WO2017057856A1 - 니켈 라테라이트광의 분리선별 방법 - Google Patents

니켈 라테라이트광의 분리선별 방법 Download PDF

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WO2017057856A1
WO2017057856A1 PCT/KR2016/010097 KR2016010097W WO2017057856A1 WO 2017057856 A1 WO2017057856 A1 WO 2017057856A1 KR 2016010097 W KR2016010097 W KR 2016010097W WO 2017057856 A1 WO2017057856 A1 WO 2017057856A1
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light
laterite
ore
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PCT/KR2016/010097
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김형석
배인국
유광석
서주범
이병필
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한국지질자원연구원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B07B1/18—Drum screens
    • B07B1/22—Revolving drums

Definitions

  • the present invention relates to a beneficiation technique for improving the quality of ore, and more particularly, to a beneficiation technique for separating the morphite ore used as a raw material for wet smelting and the saffolite ore used as a raw material for dry smelting.
  • Nickel is a silver-white metal used as a raw material for stainless steel and special alloy steel, plating, corrosion and heat resistant material. Nickel ore is divided into nickel sulfide ore and nickel liferous laterite ore.
  • Nickel sulphide can easily improve nickel quality through physical beneficiation processes such as stage-grinding, gravity separation and floatation, producing 60% of the world's nickel production in 2011. Used as raw material. However, due to the long-term development of resources, economically minable nickel sulphide ore is being depleted, and interest in nickel laterite ore, which accounts for more than 70% of nickel reserves, is increasing.
  • Nickel laterite ore is composed of limonite ore, the main component of iron, and saprolite ore, which is a silicate mineral. Limonite ore is located near the surface of the earth and severely weathered, so that it exists in the form of soil or powder.
  • the main constituent mineral is goethite (FeO (OH)) and its quality is less than 1.5% Ni.
  • saffolite light is formed at the bottom of the surface and maintains crystalline rock formation.
  • Nickel laterite ore has a uniform and unhardened state, and it is near the surface and has an advantage of easy open-air development.
  • the largest garnilite deposit in the world is found in New Caledonia, covering about 30% of the island's 19,000 km 2 , with an average depth of 20m.
  • the quality of New Caledonian saffolite light is Ni 2.5%, and the quality of limonite light is Ni 1.6%.
  • the laterite ore does not precede a separate separation process, and uses the laterite ore as a raw material for dry or wet smelting to produce nickel.
  • Saprolite ore is suitable for dry smelting with nickel grade of about 2% or more, and limonite ore is used for producing ferronickel by wet smelting rather than dry smelting with nickel grade of about 1.5% or less.
  • the problem is that limonite and saprite light are mixed.
  • the wet smelting of limonite begins with melting the limemonite ore in the acid. If the saffolite ore is mixed with the limonite ore as the wet smelting raw material, the consumption of acid (inorganic acid) is caused by the magnesia (basic) in the saffolite ore. Is increased. Moreover, the sludge generation amount increases due to the silica component which is an impurity of sapolite light, which increases the process cost. For this reason, nickel limonite ore should be 10% or less in total content of Si and Mg and 40% or more in Fe, so that it is suitable for use as a wet smelting raw material.
  • nickel laterite ore used raw material itself as a raw material for wet or dry smelting without any special beneficiation process, and thus, the efficiency of smelting was deteriorated.
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide a beneficiation technique for separating the limonite light and saffolite light from laterite light.
  • an object of the present invention is to provide a beneficiation technique for improving the quality of nickel in limonite light and reducing the water content by separating and removing sapprite light from limonite light, focusing on limonite light.
  • Laterite light separation and selection method for achieving the above object
  • a method for separating saffolite and limonite light from laterite ore comprising: (a) separating gangues having a first particle size and intermediate products having a first particle size or less through particle size separation of the laterite ore; step; (b) a drying step of removing moisture of the intermediate product; (c) pulverizing the intermediate product to a second particle size or less; And (d) classifying the disintegrated intermediate product into a first product and a second product.
  • the present invention it is possible to separate limonite light and saffolite light from laterite light through a very simple process such as drying, pulverization and dry classification.
  • the saffolite light mixed with the low grade limonite light ore can be separated to obtain the limonite light with improved quality.
  • these may be separated and supplied as raw materials for wet and dry smelting.
  • the magnesia (base) that inhibits acid leaching can be removed when the limonite ore is wet smelted, and the amount of residues such as silica can be reduced.
  • the advantage is that wet smelting is possible.
  • FIG. 1 is a schematic flowchart of a laterite light separation and selection method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic flowchart of a laterite splitting method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a table showing the particle size distribution of the New Caledonia acid nickel laterite ore used as a sample in the experiment of the present invention.
  • 5 is an XRD pattern of a New Caledonian nickel laterite ore sample.
  • Table 6 shows the chemical composition according to the particle size distribution of the New Caledonia nickel laterite ore samples.
  • Table 8 shows the chemical composition and water content according to the particle size and fraction of coarse, fine and ultra fine products after two dry classifications.
  • the table of FIG. 10 shows the chemical composition and water content according to the particle size and fraction of coarse, fine and ultra fine products after two dry classifications for dry light samples. .
  • the method for separating the laterite ore according to the present invention is a method for mutually separating saffolite and limonite ore from laterite ore, which comprises: (a) gangue having a particle size greater than the first particle size through particle size separation for the laterite ore; Separating the intermediate products of a first particle size or less from each other; (b) a drying step of removing moisture of the intermediate product; (c) pulverizing the intermediate product to a second particle size or less; And (d) classifying the disintegrated intermediate product into a first product and a second product.
  • the step (a) is the secondary separation step using a roller screen, and the secondary fine separation using a trommel screen based on the relative fine products calculated in the primary separation step based on the first particle size It comprises a separation step.
  • the laterite ore is separated based on a particle size of 20 to 30 mm, preferably 25 mm, and in the second separation step, the particles are separated based on a particle size of 5 to 10 mm.
  • the first particle size may be 5 ⁇ 10 mm or less.
  • the water content of the intermediate product in the step (b) it is preferable to make the water content of the intermediate product in the step (b) to 30 to 40% or less, more preferably to dry to 35% or less.
  • the second particle size of the step (c) is in the range of 1-3mm, preferably 1mm.
  • pulverization may be performed by using an impact mill that performs a pulverization by applying an impact including a pin mill, a hammer mill, a jet mill, or any of these.
  • the first product and the second product discharged through the classification in the step (d) has a particle size range of 0.3 ⁇ 1.0mm, more specifically the first product and the second product in the particle size distribution curve It is a product of D10 (top 10% of particle accumulation distribution) and D90 (lowest 90% of particle accumulation distribution).
  • the product of less than the third particle size can be removed through a dry cyclone group for the second product that is relatively fine particles.
  • the third particle size is in the range of 0.045 to 0.0074 mm, preferably 0.074 mm.
  • the first product separated through the above process may be classified as saffolite ore and used as a raw material for dry smelting, and the second product may be classified as limonite ore as a raw material for wet smelting and used as a material for subsequent smelting.
  • the present invention is to separate sapolite light and limonite light from laterite light, which is nickel oxide light.
  • the sapprite ore is separated and removed from the laterite ore to improve the quality of the ore and make it more suitable for wet smelting. That is, in wet smelting, all of the metals in limonite ore must be dissolved using an acid, since saffolite ore contains basic magnesia, making acid leaching difficult. In addition, since saffolite light contains a large amount of silica as a silicate mineral, it is difficult to process the residue due to the silica remaining undissolved after acid leaching.
  • acid leaching is advantageous as the particle size is smaller, but in the case of saffolite light, it is crystalline and much energy is consumed for grinding to make the particle size small.
  • the removal of sapolite light from laterite light as much as possible is an important factor for improving the quality of the limonate light as a raw material for wet smelting.
  • the present invention provides a method for separating and removing sapolite light from laterite light when the limonite light is dominant in laterite light.
  • the present invention is not limited to the case where the limonite light is predominant in the laterite light, and the present invention may be applied to the case where the limonite light and the saffolite light are at a similar level or the sapprite light is more dominant. Since the technical principle of the present invention is to separate these two materials from laterite ore mixed with limonite or sapolite, it may be different in the detailed process depending on which component is superior. This is because there is no difference in the dimension of.
  • FIG. 1 and 2 are schematic flowcharts of a laterite light separation and sorting method according to the present invention.
  • the classification is performed only by using a cyclone, except that there is no difference in other parts. Therefore, after describing the present invention with reference to FIG. 1, the additional process in FIG. 2 will be described separately.
  • particle size separation is first performed on laterite ore to separate and remove gangue coarse minerals. Specifically, the process is divided into a first separation step and a second separation step.
  • the roller screen is used to remove minerals having a particle size exceeding 25 mm in the range of 20 to 30 mm, in this embodiment.
  • the second separation step minerals having a particle size exceeding 5 to 10 mm are removed using a trommel screen for minerals smaller than 25 mm. In this example, the minerals exceeding 10 mm were removed. This is because minerals with a large particle size of more than 10 mm do not correspond to limonite ore.
  • the particle size of the quality is determined to be 10 mm, but this value is not a predetermined value and may be determined differently according to the properties of laterite light.
  • the intermediate product containing nickel is dried.
  • Laterite is typically produced in hot, humid environments in the equator, such as New Caledonia. Therefore, the moisture content is very high. High moisture content causes the particles to stick together to form particles, reducing the efficiency of subsequent particle size classification. Drying may be carried out naturally in the air or may be performed by artificially applying heat. That is, the drying method can be determined according to the water content level of the intermediate product and the quantitative scale. As a result, after drying, the water content of intermediate products is reduced to 30-40%. Preferably, the water content is lowered to 35%.
  • Disintegration in this embodiment includes both meanings.
  • One is to grind the intermediate to be less than or equal to the second particle size, and the other is to impinge on the particles that are stuck together and separate the particles individually.
  • the second particle size is determined in the range of 1 to 3 mm, and in this embodiment, 3 mm (if the drying process is omitted) and 1 mm (for the dry light). If the second particle size is less than the above range, a lot of energy is consumed in the grinding, but it is not preferable because the efficiency of the particle size classification is not greatly increased. In addition, if it exceeds 3mm, the grinding energy is consumed small, but the effect of particle size classification, which is a subsequent process, cannot be expected.
  • the particle size control through disintegration in the present invention plays a very important role in separating the saffolite light and limonite light, which results in a problem of how to determine the second particle size. That is, when the grinding is performed to the second particle size or less, the products exhibit various particle size distributions below the second particle size, and are divided into relatively coarse and fine particles under the second particle size. Even with the same crushing energy, minerals with crystalline development, such as saffolite ore, are not pulverized finely compared to minerals with much advanced weathering, such as limonite ore. That is, by optimizing the grinding energy, the limonite light and the saffolite light can be pulverized so as to be located at different particle size ranges.
  • the second particle size range is obtained through a number of experiments on the particle size distribution according to the pulverization energy of saprite light and limonite light. Of course, with the theoretical background of the difference in mineralogy or physical properties between the two minerals, this second particle size range could be derived by confirming through experiments.
  • the pulverization may be performed using any one of a pin mill, a hammer mill, a jet mill, or an impact grinder.
  • a pin mill was used.
  • a screen for passing particles below the second particle size is installed at the outlet of the pin mill and the pin mill is operated.
  • Dry classification is carried out with the particle size adjusted to below the second particle size by pulverization.
  • Dry classification refers to the beneficiation technology that separates the product into a relatively heavy and large product and a relatively light and small product by using a classifier in the state of dried product without using water.
  • the intermediate products below the second particle size contain a mixture of limonite light having a relatively small particle size and sapprite light having a relatively large particle size. In the dry classification process, the two minerals are separated.
  • the intermediate product is separated into two groups, namely, the first product, which is a relative granulated particle, and the second product, which is a relatively fine particle. Both the first product and the second product are formed with a particle size of 0.3 ⁇ 1.0mm range.
  • the granulated product corresponding to D10 (the top 10% cumulative particle size distribution on the particle size distribution) in the total particle size distribution including both the first product and the second product is the first product, and the remaining D90 (lower 90 in the particle size distribution on the particle size distribution). % Cumulative particle size distribution) is the second product.
  • a dry classifier may use a static classifier, a cyclone, or the like.
  • the most important point when performing a classification using a dry classifier is the speed at which the product is fed to the cyclone. This is because the products are separated according to the speed.
  • dry classification conditions for separating limonite or saffolite light from the intermediate product disintegrated by a pin mill have been found through numerous experiments. That is, in the first dry classification, the intermediate product is supplied to the classifier by adjusting the linear speed to 3000 ⁇ 4000rpm. Light and small particle materials overflow to the top of the classifier, and large and heavy material flows to the bottom of the classifier.
  • the heavy particles (first product) discharged to the lower part from the dry classification have been identified as coarse minerals, mainly sapprite minerals, which can be classified as raw materials for dry smelting and put into subsequent processes.
  • the minerals and the physical characteristics of the two minerals constituting the laterite light namely limonite light and sapolite light, could be separated from each other.
  • a classifier that uses airflow such as a static classifier or a cyclone group
  • dry sieve it is advantageous to use a classifier that uses airflow, such as a static classifier or a cyclone group, than dry sieve.
  • the water content of the product decreases during the classification process through the cyclone. That is, since the particles are dehydrated by rotating at high speed inside the cyclone group, the moisture content of the particles discharged from the cyclone group is lowered.
  • the second product it is used as a raw material for wet smelting.
  • the products (particles) are separated from each other without being entangled with each other. This is because the separability of the particles improves when the moisture content decreases.
  • Separation selection method is largely composed of particle size separation, drying, pulverization, dry classification.
  • the individual separation techniques are widely used in the beneficiation field for a long time, and technical principles are already known. Therefore, the important point in beneficiation technology is not technical principle, but rather what conditions each individual technology element is operated under. And it is to identify the characteristics of the object to be separated to determine these conditions.
  • the grinding particle size is determined, and the conditions of the cyclone group for the ground particles are determined so that the minerals are separated from each other. That is, the technical core of the present invention should be found in determining the conditions of grinding (disintegration) and the conditions of dry classification, not the large category of grinding and dry classification.
  • the determination of the particle size during the disintegration process, and the condition of the air flow when operating the dry classifier can be said to be a key factor.
  • the particle size determination (in other words, the degree of grinding) during the crushing process reflects the grinding characteristics of the two minerals to be separated.
  • the speed condition of the dry classifier in the dry classification process is optimized to separate the two minerals from each other according to the particle size. In the present invention, it is possible to effectively separate the limonite light and sapolite light from the laterite light through the above process.
  • the researchers of the present invention conducted a study for separating and screening limonite ore to find out the possibility of using a new caledonia nickelaterite ore as a wet smelting raw material using the present invention.
  • the beneficiation process consisting of drying (dehydration), crushing, and dry classification is separated and selected for nickel limonite ore. Was intended.
  • the nickel laterite ore used in this experiment is a sample obtained from the New Caledonia Nakety mine of Nickel Mining Company.
  • the table of FIG. 3 shows the particle size distribution of nickel calarite from New Caledonia. In the case of nickel calarite from New Caledonia, the particle size of 5 mm or more in diameter is 32 ⁇ 38 mass% compared to the whole sample.
  • an experiment was conducted on nickel laterite ore having a particle size of 5 mm or less to separate and select nickel limonite ore which can be used as a wet smelting raw material.
  • Nickel laterite lights having a particle size of 5 mm or less were pulverized with a pin mill, an impact mill. Nickel laterite ore was crushed up to 3 mm due to high water content and nickel laterite dry ore was crushed up to 1 mm. Since dry cyclones (HEYNAU, HTRIEB) was first used for the dry classification and recovered the (under flow). Overflows obtained in the first dry classification were recovered by underflow and overflow after reclassification (secondary dryclassification) by changing dry cyclone operating conditions. Analysis of chemical composition and water content by particle size of raw materials (nickel ore, nickel laterite ore) and classified products (granulated, fine and ultrafine) injected into the classifier, The drying effect was identified.
  • limonite light is located near the surface and is present as weathered fine particles, while saffolite light is present as relatively large crystalline particles at the bottom.
  • nickel laterite ore from New Caledonia it was confirmed that spermite ore was present mainly in the particle size of 5 mm or more in diameter and oxidized ore in the particle size of 5 mm or less.
  • Table 6 summarizes the chemical composition by particle size measured by XRF.
  • the Mg + Si content of the grain size of 5 mm or more is 12.73% on average, which is higher than that of 6.04% of the average particle size of 5 mm or less. This means that spermite ore having high Si and Mg components is mainly present in the particle size of 5 mm or more. Therefore, an experiment was performed to separate and select limonite ore which can be used as a wet smelting material for particles of 5 mm or less.
  • New Caledonia nickel laterite ore (-5 mm particle size) was ground with a pin mill (-3 mm). The reason why the 3 mm sieve was introduced during the milling of nickel laterite ore was due to the agglomeration of low particle size due to the high water content of the ore.
  • the moisture content of the nickel laterite ore crushed with a pin mill and the chemical composition analyzed by XRF are shown in the table of FIG. 7.
  • the nickel laterite ore has a water content of 23% and a nickel quality of 1.06%.
  • the nickel laterite ore pulverized with a pin mill was first classified by performing a 3000 rpm linear speed of the dry classifier. Under-flowed coarse product was recovered through the primary classification, and the over-flowed fines were reclassified by increasing the linear speed of the dry classifier to 4000 rpm. Under reclassification, the underflow fines (over) and the overflow ultrafines (ultra fine) were recovered, respectively.
  • the chemical composition and water content according to the particle size distribution and particle size of the product recovered by dry classification were analyzed (Table 8).
  • the granulated product was calculated as 5.8% of the total sample added.
  • the product quality of the granulated product is 0.67% Ni and the water content is 13.4%.
  • the low nickel quality and water content are considered to be due to the high concentration of coarse minerals in the granulated product.
  • the particulate product was calculated as 46.5% of the total sample. 90.3% of the total particulates were recovered from 0.6 ⁇ 0.074 mm particle size. The average grade of fines was 1.27% Ni and improved compared to 1.06% Ni in ore. The water content of the particulates was 19.2%, which was lower than that of 23.0% of the ore, which is thought to be due to the dehydration effect of the airflow in the dry classifier. Nickel oxide ore injected into the wet smelting process is subjected to drying and preliminary roasting prior to leaching. The dehydration effect of the fractionation products obtained by the airflow in the dry classifier can reduce the cost of the wet smelting process.
  • Nickel laterite dry light (-5 mm particle size) was pulverized with a pin mill (-1 mm) and analyzed for chemical composition by XRF (Table 9).
  • the granulated product was calculated 0.1% compared to the total sample added.
  • the fines were calculated at 18.4% of the total sample and the ultrafines were 81.5%.
  • the yield of ultrafine product is high because it is pulverized compared to ore due to low water content (9.1%).
  • 93% of the total particulates were calculated at a particle size of 0.6 ⁇ 0.074 mm, and 71.7% of the total ultrafine products were calculated at 0.15 mm or less.
  • the water content of the fines and ultrafines is about 2.5%.
  • the nickel grades of fines and ultrafines were 1.14% and 1.25%, respectively, compared to 1.06% of ore.
  • the ultrafine product obtained by dry classification of laterite dry ore has not only improved the nickel quality compared to the input sample but also the water content and Si + Mg content, which means that the quality has been improved as a raw material mineral for the wet smelting process.
  • the ultrafine product yield is 81.5% of the input sample, which means that if dry nickel ore is dried and classified, it can supply more high-grade wet smelting raw materials than dry nickel ore ore.
  • limonite light and sapolite light can be separated from laterite light very simply by pulverization (pulverization) and dry classification.
  • pulverization pulverization
  • the saffolite light mixed with the low grade limonite light ore can be separated to obtain the limonite light with improved quality.
  • these may be separated and supplied as raw materials for wet smelting and dry smelting.
  • the separation of saffolite light from limonite light can remove magnesia, which hinders the acid leaching of wet smelting, and can reduce the amount of residues such as silica, enabling economical wet smelting. have.
  • the water content of the product is lowered, so that the products are separated by a single specific surface area can be widened to increase the acid leaching efficiency.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
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Abstract

본 발명은 니켈 라테라이트광에서 리모나이트광과 사프로라이트광을 상호 분리, 선별하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 라테라이트광 분리선별 방법은 라테라이트 원광에 대한 입도분리를 통해 제1입도 초과의 맥석과, 제1입도 이하의 중간산물을 상호 분리한 후, 중간산물의 수분을 제거한다. 그리고 중간산물이 제2입도 이하가 되도록 해쇄한 후, 해쇄된 중간산물을 분급하여 제1산물과 제2산물로 분리한다. 이렇게 분리된 조립의 제1산물은 사프로라이트광으로 분류하여 건식제련의 원료로, 미립의 제2산물은 리모나이트광으로 분류하여 습식제련의 원료로 사용한다.

Description

니켈 라테라이트광의 분리선별 방법
본 발명은 원광의 품위를 향상시키기 위한 선광기술에 관한 것으로서, 특히 습식제련의 원료로 사용되는 리모나이트광과 건식제련의 원료로 사용되는 사프로라이트광을 상호 분리하기 위한 선광기술에 관한 것이다.
니켈은 은백색의 금속으로 스텐인레스강의 원료 및 특수합금강, 도금, 내식 및 내열재의 원료 등으로 사용된다. 니켈광은 크게 니켈황화광(nickel sulfide ore)과 니켈산화광인 라테라이트광(nickeliferous laterite ore)으로 구분된다.
니켈황화광은 다단계분쇄(stage-grinding), 비중선별(gravity separation) 및 부유선별(flotation) 등 물리적 선광 공정을 통해 쉽게 니켈 품위를 향상시킬 수 있어, 2011년 전 세계 니켈생산량의 60%를 생산하는 원료로 사용되었다. 그러나 오랜 자원개발로 인해 경제적으로 채굴 가능한 니켈황화광은 고갈되고 있어, 니켈 전체 매장량의 70% 이상을 차지하는 니켈 라테라이트광에 대한 관심이 증가하고 있다.
니켈 라테라이트광은 철이 주성분인 리모나이트광(limonite)과 규산염광물인 사프로라이트광(saprolite)으로 구성되어 있다. 리모나이트광은 지표 부근에 위치하고 심하게 풍화되어 있어 토상 또는 분말상으로 존재하며, 주구성광물은 침철석[goethite, FeO(OH)]이고 품위는 Ni 1.5% 미만이다. 반면 사프로라이트광은 지표 하부에서 형성되어 결정질이 발달한 암석 형태를 유지하며, 가니어라이트[garnierite, H2(Ni,Mg)SiO2·nH2O] 및 리자다이트(lizardite, Mg3Si2O5(OH)4)로 구성되어 있으며 품위는 Ni 1.5~2.5%이다.
니켈 라테라이트광은 품위가 균일하고 굳어지지 않은 상태이며 지표 가까이 부존되어 노천개발이 쉬운 장점을 가지고 있다. 세계에서 가장 큰 가니어라이트 광상은 뉴칼레도니아에서 발견되는데 19,000 km2인 섬의 30% 정도를 차지하고 있으며 평균심도는 20m이다. 뉴칼레도니아산 사프로라이트광의 품위는 Ni 2.5%이며, 리모나이트광의 품위는 Ni 1.6%정도 이다.
한편, 니켈 라테라이트광은 지표 부근에 존재하므로 채굴이 용이한 반면, 니켈성분이 광물에 치환되어 존재하기 때문에 함니켈 광물만을 따로 단체분리 시키기 어렵다. 따라서 라테라이트 원광은 별도의 단체분리 공정을 선행하지 않고, 라테라이트 원광을 직접 건식 또는 습식 제련 원료로 사용하여 니켈을 생산하고 있다.
사프로라이트광은 니켈 품위가 대략 2% 이상으로 건식제련에 적합하며, 리모나이트광은 니켈 품위가 대략 1.5% 이하로서 건식제련보다는 습식제련을 통해 페로니켈을 생산하는 용도로 활용되고 있다.
문제는 리모나이트광과 사프로라이트광이 혼재해서 나타난다는 것이다.
리모나이트의 습식제련은 산에 리모나이트광을 녹이는 것으로부터 시작되는데, 습식제련 원료인 리모나이트광에 사프로라이트광이 혼입되어 있으면 사프로라이트광 내의 마그네시아(염기성)로 인하여 산(무기산) 소모량이 증대된다. 더욱이, 사프로라이트광의 불순물인 실리카 성분으로 인해 슬러지 발생량이 증가하여 공정비용을 증가시키는 단점이 발생한다. 이러한 이유로 니켈 리모나이트광은 Si와 Mg의 전체 함량이 10% 이하, Fe 함량이 40% 이상이어야 습식제련 원료로 사용하기 적합하다.
그러나 앞에서도 설명하였지만, 지금까지 니켈 라테라이트광은 특별한 선광공정 없이 원광 자체를 바로 습식 또는 건식 제련의 원료로 사용하였는 바, 제련의 효율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 라테라이트광에서 리모나이트광과 사프로라이트광을 상호 분리하기 위한 선광기술을 제공하기 위한 것이다. 특히, 리모나이트광에 초점을 맞추어, 리모나이트광에서 사프로라이트광을 분리, 제거함으로써 리모나이트광 내 니켈의 품위를 향상시키고 함수율을 저하시키기 위한 선광기술을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라테라이트광 분리선별방법은,
라테라이트 원광으로부터 사프로라이트광과 리모나이트광을 상호 분리하기 위한 방법으로서, (a)상기 라테라이트 원광에 대한 입도분리를 통해 제1입도 초과의 맥석과, 제1입도 이하의 중간산물을 상호 분리하는 단계; (b)상기 중간산물의 수분을 제거하는 건조단계; (c)상기 중간산물이 제2입도 이하가 되도록 해쇄하는 단계; 및 (d)상기 해쇄된 중간산물을 분급하여 제1산물과 제2산물로 분리하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 건조, 분쇄(해쇄) 및 건식분급에 이르는 매우 간단한 공정을 통해 라테라이트광으로부터 리모나이트광과 사프로라이트광을 상호 분리할 수 있다. 이에 따라 저품위 리모나이트광 원광에 혼합되어 있는 사프로라이트광을 분리하여 품위가 향상된 리모나이트광을 얻을 수 있다. 더 나아가, 리모나이트광과 사프로라이트광의 함량이 비슷한 경우에는 이들을 각각 분리하여 습식제련 및 건식제련의 원료로 공급할 수 있다.
특히, 리모나이트광으로부터 사프로라이트광을 분리함으로써 리모나이트광을 습식제련할 때 산 침출작용을 저해하는 마그네시아(염기성) 등을 제거할 수 있으며, 실리카와 같은 잔사의 양을 줄일 수 있어 경제적인 습식제련이 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라테라이트광 분리선별 방법의 개략적 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라테라이트광 분리선별 방법의 개략적 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실험에 시료로 사용된 뉴칼레도니아 산 니켈 라테라이트 원광의 입도 분포를 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명에 대한 실험 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 5는 뉴칼레도니아 산 니켈 라테라이트 원광 시료의 XRD 패턴이다.
도 6의 표에는 뉴칼레도니아 산 니켈 라테라이트 원광 시료의 입도 분포에 따른 화학적 조성이 나타나 있다.
도 7은 니켈 라테라이트 시료의 화학적 조성과 함량을 나타낸 표이다.
도 8의 표에는 두 차례의 건식분급을 거친 후의 조립산물(coarse), 미립산물(fine) 및 초미립산물(ultra fine)의 입도, 분율에 따른 화학적 조성과 함수율이 나타나 있다.
도 9는 니켈 라테라이트 원광(건조광) 시료의 화학적 조성과 함량을 나타낸 표이다.
도 10의 표에는 건조광 시료에 대하여 두 차례의 건식분급을 거친 후의 조립산물(coarse), 미립산물(fine) 및 초미립산물(ultra fine)의 입도, 분율에 따른 화학적 조성과 함수율이 나타나 있다.
본 발명에 따른 라테라이트광 분리선별방법은, 라테라이트 원광으로부터 사프로라이트광과 리모나이트광을 상호 분리하기 위한 방법으로서, (a)상기 라테라이트 원광에 대한 입도분리를 통해 제1입도 초과의 맥석과, 제1입도 이하의 중간산물을 상호 분리하는 단계; (b)상기 중간산물의 수분을 제거하는 건조단계; (c)상기 중간산물이 제2입도 이하가 되도록 해쇄하는 단계; 및 (d)상기 해쇄된 중간산물을 분급하여 제1산물과 제2산물로 분리하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 (a)단계는 롤러스크린을 이용한 1차 분리단계와, 상기 1차 분리단계에서 산출된 상대적 미세산물에 대하여 트롬멜스크린을 이용하여 제1입도를 기준으로 분리하는 2차 분리단계를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 1차 분리단계에서는 입도 20~30mm를 기준으로, 바람직하게는 25mm를 기준으로 라테라이트 원광을 분리하고, 상기 2차 분리단계에서는 상기 미세산물에 대하여 입도 5~10mm를 기준으로 분리한다. 최종적으로 상기 제1입도는 5~10 mm 이하가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (b)단계에서 상기 중간산물의 함수율을 30~40% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 35% 이하가 되도록 건조한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (c)단계의 제2입도는 1~3mm 범위이며, 바람직하게는 1mm이다. 그리고 핀밀(pin mill), 해머밀(hammer mill), 제트밀(jet mill) 중 어느 하나 또는 이들을 포함하여 충격을 가하여 분쇄를 수행하는 충격식 분쇄기를 이용하여 해쇄를 수행할 수 있다.
한편, 상기 (d)단계에서의 분급을 통해 배출된 상기 제1산물과 제2산물은 0.3~1.0mm의 입도 범위를 가지며, 보다 구체적으로 상기 제1산물과 제2산물은 각각 입도분포곡선에서 D10(입도누적분포상 상위 10%)과 D90(입도누적분포상 하위 90%)에 해당하는 산물이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 (d)단계 이후, 상대적으로 미세한 입자인 상기 제2산물에 대하여 건식 싸이클론기를 통해 제3입도 이하의 산물은 제거할 수 있다. 여기서, 상기 제3입도는 0.045~0.0074mm 범위, 바람직하게는 0.074mm 이다.
상기한 과정을 거쳐 분리된 제1산물은 사프로라이트광으로 분류하여 건식 제련의 원료로, 상기 제2산물은 리모나이트광으로 분류하여 습식제련의 원료로 후속 제련공정의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 니켈 산화광인 라테라이트광으로부터 사프로라이트광과 리모나이트광을 상호 분리하기 위한 것이다.
특히, 리모나이트광이 우세한 경우에 라테라이트광으로부터 사프로라이트광을 분리, 제거하여 리모나이트광의 품위를 향상시키고, 습식제련에 보다 적합한 형태로 만들기 위한 것이다. 즉, 습식제련에서는 산을 이용하여 리모나이트광 내 금속을 모두 녹여내야 하는데, 사프로라이트광에는 염기성의 마그네시아가 포함되어 있어 산 침출을 어렵게 만들기 때문이다. 또한 사프로라이트광은 규산염 광물로서 실리카 성분이 많이 포함되어 있는 바, 산 침출 이후에 녹지 않고 남아 있는 실리카로 인하여 잔사의 처리가 곤란하다. 더욱이, 산 침출은 입도가 작을수록 유리한데, 사프로라이트광의 경우 결정질로 이루어져 입도를 작게 하려면 분쇄에 많은 에너지가 소모된다. 결국 라테라이트광으로부터 사프로라이트광을 최대한 제거하는 것이 습식제련의 원료로서 리모네이트광의 품질을 향상시키는 중요한 요소가 된다.
이에 본 발명에서는 라테라이트광에서 리모나이트광이 우세한 경우에 라테라이트광으로부터 사프로라이트광을 분리, 제거하기 위한 방법을 제공한다.
다만, 본 발명이 라테라이트광에서 리모나이트광이 우세한 경우에만 한정되는 것은 아니며, 리모나이트광과 사프로라이트광이 서로 비슷한 수준으로 또는 사프로라이트광이 더 우세한 경우에도 적용될 수 있다. 본 발명의 기술적 원리는 리모나이트광과 사프로라이트광이 혼재되어 있는 라테라이트광에서 이들 2개의 물질을 상호 분리하기 위한 것이므로, 어떤 성분이 보다 우세한지에 따라 세부적인 공정에서 차이는 있을 수 있지만 기술적 원리의 차원에서는 차이가 없기 때문이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 라테라이트광 분리선별 방법을 시계열적 순서를 따라 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 라테라이트광 분리선별 방법의 개략적 흐름도이다. 도 2에 도시된 실시예의 경우 도 1에 도시된 실시예와 비교하여 건식분급 이후에 다시 한 번 싸이클론을 이용하여 분급을 수행한다는 점에서만 차이가 있을 뿐 다른 부분에서는 차이가 없다. 이에 도 1을 참고하여 본 발명을 설명한 후, 도 2에서의 추가공정은 별도로 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에서는 먼저 라테라이트광에 대하여 입도 분리를 수행하여 맥석인 조암광물을 분리하여 제거한다. 구체적으로는 1차 분리단계와 2차 분리단계로 나누어 진행된다. 1차 분리단계에서는 롤러스크린을 이용하여 20~30mm 범위, 본 실시예에서는 25mm를 초과하는 입도의 광물들을 제거한다. 그리고 2차 분리단계에서는 25mm 이하의 광물에 대하여 트롬멜스크린을 이용하여 5~10mm를 초과하는 입도의 광물들을 제거한다. 본 실시예에서는 10mm를 기준으로 이를 초과하는 광물을 제거하였다. 이렇게 10mm 초과의 입도가 큰 광물들은 리모나이트광에 해당하지 않고 일반 조암광물로서 맥석이 대부분이기 때문이다. 앞에서도 설명하였지만 라테라이트광, 특히 리모나이트광은 풍화가 많이 진행된 상태이므로 토상 또는 분말상으로 산출된다. 따라서 입도가 10mm를 넘는 광물들은 조암광물로서 맥석으로 취급할 수 있다. 본 실시예에서는 질의 입도를 10mm로 결정하였지만, 이 값은 정해진 값은 아니며, 라테라이트광의 성상에 따라 다르게 결정될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 라테라이트광을 10mm가 넘는 맥석산물과 그 이하의 입도를 가지는 중간산물로 분리한 후에는 니켈을 포함하고 있는 중간산물을 건조시키는 과정을 거친다. 라테라이트광은 뉴칼레도니아와 같이 적도 지역의 고온 다습한 환경에서 산출되는 것이 일반적이다. 따라서 함수율이 매우 높은 특징이 있다. 함수율이 높으면 입자들이 서로 달라 붙어서 입단을 형성하므로 후속 공정인 입도 분급의 효율성을 떨어트린다. 건조는 대기 상태에서 자연 건조시킬 수도 있으며, 인위적으로 열을 가하여 수행할 수도 있다. 즉 중간산물의 함수율 수준과, 양적 규모에 따라서 건조 방법은 결정될 수 있다. 결과적으로 건조과정을 거쳐 중간산물의 함수율은 30~40% 수준으로 낮춘다. 바람직하게는 35% 수준으로 함수율을 낮추면 된다.
건조를 거친 후에는 중간산물에 대하여 해쇄를 수행한다. 본 실시예에서 해쇄는 2가지 의미를 모두 포함한다. 하나는 중간산물을 제2입도 이하가 되도록 분쇄하는 것이고, 다른 하나는 상호 붙어 있는 입자에 충격을 주어 입자들을 낱개로 분리하는 것이다. 제2입도는 1~3mm 범위에서 결정하며, 본 실시예에서는 3mm(건조과정을 생략하는 경우)와 1mm(건조광의 경우)로 결정하였다. 제2입도가 위 범위 미만이면 분쇄에 많은 에너지가 소모되지만, 그에 따른 입도분급의 효율이 크게 증가하지는 않기 때문에 바람직하지 않다. 또한 3mm를 넘게 되면 분쇄 에너지는 작게 소모되지만 후속 공정인 입도 분급의 효과를 기대할 수 없다.
특히, 본 발명에서 해쇄를 통한 입도 조절은 사프로라이트광과 리모나이트광을 분리하는데 있어서 매우 중요한 역할을 하는데, 이는 제2입도를 어떻게 결정할 것인가의 문제로 귀결된다. 즉, 제2입도 이하로 분쇄를 수행하면 제2입도 이하에서 산물들은 다양한 입도 분포를 보이게 되는데, 제2입도 이하에서 상대적으로 굵은 입자와 미립 입자로 나뉘게 된다. 동일한 분쇄 에너지를 투입하여도 사프로라이트광과 같이 결정질이 발달한 광물은 리모나이트광과 같이 풍화가 상당히 진척되어 있는 광물에 비하여 잘게 분쇄되지 않는다. 즉, 분쇄 에너지를 최적화하면 리모나이트광과 사프로라이트광이 서로 다른 입도 범위에 위치하도록 분쇄할 수 있다. 두 개의 광물이 서로 다른 범위의 입도로 형성되면 이들의 분리가 용이해진다. 역으로, 입도 기준을 훨씬 낮추어서 과도하게 분쇄를 수행하면, 결정질인 사프로라이트광도 분쇄되어 입도가 작아짐으로써 리모나이트광과 입도에서 구별이 되지 않게 된다. 결국 결정질의 사프로라이트광과 풍화가 진행된 리모나이트광이 서로 다른 입도로 형성될 수 있도록 분쇄 정도를 조절하는 것이 매우 중요하다. 상기한 제2입도 범위는 사프로라이트광과 리모나이트광의 분쇄 에너지에 따른 입도분포에 대하여 수많은 실험을 거쳐서 얻어진 것이다. 물론 두 개의 광물 사이의 광물학적 또는 물리적 특성 차이에 대한 이론적 배경과 함께, 이를 실험을 통해 확인함으로써 상기한 제2입도 범위를 도출할 수 있었다.
본 실시예에서 해쇄는 핀밀(pin mill), 해머밀(hammer mill), 제트밀(jet mill) 중 어느 하나 또는 충격식 분쇄기를 이용하여 수행할 수 있으며, 본 실시예에서는 핀밀을 사용하였다. 보다 구체적으로 설명하면 핀밀의 출구부에 제2입도 이하의 입자를 통과시키는 스크린을 설치하고 핀밀을 동작시킨다.
해쇄를 통해 중간산물의 입도를 제2입도 이하로 조정한 상태에서 건식 분급을 수행한다. 건식분급은 물을 사용하지 않고 건조된 산물 그대로의 상태에서 분급기를 이용하여 상대적으로 무겁고 입도가 큰 산물과, 상대적으로 가볍고 입도가 작은 산물로 분리하는 선광기술을 말한다. 그리고 앞에서 설명한 바와 같이, 제2입도 이하에서 중간산물들은 상대적으로 작은 입도를 가지는 리모나이트광과 상대적으로 큰 입도를 가지는 사프로라이트광이 혼재되어 있다. 건식 분급과정에서는 위 2개의 광물을 분리하게 된다.
즉, 건식분급에서는 중간산물을 2개의 그룹, 즉 상대적 조립입자인 제1산물과 상대적 미립입자인 제2산물로 상호 분리한다. 제1산물과 제2산물은 모두 입도가 0.3~1.0mm 범위로 형성된다. 제1산물과 제2산물을 모두 포함하는 전체의 입도 분포에서 D10(입도분포상 상위 10% 누적 입도분포)에 해당하는 조립산물을 제1산물이며, 전체의 입도 분포에서 나머지 D90(입도분포상 하위 90% 누적 입도분포)를 제2산물이다.
본 실시예에서는 건식분급은 스태틱(static) 분급기, 싸이클론 등을 이용할 수 있다. 건식 분급기를 사용하여 분급을 수행할 때 가장 중요한 점은 산물을 싸이클론기에 공급할 때의 속도이다. 속도에 따라 분리되는 산물이 다르기 때문이다. 본 발명에서는 핀밀에 의하여 해쇄된 중간산물에서 리모나이트광과 사프로라이트광을 상호 분리하기 위한 건식분급 조건을 수 많은 실험을 통해 찾아 내었다. 즉, 1차 건식분급에서는 선속도를 3000~4000rpm으로 조정하여 중간산물을 분급기에 공급한다. 가볍고 입도가 작은 물질은 분급기의 상부로 배출(overflow)되고, 입도가 크고 무거운 물질은 분급기의 하부로 배출(underflow)된다.
건식분급에서 하부로 배출된 무거운 입자들(제1산물)은 조립광물로서 주로 사프로라이트 광물인 것으로 확인되었으며, 이들은 건식제련의 원료로 분류되어 후속공정에 투입될 수 있다.
건식분급에서 상부로 배출된 제2산물들은 상대적으로 미립광물로서 주로 리모나이트 광물인 것으로 확인되었으며, 이들은 습식제련의 원료로 분류되어 후속 제련공정에 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 라테라이트광을 이루는 두 개의 광물, 즉 리모나이트광과 사프로라이트광의 광물학적 특징과 물리적 특징을 이용하여 이들을 상호 분리할 수 있었다.
한편, 도 2에 도시된 실시예에서는 도 1의 공정에 추가하여 제2산물에 대하여 다시 한번 건식 분급을 수행한다. 싸이클론기를 이용하여 수행될 수 있다. 두 번째 분급에서는 주로 초미립입자를 분리하는데 초점이 맞추어진다. 본 실시예에서는 D90이 0.045~0.074mm의 입도범위, 보다 바람직하게는 0.074mm 미만의 초미립산물들을 분리해낸다.
한편, 본 발명에서 건식분급은 체질에 의한 것보다 static 분급기나 싸이클론기와 같이 기류를 이용한 분급기를 사용하는 것이 유리하다. 이는 싸이클론을 통한 분급과정에서 산물의 함수율이 저하되기 때문이다. 즉, 싸이클론기 내부에서 입자들은 고속으로 회전함으로써 탈수 효과를 얻게 되므로 싸이클론기에서 배출된 입자들의 함수율이 저하된다. 제2산물의 경우 습식제련의 원료로 사용되는데, 습식제련에서 산 침출 효율을 높이기 위해서는 산물(입자)들이 서로 엉겨 붙어 있지 않고 낱개로 분리되어 있는 것이 유리하다. 함수율이 저하되면 입자들의 분리성이 호전되기 때문이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 분리선별방법은 크게 보아 입도분리, 건조, 해쇄, 건식분급으로 이루어진다. 위 개별 분리기술들은 선광 분야에서 오래전부터 널리 사용되는 것이고, 기술적 원리는 이미 공지되어 있다. 따라서 선광기술에서 중요한 점은 기술적 원리가 아니라, 오히려 각 개별 기술요소들을 어떠한 조건에서 운용하는 것인가에 대한 것이다. 그리고 이러한 조건을 결정하기 위한 분리 대상물의 특성을 파악하는 것이다.
즉, 본 발명에서는 두 개의 광물이 지니는 광물학적 차이에 입각하여, 분쇄 입도를 결정하고, 분쇄된 입자에 대하여 싸이클론기의 조건을 결정하여 광물들이 상호 분리되게 하였다. 즉, 본 발명의 기술적 핵심은 분쇄 및 건식분급이라는 큰 카테고리 차원이 아니라, 분쇄(해쇄)의 조건과 건식분급의 조건을 결정하는 것에서 찾아야 한다.
특히 본 발명에서 해쇄과정에서의 입도의 결정과, 건식분급기를 운용할 때 기류의 조건이 핵심적인 요소라고 할 수 있다. 해쇄과정에서의 입도 결정(다르게 말하면 분쇄 정도의 결정)은 분리하고자 하는 두 개의 광물의 분쇄 특성이 반영된 결과이다. 그리고 건식 분급과정에서의 건식분급기의 속도 조건은 입도에 따라 2개의 광물을 서로 분리하기 위하여 최적화된 것이다. 본 발명에서는 상기한 과정을 거쳐 라테라이트광에서 리모나이트광과 사프로라이트광을 효과적으로 분리할 수 있다.
본 발명의 연구자들은 본 발명을 이용하여 뉴칼레도니아산 니켈라테라이트광을 습식제련 원료로 사용할 수 있는지에 대한 가능성을 알아보기 위하여 리모나이트광을 분리 선별하는 연구를 수행하였다.
구체적으로 국내에 수급되는 뉴칼레도니아산 니켈라테라이트광의 광물학적 특성 및 화학성분을 분석한 후 그 특성을 바탕으로 건조(탈수), 해쇄, 건식분급으로 구성된 선광공정을 구축하여 니켈 리모나이트광을 분리 선별하고자 하였다.
이하 자세하게 설명한다.
1. 시료 및 실험방법
1.1 시료
본 실험에서 사용한 니켈 라테라이트광은 NMC (Nickel Mining Company)사의 뉴칼레도니아 Nakety광산에서 확보한 시료이다. 도 3의 표는 뉴칼레도니아산 니켈 라테라이트광의 입도분포를 보여준다. 뉴칼레도니아산 니켈 라테라이트광의 경우 지름 5 mm 이상 입도분이 전체시료 대비 32~38 mass% 수준이다. 본 실험에서는 습식제련원료로 사용가능한 니켈 리모나이트광을 분리 선별하기 위해 5 mm 이하 입도분의 니켈 라테라이트광을 대상으로 실험을 수행하였다.
1.2 실험방법
니켈 라테라이트 원광 (-5 mm 입도분, 함수율 23%) 및 이를 105℃에서 24시간 건조한 니켈 라테라이트 건조광 (-5 mm 입도분, 함수율 9%)를 대상으로 리모나이트광을 분리선별하기 위한 건식분급 연구를 수행하였다(도 4). 5 mm 이하 입도를 갖는 니켈 라테라이트광을 충격식 분쇄기인 핀밀로 분쇄하였다. 니켈 라테라이트 원광은 높은 함수율로 인해 3 mm 이하 분쇄하였으며 니켈 라테라이트 건조광은 1 mm 이하 분쇄하였다. 이후 건식 사이클론(HEYNAU, HTRIEB)을 이용하여 1차로 건식분급한 후 조립산물(under flow)을 회수하였다. 1차 건식분급에서 얻어진 미립산물(over flow)은 건식 사이클론 운전조건을 변화시켜 재분급(2차 건식분급)한 후 미립산물(under flow)과 초미립산물(over flow)로 회수하였다. 분급기에 주입된 원시료(니켈 라테라이트 원광, 니켈 라테라이트 건조광)와 분급산물(조립산물, 미립산물, 초미립산물)의 입도별 화학성분 및 함수율을 분석하여 건식분급에 의한 광물간 분리선별 효율 및 건조효과를 규명하였다.
2. 실험결과 및 고찰
2.1 니켈 라테라이트 원광 특성분석
뉴칼레도니아산 니켈 라테라이트 원광의 경우 도 3의 표에 나타낸 바와 같이 지름 25mm 이상 입도분이 전체함량의 17~18%를 차지한다. 지름 25 mm 이상 입도분은 대부분 조암광물로서 습식공정에 투입될 경우 최종 슬러지 발생량을 증가시켜 단위공정 비용을 증가시킨다. 따라서 본 연구에서는 지름 25 mm 이하 입도분을 대상으로 입도에 따른 광물조성 및 화학성분을 각각 XRD와 XRF를 이용하여 분석하였다.
도 5에 입도에 따른 X-ray 회절 패턴을 나타내었다. 13~25 mm 입도분에서 사프로라이트의 주구성광물인 리자다이트 피크가 확인되었다. 지름 5 mm 이하 입도분에서는 리모나이트의 주구성광물인 침철석과 윌렘사이트가 확인되었다. 앞에서 설명하였듯이 리모나이트광은 지표부근에 위치하고 있어 풍화된 미립자로 존재하고 사프로라이트광은 하부에서 비교적 큰 결정질 입자로 존재한다. 뉴칼레도니아산 니켈 라테라이트 원광의 경우 지름 5 mm 이상 입도분에서는 사프로라이트형 광석이 5 mm 이하 입도분에서는 산화 광석이 주로 존재하는 것을 확인하였다. 도 6의 표에 XRF로 측정한 입도별 화학성분을 요약하였다. 5 mm 이상 입도분의 Mg+Si 함량은 평균 12.73%로 5 mm 이하 입도분 평균인 6.04%에 비해 높다. 이는 5 mm 이상 입도분에는 Si 및 Mg 성분이 높은 사프로라이트형 광석이 주로 존재하는 것을 의미한다. 따라서 5 mm 이하 입도분을 대상으로 습식제련 원료로 사용가능한 리모나이트광을 분리선별하는 실험을 수행하였다.
2.1 니켈 라테라이트 원광 분급
뉴칼레도니아산 니켈 라테라이트 원광 (-5 mm 입도분)을 핀밀(-3 mm)로 분쇄하였다. 니켈 라테라이트 원광을 핀밀 분쇄시 3 mm 체를 도입한 이유는 원광의 높은 함수율로 인해 낮은 입도 체를 도입하면 뭉침 현상이 발생하기 때문이다. 핀밀로 분쇄한 니켈 라테라이트 원광의 함수율과 XRF로 분석한 화학조성을 도 7의 표에 나타내었다. 니켈 라테라이트 원광의 함수율은 23% 이며 니켈 품위는 1.06% 이다.
핀밀로 분쇄한 니켈 라테라이트 원광을 건식분급기의 선속도를 3000 rpm하여 1차 분급하였다. 1차 분급을 통해 under flow되는 조립산물(corse)을 회수하였고 over flow된 미립산물은 건식분급기의 선속도를 4000 rpm으로 향상시켜 재분급하였다. 재분급에서 under flow되는 미립산물(fine)과 over flow된 초미립산물(ultra fine)을 각각 회수하였다. 건식분급으로 회수한 산물의 입도분포 및 입도에 따른 화학성분, 함수율을 분석하였다 (도 8의 표).
조립산물은 투입된 전체시료 대비 5.8% 산출되었다. 조립산물의 품위는 Ni 0.67%이며 함수율은 13.4%인데, 낮은 니켈 품위 및 함수율은 조립산물에 조암광물이 많이 함유되어 있기 때문이라 사료된다.
미립산물은 전체시료 대비 46.5% 산출되었다. 0.6~0.074 mm 입도에서 전체미립산물의 90.3%가 회수되었다. 미립산물의 평균 품위는 Ni 1.27%이며 원광의 Ni 1.06%에 비해 향상되었다. 미립산물의 함수율은 19.2%로 원광의 23.0%에 비해 감소하였으며 이는 건식 분급기내 기류로 인한 탈수효과에 의한 것이라 사료된다. 습식제련공정에 투입되는 니켈 산화광은 침출에 앞서 건조 및 예비환원 배소공정을 거치게 된다. 건식분급기 내 기류로 인해 부수적으로 얻어지는 분급산물의 탈수효과는 습식제련 공정비용을 저감시킬 수 있을 것으로 사료된다.
2차 건식분급 공정에서 over flow로 얻어지는 초미립산물은 대부분 0.15 mm 이하 입도를 가진다. 초미립산물의 니켈품위는 1.29%로 미립산물과 비슷한 수준이지만 함수율은 평균 6.7% 수준으로 원광의 23.0% 대비 크게 감소하였다. 이는 입도가 낮을수록 건식분급에 의한 건조효과가 높음을 의미한다.
3.2 니켈 라테라이트 건조광 분급
전술한 바와 같이 뉴칼레도니아산 니켈 라테라이트 원광을 105℃에서 24시간 건조하였다. 니켈 라테라이트 건조광의 함수율은 9.1%이다. 니켈 라테라이트 건조광 (-5 mm 입도분)을 핀밀 (-1 mm)으로 분쇄한 후 XRF로 화학성분을 분석하였다 (도 9의 표).
니켈 라테라이트 건조광을 원광과 동일하게 건식분급기 선속도를 3000 rpm으로 건식분급하여 under flow되는 조립산물(corse)을 회수하였으며 over flow되는 미립산물은 건식분급기 선속을 4000 rpm으로 재분급하여 미립산물(fine)과 초미립산물(ultra fine)을 회수하였다.
도 10의 표를 참고하면, 조립산물은 투입된 전체시료 대비 0.1% 산출되었다. 미립산물은 전체시료 대비 18.4% 산출되었으며 초미립산물은 81.5% 산출되었다. 니켈 라테라이트 건조광의 경우 초미립산물 산물의 산출양이 높은 이유는 낮은 함수율 (9.1%)로 인해 원광에 비해 미분쇄 되었기 때문이라 사료된다. 미립산물의 경우 전체 미립산물의 93%가 0.6~0.074 mm 입도에서 산출되었으며, 초미립산물의 경우 0.15 mm 이하에서 전체 초미립산물의 71.7%가 산출되었다. 미립산물과 초미립산물의 함수율은 약 2.5% 수준이다. 미립산물과 초미립산물의 니켈 품위는 각각 1.14% 및 1.25%로서 원광 1.06% 대비 향상되었다. 라테라이트 건조광을 건식분급하여 얻어진 초미립산물은 투입시료 대비 니켈 품위가 향상되었을 뿐만 아니라 함수율 및 Si+Mg 함량도 감소하여 습식제련공정 투입용 원료광물로서 품위가 향상되었음을 의미한다. 초미립산물의 산출율은 투입시료 대비 81.5% 수준으로 니켈 라테라이트 원광을 건조하여 건식분급할 경우 건조하지 않은 니켈 라테라이트 원광에 비해 고품위 습식제련 원료를 더욱 많이 공급할 수 있음을 의미한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 라테라이트광으로부터 리모나이트광과 사프로라이트광을 분쇄(해쇄) 및 건식분급만으로 매우 간단하게 상호 분리할 수 있다. 이에 따라 저품위 리모나이트광 원광에 혼합되어 있는 사프로라이트광을 분리하여 품위가 향상된 리모나이트광을 얻을 수 있다. 또한, 리모나이트광과 사프로라이트광의 함량이 비슷한 경우에는 이들을 각각 분리하여 습식제련 및 건식제련의 원료로 공급할 수 있다.
특히, 리모나이트광으로부터 사프로라이트광을 분리함으로써 습식제련의 산침출에 있어서 저해가 되는 마그네시아 등을 제거할 수 있으며, 실리카와 같은 잔사의 양을 줄일 수 있어 경제적인 습식제련이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 싸이클론기를 이용하여 건식으로 분급을 수행함으로써 산물의 함수율이 저하되는 바 산물들이 낱개로 분리되어 비표면적이 넓어짐으로써 산 침출 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (12)

  1. 라테라이트 원광으로부터 사프로라이트광과 리모나이트광을 상호 분리하기 위한 방법으로서,
    (a)상기 라테라이트 원광에 대한 입도분리를 통해 제1입도 초과의 맥석과, 제1입도 이하의 중간산물을 상호 분리하는 단계;
    (b)상기 중간산물의 수분을 제거하는 건조단계;
    (c)상기 중간산물이 제2입도 이하가 되도록 해쇄하는 단계; 및
    (d)상기 해쇄된 중간산물을 분급하여 제1산물과 제2산물로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 롤러스크린을 이용한 1차 분리단계와, 상기 1차 분리단계에서 산출된 상대적 미세산물에 대하여 트롬멜스크린을 이용하여 제1입도를 기준으로 분리하는 2차 분리단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 분리단계에서는 입도 20~30mm를 기준으로 라테라이트 원광을 분리하고, 상기 2차 분리단계에서는 상기 미세산물에 대하여 입도 5~10mm를 기준으로 분리하는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1입도는 5~10 mm 이하인 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 상기 중간산물의 함수율을 30~40% 이하가 되도록 건조하는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계의 제2입도는 1~3mm 범위인 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서는 핀밀(pin mill), 해머밀(hammer mill), 제트밀(jet mill) 중 어느 하나를 이용하여 해쇄를 수행하는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서의 분급을 통해 배출된 상기 제1산물과 제2산물은 0.3~1.0mm의 입도 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1산물과 제2산물은 각각 입도분포곡선에서 D10(입도누적분포상 상위 10%)과 D90(입도누적분포상 하위 90%)에 해당하는 산물인 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계 이후, 상대적으로 미세한 입자인 상기 제2산물에 대하여 건식 싸이클론기를 통해 제3입도 이하의 초미립산물은 분리하는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3입도는 0.045~0.074mm 범위인 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1산물은 사프로라이트광으로 분류하며, 상기 제2산물은 리모나이트광으로 분류하는 것을 특징으로 하는 라테라이트광 분리선별 방법.
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