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KR102163821B1 - A method for reducing metallic oxide by using biomass containg volatile material - Google Patents

A method for reducing metallic oxide by using biomass containg volatile material Download PDF

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KR102163821B1
KR102163821B1 KR1020170175449A KR20170175449A KR102163821B1 KR 102163821 B1 KR102163821 B1 KR 102163821B1 KR 1020170175449 A KR1020170175449 A KR 1020170175449A KR 20170175449 A KR20170175449 A KR 20170175449A KR 102163821 B1 KR102163821 B1 KR 102163821B1
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biomass
metal oxide
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reduction
volatile
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한길수
이병필
박진균
우광선
이재영
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주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 바이오매스를 이용한 금속 산화물의 환원방법을 제공하며, 본 발명에 의한 환원방법으로 금속 산화물을 환원하는 경우 바이오매스에 포함된 탄소 성분 및 휘발성 물질의 환원 효율을 상승시키고 환원제 잔재물을 감소시키는 효과가 있다.The present invention provides a method for reducing metal oxides using biomass, and when reducing metal oxides by the reduction method according to the present invention, the reduction efficiency of carbon components and volatile substances contained in the biomass is increased, and reducing agent residues are reduced. It works.

Figure R1020170175449
Figure R1020170175449

Description

휘발성 물질이 포함된 바이오매스를 이용한 금속 산화물의 환원방법{A METHOD FOR REDUCING METALLIC OXIDE BY USING BIOMASS CONTAING VOLATILE MATERIAL}Method for reducing metal oxides using biomass containing volatile substances{A METHOD FOR REDUCING METALLIC OXIDE BY USING BIOMASS CONTAING VOLATILE MATERIAL}

본 발명은 휘발성 물질이 포함된 바이오매스를 이용한 금속 산화물의 환원방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing metal oxides using biomass containing volatile substances.

금속 산화물을 환원하기 위하여 여러 가지 환원제가 사용되고 있으며, 주로 탄소와 같은 고체 환원제 및 수소 또는 일산화탄소와 같은 가스 환원제 또는 이들을 혼합한 형태의 환원제를 사용하고 있다. Various reducing agents are used to reduce metal oxides, and a solid reducing agent such as carbon and a gas reducing agent such as hydrogen or carbon monoxide, or a reducing agent in the form of a mixture thereof are mainly used.

예를 들어 하기와 같이 휘발성 물질(VM, Volatile Material)을 포함하는 고체 환원제인 석탄과 함께 금속 산화물을 고온에서 환원하는 경우 탄소에 의한 환원뿐만 아니라 승온 과정에서 발생하는 휘발성 물질인 수소, 일산화탄소 등의 환원 가스에 의한 환원 반응도 진행된다. For example, in the case of reducing metal oxides at high temperature together with coal, which is a solid reducing agent containing a volatile material (VM, volatile material) as follows, not only the reduction by carbon, but also hydrogen, carbon monoxide, which are volatile substances generated during the heating process, The reduction reaction by reducing gas also proceeds.

Fe2O3 + 1.5C 2Fe + 1.5CO2 Fe 2 O 3 + 1.5C 2Fe + 1.5CO 2

Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2OFe 2 O 3 + 3H 2 2Fe + 3H 2 O

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2

상기와 같이 석탄의 탄소 성분에 의해 산화철이 금속철로 환원될 뿐만 아니라 휘발성 물질인 수소 및 일산화탄소에 의해 산화철이 금속철로 환원되는 것이다. As described above, not only iron oxide is reduced to metallic iron by the carbon component of coal, but also iron oxide is reduced to metallic iron by hydrogen and carbon monoxide, which are volatile substances.

다만, 상기의 경우 금속 산화물의 환원을 위한 승온 과정에서 발생하는 휘발성 물질이 상대적으로 저온에서 증발되어 휘발성 물질의 환원 효율을 저감시킬 수 있다. 즉 금속 산화물과 함께 고체 환원제가 환원로에 투입될 경우 금속 산화물의 환원을 위한 승온 과정 중 금속 산화물이 환원될 수 없는 저온에서 휘발성 물질이 증발되어 버린다. 따라서 상기 휘발성 물질은 금속 산화물을 환원시키지 못하고 환원로에서 배기 가스로 배출되며 이로 인해 휘발성 물질의 환원 효율이 저감된다. However, in the above case, the volatile material generated during the heating process for reduction of the metal oxide is evaporated at a relatively low temperature, so that the reduction efficiency of the volatile material may be reduced. That is, when a solid reducing agent along with a metal oxide is introduced into the reduction furnace, volatile substances are evaporated at a low temperature where the metal oxide cannot be reduced during the heating process for reduction of the metal oxide. Accordingly, the volatile material cannot reduce the metal oxide and is discharged from the reduction furnace as exhaust gas, thereby reducing the reduction efficiency of the volatile material.

또한 상대적으로 낮은 온도에서 환원이 필요한 경우 고체 환원제에 포함된 고정 탄소(fixed carbon)가 반응에 거의 참여하지 못하고 대부분이 잔재물인 고체 탄소의 형태로 남게 된다. 따라서 고체 환원제의 효율성이 감소되고 고체 탄소 형태 잔재물의 후처리 등의 문제가 발생한다.In addition, when reduction is required at a relatively low temperature, fixed carbon contained in the solid reducing agent hardly participates in the reaction, and most of them remain in the form of solid carbon as a residue. Accordingly, the efficiency of the solid reducing agent is reduced, and problems such as post-treatment of solid carbon form residues occur.

따라서 금속 산화물의 환원 반응 후 환원제의 잔재물을 줄이고, 고온의 환원 공정에서 휘발성 물질을 효율적으로 사용하기 위한 금속 산화물의 환원 방법이 요구된다.Accordingly, there is a need for a method of reducing metal oxides to reduce the residuals of the reducing agent after the reduction reaction of the metal oxides and to efficiently use volatile substances in a high-temperature reduction process.

이에 본 발명의 한 측면은, 휘발분을 포함하는 바이오매스를 이용하여 금속 산화물을 환원하는 방법을 제공한다.Accordingly, one aspect of the present invention provides a method for reducing metal oxides using biomass containing volatile components.

본 발명의 일 견지에 따르면, 휘발성 물질이 포함된 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하는 단계, 상기 분리 및 획득한 휘발성 물질 및 휘발성 물질이 일부 제거된 고체 환원제의 잔재물을 이용하여 금속 산화물을 환원하는 단계를 포함하는 금속 산화물 환원 방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, the steps of separating and obtaining volatile substances from biomass containing volatile substances, and reducing metal oxides by using the separated and obtained volatile substances and residues of a solid reducing agent from which volatile substances are partially removed. It provides a metal oxide reduction method comprising the step of.

상기 휘발성 물질의 분리 및 획득은 100 내지 600℃에서 수행될 수 있다.Separation and acquisition of the volatile material may be performed at 100 to 600°C.

상기 휘발성 물질을 바이오매스로부터 분리 및 획득하기에 앞서 상기 바이오매스 및 상기 금속 산화물을 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Prior to separating and obtaining the volatile material from the biomass, it may further include mixing the biomass and the metal oxide.

상기 휘발성 물질은 상기 바이오매스 및 상기 금속 산화물의 혼합물로부터 분리 및 획득할 수 있다.The volatile material may be separated and obtained from the mixture of the biomass and the metal oxide.

상기 바이오매스 및 금속 산화물을 투입하기에 앞서 바이오매스 및 금속 산화물로부터 수분을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Prior to the introduction of the biomass and metal oxide, the step of removing moisture from the biomass and metal oxide may be further included.

상기 금속 산화물을 환원하는 단계는 600 내지 1000℃에서 수행될 수 있다.The step of reducing the metal oxide may be performed at 600 to 1000°C.

상기 환원은 환원로에 상기 휘발성 물질의 이동 방향과 상기 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스의 잔재물 및 금속 산화물의 투입 방향을 향류 처리로 투입하여 수행할 수 있다.The reduction may be performed by introducing the direction of movement of the volatile substances into the reduction furnace, the direction of the remnants of the biomass from which the volatile substances are partially removed, and the direction of inputting metal oxides through countercurrent treatment.

본 발명에 따른 휘발성 물질이 포함된 바이오매스를 이용한 금속 산화물의 환 원방법은 바이오매스에 포함된 휘발성 물질의 환원 효율을 높이고, 환원 후 발생하는 바이오 매스의 잔재물을 감소시키는 효과가 있다.The method for reducing metal oxides using biomass containing volatile substances according to the present invention has an effect of increasing the reduction efficiency of volatile substances contained in the biomass and reducing biomass residues generated after reduction.

도 1은 가열로에 커피박을 투입한 후 승온함에 따라 배출되는 휘발성 물질의 배출량(g)을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 휘발성 물질을 포함하는 바이오매스를 이용하여 금속 산화물을 환원하는 기본적인 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하는 단계에 앞서 상기 바이오매스 및 금속 산화물을 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 바이오매스 및 금속 산화물을 혼합하는 공정과 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리하는 공정을 하나의 단계에서 수행하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 5 및 6은 바이오매스 및 금속 산화물을 투입하기에 앞서 상기 바이오매스 및 금속 산화물에 포함된 수분을 제거하는 공정을 나타낸 도면이다.
1 is a graph showing the discharge amount (g) of volatile substances discharged as the temperature rises after adding coffee foil to a heating furnace.
2 is a view showing a basic process of reducing metal oxides using biomass containing volatile substances according to the present invention.
3 is a view showing a process further including mixing the biomass and the metal oxide prior to the step of separating and obtaining a volatile material from the biomass according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a process of performing a process of mixing biomass and metal oxide and a process of separating volatile substances from biomass in one step according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams showing a process of removing moisture contained in the biomass and metal oxide prior to introducing the biomass and metal oxide.

도 2는 휘발성 물질이 포함된 바이오매스를 이용하여 금속 산화물을 환원하는 공정에 대한 개략적인 모식도를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 도 2와 같이 금속 산화물을 환원하기에 앞서 휘발성 물질을 포함하는 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리하는 공정을 수행할 수 있다.2 shows a schematic schematic diagram of a process of reducing metal oxides using biomass containing volatile substances. According to a preferred embodiment of the present invention, a process of separating volatile substances from biomass including volatile substances may be performed prior to reduction of metal oxides as shown in FIG. 2.

보다 상세하게 휘발성 물질이 포함된 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하는 단계, 상기 분리 및 획득한 휘발성 물질 및 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스의 잔재물을 이용하여 금속 산화물을 환원할 수 있다. In more detail, the step of separating and obtaining volatile substances from biomass containing volatile substances, and the metal oxide may be reduced using the separated and obtained volatile substances and residues of the biomass from which volatile substances are partially removed.

상기 금속 산화물은 산소와 결합한 각종 금속 화합물을 총칭하는 것으로서, 예를 들어, 산화니켈, 산화철, 산화칼슘, 산화마그네슘 등이 있다.The metal oxide is a generic term for various metal compounds bonded with oxygen, and includes, for example, nickel oxide, iron oxide, calcium oxide, and magnesium oxide.

상기 바이오매스는 고체 환원제로서 환원 반응 후 잔재물인 고정 탄소 또는 에쉬를 감소시키기 위해 휘발성 물질을 다량 포함하는 바이오매스를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 바이오매스는 휘발성 물질을 40% 이상 다량 포함하는 것으로서 예를 들어, 커피박, 커피 찌꺼기, 쌀겨, 땅콩껍질, 톱밥 및 폐목재 등이 있다. As the biomass, it is preferable to use a biomass containing a large amount of volatile substances to reduce fixed carbon or ash, which is a residue after the reduction reaction as a solid reducing agent. At this time, the biomass contains 40% or more of volatile substances in a large amount, and includes, for example, coffee meal, coffee grounds, rice bran, peanut shells, sawdust, and waste wood.

상기 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리하지 않고 바이오매스와 금속 산화물을 혼합하여 곧바로 승온하는 경우 승온 과정에서 휘발성 물질의 대부분이 증발하고 금속 산화물을 환원시키지 못한 채 환원로에서 배출되어 환원제로서의 효율이 저감하는 문제가 있다. When the temperature is immediately raised by mixing the biomass and the metal oxide without separating the volatile substances from the biomass, most of the volatile substances are evaporated during the heating process and discharged from the reduction furnace without reducing the metal oxide, reducing the efficiency as a reducing agent. there is a problem.

이에, 본 발명은 상기 휘발성 물질을 분리하여 획득하는 단계를 포함한다. 상기 바이오매스를 가열로에 투입하고 100 내지 600℃로 승온함으로써 분리 및 획득할 수 있다. Thus, the present invention includes the step of separating and obtaining the volatile material. It can be separated and obtained by putting the biomass into a heating furnace and raising the temperature to 100 to 600°C.

상기 바이오매스를 바로 금속 산화물을 환원하는데 사용하기에 앞서, 바이오매스를 100 내지 600℃로 가열하여 휘발성 물질을 별도로 분리 및 획득하고, 상기 획득한 휘발성 물질 및 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스 잔재물을 금속 산화물을 환원하는 단계에 투입함으로써 바이오매스에 포함된 휘발성 물질의 환원 효율을 향상시킬 수 있다. Before using the biomass to directly reduce metal oxides, the biomass is heated to 100 to 600°C to separate and obtain volatile substances, and the obtained volatile substances and biomass residues from which volatile substances are partially removed The reduction efficiency of volatile substances contained in the biomass can be improved by introducing the metal oxide to the reducing step.

도 1은 가열로에 커피박을 투입 후 승온함에 따라 배출되는 휘발성 물질의 배출량(g)을 나타낸 그래프이다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 바이오매스인 커피박을 가열로에 투입하고 승온하는 경우 휘발성 물질인 수소, 일산화탄소 등이 100 내지 600℃에서 대부분 배출되고 600℃ 이상의 고온에서는 배출량이 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다. 1 is a graph showing the discharge amount (g) of volatile substances discharged as the temperature rises after adding coffee foil to a heating furnace. As can be seen from FIG. 1, in the case of adding biomass, coffee meal, to a heating furnace and raising the temperature according to an embodiment of the present invention, volatile substances such as hydrogen and carbon monoxide are mostly discharged at 100 to 600° C. and above 600° C. At high temperatures, it can be seen that the emissions are significantly reduced.

따라서 100 내지 600℃에서 배출되는 휘발성 물질을 별도로 분리 및 획득하는 경우, 상기 금속 산화물을 환원하기 위해 600℃ 이상의 고온으로 승온하는 과정에서 휘발성 물질이 증발되어 배출됨으로써 환원 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 상기 온도 범위를 벗어나는 경우 바이오매스로부터 휘발성 물질의 배출이 원활하지 않은 점에서 바람직하지 않다.Therefore, in the case of separating and obtaining the volatile substances discharged at 100 to 600°C separately, the reduction efficiency can be prevented from being reduced as the volatile substances are evaporated and discharged in the process of raising the temperature to 600°C or higher to reduce the metal oxide. have. If the temperature is out of the above range, it is not preferable because volatile substances are not discharged smoothly from the biomass.

상기 휘발성 물질은 도 3과 같이 바이오매스 및 금속 산화물을 혼합한 혼합물로부터 분리 및 획득할 수 있고, 또는 도 4와 같이 상기 바이오매스 및 상기 금속 산화물을 혼합하는 공정과 휘발성 물질을 분리 및 획득하는 공정을 동시에 진행하면서 분리 및 획득할 수 있다. 이때 상기 바이오매스 및 금속 산화물의 혼합 비율은 휘발성 물질의 함량 및 금속 산화물의 조성에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 커피박 10kg 및 산화철 분말 100kg을 혼합할 수 있다. The volatile material may be separated and obtained from a mixture of biomass and metal oxide as shown in FIG. 3, or a process of mixing the biomass and metal oxide and a process of separating and obtaining volatile material as shown in FIG. It can be separated and acquired while simultaneously proceeding. In this case, the mixing ratio of the biomass and the metal oxide may be adjusted according to the content of the volatile material and the composition of the metal oxide. For example, 10 kg of coffee meal and 100 kg of iron oxide powder may be mixed.

한편 상기 바이오매스 및 금속 산화물을 혼합 및/또는 가열하기에 앞서 바이오매스 및 금속 산화물로부터 수분을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 금속 산화물 및 휘발성 물질이 다량 포함된 바이오매스의 수분 함량이 높은 경우에는 금속 산화물을 환원하기 위해 승온하는 과정에서 수증기가 발생하여 금속 산화물의 환원 반응을 방해할 수 있다. Meanwhile, prior to mixing and/or heating the biomass and the metal oxide, the step of removing moisture from the biomass and the metal oxide may be further included. When the water content of the biomass containing a large amount of metal oxides and volatile substances is high, water vapor may be generated in the process of raising the temperature to reduce the metal oxide, thereby interfering with the reduction reaction of the metal oxide.

금속 산화물 및 바이오매스를 혼합 및/또는 가열하는 공정에 앞서 수분을 제거하기 위해 도 5 및 도 6과 같이 바이오매스 및 금속 산화물을 건조할 수 있다. 이때 바이오매스로부터 휘발성 물질이 증발되는 온도 이하의 온도에서 건조할 수 있다. Before the process of mixing and/or heating the metal oxide and the biomass, the biomass and the metal oxide may be dried as shown in FIGS. 5 and 6 to remove moisture. At this time, it may be dried at a temperature equal to or lower than the temperature at which volatile substances evaporate from the biomass.

상기 건조는 금속 산화물을 소성함으로써 수행할 수 있으며, 상기 금속 산화물의 종류에 따라 소성 온도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 함니켈 리모나이트(nickeliferous limonite: (Fe,Ni)O(OH)·nH2O)로부터 흡착수 제거를 위해 150℃로 소성할 수 있으며, 고싸이트(Goethite, α-FeO(OH))로부터 결정수를 제거하기 위해 400℃에서 소성할 수 있다. The drying may be performed by firing the metal oxide, and the firing temperature may be adjusted according to the type of the metal oxide. For example, it can be calcined at 150°C to remove adsorbed water from nickelliferous limonite ((Fe,Ni)O(OH)·nH 2 O), and goethite (α-FeO(OH) It can be fired at 400°C to remove crystal water from ).

상기 획득한 휘발성 물질과 함께 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스 잔재물을 이용하여 금속 산화물을 환원할 수 있다. The metal oxide may be reduced by using the obtained volatile material and the biomass residue from which the volatile material is partially removed.

상기 금속 산화물을 환원하는 단계는 600 내지 1000℃에서 수행될 수 있다.The step of reducing the metal oxide may be performed at 600 to 1000°C.

상기 금속 산화물의 환원 온도가 600℃ 미만인 경우에는 금속 산화물이 환원되기 어려운 저온인바 상기 금속 산화물을 환원시키지 못한 바이오매스는 고체 탄소 등의 잔재물로 남게 된다. 따라서 후처리 공정이 별도로 필요하여 본 발명에 따른 효율성 측면에서 바람직하지 않다. 1000℃를 초과하는 경우에는 금속 산화물의 환원이 더 이상 진행되지 않아 경제적인 측면에서 바람직하지 않다. When the reduction temperature of the metal oxide is less than 600°C, since the metal oxide is at a low temperature where it is difficult to reduce, the biomass that cannot reduce the metal oxide remains as a residue such as solid carbon. Therefore, a separate post-treatment process is required, which is not preferable in terms of efficiency according to the present invention. If it exceeds 1000°C, the reduction of the metal oxide does not proceed any more, which is not preferable from the economic point of view.

이때 상기 환원은 환원로에서 진행되며 상기 휘발성 물질의 이동 방향과 상기 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스의 잔재물 및 금속 산화물의 투입 방향을 향류 처리(counter flow)함으로써 환원의 효율성을 향상시킬 수 있다.In this case, the reduction is performed in a reduction furnace, and the efficiency of reduction may be improved by counter-flowing the direction of movement of the volatile substances and the direction of introduction of the remnants of the biomass and metal oxides from which the volatile substances are partially removed.

예를 들어, 상기 환원로는 로터리 킬른(Rotary kiln) 형태의 수평식 환원로일 수 있다. 상기 수평식 환원로의 한쪽 끝에 상기 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스의 잔재물 및 금속 산화물을 투입하고 휘발성 물질을 상기 바이오매스의 잔재물 및 금속 산화물을 투입한 방향과 마주보는 반대쪽 끝 방향으로 투입할 수 있다.For example, the reduction furnace may be a horizontal reduction furnace in the form of a rotary kiln. At one end of the horizontal reduction furnace, the remnants of the biomass and metal oxides from which the volatile substances are partially removed may be added, and the volatile substances may be introduced in a direction opposite to the direction in which the remnants of the biomass and metal oxides were introduced. have.

상기와 같이 휘발성 물질을 별도로 분리 및 획득하여 상기 휘발성 물질 및 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스를 이용하여 금속 산화물을 환원할 수 있으며, 상기 공정은 환원의 효율성 및 공정의 안정성을 위해 외기가 차단된 환경에서 수행하는 것이 바람직하다. As described above, by separating and obtaining volatile substances separately, metal oxides can be reduced using biomass from which the volatile substances and volatile substances have been partially removed, and the process is performed in which outside air is blocked for efficiency of reduction and stability of the process. It is desirable to do it in an environment.

이와 같이 본 발명의 휘발성 물질을 포함하는 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하여 금속 산화물을 환원하는 경우 바이오매스에 포함된 휘발성 물질의 환원제로서의 효율성을 극대화 시킬 수 있고, 환원 후 잔재물을 감소시킴으로써 공정을 단순화시킬 수 있다. In this way, when the metal oxide is reduced by separating and obtaining volatile substances from the biomass containing the volatile substances of the present invention, the efficiency of the volatile substances contained in the biomass as a reducing agent can be maximized, and the process by reducing residues after reduction Can be simplified.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하에서 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to various examples. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

실시예Example

1. 금속 산화물의 환원1. Reduction of metal oxides

실시예 1Example 1

커피박을 이용하여 산화철(Fe2O3) 분말을 환원하였다. 이때 사용된 커피박 분말은 건조된 분말로 휘발성 물질의 함량이 약 70% 함유된 것이다.Iron oxide (Fe 2 O 3 ) powder was reduced using coffee foil. The coffee meal powder used at this time is a dried powder and contains about 70% of volatile substances.

커피박 10kg 및 산화철 분말 100kg을 혼합하여 로터리 킬른(Rotary kiln) 형태의 수평식 가열로에 투입하였고 가열로의 온도를 500oC로 승온하였다. 이때 가열로는 외기와 분리되었으며 가열로 내부에서 발생한 휘발성 물질을 가열로 끝 단의 증기 저장통에 보내어 분리 및 획득하였다.10 kg of coffee leaf and 100 kg of iron oxide powder were mixed and put into a horizontal heating furnace in the form of a rotary kiln, and the temperature of the heating furnace was raised to 500 o C. At this time, the heating furnace was separated from outside air, and the volatile substances generated inside the heating furnace were sent to the steam storage bin at the end of the furnace to separate and obtain.

휘발성 물질의 분리 공정 후 커피박 잔재물 및 산화철 분말의 혼합 잔재물을 비활성 분위기에서 배출시킨 후 850oC의 환원로에 투입하였다. 이때 환원로의 한쪽 끝에 혼합 잔재물을 투입하였고 환원로의 반대쪽 끝에는 휘발성 물질을 투입하는 방식으로 향류 처리를 하였다. 환원 시간은 1시간을 유지하였다.After the separation process of volatile substances, the mixed residues of coffee ground residue and iron oxide powder were discharged in an inert atmosphere and then put into a reduction furnace at 850 ° C. At this time, the mixed residue was added to one end of the reduction furnace, and a volatile substance was added to the other end of the reduction furnace, and countercurrent treatment was performed. The reduction time was maintained for 1 hour.

실시예 2Example 2

커피박을 이용하여 산화니켈과 산화코발트가 포함된 리모나이트 광석(nickeliferous limonite: (Fe,Ni)O(OH)·nH2O) 분말을 환원하였다. Nickeliferous limonite ((Fe,Ni)O(OH)·nH 2 O) powder containing nickel oxide and cobalt oxide was reduced using coffee foil.

커피박에 포함된 휘발성 물질을 분리하기에 앞서 리모나이트 광석의 흡착수 제거를 위하여 150oC로 건조하였고, 고싸이트 형태(Goethite, α-FeO(OH))로 존재하는 결정수를 제거하기 위해 400oC로 소성하였다. Prior to separating the volatile substances contained in coffee leaf, it was dried at 150 o C to remove the adsorbed water of limonite ore, and 400 to remove the crystal water present in the high-site form (Goethite, α-FeO(OH)). o Fired in C.

상기 수분을 제거한 리모나이트 광석 100kg과 커피박 20kg을 로터리 킬른 형태의 수평식 가열로에 투입하여 실시예 1과 동일한 조건에서 커피박에 포함된 휘발성 물질을 분리 및 획득한 후, 환원 공정을 수행하였다.100 kg of the moisture-removed limonite ore and 20 kg of coffee leaf were put into a horizontal heating furnace in the form of a rotary kiln to separate and obtain volatile substances contained in the coffee leaf under the same conditions as in Example 1, and then a reduction process was performed. .

비교예 1Comparative Example 1

커피박으로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하는 단계를 제외하고 실시예 1과 동일한 커피박 10kg 및 산화철 분말 100kg을 사용하였고 이들을 곧바로 혼합하여 실시예 1과 동일한 조건에서 환원을 진행하였다.Except for the step of separating and obtaining volatile substances from the coffee leaf, 10 kg of coffee leaf and 100 kg of iron oxide powder were used as in Example 1, and they were immediately mixed to perform reduction under the same conditions as in Example 1.

2. 휘발성 물질의 분리 및 사용에 의한 환원의 효율성 확인2. Confirmation of efficiency of reduction by separation and use of volatile substances

상기 실시예 1의 환원 공정을 통해 산화철의 약 50% 이상이 환원되었다. 실시예 2의 환원 공정을 통해 산화철의 약 95% 이상이 환원되었으며, 니켈과 코발트가 100% 환원된 것을 확인 할 수 있었다.About 50% or more of the iron oxide was reduced through the reduction process of Example 1. It was confirmed that about 95% or more of iron oxide was reduced through the reduction process of Example 2, and 100% of nickel and cobalt was reduced.

반면, 비교예 1의 환원 공정을 통해 산화철의 약 22%가 환원된 것을 확인 할 수 있었다.On the other hand, it was confirmed that about 22% of the iron oxide was reduced through the reduction process of Comparative Example 1.

이와 같이 금속 산화물의 환원 공정을 위하여 바이오매스를 환원제로 이용하는 경우 바이오매스와 금속 산화물을 환원로에 직접 투입한 비교예 1 보다 환원 공정에 앞서 금속 산화물의 환원 온도보다 저온에서 바이오매스 또는 바이오매스와 금속 산화물의 혼합물을 가열하여 휘발성 물질을 분리하여 환원한 실시예 1 및 2의 경우가 환원의 효율을 2배 내지 4배 이상 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 휘발성 물질을 다량 포함하고 있는 바이오매스를 이용함으로써 환원 후 잔재물이 감소되어 환원의 효율성을 높이고 공정을 단순화시킬 수 있었다.In this way, when biomass is used as a reducing agent for the reduction process of metal oxides, biomass or biomass and biomass at a lower temperature than the reduction temperature of metal oxides prior to the reduction process than Comparative Example 1 in which biomass and metal oxides were directly added to the reduction furnace. It was confirmed that in Examples 1 and 2, in which the mixture of metal oxides was heated to separate and reduce the volatile substances, the reduction efficiency could be improved by 2 to 4 times or more. In addition, by using biomass containing a large amount of volatile substances, residues after reduction were reduced, thereby increasing the efficiency of reduction and simplifying the process.

Claims (7)

휘발성 물질이 포함된 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하는 단계; 및
상기 분리 및 획득한 휘발성 물질 및 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스의 잔재물을 이용하여 금속 산화물을 환원하는 단계를 포함하며,
상기 바이오매스로부터 휘발성 물질을 분리 및 획득하기에 앞서 바이오매스 및 금속 산화물로부터 수분을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 금속 산화물 환원방법.
Separating and obtaining volatile substances from biomass containing volatile substances; And
Reducing the metal oxide using the separated and obtained volatile substances and the residue of the biomass from which the volatile substances are partially removed,
Prior to separating and obtaining the volatile material from the biomass, the method further comprises removing moisture from the biomass and the metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 휘발성 물질의 분리 및 획득은 100 내지 600℃에서 수행되는, 금속 산화물 환원방법
The method of claim 1,
Separation and acquisition of the volatile material is carried out at 100 to 600 ℃, metal oxide reduction method
제1항에 있어서,
상기 바이오매스 및 금속 산화물 분말로부터 수분을 제거하는 단계 전, 또는 상기 바이오매스 및 금속 산화물 분말로부터 수분을 제거하는 단계와 상기 휘발성 물질을 바이오매스로부터 분리 및 획득하는 단계 사이에 상기 바이오매스 및 상기 금속 산화물을 혼합하는 단계를 추가로 포함하는, 금속 산화물 환원방법.
The method of claim 1,
The biomass and the metal before removing moisture from the biomass and metal oxide powder, or between removing moisture from the biomass and metal oxide powder and separating and obtaining the volatile material from the biomass A method for reducing metal oxides, further comprising the step of mixing an oxide.
제3항에 있어서,
상기 휘발성 물질은 상기 바이오매스 및 상기 금속 산화물의 혼합물로부터 분리 및 획득하는, 금속 산화물 환원방법.
The method of claim 3,
The volatile material is separated and obtained from a mixture of the biomass and the metal oxide, a metal oxide reduction method.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 환원하는 단계는 600 내지 1000℃에서 수행되는, 금속 산화물 환원방법.
The method of claim 1,
The reducing step is carried out at 600 to 1000 ℃, the metal oxide reduction method.
제1항에 있어서,
상기 환원은 환원로에 상기 휘발성 물질의 이동 방향과 상기 휘발성 물질이 일부 제거된 바이오매스의 잔재물 및 금속 산화물의 투입 방향을 향류 처리로 투입하여 수행하는, 금속 산화물 환원방법.
The method of claim 1,
The reduction is carried out by introducing the direction of movement of the volatile substances into a reduction furnace, the remnants of the biomass from which the volatile substances are partially removed, and the input direction of the metal oxide through countercurrent treatment.
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