KR20160043590A - 폐수 저장탱크 및 이를 포함하는 유효금속의 습식 제련 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유효금속의 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 모으는 폐수 저장탱크와 상기 폐수 저장탱크를 상부 및 하부로 구분하고, 개폐가능한 분리판을 포함하며, 상기 분리판을 폐쇄한 후에 상기 폐수 저장탱크의 하부에 침전된 침전물을 포함하는 폐수를 선택적으로 배출가능한 폐수 저장탱크를 제공한다.
본 발명에 의함으로써, 유효금속의 제련 습식 공정에서 발생한 폐수를 재활용하는 장치를 제공하여, 폐수 처리 비용을 감소하며, 결과적으로, 공정 운행 비용을 절감할 수 있다.

Description

폐수 저장탱크 및 이를 포함하는 유효금속의 습식 제련 설비{Storage Tank of Recycling Wastewater and Valuable Metal Hydrometallurgical Facility Comprising the Same}

본 발명은 폐수 저장탱크 및 이를 포함한 유효금속 습식 제련 설비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 유효금속의 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 재활용하여 폐수 처리 비용을 감축하는 장치 및 제어방법에 관한 것이다.

니켈을 함유하는 광석은 리모나이트(limonite), 사프로라이트(saprolite)와 같은 광석이 있으며, 이들 광석으로부터 니켈을 습식 제련에 의해 회수하는 방법으로는 니켈 광석을 쌓아두고 오랜 시간에 걸쳐 산으로 니켈을 침출해 내는 HEAP법이 있다.

한편, 이들 광석으로부터 효과적으로 니켈을 침출하기 위해, 고온 고압 하의 오토클레이브(autoclave)에서 산으로 용해하여 니켈을 회수하는 HPAL(High Pressure Acid Leaching)법이 제시되어 있다. 이와 같은 HPAL법에 의할 경우에는 2시간 이내에 90% 이상의 니켈 침출이 가능하여, 니켈 습식 제련의 대표적인 방법이라 할 수 있다. 이와 같은 HPAL 법에 의한 니켈 회수에 대한 기술로는, 한국공개특허공보 제2007-7020915호, 일본공개특허공보 제2010-031341호 등을 들 수 있다.

한편, 한국공개특허공보 제2009-0031321호에서와 같이, 니켈 함유 원료를 수소 환원한 후 산으로 니켈을 침출하고, 또 다른 니켈 함유 원료를 환원한 환원광을 석출 시드(SEED)로 활용하여 니켈을 석출함으로써 페로니켈을 회수하는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 이들 방법에서는 니켈 제련 공정 중에 사용한 냉각수를 효과적으로 처리하는 방법은 개시되어 있지 않으며, 종래에는 냉각수를 사용 후에는 전량 폐수처리하고 있다. 이때, 회수된 폐수의 양이 많을 경우 전량 폐수처리가 곤란하며, 회수된 폐수의 처리 비용이 크게 되는 문제점이 있다.

유효금속의 제련 습식 공정에 사용하는 냉각수는 한번 사용 후 전량 폐수처리하고 있다. 이러한 폐수를 재활용함으로써 폐수 처리 비용을 감소하며, 결과적으로, 공정 운행 비용을 절감하고자 한다.

본 발명은 폐수 저장탱크에 관한 것으로서, 유효금속의 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 모으는 폐수 저장탱크 및 상기 폐수 저장탱크를 상부 및 하부로 구분하고, 개폐가능한 분리판을 포함하며, 상기 분리판을 폐쇄한 후에 상기 폐수 저장탱크의 하부에 침전된 침전물을 포함하는 폐수를 선택적으로 배출가능하다.

분리판은 상기 폐수 저장탱크 상부 방향으로 개방할 수 있다.

상기 폐수 저장탱크 하부에 상기 침전물을 포함하는 폐수를 배출하는 배출관을 포함할 수 있다.

상기 배출관 상부에 연결되어,　배출관을 개폐하는 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 폐수 저장탱크 상부에 연결되어,　유효금속의 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 투입하는 투입관을 더 포함할 수 있다.

　　

본 발명은 유효금속의 습식 제련 설비에 관한 것으로서, 유효금속을 포함하는 광석을 환원하여 환원광을 제조하는 환원로; 상기 환원광을 물로 슬러리화하는 ?칭조; 염산에 의해 상기 환원광 슬러리로부터 유효금속을 침출하여 유효금속 이온을 포함하는 침출액을 얻는 침출조; 상기 침출액을 침출 잔사와 분리하는 고액 분리수단 및 상기 침출 잔사가 제거된 침출액으로부터 유효금속을 석출하여 석출 케이크를 얻는 석출조를 포함하며, 상기 환원로의 냉각에 사용된 냉각수가 저장되는 제1항의 폐수 저장탱크를 포함하는 유효금속 습식 제련 설비를 제공한다.

상기 유효금속 습식 제련 설비는 상기 환원로 및 ?칭조 사이, 상기 ?칭조 및 침출조 사이 및 상기 침출조와 고액 분리수단 사이 중 적어도 하나에 이송펌프를 포함하며, 상기 폐수 저장탱크에 상기 이송펌프의 냉각을 위해 사용된 냉각수가 저장되는 것일 수 있다.

상기 유효금속 제련 설비는 상기 침출 잔사를 수세하는 수세조를 적어도 하나 포함하며, 상기 폐수 저장탱크는 상기 수세조를 세정한 세정수가 저장되는 것일 수 있다.

상기 폐수 저장탱크에 저장된 폐수는 상기 ?칭조의 슬러리화 물, 환원로 냉각수, 이송펌프 냉각수 및 수세조 세정수 중 적어도 하나로 재사용되는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 유효금속의 제련 습식 공정에 발생한 폐수를 재활용함으로써, 폐수 처리 비용을 감소하며, 결과적으로, 공정 운행 비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 유효금속의 습식제련 공정의 폐수 저장탱크의 일 예를 도시하는 구성도이다.
도 2는 폐수 저장탱크를 포함하는 유효금속 습식제련 설비의 일 예를 도시하는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 유효금속을 포함하는 광석으로부터 습식 제련에 의해 유효금속을 회수함에 있어서는 광석을 환원한 후, 산에 의해 상기 유효금속을 침출하여 침출액을 얻고, 상기 침출액으로부터 유효금속을 석출함으로써 회수할 수 있다.

니켈함유 광석으로부터 습식제련에 의해 니켈을 회수하는 방법을 예로 들어 유효금속을 회수하는 방법을 구체적으로 설명한다. 니켈 습식 제련은 상기한 바와 같이, 산화광을 환원하는 환원공정, 상기 환원광을 산에 용해하여 광석으로부터 유효금속을 침출하는 침출공정, 상기 침출공정에 의해 얻어진 침출액으로부터 유효금속을 석출하는 석출공정을 포함한다.

상기 환원공정에서는 환원로(31)에 환원 가스인 수소를 투입하여, 니켈 광석에서 산화 상태로 존재하는 니켈 및 철을 환원할 수 있다. 니켈 광석을 수소 환원 가스를 이용하여 환원하면 환원광이 생성되며, 이때, 환원로는 550-950℃의 온도 범위에서 환원공정이 수행된다. 상기 환원로의 온도 범위를 유지하기 위해 환원로에는 냉각수를 공급할 수 있다.

상기 환원공정에 의해 얻어진 환원광은 공기 중에 노출되는 경우 급속한 산화로 인해 폭발을 야기할 우려가 있는바, 공기와의 차단을 위해 환원광을 밀폐된 저장조인 ?칭조(33)에서 물에 침지하여 슬러리화한다. 이때, 상기 환원광의 슬러리화를 위해 다량의 물이 사용된다.

상기 환원광 슬러리는 펌프(34)를 가동하여 침출조(35)로 공급된다. 이때, 상기 펌프는 고속회전되는 것으로서, 펌프의 베어링에 열을 발생시키는바, 상기 열 발생을 억제하기 위해 냉각수가 다량 사용된다.

다음으로, 상기 슬러리에 염산이나 황산 등의 산을 투입하여 환원광으로부터 니켈 및 철 등의 유효금속을 침출시켜 침출액을 얻는다. 상기 침출 공정 후에는 상기 침출액을 고액 분리에 의해 침출 잔사로부터 분리하는 단계를 포함한다. 상기 고액 분리의 수단(37)으로는 특별히 한정하지 않으나, 유효금속을 포함하는 침출액을 가능한 한 전량 회수하기 위해 필터프레스 등의 수단을 적용할 수 있다.

상기와 같은 고액 분리에 의해 침출 잔사가 제거된 침출액을 회수할 수 있으나, 침출 잔사에는 니켈이온 등의 유효금속성분이 잔류할 수 있으므로, 이들을 추가 회수하는 것이 바람직하다. 이에, 상기 침출 잔사를 수세조(38)에서 물로 수세하는 공정을 포함할 수 있다. 이에 의해 수세한 수세액은 니켈이온을 포함하고 있으므로 회수하여 상기 침출액과 함께 석출공정에 이용할 수 있다.

한편, 상기 수세 후의 침출 잔사는 필요에 따라서는 추가적으로 수세조(38)에서 수세공정을 수행하여 미회수된 니켈 이온을 추가로 회수할 수 있다. 다만, 이에 의해 회수되는 수세액에는 미량의 니켈이온을 포함하고 있으므로, 상기 침출액에 혼합하기보다는 환원광을 슬러리화하는데 사용하는 것이 보다 바람직하다.

상기와 같은 침출 잔사를 수세하는 수세 공정 후에, 수세조(38)에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 수세조(38)를 물로 세정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 침출액 내에는 원료 광석 중에 포함된 성분으로서, 상기 침출 공정에서 산에 의해 유효금속과 함께 Al, Si, Cr 등의 성분도 함께 침출되는데, 이러한 성분은 후속 석출 공정에서의 유효금속의 석출 효율을 떨어뜨리며, 나아가, 석출 케이크의 순도를 저하시키는 불순물로 작용하는바, 이러한 불순물을 제거를 위해 pH 조절제를 투입하여 상기와 같은 불순물을 선택적으로 침전시키는 것이 바람직하다. 이러한 pH 조절은 상기 침출 공정 후에 바로 수행하여 고상의 침출 잔사와 함께 침전물을 고액 분리에 의해 제거할 수 있으며, 고액 분리에 의해 침출 잔사를 제거한 후의 침출액을 대상으로 pH 조절공정을 수행할 수도 있다.

다음으로, 상기 석출조(41)에 환원광을 투입하여, 침출액에서 니켈을 석출하는 석출 반응을 수행할 수 있다. 이때, 이러한 석출공정은 환원광 중의 철이 침출액 중의 니켈 이온으로 치환됨으로써 이루어질 수 있다. 이에 의해 얻어진 석출물을 고액 분리에 의해 회수함으로써 니켈 케이크(44)를 얻을 수 있다.

한편, 상기 석출여액은 철 이온 및 침출에 사용된 산으로서 염소 이온 등을 다량 포함하고 있는바, 이를 결정화 배소 등의 처리에 의해 염산 및 철을 회수할 수 있다. 이에 대해서는 구체적인 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이, 습식 제련에 의해 유효금속을 회수하는 공정에 있어서는 다량의 물이 사용되며, 이는 공정상의 비용 상승을 초래한다. 이러한 공정 중에 사용되는 물 이외에도, 상기한 바와 같이, 환원로(31)의 냉각은 물론, 펌프(32, 34, 36, 39, 42)의 냉각을 위해 냉각수가 사용되고 있다. 예를 들어, 상기에는 환원광 슬러리를 침출조로 이송하기 위한 펌프(34)가 예시되어 있으나, 이외에도 각 공정 사이에 원료의 이송을 위해 펌프가 사용되는데, 이들 펌프의 냉각을 위해서도 냉각수를 사용할 필요가 있다. 나아가, 수세조(38)의 세정을 위해서도 물이 사용된다.

이러한 냉각수 및 세정수는 전량 폐기되고 있는데, 이러한 폐수를 재활용하는 방안이 필요하다. 이에, 본 발명은 이러한 공정상에서 발생되어 폐기되는 폐수를 집수하는 폐수 저장탱크(45)를 제공한다.

본 발명에 의해 제공되는 폐수 저장탱크(45)로 공급되는 폐수는 폐수 중에 부유하는 고상의 물질을 포함하고 있는데, 이러한 부유물은 공정 효율을 저하할 수 있는바, 제거되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 폐수 저장탱크(45)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부(10) 및 하부(20)로 구분하고, 개폐가능한 분리판(30)을 포함한다. 상기 분리판(30)에 의해 상기 폐수 저장탱크(45)에 폐수를 집수한 후에 폐수 중에 포함된 고상의 물질을 침전시키고, 이후, 분리판(30)을 폐쇄함으로써 폐수를 침전물을 포함하는 하부와 고상의 물질을 포함하지 않는 상부로 나눌 수 있다.

이때, 상기 폐수 저장탱크의 하부(20)에 폐수 배출관(300)을 구비함으로써 하부의 침전물을 포함하는 폐수를 밸브(200)의 개폐를 통해 선택적으로 배출하여 폐기하고, 이후 상기 분리판(30)을 개방하여 상부의 정수된 폐수를 물의 공급이 요구되는 설비로 공급함으로써 폐수를 재활용할 수 있다.

상기 분리판(30)은 도 1에 나타낸 바와 같이 폐수 저장탱크의 상부(10)로 개방될 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. 상기 분리판(30)을 상부 방향으로 개방가능하도록 함으로써 분리판(30)의 개폐 중에 폐수의 유동으로 인해 침전물이 재부유하는 것을 방지할 수 있다.

상기 폐수 저장탱크(45)에 집수되는 폐수는 습식 제련 공정 중에서 발생되어 폐기되는 폐수라면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 상기 환원로(31) 냉각수, 펌프(32, 34, 36, 39, 42) 냉각수, 수세조(38) 세정수 등을 들 수 있다.

상기 폐수 저장탱크(45)에 집수된 폐수는 정화과정을 거쳐 부유물질이 제거된 정화수가 생성될 수 있다. 폐수 저장탱크(45)에서 배출된 상기 정화수는 ?칭조(33) 및 수세조(38) 등에 투입되어, 슬러리화에 사용되는 물 및 침출 잔사 수세액 등으로 사용될 수 있다. 또한, 환원로(31)의 냉각수, 수세조(38) 세정수 및 펌프 냉각수(32, 34, 36, 39, 42) 등으로 사용되어, 설비를 냉각시키거나 세정하는 용도로 사용될 수 있다.

이에 의해 유효금속 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 정화한 후 공정에 다시 사용하여, 폐수 처리 비용을 감소하며, 결과적으로, 공정 운행 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 상기 폐수 저장탱크(45)는 상기한 바와 같은 니켈 습식 제련 공정에서 적용될 수 있음은 물론, 폐수를 발생하는 다른 설비에서도 적용하여 물 사용량 절감에 기여할 수 있음은 통상의 기술자라면 이해할 수 있을 것이다.

10 : 폐수 저장탱크 상부
20 : 폐수 저장탱크 하부
30 : 분리판
100 : 투입관
200 : 밸브
300 : 배출관
31 : 환원로
32, 34, 36, 39, 42 : 펌프
33 : ?칭조
35 : 침출조
37, 40, 43 : 고액분리수단
38 : 수세조
41 : 석출조
44 : 니켈 케이크
45 : 폐수 저장탱크

Claims (9)

1. 유효금속의 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 모으는 폐수 저장탱크;
   상기 폐수 저장탱크를 상부 및 하부로 구분하고, 개폐가능한 분리판을 포함하며,
   상기 분리판을 폐쇄한 후에 상기 폐수 저장탱크의 하부에 침전된 침전물을 포함하는 폐수를 선택적으로 배출가능한 폐수 저장탱크.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 분리판은 상기 폐수 저장탱크 상부 방향으로 개방하는 것인 폐수 저장탱크.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 폐수 저장탱크 하부에 상기 침전물을 포함하는 폐수를 배출하는 배출관을 포함하는 폐수 저장탱크.
   
4. 제　3항에 있어서,　상기 배출관 상부에 연결되어,　배출관을 개폐하는 밸브를 더 포함하는 폐수 저장탱크.
   　
5. 제　1항에 있어서,　상기 폐수 저장탱크 상부에 연결되어,　유효금속의 습식 제련 공정에서 발생한 폐수를 투입하는 투입관을 더 포함하는 폐수 저장탱크.
   　
6. 유효금속을 포함하는 광석을 환원하여 환원광을 제조하는 환원로;
   상기 환원광을 물로 슬러리화하는 ?칭조;
   염산에 의해 상기 환원광 슬러리로부터 유효금속을 침출하여 유효금속 이온을 포함하는 침출액을 얻는 침출조;
   상기 침출액을 침출 잔사와 분리하는 고액 분리수단 및
   상기 침출 잔사가 제거된 침출액으로부터 유효금속을 석출하여 석출 케이크를 얻는 석출조를 포함하며,
   상기 환원로의 사용된 냉각수가 저장되는 제1항의 폐수 저장탱크를 포함하는 유효금속 습식 제련 설비.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 유효금속 습식 제련 설비는 상기 환원로 및 ?칭조 사이, 상기 ?칭조 및 침출조 사이 및 상기 침출조와 고액 분리수단 사이 중 적어도 하나에 펌프를 포함하며, 상기 폐수 저장탱크에 상기 펌프의 냉각을 위해 사용된 냉각수가 저장되는 것인 유효금속 습식 제련 설비.
   
8. 제6항에 있어서, 상기 유효금속 제련 설비는 상기 침출 잔사를 수세하는 수세조를 적어도 하나 포함하며, 상기 폐수 저장탱크는 상기 수세조를 세정한 세정수가 저장되는 것인 유효금속 습식 제련 설비.
   
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐수 저장탱크에 저장된 폐수는 상기 ?칭조의 슬러리화 물, 환원로 냉각수, 펌프 냉각수 및 수세조 세정수 중 적어도 하나로 재사용되는 것인 유효금속 습식 제련 설비.　

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