KR20030009467A - 금속 회수 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본질적으로 금속성인 미분으로부터 금속을 회수하는 본 발명의 방법은, 본질적으로 금속성인 미분을 버너(20)의 화염에 공급하는 단계와, 미분의 화학적 조성을 본질적으로 변화시킴이 없이 화염으로부터의 열에 의해 상기 미분을 덩어리지게 하여, 본질적으로 금속성인 덩어리진 생성물을 생성하는 단계를 포함한다. 덩어리진 생성물은 후속하여 회수되고, 바람직하게는 노(30) 내에서 회수된다. 이 방법에 의해 금속의 회수는 촉진된다. 이 방법을 수행하는 장치 또한 제공된다.

Description

금속 회수 방법 및 장치{A METHOD AND AN APPARATUS FOR RECOVERY OF METALS}

파괴 및 체질로부터 얻어지는 다른 물질들 중에서, 야금 산업의 여러 공정에서 다량의 금속성 먼지, 분말 및 미분이 생성된다. 금속성 미분이 수집되는 다른 분야는 예를 들어 가스 필터 또는 습식 스크러버가 있다. 이들 미분의 처리 및 회수는 어렵고 비용적으로 문제인 경우가 많다. 새로운 해법을 찾게 하는 공공 기관 및 수요자로부터의 압력이 계속하여 증가하고 있다. 종래의 매립식 처리 방법은 더 이상 그럴듯한 해법이 아니며, 많은 나라에서 법률에 의해 금지되고 있다. 현재의 변환 및 회수 기술은 비용이 크게 소요된다.

경제적 및 환경적 관점에서, 먼지를 처리하는 상기 문제점을 해결하는 것으로서 회수가 바람직한 해법이 되는 경우가 많다. 그러나, 회수는 일종의 외부 공정을 의미하는 경우가 많으며, 따라서 설비로 및 공정으로의 운반이 통상의 공정 회로를 벗어나게 된다.

먼지 또는 미분은 타버리기 쉽기 때문에 노로 복귀시키는 것이 매우 어렵다.또한, 먼지 및 미분은 가벼워서, 노의 배출물과 혼합될 가스에 의해 쉽게 날아가버리고, 따라서 수율이 저하되고 환경적 위험이 야기된다.

이들 문제점에 대한 공지의 해법으로는, 노로의 후속 공급을 위한 먼지 또는 미분의 펠릿화 또는 압탄화가 있다. 그러나, 이 해법은 펠릿화를 위한 별도의 설비와 결합제가 필요하여 추가 비용이 발생한다는 문제점을 수반한다.

미분이 예를 들어 습식 스크러버로부터 회수될 때 미분이 슬러지 또는 슬러리에 혼합되는 경우, 별도의 건조 설비 및 폐기물로 인한 추가 비용이 발생한다는 문제가 있다.

EP-A1-0618419, US-A-5,108,496, US-A-6,001,148 및 JP-8295956에 금속 회수 공정이 설명되어 있다. 그러나, 이들 모두는 시발 재료가 산화물과 같은 비금속 재료를 포함하는 공정에 관한 것이다.

본 발명은 일반적으로 금속 회수 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속성 미분(fine)으로부터 금속을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

첨부 도면을 참조하여 예시적으로 본 발명을 설명하도록 한다.

도 1은 미분 또는 먼지로부터 금속을 회수하는 본 발명에 따른 설비의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 버너의 단면도.

도 3은 도 2에 도시한 버너의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 먼지 미분을 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 방법으로부터 얻어지는 덩어리를 도시한 도면.

본 발명의 목적은 상기와 같은 공지 기술의 문제점이 제거되거나 최소한 감소된, 금속성 미분으로부터 금속을 회수하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 금속성 미분이 통상적으로 공지의 조성을 가지며, 따라서 가능한 한 산화를 방지하는 것을 포함하여 미분의 화학적 조성을 본질적으로 변화시킴이 없이, 금속 형태의 미분이 공정으로 직접 복귀될 수 있어서, 작업의 효과적인 내부 사이클이 생성될 수 있게 하는 것을 실현하는 것에 기반한 것이다.

본 발명의 한 태양에 따르면, 청구항 제1항에 정의된 바와 같은 금속 회수 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 청구항 제13항에 정의된 바와 같은 금속의 회수 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 방법 및 장치를 사용하면, 종래의 문제점은 극복되거나 최소한 감소된다.

버너에 산소 강화 가스를 사용함으로써, 용융 공정은 만족스럽게 제어될 수 있고 버너에 공급되는 미분의 연소는 방지된다. 또, 본 발명의 방법 및 장치를 사용하면, 얻어지는 생성물의 과도한 산화가 방지될 수 있고, 따라서 쉽고 비용 효율적으로 금속 회수가 가능해짐을 우연히 발견하였다.

아래에서, 본 발명에 따른 방법 및 장치에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 도 1에는, 금속 회수용 설비(10)의 전체적인 개략도가 도시되어 있다. 설비는 노(30)의 측벽에 설치된 버너(20) 둘레에 설치되어 있다. 버너는 소위 산소-연료버너이며, 따라서 연료 오일, 프로판, 천연가스 또는 부탄과 같은 연료가 제1 공급 라인(21)을 통해 공급되고, 산소가 제2 공급 라인(22)을 통해 공급된다. 여기에서 산소라고 하는 것은 21 %를 넘는 O₂함량을 가지는 가스를 의미하는 것이며, 바람직하게는 90 내지 99.5 %의 O₂함량을 가지는 소위 공업용 산소이다.

미분 또는 먼지는 제3 공급 라인(23)을 통해 공급된다. 이하의 설명에서, 본 발명의 방법은 대략 5 ㎜ 미만의 직경을 갖는 본질적으로 금속성 생성물에 적용 가능한 것이라는 점은 분명하다. 따라서, 주로 크러싱 및 소결로부터 얻어지는 생성물을 의미하는 미분과, 주로 필터에서 수집되는 생성물을 의미하는 먼지는 모두, 분말과 같이, 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 원료 재료 및 기타 등가의 재료를 아우르는 것이다.

버너(20)는 도 2 및 3을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명하도록 한다.

또한, 제3 공급 라인(23)은 공급기(40)에 연결된다. 공급기(40)는 사일로(42)를 구비하며, 이 사일로 속에 금속성 미분(도 4에 도시)이 공급된다. 미분은 사일로(42)로부터 압력 용기(44)로 인도되며, 이 압력 용기로부터 버너(20)에 연결된 제3 공급 라인(23)으로 인도된다. 이러한 구성에 의해, 원하는 공급 속도로 버너(20)에 미분을 공급하는 것이 보장된다.

도 1에 도시한 대표적인 설비의 예에서, 노(30)는 소위 전기 아크 노이다. 이것은 일반적으로 그러하듯이, 노 내에서 재료를 녹이는 데에 사용되는 전력을 노에 공급하는 다수의 전극(32)을 구비한다. 따라서, 노의 바닥에는, 노(30)에 공급되는 재료로부터 얻어지는 축적물(34)이 모인다.

도 2 및 3을 참조로 하여 버너(20)를 설명하도록 한다. 버너(20)는 주요부(24)를 포함하며, 이 주요부에는 도 1에 도시된 세 개의 공급 라인(21, 22, 23)이 연결된다. 주요부(24)는 본질적으로 원형 단면을 가지며, 도 3에 공급 라인(21, 22, 23)의 구조가 보다 상세하게 도시되어 있다. 주요부(24)의 중심축으로부터 일정한 거리에 배치된 6개의 등거리 파이프(21a 내지 21f)의 형태로 되어 있는 제1 공급 라인(21)을 통해 연료가 공급된다. 환형의 외측부(22)를 통해 산소가 공급되어, 파이프(21a 내지 21f)를 통해 공급되는 연료를 둘러싼다. 마지막으로, 버너에 동축으로 배치된 파이프(23)를 통해 미분이 공급된다.

이미 언급한 바와 같이, 버너(20)는 노(30)의 측벽에 장착된다. 바람직한 실시예에서, 버너는 경사질 수 있는데, 즉 수평 및 수직에 대하여 다양한 각도로 배치될 수 있다. 다양한 방향은 용융 공정을 위한 원하는 특성을 얻기 위해 사용될 수 있다.

이하에서, 금속을 회수하는 방법을 설명하도록 한다.

처음에, 공급기(40)의 사일로(42)에 미분이 공급된다. 이 공정(도 4 참조)에서 사용되는 미분은 산소 함량이 낮은 금속 형태의 금속성 입자이다. 미분은 통상적으로 1 ㎜ 미만의 직경을 가지며, 예를 들어 페로-실리콘, 페로-크롬 또는 철 분말로 이루어진 것일 수 있다.

미분은 사일로로부터 압력 용기(44)로 낙하하며, 압력은 가압 공기, 질소 또는 아르곤과 같은 캐리어 가스의 역할도 하는 가스에 의해 유지된다. 압력용기(44) 내 압력에 의해, 미분은 용기(44) 내 압력 수준, 사일로(42) 내 미분의 양 등에 의해 결정되는 속도로 산소-연료 버너(20)에 운반된다. 대표적인 설비 예에서, 주입 및 용융은 전기 아크 노 내에서 시간당 3.5 톤의 속도로 이루어지며, 용융된 미분은 부스러기 및 합금 첨가물과 같은 기타 원료 재료를 완전하게 대체하였다.

산소-연료 버너(20)의 작동은 제1 및 제2 공급 라인(21, 22)을 통해 각각 공급되는 연료 및 산소의 양에 의해 제어된다. 공급 라인은 종래와 마찬가지로 연료 및 산소 공급원(도시 생략)에 연결된다.

도 2 및 3을 참조하여 버너(20)의 작동을 상세하게 설명하도록 한다. 공급기에 의해 제어되는 속도로, 중앙의 공급 파이프(23)를 통해서 미분이 공급된다. 6개의 연료 공급 파이프(21a 내지 21f)에서 연료가 공급되며(도 3 참조), 환형 공급 영역(22)을 통해서 산소의 엔벌로프가 공급된다. 산소-연료 혼합으로 인해, 길이, 온도 등과 같은 성질이 연료와 산소의 공급 속도에 의해 제어되는 화염(25)이 발생한다. 산소 함량이 높을수록 온도가 높아지고, 이론적 화염 온도가 1900 내지 2500 ℃가 된다. 따라서, 미분은 화염(25)의 중앙부에 주입된다.

도 2에서 살펴볼 수 있듯이, 화염(25) 속으로 주입되는 미분은 덩어리지게 되고, 따라서 버너에 공급된 미분보다 크기가 큰 덩어리(60)가 생성된다. 본 발명의 방법을 사용하여 행한 몇몇 실험 중에, 덩어리의 전형적인 크기는 3 내지 8 ㎜이었고, 도 5는 1 ㎜ 미만의 직경을 갖는 먼지 또는 미분으로부터 본 발명의 방법에 의해 생성되는 페로-크롬 덩어리(60)를 도시하고 있다.

덩어리 생성 공정은 여러 가지 매개 변수에 의해 제어되는데, 이러한 매개 변수 중에서는, 화염(25)의 온도 및 속도, 주입 미분의 에너지 함량 및 밀도, 화학량론, 즉 첨가 연료에 대한 산화 가스의 비, 산화 가스의 산소 함량, 산소 및 첨가 연료의 공급 속도, 미분의 주입 속도 및 그 특성, 화염 내에서의 미분의 이동 시간, 및 버너 특성 및 경사와 같은 구조를 언급할 수 있다.

미분의 산화를 최소화하기 위해, 주입 재료의 용융은 최소화되어야 한다. 따라서, 화염은 버너를 통해 주입되는 미분의 표면만이 용융되도록 제어되는 것이 바람직하다. 이것은 덩어리 생성 공정을 촉진하고, 즉 액체 표면을 갖는 미분이 서로 달라붙어서 원하는 덩어리를 생성하게 되는 것으로 생각된다. 또, 연료가 미분을 산소로부터 부분적으로 보호하여, 산화의 수준을 저하시킨다고 생각된다.

생성된 덩어리는 노(30)의 바닥에 낙하하고, 여기에서 이들 덩어리는 축적물(34)에 첨가된다. 노로부터의 열은 덩어리를 녹여서, 이들을 사용 가능한 형태로 변환시킨다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 미분의 산화 수준이 매우 낮다는 것이다. 그 가능한 이유 중 하나는, 바람직하게는 낮은 산소 함량을 갖는, 즉 21 % 미만의 산소 함량을 갖는 캐리어 가스에 의해 미분이 산소로부터 보호되기 때문일 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 설명하였다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 이것이 청구범위에 기재된 발명의 보호 범위 내에서 변형 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 산소-연료 버너(20)가 도시되었지만, 21 %를 초과하는 원하는 산소 수준이 얻어지는 한, 플라즈마 버너와 같은 기타의 균등한 버너도 사용될 수 있다.

또한, 전기 아크 노(30)가 설명되었다. 본 발명에 따른 방법은 유도 노, 반사식 노 및 전기 가열 노와 같은 다른 종류의 노에도 동일하게 적용될 수 있다.

노에 공급되는 재료로서, 1 ㎜에 이르는 직경을 가지는 미분 및 먼지가 설명되었다. 그러나, 5 ㎜에 이르는 직경을 가지는 금속성 입자도 생각할 수 있다.

설명된 실시예에서는 미분이 부분적으로만 용융되는 것으로 되어 있지만, 공급되는 금속성 재료의 화학적 조성을 본질적으로 변화시킴이 없이, 즉 산화가 낮거나 없이, 바람직한 덩어리가 얻어지는 한, 완전 용융도 가능하다.

또한, 설명된 실시예에서는, 버너가 노의 측벽에 배치된다. 그러나, 노의 상부와 같이 다른 적당한 위치에 배치되는 것도 가능하다고 생각된다. 또, 두 개 이상의 버너를 구비하는 구조도 가능하다.

설명된 실시예에서, 미분은 공급기에 의해 노에 공급된다. 그러나, 노에 공급되는 미분은 자유 유동, 공급 기어 등에 의해 운반될 수도 있다.

도면에는 건조 시발 재료가 도시되어 있다. 미분이 물 또는 슬러지와 같은 액체에 혼합되는 경우, 예를 들어 이송 나사와 같은 적당한 공급 장치가 제공되어야 한다. 또한, 노에 도달할 때, 젖은 부분은 화염의 높은 온도에 의해 증발되고, 이로 인해 노(30)를 통해 배기가 발생하여 배기구(도시 생략)를 통해 배출된다. 그러면, 미분은 상기 설명된 것과 같은 방식으로 덩어리지게 된다.

Claims (13)

1. 본질적으로 금속성인 미분으로부터 금속을 회수하는 방법으로서,

   a) 상기 본질적으로 금속성인 미분(50)을 버너(20)의 화염(25)에 공급하는 단계와,

   b) 상기 미분의 화학적 조성을 본질적으로 변화시킴이 없이, 상기 화염(25)으로부터의 열에 의해 상기 미분을 덩어리지게 하여, 본질적으로 금속성인 덩어리 생성물(60)을 생성하는 단계와,

   c) 상기 덩어리진 생성물(60)을 회수하는 단계

   를 포함하는 금속 회수 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 버너(20)는 산소-연료 버너인 것인 금속 회수 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 버너에는 21 % 이상의 O₂함량을 가지는 산화 가스가 공급되는 것인 금속 회수 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 버너에는 90 % 이상의 O₂함량을 가지는 산화 가스가 공급되는 것인 금속 회수 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속성 미분(50)은 페로-실리콘, 페로-크롬 또는 철 분말인 것인 금속 회수 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속성 미분(50)은 대략 5 ㎜ 미만의 직경을 가지며, 보다 바람직하게는 대략 1 ㎜ 미만의 직경을 가지는 것인 금속 회수 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덩어리진 생성물(60)을 회수하는 상기 c) 단계는 상기 생성물을 노에 공급하는 단계를 포함하는 것인 금속 회수 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 c) 단계는 전기 아크 노, 유도 노, 반사식 노, 또는 전기 가열 노 중 어느 하나에서 행해지는 것인 금속 회수 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 덩어리를 생성하는 상기 b) 단계는, 상기 화염(25)의 온도 및 속도, 상기 미분(50)의 에너지 함량 또는 밀도, 상기 버너(20)의 첨가 연료에 대한 산화 가스의 비, 상기 산화 가스의 산소 함량, 산소 및 첨가 연료의 공급 속도, 상기 미분의 공급 속도 및 그 특성, 상기 화염 내에서의 상기 미분의 이동 시간, 및 버너 특성 및 경사와 같은 구조를 포함하는 매개 변수 중 적어도 일부에 의해 제어되는 것인 금속 회수 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 덩어리를 생성하는 상기 b) 단계는 상기 미분(50) 중 적어도 일부가 부분적으로만 용융되도록 제어되는 것인 금속 회수 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 a) 단계는 상기 미분(50)을 본질적으로 상기 화염(25)의 중앙부에 공급하는 단계를 포함하는 것인 금속 회수 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분은 액체 내에 혼합되고, 상기 b) 단계는 상기 화염에 의해 상기 액체 부분을 증발시키는 단계를 포함하는 것인 금속 회수 방법.
13. 본질적으로 금속성인 미분으로부터 금속을 회수하는 장치로서,

    작동 중에 화염(25)을 가지는 버너(20)와,

    본질적으로 금속성인 미분(50)을 상기 버너(20)의 상기 화염(25)에 공급하기 위해 상기 버너에 연결된 공급기(40)와,

    상기 미분의 화학적 조성을 본질적으로 변화시킴이 없이 상기 화염으로부터의 열에 의해 상기 미분을 덩어리지게 하여, 본질적으로 금속성인 덩어리진생성물(60)을 생산하기 위해, 상기 버너(20)의 화염(25)을 제어하는 장치(21, 22)와,

    상기 덩어리진 생성물(60)을 회수하는 장치(30)

    를 포함하는 금속 회수 장치.