KR20210079709A - 고농도 니켈 케이크 제조방법 - Google Patents

고농도 니켈 케이크 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면 니켈 석출 시 니켈 이온 함유 용액의 pH를 소정의 범위로 제어함으로써 높은 니켈 석출률을 가짐과 동시에 니켈 함량이 높은 니켈 케이크를 제조할 수 있다.

Description

고농도 니켈 케이크 제조방법{PREPARING METHOD FOR HIGH CONCENTRATION NICKEL CAKE}
본 발명은 고농도 니켈 케이크 제조방법에 관한 것이다.
니켈 및 철을 함유하는 광석인 니켈 산화광 라테라이트(Laterite)로부터 니켈을 침출시키기 위한 방법으로, 고온 고압 하의 오토클레이브(autoclave)에서 산에 용해하여 니켈을 회수하는 방법들이 제시되어 있으며, 이를 'HPAL(High Pressure Acid Leaching)법'이라 한다. 니켈 침출 반응을 상온에서 수행하는 경우에는, 수 개월 이상 침출하여도 니켈 회수율이 85%를 넘지 않으나, HPAL법을 이용하면 2시간 이내에 90% 이상의 니켈을 침출시킬 수 있어 니켈 산화광 습식 제련의 대표적인 방법이라 할 수 있다. 이와 같은 HPAL법 기술은 한국공개특허공보 제2007-7020915호, 일본공개특허공보 제2010-031341호 등에 제시되어 있다.
그러나 HPAL법은 반응성을 높이기 위하여 오토클레이브를 활용, 고온 고압 하에서 수행하여야 하며, 산성이 강하여 타이타늄 재질에 대해서만 주로 사용이 가능한 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 설비비가 매우 높고 유지 보수비가 많이 든다는 단점이 있다. 또한, 니켈 농축에 고가의 침전제인 가성소다를 사용하거나 H2S와 같은 환경 유해성 침전제를 사용하여야 하므로, 이를 처리하기 위한 설비 비용 등이 높아진다는 문제점도 있다. 또한, 상기 방법은 리모나이트 광석의 고속 침출이 가능한 장점이 있는 반면, 철 함량이 높고 니켈 함량이 낮은 리모나이트 광석 특성 상 니켈이 상대적으로 소량 침출되어 침출물로부터 철과 니켈을 분리하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명자들은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 대한민국 등록특허 제1353721호에서 니켈 품위가 낮은 광석으로부터 니켈 및 철을 분리 회수함으로써 효과적으로 니켈을 페로니켈로 회수할 수 있는 방법을 제시하였다. 그러나 이 방법의 경우 석출 후 니켈 농축물의 니켈 함량이 니켈 회수율 95% 이상을 기준으로 최대 10% 이하를 나타내고 있어, 석출 후 니켈 대비 철의 함량이 높아 니켈 함량이 높은 고순도 니켈을 제조하기에는 적합하지 않는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 니켈 함유 원료로부터 고농도의 니켈 케이크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 니켈 및 철 함유 원료를 슬러리화한 후 산을 투입하여 니켈 이온 및 철 이온으로 침출시키는 단계, 니켈 이온 및 철 이온을 함유하는 침출 용액에 환원철을 투입하는 단계 및 상기 침출 용액에 산을 추가로 투입하여 니켈을 석출하는 단계를 포함하는 니켈 케이크 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 니켈 석출 시 니켈 이온 함유 용액의 pH를 제어함으로써 높은 니켈 석출률을 가짐과 동시에 니켈 함량이 높은 니켈 케이크를 제조할 수 있다.
도 1은 니켈 석출시 사용되는 환원철의 환원율에 따른 니켈 석출률과 니켈 케이크 중 니켈 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 석출 반응이 진행됨에 따라 침출 용액의 변화를 나타낸 사진이다. (a)는 석출 반응 전 침출 용액이고, (b)는 환원철 투입 후 슬러리화된 침출 용액이고, (c)는 석출 반응 중 철 함유 침전물이 형성된 침출 용액이다.
이하, 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.
본 발명은 니켈 석출 공정 중 철 함유 침전물 생성에 따른 니켈 케이크의 니켈 농도 저하를 방지하기 위한 것으로, 니켈 석출률을 95% 이상으로 유지하면서 철 함유 침전물의 생성을 방지할 수 있는 니켈 석출 방법을 제공하고자 한다.
본 발명을 적용할 수 있는 니켈 및 철 함유 원료는 니켈 및 철을 함유하고 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 니켈 광석, 예를 들어 리모나이트(Limonite), 사프로라이트(Saprolite)와 같은 니켈 산화광을 들 수 있다.
상기 니켈 및 철 함유 원료로부터 니켈을 회수함에 있어서, 후술할 환원 공정에서 니켈 및 철 함유 원료가 효과적으로 환원될 수 있도록 하기 위해 필요에 따라 전처리 공정을 거칠 수 있다. 이러한 전처리 공정으로는 분쇄, 건조, 소성 공정 등을 들 수 있다.
니켈 회수를 위해 사용되는 원료 물질인 니켈 및 철 함유 원료는 효율적인 환원 및 원활한 침출 공정을 수행하기 위해 미립화된 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 니켈 함유 광석은 미리 분쇄하여 니켈 회수 공정에 적용하는 것이 바람직하다.
니켈 및 철 함유 원료는 통상 약 30 내지 40%의 부착수와 약 10% 내외의 결정수를 포함하고 있는데, 이러한 부착수를 함유하는 상태에서 니켈 및 철 함유 원료를 분쇄하는 경우에는 분쇄 효율이 저하되며, 또한, 니켈 및 철 함유 원료를 소성한 후에 분쇄하는 경우에는 고열로 인해 분쇄 설비에 부하를 초래하게 될 우려가 있다. 따라서, 니켈 및 철 함유 원료를 미립자로 분쇄하기 전에 건조하는 것이 바람직하다. 상기 니켈 광석에 대한 건조 공정을 수행함에 있어서 니켈 광석 내의 부착수가 증발할 수 있는 조건이라면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 100 내지 200℃의 온도 범위로 가열하여 수행할 수 있다.
상기 니켈 및 철 함유 원료를 건조한 후에 분쇄하는 경우, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 입자 사이즈를 1㎜ 이하로 분쇄하는 것이 환원 및 침출 효율 향상을 위해 바람직하다. 분쇄된 광석의 입도가 작을수록 환원 및 침출 효율이 향상될 수 있으므로, 그 분쇄된 입자 사이즈의 하한은 특별히 한정하지 않는다. 다만, 10㎛보다 작은 입자사이즈의 분말을 얻기 위해서는 분쇄 공정을 필요 이상으로 장시간 내지 복수 회 수행하여야 하는바, 10㎛ 이상인 분말을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 니켈 및 철 함유 원료에 포함된 결정수는 상기의 건조 과정에서는 제거되지 않는다. 이러한 결정수는 니켈 및 철 함유 원료의 환원 반응시 환원 공정에서 광석 내에 포함된 결정수가 수분으로 방출되는데, 이러한 수분은 환원 반응을 느리게 하여 반응 효율을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 따라서, 이러한 결정수를 제거한 후에 환원 처리하는 것이 바람직하다. 이와 같은 결정수를 제거하기 위해, 니켈 및 철 함유 원료를 소성하는 것이 바람직하다.
니켈 및 철 함유 원료 중, 리모나이트 광석은 약 250-350℃ 부근에서, 그리고 사프로라이트 광석은 650-750℃ 부근에서 결정수를 방출하는 특성이 있다. 따라서, 상기 분쇄공정에서 얻어진 니켈 및 철 함유 원료 분말을 250-850℃ 범위에서 소성 처리함으로써 원료 물질에 포함된 결정수를 제거할 수 있다.
한편, 니켈 함량이 높은 사프로라이트 광석은 주로 건식제련의 원료로 이용되고 있는데, 상기 사프로라이트 광석을 사용한 건식제련 공정에서 발생하는 로터리 킬른(rotary kiln) 더스트로부터도 본 발명을 적용하여 니켈을 회수할 수 있다. 다만, 상기 더스트는 입자 사이즈가 본 발명을 적용하기에 적합한 범위에 포함되고, 건식 제련 공정 중에 고온 상태에 노출된 것이므로, 니켈 및 철 함유 원료에서와 같은 분쇄 및 소성처리 공정이 요구되지 않는다. 다만, 상기 더스트가 공기 중에 노출되어 수분을 함유하고 있는 등의 경우에는 필요에 따라서 분쇄 또는 소성 처리를 거칠 수 있다.
다음으로, 니켈 및 철 함유 원료를 환원하여 니켈 및 철 함유 환원 원료를 얻는다. 상기 니켈 및 철 함유 원료의 환원은 수소를 포함하는 환원 가스를 환원제로 사용하여 550-950℃의 온도 범위에서 수행할 수 있다. 환원온도 550℃ 미만에서는 환원이 충분히 일어나지 않아 후속 단계에서 산 용액에 침출시 회수율이 낮고, 나아가 석출 수율 또한 저하될 수 있다. 한편, 환원 온도를 높일수록 침출 수율 및 석출 수율을 모두 높일 수 있다. 그러나, 950℃를 넘는 온도에서 환원시키는 경우, 니켈 및 철 함유 원료를 환원시키는 데에는 문제가 없으나, 더 이상 환원 효율이 증가하지 않고, 오히려, 입자간 소결이 발생하여 작업성에 악영향을 미칠 수 있으며, 비표면적이 1㎡/g 이하로 떨어져 석출 수율의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 온도 범위에서 환원 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 환원 가스로는 수소를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 환원 가스로서 CO 가스를 사용하여 환원하는 가스 환원의 경우, 1000℃ 이상, 통상 1250℃ 이상의 고온에서 환원하여야 니켈을 금속으로 얻을 수 있는데, 이와 같은 고온에서 환원 공정을 수행하는 경우에는 환원된 분말의 활성이 낮아 침출 속도가 급격히 저하되고, 특히, 석출 공정에서의 석출 효율이 급격히 저하하는 문제가 있다.
그러나, 본 발명에서와 같이 수소 함유 가스를 환원 가스로 사용하는 경우에는 상기 CO 환원에 비하여 저온에서 환원공정을 수행할 수 있다. 또한, 비표면적이 1-100㎡/g로서 높은 활성을 갖는 니켈 금속을 생성할 수 있으며, 이로 인해 산에 의해 용이하게 용해시킬 수 있어 후속 산침출 공정을 고속으로 수행할 수 있다.
이와 같은 환원 가스로는 수소를 함유하는 가스를 사용할 수 있는 것으로서, 수소를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 불활성 가스를 함께 사용할 수 있다. 상기 불활성 가스는 환원반응 중에 환원 로에 존재하는 수소 이외의 산소를 제거하기 위하여 포함될 수 있다. 이와 같은 불활성 가스로는 반응성이 없는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 헬륨, 아르곤, 이산화탄소, 질소 등을 들 수 있다.
나아가, 상기 수소함유 환원 가스로서 사용할 수 있는 다른 예로는, 철광석 제련 공정에서 발생하는 수소를 50% 이상 함유하는 코크스 오븐 가스(Cokes Oven Gas, COG)나, 메탄 수소 개질 반응에서 발생하는 가스로서, 수소를 65% 이상 함유하는 수소함유 LNG 개질 가스를 들 수 있다.
상기 환원 공정에 사용되는 원료에 있어서, 니켈과 철의 비는 사용되는 원료에 따라 상이하지만, 예를 들어, 리모나이트 광석의 경우에는 통상 1:30의 중량비로 니켈과 철을 포함한다. 즉, 리모나이트 광석 중에 포함된 니켈 함량은 대략 1-1.5중량%이고, 철 함량은 대략 30-45중량% 정도 포함하고 있다. 이와 같은 리모나이트 광석(니켈:철 = 1:29)을 수소를 환원 가스로 사용하여 환원하는 경우, 다음 식 (1)과 같은 이론적인 환원반응에 의해 환원 원료가 얻어진다.
(Ni0.1Fe0.9)OFe2O3　+ 4H2　= (Ni0.1Fe0.9) + 2Fe + 4H2O (1)
이와 같은 환원 반응에서 환원가스로 사용되는 수소는 니켈 및 철 함유 원료 물질에서 산화 상태로 존재하는 니켈 및 철의 산소와 반응하여 물을 생성함으로써 상기 니켈 및 철을 환원시키는 것이다. 따라서, 이러한 환원 가스에 포함되는 수소의 투입량은 이론적인 당량비 이상으로 포함될 수 있으며, 효율적인 환원 반응을 위해서는 수소는 이론적 당량비보다 과량으로 투입될 수 있다. 다만 이러한 수소는 고가이므로 수소의 투여 당량비가 높을수록 공정의 비용 증대를 초래하게 되는바, 지나치게 많이 사용하는 것은 바람직하지 않으며, 적절한 함량으로 수소를 공급할 수 있다. 수소의 투입량은, 예를 들어, 이론적 당량비의 1배 내지 5배, 2배 내지 5배 또는 2배 내지 4배 등의 몰비로 포함될 수 있다.
이와 같은 반응에 의해 환원된 니켈 및 철 함유 원료를 얻을 수 있다. 상기 환원된 니켈 및 철 함유 원료를 이하에서는 '환원 원료'라고도 한다.
다음으로, 물을 사용하여 니켈 및 철 함유 원료 또는 환원 원료를 슬러리화한다. 슬러리화는 니켈 및 철 함유 원료 또는 환원 원료가 산소에 의해 재산화하는 것을 방지하기 위해 외부의 공기 유입이 차단된 무산소 상태에서 진행하는 것이 바람직하다.
특히 환원 원료는 활성이 높고, 또 철 성분의 함량이 매우 높기 때문에, 환원 후 공기 중으로 추출하는 경우에는 환원 원료의 재산화가 일어나게 되고, 산화반응에 의한 발열로 인하여 산화 반응이 가속화되어 화재의 위험성을 갖는다. 따라서, 상기 환원 원료를 물로 슬러리화함으로써 환원 원료의 산화 및 발화를 방지할 수 있다.
또한 슬러리화 시 슬러리 농도가 니켈 및 철 함유 원료 중량의 1-2배가 되도록 물을 투입할 수 있다. 물의 투입량이 지나치게 적으면 슬러리 농도가 높아 이송시 문제가 발생할 수 있으며, 지나치게 과량으로 투입되면 침출 후 용액의 농도가 묽어지게 되어 바람직하지 않다.
상기 슬러리화 된 원료에 산을 투입하여 원료에 포함된 니켈 및 철을 용해하여 침출함으로써 니켈은 니켈 이온으로 철은 철이온으로 이온화한다.
산 침출시 무산소 상태의 반응기에서 슬러리화된 니켈 및 철 함유 원료에 산을 첨가하여 교반함으로써 상기 원료를 용해시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 슬러리화된 경우에는 원료의 산화가 잘 일어나지 않으나, 산소가 있는 분위기, 예를 들어, 대기 중에서 강하게 교반하면 슬러리 내의 원료는 일종의 수화 반응에 의해 산화가 일어날 수 있다. 따라서, 산 침출 단계는 무산소 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 산 침출 단계에서 사용되는 산은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 염산 또는 황산을 사용할 수 있다. 또한 산 침출 단계에서 산은 슬러리 중량 대비 3~5배의 중량으로 투입될 수 있다.
이와 같은 산 침출 반응은 발열 반응으로서, 반응기 내의 온도 상승을 동반하게 된다. 따라서, 상온에서도 산 침출 반응을 수행할 수 있는 것으로서, 이러한 산 침출 반응은 20℃ 이상의 온도에서 수행하면 양호한 침출 효율을 얻을 수 있다. 나아가, 이러한 산 침출 반응은 적절한 범위에서 가열하여 수행할 수도 있으며, 가열하여 수행하는 경우에는 침출 속도를 향상시킬 수 있어, 침출 시간을 단축시킬 수 있다. 상기 가열시 온도는 반응기 설비 조건에 따라 적절하게 설정할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않으나, 침출 반응시 온도가 80℃를 넘는 경우에는 이를 위한 설비의 가격 상승을 초래할 수 있다.
이와 같은 산 침출 반응 중 수용액 내에 환원된 금속이 존재하면 산화환원전위(Oxygen Reduction Potential, ORP)가 -값을 나타내다가, 금속이 산에 완전히 용해되면 ORP가 0으로 된 후 +값으로 바뀌게 된다. 그러므로, ORP가 0 이상이 되면 산 용해 반응을 중단시킬 수 있어, ORP를 측정함으로써 산 용해 반응의 종료 시점을 확인할 수 있다.
한편, 니켈 및 철 함유 원료에 함유되어 있던 Al2O3, SiO2, Cr2O3　등은 산에 의한 용해가 거의 일어나지 않아 고상의 잔사로 얻어진다. 따라서, 침출 단계에 의해 얻어진 철 및 니켈 이온 함유 용액과 상기 고상의 잔사는 여과에 의한 분리가 매우 용이하여, 필터프레스, 디캔터(decanter) 등의 고액분리기로 분리함으로써 니켈 이온 및 철 이온 함유 용액을 얻을 수 있다.
이와 별도로, 니켈 제련공정의 부산물로부터 얻어지는 염화철 배소 철광석을 환원가스로 간접 환원시켜 환원철을 준비한다. 이때 환원 온도는 700-900℃인 것이 바람직하다. 환원 온도가 700℃ 미만인 경우 배소 철광석이 환원 중간상인 FeO를 거치지 않고 Fe3O4에서 Fe로 환원되는 등 속도론적인 문제로 환원시간이 오래 걸리는 문제가 있고, 900℃ 이상인 경우에는 환원이 일어나기에 과도한 온도로 환원된 Fe가 소결되거나 에너지가 과잉되어 경제성 측면에서 문제가 있다.
상기 환원 가스로는 수소, CO, 또는 이들의 혼합 가스 또는 수소 및 CO 중 적어도 1종을 포함하는 가스를 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 환원 가스로는 수소 100% 또는 CO 100% 또는 수소와 CO 혼합가스 또는 수소+ CO + LNG 개질 가스 또는 COG 등의 혼합가스를 사용할 수 있다.
상기 환원철은 Fe, Ni 외 Mg, Si, Al 등의 원소를 5중량% 이하로 포함할 수 있고, 바람직하게는 3중량% 이하로 포함할 수 있다.
상기 환원철은 예를 들면, Fe: 58~72중량%, Ni: 1중량% 이하(0%는 제외), Mg, Si 및 Al의 함량 총합: 5중량% 이하, 바람직하게는 3중량% 이하, 나머지는 산소 및 기타 불순물을 포함할 수 있다.
상기 환원철은 매우 높은 활성을 갖기 때문에 니켈 이온 및 철 이온 함유 침출 용액에 투입하는 경우 적은 양으로도 니켈을 효과적으로 석출할 수 있다. 또한 상기 환원철은 입도가 600μm 이하인 배소 철광석을 환원시켜 얻어진 것일 수 있다. 배소 철광석 환원시 환원율에 따라 니켈 석출률과 니켈 케이크 중 니켈 함량이 달라지게 되며, 도 1을 참조하면 배소 철광석 환원율은 85~95%인 것이 바람직하다. 상기 환원율 범위에서 니켈 석출률이 95% 이상으로 유지된다.
다음으로, 상기 환원철을 석출 공정의 시드(seed)로 활용하여 니켈 이온 및 철 이온을 함유하는 침출 용액으로부터 니켈 농축물을 제조한다. 이때 환원철 중 철 성분이 침출 용액의 니켈 이온과 치환되어 니켈 금속이 석출된다. 니켈 석출 공정에서 환원철의 투입량은 침출 용액 중 니켈 이온 중량의 2~2.5배가 되도록 한다. 환원철의 투입량이 니켈 이온 함량의 2배 미만이면 니켈 석출에 한계가 있어 회수율이 낮으며, 2.5배를 초과하여 환원철을 투입하면 최종적으로 회수되는 니켈의 농도가 낮아지는 문제가 있다.
상기 환원철을 철 이온 및 니켈 이온을 함유하는 침출 용액에 투입하면, 다음 식 (2)와 같은 반응에 의해 니켈 이온이 니켈 금속으로 석출된다.
Fe(s) + Ni2+(aq) = Fe2+(aq) + Ni(s) (2)
한편, 니켈 이온이 니켈 금속으로 석출되는 과정에서 다음 식 (3) 및 (4)과 같은 반응에 의해 환원철이 용해되어 철 이온을 형성하고, 상기 철 이온은 회색을 띄는 고상의 철 함유 침전물을 형성한다(도 2 참조). 따라서 침출 용액의 pH가 점점 증가하게 되며, 고상의 철 함유 침전물은 석출 중인 니켈 케이크로 유입되어 최종적으로 형성된 니켈 케이크의 니켈 농도를 감소시킨다.
Fe(s) + 2H+(aq) = Fe2+(aq) + H2(g) (3)
Fe2+(aq) + xCl-(aq) + yOH-(aq) = FeClx(OH)y(s) (4)
본 발명에서는 철 함유 침전물의 생성을 방지하기 위해 침출 용액에 산을 추가로 투입함으로써 침출 용액의 pH를 3.5~4.1로 유지할 수 있다. 침출 용액의 pH가 4.1을 초과하면 상술한 바와 같이 철 함유 침전물이 석출되어 니켈 케이크의 니켈 농도가 낮아지게 된다. 반면 침출 용액의 pH가 3.5 미만이면 용액 중 니켈 성분의 석출률이 낮아지므로 바람직하지 않다.
또한 침출 용액에 추가로 투입되는 산은 침출 시 사용된 산과 동일한 산을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 염산일 수 있다.
상기와 같이 니켈 이온 및 철 이온 함유 침출 용액으로부터 니켈을 석출한 후 니켈 케이크(cake)와 용액을 분리한다. 용액으로부터 니켈을 포함하는 고형분을 여과 분리하여 철 이온 함유 용액을 제거함으로써 니켈의 농도가 증가된 니켈 농축물인 니켈 케이크를 얻을 수 있다. 상기 니켈 케이크 중 니켈 함량은 39중량% 이상일 수 있다. 또한 상기 니켈 케이크는 니켈 외에도 철, 코발트를 포함할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
1. 실시예 1~3
하기 표 1의 조성을 갖는 철 이온 및 니켈 이온 함유 침출 용액에 금속 철 함량이 80 중량% 이상이고, 평균입도가 30㎛ 내외인 환원철을 투입하고, 침출 용액의 pH가 각각 3.5, 3.9 및 4.1이 되도록 염산(20% 수용액)을 투입한 다음, 85℃에서 90분 동안 니켈 석출 반응을 수행하였다.
2. 비교예
하기 표 1의 조성을 갖는 철 이온 및 니켈 이온 함유 침출 용액에 환원철을 투입한 후, 산을 추가로 투입하지 않고, 85℃에서 90분 동안 니켈 석출 반응을 수행하였다.
침출 용액 Seed ratio*
침출 용액 조성(mg/L) 용액량
(mL)
Fe Ni Co Mg Mn
103,400 3,300 300 10,000 2,500 500 2.25
*Seed ratio: (석출 시드(seed) 환원철 중 금속 Fe 함량)/(침출 용액 중 Ni 함량)
3. 니켈 석출 반응 결과
침출 용액의 pH 석출된 니켈 케이크 조성(중량%) 석출률(%) Fe/Ni 비
Fe Ni Co Ni Co
실시예 1 3.5 30.25 45.72 3.68 96.55 40.21 0.66
실시예 2 3.9 29.09 41.33 3.66 98.39 44.96 0.70
실시예 3 4.1 29.13 39.03 3.68 98.39 44.81 0.75
비교예 4.5 40.17 23.16 2.30 98.94 53.93 1.73
침출 용액의 pH를 3.5 내지 4.1로 제어하여 니켈을 석출한 실시예 1~3의 경우 비교예와 유사한 수준의 니켈 석출률을 보였으나, 석출된 니켈 케이크 중 철 농도는 약 30% 감소하였고 니켈 농도는 약 40~45% 증가하였다. 이러한 결과로부터 니켈 석출 시 산을 추가로 투입하여 침출 용액의 pH를 3.5~4.1 범위로 제어함으로써 고농도 니켈을 함유하는 니켈 케이크를 제조할 수 있음을 알 수 있다. 나아가, 니켈 케이크로부터 불순물인 철의 제거에 소요되는 비용 또한 절감할 수 있다.

Claims (7)

  1. 니켈 및 철 함유 원료를 슬러리화한 후 산을 투입하여 니켈 이온 및 철 이온으로 침출시키는 단계,
    니켈 이온 및 철 이온을 함유하는 침출 용액에 환원철을 투입하는 단계 및
    상기 침출 용액에 산을 추가로 투입하여 니켈을 석출하는 단계를 포함하는 니켈 케이크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    니켈 석출 단계에서 산은 침출 용액의 pH가 3.5 내지 4.1이 되도록 투입되는 것인 니켈 케이크 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    니켈 석출 단계에서 추가로 투입되는 산은 황산 또는 염산인 니켈 케이크 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    니켈 및 철 함유 원료를 분쇄, 건조 또는 소성하는 전처리 단계를 더 포함하는 니켈 케이크 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    니켈 및 철 함유 원료를 수소 함유 환원 가스를 이용하여 환원하는 단계를 더 포함하는 니켈 케이크 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    환원철은 염화철 배소 철광석의 환원에 의해 형성되고, 상기 염화철 배소 철광석의 환원율은 85~95%인 니켈 케이크 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    환원철의 투입량은 침출 용액 중 니켈 이온 중량 대비 2~2.5배인 니켈 케이크 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023243827A1 (ko) * 2023-01-27 2023-12-21 고려아연 주식회사 니켈 또는 코발트 수용액 제조 방법
US11926882B1 (en) 2023-01-27 2024-03-12 Korea Zinc Co., Ltd. Method for producing aqueous solution containing nickel or cobalt

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