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admin

2017-01-11 15:59:27

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비철금속제련[nonferrous extractive metallurgy]

금속제련 중에서 제철 및 제강제련을 제외한 분야를 가리킨다. 비철제련에서 생산되는 금속 중 비교적 소비량이 많은 것은 알루미늄, 구리, 아연, 납 등이다. 그러나 철강의 소비량과 비교하면 모두 작다고(중량비로 1/40이하) 할 수 있다. 따라서 제련설비도 제철 및 철강제련인 것에 비하면 소규모이다.

비철제련을 그룹으로 나누면 구리, 아연, 납, 니켈과 같이 주로 황화광에서 제련되는 것, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨 등 용융염전해를 하고 금속을 얻는 것, 티탄, 지르코늄, 니오브 등과 같이 일단 할로겐화물로 한 후 나트륨이나 마그네슘 등으로 환원하는 것, 탄소환원에 의해 페로알로이(철과의 합금)로 제조되는 페로니켈, 페로실리콘 등이 있다.

황화광에서 제련되는 금속에서는 구리에 대해 황동석(CuFeS2)을 자용로(☞구리자용로)와 전로를 이용하여 단계적으로 산화하여 조동(粗銅)으로 한다. 아연은 섬아연석(ZnS)을 배소하여 ZnO로 하고 이것을 황산으로 침출하여 전해채취하거나 탄소환원하여 금속증기로 휘발시켜 회수한다. 납도 방연석(PbS)을 배소하여 PbO로 한 후 탄소환원하여 조연(粗鉛)을 얻는다. 건식법으로 얻어진 이들 조금속은 다시 전해정련 등의 과정으로 금, 은, 백금속, 비소, 안티몬, 비스무트, 셀렌, 텔루르, 카드뮴 등을 부산(副産)한다.

알루미늄의 제련에서는 우선 원료인 보크사이트를 가압 가마에 넣고 수산화나트륨 용액을 이용하여 알루미산소다(NaAlO2)로 침출하고, 이어서 그 액을 희석하여 순도가 높은 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 석출시킨다(바이어법). 이 Al(OH)3를 구워서 알루미나(Al2O3)로 하고, 빙정석(Na3AlF6)을 가하여 카본을 양극에 약 950℃로 용융염전해함으로써 금속알루미늄을 얻는다(홀에루법). 그러나 알루미늄 1톤의 제조에 약 14000kW․h의 전력을 필요로 하기 때문에 전력이 고가인 일본에서는 사용되고 있지 않다. 마그네슘은 마그네사이트(MgCO3), 돌로마이트(CaCO3․MgCO3) 등의 광석이나 바닷물에서 얻어지고, 우선 산화마그네슘(MgO)으로 한 것을 코크스와 염소로 약 1000℃에서 반응시켜 MgCl2를 생성시키고 이것을 용융염전해로서 금속마그네슘을 얻는다. 이 프로세스도 전력을 많이 필요로 하기 때문에 일본에서는 페로실리콘으로 MgO를 환원하여 마그네슘 증기를 발생시키고 이것을 응축시키는 방법(피존법)이 이루어지고 있다.

티탄은 금홍석(TiO2), 티탄철석(FeTiO2) 으로 철을 환원제거한 티탄슬래그를 원료로 하고, 코크스와 염소를 약 1000℃에서 반응시켜 사염화티탄으로 하여 휘발시킨다. 이것을 증류 등으로 불순물을 제거한 후 마그네슘으로 환원하면 스펀지티탄이라고 불리우는 금속티탄이 얻어진다. 남은 마그네슘과 염화마그네슘은 진공제거되고, 스펀지티탄은 아크용해되어 고순도의 티탄잉곳이 된다.