제2 로터리 킬른; 및
    상기 제1 로터리 킬른의 후단 및 제2 로터리 킬른의 전단을 연결시키는 사일로를 포함하고,
    상기 제1 로터리 킬른은, 투입구 및 제1 가열부가 구비되고,
    상기 제2 로터리 킬른은, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 배출구 및 제2 가열부가 구비되고,
    상기 사일로는, 장입물에 환원제를 공급하는 환원제 공급부가 구비된, 배소 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 로터리 킬른은, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 투입구 및 제1 가열부가 구비된, 배소 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 가열부는 상기 제1 로터리 킬른의 전단에서 후단 방향으로 장입물을 가열시키도록 구비된, 배소 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 가열부는 상기 제2 로터리 킬른의 후단에서 전단 방향으로 장입물을 가열시키도록 구비된, 배소 장치.
  5. 제1 로터리 킬른의 전단에 장입물을 공급하고, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 구비된 제1 가열부에 의하여 상기 장입물을 가열하는 1차 배소 단계;
    상기 장입물을 제1 로터리 킬른 후단 및 제2 로터리 킬른 전단에 연결된 사일로에 공급하는 단계;
    상기 사일로에 환원제를 공급하여 장입물 및 상기 환원제를 혼합하는 단계; 및
    상기 사일로로부터 상기 제2 로터리 킬른 전단에 환원제 및 장입물을 공급하고, 상기 제2 로터리 킬른의 후단에 구비된 제2 가열부에 의하여 상기 환원제 및 장입물을 가열하는 2차 배소 단계를 포함하는, 염화철 배소 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1 로터리 킬른의 전단에 주입되는 장입물은, 염화철 결정(FeCl2·4H2O) 및 염화철 결정(FeCl2·2H2O)중 어느 하나 이상을 포함하는 것인, 염화철 배소 방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 1차 배소 단계는, 600 내지 700℃로 가열하는 것인, 염화철 배소 방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 2차 배소 단계는, 850 내지 900℃로 가열하는 것인, 염화철 배소 방법.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 환원제는 석탄 및 코크스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 염화철 배소 방법.
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