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 동제련

 

■ 동제련

● 서론

     실용면에서 보면 동은 다음과 같은 중요한 특성은 다음과 같다.

     (1) 전기, 열의 양도체이다.

     (2) 전연성이 커서 가공하기 쉽다.

     (3) 화학적 저항력이 크므로 내식성이 있다.

     (4) 미려한 장미색이고 귀금속적 성질을 갖는다.

     (5) Zn, Sn, Ni, Au, Ag 등과 용이하게 합금을 만든다.

 

◆ 광석

     동광은 자연광,산화동광, 유화동광의 세 종류로 나누어지고 자연광과 산화동광은 유화광의 이차적 생성물로 볼 수 있다. 동광석의 주체는 황화광이고 이 중에서는 황화광이 가장 유명하다.

 

◆ 동제련의 개념

     제련법에는 건식법과 습식법이 있다.

(1) 건식제련

     황화동광은 그대로는 환원 할 수가 없으므로 용광로, 반사로, 자용로 등의 용련로에서 중간생성물인 매트를 만들어 슬랙과 분리하고 매트를 전로에서 처리하여 금속동으로 만든다. 건식제련의 계통도는 그림 10과 같다.

 

그림 10. 황화동광의 건식제련 계통도

 

(2) 습식제련

     산화동광이나 배소한 황화동광을 희박한 화산수용액으로 침출하여 동만을 추출하고 여과하여 용액과 잔사를 분리한다. 산화동광의 습식제련 계통도는 다음 그림 11과 같다.

 

그림 11. 산화동광의 습식제련 계통도

 

● 예비처리

◆ 배소(roasting)

(1) 산화배소의 화학

     Cu-Fe-S계를 주성분으로 한 황화동광을 공기 중에서 서서히 가열하면 수분이 탈출한다음 비교적 저온에서 S의 일부가 해리하는 반응이 일어난다. 황철광(pyrite)을 예로 들면,

2FeS2 = 2FeS + S2

이다. 황동광이나 CuFeS2(Cu2S FeS FeS2)나 CuS도 일부의 S를 반출한다.

(2) 황산화 배소의 화학

     황산광의 산화로 생성한 SO2의 일부는 Fe2O3 등의 촉매작용으로 SO3로 변화한다.

SO2 + 1/2O2 = SO3, D G° = -23,030 + 21.61T --------------- (5-1)

K(5.1) = pSO3 / pSO2pO21/2

     이 SO3가 생성한 금속산화물과 반응하여 황산염을 만든다.

MO + SO3 = MSO4, K(5.2) = 1 / pSO3 ---------------------- (5-2)

     식 (5-2)는 고온일수록 왼쪽 방향으로 진행되고 또 SO3의 농도가 클수록 오른쪽으로 진행한다. 평형론적으로 생각하면 일정온도에서 SO3 최대, 즉 황산염이 가장 생성하기 좋은 조건은 식(5-1)에서 알 수 있듯이 pSO2pO21/2이 최대가 되는 경우이고 O2 와 SO2의 농도비가 1:2정도가 최적이다

(3) 배소로와 조업

     동광의 배소에는 다단배소로와 유동배소로가 있다. 유동배소로의 이점으로는 (a)처리능력이 크고, (b) 로내온도와 가스조성이 균일하게 되며, (c) SO2가 5~10%로서 황산제조에 호적이고, (d) 구조가 단순하므로 조작이 간단하고, 고장이 적어 유지비가 적게 든다는 것이다.

     유동배소로에서는 가장 큰 입자도 유동화되는 임계유동속도 이상의 가스속도로 조업해야한다. 또한 로내에서의 산화반응은 어느 정도 체류시간으로 조정되며 체류시간은 안정유동층의 높이 광석장입속도 및 공기유동에 따라 달라진다.

 

◆ 소결(sintering)

     분광을 부분적 용융이 일어나는 정도의 온도로 가열하여 용광로 제련에 적합한 괴상광을 얻는 조작을 소결이라고 하며 황화광에서는 필연적으로 탈류도 일어나므로 송풍배소라고도 한다.동광의 소결을 화학반응의 면에서 보면 주반응은 황화철의 산화로서 배소반응과 튼 차이는 없다. 그러나 소결은 온도가 높아서 1000° C에서 부분적으로는 1200° C까지 상승되며 SiO2많고 강제통풍으로 인하여 SO2 농도도 낮아져서 황산염은 존재하기 어렵고 또 생성산화철로는 FeO의 형으로의 존재가능성이 크다. 소결과 배소의 결정적은 차이는 물리적인 면에 있으며 적당한 크기와 다공성을 가지며, 고온강도가 큰 sinter를 얻기 위해서는 적당한 용융이 필요하고 원료의 입도, 유황, 첨가하는 SiO2, 물의 양 등이 중요하다.

 

◆ 단광

     최근은 동정광은 거의 대부분이 100,200mesh 이하인 미분이며, 이 정도의 가루상은 소결이 어렵고 또한 소결법은 미리 로외에서 탈류를 하여서 용광로에서 좋은 능률로 고품위 매트를 얻고자 하는 방식이지만 정광 중의 유황을 없애지 않고 용광로 내에서 산화시켜 그 산화열을 연료로 이용하고자 할 때 미광을 덩어리로 만드는 단광법을 채용한다. 스탬프식 제단법과 압축제단법이 있으며 펠레타이징과 연광법도 있다.

 

● 매트용련

 

◆ 매트용련의 화학

(1) 매트(matte)

     매트는 제련과정에서 생성되는 중금속 화합물의 공융체로 동, 니켈제련에서 중요한 중간산출물이다. 화학양론적으로 FeS로 나타내어지는 화합물은 존재하지 않으며 FeS1.08(pyrrhotite)가 존재한고 화학양론에 해당하는 조성범위에서는 황화물의 활동도는 일정하여 금속과 유황의 활동도는 그 조성범위에서 현저하게 변화한다는 것을 알 수 있다.

(2) 슬랙

     동제련 슬랙의 기본이 되는 것은 SiO2 와 산화철계이다. 그림 12에 FeO-Fe2O3-SiO2계의 1200의 가용부분과 고체-융체의 평형관계를 나타내었고 ABCD의 구역은 용련온도 1200에서 슬랙이 완전히 용해하는 조성범위를 나타낸다. AB선상의 융체는 Υ-Fe 포화로서 특히 환원 제련방식의 용광로슬랙은 이 선에 가까운 조건이다. AD선상의 슬랙은 SiO2포화로 최근의 용련슬랙이 AD선에 가까운 조건이라 생각되며 반사로슬랙은 비교적 Fe3O4가 많으므로 용광로 슬랙 등에 비해 점 D로 치우치게 된다. CD선은 Fe3O4가 포화한 슬랙으로 전로슬랙이 이에 가깝다. BC선은 wustite포화인 슬랙이며 BC선에 가까운 슬랙과 Υ-Fe 포화인 AB선의 슬랙은 용련슬랙의 산소 퍼텐셜이 높고, SiO2함향이 많기 때문에 실제로 용련로에서는 출현되지 않는다.

 

그림 12. FeO-Fe2O3-SiO2계 상태도 (Maun, 1955)

 

(3) 슬랙에서 매트의 분리

     매트용련의 목표는 장입물 중의 동을 전부 매트 중에 집중시키고 동이 농축한 매트를 슬랙에서 분리하는 것이다. 이 과정은 거의 SiO2로 포화된 슬랙상태하에서 가장 효울적이다. 또한 SiO2가 존재하지 않는 경우에는 용융산화물과 황화물은 잘 융합한다. 매트와 슬랙의 구조와 이 구조에 미치는 규산의 영향이 매트, 슬랙의 2액상 분리에 관계가 있으며, SiO2가 존재하지 않을 때에는 산화물과 황화물은 공유결합을 하여 반도체물질인 Cu-Fe-S 상이 된다.

  1. 매트의 동농축에 미치는 인자

     1) 슬랙 중의 SiO2

     SiO2는 매트와 슬랙의 분리를 촉진한다. 더욱이 장입물 중의 동이 매트 중으로서의 거의 완전한 분리는 35-40%SiO2를 함유한 거의 포화상태에서 일어난다.

     2) CaO 와 Al2O3

     이것은 슬랙구조를 안정시키는 경향이 있으므로 약 10%까지는 유효하다.

     3) 매트 품위

     슬랙상의 동의 농도는 매트품위에 비례한다. 따라서 슬랙양이 일정할 때 매트 품위가 높으면 슬랙 중의 동 손실이 크다.

     4) 슬랙량

     슬랙 중의 동의 손실은 다른 조건이 일정하면 슬랙양에 비례한다. 고품위 동정광을 장입하거나 용광로에 전로슬랙을 장입하지 않으면 슬랙량이 감소한다.

     5) 온도와 산소퍼텐셜

     용련온도가 높으면 유동성의 슬랙이 되어 매트 슬랙분리의 효과가 크고 슬랙 중의 동손실이 감소한다. 고산화성 상태는 슬랙 주의 동손실을 증대시킨다.

 

(4) 매트용련에서 Fe3O4의 생성

     고상 Fe3O4는 용련이나 전로에서의 전동과정에서 산소를 함유한 가스와 슬랙 중의 산화철이 반응하여 생성한다. 이 Fe3O4는 용련조업에 많은 문제를 일으키는데 다음과 같다.

     (a) 슬랙 중의 Fe3O4 결정은 점성을 증대 시키므로 매트와 슬랙의 분리를 방해한다.

     (b) 고상 Fe3O4는 밀도가 매트나 슬랙보다 크므로 침강하여 로상을 구성하는 경향이 있다. 따라서 용련로의 용적이 적어지고 생산능력이 떨어진다.

     (c) Fe3O4 는 다른 산화물 특히 Cr2O3와 결합하여 매트와 슬랙이 중간정도의 밀도를 같는 고체가 생성한다. 이것이 매트와 슬랙으로 각각 분리하는 것을 방해한다.

 

◆ 용광로 매트용련

(1) 용광로의 구조

     1) 수평단면

     철용광로와 달리 로의 수평단면은 단형이다. 송풍압이 낮으므로 풍구에서의 압풍의 도달거리가 75cm로 제한 받으므로 로복은 1~1.5m로 한정된다.

     2) 수직단면

     풍구 중심부에서 장입상까지의 높이를 용광로의 높이라고 하는데 장입물의 면까지를 load의 높이라 한다. 고압송풍으로 고속 용련을 하는 경우에는 부하의 놓이는 3.6-4.2m로 하고 저압용련을 하는 경우에는 2.4-4.4m정도로 한다.

     3) 로정부

     용광로 상부는 배출가스가 나가는 연도(flue)와 장입상이있다. 연도는 배출가스를 상방 바로 위로 뽑는 상향연도와 로정가까이에서 수평으로 뽑는 횡향연도가 있다.

     4) 물재킷

     고속용련의 대형로에서는 전면에 걸쳐 설치한 것도 있으나 보통은 상방의 입벽부는 벽돌로 쌓고 풍구부근의 보시부와 도가니 부분에 물재킷을 설치한다.

     5) 풍구

     풍구는 로의 양편에 배열되어 송풍 이외에 풍구탄의 삽입, 로내관찰 등 주요한 기능을 갖는다. 용광로 조업상 풍구의 수와 지름이 대단히 중요하며 이것을 정량적으로 나타내기 위하여 풍구전면적을 본상면적으로 나눈 것을 풍구면적률이라 하며 생광제련인 경우에는 6-8%가 적당하다.

     6) 본상과 전상

     본상은 로바닥이라고도 하며 산출한 용융매트, 슬랙을 보유하는 장소이다. 용체는 1200전후로서 벽돌이 잘 손상되므로 chromag 벽돌 등으로 쌓는다. 대개의 용광로는 철, 연제련의 경우와 같이 본상이 산출용체의 분리저장을 겸하고 있는 도가니로와 산출용체를 전상에 끌어내서 여기서 분리저장을 하는 방식이 있다.

 

(2) 조업 방식

     1) 생광제련, 판생광제련

     생광제련은 FeS의 산화열을 이용하여 장입물의 자용제련을 하는 조업방식으로 연료를 소량첨가하지만 이것은 열원으로서보다는 장입물의 상열과 서로 융착을 막는 데 더 목적이 있다. 판생광제련은 역시 산화열도 적극 이용하지만 장입광석으로서 소결괴도 장입하므로 발열량의 부족분을 코우크스와 풍구탄으로서 보충하는 방식으로 연료 사용률이 5-10%이다.

     2) 환원제련

     동용광로의 환원제련은 일반적으로 황화광을 미리 산화탈황하여 놓고 이것을 용광로에서 코우크스를 많이 써서 약환원성으로 용융하여 매트 중에 동을 농축시키는 매트 용련의 한 방식이다. 광석은 배소는 거의 일어나지 않으며 매트 중에 동의 농축룰은 물론 생광이나 판생광제련의 경우 보다 높다.

     3) 생정광 직접장입

     생광제련은 pyrite를 다량 함유한 생괴광을 쓰는 데서 시작되었으나 현재는 광석이 분상의 정광으로 공급되고 있다. 정광 중의 FeS의 산화열을 이용하여 생광제련에 가까운 조업을 하는 것이 가능하며 생정광을 직접 주입으로 사용연료를 줄이고 배출가스에서 황산을 회수할 수 있다.

 

◆ 반사로 매트용련

(1) 반사로의 구조

     매트용련용 반사로의 크기는 약 길이 33m, 폭 10m, 높이 4m 정도이고 이정도의 크기의 로는 1일당 약 500-800t의 매트와 500-900t의 슬랙을 산출하며 제련소는 이러한 반사로를 1-3기를 가지고 있다. 반사로의 기벽은 보통 콘크리트나 점토, 규사, 마그네사이트로 되어있으며 수명은 약 20-40년 정도이다.

(2) 조업

1) 장입

     장입물은 정광이나 배소광, 용제로서 규석, 용융전로슬랙 연탄 침출동 등이며 이들의 화학조성은 표 1에 나와 있다.

 

표 1. 반사로 장입물

 

     용련속도를 증가하고 열효율을 높이기 위하여 배소광을 고온 그대로 장입하는 일이 많으며 그 온도는 300 - 700 이다. 장입법은 대개 로온도의 변화가 없게 연속적으로 측벽상부의 천정에서 장입하여 양측의 벽을 고체분광으로 보호하면서 중앙부에서 녹이며 측벽에 따라 쌓인 광석 저장소가 연속용련을 돕는다. 또 다른 장입법은 고온배소광을 장입할 때 쓰이는 방법으로 천정을 통하여 중앙부에 장입하여 슬랙표면에 잠기게 하는 넘침(flooding)방법이다.

 

2) 용련

     반사로 조업은 용련속도를 증대시키기 위해 연료의 연소속도를 빠르게 하고 용련대를 짧게 국부를 한정시켜 이 대의 온도를 높게 유지하는 방법이 있다. 열중심대의 불꽃의 온도는 1400-1650이며 연도단은 1200℃정도이다. 그리고 마그네타이트는 로저에 로괴를 만들어 로저융기를 일으켜 반사로에서 문제를 야기시킨다. 반사로 내에서 Fe3O4의 생성을 감소시키기 위해서 (1) 고온으로 조업하고 (2) 고품위 SiO2용제를 첨가하여 wt% FeO의 비를 0.8이상으로 할 것 등이 중요하다. 또한 로상과 매트 슬랙 중간에 구성되는 Fe3O4를 감소시키기 위해서는 (a) 생산속도를 빠르게 조업하여 고상 Fe3O4를 로에서 빨리 흘러보내도록 하며, (b) 로내에 매트와 슬랙이 흐르지 않는 곳이 없도록 한다. (c) 천정보수하는 동안에 슬랙에 크롬 마르네사이트 벽돌이 낙하하지 않도록 하여야 한다. 그리고 반사로 가스는 SO2가 너무 묽어서 황산으로 회수하기에 부적당하므로 공해문제를 일으키기도 한다.

 

3) 연소

정광 1t 당 필요한 열에너지는 12-15X105kcal 또는 열소광은 8~10X105kcal이다. 이 에너지는 로의 화구단에 2-4개의 버너에서 천연가스, 벙커C유, 미분탄 등의 연소로 공급한다. 로내의 불꽃온도의 분포는 그림 13에 나타내었으며 버너단에서 7-8m인 곳에서 온도는 최고가 된다. 가스는 열을 장입물과 슬랙 표면에 전도하면서 냉각되며 가스 온도는 드디어 슬랙출구단에서 균등하게 된다.

 

그림 13. 반사로내의 가스온도 (Saddington, 1967)

 

◆ 전기로 매트 용련

(1) 전기로의 구조

     전기로에는 여러 가지 형상이 있으나 반사로형의 단형이 많이 쓰인다. 전기로는 반사로와 그 구조가 두 가지 면에서 다르다. (a) 로는 콘크리트 기주 위에 있는 광판이나 철판위에 놓여있으며 이러한 구조로 하는 것은 지상으로 전류의 누전을 막기위해서 필요하다. (b) 천정은 가볍고 값이 싼 내화점토 벽돌로 스프링 아치형으로 만든다.

(2) 전기로의 조업

     전기로 매트용련은 반사로 용련과 비슷하며 로는 연속적으로 가열하여 장입물에서 매트와 슬랙이 연속적으로 산출한다. 장입물은 로에서 불연속적으로 장입하고 매트와 슬랙은 불연속적으로 일부를 유출한다. 전기로에는 건조정광이나 배소광을 장입하며 습광의 장입은 수분으로 인한 수증기 폭발의 위험이 있으므로 피하여야 한다. 측벽과 전극 근처에서 장입을 하여 슬랙표면이 고상장입물로 덮게 된다. 장입물로 표면을 완전히 덮으므로 슬랙과 고상장입물 사이에 열전도가 양호한 조건으로 되어 용련속도가 증가하고 슬래그로부터 로가스에 열손실을 막아주며 천정의 파열을 막는 등 이점이 있다.전기로 조업이 시초에는 로상에 광판, 광편 또는 분쇄한 매트를 넣고 나서 분쇄한 슬랙을 부분적으로 채우고 전극을 광판이나 매트에 통전하여 슬랙을 녹인다. 전극은 슬랙층이 1~1.4m일때 매트면상 0.5-1m에 오게 하며 전도도가 큰 슬랙일수록 큰 값을 갖게 된다.

 

◆ 플래시 매트 용련

(1) INCO법

     INCO oxygen flash furnace는 그림 14와 같다. 

그림 14. INCO oxygen flash furnace(Merla et al., 1972)

 

     정광은 충분히 건조해야 하며 정과, 용제 및 산소를 로의 양단에서 버너로 수평으로 불어넣으며 배출가스는 중앙에 있는 가스출구에서 나간다. 매트는 한쪽 측벽의 중앙에서 유출하고 슬랙은 로의 한쪽측 버너의 하부에서 유출하며, 매트와 슬랙의 깊이는 각각 0.5m, 1.2m씩 보유한다. 로에는 4개의 버너가 있으며 1개의 버너는 1시간당 15-20t의 장입물과 2000-2500Nm3산소를 처리한다.

 

(2) Outokumpu법

     산소대신에 450-1000사이에 예열하는 공기나 산소복화실기를 써서 샤프트부에서 배소뿐 아니라 용련도 같이 일으켜서 밑의 상 부분에서 매트와 슬랙을 분리시킨다. 미분정광은 수분이 있으면 광미표면을 수증기 피막이 둘러싸서 산화반응의 순간적 개시를 방해하므로 미리 충분히 건조한다. 정광 버너는 동심원의 이중파이프로 되어 있으며 양쪽 파이프에서 정광과 용제를 공급하고 바깥 파이프에서 산화성 가스를 공급한다. 대형로는 4개의 버너가 있으며 1개의 버너는 시간당 10-20t의 건조광과 8000-12000Nm3의 산화제를 처리한다. 이 방법은 자용제련이 못되어 부족한 열에너지를 공급하기 위하여 연소탑 상부와 상부에 설치한 버너에서 벙커C유로 연소한다.

 

(3) 플래시 용련의 열수지

     1) Outkumpu 법에서의 연료 절감

        (a) 공기나 산소 부화공기의 온도상승

        (b) 산소로 공기부화

        (c) 로내에서의 장입물의 산화도의 증가

      공기를 예열함으로써 여분의 연료가 필요하지만 로 자체에서 필요한 연료를 감소할 수 있으며 산소부화를 함으로써 질소량이 감소하여 소요되는 연료가 절감되고 산화도의 증가로 황화광의 산화열이 증가되여 필요한 연로가 감소한다.

 

● 제동(製銅)

 

◆ 제동의 화학

(1) 슬랙 생성기의 반응

     슬랙 생성기의 주 반응의 용융 FeS의 산화와 철규산염의 생성이다.

2FeS(l) + 3O2 = 2FeO(l) + 2SO2 ; ΔG°= -266,660 +41.36T

xFeO(l) + SiO2(s) = x FeOSiO2(l)

     일부의 철은 Fe3O4까지 산화 한다.

6FeO(l) + O2 = 2 Fe3O4 (s) ; ΔG°= -61,060 +14.48T

     이들 반응은 상당히 큰 발열 반응을 하므로 전로 조업을 무연료로 할 수 있으며 반응과정은 풍구에서의 압풍이 용융매트 중에 들어가면 통과기포중의 O2가 소비되어 SO2로 되고 생성산화철은 일단 매트에 녹은 후 융체 속을 환산하여서 슬랙상으로 들어가든가 혹은 고체 SiO2와 접촉하여 슬랙을 만든다. 슬랙생성기는 FeS가 거의 산화된 즉 1%이하의 FeS가 될 때 완료된다. 슬랙생성기간에는 fayalite에 Fe3O4가 포화한 용융슬랙을 여러 번 배출시킨다.

(2) 조동기의 반응

     조동기의 주반응은 Cu2S의 산화로 그 발열로 로온을 유지한다. 그 반응은

Cu2S(l) + O2 = 2Cu(l) + SO2 , ΔG°= -61,060 +14.48T

이된다. 조동기의 반응은 그림 15의 Cu-Cu2S계의 상태도에서와 같이 3단계로 진행된다.

 

그림 15. Cu-S 상태도(위) 및 P.S. 전로에서 조동기에 두 액상(b)와 (c)의 공존하는 모양(Peretti, 1948)

 

     1) 초기에 융체는 점 a 에 있으며 산화됨에 따라 유황이 제거하여 유황이 부족한 화이트메 탈이 생성되며 아직 금속동은 생성하지 않는다.

     2) 곧 1.2%S의 Cu(c의 농도)와 Cu2S(b의 농도)의 2상이 구성된다. bc 간에는 더욱 공기를 불어넣으면 위 식의 반응에 따라 Cu2S는 감소하고 Cu량이 증가하는 양적 변화가 일어나지만 조성의 변화는 거의 없다.

     3) c에 도달하면 Cu2S층은 없어지고 Cu층만 남으며 더욱 산화가 진행함에 따라 Cu중의 Cu2S가 감소하여 드디어 Cu(d)로 된다.

 

● 조동연속제련법(continuous production of blister copper)

 

◆ 단단법(Single-step process)

     슬랙표면에 정광을 연속적으로 장입하고 정광을 연속 용융하고 공기로 매트를 연속 산화하여 조동과 슬랙을 생성하여 조동과 슬랙을 연속적으로나 또는 불연속적으로 배출한다. 로내에는 항상 슬랙, 매트, 조동의 3액상이 존재하며 단단계에서는 정상적은 전로에서의 제동과정, 즉 최후로 남아있는 FeS가 산화되면서 최초로 조동이 생성하는 순간에 해당하는 상태에 있다.

 

◆ Noranda법

     공업화된 로는 길이 21m, 안지름 5m 이며 크롬 마그네사이트로 라이닝한 긴 Pierce-Smith 전로와 같은 원통형 로이다. Noranda법의 조업은 다음과 같다.

     (a) pelletized green concentration(10% H2O)와 용제인 규석을 공기로 작동하는 Garr gun으로서 슬랙면에 장입한다.

     (b) 풍구에서 공기 또는 산소부화공기를 송입한다.

     (c) 장입측과 반대측에서 슬랙을 배출한다.

     (d) 조동을 때때로 배출한다.

     로에서 조동은 래들에 유출하여 양극로에 보내며 래들에 유출한 슬랙은 큰 덩어리로 여과하여 냉선처리를 하여 동을 회수한다. Noranda법은 장입물당 11x105kcal의 탄화수소계 연료에너지가 소모되며 습광을 장입하므로 수분의 증발과 가열 때문에 또한 상당량의 습분이 있는 슬랙 정광을 처리하므로 연료소비량이 크다.

 

◆ Worca 법

     정광이 로에 연속적으로 종광하고 생성한 매트가 연속으로 조동과 슬랙으로 산화된다. 그러나 Worca 법은 Noranda 법과 세가지 점에서 다르다.

     (a) 공기는 천공이나 상부측벽에서 들어간 랜스에서 매트로 송입한다,

     (b) 로는 반사로형이다.

     (c) 로내에 침강역이 있어 슬랙은 직접 버릴 수 있다.

Worca 로에는 U형로가 있는데 동을 침강하는 데는 유용하지만 두 가지 결점이 있다.

     (a) 산화반응열이 전로부분에서는 이용되지 않으므로 이 부분에 연료로 연소하여야 하며 따라서 SO2가 묽은 대량의 연소가스가 발생한다.

     (b) 로의 적은 일부분에서만 제동반응이 일어나므로 로의 생산능력이 낮아 송면적당 장입물은 2-3t이다.

 

◆ Mitsubishi 법

     이 것은 매트와 슬랙은 로사이를 낙차에 의하여 이동하도록 삼중의 로가 캐스케이드 방식으로 연결되어 있다. 삼중로의 기능은 다음과 같다.

     (a) 용련로에서 습정광이 산화되어 고품의 매트를 조성한다.

     (b) 전기침강로에서 매트와 슬랙이 분리되며 배출되는 슬랙은 버린다.

     (c) 전로에서 저품위매트가 연속적으로 산화하여 조동이 생산되며 이 로에서 부산되는 슬랙은 응고하여 용련로에 보내다.

     이 Mitsubishi 법에서는 용련로에서 매트와 슬랙을 각각 유출하지 않고 소형 전기침강조에 보내어 여기에서 슬랙에서 동이 침강하여 매트와 슬랙이 분리된다.

 

● 건식정련

 

◆ 반사로의 구조

     로의 측벽은 두께 23-46cm로 규석벽돌로 쌓는 것이 보통이지만 최근에는 용융과 접촉하는 부분은 마그네시아벽돌을 쓰고 여기서부터 상부는 천공까지 규석벽돌을 쓰는 경향이 있다. 천공은 규석벽돌로 30-46cm의 두께이고 로상도 규석벽돌로 쌓는 것이 보통이다. 로상에 흡수되는 동의 양은 로의 형상과 크기에 따라 다르며 로상 중의 금은의 농도는 처리하는 조동의 품위에 따라 다르지만 연속적으로 사용하면 그 농도가 커지며 금은 은보다 노상에 잘 흡수한다.

 

◆ 조업

(1) 장입

     전기동과 같이 고형물은 인력이나 장입기로 투입하여 전량의 3/4정도 장입하여 우선 용융하고 나머지 동을 그 후에 장입한다.

(2) 용융

     전기동 처리일 때는 장입 종료후 작업구를 닫고 틈을 발라서 밀폐한 다음 승온하면 8-12시간에 녹아 표면에 슬랙이 뜨며 이것은 불순물 산화물로 되어 있으므로 전단에서 걷어낸다.

(3) 산화

     정련의 주체는 공기산화로 인한 불순물 제거로 flapping 또는 fining이라 하며 산화촉진을 위하여 flapping이 필요하며 현재에는 작업구에서 수개의 철관을 삽입하여 2-3atm의 압풍을 불어 넣는다. 산화초기는 온도도 높고 송풍도 강하게 하지만 이 때의 슬랙은 철이 많고 흑색이며 점성이 있다. 슬랙에 동이 증가하여 적색이 되면 유동성도 양호하게 되지만 말기에는 슬랙생성도 없으며 드디어 Cu2O상이 나타난다.

(4) 환원

     시료채취에 의하여 형동인 상태가 판명되면 철관를 떼고 용체의 표면에 코우크스 또는 석탄으로 덮고 작업구를 완전히 밀폐하여 공기의 침입을 막고 Cu2O를 환원하여 Cu로 하기 위하여 슬랙출구에서 생목을 동융체 중으로 삽입하면 H2O, CO, H2, CO2, Cx, Hy 등이 다량으로 발생하여 융체의 환원이 일어난다.

(5) 주동(鑄銅)

     정제가 끝난 용동은 양극정제인 경우에는 양극형으로 전기동 용해인 경우에는 소비자가 요구한 형으로 주조한다. 주형은 대개 동의 공형이고 여기에 골탄분을 발라서 건조 예열한다.

     전기동용융으로 얻은 형동은 전기성, 가공성이 좋으며 도우피치동(tough pitch copper)이라 한다.

 

● 습식제련법

◆ 습식제련반응

     황산염, 탄산염, 규산염 산화물과 같은 형인 산화물은 대개 보통의 산 알칼리에 잘 용해 한다. 그러나 황화광은 간단히 산 알칼리에 용해하지 않는다. 따라서 황화광에 대하여는 배소풍화에 의하여 산화하여 녹기 쉬운 산화물로 하든가 화학시약의 산화력을 이용하여 침출액 중에 산화 용해시킨다.

     각종 동광물의 침출반응은 다음과 같다.

황철광 : 2FeS2 + 7O2 +H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4

황동광 : CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 +2H2O + 3O2 = CuSO4 + 5FeSO4 + 2H2SO4

동염 : CuS +Fe2(SO4)3 = CuSO4 + 2FeSO4 + S

염동광 : Cu3(OH)2(CO3)2 + 3H2SO4 = 2 CuSO4 +2CO2 +4H2O

적동광 : Cu2O + H2SO4 + Fe2(SO4)3 = 2CuSO4 +2 FeSO4 + H2O

흑동광 : CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O