KR20240063102A - 산화아연 잔류물의 리사이클링을 위한 프로세스 및 플랜트 - Google Patents
산화아연 잔류물의 리사이클링을 위한 프로세스 및 플랜트 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스 및 그 관련된 플랜트에 관한 것이다. 이로써, 상기 산화아연 잔류물들은 0.3 mm 와 5 mm 사이, 바람직하게는 0.5 mm 와 2 mm 사이의 크기 d80 를 갖는 입자들로 과립화된다. 이들 입자들은 하소물(calcine)을 형성하도록 유동층에서 500 내지 1,200℃, 바람직하게는 800 내지 1,100℃ 범위의 온도에서 열처리되는 로스터 내로 공급된다. 상기 산화아연 잔류물들은 킬른, 서브머지 랜스 노(submerges lances furnace), 철 환원로, 갈바나이징 및/또는 리사이클링 프로세스, 특히 철, 구리, 납, 니켈 및/또는 전자 스크랩의 리사이클링으로부터 나오는 d80 100 ㎛ 미만의, 바람직하게는 d80 75 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 산화아연 더스트들이고, 그리고/또는 상기 산화아연 잔류물들은 Zamac 프로세스로부터의 납 및 아연, 애쉬들(ashes) 및/또는 드로스(dross)에 대한 주물(foundry), 산화아연 애쉬, 촉매들, 및 Zn 및/또는 아연 슬래그의 용융 및 캐스팅(casting)으로부터 나온다.
Description
본 발명은 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스 및 그 관련 플랜트에 관한 것이며, 산화아연 잔류물들은 0.3 mm 와 5 mm 사이, 바람직하게는 0.5 mm 와 2 mm 사이의 크기 d80 를 갖는 입자들로 과립화되고, 상기 입자들은 하소물(calcine)을 형성하도록 유동층에서 500 내지 1,200℃, 바람직하게는 800 내지 1,100℃ 범위의 온도에서 열처리되는 로스터(roaster) 내로 공급된다.
폐기물이 보다 광범위하게 이용될 포텐셜을 갖는 리소스로서 인식되기 때문에 폐기물의 리사이클링이 점점 확대되고 있다. 이는 아연에 대해 특히 적용된다. 최근 몇 년 동안 총 제조 아연에서의 감소가 있었지만, 2차 공급원으로부터 유래된 이 금속의 비율은 현저하다. 현재 총 세계 제조 중 25 중량% 아연 생산은 2차 공급원으로부터 유래되는 것으로 추정된다. 재정적 고려 사항과는 별도로, 유도될 주요 생태학적 이점은 (i) 원재료의 보존, 따라서 천연 자원의 추가 이용 및 그 보존량의 고갈시킬 필요성 감소, (ii) 궁극적인 처리를 위한 폐기물의 회피, 따라서 잠재적인 환경 오염 부하의 감소, 및 (iii) 많은 경우에, 에너지 사용량의 40% 내지 85% 절감 및 환경에 대한 감소된 이산화탄소 방출로 다양하게 추정되는, 에너지의 보존을 포함한다.
또한, 오늘날 광석으로부터 그 추출에 의해 제조되는 동일한 금속과 구별할 수 없고 사양에 부합하는 금속을 제조할 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하다.
결과적으로, 다양한 이유들로 인해 왜 아연의 리사이클링이 경제적 및 생태적 이유로 점점 더 중요해졌는지에 대한 강력한 지지가능한 논쟁들이 있다.
한편, 아연 함유 잔류물에 대한 전형적인 잔류물은 연도 더스트(flue dust), 예를 들어, 전기 아크로 더스트를 제조하는 강 리사이클링으로부터 나오는 연도 더스트, Waelz 산화물, 및/또는 탑 서브머지드 랜스 프로세스로부터 나오는, 할로겐 제거 후의 이들의 클리닝된 최종 생성물, 예를 들어, Ausmelt, 또는 Isasmelt, 철분 환원 잔류물로부터 나오는 연도 더스트, 아연 도금으로부터 나오는 연도 더스트, 구리 또는 전자 스크랩 리사이클링 프로세스로부터 나오는 연도 더스트, 납 리사이클링 프로세스로부터 나오는 연도 더스트 또는 니켈 리사이클링 프로세스로부터 나오는 연도 더스트이다. 더스트 중의 아연 함량은 40-80 중량%, 전형적으로 60-70 중량% 아연의 범위이다.
한편, 납 및 아연에 대한 주물, Zamac 프로세스로부터 나오는 애쉬 및 드로스, 산화아연, 촉매 및 아연 슬래그를 함유하는 애쉬는 아연 함유 잔류물에 대한 공급원으로서 리사이클링되어야 한다. 드로스/슬러지 재료 중 아연 함량은 80-99% 범위이다.
로스팅 프로세스를 위한 전형적인 반응기 타입은 유동층 반응기, 로터리 킬른 또는 다중 화로(hearth furnace)이다. 유동층 반응기의 경우에, 로스팅된 정광 (하소물) 중 적어도 소형 입자 및 가스는 로스터의 상단을 통해 인출되고 또한 고체 입자들을 분리하기 위한 적어도 하나의 분리 디바이스로 공급된다. 적어도 하나의 가스-고체 분리 디바이스는 병렬 또는 직렬로 연결된 사이클론(들), 증발 냉각기 및/또는 폐열 보일러(조합하여 냉각기로 칭함)로서 설계될 수 있다. 더욱이, 정전 집진기 (ESP) 는 분리 디바이스의 하류에서 예상되고, 이는 가스-고체-혼합물의 냉각이 특히 중요한 이유가 된다. 폐열 보일러를 사용하는 것은 내부적 사용을 위해 또는 전기 생성을 위해 포화된/과포화된 스팀을 제조한다는 추가의 이점을 갖는다. 유동층 반응기는 매우 우수한 열 및 매스 전달 속도의 큰 이점을 갖지만, 인출된 유동화 가스 및 함유 입자의 이러한 후처리는 전체 생산효율(rentability)을 저하시킨다.
이는 잔류 시간을 향상시키기 위하여 가스-고체 분리 디바이스로부터 입자들을 리사이클링하고, 따라서 더 높은 하소 속도 뿐만 아니라 더 낮은 탄소 및/또는 황화물 및/또는 황 함량을 보장하는 것이 최신 기술이다. 하지만, 매우 낮은 직경, 특히 10 ㎛ 미만의 직경을 갖는 입자들의 분획물은 너무 작아서 분리 디바이스에서 선택적으로 분리되지 않고 다시 반응기로 통과되지 않고, 가스 스트림과 함께 후자의 프로세스 단계로 인출된다.
더 많은 양의 더스트는 또한 폐열 보일러에 빌트업이 형성되는 원인이며, 이는 잦은 셧다운의 원인 중 하나이다. 더욱이, 광범위한 클리닝은 또한 보일러 내의 스팀 번들들의 손상을 초래한다.
농축물을 사용하는 현재 프로세스에서, 특히 10 ㎛ 미만의 직경을 갖는 매우 작은 입자의 양은 낮으며, 이는 리사이클링 프로세스로부터의 대부분의 10 중량% 아연은 훨씬 낮은 평균 직경을 갖는다는 것을 의미한다. 따라서 상기 설명된 이유로 현재까지 유동층 반응기의 사용은 실제로 거의 불가능하였다.
따라서, 본 발명의 기본 추론은 리사이클링된 재료의 로스팅을 위해 유동층 반응기를 사용하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1 의 특징들을 갖는 프로세스에 의해 해결된다.
이러한 프로세스는 산화아연 잔류물의 리사이클링에 관한 것이다. 그것은 산화아연 잔류물이다. 이들 산화아연 잔류물은 킬른, 서브머지드 랜스로, 철 환원로, 갈바나이징 및/또는 리사이클링 프로세스, 특히 강, 구리, 납, 니켈 및/또는 전자 스크랩의 리사이클링으로부터 나오는 입자 크기 d80 < 100 ㎛, 바람직하게는 d80 < 75 ㎛ 를 갖는 더스트이고, 그리고/또는 산화아연 잔류물은 납 및 아연에 대한 주물, Zamac 프로세스로부터의 애쉬 및/또는 드로스, 산화아연 애쉬, 촉매, Zn 및/또는 아연 슬래그의 용융 및 캐스팅으로부터 나온다. 유동층에서의 로스팅을 위해, 이들 산화아연 잔류물은 0.3 내지 5 mm, 바람직하게는 0.5 내지 2 mm 의 크기 d80 를 갖는 입자로 과립화된다. 그 후, 이들 입자를 로스터에 공급하고 여기서 이들은 500 내지 1,200℃ 범위의 온도에서 열 처리된다.
이러한 맥락에서 입자 크기 분포 d80 는 함유된 입자의 적어도 80% 가 주어진 값보다 작은 직경을 특징으로 한다는 것을 의미한다. 이는 시브 분석(sieve analysis), 광 분석(photo analysis) 또는 광학 계수 방법(optical counting method)로 수행된 측정에 대해 특히 적용된다.
로스팅 및 후처리는 잘 알려져 있고, 예를 들어 WO 2018/162089 에 상세히 설명된다. 그러나, 잔류물의 완전한 과립화는 로스팅에 대해 유동층 반응기를 사용할 수 있게 하고, 이는 매우 우수한 재료 및 열 전달의 장점으로부터 이익을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 프로세스는 Waelz 프로세스로부터 나오는 잔류물에 대해 특히 중요하다. 소위 Waelz 프로세스는 환원 조건 하에서 아연, 카드뮴 및 납을 휘발시키는 열야금 프로세스이다. 그것은 길고 약간 경사지고 내화 라이닝된 로터리 킬른(Waelz kiln)에서 실행된다. 독일어 동사 'Waelzen'에서 유래한 'Waelz'라는 이름은 킬른 차지의 트런들링(trundling) 모션을 설명한다. 21세기에서, Waelz 프로세스는 이전보다 널리 이용되고 있다.
Waelz 프로세스의 전형적인 공급물 재료는 예를 들어, Zn/Pb 함유 전기 아크로 제강 더스트, 아연 제련소의 중성 침출 잔류물 또는 다른 Zn 함유 재료이다. 그러한 공급물 재료는 Waelz 킬른 내로 공급하기 전에 Waelz 산화물의 품질에 영향을 미치는 소위 캐리 오버(carry over)의 양을 최소화하기 위해 응집된다.
공급물 염기도에 의존하여, 차지의 최적의 Waelz 모션을 유지하기 위해 컨디셔너, 예를 들어 모래 또는 석회석의 첨가가 요구된다. 또한, 코크스 브리즈(breeze)는 환원제로서 < 10 mm 의 과립으로 첨가된다.
공급물 혼합물은 킬른 회전에 의해 서서히 아래로 이동되고 재료 유동에 대해 역류(counter-current)로 킬른을 떠나는 오프-가스 유동에 의해 가열된다. 건조 및 예열 후에, 차지는 철 및 산화아연이 금속으로 환원되는 환원 존에 진입한다. 1,200℃ 까지의 층 온도에서, 아연은 증기화된다. 재료 체류 시간은 킬른 크기 및 차지로부터 나오는 아연 흄(fume) 및 일산화탄소의 충전 정도(전형적으로: 20% vol.)에 따라, 5 내지 10시간이며, 디스차지 단부에서 킬른으로 진입하는 공기와 함께 프리보드에서 연소된다.
산화아연은 가스 상(gas phase)에서 기원하기 때문에, 매우 미세하게 분할된 형태의 뜨거운 오프-가스에 의해 킬른의 밖으로 스위프되는 데, 이는 후자의 로스팅 유동층 반응기에서 어려움을 야기한다. 납 및 카드뮴과 같은 다른 휘발된 금속 및 일부 킬른 공급물 재료(carry over)도 오프-가스에 의해 캐리오버된다. 더스트가 가득한 가스들은 거친 입자들이 침전되는 큰 더스트 침전 챔버를 통과하고, 그 후 표면 또는 물 증발 냉각기(water evaporation cooler)로, 그리고 마지막으로 Waelz 산화물이 수집되는 백하우스 또는 정전 집진기를 통과한다. 킬른 역류 재료(kiln back-flow material) 및 침전 챔버로부터의 더스트로 이루어진 소위 예비 산화물은 킬른 입구로 리사이클링된다.
Waelz 슬래그는 약 1,100℃ 에서 킬른의 하부 단부로부터 중력에 의해 디스차지되어 슈트(chute)를 통하여 습식 슬래그 추출기 내로 낙하한다. 냉각 후, 미연소된 코크스 회수를 위해 슬래그를 자기 분리기 상에서 분류 및 분리한다.
Walez 킬른으로부터 기인된 Waelz 프로세스로부터의 생성물의 전형적인 조성을 표 1 에 나타낸다.
표 1: 유럽 Waelz 플랜트의 전형적인 천연 Waelz 산화물의 화학 분석.
그 높은 용량으로 인해, Waelz 프로세스로부터의 아연 잔류물의 추가 처리를 위한 개선된 프로세스는 특히 중요하다.
다른 공급원의 경우, 특히 아연 및/또는 산화아연의 용융 및 캐스팅으로부터 나오는 산화아연 잔류물에 대해, 산화아연 잔류물은 0.3 와 5 mm 사이, 바람직하게는 0.5 와 2 mm 사이의 크기 d80 를 갖는 입자로 과립화되기 전에 d80 100 ㎛ 미만, 바람직하게는 d80 75 ㎛ 미만의 입자 크기로 분쇄되어야 한다. 분쇄 및 재과립화는 유동층 기술에 요구되는 보다 균질한 조성 및 밀도를 위해 필요하다.
리사이클링 프로세스는 비교적 높은 아연 함량을 갖는 모든 잔류물에 대해 생태적 및 경제적 관점에서 특별한 의미를 갖는다. 무엇보다도, 이는 40 내지 80 중량%, 바람직하게는 60 내지 70 중량% 의 아연 함량을 갖는 더스트 또는 80 내지 99 중량% 의 아연 함량을 갖는 드로스 또는 슬러지 재료를 포함한다. 당연히, 더스트와 드로스 및/또는 슬러지의 혼합물을 사용하여 본 발명에 따른 프로세스를 작동시키는 것이 또한 가능하거나, 또는 산화아연 잔류물은 아연 더스트와 드로스 또는 슬러지의 혼합물이다.
전형적으로, 산화아연 잔류물은 제거되어야 하는 할로겐, 탄산염, 황화물 및/또는 황산염을 함유한다. 특히 할로겐 Cl 및 F 는 로스터의 오프-가스와 함께 제거되어 하향 하이드로플랜트(downward hydroplant)에서의 높은 농도를 회피해야 한다. 따라서, 바람직하게는, 로스터에 진입하기 전에 더스트의 세척 및 여과는 유동층 로스터의 경우에 단순화되거나 심지어 생략될 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 다수의 실시예에서, 잔류물은 리사이클링될 수 있는 납을 함유한다.
또한, 산화아연 잔류물은 카드뮴 구리, 비소, 은, PGM, 및 실리카를 포함하는 목록으로부터 적어도 하나의 원소를 함유할 수 있으며, 이는 또한 로스터로부터 리사이클링될 수 있다.
또한, 과립화 이전 및/또는 과립화 동안 및/또는 후에 아연 및/또는 황을 함유하는 추가의 재료를 혼합하는 것이 가능하다. 아연의 혼합은 불순물의 희석을 가능하게 하며, 이에 의해 아연 이외의 금속의 전체 합이 15 중량% 미만인 것이 특히 바람직하다. 이러한 형태의 희석액을 사용하면, 또한 매우 많은 양의 불순물을 갖는 잔류물을 또한 용이하게 리사이클링할 수 있다. 혼합된 재료에 대한 전형적인 공급원은 아연 농축물, 아연 더스트 (크기 d80 < 60 ㎛ 를 갖는 입자), 산화아연, 정전 집진기로부터의 황 함유 잔류물 더스트 및/또는 사이클론으로부터의 더스트이다.
황 함유 재료의 첨가는 가연성 재료를 증가시키고, 따라서, 부가적인 에너지 공급으로서 작용한다.
혼합의 각각의 포지션에 대해, 특히 다음의 이점이 달성될 수 있다: 이전의 혼합은 과립화로부터 기인되는 입자의 매우 균질한 조성을 초래하는 한편, 과립화에 직접 혼합하는 것은 부가적인 이전의 블렌딩 단계가 요구되기 때문에 CAPEX 및 OPEX 를 감소시킨다. 그러나, 둘 모두의 경우에, 개선된 과립화를 위해 직접 d 80 < 2mm 의 평균 입자 직경으로 과립화 내에서 또는 과립화 이전에 혼합하기 전에 농축물을 분쇄하는 것이 바람직하다.
다른 한편으로, 로스터의 공급물 또는 로스터 내로의 첨가는 과립의 더 낮은 스루풋을 직접적으로 유도하며, 이는 따라서 더 작게 설계될 수 있다.
과립화에 대해 더 자세히 살펴보면, 과립화 이전 및/또는 과립화 동안 산화아연 잔류물에 물을 혼합하는 것이 또한 바람직하며, 이는 그로부터 생성된 입자의 더 양호한 바인딩을 유도한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 황산은 과립화 이전 및/또는 과립화 동안에 산화아연 잔류물에 혼합될 수 있으며, 이는 또한 과립화 동안에 바인딩을 증가시킨다.
이러한 맥락에서, 첨가된 황산은 프로세스, 즉, 하이드로메탈러지컬 프로세스(hydrometallurgical process)에서 하향의 아연 처리 단계로부터 나오는 것이 특히 바람직하다. 상기 하이드로메탈러지컬 프로세스는 전형적으로 중성 침출(neutral leaching), 고온 산 침출(hot acid leaching), 정제 및 일렉트로위닝(electrowinning)의 단계를 포함한다. 대부분, 산은 일렉트로위닝(사용된 산)으로부터 인출된다. 첨가된 황산은 종종 35 중량% 미만, 바람직하게는 30 중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 2 와 30 중량% 사이의 농도를 갖는다. 가장 바람직하게는, 일렉트로위닝으로부터 리사이클링된 산은 12 와 18 중량% 사이, 바람직하게는 14 와 16.5 중량% 사이의 농도를 갖는 반면, 습식 가스 클리닝으로부터 나오는 산은 5 와 35 중량% 사이의 농도를 갖는다.
이는 함유된 황 뿐만 아니라 유가금속을 회수할 수 있는 이점을 갖는다. 더욱이, 황산은 산의 오염 또는 그 농도와는 무관하게 프로세스로부터 제거될 수 있다. 이는 폐수 처리를 완화시키거나 폐수 처리의 총 유량을 감소시킨다.
이전에 언급한 바와 같이, 과립화로부터 기인하는 입자의 황 함량을 증가시키는 것이 또한 바람직하다. 이러한 맥락에서, 입자의 황 함량은 6 내지 35 중량%, 더 바람직하게는 8 내지 30 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 9 내지 20 중량% (건조 기준)의 황화물 황이다. 가장 바람직한 황 함량은 로스팅 단계에서 자열 프로세스 또는 적어도 감소된 에너지 요건을 달성하기 위해 황화물 황의 >10 +/- 0.5 중량% (건조 기준)이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 양태는 과립의 배치 방식(batch-wise) 작동이면서 로스팅이 연속 프로세스이다. 배치 방식 과립화는 모든 펠릿이 동일한 평균 체류 시간 대신에 동일한 체류 시간을 갖기 때문에 입자 크기, 특히 입자 크기 및 입자 안정화의 더 작은 범위의 측면에서 펠릿의 품질이 훨씬 더 우수하다는 이점을 갖는다.
한편, 전체 프로세스가 보다 용이한 제어를 가능하게 하는 연속 프로세스가라는 것은 가치있는 대안예이다.
본 발명은 또한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 작동을 가능하게 하는 제 14 항에 따른 플랜트에 관한 것이다. 이는 특히 설명된 프로세스 옵션들의 장치 설계를 포함한다.
이러한 산화아연 잔류물의 리사이클링을 위한 이러한 플랜트는 적어도 하나의 과립기를 특징으로 하고, 상기 산화아연 잔류물은 d80 < 100 ㎛, 바람직하게는 d80 < 75 ㎛ 의 입자 크기를 갖는 입자들로 펠릿화되고, 로스터는 유동층 반응기로 설계되며, 상기 입자는 하소물을 형성하도록 유동층에서 500 내지 1,200℃ 범위의 온도에서 열처리된다. 상기 플랜트는 서브머지드 랜스들, 철 환원, 갈바나이징, 리사이클링 프로세스, 특히 강, 구리, 납, 니켈 및/또는 전자 스크랩의 리사이클링, 납 및 아연을 위한 주물 및/또는 Zamac 프로세스, 산화아연 애쉬, 촉매들 및/또는 아연 슬래그를 위한 적어도 하나의 장치를 추가로 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 하이 인텐시브 믹서는 물, 황산, 아연 함유 재료 및/또는 황 함유 재료를 혼합하기 위해 과립기의 상향에 예상된다. 그럼으로써, 입자 안정성이 매우 우수한 입자의 균일한 조성이 달성된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 과립화로부터 입자를 위한 빈들(bins)이 예상된다. 그럼으로써 과립화는 전술한 이유로 인해 배치 방식으로 작동될 수 있는 한편, 연속 작동 로스터에 대해 유동층 내로의 연속 공급이 가능하다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들, 이점들 및 가능한 적용예들은 또한 첨부된 도면 및 예의 다음의 설명으로부터 취해질 수 있다. 설명된 그리고/또는 예시된 모든 특징들은, 개별적인 청구범위 또는 그 청구범위의 인용에 포함되는 것과는 별개로, 본원의 주제물 그 자체를 또는 임의의 조합을 형성한다.
도 1 은 본 발명의 반응기 시스템의 개략도를 도시한다.
도 1 에서, 산화아연 잔류물(1)을 생성하기 위한 적어도 하나의 장치가 도시된다. 이러한 장치(1)는 이들의 후처리 디바이스(들)과 함께 또는 없이 서브머지드 랜스들, 철 환원, 갈바나이징, 리사이클링 프로세스, 특히 강, 구리, 납, 니켈 및/또는 전자 스크랩의 리사이클링, 납 및 아연을 위한 주물 및/또는 Zamac 프로세스, 산화아연 애쉬, 촉매들 및/또는 아연 슬래그를 위한 적어도 하나의 장치로서 설계된다. 바람직하게는, 장치(1)는 위에서 설명된 하향 냉각 및 분리 디바이스 이후에 그것과 함께 Waelz 킬른을 상징한다. 그러나, 산화아연 잔류물 생성이 동일한 것의 회수에 직접 연결될 필요는 없다. 종종 잔류물은 로스팅으로의 트랜스포터(transporter)이다.
본 발명에 따르면, 게인된 산화아연 잔류물은 도관(2)을 통해 적어도 부분적으로 공급물 준비 시스템(Feed Preparation System; FPS) 내로 통과된다. 이러한 FPS 는 선택적으로 적어도 하나의 블렌딩 공급부(10)를 특징으로 하며, 산화아연 잔류물은 예를 들어, 도관(11)을 통해 첨가되는 아연 농축물 및/또는 황 함유 재료와 같은 다른 고체 재료와 혼합될 수 있다.
그곳으로부터, 이는 도관(12)을 통해 과립화 디바이스(20) 내로 통과되거나, 산화아연 잔류물은 임의의 블렌딩(도시되지 않음) 없이 직접 그 안으로 통과된다. 과립화 디바이스(20)는 바람직하게는 인텐시브 믹서(intensive mixer)로서 설계된다. 이는 공급물 재료의 입자 크기를 증가시키기 위해 사용된다. 과립은 불순물을 균질하게 분포시켜 점착(stickiness)/소결의 위험을 감소시킨다. 입자 품질, 특히 그의 안정성을 증가시키기 위해 도관(21)을 통해 물 및/또는 황산을 첨가하는 것이 바람직하다. 황산에 대한 공급원은 바람직하게는 하향 아연 제조에서 미도시된 프로세스 단계이다. 일렉트로위닝 또는 습식 가스 클리닝으로부터 소비된 산(바람직하게는 14 내지 18 중량% 의 H2SO4 함량)의 사용이 가장 바람직하다.
선택적으로, 과립화 디바이스(20)는 배치 방식으로 작동된다. 이 경우, 적어도 하나의 빈(30)은 도관(22)을 통해 공급된 그로인해 생성된 입자를 저장하는 것이 예상된다. 이는 입자의 로스팅이 행해지는 하향 유동층 반응기(40)의 연속 작동을 가능하게 한다. 입자들은 도관(31)을 통해 유동층 반응기(40) 내로 공급되며, 이에 의해 선택적으로 도관(3)은 혼합된 스트림이 도관(41)을 통해 유동층 반응기(40) 내로 공급되도록 도관(2)으로부터 분기된 재료를 혼합하는 것이 예상된다. 부가적으로, 또한, 상기 도관(41) 또는 유동층 반응기(40)의 별도의 공급 디바이스에 아연 농축물과 같은 추가의 재료를 첨가하는 것도 가능하다.
유동화 가스, 종종 공기는 유동층을 형성하기 위해 아래로부터 도관(42)을 통해 유동층 반응기(40)로 흐른다(stream). 이 층으로부터, 고체 입자의 스트림은 도관(43)을 통해 인출되는 한편, 유동화 가스는 입자의 적어도 일부를 층으로부터 취하고 도관(44)을 통해 유동층 반응기(40)를 떠난다.
도관(44)으로부터의 가스-고체-스트림은 종종 폐열 보일러로 불리는 열 교환기로 통과되며, 여기서 또한 고체의 일부가 도관(52)을 통해 제거된다. 냉각된 가스 스트림은 도관(51)을 통해 적어도 하나의 사이클론(60) 내로 통과된다. 그 안에서, 잔류 고체는 가스 스트림으로부터 대부분 분리되고, 도관(62, 73)을 통해 인출된다. 가스 스트림은 도관(61)을 통해 정전 집진기(70) 내로 통과되어 도관(72)을 통해 잔류 입자를 제거하며, 이는 도관(73) 내의 스트림에 혼합될 수 있다. 도관(41, 43, 52, 62 및 72)에서의 스트림의 임의의 혼합은 임의의 조합으로 가능하다. 더욱이, 가스-고체-분리 디바이스 중 임의의 것으로부터 제거된 입자는 유동층 반응기(40)로 다시 리사이클링될 수 있다.
도관(43)을 통해 유동층으로부터 직접 제거되는 고체 입자는 열 교환기(80)를 통과하며, 여기서 선택적으로 또한 열 교환기(50)에서 인출된 입자는 도관(52)을 통해 삽입될 수 있다. 이 고체 스트림은 도관(81)을 통해 인출된다. 도관 (81 및 73)은 고체 스트림을 저장소 또는 산 침출부로 수송하기 위해 조합될 수 있다.
예
과립을 사용하는 본 발명은 표 2 에 제시된 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 더스트 및 연관된 단점을 상당히 감소시킨다:
표 2: 과립화를 갖는 프로세스와 과립화를 갖지 않는 프로세스의 비교
테스트 1 은 과립화 없이 유동층 로스팅에서 더스트 비말동반을 나타내는 반면, 테스트 2 는 동일한 조성 및 거의 동일한 매스 유량을 갖는 공급물을 사용한다. 결과는 더스트 비말동반이 50% 이상 감소됨을 분명하게 보여준다.
1 산화아연 잔류물을 생성하기 위한 장치
2 도관
3 바이패스 도관
10 블렌딩 공급부
11, 12 도관
20 과립화 디바이스
21, 22 도관
30 빈
31 도관
40 유동층 반응기
41-44 도관
50 열 교환기
51, 52 도관
60 사이클론
61, 62 도관
70 정전 집진기
71-73 도관
80 열 교환기
81 도관
2 도관
3 바이패스 도관
10 블렌딩 공급부
11, 12 도관
20 과립화 디바이스
21, 22 도관
30 빈
31 도관
40 유동층 반응기
41-44 도관
50 열 교환기
51, 52 도관
60 사이클론
61, 62 도관
70 정전 집진기
71-73 도관
80 열 교환기
81 도관
Claims (17)
- 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스로서,
상기 산화아연 잔류물들은 0.3 mm 와 5 mm 사이, 바람직하게는 0.5 mm 와 2 mm 사이의 크기 d80 를 갖는 입자들로 과립화되고(granulated), 상기 입자들은 하소물(calcine)을 형성하도록 유동층에서 500 내지 1,200℃, 바람직하게는 800 내지 1,100℃ 범위의 온도에서 열처리되는 로스터(roaster) 내로 공급되고,
상기 산화아연 잔류물들은 킬른, 서브머지 랜스 노들(submerges lances furnace), 철 환원로들, 갈바나이징 및/또는 리사이클링 프로세스들, 특히 철, 구리, 납, 니켈 및/또는 전자 스크랩의 리사이클링으로부터 나오는 d80 100 ㎛ 미만의, 바람직하게는 d80 75 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 산화아연 더스트들이고, 그리고/또는
상기 산화아연 잔류물들은 납 및 아연에 대한 주물(foundry), Zamac 프로세스로부터의 애쉬들(ashes) 및/또는 드로스(dross), 산화아연 애쉬, 촉매들, Zn 및/또는 아연 슬래그의 용융 및 캐스팅(casting)으로부터 나오는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화아연 잔류물들은 전기 아크로 및/또는 Waelz 프로세스로부터 나오는 더스트들인 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화아연 잔류물들은 아연 및/또는 산화아연의 용융 및 캐스팅으로부터 나오고, 0.3 mm 과 5 mm 사이의, 바람직하게는 0.5 mm 과 2 mm 사이의 크기 d80 를 갖는 입자들로 과립화되기 전에 d80 100 ㎛ 미만, 바람직하게는 d80 75 ㎛ 미만의 입자 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화아연 잔류물들은 40 내지 80 중량%, 바람직하게는 60 내지 70 중량% 의 아연 함량을 갖는 아연 더스트이거나, 산화아연들은 80 과 99 중량% 사이의 아연 함량을 갖는 드로스들 또는 슬러지 재료이거나, 상기 산화아연 잔류물들은 아연 더스트와 드로스들 또는 슬러지의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화아연 잔류물들은 할로겐들, 탄산염들, 황화물들 및/또는 황산염들을 함유하고/하거나 상기 산화아연 잔여물들은 납을 함유하는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 5 항에 있어서,
상기 산화아연 잔여물은 카드뮴 구리, 비소, 은, PGMs, Pb 및 실리카를 포함하는 목록으로부터의 적어도 하나의 원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
아연 농축물, 아연 더스트, 산화아연, 정전 집전기로부터의 황 함유 잔류물 더스트 및/또는 사이클론으로부터의 더스트는 과립화 이전 및/또는 과립화 동안 및/또는 과립화 후에 상기 산화아연 잔류물들에 혼합되는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
과립화 이전 및/또는 과립화 동안 상기 산화아연 잔류물들에 물이 혼합되는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
과립화 이전 및/또는 과립화 동안 상기 산화아연 잔류물들에 황산이 혼합되는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
황산은 상기 프로세스에서 하향의 아연 처리 단계, 특히 일렉트로위닝(electrowinning) 또는 습식 가스 클리닝으로부터 나오는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
황산은 일렉트로위닝로부터의 프로세스에서 하향의 아연 처리 단계로부터 나오는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 9 항 내지 제 11 항에 있어서,
과립화에 비례하여 기인되는 입자들의 황 함량은 0 과 35 중량% 사이인 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 과립화는 배치-방식(batch-wise)으로 행해지는 한편 로스팅은 연속 프로세스인 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
전체 프로세스는 연속 프로세스인 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 프로세스. - 적어도 하나의 과립기(20) 및 유동층 반응기(40)로서 설계되는 로스터를 특징으로 하는 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 플랜트로서,
상기 산화아연 잔류물들은 0.3 mm 와 5 mm 사이, 바람직하게는 0.5 mm 와 2 mm 사이의 크기 d80 를 갖는 입자들로 과립화되고, 상기 입자들은 하소물을 형성하도록 유동층에서 500 내지 1,200℃, 바람직하게는 800 내지 1,100℃ 범위의 온도에서 열처리되고,
상기 플랜트는 서브머지드 랜스들, 철 환원, 갈바나이징, 리사이클링 프로세스, 특히 강, 구리, 납, 니켈 및/또는 전자 스크랩의 리사이클링, 납 및 아연을 위한 주물 및/또는 Zamac 프로세스, 산화아연 애쉬, 촉매들 및/또는 아연 슬래그를 위한 적어도 하나의 장치(1)를 추가로 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 플랜트. - 제 15 항에 있어서,
물, 황산, 아연 함유 재료 및/또는 황 함유 재료를 혼합하기 위해 과립기의 상향의 벤딩 공급부(10)로서 하이 인텐시브 믹서(intensive mixer)가 예상되는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 플랜트. - 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
과립기(20)로부터의 입자들에 대한 적어도 하나의 빈(30)이 배치 방식으로 작동되는 과립기(20)로부터 상기 유동층 반응기(40) 내로의 연속 공급물에 대해 예상되는 것을 특징으로 하는, 산화아연 잔류물들의 리사이클링을 위한 플랜트.
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| PCT/EP2021/066260 WO2022262971A1 (en) | 2021-06-16 | 2021-06-16 | Process and plant for recycling zinc oxide residues |
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