KR102606028B1 - 금속성 공급원료 물질의 제련 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속성 공급원료 물질의 제련 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 (i) 미세 환원제 및 미세 금속성 공급원료 물질을 포함하는 집괴를 반응기에 공급하고, 상기 집괴는 반응기 내에서 패킹층을 형성하는 단계; (ii) 패킹층을 통해 고온 환원 가스 역류를 통과시킴으로써 집괴를 제련하여 부분적으로 환원된 금속성 성분, 중간 슬래그 성분 및 혼입된 미반응 환원제 성분을 포함하는 용융 물질을 형성하는 단계; 및 (iii) 용융 물질을 용기 내로 흐르도록 채널링하여 금속 산물 및 슬래그 산물을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 금속성 공급원료 물질의 제련 방법에 관한 것이다.
직접 환원 공정이 최근 몇 년 동안 점점 더 부각되고 있다. 직접 환원이란 공급 물질인 광석의 금속 산화물을 고체 상태인 채로 환원시키는 공정을 가리킨다. 통상적인 공정에서, 환원된 금속 산화물은 직접 환원 공정으로부터 후속 제련 공정으로 옮겨지며, 여기서 환원된 금속 산화물은 금속화되고, 제련은 공급물의 환원 및 용융을 가리킨다.
환원된 금속 산화물은 직접 환원 공정으로부터 제련 공정으로 이동되는 동안 상당히 냉각될 것이라는 것이 이해될 것이다. 이같은 환원된 금속 산화물의 냉각은 환원된 금속 산화물이 제련 공정 동안 재가열되어야 하므로 상당한 에너지 손실을 초래한다.
기존의 직접 환원 공정 및 공정 장비와 관련된 또 다른 단점은 직접 환원된 산물이 고체 상태로 남아 있는 경우에만 처리될 수 있다는 점이다.
"산화철 환원 공정(Process of reducing iron oxides)"이라는 명칭의 미국 특허 번호 3,033,673은 집괴(agglomerate) 내의 금속 산화철을 고체 상태로 환원시킨는 직접 환원 공정을 개시하고 있다. 이 고상 환원 공정은 상기 특허에 개시된 용광로에서 일어난다. 상기 특허에서는 계속해서 부분적으로 환원된 금속 산화물이 전기로에서 제련(즉, 용융)되는 것을 제공하고 있다. 즉, 집괴뿐 아니라 집괴의 금속 산화물도 용광로에서 용융되지 않는다.
금속 산화물의 용융은 무엇보다도 장비 막힘, 에너지 전달 감소 및 공정(즉, 환원) 효율성의 감소를 초래한다.
이러한 단점은 공지 상업적 규모의 공정에서 예시된다. 첫 번째 예는 최대 1400 ℃의 회전 가마에서 크롬 광석을 직접 환원시키기 위해 쇼와 덴코(Showa Denko)가 개발한 직접 환원 기술이다. 공정에서 이러한 온도 제한은 가마에서 액상 축적이 방지되도록 하기 위한 것으로, 그렇지 않으면 공정은 중지될 것이다. 쇼와 덴코 공정에서 직접 환원된 산물은 냉각되어야 최종 전기 제련로로 기계적 이송이 가능하며 이송 중에 산물의 온도는 일반적으로 600 ℃까지 떨어진다.
또 다른 예로서, 고베 스틸(Kobe Steel)과 미드렉스(Midrex)는 연소된 미분탄을 사용하는 회전 노상로에서 철광석의 복합 집괴를 직접 환원시킬 수 있는 패스트스멜트(FastSmelt) 공정을 개발하였다. 패스트스멜트 공정의 집괴는 회전 화로에서 제거될 수 있도록 다시 고체 상태를 유지해야 한다.
고베 스틸과 미드렉스의 후속 개발은 더 높은 작동 온도에서 집괴 내부에 철 덩이가 형성되도록 하는 ITMK3 공정이었지만, 회전로에서 제거가 가능하도록 집괴가 고체 상태를 유지해야 한다는 동일한 제한을 여전하다. 그런 다음, 덩이는 냉각 후 후속 공정에서 용융되고 회전로에서 옮겨져 상당한 에너지 손실이 발생한다. 이 개발은 장비 문제로 인해 상업적으로 성공하지 못했다.
상기 단점 외에도, 공지 공정의 추가적인 단점은 금속 산화물이 금속화되도록 하는 데 필요한 온도가 효과적으로 제어될 수 없다는 점이라는 것을 이해해야 한다. 이는 공정 작업을 위해 매우 높은 온도 구역을 생성해야 하기 때문이다. 그러한 알려진 상업적 규모의 공정의 예는 서브머지드 아크로(submerged arc furnace) 및 용광로(blast furnace)이며, 이들은 현재까지 상업적으로 페로망간 및 페로크롬과 같은 합금을 생산하는 데 사용되는 유일한 공정이다. 이러한 공정에서 효과적인 온도 제어가 부족하면 상기 고온 영역에서 불순물이 Si, Mn 및 S와 같은 산물 합금으로 환원되어 불순물이 최종 산물을 오염시키는 작용을 한다.
"쿠폴라형 용기에서 금속 산화물 펠릿으로부터 금속을 생산하는 방법(Process for producing metal from metal oxide pellets in a cupola type vessel)"이라는 명칭의 미국 특허 번호 3,832,158은 출원인에게 알려져 있다. 이 특허는 금속 산화물을 함유하는 집괴가 코크스층의 연소 동안 발생하는 열을 사용하여 제련(즉, 용융)하는 공정을 설명한다. 코크스는 매우 비싸고 종종 금속 산화물의 대규모 제련을 덜 경쟁적으로 만든다는 것은 잘 알려져 있다.
발명의 목적
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 언급한 단점을 적어도 부분적으로 극복하고/하거나 용융 상태에서 환원된 산물의 취급을 허용하면서 금속성 공급원료 물질을 위한 기존 공정에 대한 유용한 대안이 될 금속성 공급원료 물질의 신규 제련 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 다음 단계를 포함하는 금속성 공급원료 물질의 제련 방법이 제공된다:
(i) 미세 환원제 및 미세 금속성 공급원료 물질(metalliferous feedstock material)을 포함하는 집괴를 반응기에 공급하고, 상기 집괴는 반응기 내에서 패킹층(packed bed)을 형성하는 단계;
(ii) 패킹층을 통해 고온 환원 가스 역류를 통과시킴으로써 집괴를 제련하여 부분적으로 환원된 금속성 성분, 중간 슬래그 성분 및 혼입된(entrained) 미반응 환원제 성분을 포함하는 용융 물질을 형성하는 단계; 및
(iii) 용융 물질을 용기 내로 흐르도록 채널링하여 금속 산물 및 슬래그 산물을 형성하는 단계.
상기 문맥에서, 입자 크기와 관련하여 미세하다는 언급은 6 mm 이하, 바람직하게는 75 μm 미만의 입자 크기이다.
용기는 반응기로부터 분리되어 있고 반응기와 유체 흐름 연통할 수 있다.
공정은 부분적으로 환원된 금속성 성분을 추가로 환원시키기 위해 용기 내의 용융 물질에 전기 에너지를 인가하여 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물을 형성하는 추가 단계를 포함할 수 있으며, 용융 물질에 혼입된 미반응 환원제 성분은 환원제 역할을 한다. 이러한 방식으로, 부분적으로 환원된 금속성 성분의 고도의 금속화가 얻어질 수 있다. 공정에서 금속성 공급원료 물질의 금속화 정도는 최대 98%일 수 있다. 슬래그에 혼입된 미반응 환원제 성분은 기존의 제련 공정에 비해 금속성 성분을 훨씬 더 많이 환원시킬 수 있다.
용융 물질에 전기 에너지를 인가하는 것은 용융 물질의 온도를 조정하여 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물을 형성하도록 제어될 수 있으며, 이러한 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물은 용기로부터 태핑하기에 적합하다.
용융 물질에 혼입된 미반응 환원제 성분은 용융 물질에 존재하는 부분적으로 환원된 금속성 성분의 완전한 환원을 허용할 수 있다.
집괴의 조성은 패킹층에서 집괴의 용융 온도를 낮추어 집괴의 용융 속도를 증가시키고 미세 금속성 공급원료 물질의 환원 정도를 감소시키도록 조작될 수 있다.
집괴의 조성은 패킹층에서 집괴의 용융 온도를 증가시켜 집괴의 용융 속도를 감소시키고 미세 금속성 공급원료 물질의 환원 정도를 증가시키도록 조작될 수 있다.
고온 가스는 금속성 성분의 재산화를 피하기 위해 CO/CO2 비율이 5보다 크고 바람직하게는 10보다 큰 환원 가스여야 한다.
고온 환원 가스는 1200℃ 초과, 바람직하게는 1350℃ 초과, 가장 바람직하게는 1600℃ 초과의 온도에서 패킹층을 통과할 수 있으며, 이 온도는 생성되는 금속 산물에 따라 다르다.
패킹층은 집괴가 반응기에 공급되는 영역에 대해 작동적으로 하류 위치에 유체 침투성 계면을 포함할 수 있으며, 이 유체 침투성 계면은 고온 환원 가스가 집괴의 패킹층을 통해 통과하도록 허용한다. 유체 침투성 계면은 반응기에서 패킹층의 작동가능한 베이스 영역일 수 있다.
패킹층은 측벽의 방향이 변하는 위치에서 반응기 측벽에 의해 현수(suspended)될 수 있다.
대안적으로, 패킹층은 반응기에 위치한 차단물(obstruction)에 의해 현수될 수 있으며, 차단물은 집괴가 반응기에 공급되는 영역에 대해 작동가능하게 하류 위치에 있다. 차단물은 내화물의 침투성 층일 수 있다. 대안적으로, 차단물은 코크스 입자의 침투성 층일 수 있다.
집괴는 플럭스를 포함할 수 있다. 플럭스는 집괴와 함께, 그러나 분리하여 반응기에 공급될 수 있다.
집괴는 바인딩제를 포함할 수 있다.
용기 내의 용융 물질에 추가 환원제를 첨가하는 추가 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
용융 물질에 잠긴(submerged) 용기에서 전극을 통해 용융 물질에 인가되는 전기 에너지가 제공된다.
최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물은 용융 물질 내의 부분적으로 환원된 금속성 성분과 미반응 혼입 환원제 성분 사이의 전기화학적 반응을 통해 형성될 수 있으며, 중간 슬래그 성분은 전해질 역할을 한다. 이러한 방식으로, 공지된 선행 기술 공정과 비교하여 금속 산화물과 같은 금속성 공급원료 물질의 매우 높은 금속화 정도가 달성될 수 있으며, 여기서 본 발명의 방법을 통해 달성되는 금속화 정도는 최대 98%까지일 수 있다.
집괴의 패킹층에서 금속성 공급원료 물질의 체류 시간은 반응기에서 금속성 공급원료 물질의 환원 정도에 영향을 미치도록 제어될 수 있다.
반응기 및 용기의 작동 온도는 금속성 공급원료 물질에서 제1 목표 금속을 선택적으로 금속화하여 금속화된 제1 목표 금속이 최적화된 액체 금속 산물로 지향되고 비-목표 금속은 최종 슬래그 산물로 지향되도록 제어될 수 있다.
최종 슬래그 산물이 후속 공정에서 금속성 공급원료 물질로서 제공되고, 여기서 후속 공정은 본 발명에 따른 공정이고, 후속 공정에서 반응기 및 용기의 작동 온도는 금속성 공급원료 물질에서 제2 목표 금속을 선택적으로 금속화함으로써, 금속화된 제2 목표 금속이 후속 공정의 액체 금속 산물로 지향되도록 하고 나머지 비-목표 금속이 후속 공정의 최종 슬래그 산물로 지향되도록 제어된다.
생성된 최종 슬래그 산물은 추가 처리를 위해 이송될 수 있다.
고온 환원 가스의 온도는 목표 온도로 설정될 수 있다.
전기 에너지 입력은 목표 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물 온도를 달성하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시양태가 아래에 단지 비제한적인 예로서, 첨부 도면을 참조하여 설명된다:
도 1은 본 발명의 공정의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 공정의 개략도이다.
발명의 상세한 설명
동일한 번호가 동일한 특징을 나타내는 첨부 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 금속성 공급원료 물질의 제련 공정은 일반적으로 참조 번호 (10)으로 지정된다.
금속성 공급원료 물질(10)의 제련 공정은 다음 단계를 포함한다:
(i) 미세 환원제(도시되지 않음) 및 미세한 금속성 공급원료 물질(도시되지 않음)을 포함하는 집괴(도시되지 않음)를 반응기(12)에 공급하고, 상기 집괴는 반응기(12) 내에서 패킹층(14)을 형성하는 단계;
(ii) 패킹층을 통해 고온 환원성 가스 역류를 통과시켜 집괴를 제련함으로써 부분적으로 환원된 금속성 성분(도시되지 않음), 중간 슬래그 성분(도시되지 않음) 및 혼입된 미반응 환원제 성분(미도시)을 포함하는 용융 물질(도시되지 않음)을 형성하는 단계(도시되지 않음); 및
(iii) 용융 물질을 용기(26) 내로 흐르도록 채널링하여 액체 금속 산물(16) 및 최종 슬래그 산물(18)을 형성하는 단계.
전형적으로, 금속성 공급원료 물질은 채굴된 금속 산화물이다. 그러나, 금속성 공급원료 물질은 금속 산화물을 함유하는 임의의 물질일 수 있다.
집괴는 반응기(12)에 중력적으로 공급되어 집괴의 유체 침투성 패킹층(14)을 형성한다. 집괴의 패킹층(14)은 반응기(12)에서 2 내지 3 m 높이로 적재된다. 이상적으로는, 집괴는 10 mm 내지 20 mm의 직경을 갖지만, 공정(10)은 2 mm 내지 80 mm, 심지어는 그보다 큰 임의의 직경을 갖는 집괴를 수용할 수 있다. 무엇보다도, 반응기(12)에서 패킹층(14)의 낮은 높이로 인해 제한된 강도의 집괴 및 이에 따라 제한된, 또는 무 바인딩제 함량을 이용될 수 있는 것이 공정(10)의 이점이다. 금속성 공급원료 물질은 집괴 내에 분산되며 바람직하게는 75 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 미세 물질이다. 집괴는 바인더(binder) 또는 바인딩제(binding agent)를 포함할 수 있고, 바인더 또는 바인딩제의 사용 또는 불용은 공정(10)에서 사용되는 집괴의 크기 및/또는 집괴의 패킹층(14)이 반응기(12)에 적재된 높이에 따라 달라진다는 것이 이해될 것이다. 또한, 집괴는 플럭스(flux) 또는 플럭싱제(fluxing agent)를 포함할 수 있다.
이 예에서, 패킹층(14)의 집괴는 고온 환원 가스(도시되지 않음)를 역류 방식으로 통과시킴으로써 제련된다. 고온 환원 가스는 집괴의 패킹층(14)의 하류 위치(20)에서 작동가능하게 집괴가 반응기(12)에 공급되는 방향에 대해 역류로 반응기(12)에 공급된다. 고온 환원 가스는 고온 환원 가스가 집괴의 패킹층(14)을 통해 침투되도록 3 내지 4 m/s의 속도로 반응기(12)에 공급된다. 고온 환원 가스의 온도는 집괴 내 금속성 공급원료 물질의 유형 및 집괴의 패킹층(14)에서 원하는 금속성 공급원료 물질의 환원 정도에 따라 1300 ℃ 이상에서 1700 ℃까지 제어된다.
예로서, 금속성 공급원료 물질이 크롬 산화물인 경우보다 금속성 공급원료 물질이 산화철일 때 고온 환원 가스가 더 낮은 온도에서 반응기(12)에 공급될 것이다. 중요하게는, 산화철 제련을 위한 고온 환원 가스의 온도는 실리칸 산화물 및 황화물이 환원되는 온도보다 낮게 설정될 수 있으며, 이는 고순도 선철이 생산되도록 보장한다. 고온 환원 가스는 전형적으로 합성 가스이며, 바람직하게는 일산화탄소 대 이산화탄소(CO/CO2) 비율이 10보다 크고 바람직하게는 15보다 크다. 고온 환원 가스가 집괴의 패킹층(14)을 통해 침투함에 따라, 금속성 공급원료 물질은 그의 금속 형태로 부분적으로 환원된다. 여기서, 합성 가스의 CO/CO2 비율은 반응기(12) 및 집괴의 패킹층(14)에서 환원된 금속성 공급원료 물질의 재산화를 방지하도록 제어된다.
집괴 내의 금속성 공급원료 물질을 부분적으로 환원시키는 것 외에도, 고온 환원 가스는 집괴를 용융시켜, 부분적으로 환원된 금속성 성분, 중간 슬래그 성분 및 혼입된 미반응 환원제 성분을 포함하는 용융 물질을 형성하고; 혼입된 미반응 환원제 성분은 집괴에서 나온다. 본 발명의 방법의 이점은 집괴의 용융 온도를 제어할 수 있다는 것이다. 집괴의 용융 온도에 대한 제어는 반응기(12)에서 금속성 공급원료 물질의 체류 시간에 대한 제어로 이어지고; 즉 형성된 용융 물질이 패킹층(14) 밖으로 흐르는 속도가 제어된다. 차례로, 반응기(12)에서 금속성 공급원료 물질의 체류 시간에 대한 제어는 반응기에서 일어나는 금속성 공급원료 물질의 환원 정도에 대한 제어로 이어진다.
본 발명의 추가의 중요한 이점은 집괴의 조성을 제어 또는 조작함으로써 집괴의 용융 온도가 제어 또는 조작될 수 있다는 점이다. 따라서, 반응기(12)에서 집괴의 제련 속도 및 미세 금속성 공급원료 물질의 환원 정도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 집괴의 용융 온도를 낮추면 집괴의 용융 속도가 증가하고 반응기(12)에서 금속성 공급원료 물질의 환원 정도가 감소한다. 차례로, 집괴의 용융 온도를 증가시키면 집괴의 용융 속도가 감소하고, 반응기(12)에서 금속성 공급원료 물질의 환원 정도는 증가한다. 상기 단계가 반응기(12)에서 금속 산화물을 함유하는 집괴 및 금속성 공급원료 물질의 체류 시간을 결정할 것임을 이해될 것이다. 따라서, 집괴에 존재하는 금속 산화물의 환원 정도를 조절할 수 있어 수익성을 최적화하는데 유용하다.
집괴의 용융 온도는 집괴와 그 구성성분의 다양한 물리적 및 화학적 특성에 의해 제어된다. 예를 들어, 플럭스 또는 플럭싱제를 첨가하여 집괴의 용융 온도를 높일 수 있다. 금속성 공급원료 물질의 성질 또는 유형이 또한 집괴의 용융 온도에 영향을 미칠 것이며; 즉, 다른 모든 조건이 동일하면 산화철을 포함하는 집괴는 산화크롬을 포함하는 집괴보다 낮은 온도에서 용융된다.
결과적으로, 반응기 내 집괴의 체류 시간 및 이에 따른 금속성 공급원료 물질의 환원 정도는 다음 중 어느 하나 또는 조합에 의해 제어될 수 있다:
- i. 집괴에 첨가되는 플럭스 또는 플럭싱제의 양 및 성질;
ii. 집괴에 첨가되는 바인더 또는 바인딩제의 양 및 성질; 및
iii. 광석 유형의 선택에 의해 제어되는 금속성 공급원료 물질 및/또는 집괴의 용융 온도;
- 고온 환원 가스가 집괴의 패킹층(14)에 공급되는 온도; 및
- 집괴의 크기.
유체 침투성 계면은 패킹층(14)의 하부 영역에 작동가능하게 형성된다. 유체 침투성 계면은 (i) 고온 환원 가스가 그를 통해 집괴의 패킹층(14) 내로 통과하게 하고, (ii) 용융 물질이 집괴의 패킹층(14) 밖으로 멀리 흐르도록 한다. 도 1에 도시된 실시양태에서, 유체 침투성 계면은 반응기(12)에 위치한 차단물(22)에 인접하여 형성된다. 도 1의 차단물(22)은 내화물의 다공성 층의 형태를 취한다. 그러나, 차단물(22)은 또한 코크스 입자의 다공성 층의 형태를 취할 수도 있다.
침투성 유체 계면과 집괴의 패킹층(14)을 가로지르는 고온 환원 가스의 압력 강하는 최소화되며 전형적으로 5 내지 10 kPa 정도이다. 집괴의 침투층(14)을 통과한 후 고온 환원 가스의 온도는 전형적으로 300℃ 미만이다.
유체 침투성 계면을 통해 집괴의 패킹층(14)으로부터 용기(26)로 통과한 후 전기 에너지가 용융 물질에 인가된다. 용융 물질에 전기 에너지를 인가함으로써, 용융 물질의 부분적으로 환원된 금속성 성분이 금속화되고 최적화된 액체 금속 산물(16) 및 최종 농축된 슬래그 산물(18)이 형성된다. 전기 에너지는 용융 물질에 잠긴 전극(들)(24)을 통해 용융 물질에 인가된다.
최적화된 액체 금속 및 최종 슬래그 산물은, 본 발명의 일 실시양태에서, 부분적으로 환원된 금속성 성분과 혼입된 미반응 환원제 성분 사이의 전기화학적 반응을 통해 형성되며, 중간 슬래그는 전해질 역할을 한다. 이것은 금속화가 당업계에 공지된 통상적인 제련에 비해 훨씬 더 높은 수준으로 진행되도록 한다.
유리하게는, 용기(26)는 반응기(12)와 유체 흐름 연통하여 부분 환원 반응 및 용융으로부터 전기화학 반응으로의 용융 물질의 전달 동안 열 손실을 최소화한다. 또한, 전기화학 반응 이전에 또는 전기화학 반응 동안 용융 물질에 추가 환원제(도시되지 않음)가 첨가될 수 있다.
본 발명의 공정 (10)에서 달성된 주요 타개점은 고온 합성 가스로 광석을 처리하는 동시에 산물을 추가로 용융시키고 용융된 물질을 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물의 생산을 위한 추가 용기로 이송할 수 있는 공정 설계를 갖는다는 것이다. 이에 따라 본 발명의 공정 (10)은 크롬 및 망간과 같은 광석이 상업적으로 생산된 고온 가스에 의해 제련될 수 없다는 당업자의 인식과 달리, 이들 광석이 실제로 본 발명의 공정 (10)을 사용하여 상기 가스의 사용을 통해 제련될 수 있음을 보여준다.
본 발명의 공정(10)은 공정 반응 온도가 필요한 온도에서 제어될 수 있고, 이는 차례로 존재하는 불순물의 환원을 피하면서 금속성 성분이 선택된 온도에서 목표화된 정도로 환원될 수 있도록 하는 주요 이점을 추가로 제공한다.
본 발명이 본원에 기재된 바와 같은 정확한 세부사항으로 제한되지 않으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 변형이 가능하다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 이와 같이, 본 발명은 그 범위 내에 있는 모든 기능적으로 동등한 처리 장비, 구조, 방법 및 용도로 확장된다. 특히, 제공된 공정의 단계들은 반드시 순차적으로 실행될 필요는 없다. 또한, 제공된 공정의 단계들이 반드시 본원에 나열된 순서대로 실행될 필요는 없는 것이 구상된다.
이상 설명은 본 발명의 원리 및 개념적 측면에 대한 가장 유용하고 쉽게 이해되는 설명을 제공할 목적으로만 예시로 제공된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명 및/또는 본 발명에 사용된 장비의 구조적 세부사항을 나타내려는 시도가 이루어지지 않았다. 본원에 사용된 단어는 제한의 단어가 아니라 설명 및 예시의 단어이다.
Claims (28)
- (i) 환원제 및 금속성 공급원료 물질(metalliferous feedstock material)을 포함하는 집괴(agglomerate)를 반응기에 공급하고, 상기 집괴는 반응기 내에서 패킹층(packed bed)을 형성하는 단계;
(ii) 상기 패킹층을 통해 환원 가스 역류를 통과시킴으로써 집괴를 제련하여 부분적으로 환원된 금속성 성분, 중간 슬래그 성분 및 혼입된 미반응 환원제 성분을 포함하는 용융 물질을 형성하는 단계; 및
(iii) 상기 용융 물질을 용기 내로 흐르도록 채널링하여 금속 산물 및 슬래그 산물을 형성하는 단계로서, 여기서 용기는 반응기와 분리되어 있고 이와 유체 흐름 연통하는 단계를 포함하고,
환원제 및 금속성 공급원료 물질의 입자 크기는 6 mm 이하이고, 환원 가스의 온도는 1200℃ 초과인,
금속성 공급원료 물질의 제련 방법. - 제1항에 있어서, 용기내 용융 물질에 전기 에너지를 인가하여 부분적으로 환원된 금속성 성분을 추가로 환원시켜 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 용융 물질에 혼입된 미반응 환원제 성분은 환원제 역할을 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 용융 물질에 대한 전기 에너지의 인가는 용융 물질의 온도를 조정하여 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물을 형성하도록 제어되고, 상기 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물은 용기에서 탭핑하기에 적합한, 방법.
- 제2항에 있어서, 전기 에너지는 용융 물질에 인가되어 용융 물질에 존재하는 부분적으로 환원된 금속 함유 성분을 완전히 환원시키는 방법.
- 제1항에 있어서, 집괴의 조성은 패킹층에서 집괴의 용융 온도를 낮추어 집괴의 용융 속도를 증가시키고 금속성 공급원료 물질의 환원 정도를 감소시키도록 조작되는 방법.
- 제1항에 있어서, 집괴의 조성은 집괴의 용융 온도를 증가시켜 집괴의 용융 속도를 감소시키고 금속성 공급원료 물질의 환원 정도를 증가시키도록 조작되는 방법.
- 제1항에 있어서, 환원 가스의 CO/CO2 비율은 부분적으로 환원된 금속성 성분의 재산화를 방지하기 위해 5 초과인 방법.
- 제7항에 있어서, 환원 가스의 CO/CO2 비율은 10 초과인 방법.
- 제1항에 있어서, 패킹층을 통과하는 환원 가스의 온도는 1350℃ 초과이고, 상기 온도는 생성되는 금속에 좌우되는 방법.
- 제9항에 있어서, 패킹층을 통과하는 환원 가스의 온도는 1600℃ 초과인 방법.
- 제1항에 있어서, 패킹층은 집괴가 반응기에 공급되는 영역에 대해 작동가능하게 하류 위치에 유체 침투성 계면을 포함하고, 상기 유체 침투성 계면은 환원 가스가 그 계면을 통하고 집괴의 패킹층을 통해 통과하도록 허용하는 방법.
- 제1항에 있어서, 용기 내의 용융 물질에 추가 환원제를 첨가하는 추가 단계를 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 전기 에너지는 용융 물질에 잠긴(submerged) 전극을 통해 용융 물질에 인가되는 방법.
- 제2항에 있어서, 최적화된 액체 금속 산물 및 최종 슬래그 산물은 용융 물질 내의 부분적으로 환원된 금속 함유 성분과 미반응 혼입 환원제 성분 사이의 전기화학적 반응을 통해 형성되고, 상기 중간 슬래그 성분은 전해질 역할을 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 집괴의 패킹층에서 금속성 공급원료 물질의 체류 시간은 반응기에서 금속성 공급원료 물질의 환원 정도를 조절하기 위해 제어되는 방법.
- 제2항에 있어서, 반응기 및 용기의 작동 온도는 금속성 공급원료 물질에서 제1 목표 금속을 선택적으로 금속화함으로써, 금속화된 제1 목표 금속이 최적화된 액체 금속 산물이을 되도록 하고 비-목표 금속이 최종 슬래그 산물이 되도록 제어되는 방법.
- 제2항에 있어서, 최종 슬래그 산물이 후속 공정에서 금속성 공급원료 물질로서 제공되고, 여기서 후속 공정은 제1항에 따른 공정이고, 후속 공정에서 반응기 및 용기의 작동 온도는 금속성 공급원료 물질에서 제2 목표 금속을 선택적으로 금속화함으로써, 금속화된 제2 목표 금속이 후속 공정의 액체 금속 산물이 되도록 하고 나머지 비-목표 금속은 후속 공정의 최종 슬래그 산물이 되도록 제어되는 방법.
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