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기술지식/재료금속열처리

건식제련[pyrometallurgy]

노구라 2018.07.25 18:00

고온에서 화학반응을 이용하고 수용액을 사용하지 않는 제련법의 총칭. 


간략히 건식법이라고도 부른다. 


가장 대표적인 것은 탄소환원제련으로 금속의 대표라고도 할 수 있는 철은 이 방법으로 대량 생산된다. 


일반적으로는 산화, 환원, 상분리, 휘발, 증류 등을 적소에 조합시켜서 제련이 이루어진다. 


습식제련과 조합되고 있는 프로세스도 많다.


건식제련프로세스의 대략의 흐름은 정광(精鑛)을 전처리하는 단계, 조금속을 얻는 단계, 순도를 높이는 단계로 나


누어진다. 


채굴된 광석은 우선 품위(목적으로 하는 금속의 농도)를 높이기 위해 선광이 이루어지는데, 보통 이것은 건식법의 


범주에 포함되지 않는다. 


선광에 의해 얻어진 정광의 전처리에 흔히 쓰이는 조작은 배소(焙燒)이다. 


이것은 광석 등을 용융하지 않을 정도의 온도로 가열하고 반응을 이루게 하는 것으로, 


얻어진 것의 형태에 따라 산화배소, 환원배소, 염화배소, 황산화배소 등이 있다. 


아연이나 납의 제련에서는 황화물의 정광을 산화배소한 후 용련로에 넣어 탄소환원을 한다. 


또 배소와 함께 소결을 일으켜 다음 용련로로의 장입에 조건이 좋은 형태로 하는 것도 흔히 이루어진다. 


제련의 중간생성물을 배소하는 것도 흔히 이루어지는 조작이다.


조금속을 얻는 방법에서는 산화물을 탄소 등으로 환원하는 방법이 가장 흔히 쓰이고 있다. 


용광로*, 전기로* 등의 용련로에 코크스나 용제 모두 장입하고 고온에서 환원하여 목적금속을 융체로 얻는다. 


용제는 광석 중의 맥석성분과 결부되어 산화물융체상(슬래그*) 등을 형성한다. 불순물원소는 가능한 한 그 안에서 


흡수되도록 한다. 



노에서 금속융체와 슬래그를 취출 분리한다. 


철, 납, 주석, 실리콘, 크롬 등이 이 방법으로 환원된다. 


아연과 같이 휘발하기 쉬운 금속은 노에서 발생하는 금속증기를 응집시켜서 얻는다. 


또 철합금(페로얼로이*)의 형태로 페로니켈, 페로크롬, 페로실리콘, 페로망간이 탄소환원에 의해 제조되는데 


주로 철강의 합금용에 쓰인다. 


합금으로 환원하는 경우 일반적으로 제련이 쉬워진다. 


또 구리는 황화광을 산화하는 조작만으로 조금속이 얻어진다. 


광석에서 목적금속을 할로겐(염소, 플루오르 등)화물로서 기체 또는 액체상태로 정제한 후 


나트륨, 마그네슘 등의 알칼리금속, 알칼리토류금속으로 환원하는 방법이 


티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄의 제조에 쓰인다. 


또 알루미늄, 알칼리금속(리튬, 나트륨, 칼륨 등), 알칼리토류금속(마그네슘, 칼슘 등), 


희토류(사마륨, 네오디뮴 등)는 


용융염전해법에 의한 환원채취가 대부분 채용되고 있다. 


조금속의 순도를 올리는데 흔히 이루어지는 것은 우선 조금속 중의 불순물을 산화하여 제거하는 


방법이다. 


또 불순물이 기체가 되기 쉬우면 휘발에 의한 제거가 가능하다. 


그렇지 않는 경우는 용융조금속에 제거하고자 하는 불순물을 흡수하기 쉬운 용제를 


첨가하여 용제와 불순물을 금속에서 분리한다. 


이것은 대량 금속의 정제처리에 유효한 방법으로 철강 중의 인(燐) 제법은 이 방법에서 효율적으로 이루어진다. 


증류에 의한 정제․분리법으로는 아연에서 카드뮴분리가 이루어지고 있다. 


또 조금속을 일단 염화물 등으로부터 증류하고, 그 후 수소환원하는 방법이 실리콘으로 이루어지고 있다. 


그 밖에 금속의 건식에 의한 정제법에는 진공아크용해법, 전자빔용해법, 존멜팅*(대역정제법) 등이 있다. 


건식법은 일반적으로 대량 생산에 적합한 방법으로 연료 또는 환원제로서 탄제(석탄, 코크스 등)를 사용하는 경우 


에너지단가가 저렴하다는 이점이 있다. 


그러나 진공아크용해법이나 존멜팅 등 고순도 재료를 얻기 위한 프로세스는 대량의 금속을 처리하는 데 부적합하다. 


금속의 종류, 용도에 맞춰서 습식법도 조합시킨 제련법이 각각 채용된다.

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