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 광석의 제련

 

■ 광석의 제련예비처리 

     광석을 smelting 또는 환원하기에 가장 적합한 상태로 만드는 조작을 말하며 건조, 하소, 배소, 소결, 단광 등이 있다.

 

● 건조 및 하소

◆ 하소(calcination )

     산화광, 탄산광, 중간생성물 등을 적당한 온도로 가열하여 광석 및 중간생성물 중의 화학적으로 결합하고 있는 결정수(結晶水), 탄산염, 황산염 등을 분해하여 CO2 또는 SO2 등을 추방하는 조작을 말한다.

◆ 배소(roasting)

     황산염 또는 제련과정에서 생성된 황산물을 용융되지 않을 온도 또는 경우에 따라 용융이 시작되는 온도까지 가열하여 S의 일부를 산화 시키거나 또는 전부를 산화 시켜 제거하는 조작을 말한다.

 

● 배소법의 종류

◆ 산화법

     배소법 중에서 가장 널리 행하여지는 방법이며 S의 일부 또는 전부를 제거하기 위하여 행하는데 때에 따라서는 광석 중의 As, Sb, Te 등도 증기압이 큰 산화물을 생성하므로 이들을 제거하기 위해서 행해질 때도 있다. 후자의 목적으로 행할 때는 기화배소(volatillization roasting)라고도 한다. 산화배소의 목적은 되도록 산화물로 만드는 것인데 생성물이 산화물이 될 것인가 혹은, 산화염으로 될 것인가는 다음 식이 중요하다.

SO2(g) + 3/2O2(g) SO3(g) ---------- (1-1)

MO(s) + SO3(g) MSO4(s) ---------- (1-2)

     각각의 식의 평형분압을 pso3, pso3’ 라고 하면, pso3’> pso3이면 배소생성물은 황산염이며, 반대이면 배소물은 산화물이 된다.

     대부분의 황산광의 배소에서는 식(1-2)는 적절한 배소온도에서 우측으로 진행되며 가역반응이 아니며 발열 반응이다. 반응속도 자체가 반응속도를 지배하나, 반응이 진행되어 광석입자의 표면에 산화물이 생기면 이 외피를 통하는 기체의 확산조건에 의하여 반응속도는 결정된다.

 

◆ 환원배소

     환원 배소라 함은 산화한 광석 또는 제련중간생성물을 탄소질 물질, 수소 등 환원제로서 광석의 융점 이하의 온도에서 처리하여 고급산화물을 저급산화물 혹은 금속으로까지 환원하는 조작이다.

◆ 염화배소, 불화배소

     습식제련의 예비 조작이며 광석 중의 유가금속을 가용성의 할로겐화물 혹은 그 복염으로 변화 시키는 배소법이다. 광석에 Cl2를 접촉시키거나 NaCl을 첨가하여 배소한다.

◆ 소오다배소

     소오다배소는 광석 중의 M을 소오다염으로 변화 시키기 위하여 소오다를 첨가하여 행하는 배소법이다.

◆ 배소로

     광석을 배소하려면 그 광석의 착화온도 이상으로 가열하여야 한다. 배소반응의 속도는 입도가 미세할수록 빠르나 온도가 용융점 이상으로 높아 용융되거나 용융물질의 막이 표면을 포위하게 되면 통풍이 되지 않아 배소반응은 중단된다. 따라서 희망하는 탈황도로 배소하기 위해서는 적당한 온도를 유지하여야 한다.

◆ 반사로

     처리할 수 있는 광량이 작아 기계화된 배소로를 택하기가 어려운 점이 있어서 소형 반사로에 경유(輕油)로서 가열하며 정광(精鑛)을 노상에 장입하고 착화하여 배소가 진행되면 야구(冶具)로서 수동으로 교반하면서 소정의 탈황도로 배소한다.

◆ 회전로

     회전로(rotary kiln)는 황산철광의 탄화배소, 소오다배소, 습식 아연잔재의 환원 및 정광의 건조 등에 널리 사용된다. 회전 장치를 가진 경사진 소정구경의 관상로(管狀爐) 의 상부로부터 광석을 장입하게 되며 하부에서 연료류 또는 가스연료로써 가열하여 배소된 소광은 강열단에서 배출된다.

◆ 다단배소로

     다단 배소로는 MacDougall Furnace, Herreshoff, Wedge, Skinner 등의 명칭을 가진 기존로가 아직 사용되고 있으나 우리나라에서는 소규모 황산 제조공장에서 사용되고있을 뿐 제련소에서 배소에 사용되지는 않는다.

◆ 플래쉬배소로(flash roaster)

     건조 가열된 광립(鑛粒)이 공기 중을 낙하하는 동안에 광석의 가연성분(可燃成分)의 거의 전부가 순간적으로 산화된다. 따라서 광석은 필요한 온도를 유지 할 수 있도록 충분한 가연성분과 낙하시간 내에 완전 배소될 수 있도록 충분히 미세한 입자조건을 가져야 한다. 광립과 배소가스가 접촉하는 시간이 짧으므로 이 짧은 접촉시간 내에 배소를 완료하기 위해 광립을 미세하게 하고 연소실의 온도도 충분히 높게 하여야 하는 단점이 있다

◆ 유동배소로

     Flash 배소로의 단점을 보완하여 광립과 배소가스가 충분히 장시간 접촉할 수 있도록 고안한 로가 유동배소로이다. 유동배소로는 건식형과 습식형이 있는데 건식형은 수분 10%정도의 건광을 취입하며, 습식형은 수분 25% 정도의 습광(slurry)을 분사하여 배소하는 로이다.

 

● 단광 및 소결

    단광 및 소결은 분광을 괴상(塊狀)으로 만드는 방법이다.

◆ 단광(團鑛, briquetting)

     스탬프(stamp)식 제단법과 추출하는 압착제단법(壓搾製團法)이 있다. 아연소광을 수직식 증류법으로 제련할 때의 단광법을 보면, 단광은 증류기에 장입되어 증류가 완료되고 증류기 외부로 배출될 때까지 원형을 유지하여야 하며, 환원반응이 촉진되도록 충분한 기공도를 가져야 한다.

◆ 펠레타이징

     적당한 성분으로 배합하여 잘 혼합한 미분광에 적량의 습분(濕分)을 주어 펠레타이징 드럼이라고 부르는 경사져서 회전하는 회전통 내에서 구상으로 괴광화(塊鑛化)한다.

◆ 소결

     적당한 강도와 기공도를 가진 소결괴를 얻기 위해서는 장입물에 적당한 양의 용제와 수분(약 6 - 12%)이 가해져야 한다. 용제는 광석 중의 맥석(脈石)과 이용성 화합물의 얇은 막을 만들어 이것이 광립의 표면을 둘러싸서 입자와 입자를 연결하여 괴상으로 하며 그 융점이하에서는 충분한 강도를 가져서 장입물의 하중을 충분히 지탱하여 통풍이 잘되도록 한다.