KR20160145713A - 구리 함유 재료를 전환하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 (a) 황화구리와 황화철을 포함하는 구리 함유 재료를 제공하는 단계로서, 상기 구리 함유 재료가 구리 함유 재료의 전체 중량의 적어도 35 wt% 의 구리를 포함하는, 상기 구리 함유 재료를 제공하는 단계, 및 (b) 황화철과 황화구리의 산화를 실시하기 위하여, 용재의 부재 하에, 노 내의 구리 함유 재료를 산소 함유 가스와 반응시키고, 조동과 전로 슬래그를 수득하기 위하여 최종적인 전로 슬래그가 용융 상태에 있도록 산소 함유 가스의 주입과 온도를 제어하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 건식야금 (pyrometallurgic) 구리 제조 분야에 속하고, 매트 (matte) 또는 화이트 메탈 (white metal) 과 같은 구리 함유 재료를 조동 (blister copper) 으로 전환하는 방법에 관한 것이다.
건식야금 구리 제조를 위한 전형적인 프로세스는 배소 단계 (roasting), 노들 (furnaces) 에서의 용련 단계, 및 조동의 제조를 위한 전환 단계에 기초한다. 이러한 단계들에는 조동의 음극 구리 (cathode copper) 로의 추가 정제 단계가 후속될 수 있다. 배소 단계는 광석 및/또는 정광 (concentrate) 에서 황, 안티몬, 비소 및 납을 포함하는 불순물들을 감소시키기 위해 실시된다. 배소된 생성물 (하소됨) 은 용련로를 위한 건조 및 가열된 장입물 (charge) 의 역할을 한다. 배소된 정광 (ore concentrate) 의 용련은 매트 (황화구리 (Cu2S), 황화철 (FeS), 및 일부 중금속들의 용융 혼합물) 를 생성한다. 마침내, 매트를 전환하는 것은 97.5 ~ 99.5% 의 구리를 가지는 높은 그레이드의 "조동" 을 수득한다. 용련로로부터의 매트는, 전로 슬래그와 가스 이산화황으로서 철과 황 불순물들을 제거하기 위하여 그리고 조동을 형성하기 위하여 용융된 재료가 공기의 존재 하에 산화되는 전로들로 장입된다. 전형적으로, 용재 (flux) 가 추가되고, 공기는 잔류 황을 제거하기 위하여 용융된 혼합물을 통해 취입된다. 전형적으로, 조동은 그런 다음 정제로 (anode furnace) 내에서 건식정제 (fire-refined) 되고, "양극"으로 주조되며, 추가의 불순물 제거를 위해 전해 용련소 (electrolytic refinery) 로 보내진다.
전환을 위해, Pierce-Smith 전로 및 Hoboken 전로가 가장 일반적인 프로세스들이다. Pierce-Smith 전로들은 양단부에 있는 트러년 (trunnion) 들에 탑재된 내화물-라이닝된 원통형 강철 셸들 (refractory-lined cylindrical steel shells) 이고, 또한 충전 및 용탕주입 (pouring) 을 위해 장축을 중심으로 회전된다. 전로의 중심에 있는 개구는 용융 매트, 규산 용재, 및 스크랩 구리가 장입되고 가스 생성물들이 통기되는 마우스 (mouth) 로서 기능한다. 공기, 또는 산소 부화 공기는 용융 매트를 통해 취입된다. 황화철은 산화철 (FeOx) 와 SO2 를 형성하기 위하여 산화된다. 취입 및 슬래그 배재 (skimming) 는 "화이트 메탈"이라 불리는 적합한 양의 비교적 순수한 Cu2S 가 전로의 저부에서 축적될 때까지 계속된다. 최종적인 에어 블라스트 ("최종적인 취입") 는 황화구리를 SO2 로 산화시키고, 98 ~ 99 % 의 구리를 포함하는 조동을 형성한다. 조동은 후속 정제 단계를 위해 전로로부터 제거된다. 작동을 통틀어 생성된 SO2 는 오염 제어 디바이스들로 통기된다. Mitsubishi 프로세스에서, 용재는 전형적으로 슬래그를 포함하는 CaO 를 초래하는 석회석 (CaCO3) 이다. 또한, 슬래그는, 주로 Cu2O 로서, Cu 수율을 최적화시키기 위하여 용련로 내로 재순환될 수 있는 12 ~ 18 % 의 구리를 전형적으로 포함한다.
플래시 용련로는 정광들과 용재로부터 높은 그레이드의 구리 매트를 제조하기 위하여 배소 작동과 용련 작동을 결합시킨다. 플래시 용련 시에, 건조된 정광들과 미세하게 그라인딩된 용재들은 산소, 예열된 공기, 또는 이 둘의 혼합물과 함께 대략 1000℃ 로 유지되는 노 내로 주입된다. 또한, 여기에는, 배소, 용련 및 전환을 대신하는 Noranda 및 Mitsubishi 와 같은 다수의 프로세스가 존재한다. Noranda 프로세스 반응기와 마찬가지로, 그리고 반사로 및 전기로와 대조하여, 플래시 노는 대부분의 또는 모든 필요한 열을 제공하기 위하여 그들의 황화물 장입물 (sulfide charge) 의 부분 산화로부터 발생된 열을 사용한다.
용련 단계 및/또는 전환 단계에서 활용되는 용재는 전로 슬래그를 더 많이 액체로 하고, 따라서 가능한 작동 온도들을 더 낮출 수 있지만, 이의 사용은 또한 추가의 에너지 소비를 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 용재의 부재 하에 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적들은 독립항들에 제시된 것에 의해 특징지어지는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시형태들은 종속항들에 개시된다.
놀랍게도, 구리 함유 재료 내에 포함된 구리의 일부가 산화구리로 산화되는 산화 레벨에서 전환 단계가 실시될 때에 용재의 사용이 회피될 수 있다는 것을 알게 되었다. 산화구리의 존재는 전로 슬래그의 액화를 돕고 추가된 종래의 용재는 불필요하다.
본 발명은 용재의 부재 하에 임의의 전환 프로세스, 특히 플래시 전환을 실행하는 것을 가능하게 한다. 프로세스는, 구리 농도가 적어도 35 wt% 이고 블리스터 내에 0.15 % 미만의 S, 바람직하게는 블리스터 내에서 0.06 ~ 0.10 % 의 S 를 갖는 조동을 초래하는 매트 및/또는 화이트 메탈과 같은 높은 구리 함량을 갖는 구리 함유 재료들에 사용될 수도 있다.
본 발명의 방법의 이점은, 용재들의 용련과 관련된 에너지 소비가 회피될 수 있는 것이다. 또한, 조동으로부터 여분의 황을 제거하기 위하여 구리의 건식 정제에서 산화 단계가 불필요하다. 또한, 더 많은 정광이 플래시 용련로 내로 장입될 수 있는 종래의 칼슘 페라이트 슬래그보다 무용재 (fluxless) 슬래그가 플래시 용련로에서 더 나은 냉각수이다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 [수반되는] 도면들을 참조하여 바람직한 실시형태들에 의해 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 산화도의 함수로서 슬래그의 액체화 온도를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 온도의 함수로서 슬래그의 원하는 구리 함량을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 온도의 함수로서 블리스터로의 구리 수율을 나타내는 그래프이다.
도 2 는 온도의 함수로서 슬래그의 원하는 구리 함량을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 온도의 함수로서 블리스터로의 구리 수율을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:
(a) 황화구리와 황화철을 포함하는 구리 함유 재료를 제공하는 단계로서, 상기 구리 함유 재료가 상기 구리 함유 재료의 전체 중량의 적어도 35wt% 의 구리를 포함하는, 상기 구리 함유 재료를 제공하는 단계;
(b) 황화철과 황화구리의 산화를 실시하기 위하여, 용재의 부재 하에, 노 내의 구리 함유 재료를 산소 함유 가스와 반응시키고, 조동과 전로 슬래그를 수득하기 위하여 최종적인 전로 슬래그가 용융 상태에 있도록 상기 산소 함유 가스의 주입 및 온도를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 프로세스는, 구리 농도가 구리 함유 재료의 전체 중량의 적어도 35 wt%, 특히 40 ~ 78 wt%, 더 바람직하게 55 ~ 75 wt% 인 매트 및/또는 화이트 메탈과 같은 높은 구리 함량을 포함하는 구리 함유 재료들에 특히 적합하다. 본 발명의 방법은 구리, 철 및 황을 포함하는 구리 함유 재료에 특히 적합하다. 전형적으로 이러한 구성 요소들은 혼합물로서 황화구리 (Cu2S) 및 황화철 (FeS) 을 나타낸다. 매트는 이러한 구리 함유 재료들의 바람직한 예이다. 또한, 구리 함유 재료는 특정 용련소에서 사용되는 원료들에 따라 미량 원소들뿐만 아니라, Pb, Zn, Ni, As, Co, Sb, Ag, Au, Pt, Pd 및/또는 Bi 와 같은 소량의 다른 구성 요소들을 포함할 수도 있다. 본 발명의 방법은 피드 (feed) 의 더 높은 구리 스크랩 로딩을 허용한다.
본 발명의 프로세스에 의해 처리된 구리 함유 재료는 구리 함유 광석 및/또는 정광을 배소 및 용련함으로써 전형적으로 생성된다. 따라서, 구리 함유 재료의 정확한 조성은 배소 및 용련과 같은 이전 프로세싱 단계들에 제공된 구리 함유 광석 및/또는 정광의 특성에 의존한다.
반응은 노 내에서 전형적으로 수행되고, 조동은 노의 저부에서 층을 그리고 상부에서 부유하는 슬래그를 형성한다. 구리 함유 재료가 전환 단계에서 산소 함유 가스와 반응할 때에, 구리 함유 재료 내에 포함된 철은 산화되어, 고체 산화철 상을 생성한다. 동시에, 구리 함유 재료 내에 포함된 황은 산화되어, 산성 플랜트에서 처리될 수 있는 가스 이산화황을 생성한다.
황화물의 산화물로의 전환은 국부적인 산소 농도와 온도에 의존한다. 산소는 예를 들어 산소 부화 공기, 순수 산소, 또는 이들의 임의의 혼합물들로서, 바람직하게는 산소 부화 공기로서 전환 단계 (b) 로 도입될 수 있다. 전환 단계 (b) 에서 산소의 필요량은 수득된 블리스터의 원하는 구리 농도와 원하는 황 농도뿐만 아니라, 구리 함유 재료의 황화물 및 구리의 농도에 의존한다.
단계 (b) 에서의 산소 분압 (pO2) 은 구리 함유 재료의 특성, 전로 슬래그의 원하는 구리 농도, 및 조동의 원하는 황 농도에 추가로 의존한다. 산소 분압은 전형적으로 1 ~ 100 ㎩, 바람직하게 2 ~ 70 ㎩, 더 바람직하게 10 ~ 30 ㎩ 이다.
바람직하게는, 구리 함유 재료는 구리 함유 재료 내에 포함된 구리의 일부를 산화구리로 전환시키도록 산화된다. 전로 슬래그 내의 산화구리의 존재는 전로 슬래그의 액화를 돕는다. 전로 슬래그의 전체 중량의 적어도 30 wt% 의 전로 슬래그 내의 산화된 구리를 획득하기 위하여 구리 함유 재료를 산화시키는 것이 바람직하다. 원하는 비율은 전술한 바와 같이 적합한 산소 분압 (pO2) 에서 전로 내로 산소 함유 가스를 주입함으로써 달성될 수 있다. 바람직하게는, 전로 슬래그 내의 산화된 구리의 농도는 전로 슬래그의 전체 중량의 30 ~ 90 wt%, 더 바람직하게는 35 ~ 70 wt%, 가장 바람직하게는 40 ~ 60 wt% 이다.
본 발명을 실행함으로써, 종래의 용재의 사용 없이, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 것이 가능하다. 본원에서 그리고 이후에 사용되는 바와 같은 용어 "용재"는, 용련 온도에서 슬래그를 더 많이 액체로 하기 위하여, 즉 슬래그 점성을 온도와 함께 감소시키고 또한 용련 시에 슬래그의 유동을 증가시키기 위하여, 용련로 및/또는 전로의 내용물들에 첨가되는, 슬래그 빌더들로서 또한 공지된, 종래의 첨가제들에 관한 것이다. 구리 제조 시에 용재의 전형적인 예들은 특히 이산화규소 (SiO2), 산화칼슘 (CaO), 및/또는 탄산칼슘 (CaCO3) 을 포함한다.
전환 단계 (b) 의 원하는 온도는 전로 슬래그에서 산화된 구리의 원하는 농도에 의존한다. 온도는 슬래그가 용융 상태에 있다는 것을 보장하고 또한 구리의 용인가능한 수율을 획득하기 위하여 전형적으로 적어도 1200℃ 이다. 더 낮은 산화구리의 농도가 전로 슬래그 내에 존재할 때에, 더 높은 온도가 요구된다. 온도는 1220 ~ 1450 ℃, 더 바람직하게 1250 ~ 1400 ℃, 가장 바람직하게 1300 ~ 1380 ℃ 이다.
도 1 은 조동의 산화도의 함수로서 슬래그의 액체화 온도 (liquidus temperature) 를 도시하고; 도 2 는 전로 슬래그 내의 구리의 농축물의 작동 온도의 의존성을 도시하며; 도 3 은 온도의 함수로서 블리스터에 대한 구리 수율을 도시한다.
본 발명의 방법은 배소 및 용련과 같은 한 개의 또는 수 개의 다른 프로세스 단계들과 전환을 결합하는 프로세스의 통합된 일부로서 또는 별개의 프로세스 단계로서 실시될 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 자용로 공법 (플래시 Smelting Process) 의 통합된 부분으로서 실시된다. 따라서, 전환 단계 (b) 는 당업자에 의해 적절하게 발견된 임의의 적합한 노 내에서 실시될 수 있다. 전환 단계 (b) 는 부유 용련 또는 욕 용련으로서, 특히 부유 용련으로서 통상적으로 실시된다. 예를 들어, 전환 단계는 플래시 전로 (FCF), Pierce-Smith 전로 (PS), Mitsubishi 전로, 상부 침지형 랜스 전로 (TSL), 및 SKS 전로로 이루어지는 군으로부터 선택된 노 내에서 달성될 수 있다. FCF 는 연속 작동 및 오프-가스들의 보다 나은 회수를 허용하기 때문에 특히 적합하다.
본 발명의 방법은 용련 프로세스 동안 황의 효율적인 산화를 가능하게 하고, 따라서 조동 내의 황의 양을 감소시키며, 공기 산화에 의해 정제로들에서 전형적으로 실시되는 최종 황 제거를 가능한 회피하며, 또한 정제로의 연속적인 환원 작동을 허용한다. 또한, 전로에서 정제로로의 조동의 이동에서 론더 방출물들 (launder emissions) 이 감소된다.
실시예
실시예 1
이하의 실시예는 용재들이 사용되지 않은 FCF 프로세스의 추정에 의해 나타낸다. 슬래그는 소량의 황과 함께 철과 구리의 산화물들로만 이루어진다. FCF 슬래그의 액체화 온도들과 주요 고상들은, 조동 내의 0.03. 0.06, 0.10 및 0.15% 의 S 에서, 이하의 표 1 에서 나타낸 네 개의 매트 조성물들에 대해 산출되었다. 결과들은 도 1 에 도시된다. 슬래그의 조성은 온도의 함수로서 산출되었다. 슬래그의 구리 함량으로서의 결과들은 도 2 에 나타내어 진다. 구리 수율들은 매트의 상이한 산화도 및 구리 그레이드들에 대해 산출되었다. 결과들은 도 3 에 제시되어 있다.
상기 추정으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전환 단계는 종래의 용재의 부재 하에 실시될 수 있다.
기술적 진보로서, 본 발명의 개념은 여러 방식으로 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명과 이의 실시형태들은 전술한 실시예들에 한정되지 않고, 청구 범위 내에서 다양할 수도 있다.
Claims (12)
- 구리 함유 재료를 조동 (blister copper) 으로 전환하는 방법으로서,
(a) 황화구리와 황화철을 포함하는 구리 함유 재료를 제공하는 단계로서, 상기 구리 함유 재료가 상기 구리 함유 재료의 전체 중량의 적어도 35 wt% 의 구리를 포함하는, 상기 구리 함유 재료를 제공하는 단계,
(b) 황화철과 황화구리의 산화를 실시하기 위하여, 용재 (flux) 의 부재 하에, 노 (furnace) 내의 상기 구리 함유 재료를 산소 함유 가스와 반응시키고, 또한 조동과 전로 슬래그 (converter slag) 를 수득하기 위하여 최종적인 전로 슬래그가 용융된 상태에 있도록 상기 산소 함유 가스의 주입 및 온도를 제어하는 단계를 포함하는, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 (b) 에서, 산소 분압 (pO2) 은 1 ~ 100 ㎩, 바람직하게는 2 ~ 70 ㎩, 더 바람직하게는 10 ~ 30 ㎩ 인, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
단계 (b) 에서, 상기 온도는 적어도 1200 ℃, 바람직하게는 1220 ~ 1450 ℃, 더 바람직하게는 1300 ~ 1400 ℃ 인, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (b) 에서, 상기 전로 슬래그 내의 산화된 구리의 농도는 상기 전로 슬래그의 전체 중량의 적어도 30 wt%, 바람직하게는 30 ~ 90 wt%, 더 바람직하게는 35 ~ 70 wt%, 가장 바람직하게는 40 ~ 60 wt% 인, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
수득된 블리스터의 황 농도는 블리스터 내에서 0.15 % 미만의 S 이고, 바람직하게는 블리스터 내에서 0.06 ~ 0.10 % 의 S 인, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 함유 재료는 상기 구리 함유 재료의 전체 중량의 적어도 35 wt%, 바람직하게는 40 ~ 78 wt%, 더 바람직하게는 55 ~ 75 wt% 의 구리를 포함하는, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 함유 재료는 매트 (matte), 화이트 메탈 (white metal) 및 이들의 혼합물들로부터 선택되는, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
전환 단계 (b) 는 부유 용련 (suspension smelting) 또는 욕 용련 (bath smelting) 으로서, 특히 부유 용련으로서 실시되는, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
전환은 플래시 전로 (FCF) 에 의해 달성되는, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
전환은 Pierce-Smith 전로 (PS) 에 의해 달성되는, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
산소 함유 가스는 산소 부화 공기, 순수 산소 및 이들의 임의의 혼합물들, 바람직하게는 산소 부화 공기인, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
이산화규소 (SiO2), 산화칼슘 (CaO), 및 탄산칼슘 (CaCO3) 이 단계 (b) 에서 용재로서 존재하지 않은, 구리 함유 재료를 조동으로 전환하는 방법.
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