KR20230024357A - 전자 폐기물로부터 금속을 회수하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제8족 내지 제14족의 금속들, 특히 미정제 구리를 회수하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 i) 제련 반응기 내로 전자 폐기물을 포함한 이송 혼합물을 공급하여 용융함으로써, 제1 금속상 및 제1 슬래그상을 포함하는 제1 용융물이 형성되게 하는 공급 및 용융 단계; ii) 제련 반응기로부터 제1 슬래그상을 분리하는 분리 단계; iii) 경우에 따라 구리 함유 폐기물들을 첨가하면서 산소 함유 가스를 이용하여 잔존하는 제1 금속상을 정련함으로써, 제2 구리 농축 슬래그상이 형성되게 하는 정련 단계; iv) 제2 슬래그상을 경우에 따라 분리하고 단계 iii)를 반복하는 경우에 따른 분리 및 반복 단계; v) 제련 반응기로부터 정련된 제1 금속상을 분리하는 분리 단계; 및 vi) 잔존하는 제2 구리 농축 슬래그상 내에 전자 폐기물을 포함한 추가 이송 혼합물을 첨가하고 공정 단계들 i) 내지 vi)를 반복하는 첨가 및 반복 단계를 포함한다.

Description

전자 폐기물로부터 금속을 회수하는 방법

본 발명은 전자 폐기물로부터 제8족 내지 제14족의 금속을 회수하는 방법에 관한 것이다.

상기 유형의 방법들은 종래 기술에서 기본적으로 공지되어 있다. 이와 같이, 인터넷 주소 https://www.totalmateria.com에는, 논문 "Ausmelt/Isasmelt Matte Smelting(매트 정련): 제1편"; '구리 함유 폐기물을 재활용하기 위한 방법의 설명'이 있다. 구체적으로, 상기 방법에 따르면, 상기 유형의 폐기물이 상부로부터 원통형 노 용기(furnace vessel) 내로 투입되고 노 용기의 내부에서는 상취 랜스(top lance)에 의해 상부로부터 로 내로 유입되는 산소 농축 공기를 공급받는다. 이런 방식으로, 투입된 폐기물은 용융되고, 로 내에서는 부유(floating)하는 슬래그상(slag phase)과 함께 금속상(metallic phase)이 형성된다. 이런 이종상(heterogeneous phase)들은 모두 함께 정기적으로 용기로부터 출탕된다. 슬래그상으로부터 높은 구리 함량을 갖는 금속상의 분리는 원통형 노 용기의 바깥쪽에서 비로소 수행된다.

그 밖에도, 중국 특허출원 CN 108224433 A호는 특히 구리의 회수를 목적으로 전자 폐기물을 재활용하기 위한 방법을 개시하고 있다. 상기 방법에 따르면, 전자 폐기물은 장입 재료로서 우선 계량되고 혼합되어 분쇄되고, 그런 후에 전자 폐기물은 후속하여 예열된 회전로(rotation furnace) 내로 투입된다. 전자 폐기물은 상기 회전로에서 산소 및 기상 연료를 공급받는다. 그런 다음, 장입 재료는 용융되어 금속상과 슬래그상을 형성한다. 산소의 취입 처리(blow treatment) 후에, 금속상 및 슬래그상의 별도의 출탕이 수행된다.

유럽 특허출원 EP 1 609 877 A1호는, 회전 반응기(rotating reactor) 내에서 특히 전자 폐기물과 같은 금속 함유 폐기물을 장입 방식으로 처리하기 위한 방법을 개시하고 있다. 장입 재료, 다시 말해 특히 전자 폐기물은, 실질적으로 작동 동안 연속적인 장입을 허용하는 크기의 파편(fraction)들로 구성된다. 반응기 내에서, 재료는 용융되며, 그럼으로써 실질적으로 모든 유기 물질이 없는 처리된 제품이 형성되게 되는데, 그 이유는 장입 재료에서 원래의 유기 성분이 용융 동안 연소되기 때문이다.

상기 종래 기술의 배경에서, 그 밖에도 전자 폐기물에서 금속을 회수하기 위한 개선된 방법에 대한 수요가 존재하는 것으로 확인하였다.

그러므로 본 발명의 과제는, 제8족 내지 제14족의 금속을 회수하는, 종래 기술에 비해 개선된 방법을 명시하는 것에 있으며, 특히 제8족 내지 제14족의 금속들 중 적어도 하나가 투입되는 전자 폐기물로부터 정량적으로 회수하는 방법을 명시하는 것에 있다.

상기 과제는, 본 발명에 따라서, 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방법을 통해 해결된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성들은 종속적으로 기재된 청구항들에 명시되어 있다. 종속적으로 기재된 청구항들에 개별적으로 제시되는 특징들은 기술적으로 유의미한 방식으로 상호 간에 조합될 수 있고 본 발명의 또 다른 구성들을 정의할 수 있다. 더 나아가, 청구범위에 명시된 특징들은 명세서에 보다 더 상세하게 표현되고 설명되며, 본 발명의 또 다른 바람직한 구성들도 설명된다.

제8족 내지 제14족, 바람직하게는 제8족 내지 제11족 및 제14족의 금속들 및 특히 미정제 구리(raw copper)를 회수하기 위한 본 발명에 따른 방법은 아래의 단계:

i) 제련 반응기 내로 전자 폐기물을 포함한 이송 혼합물(feed mixture)을 공급하여 용융함으로써, 제1 금속상 및 제1 슬래그상을 포함하는 제1 용융물이 형성되게 하는 공급 및 용융 단계;

ii) 제련 반응기로부터 제1 슬래그상을 분리하는 분리 단계;

iii) 경우에 따라 구리 함유 폐기물들을 첨가하면서 산소 함유 가스를 이용하여 잔존하는 제1 금속상을 정련함으로써, 제2 구리 농축 슬래그상이 형성되게 하는 정련 단계;

iv) 제2 슬래그상을 경우에 따라 분리하고 단계 iii)를 반복하는 경우에 따른 분리 및 반복 단계;

v) 제련 반응기로부터 정련된 제1 금속상을 분리하는 분리 단계; 및

vi) 잔존하는 제2 구리 농축 슬래그상 내에 전자 폐기물을 포함한 추가 이송 혼합물을 첨가하고 공정 단계들 i) 내지 vi)를 반복하는 첨가 및 반복 단계;

를 포함한다.

놀라운 사실로 확인된 점에 따르면, 정련/전환(conversion) 동안 산화구리로서 제2 슬래그상 내에서 농축되어 제2 구리 농축 슬래그상 내에 존재하는 미정제 구리는, 제련 반응기 내에서 지배적인 환원 조건의 결과로, 다음 장입물(charge) 또는 추가 이송 혼합물의 용융 동안 그 다음에 새로운 제1 금속상으로 천이되고 이런 제1 금속상으로부터 직접 회수될 수 있다. 그에 따라, 본원 방법을 연속해서 계속 진행하는 것을 통해, 단지 구리가 가능한 한 대폭 감소되어 있는 슬래그상만이 회수된다. 이에 따라, 이처럼 산화된 구리를 현장에서 회수하는 것을 통해, 회수된 금속상은 증가된 미정제 구리 함량을 함유한다. 또한, 놀라운 사실로 확인된 점에 따르면, 전체 공정은, 여전히 액상인 잔여 슬래그 및 제2 구리 농축 슬래그상 각각을 계속 사용하는 것을 통해, 향상된 에너지 균형(energy balance)을 나타내며, 그리고 잔여 슬래그의 산화구리의 화학 결합된 산소를 통해 각각의 추가 이송 혼합물을 이용하여 진행되는 연소 반응이 보조된다.

최대한 용융되고 그에 따라 점성이 너무 높지 않은 슬래그를 회수하기 위해, 전체 공정은 최소한 1150℃의 온도에서, 보다 더 바람직하게는 최소한 1200℃의 온도에서, 훨씬 더 바람직하게는 최소한 1225℃의 온도에서, 가장 바람직하게는 1250℃의 온도에서 운영된다. 그러나 공정의 온도는 설비 기술적인 이유에서 최대 온도를 초과해서는 안 된다. 그러므로 공정 중 최대 온도는 1400℃이며, 바람직한 경우는 1375℃의 최대 온도이고, 보다 더 바람직한 경우는 1350℃의 최대 온도이며, 가장 바람직한 경우는 1325℃의 최대 온도이다.

본 발명에 따른 방법은 전자 폐기물의 건식 야금 가공을 위해 제공된다. 이에 따라서, 기본적으로 최대 100중량 퍼센트의 전자 폐기물이 이송 혼합물로 투입될 수 있다.

"전자 폐기물"이란 용어는 본 발명의 의미에서 한편으로 EU 지침 2002/96/EC에 상응하게 정의되는 전자 레거시 장치(electronic legacy device)들을 의미한다. 상기 지침에 의해 파악되는 장치 카테고리들은, 대형 가정 기기; 소형 가정 기기; IT 및 통신 기기; 전자오락기구의 기기; 조명 기구; 전기 및 전자 공구(고정되어 있는 산업용 대형 공구는 제외); 전기 장난감뿐만 아니라 스포츠 및 여가 기기; 의료 기기(이식되고 전염된 모든 제품은 제외); 모니터링 및 점검 공구; 및 자동 출력 장치를 포함하는 계열(series)에서 기인하는 온전한, 그리고/또는 (부분) 분해된 구성요소(component)들에 관계된다. 상응하는 장치 카테고리에 속하는 개별 제품들과 관련하여서는 지침의 별첨 IB가 참조된다.

또한, "전자 폐기물"이란 용어는 전자 폐기물 가공에서 기인하는 잔류물들 및/또는 부산물들 역시도 의미한다.

전자 폐기물은 이송 혼합물의 안쪽에 개별 파편들의 형태로, 그리고/또는 각각의 구성요소들의 혼합물들의 형태로 존재할 수 있다.

공정에는, 경우에 따라 단계 iii)에서 구리 함유 폐기물들이 냉각을 목적으로 첨가될 수 있다. "구리 함유 폐기물"이란 용어는, 본 발명의 의미에서, 예컨대 금속 구리 스크랩, 처마의 구리 물받이 홈통, 및/또는 구리 및/또는 구리 합금 제조 및/또는 그 가공 중 발생하는 건조된 구리 함유 선광 찌꺼기 및/또는 분진처럼, 유의적인 질량분율의 구리를 함유하고 언급한 EU 지침 2002/96/EC에는 포함되지 않는 그 모든 구리 함유 폐기물을 의미한다.

전자 폐기물은, 실질적으로 특히 플라스틱과 같은 탄화수소 함유 구성요소들의 형태인 유기물 함량뿐만 아니라, 특히 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 납 및/또는 주석, 그리고 경우에 따라, 안티몬, 티타늄 및/또는 이트륨을 포함하는 계열에서 선택되는 원소들과 같은 금속 구성요소들을 함유한다.

그러나 탄화수소 함유 구성요소들의 형태인 유기물 함량은 이송 혼합물에서 너무 적어서는 안 되는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 충분한 연소 반응이 발생하지 않기 때문이다. 그러므로 전자 폐기물 내에서, 또는 이송 혼합물 내에서 탄화수소 함유 구성요소들의 비율은 바람직하게는 최소한 5.0중량 퍼센트이며, 보다 더 바람직하게는 최소한 10.0중량 퍼센트이다. 최대 함량과 관련하여 전자 폐기물 및 이송 혼합물은 각각 제한되고 그로 인해 바람직하게는 최대한 80.0중량 퍼센트, 보다 더 바람직하게는 최대한 70.0중량 퍼센트, 훨씬 더 바람직하게는 최대한 60.0중량 퍼센트이며, 가장 바람직하게는 최대한 50.0중량 퍼센트이다.

가용한 전자 폐기물이 의도한 비율의 유기물 함량을 함유하지 않고 그에 따라 필요한 발열량을 보유하지 않는 점에 한해, 이송 혼합물에는 목표한 양의 통상적인 연료가 첨가될 수 있다. 이와 관련하여, 통상적인 연료는 예컨대 석탄, 코크스, 그리고 천연가스, 프로판, 수소와 같은 가연성 가스, 또는 통상의 기술자에게 공지된 또 다른 가스들을 포함한다.

고체 및/또는 기체 연료의 공급은 제련 반응기 안쪽으로 돌출되어 있는 랜스, 또는 하나 이상의 노즐과 같은 공급 장치를 통해 수행될 수 있다.

단계 i)에 따른 이송 혼합물의 용융은, 일반적으로 대기 중 산소가 존재하는 상태에서 수행된다. 용융 공정 동안 연속해서 제련 반응기 내로 유입되는, 경우에 따라 산소 농축 공기의 형태인, 또는 산소 함유 가스의 형태인 대기 중 산소의 첨가를 통해, 공급되는 이송 혼합물에서 기인하는 탄화수소의 연소가 수행된다. 이 경우, 연소 및 그에 따른 열 발생은 첨가되는 산소량을 통해 목표하는 대로 제어될 수 있다. 원칙적으로, 이송 혼합물 내의 탄화수소의 비율이 더욱더 높을수록, 첨가되는 연소 공기의 산소 함량은 더욱더 적어질 수 있다는 점이 적용된다. 그러나 공기 조성을 기반으로, 상기 산소 함량은 항상 최소한 20.5부피 퍼센트이다.

이송 혼합물 내 탄화수소의 비율이 적은 경우, 용융 공정은, 연소 공기 중 산소 함량이 최대 100부피 퍼센트인 조건에서 수행될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법의 단계 i)는, 용융물의 표면 상에서 항상 환원 분위기(reducing atmosphere)를 형성하기 위해, 산소 함유 가스의 선택적인 취입을 통해 보조된다. 그러므로 반응은, CO₂ 및 H₂O로 탄화수소의 완전한 연소가 수행되는 것이 아니라, 마찬가지로 공정 가스 내에 CO, H₂의 함량이 형성되는 방식으로 설정된다.

이송 혼합물의 용융 동안, 미정제 구리뿐만 아니라, 추가 중금속들, 특히 납(Pb), 주석(Sn), 아연(Zn), 니켈(Ni), 및 귀금속인 금(Au) 및 은(Ag)을 함유하는 금속상이 형성된다. 이송 혼합물의 전자 폐기물의 광물성 구성성분들은, 특히 납(Pb), 주석(Sn), 니켈(Ni), 철(Fe), 규소(Si), 티타늄(Ti), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등과 같은 산소 친화성 원소들의 산화물들과 함께 상대적으로 더 가벼운 슬래그상을 형성한다.

용융물 표면 상에서 연소의 완전성을 통해서는, 용융물 표면 상에서의 입열(heat input) 및 동반 원소(accompanying element)들의 산화도(oxidation degree)의 정도가 동시에 제어된다. 이런 방식으로, 원소 알루미늄 또는 규소와 같은 의도되지 않은 구성성분들이 선택적으로 산화되어 목표한 바대로 슬래그상으로 천이된다. 그러므로 회수되는 금속상은 두 원소의 잔여 함량이 각각 0.1중량 퍼센트 미만(< 0.1wt%)인 것을 특징으로 한다.

단계 i)에서 공정에 너무 많은 양의 산소가 공급된 점에 한해, 제1 슬래그상은 바람직하게는 환원제에 의해 환원될 수 있다. 이로써, 제1 슬래그상은 정화되고 재환원되며, 그럼으로써 예컨대 SnO, Cu₂O, NiO, PbO 및/또는 ZnO와 같은 경우에 따라 존재하는 중금속 산화물들은 자신의 금속 형태로, 그리고 그에 따라 금속상으로 천이될 수 있게 된다.

제련 반응기로서는, 예컨대 경동 가능한 반응 전로(reaction converter), 특히 이른바 상취 회전 전로(TBRC; Top Blowing Rotary Converter), 또는 경동 가능한 스탠드 전로(stand converter)와 같은 야금 용기가 제공된다. 바람직한 실시 변형예에서, 야금 용기는 금속상을 출탕하기 위한 제1 출탕 개구부 및/또는 슬래그상을 출탕하기 위한 제2 출탕 개구부를 포함한다. 이 경우, 금속상을 출탕하기 위한 출탕 개구부는 바람직하게는 상응하는 제련 반응기의 바닥부에, 그리고/또는 그의 측벽부에 배치되며, 그럼으로써 금속상은 상기 출탕 개구부를 통해 인출될 수 있게 된다.

바람직한 실시 변형예에서, 이송 혼합물, 특히 이송 혼합물들 각각은, 전체 이송 혼합물과 관련하여, 최소한 10.0중량 퍼센트의 양으로, 보다 바람직하게는 최소한 15.0중량 퍼센트의 양으로, 훨씬 더 바람직하게는 최소한 20.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 25.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 30.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 35.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 40.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 45.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 50.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 55.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 60.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 65.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 70.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 80.0중량 퍼센트의 양으로, 여전히 바람직하게는 최소한 90.0중량 퍼센트의 양으로, 그리고 가장 바람직하게는 최소한 95.0중량 퍼센트의 양으로 전자 폐기물을 포함한다.

또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 이송 혼합물은 슬래그 형성제를 포함하고, 그리고/또는 상기 슬래그 형성제는 단계 i) 및/또는 iii)에서 공정에 첨가된다. 이와 관련하여, 특히 바람직하게는, 이송 혼합물은, 이송 혼합물 내에 존재하는 전자 폐기물의 질량분율의 최소한 1/8의 양으로, 보다 더 바람직하게는 최소한 1/5의 양으로, 훨씬 더 바람직하게는 최소한 1/3의 양으로 슬래그 형성제를 포함한다. 슬래그 형성제는 바람직하게는 철, 산화칼슘, 산화철, 산화규소, 산화마그네슘, 산화나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산나트륨, 및/또는 수산화칼슘, 수산화철, 수산화마그네슘, 수산화나트륨 및/또는 이들의 혼합물들을 포함하는 계열에서 선택된다.

바람직하게는, 전자 폐기물 또는 이송 혼합물은 (원소 단위로) 최소한 0.1중량 퍼센트의 알루미늄 함량, 보다 더 바람직하게는 최소한 0.5중량 퍼센트의 알루미늄 함량, 훨씬 더 바람직하게는 최소한 1.0중량 퍼센트의 알루미늄 함량, 그리고 가장 바람직하게는 최소한 3.0중량 퍼센트의 알루미늄 함량을 포함한다. 전자 폐기물 또는 이송 혼합물은, 원소 알루미늄의 최대 함량과 관련하여 제한되는데, 그 이유는 너무 높은 알루미늄 함량이 슬래그상의 점도 및 그에 따른 유동성에 대해서뿐만 아니라, 금속상과 슬래그상 간의 분리 거동에 대해서도 부정적으로 작용하기 때문이다. 그러므로 전자 폐기물 또는 이송 혼합물은 바람직하게는 기껏해야 20.0중량 퍼센트의 알루미늄, 보다 더 바람직하게는 기껏해야 15.0중량 퍼센트의 알루미늄, 훨씬 더 바람직하게는 기껏해야 11.0중량 퍼센트의 알루미늄, 그리고 가장 바람직하게는 기껏해야 8.0중량 퍼센트의 알루미늄을 함유한다.

전자 폐기물 또는 이송 혼합물이 5.0중량 퍼센트 미만의 알루미늄 함량을 함유하는 점에 한해, 바람직하게는 공정에는, 바람직하게는 단계 i)에서, 이송 혼합물 내에 함유된 전자 폐기물의 양과 관련하여 최대 25.0중량 퍼센트의 양으로 슬래그 형성제가 첨가된다. 전자 폐기물 또는 이송 혼합물이 보다 더 높은 알루미늄 함량, 특히 5.0 ~ 10.0중량 퍼센트의 알루미늄 함량을 함유하는 점에 한해, 공정에, 바람직하게는 단계 i)에서 첨가되는 슬래그 형성제들의 양은 바람직하게는 10.0 ~ 45.0중량 퍼센트이다. 전자 폐기물 또는 이송 혼합물이 훨씬 더 높은 알루미늄 함량, 특히 10.0중량 퍼센트를 초과하는 알루미늄 함량(> 10.0wt%)을 함유하는 점에 한해, 공정에, 바람직하게는 단계 i)에서 첨가되는 슬래그 형성제들의 양은 바람직하게는 20.0 ~ 60.0중량 퍼센트이다.

바람직하게는, 이송 혼합물은, 용융된 상태, 다시 말해 액상 응집 상태에서 자신의 점도가 0.01 내지 10.0Pa*s의 범위, 보다 더 바람직하게는 0.05 내지 10.0Pa*s의 범위, 훨씬 더 바람직하게는 0.1 내지 10.0Pa*s의 범위, 그리고 가장 바람직하게는 0.1 내지 5.0Pa*s의 범위가 되는 방식으로 구성된다.

제련 반응기 내로의 장입 및 그에 따른 에너지 공급은 상이한 입도(grain size)들을 통해, 특히 너무 큰 입도들을 통해 불균일할 수 있으며, 그런 까닭에 이를 통해 용융 공정 동안 의도되지 않는 상태들이 형성되게 된다. 그러므로 전자 폐기물은 분쇄된 형태로 공급되고, 분쇄 공정을 기반으로, 예컨대 분진들 및/또는 가루형 파편들과 같은 보다 더 작은 불가피한 파편들도 항상 함께 포함되어 있다.

바람직하게는, 전자 폐기물은, 20.0인치 미만의 입도로, 보다 더 바람직하게는 15.0인치 미만의 입도로, 훨씬 더 바람직하게는 12.0인치 미만의 입도로, 여전히 바람직하게는 10.0인치 미만의 입도로, 여전히 바람직하게는 5.0인치 미만의 입도로, 매우 특히 바람직하게는 2.0인치 미만의 입도로 분쇄된다. 그러나 0.1인치의 입도, 바람직하게는 0.5인치의 입도, 보다 더 바람직하게는 1.5인치의 입도는 하회되지 않아야 한다. 이와 관련하여, 전자 폐기물이 그 외에도 단계 i)에 따라서 압축물(pressed object)의 형태로 공급될 때 매우 바람직한 것으로서 증명되었다. 이로써, 한편으로 제련 반응기의 반응기 챔버가 최적으로 활용되고, 다른 한편으로는 용융 공정은 가속화된다.

"압축물"이란 용어는 본 발명의 의미에서 분쇄된 전자 폐기물이 압축되어 형성된 조각(piece)을 의미한다. 이런 점에서, 압축물들은 조개탄(briquette), 펠릿 및/또는 응집 패키지(agglomerate package)의 형태를 형성할 수 있다.

본 발명 및 기술적 환경은 하기에서 일 실시예에 근거하여 보다 더 상세하게 설명된다. 여기서 주지할 사항은, 본 발명이 설명되는 실시예를 통해 제한되지 않아야 한다는 점이다. 특히 분명히 다른 방식으로 설명되어 있지 않은 점에 한해, 설명되는 내용의 부분 양태들을 발췌하여, 본원 명세서에서의 다른 구성요소들 및 지식들과 조합할 수도 있다.

실시예:

본원 방법은 기본적으로 주기계(periodic system)에서 제8족 내지 제14족의 비철 금속들의 회수를 위해 제공된다. 본 실시 변형예에서, 상기 방법은 특히 전자 폐기물들에서 미정제 구리의 회수를 위해 제공되며, 마찬가지로 유의미한 비율의 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)도 회수된다.

제1 공정 단계에서, 우선 68중량 퍼센트의 전자 폐기물뿐만 아니라 잔여물로 25중량 퍼센트의 산화철 첨가물 및 7중량 퍼센트의 SiO₂ 첨가물의 형태인 슬래그 형성제를 포함하는 이송 혼합물을 공급하였다.

공급되는 전자 폐기물은 분쇄된 전자 폐기물로 압축한 1.5 내지 2.5인치의 크기를 갖는 압축물들로 구성하였다. 전자 폐기물의 조성은 18중량 퍼센트의 Cu; 25중량 퍼센트의 탄화수소; 7중량 퍼센트의 Al; 12중량 퍼센트의 Si; Pb, Sn, Ni, Cr 및 Zn을 포함하는 계열로 이루어진 7중량 퍼센트의 중금속들; 3중량 퍼센트의 Ca; 2중량 퍼센트의 할로겐; 및 5중량 퍼센트의 Fe; 그리고 잔류물로 화학 결합된 산소;뿐만 아니라 불가피한 불순물들;로 하였다.

이송 혼합물은 회전하는 제련 반응기, 여기서는 회전하는 TBRC 내에서 대기 중 산소가 존재하는 상태에서 용융하였다. 이를 위해, 제련 반응기 내에서 혼합물은 버너를 이용하여 점화하여 열분해 반응을 시작하였다. 이송 혼합물은 약 9800KJ/kg의 발열량을 나타냈다.

연소 반응 및 그에 따른 열 발생은 첨가되는 산소량을 통해 목표하는 바대로 제어할 수 있었다. 대기 중 산소의 부피 유량은, 용융물의 표면 상에서 항상 환원 분위기가 지배하도록 하고, CO₂ 및 H₂O로 유기 성분의 완전한 연소가 수행되는 것이 아니라, 공정 가스 내에 비함량(specific content)의 CO 및 H₂가 존재하도록 매칭시켰다. 상기 CO 및 H₂는 제련 반응기의 상부 부분에서, 또는 제련 반응기의 바깥쪽에서 연소하였다.

수 분 후에, 약 1200 ~ 1300℃의 온도에서, 제1 금속상과, 이 제1 금속상 상에서 부유하는 제1 슬래그상을 포함한 제1 용융물이 형성되었다. 그런 다음, 상기 제1 용융물은 제련 반응기의 측벽부에 배치된 출탕 개구부를 통해 제2 공정 단계에 따라서 분리하였다. 슬래그상은 분석하였고 0.3 ~ 2.0중량 퍼센트의 구리 함량 및 약 0.3Pa*s의 점도를 보유하는 것으로 확인하였다.

약 97중량 퍼센트의 구리 함량을 보유하여 제련 반응기 내에 잔존하는 제1 금속상은 추가 공정 단계에서 산소 함유 가스를 이용하여 정련하고 전환하였다. 이를 위해, 랜스를 통해 산소 농축 공기를 제1 금속상 내로 취입하였고, 그럼으로써 납(Pb), 주석(Sn), 니켈(Ni), 철(Fe), 규소(Si), 티타늄(Ti), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등처럼 금속상 내에 존재하는 산소 친화성 원소들은 금속상으로부터 산화되게 하였다. 공정 단계는 경우에 따라 슬래그 형성제들의 첨가를 통해 보조할 수 있었고, 냉각 스크랩(cooling scrap)으로서 냉각 구리 함유 폐기물의 첨가를 통해 열적으로 조절할 수 있었다. 이렇게 형성된 제2 슬래그상 역시도 금속상에 비해 더 적은 밀도를 나타냈다. 전환하는 공정 단계는 여기서는 2회 반복하였으며, 각각의 전환 단계 이후 형성된 슬래그상을 표면에서 인출하여 조성과 관련하여 분석하였다. 최종 전환 단계에서는 약 20중량 퍼센트의 산화구리(Cu₂O)의 형태로 구리 함량을 포함하는 구리 농축 슬래그상이 형성되었다.

제련 반응기의 바닥부에 배치되는 추가 출탕 개구부를 통해서는 정련/전환된 제1 금속상을 제련 반응기에서 배출하였고, 그에 반해 최종 전환 단계의 구리 농축 슬래그상은 제련 반응기 내에 잔존하게 하였다.

그런 다음, 전자 폐기물을 포함한 신규 이송 혼합물을 구리 농축 슬래그상 상에 공급하여 용융함으로써, 단계 i)에 따른 신규 배치(batch)를 이용한 공정을 시작하였다. 이 경우, 제2 이송 혼합물은 제1 이송 혼합물과 동일한 조성을 보유하게 했지만, 그러나 이는 반드시 그럴 필요는 없다. 용융 동안 지배적인 환원 조건들을 통해, 슬래그상의 미정제 구리 함량 및 중금속 함량을 곧바로 회수할 수 있었다. 이런 방식으로, 슬래그상의 재용융은 방지할 수 있기 때문에, 제련 반응기 내에 잔존하는 슬래그의 톤당 약 350kWh의 에너지를 절약할 수 있었다.

Claims (12)

1. 제8족 내지 제14족의 금속들, 특히 미정제 구리를 회수하기 위한 금속 회수 방법에 있어서, 상기 금속 회수 방법은,
   i) 제련 반응기 내로 전자 폐기물을 포함한 이송 혼합물을 공급하여 용융함으로써, 제1 금속상 및 제1 슬래그상을 포함하는 제1 용융물이 형성되게 하는 공급 및 용융 단계;
   ii) 상기 제련 반응기로부터 상기 제1 슬래그상을 분리하는 분리 단계;
   iii) 경우에 따라 구리 함유 폐기물들을 첨가하면서 산소 함유 가스를 이용하여 잔존하는 제1 금속상을 정련함으로써, 제2 구리 농축 슬래그상이 형성되게 하는 정련 단계;
   iv) 제2 슬래그상을 경우에 따라 분리하고 단계 iii)를 반복하는 경우에 따른 분리 및 반복 단계;
   v) 상기 제련 반응기로부터 정련된 제1 금속상을 분리하는 분리 단계; 및
   vi) 잔존하는 제2 구리 농축 슬래그상 내에 전자 폐기물을 포함한 추가 이송 혼합물을 첨가하고 공정 단계들 i) 내지 vi)를 반복하는 첨가 및 반복 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 슬래그상은 환원제에 의해 환원되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전체 공정은 최소한 1150℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 혼합물은 최소한 10중량 퍼센트의 양으로 상기 전자 폐기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 혼합물은 슬래그 형성제를 포함하고, 그리고/또는 상기 슬래그 형성제는 단계 i) 및/또는 iii)에서 공정에 첨가되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 이송 혼합물은, 상기 이송 혼합물 내에 존재하는 상기 전자 폐기물의 질량분율의 최소한 1/8의 양으로 상기 슬래그 형성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는, 철(금속), 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화나트륨, 산화규소, 산화철, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산나트륨, 탄산규소, 탄산철, 및/또는 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화나트륨, 수산화규소, 수산화철을 포함하는 계열에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 폐기물은 0.1 내지 20.0중량 퍼센트의 알루미늄 함량을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 폐기물은 5.0 내지 80.0중량 퍼센트의 유기물 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 폐기물은 20인치 미만의 입도로 분쇄되며, 그리고 경우에 따라 압축물의 형태로 단계 i)에 따라서 공급되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 i)는 산소 함유 가스의 선택적인 취입을 통해 보조되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속상은 상기 제련 반응기의 바닥부에, 그리고/또는 그의 측벽부에 배치되는 출탕 개구부를 통해 인출되는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.