KR20180074219A - 망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법 - Google Patents

망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법은, 기준입도 이하의 평균입도로 구비되는 미립자 망간광석, 환원제 및 바인더를 혼합하여 혼합원료를 제공하는 혼합단계; 및 상기 혼합원료를 1000~1300℃의 소결온도로 가열하여 상기 혼합원료를 소결시키는 소결단계를 포함한다.

Description

망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법{Method for sintering manganese ore and method for providing manganese using the same}
본 발명은 망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법에 관한 것으로, 상세하게는 미립자 망간광석을 효과적으로 소결하여 조립화 할 수 있는 망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법에 관한 것이다.
지구상의 망간은 주로 광물 형태로 존재하며, 산화물, 탄화물, 규화물의 상태로 광물 내에 포함되어 있다. 망간광석은 채광 후 파쇄되어 수요자에게 공급되며, 파쇄된 망간광석에는 평균입도 약 10mm 이하의 미립자 망간광석이 약 20~50%의 분율로 포함되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0103253호(2012.09.19)
본 발명의 목적은 미립자 망간광석을 효과적으로 소결하여 조립화 할 수 있는 망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법은, 기준입도 이하의 평균입도로 구비되는 미립자 망간광석, 환원제 및 바인더를 혼합하여 혼합원료를 제공하는 혼합단계; 및 상기 혼합원료를 1000~1300℃의 소결온도로 가열하여 상기 혼합원료를 소결시키는 소결단계를 포함한다.
상기 기준입도는 10mm일 수 있다.
상기 혼합원료는 70~90wt%의 상기 미립자 망간광석, 1~10wt%의 상기 환원제 및 1~10wt%의 바인더를 포함할 수 있다.
상기 미립자 망간광석은 20wt% 이상의 Mn을 함유하는 망간광석일 수 있으며, 상기 환원제는 무연탄 또는 코크스 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 상기 바인더는 생석회 또는 물 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 혼합원료는 10wt% 이하의 공정부산물을 더 포함할 수 있으며, 상기 공정부산물은 전기로 망간더스트 또는 정련로 망간더스트 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 소결단계에서는 상기 소결온도에서 5 내지 30분간 상기 혼합원료를 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 망간 공급방법은, 기준입도를 기준으로 미립자 망간광석과 조립자 망간광석으로 망간광석을 분류하는 스크리닝단계; 상기 미립자 망간광석에 환원제 및 바인더를 혼합하여 혼합원료를 제공하는 혼합단계; 상기 혼합원료를 가열하여 소결광으로 제조하는 소결단계; 및 상기 조립자 망간광석 또는 상기 소결광 중 어느 하나를 전기로 또는 정련로에 망간 공급원으로 공급하는 공급단계를 포함한다.
상기 미립자 망간광석의 평균입도는 10mm 이하이며, 상기 조립자 망간광석의 평균입도는 10mm를 초과할 수 있다.
상기 혼합원료는 70~90wt%의 상기 미립자 망간광석 및 1~10wt%의 상기 환원제, 1~10wt%의 상기 바인더를 포함할 수 있으며, 상기 미립자 망간광석은 20wt% 이상의 Mn을 함유하는 망간광석일 수 있고, 상기 환원제는 무연탄 또는 코크스 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 바인더는 생석회 또는 물 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 혼합원료는 10wt% 이하의 공정부산물을 더 포함할 수 있으며, 상기 공정부산물은 전기로 망간더스트 또는 정련로 망간더스트 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 소결단계에서는 상기 혼합원료를 1000~1300℃의 온도에서 5~30분간 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 망간 소결방법 따라 미립자 망간광석을 소결시키는 경우, 망간광석의 입도를 효과적으로 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 망간 공급방법에 의해 망간 공급원을 공급하는 경우, 상대적으로 저렴한 비용으로 망간을 공급할 수 있으며, 전기로 등의 내부에 장입된 장입물의 기공을 효과적으로 확보할 수 있고, 최종 생산물의 망간 수율을 효과적으로 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법의 플로우차트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 망간 공급방법의 플로우차트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법에 관한 것으로, 이하에 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 위하여 과장될 수 있다.
망간(Mn, Manganese)은 대표적인 철강재의 첨가원료로서, 망간광석의 약 90%가 철강산업에 소비되고 있다. 일반적으로 망간광석 공급처는 망간광석을 채취한 후 파쇄하여 수요처에 공급하며, 수요처에는 공급받은 망간광석을 철강재의 첨가원료로서 이용한다. 전기로 등에 투입되는 망간광석의 입도는 공정의 효율성을 위해 세밀하게 제어되어야 할 필요성이 있다. 구체적으로, 지나치게 큰 입도의 망간광석이 전기로 등에 투입되는 경우, 이들 망간광석의 용융에 과도하게 많은 에너지가 소비되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 지나치게 작은 입도의 망관광석이 전기로 등에 투입되는 경우, 망간광석의 장입 작업시 다량의 분진이 발생할 수 있으며, 전기로 내에 장입된 장입물 내에 CO 가스 등의 배출을 위한 기공이 충분히 확보되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전기로 등에 투입되는 망간광석은 일정한 입도로 구비될 것이 요구된다.
일반적으로 공급처에서 공급된 망간광석에는 입도 약 10mm 이하의 미립자 망간광석이 약 20~50% 포함되어 있으며, 미립자 망간광석의 함량이 높아질수록 망간광석의 공급가가 저렴해지는 경향이 있다. 망간광석이 입도가 수요자 측에서 요구하는 입도보다 큰 경우, 수요자 측에서 원하는 입도로 망간광석을 파쇄하여 사용함으로써, 망간 광석의 입도 문제는 해결될 수 있다. 반면, 망간광석의 입도가 수요자 측에서 요구하는 입도보다 작은 경우, 수요자 측에서는 이들 망간광석을 적절한 입도로 조절하여 사용할 필요성이 인정되는바, 본 발명은 미립자 망간광석을 소결하여 조립화하는 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법의 플로우차트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법은, 평균입도 10mm 이하의 미립자 망간광석과 혼합제를 일정한 비율로 혼합하는 원합단계(S10)를 포함한다. 망간광석의 평균입도가 10mm를 초과하는 경우, 이들 망간광석의 조립화에 과다한 에너지가 소비되어 경제적 효용성이 낮아지기 때문에, 본 발명의 미립자 망간광석은 평균입도를 10mm 이하로 제한한다. 또한, 본 발명의 망간광석은 약 20% 이상의 Mn을 함유하는 고품위 및 저품위 망간광석을 모두 포함할 수 있다.
혼합단계(S10)에서는 미립자 망간광석 70~90wt%, 환원제 1~10wt%, 바인더 1~10wt%의 비율로 혼합원료를 혼합할 수 있다. 조립화된 망간광석을 전기로 등에 투입하였을 경우, 망간 회수율이 약 50% 이상을 만족하도록 미립자 망간광석은 혼합원료 내에 약 70~90wt%의 비율로 혼합될 수 있다.
환원제는 열원 및 환원물질로 작용 가능한 탄소(C)를 포함하는 물질이라면 무방하나, 비용적인 측면에서 저렴한 무연탄 또는 코크스 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물 일 수 있다. 환원제는 소결단계(S20)에서 산소와 결합하여 발열반응을 일으키며, 그에 따라 미립자 망간광석의 소결이 이루어질 수 있다. 또한, 환원제 포함된 탄소(C)는 산화망간(MnO)과 반응하여 산화물을 금속망간(Mn)으로 환원시킬 수 있다. 환원제는 열원 및 환원물질로 작용하기 위하여 혼합원료 내에 최소 1wt% 이상 포함되어야 한다. 또한, 환원제는 소결단계(S20)에서 망간이 용융되는 것을 방지하기 위하여 최대 10wt% 이하로 혼합원료 내에 포함되어야 한다. 환원제가 혼합원료 내에 10wt%를 초과하여 포함되는 경우, 소결온도가 지나치게 상승하여 망간이 용융되는 현상이 발생하기 때문이다. 즉, 환원제는 소결단계(S20)의 가열조건을 제어하기 위하여 1~10wt%로 포함되는 것이 바람직하다.
바인더는 미립자 망간광석 및 환원제를 결합하기 위한 첨가제로 투입되며, 물 또는 생석회(CaO)에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물로 혼합될 수 있다. 바인더는 1~10wt%의 비율로 혼합원료 내에 포함될 수 있으며, 경우에 따라서는 생략될 수도 있다. 또한, 혼합원료는 전기로 망간더스트 또는 정련로 망간더스트 등의 공정부산물을 약 10wt% 이하로 함유할 수 있으며, 공정부산물의 함유에 따라 최종 제품의 망간 수율이 더욱 향상될 수 있다.
환원제, 바인더 및 공정부산물의 입도는 특별히 제한되는 것은 아니나, 소결단계(S20)에서 CO 가스 등의 배출을 위한 기공 확보를 위해 일정 수준 이상의 입도로 구비됨이 바람직하다. 즉, 환원제, 바인더 및 공정부산물의 입도는 3mm를 초과하도록 구비됨이 바람직하다.
소결단계(S20)에서는 혼합단계(S10)에서 혼합된 혼합원료를 1000~1300℃의 소결온도로 가열하여 소성한다. 미립자 망간광석의 소성을 위해서 소결온도는 최소 1000℃ 이상으로 유지되어야 하며, 망간의 용융을 방지하기 위하여 소결온도는 최대 1300℃ 이하로 제한한다. 망간의 녹는점이 약 1250℃인바, 1300℃을 초과하는 온도에서는 망간의 용융이 활발하게 발생하기 때문이다. 소결단계(S20)의 소결시간은 미립자 망간광석의 소성을 위해 최소 5분 이상이 요구된다. 반면, 소결시간이 30분을 초과하는 경우 산화망간의 환원 및 미립자 망간광석의 소결이 더 이상 이루어지지 않는바, 소결시간은 최장 30분 이내로 제한함이 공정 효율 측면에서 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법은, 일정 입도 이하의 평균입도로 구비되는 미립자 망간광석을 소결을 통해 조립화 가능한바, 그에 따른 망간광석의 입도조절이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 망간 공급방법의 플로우차트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 망간 공급방법은 입도에 따란 미립자 망간광석과 조립자 망간광석으로 분류하는 스크리닝단계(S100)를 포함된다. 스크리닝단계(S100)에서 망간광석은 평균입도 10mm 이하의 미립자 망간광석 및 평균입도 10mm 초과의 조립자 망간광석으로 분류될 수 있다. 미립자 망간광석은 혼합단계(S110) 및 소결단계(S120)를 거쳐 소결광으로 제조될 수 있으며, 혼합단계(S110) 및 소결단계(S120)는 앞서 설명한 혼합단계(S10) 및 소결단계(S20)에 대응하는바, 이들에 대한 설명은 혼합단계(S10) 및 소결단계(S20)의 설명으로 대체하도록 한다. 스크리닝단계(S100)에서 설별된 조립자 망간광석은 전기로 또는 정련로에 망간공급원으로 바로 공급될 수 있으며, 별도의 파쇄단계를 거쳐 입도 조절을 거친 후 전기로 또는 정련로에 공급될 수 있다. 또한, 혼합단계(S100) 및 소결단계(S120)를 거쳐서 소결광으로 제조된 미립자 망간광석이 전기로 또는 정련로에 망간공급원으로 공급될 수 있으며, 별도의 파쇄단계를 거쳐 입도 조절을 거친 후 전기로 또는 정련로에 공급될 수 있다.
실시예 1
Mn: 42.72wt%, SiO2: 11.27wt%, Al2O3: 4.22, MgO: 0.2wt%, Fe: 4.37%, P: 0.054을 포함하며, 평균입도는 6mm는 망간광석에 물 1wt% 및 코크스 5wt%를 혼합하여 25분간 소결을 수행한 후, 30mm 이하로 조파쇄하였다. 각각의 소결온도에 대한 망간광석의 평균입도는 아래의 표 1과 같다.
소결온도(℃) 평균입도(mm)
900 7
1000 12
1100 17
1200 22
1300 19
1400 9
표 1에 나타난 바와 같이, 900℃ 이하의 소결온도에서는 소결이 활발하게 일어나지 않아 가열 후의 소망간광석의 평균입도가 7mm 수준인 것을 확인할 수 있다. 소결온도가 1000℃에서 1200℃로 증가함에 따라 가열 후의 망간광석의 평균입도는 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 1300℃의 소결온도에서는 일부 망간광석의 용융이 개시되며, 그에 따라 1200℃의 소결온도에 비해 망간광석의 평균입도가 작아진 것을 확인할 수 있다. 즉, 1300℃ 가열조건의 결과물 내에는 망간광석의 용융물 및 소결된 망간광석이 혼재되어 있는 것을 확인할 수 있었으며, 일부 환원재에는 불균일한 연소가 발생한 것을 확인할 수 있었다. 망간광석 용융물이 기공을 폐쇄하여 기공을 통해 CO 등의 가스가 원활히 배출되지 못하였으며, 그에 따라 불균일한 연소가 발생하였을 것으로 추측된다. 1400℃의 소결온도 역시 망간의 용융이 활발하게 일어남에 따라 망간광석의 평균입도가 현저하게 작아진 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 망간광석 소결방법은 1000~1300℃의 온도로 미립자 망간광석을 가열함으로써 효과적인 망간광석의 조립화가 가능한 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
아래의 표 2에 나타난 성분 및 평균입도로 구비되는 미립자 망간광석 79wt%, 물 1wt%, 생석회 3wt% 및 코크스 7wt%를 혼합한 후 1240℃의 온도에서 25분간 소결한 결과물의 성분 및 평균입도는 아래의 표 3와 같다.
구분 평균입도
(mm)		 Mn
(wt%)		 SiO2
(wt%)		 Al2O3
(wt%)		 MgO
(wt%)		 Fe
(wt%)		 P
(wt%)
미립자
망간광석		 6 45.69 10.56 4.39 0.1 4.15 0.085
구분 평균입도
(mm)		 Mn
(wt%)		 SiO2
(wt%)		 Al2O3
(wt%)		 CaO
(wt%)		 MgO
(wt%)		 Fe
(wt%)		 P
(wt%)
소결광 22 48.03 10.49 5.03 2.62 0.28 7.15 0.108
표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이, 소결광은 미립자 망간광석에 비하여 평균입도가 약 3.5배 증가되었으며, Mn 함량은 약 5% 증가한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 망간 소결방법 따른 결과물인 소결광을 전기로 등에 망간 공급원으로 장입하는 경우, 상대적으로 저렴한 비용으로 전기로 내에 망간을 공급할 수 있으며, 장입물 내의 기공을 효과적으로 확보할 수 있고, 최종 제품의 망간 수율을 효과적으로 상승시킬 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
S10, S110: 혼합단계 S20, S120: 소결단계
S100: 스크리닝단계 S130: 공급단계

Claims (11)

  1. 기준입도 이하의 평균입도로 구비되는 미립자 망간광석, 환원제 및 바인더를 혼합하여 혼합원료를 제공하는 혼합단계; 및
    상기 혼합원료를 1000~1300℃의 소결온도로 가열하여 상기 혼합원료를 소결시키는 소결단계를 포함하는?망간광석 소결방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준입도는 10mm인, 망간광석 소결방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합원료는 70~90wt%의 상기 미립자 망간광석, 1~10wt%의 상기 환원제 및 1~10wt%의 바인더를 포함하는, 망간광석 소결방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미립자 망간광석은 20wt% 이상의 Mn을 함유하는 망간광석이고,
    상기 환원제는 무연탄 또는 코크스 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물이며,
    상기 바인더는 생석회 또는 물 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물인, 망간광석 소결방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 혼합원료는 10wt% 이하의 공정부산물을 더 포함하며,
    상기 공정부산물은 전기로 망간더스트 또는 정련로 망간더스트 중에서 선택된 어느 하나인, 망간광석 소결방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소결단계에서는 상기 소결온도에서 5 내지 30분간 상기 혼합원료를 가열하는, 망간광석 소결방법.
  7. 기준입도를 기준으로 미립자 망간광석과 조립자 망간광석으로 망간광석을 분류하는 스크리닝단계;
    상기 미립자 망간광석에 환원제 및 바인더를 혼합하여 혼합원료를 제공하는 혼합단계;
    상기 혼합원료를 가열하여 소결광으로 제조하는 소결단계; 및
    상기 조립자 망간광석 또는 상기 소결광 중 어느 하나를 전기로 또는 정련로에 망간 공급원으로 공급하는 공급단계를 포함하는 망간 공급방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미립자 망간광석의 평균입도는 10mm 이하이며,
    상기 과립자 망간광석의 평균입도는 10mm를 초과하는, 망간 공급방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혼합원료는 70~90wt%의 상기 미립자 망간광석 및 1~10wt%의 상기 환원제, 1~10wt%의 상기 바인더를 포함하며,
    상기 미립자 망간광석은 20wt% 이상의 Mn을 함유하는 망간광석이고,
    상기 환원제는 무연탄 또는 코크스 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물이며,
    상기 바인더는 생석회 또는 물 중에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 혼합물인, 망간 공급방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼합원료는 10wt% 이하의 공정부산물을 더 포함하며,
    상기 공정부산물은 전기로 망간더스트 또는 정련로 망간더스트 중에서 선택된 어느 하나인, 망간 공급방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 소결단계에서는 상기 혼합원료를 1000~1300℃의 온도에서 5~30분간 가열하는, 망간 공급방법.
KR1020160178084A 2016-12-23 2016-12-23 망간광석 소결방법 및 이를 이용한 망간 공급방법 KR20180074219A (ko)

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KR20200017782A (ko) * 2018-08-09 2020-02-19 (주)포스코엠텍 전기로의 망간 회수율 향상 방법
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