KR810001941B1 - 비철금속 황화물 정광의 연속적인 전환 정련방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비철금속 황화물 정광의 연속적인 전환 정련방법

첨부 도면은 반응로의 단면도이다.

본 발명은 비철금속의 황화물의 정광을 긴 수평형 반응로의 가스 분위기하에서 비철금속이 풍부한 액상과 슬래그상으로 연속적으로 전환 형성시키는 방법에 관한 것이다.

위에서 언급된 반응로는 SO₂포함대역이 있고, 구리, 니켈, 안티몬, 코발트 또는 납의 황화물 혹은 이들의 혼합물의 황화물 또는 황화물들의 혼합물의 정광이 용융조내로 장입되고, 산화성 가스와 환원성가스가 용융조내로 불어 넣어진다. 고농도 비철금속 함유물을 가진 상(相)과 저농도의 비철금속함유물을 가진상은 반응로의 서로 대향하는 끝으로부터 배출된다. 위에서 언급한 두상은 그 반응로의 각각의 서로 다른 출구끝으로 사실상 계속적인 층의 형태로 역류하여 유동한다. 적어도 일부의 산소가 반응로의 산화대역을 따라 일정한 간격을 두고 있는 노즐을 통해 밑으로부터 용융조내로 불어 넣어진다.

고체는 다수개의 공급기를 통해 반응로안으로 넣어지며 공급기들은 상당한 길이로 로를 따라 간격을 두고 별개의 위치에 배치되고 각각 독립적으로 조정된다. 용조내에서 낮은 함량의 철 및 고농도 비철금속 함유상이 배출되는 출구에서 산소의 활동도가 최대가 되도록 산소 및 고체의 장입위치와 비율을 선정하였는바, 이는 전술한 상의 생성을 촉진시키고 환원대역에서 점진적으로 감소하여 저농도 비철금속함유 슬래그 상이 배출하는 출구에서 최소가 되게 하기 위한 것이다. 또 전술한 슬래그상의 생성을 촉진시키고 노즐과 노즐 주위의 내화물질을 보호함과 동시에 반응온도 조정을 보존하기 위하여 기체나 혹은 액체 또는 양자의 보호매질이 산소와 함께 일정한 비율로 용융조 속으로 취입 된다. 기체가 용융조 안으로 취입되는 비율은 용융조 내에서 충분히 효과적인 물질 이동이 되는 교반이 형성되는 반면, 유동상에 의해 형성되는 충돌과 산소활동도의 구배가 실질적으로 유지되도록 조정된다.

독일공개 2417978호에 기재된 것과 같은 전술한 공정에서는 반응로내에서의 가스 분위기는 슬래그상으로 병류(竝流)로서 유동하며 낮은 함량의 비철함유 슬래그상 처럼 반응로의 동일한 끝부분에서 배기가스가 배출된다. 이 알려진 반응은 열적으로 자급자족할 수 있게 수행된다.

슬래그상의 금속함유량을 더욱 줄이고 로내에서의 열효율을 향상하고 부가적으로 가열하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에서는 반응로내에서의 가스분위기가 슬래그상까지 역류되며 배기가스는 고농도비철금속 함유상과 같이 반응로의 동일한 말단부분에서 배출하도록 되어 있다. 배출 가스는 로의 끝면이나 끝면에 가까운 측면 또는 윗면을 통해서 배출될 수 있다. 용융조내의 온도조절과 산소활동도의 구배는 독일공개 2417978호에서와 같이 수행된다. 한편으로 가스 분위기 속에서의 산소전위(oxygen potential)는 변화하며, 그 이유는 슬래그상과 가스분위기는 산소전위와 SO₂함량을 특히 환원대역에서 크게 감소시키기 위해서 역류하기 때문이다. 노즐들은 반응로의 로의 축에 대해 각도를 가지는 진동의 필요없이도 용융조를 통해 가스기포들이 충분히 접촉되도록 나란히 다수개의 열로 배열된다.

바람직하게는 연료의 용융조내의 적어도 환원대역으로 불어넣어지며 환원대역에서의 가스분위기는 산소분압 10^-3바(bar) 이하로, 바람직하게는 10^-8바 이하로 유지된다. 그리고 SO₂는 보호가스로서 환원대역 안으로 불어넣지 않는다. 연료는 액체, 기체 또는 고체일 수도 있다. 필요한 열이 발생되고 용융조 내와 기상내에서 환원에 필요한 조건이 유지되도록 연료의 연소는 조정된다.

노즐을 위한 보호가스는 연료로도 사용되는 탄화수소, 또는 질소와 같은 불활성기체로 구성될 수 있다.

산화대역내의 보호가스로서 SO₂가 사용될 수 있다. 용융조 안으로 연료를 직접적으로 불어 넣는 것은 용해될 물질에 대해 좋은 열전달을 가져온다. 그리하여 높은 연료의 효율성이 저온의 로의 아아치형의 지붕과 관련되어 달성될 수 있는 것이다.

납 광물의 농축물처리 과정에서 분압이 10^-3바 까지인 가스분위기의 경우 좋은 결과를 얻을 수 있다. 이러한 결과는 더 낮은 산소분압으로 더욱 개선될 수 있다. 구리광물의 농축물을 위해서는 산소 분압이 10^-8바 이하가 요구된다. 이런 방법으로 로의 각 대역은 물리적 화학적 측면에서 가장 유리한 온도 그리고 조건하에서 작동될 수 있다. 만약 추가의 열 공급이 필요하다면(특히 저급의 황화물의 농축물처리과정에 있어서)버너가 환원대역의 끝면에 마련될 수도 있고 또한 연료는 노즐을 통해 또는 고체와 함께 산화대역 속으로 투입될 수도 있다. 버너는 기상내의 산소 전위에 대한 요구조건들을 충족시키도록 작동되어야만 한다.

바람직하게는 완충대역이 환원대역과 산화대역 사이에 마련되어 있고 어떤 가스도 이 완충 대역내의 용융조 안으로 불어넣지 않는다. 이것이 환원대역과 산화대역속의 가스분위기를 분리함에 있어 좋은 결과를 가져다 주며 환원대역과 산화대역의 온도를 개별적으로 조절될 수 있도록하며, 완충대역에서 고농도의 황화물 금속상과 고농도의 금속 슬래그상을 분리하는 결과를 가져온다. 그리하여 환원대역에서의 저급의 황화물의 활동도가 보장된다.

바람직하게는 납 또는 안티몬 황화물의 농축물의 처리 과정에서 미분속에 포함된 대부분의 납 황화물이나 안티몬 황화물은 950－450℃의 온도에서 산소함유 가스의 혼합에 의해 배기가스관이나 또는 배기가스 냉각기 속에서 황산 납 또는 안티몬 산화물 및 황산 안티몬으로 산화된다. 그리고 분리된 미분은 장입한 고체에 대해서 10－30%의 중량비로 납농축물 또는 안티몬 농축물, 그리고 필요하다면 다른 금속황화물에 섞여진다. 비교적 낮은 온도에서도 산화된 미분의 혼합은 추가의 산소공급 없이도 황화물 농축물과의 반응을 초래한다. 빠른 전환은 증발에 의한 금속손실을 줄여준다. 이러한 목적으로는 장입된 고체성분 사이의 밀착된 접촉이 필수적이다.

바람직하게는 농축물과 첨가혼합물은 반응로 속으로 넣어지기 전에 조밀하게 만든다. 이것은 농축물과, 석회, SiO₂, 산화철, 재순환된 미분, 기타 금속황화물 함유물질등과 같은 혼합물과 탄소사이의 특별히 밀착된 접촉을 초래한다. 조밀하게 만드는 것은 예를들면 텀블링(tumbling)이나 펠레타이징(Pelletizing) 또는 가압과 같은 방법으로 수행될 수 있다. 조밀하게 된 젖은 입자는 가스분위기를 통해 신속히 낙하하여 반응이 용융조안에서 일어난다. 입자들이 젖은 상태이므로 온도상승은 원만하게 되어 증발에 의한 손실은 최소로 된다.

본 발명은 도면과 실시예들을 통해 더욱 자세히 설명될 것이다.

반응로(1)은 둥근 단면을 가진 한개의 긴 로로 이루어져 있다. 슬래그 출구(2)는 왼쪽의 말단벽에 있고 고농도의 비철금속 함유물을 포함하는 상을 위한 탭(tap)(3)은 오른쪽 말단벽에 인접해 있다. 왼쪽말단벽에 있는 개구(開口)(4)는 작업용 창으로 쓰이거나, 버너를 설치하도록 사용할 수 있다. 가스출구(5)는 오른쪽 말단벽에 마련되며 배출가스관(6)과 통한다. 비상시 사용되는 탭(7)도 오른쪽 말단벽내에 마련된다.

반응로(1)은 작업대역 A와 환원대역 R, 완충대역 B, 산화대역 O 그리고 정지대역 M으로 나누어져 있다. 이들 대역들은 명확히 구별되 있는 것이 아니라 서로 병합되어 있다. 산화대역 O는 장입개구(8)과 노즐(9)가 마련되어 있으며 그의 일부가 표시되어 있다. 환원대역 R에는 노즐(10)이 있으며 그의 일부가 도면에 표시되어 있다. 반응로(1)은 베어링(11) 위에 설치되어 있으며 수선하기 위해 회전될수 있도록 되어 있다.

[실시예]

전장 4.8m, 직경 1,8m의 실험로속에서 납광물 농축물이 처리된다. 위와 같이 제한된 길이의 토속에서는 슬래그, 납, 배기가스 등의 역류를 포함하는 계속적인 각등은 불가능하다. 이러한 이유 때문에 과정의 가장 중요한 단계는 순서대로 수행되어야 한다.

이러한 단계들은 다음과 같다. 즉 1) ㅡ금속납과 고농도산화납 함유 슬래그의 형성을 위한 농축물과 용제 및 미분의 혼합물로 구성된 펠레트의 부분적인 산화단게(용융조 속으로 산소가 취입되었을시 이루어짐)와 2) 환원제 투입에 의한 슬래그의 산화납의 환원단계이다.

1. 반응로는 산소와 프로판 버너에 의해 내부온도 1100℃까지 예열되었으며 2200톤의 봉상의 납이 버너 도어(burner door)를 통해 장입 용해되었다. 건조되지 않은 농축물 펠레트(농축연광물 70%, 재순환된 미분 20%, 용제 10%로 구성)가 1100℃의 용융조 속으로 시간당 2.04톤의 비율로 장입되어 산소로서 산화된다. 펠레트는 무게비로 8% 수분을 포함하고 있으며 건조된 상태에서 중량 백분율로 다음의 조성비로 구성되어 있다.

59.1pb, 2.4Zn, 0.96Cu, 12.45S, 6.8Feo, 0.64A1₂O₃, 2.4CaO, 0.6MgO, 11.4SiO₂.

이 실험이 끝났을 때는 중량으로 40.7%의 납을 포함한 슬래그가 빠져나온다. 조연(粗鉛)은 중량으로 1.05%의 황을 포함하고 있다. 펠레트 전중량 1546kg에 포함되어 있는 납은 아래와 같이 분포되어 있다.

조연덩어리 58.6% 슬래그 24.0% 미분 17.4%

출탕된 납의 양이 앞서 장입된 봉상의 납을 포함해서 3.098톤에 달한다는 것은 명백하다.

a) 중량비로 40.7%의 납을 포함한 위에서 언급된 1000g이 슬래그는 타만(Tamman)로 안의 흑연도가니내에서 용해됐다. 용적비로 20%의 SO₂와 80%의 N₂로 구성된 혼합가스가 분당 2.0ℓ의 비율로 약 0.2기압의 SO₂분압을 가진 가스분위기를 형성키 위해 용융조표면위로 취입된다. 동시에 미세하게 분리된 석탄을 화학양론적으로 요구되는 양의 1.5배 정도의 양을 슬래그 속으로 혼압하였을 때에 슬래그는 환원된다.

환원온도는 1150℃였다. 흑연봉으로 1시간동안 계속해서 교반했을 때 다음과 같은 생성물이 얻어졌다.

중량으로 4.2% 납을 함유한 588g의 슬래그

중량으로 3.4% 황을 함유한 282g의 납

산출된 납 손실은 110g에 달했거나 또는 중간생성물 납함유량의 27%에 달했다.

b) 유사한 실험에서 분당 2ℓ의 비율로 단지 질소만이 용융조표면으로 취입되었다. 기타조건은 동일하였는 바 다음과 같은 결과가 생겼다.

중량으로 4.05%의 Pb를 함유하는 589g의 슬래그

중량으로 99.7%의 Pb를 함유하는 363g의 납

산출된 납의 손실은 단지 21g 혹은 중간생성물 납 함유량의 5.2%에 달했다.

SO₂가 없는 가스 분위기냉서 슬래그의 납함유량이 20% 용적비의 SO₂를 갖는 가스분위기하에서 얻어지는 낮은 납함유량까지 감소되는 것과 증발에 의한 납손실이 1/5로 줄어든다는 것은 명백한 사실이다.

2. 이미 설명된 실험로안에서 건조된 상태에서 중량비로 53.2%의 납함유량 및 중량비로 7.61%의 수분을 함유하는 농축물 펠레트는 시간당 2.85톤의 비율로 2.351톤의 용해된 납의 용융조내로 계속적으로 투입되었으며 또한 용융조내로 1080℃에서 계속적으로 산소가 취입되었다. 얻어진 1차 슬래그는 중량비로 65.2%의 납을 함유하고 있었다. 용융된 납은 중량비로 0.3%의 황을 함유하고 있었다.

2.369톤의 납 함유량을 가진 총 4,820 톤의 펠레트가 장입되었을 때 로는 존재하는 슬래그와 납으로 완전히 채워졌다. 현재 산소의 공급은 불연속적으로 중단되었고, 분말 석탄은 분당 1kg의 비율로 두개의 렌스(Lance)를 통해서 슬래그층 속으로 질소와 혼합되어서 취입되었다. 석탄은 화학양론적 요구량의 1.5배의 양이 사용되었다. 환원중의 온도는 1160℃에 달했다. 시험결과 다음과 같은 생성물이 나왔다.

중량으로 2.2%의 납을 함유한 1488kg의 슬래그

중량으로 0.2%의 황을 함유한 4198g의 납

산출된 납의 손실은 498kg 또는 펠레트 납함량의 21.0%에 달했다. 이 방법에 의하면 낮은 함량의 황을 포함하는 납이 생기며 용융조내의 황의 활동도가 낮은 한 증발에 의한 납의 손실이 낮아지는 것이 명백하다.

3. 중량으로 건조된 상태 기준으로 53.2%의 납 함유량 및 7.61%의 수분을 가지는 농축물 펠레트가 2.420톤의 요해된 납의 용융조내로 시간당 2.65톤씩 투입되었다. 또한 용융조내로 1050℃ 온도에서 산소가 계속적으로 취입되었다. 얻어진 슬래그는 중량으로 63.2%의 납을 함유하고 있다. 용해된 납의 용융조는 중량으로 0.4% 황을 함유하였다. 납과 슬래그에 의해 그 로가 완전히 채워졌을 때 수소가스가 노즐을 통해 아래쪽으로 부터 용융조 내로 취입되었으며 로의 윗부분에 설치된 100×100mm²크기의 두개의 장입용 개구는 열려지고 로내에서 2×10^-3바의 압력만이 유지되었다. 화학양론적 요구량의 2배에 달하는 시간당 150m³의 수소 취입에도 불구하고, 슬래그의 납함유량을 중량비로 55.7% 이하로 감소시키는 것은 공기가 흡입에 의해 로내로 새어들어가 즉시 앞서 환원된 납을 재산화 및 슬래그화 시키므로 불가능하였다.

기상의 조성과 환원대역 안에서의 온도를 조절하는데서 얻어지는 본 발명의 장점은 실질적으로 슬래그상의 금속 함유량을 줄이고 얻어진 금속이 황화물로 되는 것을 방지하는데 있다. 그반면 저휘발성의 황화물을 형성하는 금속의 처리 과정에서는 낮은 산소전위를 유지하도록 하여야만 한다. SO₂의 분압을 높게 유지하는 것은 환원에 의해 생성된 금속황화물이 금속보다도 슬래그내에서 더 낮은 용해도를 갖도록 하는 것이 도움이 될 수 있다. 환원대역에서 발생되는 가스의 열량이 상당히 산화대역에 이용될수 있으므로 열이용은 많이 향상된다.

환원대역에서는 야금학적 이유로 가능한한 높은 온도가 유지되어야 하고 부가적인 환원제가 공급되어야 한다. 특히 낮은 황 및 철 함유량을 갖는 농축물의 처리과정에서 요구되는 열은 환원되는 동안 허용되는 한도 이상으로 산소의 전위를 증가시킴없이 경제적으로 공급될 수 있다.

Claims (1)

1. 비철금속의 황화물 정광을 산화제가 첨가되는 산화대역과 환원제가 첨가되는 환원대역이 있는 수평로의 길이를 따라 다수개의 지점에서 용융조로 공급하여 가열하고, 가스분위기내의 산화가스농도를 유지시키되 환원대역을 지나 점차 감소하여 슬래그상이 제거되는 지점에서 최소가 되게 하며, 단계적으로 산화가스를 용융로 수준 이하로 배치된 노즐을 통해 통과시킴으로서 용융로내에 도입하고, 슬래그상을 수평로의 한끝으로부터 비철금속상을 다른 한끝으로 부터 인출하고, 로내의 가스 분위기를 역류방향으로 슬래그상에 보내고 상기 비철금속상이 인출되는 동일한 반응로의 말단부로 부터 배출가스를 인출하는 것으로 구성되는 슬래그상과, 미전환된 비철금속황화물보다 비철금속을 많이 포함하는 비철금속을 형성하는 비철금속 황화물정광의 연속적인 전환정련방법.

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