KR20000065100A - 유동층로스팅프로세스 - Google Patents

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Abstract

금속 황화물 농축물을 위한 유동층 로스팅 프로세스에서 유동층을 안정화하는 방법은 농축물의 최소량 30% 이상이 약 100 내지 420μm 크기 범위로 되도록 유동층에서 미립자 물질의 입자 크기 분포를 조절하는 단계를 포함한다. 상기 최소량은 약 35% 내지 약 40%의 범위로 떨어진다. 본 발명의 일 실시태양에 있어서, 입자 크기 분포는 약 3% 내지 약 4%, 바람직하게는 약 3.7% 내지 3.8% 범위로 농축물 내에 납의 양을 유지하므로 조절된다. 또 다른 실시태양에서 입자 크기 분포는 펠릿화된 공급물을 이용함으로써 또는 펠릿화된 공급물을 이용하는 단계와 농축물의 납 함유량을 조절하는 단계를 조합함으로써 조절된다.

Description

유동층 로스팅 프로세스
루지(LurgiTM) 유동층 로스터와 같은 어떤 상업적으로 이용 가능한 로스터가 가스 스트림에서 높은 고체 하중(loading)을 다루도록 설계되고, 어떤 농축물의 순도는 낮은 온라인 작동 시간에 대해 중요한 인자로서 확인됐으며, 상기 결과는 아연 생산을 감소한다. 미세 물질들은 유동 연소 가스를 갖는 로스터 층을 떠나는 경향이 크고, 결과적으로, 상당 비율의 농축물이 로스터 프리보드(freeboard)에서 반응할 것이다. 이것은 보일러 입구 온도를 증가시키고 보일러 관과 집진장치를 더럽힐 수 있는 끈적거리는 하소물(calcine)의 형성을 초래한다. 상기 가스 스트림에서 미세 크기 고체들은 가스 취급 시스템을 따라 또한 멀리 운반된다. 이들 고체들이 정전 침전기 및 스크루버에서 마지막으로 제거된다 하더라도, 높은 고체 하중은 이들 단위들 상에서 보수 빈도와 표준작업량을 증가한다.
유동층 로스터의 유동 특성을 개선하는 것이 시도되었다. 예를 들어, 오스트레일리아 특허 제604,062(AU-B-79724/87)호는 상기 층에 공급하는 중간 정도 크기의 물질의 비율을 증가함으로 유동층 로스터의 유동층에서 물질의 유동 특성을 증가하기 위한 공정을 설명한다.
제련 산업에 있어서, 농축물의 펠릿화는 공지되어 있다. 철광 산업은 1950년대 이후 용광로에 공급하는 태코나이트 형태 철광석을 펠릿화하였다. 하여간, 문제는 황화아연 농축물과 같은 미세한 금속 황화물 농축물로 만들어진 펠릿이 유동층 로스터에서 처리와 로스팅을 견딜 수 있도록 충분히 강하게 만들어 질 수 있는가 하는 것이다.
본 발명은 황화아연 농축물과 같은 금속 황화물, 또는 그런 농축물의 블렌드(blend)를 위한 유동층 로스팅 프로세스에 관한 것으로, 특히, 층의 크기 분포를 유도하고 조절함으로 캐리오버(carryover)를 감소시키고 로스터 층을 안정화시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 불안정한 상태 하에서 12개월 동안 작동하는 로스터 비율과 유효성의 그래프이다.
도 2는 납 함유량이 본 발명의 방법에 따라 조절되는 동안 6개월 동안 작동하는 두 로스터에 관한 같은 변수의 그래프이다.
본 발명에 의하면, 미립자 물질의 최소량 30% 이상이 약 100 내지 420μm(마이크로미터)의 크기 범위로 되도록 유동층에서 미립자 물질의 입자 크기 분포를 조절하는 단계를 포함하는 금속 황화물 농축물을 위한 유동층 로스팅 프로세스에서 유동층을 안정화하는 방법을 제공한다. 상기 최소량은 바람직하게는 약 35% 보다 적지 않다. 더욱 바람직하게는 상기 최소량은 약 35% 내지 약 40%의 범위 내로 떨어진다.
상기 입자 크기 분포의 조절은 유동층에서 입자 크기 분포를 생성하도록 유동층에 공급하는 농축물에서 응집제(agglomerating agent)의 양을 유지하는 것을 포함할 수 있다. 상기 응집제는 농축물에 존재하는 PbS, FeS2또는 FeS와 같은 금속 황화물을 포함할 수 있다.
입자 크기 분포의 조절은 또한 농축물 중의 납의 양을 농축물 무게의 약 3% 내지 약 4%의 범위로 유지하는 것을 포함할 수 있다. 납의 양은 바람직하게 농축물 무게의 약 3.7% 내지 약 3.8%이다.
입자 크기 분포의 조절은 층으로부터 그 입자 크기를 증가하기 위해 펠릿화된 층에 농축물을 공급하는 것을 또한 포함할 수 있다. 입자 크기 분포의 조절은 농축물의 납 함유량을 조절하거나 또는 펠릿화된 공급물을 사용하거나, 또는 이들 두 방법의 조합을 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 수분함량이 11.5중량% 보다 적은 생성 혼합물을 얻기 위해 소정량의 액체 결합제(liquid binder)와 소정량의 미세한 금속 황화물 농축물의 양을 혼합하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 혼합은 고 전단 믹서로 소정 시간동안 배취식(batch-wise) 형태에서 실행되고 상기 생성 혼합물의 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 상기 혼합 동안 약 100μm 내지 약 3300μm의 크기 범위 내에서 조정되는 펠릿화 공정을 제공한다. 상기 수분 함량은 약 100μm 내지 약 1000μm, 바람직하게는 약 100μm 내지 약 420μm의 정도 크기 범위 내의 비율로 펠릿을 생성하기 위해 조정되는 것이 바람직하다.
이 명세서에 있어서, 고 전단 믹서는 공급물질의 강한 혼합 작용과 균질화를 제공하는 믹서를 뜻한다. 이것은 일반적으로 독점 기하 파라미터, 변류기, 회전자, 고속 모터 등을 포함할 수 있는 특별한 믹서 설계 특성으로 성취될 것이다. 출원인은 상업적으로 이용 가능한 아이리취 타입 알 인텐시브 믹서(EirichTMType R Intensive Mixer)가 적절한 장치임을 발견했다.
액체 결합제는 물 또는 황산염 수용액을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 액체 결합제는 황산아연 용액을 포함한다.
상기 공정은 금속 황산염 농축물과 액체 결합제를 고체 결합제와 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시태양에서 고체 결합제의 양은 농축물량 무게의 0.5% 내지 약 3%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 2%이다. 다른 실시태양에 있어서, 고체 결합제의 양은 농축물량의 무게의 약 1% 보다 많지 않다.
고체 결합제는 유출액 처리 장치(ETP) 잔여물 또는 집진장치/정전 침전기(ESP) 포획물과 같은 유동층 로스팅 프로세스에 대해 내부에 있는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적과 잇점은 이하 발명의 바람직한 실시태양의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 로스팅 프로세스를 실시함에 있어서, 84m2의 층 면적을 갖는 루지(LurgiTM) 난류층 로스터가 사용된다. 이 로스터의 형태는 특히, 아연 농축물의 로스팅에 관하여 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 따라서, 상기 로스터를 여기서 더 이상 상세히 설명하지 않을 것이다.
비교를 위하여, 미세 황화아연 농축물을 사용하는 불안정한 유동층으로 존재하는 일반적인 작동 조건은 아래와 같다:
유동층 크기 분포:
미세 (＜105μm) ＞50%
중간 (105-420μm) 5-15%
거침 (420-1100μm) - - -
매우 거침 (＞1100μm) ＞35%
과잉층 생성된 하소물의 5-15%
ESP에 대한 먼지 하중 생성된 하소물의 4-6%(12-18g/m3)
보일러 출구 온도 450-500 ℃(오염)
바람상자 압력 2100-2200 mmH2O
미세 황화아연 농축물을 사용하는 본 발명의 일 태양에 따른 방법을 실시함에 있어서, 로스터에 대한 공급은 분석되고 조절되어 그 납 함유량은 농축물 무게의 납 3.7 내지 3.8%로 유지된다. 그러나, 약 3% 에서 최고 4%의 더 넓은 범위가 허용될 수 있다. 농축물의 공지된 분석으로부터, 층에 대한 공급의 구성은 필요량의 응집제를 함유하는 층으로 공급된 생성물을 생성하기 위해 다른 농축물의 배합 또는 혼합에 의해 조절될 수 있다.
로스터 혼합을 구성하는 아연 농축물에서 납의 부족은 만약 필요하다면, 납 농축물의 첨가로 보충될 수 있다.
이 공급 방법은 공급과 더 안정적인 로스터 작동에서 중간 크기 분획의 매일 매일 적은 변화를 초래한다. 이 방법으로, 도 1과 도 2에서 도시된 것과 같이 로스터 비율과 유효성에서 현저한 증가가 있다.
로스터 "유효성"은 로스터가 작동을 위해 이용 가능한 시간의 비율로 설명된 로스터가 작동되는 시간을 말한다. "비율"은 시간당 톤으로 설명된 로스터에 대한 물질의 공급 비율을 말한다.
얻어진 결과는 아래와 같다:
유동층 크기 분포:
미세 (＜105μm) 15-25%
중간 (105-420μm) ＞30%
거침 (420-1100μm) - - -
매우 거침 (＞1100μm) 15-30%
과잉층 생성된 하소물의 25-35%
ESP에 대한 먼지 하중 생성된 하소물의 2-3%(4-8g/m3)
보일러 출구 온도 ＜425 ℃(오염이 명확하게 감소)
바람상자 압력 2500-2800 mmH2O
30% 보다 적지 않은 로스터층 물질은 불안정한 상태하에 5 내지 15%와 비교하여 100 내지 420μm의 크기 범위로 떨어지는 것을 알 수 있다. 과잉층은 불안정한 상태하에서 5 내지 15%로 비교된 생성된 하소물의 25 내지 35%로 증가된다. 부가적으로 정전 침전기에 대한 먼지 하중은 감소되고 보일러 출구 온도는 또한 현저하게 떨어진다. 바람상자 압력은 2100 내지 2200 mmH2O에서 2500 내지 2800 mmH2O로 증가된다.
본 발명에 따른 입자화 프로세스는 일 실시예에 의해 이제 설명될 것이다.
칭량 공급기로 정확히 칭량된 미세 황화아연 농축물, 또는 둘 이상의 다른 황화아연 농축물 블렌드의 양은 저장고(holding bin)에 축적된다. 본 실시예에 있어서, 상기 양은 3800kg이다. 상기 3800kg 배취는 지속적으로 혼합하는 에이리취 믹서에 30초 내내 공급된다.
본 실시예에 있어서, 일반적으로 농축물 중량의 1-2%로 집진장치/ESP 포획물의 형태로 결합제 물질은 30초 내내 농축물과 동시에 상기 에이리취 믹서에 또한 공급된다.
액상인 일반적으로 황산아연 수용액은 고체 물질이 믹서에 첨가된 후에 믹서에 공급된다. 충분한 액상은 사용되는 농축물을 위해 약 11%의 수분 함량을 생성하도록 첨가된다. 예를 들어, 이 실시예에서 사용되는 농축물은 이미 약간의 수분을 함유하고 있다.
상기 물질은 믹서에 대해 농축물의 첨가 시작부터 측정된, 약 5분의 전체 시간동안 배취 모드에서 지속적으로 혼합된다. 그래서 상기 물질은 배출되고 새로운 혼합 사이클이 시작된다. 상기 프로세스는 실온에서 수행되고 가열은 요구되지 않는다.
상기 프로세스는 약 1500μm의 평균 크기로 약 200-3300μm의 크기 범위를 갖는 펠릿을 생산한다. 낮은 수분 함량으로, 100μm 이하 크기를 갖는 미립자는 생성될 수 있다. 상기 수분 함량은 응집체의 크기 분포를 결정한다. 그래서, 상기 입자 크기 분포는 수분 함량을 조정하여 조절될 수 있다. 그러나, 약 11.5% 이상의 수분 함량은 이 값 이상이 원하지 않는 방울을 형성하기 때문에 회피되는 것이다.
다양한 물질이 결합제로 사용될 수 있다. 예를 들어, 황산아연을 함유하는 클라리파이어 오버플로우(clarifier overflow: COF) 또는 뉴트랄 공급(neutral feed: NF)과 같은 아연 생성 프로세스 내에 있는 용액인 황산염 함유 용액은 고체 결합제의 첨가 없이 결합제로서 단독으로 사용될 때, 결합제로 단독으로 사용된 물 보다 더욱 효과적이다. 그런 용액은 일반적으로 황산아연으로 약 150g/l 아연을 함유한다. 본질적으로 150 g/l 황산아연의 중성용액(pH 5.0)이 더 좋지만 다른 적절한 용액이 사용될 수 있다.
고체 결합제와 황산염 용액이 단지 황산염 함유 용액 단독 보다 더 좋은 성능을 나타낸다는 것이 발견됐다. 고체 결합제의 첨가는 액상 결합제 첨가를 위해 더 높은 용량을 제공하고, 그 결과로, 더 높은 강도의 펠릿을 산출한다. 바람직하게 황산염 함유 물질이 선택된다.
경제적인 이유로, 바람직한 고체 결합제는 아연 생성 프로세스 내에 있는 물질로부터 선택된다. 다음과 같은 것이 이용 가능한 것으로 발견된 것이다.
- 유출물 처리 장치(ETP) 잔유물. 결합제로서 이용성이 증명되었고, 그러므로 충분히 로스터로 재 순환될 수 있다(가스 스트림으로의 캐리오버가 최소화됨). 상기 물질은 로스팅에서 흡열 부하이고, 그것에 의해 로스터 층 냉각을 제공한다.
- 집진장치/ESP 포획물. 이 물질은 결합제로 특히 유용한 것으로 증명되었다.
- 로스터 하소물. 이 로스터 생성 물질은 또한 유용한 것으로 증명되었다.
- 벤토나이트. 이것은 충분히 입증되었으나, 이것은 불필요한 물질을 도입하는 것으로 바람직하지 않다. 테스트워크(testwork)는 벤토나이트가 본 프로세스에서 일반적으로 제거될 수 있다는 것을 나타냈다.
- 생석회. 이 물질은 또한 충분히 입증되었으나, 이것은 불필요한 물질은 도입하는 것으로, 또한 바람직하지 않다.
사용된 고체 결합제의 양은 일반적으로 농축물 중량의 약 0.5% 내지 약 3.0%이다. 바람직하게는, 상기 양은 고체 조작 및 재순환이 최소화하도록 하는 요구에 의하여 0 내지 약 1% 범위이지만, ETP 잔유물이 사용되면, 이것은 더 많은 양을 재 순환하도록 하기에 바람직하다. 표 1은 어떤 실시예를 보여준다:
효과 순서로 된 결합제의 순위
순위 입자 종류
1 1% 벤토나이트, 1% ESP, COF
2 3% ZnSO4, COF
3 1% 벤토나이트, 2% ESP, NF
4 1% 석회, 1% 하소물, COF
5 1% "레드 독(Red Dog)" 슬러지, 1% 벤토나이트, COF
6 0.5% 벤토나이트, 1% 하소물, COF
7 0.1% 벤토나이트, 1% 하소물, COF
8 1% 벤토나이트, 1% 하소물, COF
9 1% ETP 침전물, COF
상기 표에 있어서, "레드 독" 슬러지는 알라스카에 있는 출원인의 레드 독 광산에서 나온 슬러지를 말한다.
고체 결합제로 사용하기에 적절한 일반적인 집진장치/ESP 포획물은 유동층 로스터 배기 가스로부터 포집된 먼지의 다양한 블렌드이다. 상기 먼지는 집진기 및 정전 침전기에서 쌓인다. 근접한 분석결과는 표 2에서 나타낸다.
집진장치/ESP 포획물의 분석결과
SO4/S % Zn %
ESP 3.8 - 6.6 48 - 55
집진장치 2.4 - 3.8 52 - 58
황산염 함유량이 결합 프로세스를 돕고 ESP 포획물 처럼 황산염 함유량이 더 높은 물질이 유용하다는 것은 확신된다.
배취 펠릿화 프로세스에서 체류시간은 약 1 내지 30 분, 바람직하게는 5 내지 10 분이 될 수 있고, 일반적으로 적어도 5 분의 유지시간이 바람직하다.
입자화된 물질은 로스팅 전에 동일한 시간동안 저장될 수 있다는 것이 입증되었다. 저장 온도는 응고점 이하가 될 수 있다. 펠릿 압축 강도는 응고/융해 사이클의 회수에 따라 변하지 않는다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 방법을 실시함에 있어서, 펠릿화된 농축물은 상기 층에 있는 미립자 물질의 요구된 입자 크기 분포를 유지하도록 로스터에 대한 공급에 포함된다. 이 방법은 농축물에 있는 응집제의 양을 조절하기 위한 방편으로 사용될 수 있는 반면, 이것은 또한 사용된 농축물의 종류에 의한 응집제의 조절과 관련하여 실시될 수 있다.
본 발명의 단지 바람직한 실시태양이 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 그것에 의해 제한되지 않고 변형 예들은 첨부된 청구범위의 범위 내에서 이루어질 수 있다.

Claims (40)

  1. 금속 황화물 농축물을 위한 유동층 로스팅 프로세스에서 유동층을 안정화하는 방법에 있어서, 미립자 물질의 최소량 30% 이상이 100 내지 420μm의 크기 범위로 되도록 유동층에서 미립자 물질의 입자 크기 분포를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최소량은 35% 이상인 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 최소량은 35% 내지 40%의 범위 인 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입자 크기 분포의 조절은 유동층에서 입자 크기 분포를 생성하도록 유동층에 공급하는 농축물에서 응집제의 양을 유지하는 것을 포함하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 응집제는 유동층에 공급된 농축물에 존재하는 금속 황화물을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 입자 크기 분포의 조절은 유동층에 공급된 농축물 중의 납의 양을 농축물 무게의 3% 내지 4%의 범위로 유지하는 것을 포함하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 납의 양은 농축물 무게의 3.7% 내지 3.8%인 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입자 크기 분포의 조절은 그 입자 크기를 증가하기 위해 펠릿화된 층에 농축물을 공급하는 것을 포함하는 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 펠릿화는 수분함량이 11.5중량% 이하인 생성 혼합물을 얻기 위해 소정량의 액체 결합제와 소정량의 미세 금속 황화물 농축물을 혼합하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 혼합단계는 소정시간 동안 고 전단 믹서로 배취식 형태에서 실행되고 상기 생성 혼합물의 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 혼합하는 동안 100μm 내지 3300μm의 크기 범위 내에서 조정되는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 100μm 내지 1000μm의 크기 범위 내의 비율로 조정되는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 100μm 내지 420μm의 크기 범위 내의 비율로 조정되는 것인 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 액체 결합제는 물을 포함하는 것인 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 액체 결합제는 황산염 수용액을 포함하는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 황산염 수용액은 황산아연 용액인 것인 방법.
  15. 제9항에 있어서, 금속 황화물 농축물과 액체 결합제를 고체 결합제와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 고체 결합제의 양은 농축물 무게의 0.5% 내지 3%인 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고체 결합제의 양은 농축물 무게의 1% 내지 2%인 것인 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 고체 결합제의 양은 농축물 무게의 1% 이하인 것인 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 고체 결합제는 유출액 처리 장치(ETP) 잔여물을 포함하는 것인 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 고체 결합제는 집진장치/정전 침전기(ESP) 포획물을 포함하는 것인 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 고체 결합제는 하소물을 포함하는 것인 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 고체 결합제는 황산염 화합물을 포함하는 것인 방법.
  23. 제9항에 있어서, 소정시간은 1 내지 30 분인 것인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 소정시간은 5 내지 10 분인 것인 방법.
  25. 제9항에 있어서, 상기 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 100μm 내지 1000μm의 크기 범위 내의 비율로 조정되는 것인 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 100μm 내지 420μm의 크기 범위 내의 비율로 조정되는 것인 방법.
  27. 제1항에 있어서, 상기 입자 크기 분포의 조절은 그 입자 크기를 증가하기 위해 펠릿화된 층에 농축물을 공급하고 상기 농축물에 소정량의 납을 유지하는 것을 포함하는 것인 방법.
  28. 수분함량이 11.5중량% 이하인 생성 혼합물을 얻기 위해 소정량의 액체 결합제와 소정량의 미세 금속 황화물 농축물을 혼합하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 혼합단계는 소정시간 동안 고 전단 믹서로 배취식 형태에서 실행되고 상기 생성 혼합물의 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 혼합하는 동안 100μm 내지 3300μm의 크기 범위 내에서 조정되는 펠릿화 프로세스.
  29. 제28항에 있어서, 금속 황화물 농축물과 액체 결합제를 고체 결합제와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것인 펠릿화 프로세스.
  30. 제29항에 있어서, 상기 고체 결합제의 양은 농축물 무게의 0.5% 내지 3%인 것인 펠릿화 프로세스.
  31. 제30항에 있어서, 상기 고체 결합제의 양은 농축물 무게의 1% 내지 2%인 것인 펠릿화 프로세스.
  32. 제29항에 있어서, 상기 고체 결합제의 양은 농축물 무게의 1% 이하인 것인 펠릿화 프로세스.
  33. 제29항에 있어서, 상기 고체 결합제는 유출액 처리 장치(ETP) 잔여물을 포함하는 것인 펠릿화 프로세스.
  34. 제29항에 있어서, 상기 고체 결합제는 집진장치/정전 침전기(ESP) 포획물을 포함하는 것인 펠릿화 프로세스.
  35. 제29항에 있어서, 상기 고체 결합제는 하소물을 포함하는 것인 펠릿화 프로세스.
  36. 제29항에 있어서, 상기 고체 결합제는 황산염 화합물을 포함하는 것인 펠릿화 프로세스.
  37. 제28항에 있어서, 소정시간은 1 내지 30 분인 것인 펠릿화 프로세스.
  38. 제37항에 있어서, 소정시간은 5 내지 10 분인 것인 펠릿화 프로세스.
  39. 제28항에 있어서, 상기 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 100μm 내지 1000μm의 크기 범위 내의 비율로 조정되는 것인 펠릿화 프로세스.
  40. 제39항에 있어서, 상기 수분 함량은 펠릿을 생성하기 위해 100μm 내지 420μm의 크기 범위 내의 비율로 조정되는 것인 펠릿화 프로세스.
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