KR20220089546A - 유가 금속의 회수 방법 - Google Patents

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KR20220089546A
KR20220089546A KR1020200180283A KR20200180283A KR20220089546A KR 20220089546 A KR20220089546 A KR 20220089546A KR 1020200180283 A KR1020200180283 A KR 1020200180283A KR 20200180283 A KR20200180283 A KR 20200180283A KR 20220089546 A KR20220089546 A KR 20220089546A
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한길수
박진균
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주식회사 포스코
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Abstract

본 실시예들은, 유가 금속의 회수 방법에 관한 것으로, 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상의 철을 포함하는 포집 금속 용탕을 준비하는 단계, 상기 포집 금속 용탕에 유가 금속을 포함하는 폐기물을 투입하여 유가 금속을 포집하는 단계, 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계, 상기 농축된 유가 금속을 침출하는 단계, 상기 침출액 중 불순물을 제거하는 정제단계, 그리고 상기 정제액을 이용하여 고순도 유가금속 또는 유가금속화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

유가 금속의 회수 방법{METHOD FOR RECOVERING VALUABLE METALS}
본 실시예들은 유가 금속의 회수 방법에 관한 것이다.
폐자원 내 유가금속 회수를 위한 공정은 건식공정과 습식공정으로 나눌 수 있다. 종래 유가 금속 회수 공정에서 원료는 제한된 성분범위의 폐자원을 사용하고, 폐자원 내 목적 금속만을 회수하는 경우가 주를 이루고 있다. 특히 습식의 경우 그 성분범위가 상대적으로 좁아 적용 원료의 유연성이 매우 떨어지는 경향이 있다.
또한, 후 공정인 정제공정의 부하를 낮추기 위하여 목적 유가금속을 농축하거나 주요 불순물을 제거하는 공정이 전단에 요구되나 저 품위 폐자원의 경우 그 농축공정의 비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다.
따라서, 폐자원을 경제적으로 활용함과 동시에 대량의 폐자원을 처리할 수 있는 대형화 설비를 효율적으로 처리할 수 있는 유가 금속 회수 방법에 대한 개발이 시급하다.
본 실시예에서는 저가의 포집 금속을 활용하여 폐기물 내 유가 금속을 효과적으로 포집하고, 포집 금속을 쉽게 제거하고 유가 금속을 농축할 수 있는 유가 금속의 회수 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법은, 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상의 철을 포함하는 포집 금속 용탕을 준비하는 단계; 상기 포집 금속 용탕에 유가 금속을 포함하는 폐기물을 투입하여 유가 금속을 포집하는 단계; 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계; 상기 농축된 유가 금속을 침출하는 단계; 상기 침출액 중 불순물을 제거하는 정제단계; 그리고 불순물이 제거된 정제액을 이용하여 고순도 유가금속 또는 유가금속화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 포집 금속 용탕을 준비하는 단계에서, 상기 포집 금속 용탕은, 제철공정에서 발생하는 선철 용탕, 고철을 녹인 용탕, 폐자원 자체에 포함된 철을 건식공정 중 녹인 용탕 및 페로니켈 공정 중간물 또는 완성품인 페로니켈 용탕 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 유가 금속을 포집하는 단계에서, 상기 폐기물에 포함된 유가 금속은, 철에 용해된 용융물, 철에 의해 환원된 환원물, 및 슬래그 형태 중 적어도 하나로 포집되는 것일 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 유가 금속이 포집된 포집 용탕에 슬래그 형성제를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 슬래그 형성제는 SiO2, CaO, Al2O3, MgO, CaCO3, 및 MgCO3·CaCO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 상기 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕에 산소를 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
산소 투입은, 랜스(lance) 및 튜이어(tuyere) 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
본 실시예는, 상기 산소와 함께 슬래그 형성제를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 포집 금속 용탕을 준비하는 단계는, 상기 포집 금속의 용융점보다 0oC 내지 300oC 높은 온도 범위에서 수행되고, 상기 유가 금속을 포집하는 단계는, 상기 유가금속이 포집된 금속 용탕의 용융점보다 0oC 내지 300oC 더 높은 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 상기 유가 금속의 농축도가 50% 이상이 되도록 수행될 수 있다.
상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 유가금속이 포집된 합금금속의 융점보다 50oC 내지 300oC 높은 범위에서 수행될 수 있다.
상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 상기 유가 금속이 포집된 포집 용탕에 황 성분을 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 황 성분은 유황분말, 용융 유황, 황화철 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 황 성분은 유가 금속 1 당량을 기준으로 당량의 50% 내지 150% 범위로 투입될 수 있다.
본 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법에 따르면, 저가의 포집 금속을 활용하여 폐기물 내 유가 금속을 포집하고 농축할 수 있기 때문에 후공정인 농축 공정을 쉽게 수행할 수 있어 생산성 및 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 포집된 유가 금속을 농축하는 단계의 반응성에 대한 열역학적 계산 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 농축 공정에서 산소 투입에 따라 산화되어 제거된 철의 양을 나타낸 것이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에서 유가 금속을 회수하는 방법은 용선 등의 포집 금속 용탕 및 유가 금속을 포함하는 폐자원(폐기물)을 이용하여 건식 공정 및 습식 공정을 거쳐 수행될 수 있다. 건식 공정은 목적하는 유가 금속을 포집하고 농축하는 공정을 포함하고, 습식 공정은 농축된 금속을 침출하고 고순도화하는 공정을 포함한다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법은, 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상의 철을 포함하는 포집 금속 용탕을 준비하는 단계, 상기 포집 금속 용탕에 유가 금속을 포함하는 폐기물을 투입하여 유가 금속을 포집하는 단계, 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계, 상기 농축된 유가 금속을 침출하는 단계, 상기 침출액 중 불순물을 제거하는 정제단계, 그리고 상기 정제액을 이용하여 고순도 유가금속 또는 유가금속화합물을 제조하는 단계를 포함한다.
먼저, 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상의 철을 포함하는 포집 금속 용탕을 준비하는 단계를 수행한다.
상기 포집 금속 용탕은, 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상의 철을 포함하는 고온의 용탕으로 예를 들면, 제철공정에서 나오는 선철 용탕(용선), 고철을 전기로 등에 녹인 용탕, 폐자원 자체에 포함된 철을 건식공정 중 녹인 용탕 및 페로니켈 공정 중간물 또는 완성품인 페로니켈 용탕 중 적어도 하나일 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같이 저렴한 재료를 포집 금속 용탕으로 활용하기 때문에 유가 금속 회수 공정의 경제성을 보다 향상시킬 수 있다.
이때, 포집 금속 용탕의 온도는 포집 금속의 융점보다 0 내지 300℃ 정도 높은 온도일 수 있다. 보다 구체적으로, 포집 금속 용탕의 온도는 포집 금속의 융점보다 50℃ 내지 150℃ 높은 온도일 수 있다. 포집 금속 용탕의 온도가 상기 범위 보다 낮을 경우 용탕 또는 슬래그의 응고가 발생할 수 있으며, 범위보다 높을 경우 로체의 내화물과의 반응이 촉진되어 로의 수명을 단축시킬 뿐 아니라 열에너지 소모량이 많은 단점이 있을 수 있다. .
포집 금속 용탕에서 철은, 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상, 보다 구체적으로 50 중량% 내지 100 중량%, 또는 80 중량% 내지 100 중량% 범위일 수 있다. 포집 금속 용탕 내 철의 함량이 50 중량% 미만인 경우, 철의 활동도가 낮아져 포집능력이 떨어질 수 있다.
유가 금속을 포함하는 폐기물은 특별히 한정되지 않는다. 다만, 본 실시예에서 폐기물 내에 함유된 유가 금속은 고온에서 철보다 산소 친화력이 낮은 금속을 주 목적으로 한다. 이러한 유가 금속은, 예를 들면, Cu, Ni, Co, Sn, Ag, 및 Pd 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 포집 금속 용탕에 유가 금속을 포함하는 폐기물을 투입하여 유가 금속을 포집하는 단계를 수행한다.
구체적으로, 반응로에 준비된 포집 금속 용탕을 투입한 후 융점보다 0℃ 내지 300℃ 높은 온도 범위로 유지시킨다. 이후 유가 금속을 포함하는 폐기물을 상기 반응로에 투입한다.
상기 유가 금속을 포집하는 단계에서, 상기 폐기물에 포함된 유가 금속은, 철에 용해된 용융물, 철에 의해 환원된 환원물, 및 슬래그 형태 중 적어도 하나로 포집될 수 있다.
구체적으로, 폐기물에 포함된 유가 금속이 금속 형태인 경우, 예를 들어, Ni, Co, Cu, Sn 등의 금속은 철에 용해된 용융물 형태로 포집된다.
또한, 폐기물에 포함된 유가 금속이 산화물 형태인 경우, 철에 비해 환원성이 강한 금속의 산화물, 예를 들면, Ni, Co, Cu, Sn 등의 산화물은 하기 반응식 1과 같은 반응으로 철에 의해 금속으로 환원되어 포집 금속 용탕에 포집된다.
[반응식 1]
MO + Fe(용탕) = FeO + M(용탕)
이때, M은 Ni, Co, Cu, Sn 등이다.
철에 비해 산화성이 강한 금속의 산화물, 예를 들면, Al, Mg, Si 등의 산화물은 슬래그 형태로 포집 금속 용탕 상부로 부상하여 분리된다. 즉, 철은 환원제의 역할과 포집 금속으로서의 역할을 동시에 한다.
본 실시예에서는, 상기 유가 금속이 포집된 포집 용탕에 슬래그 형성제를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 슬래그 형성제를 투입하는 경우 작업성이 용이한 슬래그가 만들어지므로 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.
슬래그 형성제는, 예를 들어, SiO2, CaO, Al2O3, MgO, CaCO3, 및 MgCO3·CaCO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
폐기물에 포함된 유가 금속이 황화물 형태인 경우, 하기 반응식 2와 같이 유가 금속 황화물들은 금속으로 환원되어 포집 금속 용탕에 포집 되고 철은 황화철이 되어 용탕 상부로 분리되게 된다. 다만, 상기 포집 금속 용탕 내에서 유가 금속이 지속적으로 포집 될 수 없는 것은 시간이 지남에 따라 포집 금속 용탕 내 철의 함량이 낮아지고, 이로 인해 산화물 또는 황화물을 더 이상 환원시킬 수 없기 때문이다.
[반응식 2]
MS + Fe(용탕) = FeS + M(용탕
이때, Ni, Co, Cu, Sn 등이다.
다음, 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계를 수행한다.
본 실시예에서 농축하는 단계는 상기 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕, 즉, 철과 유가 금속의 합금 용탕에 산소를 투입하는 단계를 포함한다.
상기 산소의 투입은, 랜스(lance) 및 튜이어(tuyere) 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
산소를 투입하는 경우 하기 반응식 3과 같이 반응하여, 포집 금속 용탕 내 철이 우선적으로 산화를 일으키며, 산화철의 형태로 용탕 상부로 분리되어 슬래그를 형성한다. 이때, 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕에 전술한 슬래그 형성제를 투입함으로써 공정 중 작업성이 용이한 슬래그 조성을 유지하게 한다. 물론 철에 포집된 금속이 철보다 산화력이 높은 금속의 경우, 예를 들어 Al, Zn, Si 등은 철에 앞서 먼저 산화물의 형태로 용탕 상부로 분리되어 슬래그를 형성한다.
[반응식 3]
Fe(용탕) + O2(g) + SiO2(슬래그 형성제) = 2FeO·SiO2 (슬래그)
상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계의 반응성에 대한 열역학적 계산 결과는 하기 표 1 및 도 2에 나타낸 것과 같다.
Input elements Input elements
유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕 Fe (용선) 1000
C (용선) 45
Cu 100
Ni 100
Sn 100
Pb 100
Zn 100
Co 100
O2 (g) 0-500
- 초기 용선 온도: 1400℃
- 초기 스크랩 온도: 25℃
- 반응온도: 1600℃
표 1 및 도 2를 참고하면, 포집 금속 용탕에 Cu, Ni, Sn, Pb, Zn, Co이 포집된 상태에서 산소를 투입하였을 때 Zn와 Pb는 흄(fume) 상태로 분리되고 철이 우선적으로 산화되는 것을 알 수 있다. 또한, 철이 산화되어 유가 금속이 농축됨에 따라 유가 금속도 산화가 일어나게 되는데 공정 중 용탕의 성분을 분석하여 유가 금속의 손실량과 농축도를 최적화 할 필요가 있다.
구체적으로, 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 철과 포집된 유가 금속의 합금 용탕의 융점보다 50℃ 내지 300℃ 더 높은 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 산화반응은 발열반응이기 때문에 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕의 온도가 너무 높아지지 않도록 제어해야 한다. 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕의 온도가 너무 낮으면 포집된 유가 금속 또는 슬래그가 응고되거나 점도가 높아 반응성이 떨어진다. 또한, 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕의 온도가 너무 높은 경우에는 반응로 내 내화물과 슬래그 반응에 의해 내화물 침식 등 내구성이 약화되는 문제가 있다. 따라서, 유가 금속이 포집된 포집 금속 합금용탕의 온도는 합금의 녹는점 보다 50 내지 100oC 높은 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 포집된 유가 금속을 농축하기 위하여 산소를 투입하는 공정 중 생성되는 슬래그 양이 증가하면 수시로 슬래그를 스키밍(skimming)하여 배출한다. 이후, 다시 슬래그 형성제를 투입한 후 산소 투입을 실시한다. 이렇게 여러 차례 슬래그를 배출함으로써 유가 금속의 손실을 줄일 수 있다.
또한 공정 후반부에는 금속용탕 내 유가금속의 농도가 높기 때문에 배출되는 슬래그에는 유가 금속이 상대적으로 다량 포함되어 배출된 슬래그를 다시 공정 전반기에 재 투입시킴으로써 유가 금속의 손실을 줄일 수 있다.
상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 상기 유가 금속의 농축도가 50% 이상, 보다 구체적으로 70% 이상이 되도록 수행될 수 있다.
유가 금속의 농도 합이 낮을 경우 후 공정에서 철을 제거하기 위한 부하가 높아 경제적이지 못한 문제점이 있다. 즉, 유가 금속의 농축도가 50% 이상인 경우 유가 금속 회수 공정의 경제성을 보다 향상시킬 수 있다.
유가 금속이 농축된 포집 금속 용탕은 응고 과정을 통해 괴형태 보다는 수분사 또는 공기 분사 등을 이용하여 작은 알갱이 또는 분말형태로 제조한다.
한편, 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는, 상기 유가 금속이 포집된 포집 용탕에 황 성분을 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 황 성분은 예를 들면, 유황분말, 용융 유황, 황화철 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 황 성분을 투입하는 경우, 이에 따라 유가 금속의 회수율을 보다 향상시킬 수 있다. 즉, 황 성분과 친화도가 높은 유가 금속은 산소 투입 공정 동안 황화물로 존재하고, 철이 우선적으로 산화되기 때문에 슬래그로 분리할 수 있다.
이때, 상기 황 성분은 유가 금속 1 당량을 기준으로 당량의 50% 내지 150% 범위, 보다 구체적으로 80% 내지 110% 범위로 투입될 수 있다. 예를 들어, Ni는 Ni3S2, Cu는 Cu2S, Co는 CoS 형태로 가정하여 황 성분 투입량을 계산한다
이와 같이 황 성분을 투입하는 경우, 농축 공정 이후 생성물은 주로 금속황화물과 금속이 복합되어 있는 형태이다. 황 성분의 투입 당량이 50% 미만인 경우에는 농축율을 높일 경우 유가 금속의 회수율이 다소 감소하는 문제가 있다, 황 성분의 투입 당량이 150%를 초과하는 경우에는 공정 중 발생하는 SO2 량이 과도하기 때문에 경제성이 떨어지고, 환경 오염 문제가 발생할 수 있다.
다음, 상기 농축된 유가 금속을 침출하는 단계를 수행한다.
즉, 상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계 이후 중간물인 금속 또는 금속 황화물을 침출하는 공정이다.
침출 방법은, 예를 들면, 산 침출, 암모니아 침출, 고압산화 침출 중 적어도 하나의 방법을 이용할 수 있으며, 중간물의 조성에 따라 공정 조건을 적절하게 조절할 수 있다.
한편, 침출액에는 목적하는 유가 금속 외에 불순물이 존재할 수 있다.
따라서, 상기 침출액 중 불순물을 제거하는 정제단계를 수행한다.
불순물 중 대표적인 것이 철이며, 철을 제거하기 위해서 산화조건에서 철을 3가의 철 이온으로 산화시킨 후 pH 조절을 통해 철을 제거할 수 있다. 산화조건으로는 침출액에 산소를 불어넣는 방법과 산화제를 투입하는 방법이 있을 수 있다. 산화제로는 H2O2, NaClO3 등을 사용할 수 있다.
또한 용액의 pH는 제거가 필요한 금속에 따라 조절을 하여야 한다.
철 이외의 금속, 예를 들면, Al, Si 등을 제거하기 위해서는 용액에 염기물질을 투입하여 pH를 약 5까지 상승시킨다. pH를 너무 올릴 경우 니켈, 코발트와 같은 유가 금속이 함께 수산화물로 석출되게 되어 원하는 유가 금속의 회수율 저하가 발생할 수 있다. 전술한 불순물들을 수산화물 형태로 침전시켜 고액분리를 통해 불순물을 분리한다.
다음, 상기 정제액을 이용하여 고순도 유가금속 또는 유가금속화합물을 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
예를 들면, 가 금속이 분리된 액을 증발결정화를 거쳐 고순도 화합물을 제조하거나, 전해 채취를 통해 고순도 금속을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실시예 1
선철을 포집 금속으로 이용하고, 폐리튬 이차 전지의 블랙 파우더를 폐기물로 이용하였다. 블랙 파우더에는 양극재 분말이 포함되어 있어 Ni과 Co가 산화물 형태로 존재한다. 상기 블랙 파우더에는, 블랙 파우더를 기준으로, Ni 35 중량%, Co 11 중량%가 존재하고 있다.
먼저, 선철을 유도로에서 용융시켜 포집 금속 용탕을 제조한 후 1400도를 유지하였다. 포집 금속 용탕에서 철의 함량은 용탕 100 중량%를 기준으로 98.5 중량%였다. 이후, 포집 금속 용탕을 교반하면서 블랙 파우더를 지속적으로 투입하였으며, 슬래그 형성제인 SiO2를 함께 투입하였다.
블랙 파우더가 투입되어 유가금속이 포집된 금속 합금용탕의 성분은 하기 표 2와 같다. 표 2에서 함량은 포집 용탕 100 중량%를 기준으로 한 각 성분의 중량%이다.
Fe Ni Co Mn Cu
55.6 35 5.76 0.105 0.047
유가 금속 포집 반응에 따라, 니켈 및 코발트 산화물은 철에 의하여 환원이 되어 포집 금속 용탕에 포집 되었으며, 환원재로 사용된 Fe는 산화되어 슬래그 형태로 분리되었다.
유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕의 상부에서 산소를 랜스(lance)를 이용하여 투입하여 철을 제거함과 동시에 포집된 유가 금속을 농축하였다. 산소와 함께 슬래그 형성제인 SiO2를 추가 투입하였다.
이때, 산화되어 제거된 철의 양은 하기 도 3에 나타내었다. 도 3을 참고하면 농축 공정에서 산소 투입에 따라 철이 산화되어 약 40%까지 제거된 것을 확인할 수 있다.
이때 Ni과 Co의 회수율은 초기 투입량 대비 농축 후 포집금속 내 질량으로 계산하였으며, 각각 99%, 90%였다.
실시예 2
본 실시예는 선철을 포집금속으로 사용하였으며, 니켈이 산화물로 있는 공정 오니를 건조하여 투입하였다.
포집공정 완료 후 니켈 몰수의 66%*1.2에 해당하는 몰수의 황을 투입하였다.
이때 공정 온도는 용탕의 융점이 약 1200도 정도이기 때문에 이보다 100도 높은 1300도정도를 유지하였으며, 황 투입으로 인해 공정 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다. 황이 포함된 포집 금속 용탕에 산소를 투입하여 철을 제거하여 니켈의 농도를 증가시켰으며, 이와 함께 SiO2를 투입하여 산화된 FeO를 슬래그 형태로 분리하였다.
공정을 반으로 나누어 초기에 발생한 슬래그는 폐기하였으며, 후기에 발생한 슬래그는 다음 포집금속용탕 농축공정의 초기 슬래그 생성재로 재활용하였다.
이러한 공정을 반복하여 수 차례 반복하였다. 이러한 농축공정 전 후의 성분을 하기 표 3에 정리하였다. 이때 니켈의 회수율은 초기 투입량 대비 농축 후 포집금속 내 질량으로 계산하였으며 니켈의 회수율은 98% 수준이었다.
Fe Ni S
농축 전 70.2 16.8 6.4
농축 후 5 73.2 20
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 용탕 100 중량%를 기준으로 50 중량% 이상의 철을 포함하는 포집 금속 용탕을 준비하는 단계;
    상기 포집 금속 용탕에 유가 금속을 포함하는 폐기물을 투입하여 유가 금속을 포집하는 단계;
    상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계;
    상기 농축된 유가 금속을 침출하는 단계;
    상기 침출액 중 불순물을 제거하는 정제단계; 그리고
    상기 정제액을 이용하여 고순도 유가금속 또는 유가금속화합물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포집 금속 용탕을 준비하는 단계에서,
    상기 포집 금속 용탕은, 제철공정에서 발생하는 선철 용탕, 고철을 녹인 용탕, 폐자원 자체에 포함된 철을 건식공정 중 녹인 용탕 및 페로니켈 공정 중간물 또는 완성품인 페로니켈 용탕 중 적어도 하나인 유가 금속의 회수 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유가 금속을 포집하는 단계에서,
    상기 폐기물에 포함된 유가 금속은, 철에 용해된 용융물, 철에 의해 환원된 환원물, 및 슬래그 형태 중 적어도 하나로 포집되는 것인 유가 금속의 회수 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유가 금속이 포집된 포집 용탕에 슬래그 형성제를 투입하는 단계를 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬래그 형성제는 SiO2, CaO, Al2O3, MgO, CaCO3, 및 MgCO3·CaCO3 중 적어도 하나를 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는
    상기 유가 금속이 포집된 포집 금속 용탕에 산소를 투입하는 단계를 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    산소 투입은, 랜스(lance) 및 튜이어(tuyere) 중 적어도 하나를 이용하여 수행되는 유가 금속의 회수 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산소와 함께 슬래그 형성제를 투입하는 단계를 더 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포집 금속 용탕을 준비하는 단계는,
    상기 포집 금속의 용융점보다 0oC 내지 300oC 높은 온도 범위에서 수행되고,
    상기 유가 금속을 포집하는 단계는,
    상기 유가금속이 포집된 금속 용탕의 용융점보다 0oC 내지 300oC 더 높은 온도 범위에서 수행되는 유가 금속의 회수 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는
    상기 유가 금속의 농축도가 50% 이상이 되도록 수행되는 유가 금속의 회수 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는,
    유가금속이 포집된 합금금속의 융점보다 50oC 내지 300oC 높은 범위에서 수행되는 유가금속의 회수방법
  12. 제1항에 있어서,
    상기 포집된 유가 금속을 농축하는 단계는,
    상기 유가 금속이 포집된 포집 용탕에 황 성분을 투입하는 단계를 더 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 황 성분은 유황분말, 용융 유황, 황화철 중 적어도 하나를 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 황 성분은 유가 금속 1 당량을 기준으로 당량의 50% 내지 150% 범위로 투입되는 것인 유가 금속의 회수 방법.

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