KR100602654B1 - Manufacturing method of metal nickel using reduction reaction and metal nickel using the same method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 환원반응을 이용하여 니켈을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 니켈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 니켈의 산화물인 니켈옥사이드(NiO외, Ni matte)를 분말형태로 제조하여, 이를 일정 형상으로 성형하고 소성한 후, 환원분위기에서 열처리하여 순도가 높은 니켈을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 니켈에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing nickel using a reduction reaction and to nickel prepared by the method, and more particularly, to prepare nickel oxide (NiO, Ni matte), which is an oxide of nickel, in powder form, The present invention relates to a method for producing high purity nickel by molding in a shape and firing and heat treatment in a reducing atmosphere, and to nickel produced by the method.
환원반응, 니켈, 니켈옥사이드, 수소분위기 Reduction reaction, nickel, nickel oxide, hydrogen atmosphere
Description
도 1은 본 발명에 의한 니켈의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart showing a method for producing nickel according to the present invention.
본 발명은 환원반응을 이용하여 니켈을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 니켈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 니켈의 산화물인 니켈옥사이드를 분말형태로 제조하여, 이를 일정 형상으로 성형하고 소성한 후, 환원분위기에서 열처리하여 순도가 높은 니켈을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 니켈에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing nickel by using a reduction reaction and to nickel produced by the method, and more particularly, to prepare nickel oxide, which is an oxide of nickel, in powder form, and to shape and calcinate it to a predetermined shape. The present invention relates to a method for producing high purity nickel by heat treatment in a reducing atmosphere, and to nickel produced by the method.
광물을 제련하여 순수한 금속을 얻는 방법은 다양하며, 특히 니켈의 경우에는 매트농축에 의한 용융제련법을 사용하는데, 원광으로 중요한 황화석은 여러 금속을 함유하므로 상기의 방법이 기존의 니켈을 얻는 방법으로는 가장 적합한 방법인 것으로 인식되어 왔다. There are various methods of obtaining pure metals by smelting minerals. In particular, nickel is used for smelting by matt concentration. Since the sulfite is important for ore, it contains various metals. Has been recognized as the most suitable method.
전술한 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The above-described method is briefly described as follows.
우선 다른 금속의 화합물 일부를 산화시켜서 맥석과 함께 슬래그로 만들고, 목적하는 금속의 황화물은 다른 금속의 잔존황화물과 함께 용융매트를 형성시켜 슬래그에서 분리한 뒤 매트를 뒤처리하여 조금속을 얻는다. 실제로는 황철니켈석(2FeS·NiS)을 각각 아아크로(arc furnace), 용광로, 반사로, 자용로(自熔爐) 등에서 용융하고 황화철의 일부는 산화하여 슬래그로 제거되며 목적하는 금속은 잔존황화철과 함께 용융매트로 농축해서 슬래그에서 분리된다. 니켈매트(NiS·CuS·FeS)는 전로(轉爐)에 옮겨서 공기를 불어넣은 다음 우선 황화철을 연소시켜 생성되는 산화철을 첨가하여 규산과 함께 슬래그로 배제시킨다. First, some of the compounds of other metals are oxidized to slag together with gangue, and the sulfides of the desired metal form a molten mat together with the remaining sulfides of the other metals to separate them from the slag and then treat the mat to obtain crude metal. In practice, nickel iron pyrite (2FeS · NiS) is melted in an arc furnace, a blast furnace, a reflection furnace, a self-furnace furnace, etc., and a part of iron sulfide is oxidized and removed as slag. Concentrated together with the molten mat and separated from the slag. Nickel mats (NiS, CuS, FeS) are transferred to a converter and blown with air, followed by the addition of iron oxide, which is produced by burning iron sulfide, to be excluded as slag together with silicic acid.
니켈의 매트제련에서는 전로에서 황화철을 산화하고 배제한 단계의 산물을 그대로 양극에 주입하여 전해제련, 혹은 산화배소·탈구리처리·재환원 등으로 조(粗)니켈을 얻는다. 재래식의 매트생성로(용광로·반사로·전기로)의 열원은 각각 코크스·중유·천연가스, 그리고 전열이었으나 최근 자용로에서는 완전히 건조된 정광가루를 산소부화(酸素富化)공기 또는 열풍과 함께 노(爐)에 불어넣어 순간적으로 연소시키는 산화철의 황화발열을 활용하고 있다. 매트제련법에 의한 제동로(製銅爐)로서 최근에 매트 생성에서 조동생성까지의 공정을 연속적으로 하는 연속제동법도 사용되고 있다. In the matt smelting of nickel, crude nickel is obtained by electrolytic smelting, roasting, decoppering, re-reduction, etc. by injecting the product of the step of oxidizing iron sulfide and removing it from the converter as it is. The heat sources of conventional mat-generating furnaces (blast furnace, reflector furnace, electric furnace) were coke, heavy oil, natural gas, and electric heat, respectively, but in recent self-contained furnaces, fully dried concentrate powder is mixed with oxygen-enriched air or hot air. It utilizes the sulfidation heat of iron oxide which blows into a furnace and burns it instantaneously. As a braking path by the mat smelting method, the continuous braking method which continuously performs the process from mat production to coarse copper production is also used recently.
또한, 니켈은 습식제련법에 의해서도 제조될 수 있는데, 습식제련법은 자세하게는 황화석에서는 암모니아와 가압공기로, 산화석에서는 황산으로 각각 가열· 가압하에서 니켈을 침출하는 방법이 사용되고 있는데, 이는 가열·가압하에서 침출액에 수소를 불어 넣고 그 환원작용으로 금속니켈가루를 채취하는 방법이다. In addition, nickel may also be produced by wet smelting. In detail, wet smelting uses ammonia and pressurized air in sulfide, and sulfuric acid in oxide, respectively. Hydrogen is blown into the leaching solution under the following method and metal nickel powder is collected by the reducing action.
그러나, 상기와 같이 아아크로 등 전기로를 이용하여 니켈을 제련하는 경우에는 보통 1,600도 이상의 고온에서 소성 하여야만 하며, 이러한 소성온도는 지나치게 높아 흑연 등 고온에서 견딜 수 있는 고가의 발열체를 사용하여야 하고, 고온을 견딜 수 있는 고성능의 전기로를 도입하여야 하며, 따라서 순수한 니켈을 얻는데 투입되는 비용이 높아지며, 니켈의 제조단가가 상승하는 문제점이 있었다.However, in the case of smelting nickel by using an electric furnace such as acro, it is usually required to be fired at a high temperature of 1,600 degrees or more, and the firing temperature is too high to use an expensive heating element that can withstand high temperatures such as graphite, It is necessary to introduce a high-performance electric furnace that can withstand, and thus the cost to be obtained to obtain pure nickel is high, there is a problem that the manufacturing cost of nickel is increased.
아울러, 상기와 같은 제련 공정은 많은 전처리 공정 및 슬래그 처리공정 등이 개입되어 매우 복잡한 것으로 인식되는 문제점이 있었다. In addition, the smelting process as described above has a problem that a lot of pre-treatment process and slag treatment process is involved and recognized as very complicated.
또한, 복잡하고 많은 비용이 투입되는 니켈의 제련공정은 그 공정의 복잡성 및 비경제성에 비해 순수한 니켈에 대한 수율은 높지 아니한 문제점도 있었다. In addition, the complicated and high-cost nickel smelting process has a problem that the yield of pure nickel is not high compared to the complexity and economical efficiency of the process.
또한, 제련공정 중에 미처리되는 불순물로 인해 니켈의 순도 및 품질이 저하되는 문제점도 있었다. In addition, there is a problem in that the purity and quality of nickel is deteriorated due to untreated impurities during the smelting process.
또한, 고로 슬래그의 발생, 기타 황화철 등 불순물의 발생으로 인해 환경오염이 발생되며, 이로 인해 니켈의 수율이 저하되는 문제점도 있었다. In addition, environmental pollution is generated due to the generation of blast furnace slag and other impurities such as iron sulfide, which has a problem in that the yield of nickel is lowered.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 니켈옥사이드로부터 니켈을 직접 추출하는 공정에서 공정온도를 낮춤으로써 니켈의 제조단가 등 생산비용을 줄이는 데 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, the present invention is to reduce the production cost, such as manufacturing cost of nickel by lowering the process temperature in the process of extracting nickel directly from nickel oxide.
또한, 본 발명은 니켈옥사이드로부터 니켈을 직접 추출하는 공정에 관한 것으로 기존의 공정에 비해 공정단계를 단순화함으로써 공정경제를 이루는 데에 다른 목적이 있다. In addition, the present invention relates to a process for extracting nickel directly from nickel oxide and has another object to achieve a process economy by simplifying the process step compared to the existing process.
또한, 본 발명은 니켈옥사이드로부터 니켈을 직접 추출함으로써 기존의 제련방법에 비하여 수율을 향상시키는 데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention has another object to improve the yield compared to the conventional smelting method by extracting nickel directly from nickel oxide.
또한, 본 발명은 니켈의 수율을 높임과 동시에 니켈의 품질을 개선하는 데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention has another object to improve the quality of nickel while increasing the yield of nickel.
또한, 본 발명은 니켈옥사이드로부터 니켈을 추출하는 중간처리단계를 생략하거나 줄여 고로에서 발생되는 슬래그의 양을 제어함으로써 슬래그로 인해 발생되는 환경오염의 문제를 개선하고 최종적으로 니켈의 수율을 높이는 데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention by eliminating or reducing the intermediate treatment step of extracting nickel from the nickel oxide to control the amount of slag generated in the blast furnace to improve the problem of environmental pollution caused by slag and finally to increase the yield of nickel There is another purpose.
또한, 본 발명은 1차소성로와 환원로에서의 열처리 공정을 연속화함으로써 1차소성로와 환원로를 분리하여 열처리 하였을 때 1차소성 후 1차소성체의 취급과정에서 발생되는 잔류표면입자의 발생량을 최소화하여 잔류표면입자에 의한 슬래그 편입가능성을 낮추고 및 환원니켈의 회수율을 높이는데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention minimizes the amount of residual surface particles generated during the handling of the primary firing body after the primary firing when the primary firing furnace and the reducing furnace are heat treated by sequencing the heat treatment process in the primary firing furnace and the reducing furnace. The purpose of the present invention is to reduce the possibility of slag incorporation by residual surface particles and to increase the recovery of reduced nickel.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 니켈옥사이드(NiO) 분말과 가교제를 혼합하는 단계와; 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계와; 상기 성형체를 1차 소성하여 1차 소성체를 제조하는 단계와; 상기 제조된 1차 소성체를 냉각하지 않은 상태에서 환원로로 이송하는 단계; 및 상기 1차 소성체를 환원로에서 2차 소성하여 니켈을 제조하는 단계;를 포함하는 환원반응을 이용한 니켈의 제조방법과 그 제조방법에 의해 제조된 니켈을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of mixing a nickel oxide (NiO) powder and a crosslinking agent; Molding the mixture to produce a molded body; First firing the molded body to produce a primary fired body; Transferring the manufactured primary fired body to a reduction furnace in a state of not cooling; It provides a method for producing nickel using a reduction reaction and the nickel produced by the production method comprising the; and the second firing of the primary calcined body in a reduction furnace.
바람직하게는, 상기 환원반응을 이용한 니켈의 제조방법은 니켈옥사이드 분말과 가교제를 혼합한 후, 이를 건조하는 단계를 더 포함하는 것으로 한다. Preferably, the method for producing nickel using the reduction reaction further comprises mixing the nickel oxide powder and the crosslinking agent, and then drying it.
또한 바람직하게는, 상기 니켈옥사이드 분말은 55~80%의 순도와 100~325 메쉬(mesh)의 입도인 것으로 한다.Also preferably, the nickel oxide powder has a purity of 55 to 80% and a particle size of 100 to 325 mesh.
또한 바람직하게는, 상기 가교제는 구리 스테아린산염(Zinc Stearate), 아크로왁스(Acro Wax) 및 당밀 중에서 선택된 적어도 1종 이상인 것으로 한다. Also preferably, the crosslinking agent is at least one selected from copper stearate, acro wax and molasses.
또한 바람직하게는, 상기 성형체를 제조하는 방법은 가압성형, 정수압성형, 사출성형, 압출성형 및 슬립성형 중에서 선택된 1종인 것으로 한다. Also preferably, the method for producing the molded article is one selected from press molding, hydrostatic molding, injection molding, extrusion molding and slip molding.
또한 바람직하게는, 상기 성형체를 1차 소성하여 1차 소성체를 제조하는 단계에서 소성온도는 200~700℃의 범위인 것으로 한다. Also preferably, the firing temperature in the step of producing the primary fired body by primary firing of the molded body shall be in the range of 200 ~ 700 ℃.
또한 바람직하게는, 상기 환원로의 소성영역은 수소가스 분위기이며, 환원로의 장입영역 및 냉각영역은 질소가스 분위기인 것으로 한다. Also preferably, the baking zone of the reduction furnace is a hydrogen gas atmosphere, and the charging zone and the cooling zone of the reduction furnace are nitrogen gas atmospheres.
여기서, 상기와 같이 수소가스 분위기를 유지하기 위해서는 수소가스(순도 99.999%)를 유입시키는 것이 원칙이나, 암모니아 가스를 분해하고 정제한 후 수소가스만을 추출하여 환원분위기를 형성시키는 것도 가능하다. Here, in order to maintain a hydrogen gas atmosphere as described above, in principle, hydrogen gas (purity 99.999%) is introduced, but it is also possible to form a reducing atmosphere by extracting only hydrogen gas after decomposing and purifying ammonia gas.
또한 바람직하게는, 상기 2차 소성체를 제조하는 단계에서 환원온도는 900~1,300℃의 범위인 것으로 한다. Also preferably, the reducing temperature in the step of preparing the secondary fired body is in the range of 900 ~ 1,300 ℃.
또한 더욱 바람직하게는, 상기 2차 소성체를 제조하는 단계에서 환원온도는 1,000~1,200℃의 범위인 것으로 하다. More preferably, the reducing temperature in the step of producing the secondary fired body is to be in the range of 1,000 ~ 1,200 ℃.
또한, 바람직하게는 상기 1차소성로와 환원로는 컨베이어벨트에 의해 연결되어 1차소성 직후 1차소성체가 환원로로 그대로 이송되어 환원분위기에서 열처리되는 것으로 한다. Preferably, the primary firing furnace and the reduction furnace are connected by a conveyor belt, so that the primary firing body is immediately transferred to the reduction furnace immediately after the primary firing and heat treated in a reducing atmosphere.
아울러, 본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 상기 환원반응을 이용하여 제조된 고순도의 니켈을 제공한다. In addition, the present invention provides a high-purity nickel prepared by using the reduction reaction to achieve the above object.
이하, 본 발명을 첨부된 실시례를 참고하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying examples of the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명에 의한 니켈의 제조방법을 나타내는 흐름도로서, 본 발명에 따른 환원반응을 이용한 니켈의 제조방법은 분말 형태의 니켈옥사이드를 출발물질로 하였다. 여기서 니켈옥사이드의 순도는 약 55~80%의 것을 사용하였고, 입도는 100~325 메쉬(mesh)의 것으로 하였다. 100~325 메쉬는 1인치당 체의 눈금수를 나타내는 것으로 상기 분말의 입도를 44~143 마이크로미터(㎛)의 크기범위로도 나타낼 수 있다. 1 is a flow chart showing a method for producing nickel according to the present invention. The method for preparing nickel using a reduction reaction according to the present invention uses nickel oxide in powder form as a starting material. Here, the purity of nickel oxide was about 55-80%, and the particle size was 100-325 mesh. 100 to 325 meshes represent the number of scales per inch and may represent the particle size of the powder in a size range of 44 to 143 micrometers (μm).
상기 니켈옥사이드를 일정형상으로 성형하기 위해서는 분말입자간 가교역할을 하는 가교제(binder)를 첨가해야 하는 바, 상기 가교제로는 유기바인더를 사용하는데, 상기 유기바인더는 비산온도 또는 용융온도가 낮아서 낮은 온도에서의 열처리만으로도 쉽게 비산될 수 있기 때문이다. In order to form the nickel oxide into a predetermined shape, a crosslinking agent (binder) which plays a role of crosslinking between powder particles should be added, and the organic binder is used as the crosslinking agent, and the organic binder has a low scattering temperature or a low melting temperature. This is because it can be easily scattered only by heat treatment at.
이러한 가교제의 종류로는 구리 스테아린산염(Zinc Stearate), 아크로왁스 (Acro wax), 당밀, 피브이에이(PVA), 피브이비(PVB), 페놀수지(phenol resin) 등이 사용될 수 있으며, 상기 구리 스테아린산염, 아크로왁스, 당밀 중 적어도 2가지 이상의 가교제가 혼합되어 사용될 수도 있다. Types of such crosslinking agents may include copper stearate, acro wax, molasses, fivA (PVA), fibbi (PVB), phenol resins, and the like. At least two or more crosslinking agents of copper stearate, acro wax and molasses may be mixed and used.
본 발명에서는 구리 스테아린산염, 아크로왁스, 당밀을 사용하였는데, 상기 구리 스테아린산염은 115℃의 녹는점을 가지며, 50~140㎛의 입도인 것을 사용하였고, 상기 아크로왁스는 139℃의 녹는점을 가지고, 50~140㎛의 입도인 것을 사용하였으며, 아크로왁스를 기초로 하여 구리 스테아린산염을 혼합한 것은 130℃의 녹는점을 가지고, 100-325 메쉬의 입도인 것을 사용하였다. In the present invention, copper stearate, acro wax, molasses were used. The copper stearate has a melting point of 115 ° C. and a particle size of 50 to 140 μm, and the acro wax has a melting point of 139 ° C. , 50-140 μm of particle size was used, and copper stearate mixed on the basis of acro wax had a melting point of 130 ° C. and used a particle size of 100-325 mesh.
여기서, 상기와 구리 스테아린산염, 아크로왁스, 당밀을 가교제로 사용한 것은 타 가교제와 비교하여 상기 가교제가 니켈옥사이드를 성형하는데 있어 성형성이 좋을 뿐 아니라, 1차소성후에도 1차소성체의 형태를 그대로 유지하도록 하기 때문이며, 상기와 같은 가교제를 사용하는 것도 본 발명의 특징이라 할 것이다. Here, the use of the copper stearate, acro wax, and molasses as a crosslinking agent is not only better in formability in forming the nickel oxide than the other crosslinking agent, but also maintains the form of the primary plastic body after primary firing. This is because the use of such a cross-linking agent will also be a feature of the present invention.
다음에, 상기 가교제를 니켈옥사이드에 혼합하는 방법으로는 볼밀링(ball milling)법, 어트리션밀링(attrition milling)을 비롯한 각종 습식, 건식 혼합방법을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 니켈옥사이드에 가교제를 혼합한 후 이를 믹서로 투입하여 혼합하는 방법을 사용하였다. 혼합시간은 약 30분~120분으로 하였으나, 충분한 혼합을 위해 그 이상의 시간으로 유지할 수도 있다. Next, as a method of mixing the crosslinking agent with nickel oxide, various wet and dry mixing methods including ball milling and attrition milling may be used. After mixing the mixture was put into a mixer was used to mix. The mixing time was about 30 minutes to 120 minutes, but may be maintained for a longer time for sufficient mixing.
한편, 상기와 같이 니켈옥사이드 분말과 가교제를 혼합하는 방법이 이외에 도, 성형성을 높이기 위해서 니켈옥사이드 분말을 스프레이 드라이(spray drying)방법을 사용하여 과립형태로 제조한 후 이를 성형시 사용할 수도 있다. 이 경우에는 성형시 야기될 수 있는 성형체의 밀도구배를 방지하므로 소성체에서 발생될 수 있는 굽힘(warping), 균열(cracking) 등을 예방할 수 있다. Meanwhile, in addition to the method of mixing the nickel oxide powder and the crosslinking agent as described above, the nickel oxide powder may be prepared in granular form using a spray drying method in order to increase moldability, and then used in molding. In this case, it is possible to prevent the density gradient of the molded body which may be caused during molding, thereby preventing warping, cracking, and the like, which may occur in the plastic body.
또한, 전술한 바와 같이 가교제와 혼합된 니켈옥사이드는 이를 성형공정에 도입하기 위하여 미리 건조될 수 있다. 건조공정에서는 응집체(agglomerating body)가 생성되어 성형성에 좋지 않은 영향을 줄 수 있기 때문에 재분쇄 공정을 거쳐야 한다.In addition, as described above, the nickel oxide mixed with the crosslinking agent may be dried in advance to introduce the same into the molding process. In the drying process, agglomeration (agglomerating body) is generated, which may adversely affect the formability, so it has to go through the regrinding process.
또한, 전술한 성형공정으로는 가압성형(pressing), 정수압성형(cold isostatic pressing), 사출성형(injection molding), 압출성형(extruding), 슬립성형(slip casting) 등의 방법이 사용될 수 있으며, 그 밖에도 가능한 많은 방법이 사용될 수 있다. In addition, the aforementioned molding process may be a method such as pressing, cold isostatic pressing, injection molding, extruding, slip casting, or the like. Many other possible methods can be used.
본 발명에서는 가압성형방법을 사용하였는데, 성형품의 모양이 각인된 2개의 롤러(roller), 호퍼(hopper), 유압실린더, 모터(motor)를 구비하는 성형장치에서 전술한 니켈옥사이드(가교제와 결합된 것)를 호퍼(hopper)로 이송한 후, 상기 롤러에 통과시키면서 20~300톤의 압력을 가하여 성형체를 제조하였다. In the present invention, a press molding method was used, wherein the shape of the molded product was imprinted with the above-described nickel oxide (crosslinking agent) in a molding apparatus having two rollers, a hopper, a hydraulic cylinder, and a motor. To a hopper, and a molded article was produced by applying a pressure of 20 to 300 tons while passing through the roller.
또한, 상기와 같이 제조된 성형체는 바인더에 의해 가교되어 형상을 유지하고 있는 바, 상기 가교제가 포함된 상태의 니켈옥사이드를 후술하는 바와 같이 환 원로에서 반응시킬 경우, 가교제의 구성원소중의 하나인 탄소(C)가 잔류하게 되는 문제점이 발생된다. In addition, the molded article prepared as described above is crosslinked by a binder to maintain the shape. When the nickel oxide in the state containing the crosslinking agent is reacted in a reducing furnace as described below, carbon, which is one member of the crosslinking agent, is carbon. There arises a problem that (C) remains.
따라서, 상기와 같은 가교제는 공기중에서 소성하여 미리 비산시키는 것이 중요하며, 성형체를 소성하여 비산시킨 후에도 성형체가 형상을 유지할 수 있도록 적당한 소성온도를 설정하여야 하는 바, 본 발명에서는 소성온도를 200~700℃의 범위로 설정하였으며, 상기 온도에서 소성하여 니켈옥사이드의 1차 소성체를 제조하였다. Therefore, it is important that the crosslinking agent is calcined in the air and scattered in advance, and a suitable firing temperature must be set so that the molded body can maintain its shape even after firing and scattering the molded body. It was set in the range of ° C, and calcined at the above temperature to prepare a primary calcined body of nickel oxide.
다음에, 상기와 같이 제조된 1차 소성체로부터 니켈을 얻기 위하여, 공기 특히 산소의 유입을 차단할 수 있는 환원로에서 2차 소성하였다. Next, in order to obtain nickel from the primary fired body prepared as described above, secondary fired in a reduction furnace capable of blocking the inflow of air, especially oxygen.
상기 환원로는 연속로 타입으로 장입영역, 소성 및 환원영역, 냉각영역 등으로 구성되는 바(미도시), 상기 소성 및 환원영역에는 수소분위기가 유지될 수 있도록 수소가스를 계속하여 주입하고, 장입영역 및 냉각영역에는 공기의 유입이 차단되도록 질소를 주입하여 질소분위기(nitrogen gas curtain)로 유지하였다. The reduction furnace is a continuous furnace type consisting of a charging zone, a firing and reducing zone, a cooling zone, and the like (not shown), and continuously injects hydrogen gas into the firing and reducing zone so that a hydrogen atmosphere can be maintained. Nitrogen was injected into the zone and the cooling zone to maintain the nitrogen atmosphere (nitrogen gas curtain) to block the inflow of air.
여기서, 상기와 같이 수소가스 분위기를 유지하기 위해서는 수소가스를 유입시키는 것이 원칙이나, 암모니아 가스를 분해하고 정제한 후 수소가스만을 추출하여 환원분위기를 형성시키는 것도 가능하다. Here, in order to maintain the hydrogen gas atmosphere as described above, in principle, hydrogen gas is introduced, but after decomposing and purifying ammonia gas, only hydrogen gas may be extracted to form a reducing atmosphere.
여기서, 공기가 환원로내로 유입되는 경우 수소와의 반응으로 인해 환원로가 폭발할 수 있는 위험이 있기 때문에 상기 질소분위기의 유지는 매우 중요하다. Here, the maintenance of the nitrogen atmosphere is very important because there is a risk that the reduction furnace may explode due to the reaction with hydrogen when air is introduced into the reduction furnace.
또한 여기서, 질소가스는 액화질소를 기화시켜 사용하였으며, 수소가스는 99.999% 이상의 순도를 갖는 것으로 사용하였다. In this case, nitrogen gas was used by vaporizing liquid nitrogen, and hydrogen gas was used as having a purity of 99.999% or more.
아울러, 상기와 같이 수소가스 분위기를 유지하기 위해서는 수소가스를 유입시키는 것이 원칙이나, 암모니아 가스를 분해하고 정제한 후 수소가스만을 추출하여 환원분위기를 형성시키는 것도 가능하다. In addition, in order to maintain the hydrogen gas atmosphere as described above, in principle, hydrogen gas is introduced, but after decomposing and purifying ammonia gas, only hydrogen gas may be extracted to form a reducing atmosphere.
분위기를 상기와 같이 설정한 환원로에서 니켈옥사이드 1차 소성체를 약 900℃ 내지 1300℃의 환원온도로 2차 소성하였다. The nickel oxide primary calcined body was secondary calcined at a reduction temperature of about 900 ° C to 1300 ° C in a reduction furnace in which the atmosphere was set as described above.
한편, 상기와 같은 1차소성 및 환원열처리과정에서 소성로는 하나의 시스템으로 형성되며, 다음과 같은 특징을 갖는다.On the other hand, in the primary firing and reduction heat treatment process as described above, the kiln is formed as one system, and has the following characteristics.
성형체가 제조된 후, 상기 성형체는 위 시스템의 도입부에 위치하는 성형체 수용부에 수용되고 유입롤러에 의해 1차소성로로 이송되며, 이후 1차소성로에서는 전술한 바와 같은 조건으로 열처리된다. 상기와 같이 1차 소성이 완료되면, 상기 1차소성체는 별도의 냉각과정을 거치지 않고, 컨베이어에 의해 환원로로 그대로 이송되어 상기 환원로에서 전술한 조건으로 환원열처리된 후, 다시 컨베이어에 의해 냉각챔버로 이송되어 냉각되도록 시스템화 되어있다(미도시). After the molded body is manufactured, the molded body is accommodated in the molded body receiving portion located in the inlet of the above system and transferred to the primary firing furnace by the inlet roller, and then heat treated under the conditions as described above in the primary firing furnace. When the primary firing is completed as described above, the primary calcined body is transferred to a reduction furnace by a conveyor without undergoing a separate cooling process, and is subjected to reduction heat treatment under the above-described conditions in the reduction furnace, and then cooled by a conveyor again. It is systemized to be transferred to the chamber and cooled (not shown).
즉, 상기와 같이 1차소성로와 환원로가 유기적으로 결합되도록 함으로써, 1차소성 후 그 소성체를 냉각하고, 다시 환원로에서 2차소성(환원열처리하는 과정)에서 1차소성체의 취급상 발생될 수 있는 10mm 이하 크기의 잔류표면입자의 발생을 최대한 억제하여 환원니켈의 회수율을 높일 수 있다. That is, the primary firing furnace and the reducing furnace are organically bonded as described above, thereby cooling the calcined body after the primary firing and again generating the primary firing body during secondary firing (reduction heat treatment) in the reduction furnace. By reducing the generation of residual surface particles of the size of less than 10mm as possible to increase the recovery of the reduced nickel.
즉, 본원발명에 의해 얻어진 1차소성체는 10~100mm의 크기범위내의 입자가 전체의 90% 이상이 되도록 유지함으로써 환원니켈의 회수율을 높일 수 있는 것이다. That is, the primary firing body obtained by the present invention can increase the recovery of the reduced nickel by maintaining the particles in the size range of 10 to 100mm to 90% or more of the total.
상기와 같이 소성하여 니켈을 제조한 결과는 다음과 같다.Firing as described above to produce nickel is as follows.
상기와 같이 2차 소성온도를 변화하여 니켈을 제조한 결과, 900℃ 이상에서 니켈의 수율이 99% 이상이 되었으며, 1,100℃ 이상에서는 99.5% (Ni 99.07%)이상의 높은 수율을 나타내었다. 즉, 니켈옥사이드가 수소분위기에서 대부분 환원되어 니켈로 전환되었으며, 그 밖의 기초원료에 존재한 불순물을 재외한 불순물은 거의 존재하지 아니하였다. 따라서, 일반적인 제련공정에 비하여 낮은 온도에서 열처리하였음에도 불구하고 고순도의 니켈을 얻을 수 있었다. As a result of manufacturing the nickel by changing the secondary firing temperature as described above, the yield of nickel became more than 99% at 900 ° C. or higher, and the yield was higher than 99.5% (Ni 99.07%) at 1,100 ° C. or higher. That is, nickel oxide was mostly reduced in the hydrogen atmosphere and converted to nickel, and there were almost no impurities except impurities present in other basic raw materials. Therefore, high purity nickel was obtained despite the heat treatment at a lower temperature than the general smelting process.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 니켈옥사이드로부터 니켈을 직접 추출하는 공정에서 공정온도를 낮춤으로써 니켈의 제조단가 등 생산비용을 줄이고, 제련공정시 많은 인원이 투입되는 데에 비하여 적은 인원으로도 작업이 가능하므로 인건비도 줄일 수 있으며, 슬래그가 발생되지 아니하므로 슬래그 처리비용을 절감하는 효 과가 있다. As described above, according to the present invention, by lowering the process temperature in the process of directly extracting nickel from the nickel oxide, the production cost such as the manufacturing cost of nickel is reduced, and the work is performed with a small number of personnel compared to the large number of personnel input during the smelting process. As a result, labor costs can be reduced, and since slag is not generated, slag treatment costs are reduced.
또한, 낮은 공정온도임에도 불구하고 아아크로법에 비하여 높거나 최소한 동등한 수준의 니켈 수율을 얻어낼 수 있는 효과가 있다. In addition, despite the low process temperature has a high or at least equivalent level of nickel yield compared to the Acro method.
또한, 본 발명은 니켈옥사이드로부터 니켈을 직접 추출하는 공정에 관한 것으로 기존의 공정에 비해 공정단계를 단순화함으로써 공정경제를 이루며, 아아크로방식에 비하여 투입되어야 하는 설비를 간소화하는 효과가 있다. In addition, the present invention relates to a process for extracting nickel directly from nickel oxide to achieve a process economy by simplifying the process step compared to the existing process, there is an effect of simplifying the equipment to be added as compared to the acro method.
또한, 본 발명은 슬래그의 발생없이 니켈옥사이드로부터 환원반응만으로 니켈을 직접 추출함으로써 기존의 제련방법에 비하여 수율 및 순도를 향상시키고, 품질을 개선하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of improving the yield and purity, and improve the quality compared to the conventional smelting method by directly extracting nickel from the nickel oxide only reduction reaction without the generation of slag.
또한, 본 발명은 니켈옥사이드로부터 니켈을 추출하는 통상적인 제련과정의 많은 부분을 생략하도록 함으로써 슬래그가 발생되지 아니하고, 미세먼지 및 대기오염도 예방할 수 있어 환경오염의 문제를 개선하는 효과가 있다. In addition, the present invention by eliminating a large part of the conventional smelting process of extracting nickel from nickel oxide does not generate slag, it is also possible to prevent fine dust and air pollution has the effect of improving the problem of environmental pollution.
또한, 1차소성로와 환원로에서의 열처리 공정을 연속화함으로써 1차소성로와 환원로를 분리하여 열처리 하였을 때 1차소성 후 1차소성체의 취급과정에서 발생되는 잔류표면입자의 발생량을 최소화하여 잔류표면입자에 의한 슬래그 편입가능성을 낮추고 및 환원니켈의 회수율을 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, by continuing the heat treatment process in the primary firing furnace and the reduction furnace, when the primary firing furnace and the reduction furnace are separated and heat treated, the residual surface particles are minimized by minimizing the amount of residual surface particles generated during the primary firing process after the primary firing. It is effective in reducing the possibility of slag incorporation by the particles and increasing the recovery rate of the reduced nickel.
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