KR101139304B1 - 금속을 함유한 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 추출 방법에 관한 것으로, 액화된 금속 함유 슬래그가 적어도 하나의 전기 아크로(1, 2)에서 가열되는 상기 추출 방법에 관한 것이다. 슬래그로부터 특히 구리를 회수하기 위한 개선된 방법을 제공하기 위해, 본 발명의 제안에 따라, 금속 함유 슬래그는 교류 또는 직류 전기로로서 형성된 제1 노(1)에서 가열되며, 이 제1 노(1)의 용융물은 직류 전기로로서 형성된 제2 노(2)로 공급된다. 또한, 본 발명은 금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 추출 장치에 관한 것이다.

금속 추출, 슬래그, 전기로, 전극, 자계

Description

금속을 함유한 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR EXTRACTING A METAL FROM A SLAG CONTAINING THE METAL}

본 발명은 금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 추출 방법에 관한 것으로, 액화된 금속 함유 슬래그가 적어도 하나의 전기 아크로에서 가열되는 상기 추출 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 추출 장치에 관한 것이다.

구리 농축물을 용융할 시에, 구리 매트와 슬래그가 생성된다. 슬래그는 용해된 형태뿐만 아니라 기계적으로 전환된 매트 내포물 형태의 구리를 함유한다. 슬래그를 정련하는 방법은 본질적으로 2가지가 있다. 담금질, 분쇄, 및 연마 후 슬래그 부유선광법과 액상 슬래그의 건식제련 방식의 환원법.

건식 제련 방식의 슬래그 정련은 대개 3가지 형태로 실행된다. 다시 말해 하기와 같다.

1) AC 아크로에서 코크스와 전극을 이용한 환원, 슬래그 예열, 및 침강을 통해 슬래그 정련이 이루어진다.

2) 수평의 원통형 회전로에서, 예컨대 떼니엔떼(Teniente) 슬래그 정련로에서 환원제를 주입함으로써 슬래그 정련이 이루어진다.

3) 예컨대 TBRC 공법이나 Isasmelt 공법으로 수직 전로에서 환원제를 주입함으로써 슬래그 정련이 이루어진다.

슬래그 정련은, 부유 내포물을 방출하여 그 침전을 가능케 하면서 구리 산화물의 공동 환원을 허용하기 위해, 자철광의 환원을 필요로 한다.

AC 아크로에서 가장 빈번하게 이용되는 구리 슬래그 정련은 3시간 내지 8시간이 소요되는 환원 및 침강 시간이 요구됨에 따라 비교적 큰 노를 필요로 한다. 이런 정련은 열 손실의 특별한 강한 영향을 바탕으로 상대적으로 높은 특유의 에너지 소모를 야기한다. 아크로에서의 슬래그 정련은 일괄적인 공정 또는 반연속 공정으로서 실행된다. 온도 조절과 관련한 아크로의 유연성은 올바른 슬래그 예열을 허용한다. 그러나 일부 작은 구리 내포물과 함께 구리 산화물의 환원 생성물로서 분산된 금속성 구리 내포물이 형성됨으로써 위상 분리와 충분한 구리 회수가 제한된다.

용융로에서 금속 함유 슬래그로부터, 특히 철-구리 슬래그로부터 금속을 회수하기 위한 방법은 US 4,110,107로부터 공지되었다. 용융된 슬래그가 용융이 이루어지는 아크로에 장입된다. 용융물의 바닥 영역에 탄소를 주입하기 위해 탄소 주입 유닛이 이용된다. 마찬가지로 예컨대 CaO와 같은 슬래그 형성제가 용융물에 주입된다. 환원 후에 금속이 노로부터 회수된다.

슬래그 용융물로부터 특히 니켈과 니켈-구리 혼합물을 회수하기 위한 유사한 방법은 US 4,036,636으로부터 공지되었다. 이에 따라서는 자철광이 탄소 함유 물질을 포함하는 슬래그에서 환원된다. 이때 슬래그의 환원이 개시되는 동안 기계식 교반기를 이용한 슬래그의 혼합이 이루어진다.

WO 01/49890 A1으로부터는 황산구리 농축물로부터 직접 조동(blister copper)을 제조하기 위한 방법이 공지되었다. 이 경우 구리는 산소가 농축된 조건에서 반응 용기에서 미세 분말되고 냉각된 구리 매트로부터 추출된다. 산소 농축은 산소가 농축된 공기를 공급하면서 이루어지며, 산소 함량은 적어도 50%이다. "black copper(조동)"라고도 하는 조동은 스펀지 같은 비정련된 구리이다. 구리는 용융된 액상 상태에서 기체에 대해 고체 금속보다 더욱 높은 용해력을 갖는다. 응고 시에 기체는 구리 내의 작은 기포로서 분리된다.

US 4,060,409는 재료를 용융된 상태에서 수득할 수 있는 건식제련 시스템을 기술하고 있다. 이 시스템은 재료를 수용하기 위한 용기를 포함하고, 그 용기 내부에는 동일한 크기를 갖는 다수의 셀이 형성된다. 또한, 용융된 재료를 교반할 수 있도록 하기 위해 다수의 기계식 교반기가 제공된다.

US 6,436,169는 구리 용융로를 작동시키기 위한 방법을 개시하였다. 이 경우 80 무게백분율 이상의 철을 함유한 철 함유 물질이 공급된다. 이 철 함유 물질은 3.0과 8.0 사이의 밀도를 갖는다. 이때 입자의 직경은 0.3과 15밀리미터 사이이다. 철 함유 물질은 철 함유 구리 슬래그에 공급된다. 그런 다음 Fe₃O₄에서 FeO로의 환원이 이루어진다.

연속적인 구리 제련을 위한 장치는 EP 0 487 032 B1로부터 공지되었다. 상기한 장치는 매트 및 슬래그로 이루어진 혼합물을 제조하기 위해 구리 농축물을 용 융 및 산화시키기 위한 용융로를 포함한다. 또한, 슬래그로부터 매트를 분리하기 위한 분리로도 제공된다. 전로에서는, 거친 구리를 제조하기 위해, 슬래그로부터 분리된 매트가 산화된다. 용융물 탕도 수단은 용융로, 분리로, 및 전로를 상호 연통시킨다. 전로에서 제조된 구리를 정련하기 위해, 정제로들이 제공된다. 전로와 정제로들 사이의 연결은 거친 구리 탕도 수단을 이용하여 달성된다.

EP 0 487 031 B1로부터는 구리를 연속 용융하기 위한 방법이 공지되었다. 이 경우에도 역시 흐름 연결 수단을 통해 상호 간에 연통되는 용융로, 분리로, 및 전로가 제공된다. 또한, 정제로도 제공되고, 이 정제로는 전로와 그 흐름이 연통된다. 구리 농축물은 용융로로 공급되고, 그 용융로에서 비정제 매트와 슬래그로 이루어진 혼합물을 제조하기 위해 농축물의 용융 및 산화가 이루어진다. 이어서 비정제 매트와 슬래그로 이루어진 혼합물은 분리로로 공급되고, 이 분리로에서 비정제 매트는 슬래그로부터 분리된다. 그런 다음 슬래그로부터 분리된 비정제 매트는 전로로 보내져, 그 전로에서 거친 구리를 제조하기 위해 산화된다. 그런 다음 거친 구리는 정제로들 중 어느 하나의 정제로로 유입되고, 이 정제로에서 구리가 제조된다.
이러한 기술과 부분적으로 유사한 추가의 해결 방법들이 US 5,765,489, DE 27 07 578 A1, 및 US 5,479,433으로부터 공지되었다.

금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 앞서 공지된 방법들은 그 효율성과 관련하여 여전히 개선의 여지가 있다. 그러므로 본 발명의 목적은 슬래그로부터 특히 구리를 회수하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 상기한 목적의 해결 방법은, 금속 함유 슬래그가 교류 전기로로서 형성된 제1 노에서 가열되며, 그리고 제1 노의 용융물은 직류 전기로로서 형성된 제2 노로 공급되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 추출할 금속은 구리 함유 슬래그에 내포된 구리이다.

그에 따라 다시 말하면, 본 발명은, 바람직하게는 (이하에서 추가로 확인할 수 있는 바와 같이) 전자기식 교반을 이용하면서 AC 아크로와 DC 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로에서 2단계 슬래그 환원 및 침강을 통해 구리 슬래그를 용융하고 개질함으로써 구리의 회수를 실행하는 것에 관한 것이다.

제안되는 방법은 또한, 해당하는 금속 함유 슬래그로부터 납, 아연, 백금 또는 니켈과 같은 금속을 회수하기 위해 이용될 수 있다.

교류 전기로로서 형성된 제1 노에서, 바람직하게는 슬래그의 사전 환원과 금속 매트, 특히 구리 매트의 분리가 이루어지며, 그런 다음 직류 전기로로서 형성된 제2 노에서는 깊은 곳까지 슬래그가 환원되고 내포물이 제거된다.

직류 전기로로서 형성된 제2 노에서는 바람직하게는 추출할 금속의 전기 분해 분리가 이루어진다.

추출 공정의 본질적인 개선은 재차 직류 전기로로서 형성된 제2 노에서 금속을 추출하는 동안 용융물의 전자기 교반이 이루어지는 점이 제공될 때 달성된다. 전자기 교반을 제공하기 위해, 적어도 하나의 전자석이 제2 노 내부에 위치하는 용융물에 영향을 미칠 수 있다. 대체되는 방법에 따라, 이를 위해 적어도 하나의 영구 자석이 제공될 수도 있다. 적어도 하나의 자석은 특히 바람직하게는 50가우스와 1,000가우스 사이의 자계를 생성하고, 이 자계는 제2 노 내부에서 용융물의 횡단면 일부분과 전극의 영역 일부분에 영향을 미친다.

제1 노에서는 바람직하게는 가열하는 동안 환원제, 특히 코크스가 첨가된다.

제2 노 내의 용융물 표면상에는, 본질적으로 일정한 두께를 가지는 탄소 함유 물질의 층이 형성되는 방식으로 탄소 함유 물질, 특히 코크스가 공급될 수 있다. 상기 층은 양극으로서 작용하면서 전기 연결부와 접촉한다.

또한, 제2 노 내부에서 용융물 하부의 바닥 영역에는, 금속 매트, 특히 구리 매트로 이루어진 층이 본질적으로 일정한 두께를 가지면서 체류할 수 있고, 그 층은 음극으로서 작용하면서 전기 연결부와 접촉할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 구성된 장치는, 교류 전기로로서 형성된 제1 노와 직류 전기로로서 형성된 제2 노를 특징으로 하고, 제1 노 및 제2 노 사이에는 용융물을 위한 연결 수단, 특히 탕도가 구비된다.

제1 노는 2개의 전극을 포함하고, 이 전극들은 제1 노 내부에 위치하는 용융물 내로 침지되어 교류 전류원과 연결된다. 제2 노는 판 모양으로 형성된 2개의 전극을 포함할 수 있고, 이 전극들은 제2 노 내부에 위치하는 용융물의 상부 영역 및 하부 영역에 수평으로 연장되면서 배치되어 직류 전류원과 연결된다. 상부 영역에 위치하는 전극은, 전기 접점, 특히 흑연 전극과 연결되는 코크스 베드로서 형성될 수 있다. 하부 영역에 위치하는 전극은 금속 매트, 특히 구리 매트로 이루어진 층으로서 형성될 수 있고, 이 층은 전기 접점, 특히 흑연 전극과 연결된다. 제2 노는 바람직하게는 채널 타입 유도 전기로로서 형성된다. 최종적으로 본원의 추출 장치는 바람직하게는 제2 노의 측면 영역에 자석을, 특히 전자석을 구비한다. 이 전자석의 자계 라인은 도전 부재들 중 적어도 2~3개의 도전 부재에서의 전류 흐름 방향에 대해 적어도 부분적으로 직각으로 위치한다. 그로 인해 전자기 교반 작용을 생성하는 로렌츠 힘이 생성될 수 있다.

다시 말해 본 발명은 2개의 아크로에서 2단계 슬래그 환원과 구리의 제거를 제안한다. 제1 노, 다시 말해 삼상 교류 아크로는 슬래그를 사전 환원하고 구리 매트를 분리하는 역할을 하며, 그에 이어 전자기 교반을 이용한 DC 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로에서 깊은 곳까지 슬래그가 환원되고 내포물이 제거된다. 환원 표면상으로의 물질 전달과 내포물의 응집을 개선하는 전자기 교반의 이용은 슬래그 전기 분해 및 전기 역학적 현상과 함께 효율적인 슬래그 정련과 구리의 높은 회수를 가능케 한다.

다음에서 본 발명은 도면에 도시한 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 삼상 교류 아크로와 그 후방에 배치되는 DC 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로를 도시한 개략도이다.

도 2a 및 도 2b는 전극으로서 코크스 베드 및 액상 구리 매트를 이용하면서 깊은 곳까지 슬래그를 환원하고 내포물을 제거하기 위한 DC 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로를 절결하여 각각 도시한 정면도 및 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1: 제1 노(교류 전기로) 2: 제2 노(직류 전기로)

3: 전자석 4: 전극(양극)

5: 전극(음극) 6: 전기 연결부(흑연 전극)

7: 전기 연결부(흑연 전극) 8: 연결 수단

9: 전극 10: 전극

11: 교류 전원 12: 직류 전원

13: 전기 코일 14: 전기 코일

15: 슬래그 16: 슬래그 유입구

17: 슬래그 배출구

도1은 교류 전기로 형태의 제1 노를 도시하고 있다. 이 제1 노에는 직류 전기로 형태의 제2 노(2)가 연결된다. 노(1) 내에서 준비되는 구리 슬래그의 용융물은 용융물 탕도 형태의 연결 수단(8)을 통해 제2 노(2)로 유도된다.

제1 노(1)와 그 노 내부에 위치하는 슬래그 용융물 내에는 흑연 전극 형태의 2개의 전극(9, 10)이 침지된다. 이 전극들은 교류 전류원(11)에 연결된다.

제2 노(2)는 슬래그(15)를 위한 슬래그 유입구(16)와 슬래그 배출구(17)를 포함한다. 제2 노(2) 내에는 판 모양으로 형성된 2개의 전극(4, 5)이 위치한다. 두 전극(4, 5)은 흑연 접점 전극(6 내지 7) 형태의 전기 연결부를 통해 직류 전류원(12)에 연결된다. 상부에 수평으로 위치하는 전극(6)은 직류 전류원(12)의 양극에 연결되어, 양극으로서 이용된다. 그에 상응하게 하부에 마찬가지로 수평으로 배치된 전극(5)은 직류 전류원(12)의 음극에 연결되고 그에 따라 음극으로서 이용 된다. 전기 분해 공정을 통해 구리가 추출된다.

도2로부터 알 수 있듯이, 제2 노(2)는 채널 타입 유도 전기로로서 형성된다. 측면에는 금속 코어 둘레에 전기 코일(13, 14)이 배치되고, 그에 따라 이 전기 코일들은 전자석(3)을 형성한다. 이와 같은 자석을 이용하여, 제2 노(2) 내에서 용융물을 교반하는 전자기 교반 작용이 생성된다. 하기 참조.

본 발명의 공정에 따라, 액상 슬래그는 본질적으로 AC 아크로(1)(교류 전기로)에서 처리된다. 슬래그 내의 자철광 및 구리 함유 산화물은 흑연 전극(9, 10)의 탄소 및 첨가된 코크스와 하기 식에 따라 반응한다:

Fe₃O₄ + CO = 3 FeO + CO₂

Cu₂O + CO = 2 Cu + CO₂

CO₂ + C = 2 CO

구리 함유 산화물의 환원은 자철광 공동 환원에 의해 제한된다. 공동 환원의 조건은 하기한 반응의 균형에 의해 결정된다:

(Cu₂O)_슬래그 + 3 (FeO)_슬래그 ⇔ 2(Cu)_금속 + (Fe₃O₄)_슬래그

슬래그 용융물 내의 구리 함량은 2%와 10% 사이이며, 그리고 자철광 함량은 10%와 20% 사이이다. 이 함량은 용융 방법과 생성된 매트 품질에 따른다.

AC 아크로(1) 내에서 슬래그 처리의 제1 단계는 7 내지 8%의 값으로 이루어지는 자철광 환원과 0.8 내지 1.2%의 구리 함량에 집중된다. 이는 각각 원래의 슬래그 조성에 따라 50 내지 70kWh/t의 단위 에너지 소모를 필요로 한다. 전술한 슬 래그 환원도는 약 50%만큼 환원 시간의 단축을 허용하며, 이는 노 처리 능력의 2배 증가에 상응한다. 슬래그는 연속해서, 또는 정기적인 간격으로 제2 DC 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로(2)(직류 전기로)로 출탕된다.

흑연 전극(6)이 직류 전류원(12)과의 접촉을 형성하는데 이용되는, 슬래그 표면상의 코크스 베드(4)는 양극의 기능을 가지며, 흑연 블록(7)과 접촉하는 액상 매트(5)는 DE 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로(2) 내에서 음극으로 이용된다.

노의 유입구측에서 노 용기의 창문에는 2개의 영구 자석 블록이 배치되는데, 더욱 정확하게는 슬래그 층의 절반 높이에 배치된다. 불규칙하면서 수직의 일정한 전계와 불규칙한 수평의 자계의 상호 작용은 슬래그에 작용하는 로렌츠 힘의 기울기를 유도한다.

예컨대 액상 슬래그와 같은 전도성 유체의 각각의 요소 체적에서, 일정한 전계와 영구 자계가 교차된 상태에서 작용하는 로렌츠 힘은 분명하게 유체의 상대 밀도를 변경한다:

γ_A = γ ± j x B

상기 식에서, γ_A - Nm^-3 단위의 겉보기 상대 밀도,

γ - Nm^-3 단위의 상대 밀도,

j - Am^-2 단위의 유체 내 전류 밀도,

B - T 단위의 자기 유도.

전류 밀도는 200 내지 2000 A/m²이며, 그리고 자계 세기는 0.0005 내지 0.1 테슬러인 조건에서의 전술한 힘으로 인해, 슬래그 속도는 자연적인 대류 속도와 비교하여 1 내지 2의 크기만큼 더욱 높다. 그로 인해 자석의 영역에서 슬래그는 강하게 회전하며, 그럼으로써 코크스 표면상으로의 자철광 전달은 개선되며, 그리고 환원도 가속화된다. 슬래그 환원의 온도가 높을 경우(1200 내지 1300℃), 자철광의 환원과 구리 함유 산화물의 공동 환원시 반응은 물질 전달에 의해 제어되고, 슬래그의 교반은 환원 속도를 본질적으로 상승시킨다.

그 외에도 슬래그의 교반은 정체된 유체의 형성을 억제하며, 슬래그를 균질화한다. 내포물을 제거하기 위한 방법의 제1 단계에서 슬래그를 교반하는 것이 바람직하며, 그와 더불어 슬래그가 충돌하고 응집할 가능성도 증가한다.

슬래그 운동은 매트 내포물과 금속성 구리의 충돌 가능성을 증가시키며, 그로 인해 그들의 응집 및 침전이 개선된다. 채널 타입 유도 전기로(2)의 제2 부분은 강력한 슬래그 운동이 발생하지 않으며, 그에 따라 내포물의 안정된 침강을 허용한다.

액상 슬래그의 이온 구조를 바탕으로 직류는 슬래그 전기 분해를 여기 한다. 음극 환원과 양극 산화로 인해, 하기 반응에 상응하게 자철광은 환원되고, 구리는 분리되며, 그리고 전극 상에 일산화탄소가 형성된다:

음극: Fe^{3 +} + e = Fe^{2 +}

Cu⁺ + e = Cu⁰

양극: SiO₄ ^{4 -} + 2 C = SiO₂ + 2 [CO] + 4 e

O2^- + C = [CO] + 2 e.

자철광의 음극 분해와 구리의 분리는 자철광 환원 및 구리 제거의 전체 속도를 상승시킨다. 양극 생성물로서 CO의 분리는 자철광 환원의 또 다른 중심을 형성한다.

슬래그의 상대 밀도의 겉보기 변화의 결과로서 추가로 금속 내포물에 작용하는 힘;과 금속 내 전류와 전계의 상호 작용;은 하기의 식과 동일하다:

F_EMB = 2 π j B r³

상기 식에서, F_EBF - N 단위의 부유력

j - A/m² 단위의 전류 밀도,

B - T 단위의 전계 유도성,

r - m 단위의 내포물의 반경.

내포물 표면상에서 전기 표면 전하와 자계의 상호 작용은 자계 라인에 따라 금속 액적이 이동하게 한다; 전기 모세관 운동의 현상으로서 알려진 이동 속도는 레비치(Levich)의 공식에 의해 기술된다:

상기 식에서, VEM - m s^-1 단위의 이동 속도,

ε - coul m^-2 단위의 표면 전하,

E - V m^-1 단위의 전계 세기

ηs - Pa s 단위의 슬래그 점도

k - Ω^-1 m^-1 단위의 슬래그의 고유 전도도

w - Ω m² 단위의 금속/슬래그 경계면의 저항.

전기 전하 밀도를 바탕으로, 금속 또는 매트 내포물의 이동 속도는 위에 기재한 공식에 따라 액적 반경과 더불어 감소한다. 이동 속도는 내포물이 보다 적어지면 본질적으로 중력에 의한 침전보다 더욱 빨라진다.

전계와 자계가 교차된 조건에서의 슬래그 처리는, 슬래그 정련 공정을 매우 강력하면서도 효과적으로 이루어지게 하는 일련의 현상을 이용한다. 슬래그의 전자기 교반은 물질 전달을 증가시키며, 그럼으로써 슬래그 환원은 가속화되고, 내포물의 공동 환원이 촉진된다. 그와 동시에 이루어지는 슬래그 전기 분해는, 자철광 및 구리 산화물의 음극 환원 시에, 그리고 일산화탄소의 양극 형성 시에 추가의 환원제로서 작용한다. 내포물의 전기 모세관 이동은 내포물의 공동 환원을 보조하면서, 슬래그로부터 내포물을 제거시킨다.

예:

자용로 장치(flash smelting aggregate)에서 농축물의 용융으로 제조되는 슬 래그는 4%의 Cu와 15%의 Fe₃O₄를 함유한다. 슬래그는 3시간 동안 모두 출탕되어 탕도를 통해 9.5 MVA 삼상 교류 아크로(1)로 전달된다. 슬래그 생산량은 30t/h이며, 이는 각각의 주기마다 90t을 처리하는 것에 해당한다. 코크스 소모량은 약 8kg/t이며, 에너지 소모량은 약 70 kWh/t으로, 이는 6.3 MW의 평균 전력 소모량에 해당한다. 한 시간 후에, 아크로 상에서의 슬래그 출탕은 2시간의 시간에 걸쳐 개시된다. 1.1%의 Cu 함량과 7%의 Fe3O4 함량을 함유하는 슬래그는 탕도(8)를 통해 4m 길이와 1m 폭을 갖는 챔버를 포함하는 DC 아크로(2)로 운반된다. 반연속적인 슬래그 정련을 위한 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로는 도2에 도시되어 있다. 슬래그는 2시간 동안 연속해서 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로(2)를 관류한다. 슬래그 액위가 1m일 시에, 평균 머무름 시간은 약 30분이다. 노의 열 손실이 1GJ/h인 경우, 단위 전류 소모량은 약 35kWh/t이며, 그리고 요구되는 전력 소모량은 1MW이다. 전압을 100V로 평가할 시에, 전류 세기는 10kA의 크기이다. 평가되는 코크스 소모량은 약 2kg/t이다. 최종 슬래그는 0.5%의 Cu와 4%의 자철광을 함유한다. 총 에너지 소모량은 105kWh/t이며, 코크스 소모량은 10kg/t이다.

다시 말해 본 발명에 따른 방법은 실시예에 따라 아크로에서의 2단계 구리 슬래그 정련으로서 실현된다.

슬래그는 주기적으로 또는 연속해서 제1 아크로(1) 내에 장입된다. 이 노(1)에서는, 흑연 전극 내지 탄소 전극이 용융된 슬래그 내에 삽입되고, 그 전극들을 통해 전류 공급이 야기된다. 슬래그 표면상에는 코크스 또는 기타 환원제가 공 급된다. 슬래그 정련로에서 슬래그 온도의 제어는 전력 소모량의 제어를 통해 이루어진다. 최종적으로 구리 매트 및 금속성 구리 형태로 추출된 금속의 출탕이 이루어진다.

또한, DC 채널 타입 유도 전기로(2)에서는 슬래그가 주기적으로 또는 연속해서 출탕될 수 있다. 직류는 슬래그 표면에서 양극으로서 기능하는 코크스층과 음극으로서 기능하는 액상 매트 사이에 인가된다. 전자석이나 또는 영구 자석에 의해 생성되어 위치가 제한되는 중첩된 자계는 슬래그를 이동시키기 위해 이용된다. 슬래그 표면상에는, 코크스층의 층 두께를 일정하게 유지하면서도 흑연 또는 탄소 전극과의 바람직한 전기적 접촉 조건을 유지하기 위해 코크스가 장입된다. 또한, 본 실시예에서 정련된 최종 슬래그가 연속적으로 또는 주기적으로 출탕될 수 있다. 그와 동시에 구리 매트가, 또는 금속성 구리와 함께 구리 매트가 주기적으로 출탕될 수 있다. 또한, 구리 매트(구리) 층은 노 바닥에서 액상 음극으로서 유지되고, 음극은 흑연 블록과 접촉한다.

구리 슬래그는 구리 농축물을 용융함으로써 구리 매트나 또는 직접적으로 조동으로 추출되는 그러한 슬래그뿐 아니라, 구리 매트의 개질을 통해 추출되는 그러한 슬래그를 나타낼 수 있다.

제1 아크로(1)로서는, 전통적인 AC 삼상 교류 아크로 또는 DC 아크로가 이용될 수 있다.

영구 자석 또는 전자석에 의해 생성된 자계의 유도는 바람직하게는 50가우스 내지 1,000가우스의 영역으로 이루어지고, 영구 자계는 코크스 베드와 접촉하는 전 극 또는 전극들의 영역에서 액상 슬래그의 횡단면 일부를 덮는다.

전극으로서는, 바람직하게는 흑연 또는 탄소 전극이 이용된다. 전극의 위치는 전류 라인이 자계 라인과 교차되게 한다. 전극을 최적으로 위치 결정할 때, 전류 라인은 자계 라인에 대해 수직으로 연장된다.

언급했듯이, 액상 금속 내지 금속 매트의 층은 슬래그 하부에서 음극의 기능을 갖는 흑연 전극 또는 기타 전극과 접촉한다. 슬래그 표면에 위치하는 탄소 내지 코코스층은 양극의 기능을 갖는 흑연 전극 또는 기타 전극과 접촉한다.

직류의 세기는 바람직하게는 500 A와 50,000 A의 사이이며, 이는 슬래그 정련 장치의 크기, 슬래그 량, 그리고 온도에 따른다.

비록 제안된 방법이 구리를 추출하기 위해 바람직한 것으로 제공된다고 하더라도, 상기한 방법은 납(Pb), 아연(Zn), 백금(Pt) 또는 니켈(Ni)과 같은 여타의 금속에 대해서도 적용될 수 있다.

2개의 아크로에서 2단계 슬래그 환원 및 구리 제거를 통해, 제1 삼상 교류 아크로는 슬래그의 사전 환원 및 구리 매트의 분리를 위해 이용되고, 그에 이어 전자기 교반을 이용하는 DC 환원 방식의 채널 타입 유도 전기로에서 깊은 곳까지의 슬래그 환원과 내포물의 제거가 이루어지는 점이 달성된다. 환원 표면상으로의 물질 전달과 내포물의 공동 환원을 개선시키는 전자기 교반의 이용은 슬래그 전기 분해 및 전기 역학적 현상과 함께 효율적인 슬래그 정련과 구리의 높은 회수를 가능케 한다.

Claims (21)

1. 금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 추출 방법으로서, 액화된 금속 함유 슬래그가 하나 이상의 아크로(1, 2)에서 가열되는 상기 추출 방법에 있어서,

   상기 금속 함유 슬래그는 교류 전기로로서 형성된 제1 노(1)에서 가열되고, 상기 제1 노(1)의 용융물은 직류 전기로로서 형성된 제2 노(2)로 공급되는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 추출할 금속은 구리 함유 슬래그 내에 내포된 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 추출 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 추출할 금속은 슬래그 내에 내포된 납(Pb), 아연(Zn), 백금(Pt) 또는 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 추출 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 교류 전기로로서 형성된 제1 노(1) 내에서는 슬래그의 사전 환원과 금속 매트의 분리가 이루어지며, 그리고 직류 전기로로서 형성된 제2 노(2)에서는 깊은 곳까지 슬래그가 환원되고 내포물이 제거되는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 직류 전기로로서 형성된 제2 노(2)에서는 추출할 금속의 전기 분해 분리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 직류 전기로로서 형성된 제2 노(2) 내에서는 금속을 추출하는 동안 용융물의 전자기 교반이 이루어지는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 전자기 교반을 제공하기 위해 하나 이상의 전자석(3)이 제2 노(2) 내부에 위치하는 용융물 상에 작용하는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 전자기 교반을 제공하기 위해 하나 이상의 영구 자석이 제2 노(2) 내부에 위치하는 용융물 상에 작용하는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전자석(3) 또는 상기 하나 이상의 영구 자석은 50가우스 내지 1,000가우스의 자계를 생성하며, 그리고 상기 자계는 상기 제2 노(2) 내부에서 용융물의 횡단면의 적어도 일부분과 전극(4, 5)의 영역의 적어도 일부분에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
10. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노(1) 내에는, 가열하는 동안 환원제가 공급되는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
11. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 노(2) 내부의 용융물 표면상에는, 탄소 함유 물질의 층이 일정한 두께를 구비하여 형성되는 방식으로 탄소 함유 물질이 제공되고, 상기 층은 양극(4)으로서 작용하면서 전기 연결부(6)와 접촉하는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
12. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 노(2) 내부의 용융물 하부의 바닥 영역에서 금속 매트로 이루어진 층이 일정한 두께로 체류되고, 상기 층은 음극(5)으로서 작용하면서 전기 연결부(7)와 접촉하는 것을 특징으로 하는 추출 방법.
13. 금속을 함유하는 슬래그로부터 금속을 추출하기 위한 추출 장치로서, 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 따르는 추출 방법을 실행하기 위한 상기 추출 장치에 있어서,

    교류 전기로로서 형성된 제1 노(1)와 직류 전기로로서 형성된 제2 노(2)를 포함하고, 상기 제1 노(1)와 상기 제2 노(2) 사이에 용융물을 위한 연결 수단(8)이 제공되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 노(1)는 2개의 전극(9, 10)을 포함하고, 이 전극들은 제1 노(1) 내부에 위치하는 용융물 내에 침지되어 교류 전류원(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 노(2)는 판 모양으로 형성된 2개의 전극(4, 5)을 포함하고, 이 전극들은 제2 노(2) 내부에 위치하는 용융물의 상부 영역 및 하부 영역에 수평으로 연장되는 방식으로 배치되어, 직류 전류원(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상부 영역에 위치하는 전극(4)은, 전기 접점(6)과 연결되는 코크스 베드로서 형성되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
17. 제 15 항에 있어서, 하부 영역에 위치하는 전극(5)은, 금속 매트로 이루어져, 전기 접점(7)과 연결되는 층으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 노(2)는 채널 타입 유도 전기로로서 형성되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
19. 제 13 항에 있어서, 자석들이 상기 제2 노(2)의 측면 영역에 배치되고, 이 자석들의 자계 라인은 도전 부재(4, 5) 중 2개 이상의 도전 부재 내의 전류 흐름 방향에 대해 적어도 부분적으로 직각으로 위치하는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
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