KR0128125B1 - 석회석 슬러지를 이용한 분생석회의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상 제철소에서 발생되는 석회석 슬러지를 괴상화 처리한 다음 건조 및 적절한 소성하므로서 석회석 슬러지를 재활용함은 물론 분발생이 없는 생석회분말을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 생석회 제조과정에서 발생되는 석회석 슬러지를 통상의 방법으로 괴상화 처리한 후 건조시킨 다음, 850~1050℃의 온도에서 40~80분 동안 소성하는 석회석 슬러지를 이용한 분생석회의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

석회석 슬러지를 이용한 분생석회의 제조방법

제1도는 석회석 슬러지를 건조한 후 X-선 회절분석한 그래프.

제2도는 석회석 슬러지의 가열온도에 따른 열이력 및 중량변화를 나타내는 그래프.

제3도는 괴상화처리된 석회석 슬러지에 대한 건조시간에 따른 경시강도변화를 나타내는 그래프.

제4도는 소성된 석회석 슬러지의 소성시간에 따른 감량 변화를 나타내는 그래프.

제5도는 소성된 석회석 슬러지에 대한 X-선 회절분석 그래프.

제6도는 소성된 석회석 슬러지에 대한 시간에 따른 활성도 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 소결원료등에 사용되는 분생석회의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일관제철소 등에서 발생되는 석회석 슬러지를 이용하여 분생석회를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 전세계적으로 환경오염에 대한 관심이 고조됨에 따라 제철공장에서 발생되는 각종 폐기물의 재활용이 중요한 문제로 부각되고 있다.

특히 일관제철소 또는 생석회 제조공장에서 발생되는 석회석 슬러지는 석회석을 소성하기전 표면에 부착된 미분의 석회석 분말과 기타오염물질인 점토계 광물들을 수세하게는 과정에서 다량 발생되는데, 이러한 석회석 슬러지의 경우 유해물질의 함유량이 거의 없어 일반 폐기물로 분류되고 있을 뿐만 아니라 물리적인 특성상 취급에 어려움이 많고 건조되었을 경우 미분의 분진 발생이 우려되어 현재 유효자원으로써의 재활용이 검토되지 못하고 거의 전량 매립되고 있다.

그러나, 하기 표 1에 나타난 바와 같이 석회석 슬러지는 그 성분 구성상 회수시 전량 산업에 재투입이 가능하므로 자원의 재활용측면에서 검토할 필요가 있다.

[표 1]

일부 이들을 재활용하는 종래의 방법이 제시되어 있기는 하지만, 이들 방법들은 철광석 소결과정에 일부건조, 분쇄후 재투입하는 방법으로 전체 발생량의 5% 내외를 활용하고 있으나, 이러한 방법들에 의하면 2차분진의 발생등의 문제점이 여전히 남아 있다.

한편, 생석회를 제조하는 일반적인 방법으로는 정립된 과상의 석회석을 수직로 혹은 로타리 킬룐에서 소성하는 방법에 의해 석회석내에 결합되어 있는 이산화탄소를 해리시켜 제조한다. 이때의 반응식은

CaCO₃→CaO+CO₂

으로써 매우 잘알려진 반응 경로를 가지게 된다. 이와 같은 반응이 진행되는 생석회의 제조방법으로 제조된 생석회는 적정 수준의 강도를 유지해야 하므로 소성전석회석 자체가 매우 치밀해야 하며 이로인해 석회석 표면에서의 열교환과 해리, 내부로의 반응확산과 같은 토포캐미칼(Topochemical) 한 반응과정을 거치게 되기 때문에 반응속도가 매우 느린것이 특징이다.

따라서 종래의 생석회 제조방법의 8~10시간의 체류시간을 요하게 되며 이때 수반되는 광석끼리의 섭동에 의해 분발생량이 증대하게 된다.

즉, 미분의 석회석을 소성하여 생석회로 제조하는 공정은 반응식 자체로는 매우 간단하고 미분인 관계로 열전달과 계면 반응이 매우 원활하여 반응시간이 짧아지는 장점이 있는 반면 소성시 다량의 분진 발생이 우려되기 때문에 통상, 소결공정에 사용되는 분생석회는 괴상의 생석회를 제조하는 공정에서 발생되는 미분을 재파쇄하여 제조되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 통상 제철소에서 발생되는 석회석 슬러지를 괴상화 처리한 다음 건조 및 적절한 소성하므로서 석회석 슬러지를 재활용함은 물론 분발생이 없는 생석회 분말을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 생석회 제조과정에서 발생되는 석회석 슬러지를 통상의 방법으로 괴상화 처리한 후 건조시킨 다음, 850~1050℃의 온도에서 40~80분 동안 소성하는 석회석 슬러지를 이용한 분생석회의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에서 사용되는 석회석 슬러지는 제1도에 도시된 X-선 회절분석 결과에서 알 수 있듯이, 석회석의 경우와 마찬가지로 그 주 구성상이 탄산 칼슘(CaCO₃)과 미량의 이산화규소(SiO₂) 및 MgCO₃등으로 이루어져 있는데, 소성시 종래의 석회석에 의한 생석회 제조과정에서 일어나는 미반응핵 모델(Core Shrinkagemode)에 의한 토포캐미칼한 반응의 반응속도와는 다른 형태를 가지고 있다.

즉, 본 발명에서 사용되는 석회석 슬러지의 경우의 열이력곡선은 제2도(가)에 나타난 바와 같이, 가열은 도에 따라 열량을 흡수하는 흡열반응을 나타내며, 그때 무게의 감량이 발생됨을 알 수 있으며, 이러한 흡열 반응은, (나)에 나타난 바와 같이, 735.1℃에서 일어나고 있다. 이러한 CaO와 CO₃의 해리 반응으로 건조된 석회석 슬러지는 CaO를 주 구성상으로 하는 생석회 펠릿을 형성하며 이때 펠릿의 형상이 소성한 후에도 유지된다는 측면에서 소성시 분발생이 일어나지 않음은 물론 일반적인 토포캐미칼한 반응의 반응속도와는 달리, 반응속도가 반응입자의 직경에 비례하기 보다는 반응곡선이 반응시간에 정비례하는 계면화학반응 곡선에 가깝게 나타난다.

이는 석회석 슬러지 펠릿이 미분의 집합체로써 내부에 공극을 다량 함유하고 있으므로 펠릿의 내외부에서 거의 동시에 해리 반응이 진행되고 있고, 이때 생성된 가스의 확산속도가 매우 빨라 반응속도에 영향을 미치지 않기 때문이다.

이러한 반응기구를 이용하는 본 발명은 우선 석회석 슬러지를 펠리타이징과 같은 통상의 방법으로 괴상화처리하여 취급과정에서 분 발생을 최대한 억제한다.

또한 괴상화 처리된 석회석 슬러지 펠릿은 통상의 방법으로 건조하는데 건조시 온도가 높을 수록 건조시간은 단축될 수 있다.

이와 같이 건조된 석회석 슬러지 펠릿은 850-1050℃의 온도에서 40-80분 동안 소성처리하면 품질이 양호한 분생석회가 제조된다. 만일 소성처리시 850℃ 이하의 온도에서 40분 이하로 처리되면 소성반응이 충분히 이루어지지 않아 CO₂분해가 원활히 일어나지 않으며, 1050℃ 이상의 온도에서 80분 이상 처리되면, 과소성이 진행되어 CaO가 수화 반응되는 분생성회 역활이 미흡하게 되어 바람직하지 않다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

상기 표 1과 같은 조성을 갖는 석회석 슬러지를 펠리타이징 방법으로 괴상화하여 구상의 입자형태로 만든 후 대기 및 105℃의 온도에서 항온처리되는 건조로에서 한다음 시간의 경과에 따른 압축강도를 측정하고, 그 결과를 제3도에 나타내었다.

제3도에 나타난 바와 같이, 105℃에서 항온 처리되어 건조된 경우 상온에서 건조된 펠릿의 경우보다도 짧은 시간 동안 건조되어도 우수한 펠릿이 제조됨을 알 수 있는데, 105℃에서 처리된 경우 0.6시간이 경과했을때 최대 강도를 나타낸 반면에 대기중에서는 23시간 경과 했을때 최대강도를 나타내었다. 이때의 강도는 통상의 펠릿을 취급하는데 있어 허용하한 강도인 2.5kg/pellet 보다 매우 높은 값을 나타내므로 취급과정에서의 분발생을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 상기 건조된 펠릿을 1000℃의 온도에서 소성한 후 시간에 따른 무게 감량을 측정하고, 그 결과를 제4도에 나타냈으며, 1시간 소성했을때의 펠릿을 X-선 회절 분석하고, 그 결과를 제5도에 나타내었다.

소성된 펠릿은 제5도에 나타난 X-선 회절 분석 결과에서도 알 수 있듯이 CaO를 주구성상으로 하는 생석회 펠릿을 형성함을 알 수 있는데, 이때, 펠릿의 형상이 소성 후에도 유지된다는 측면에서 소성시 분발생이 일어나지 않음을 알 수 있었다.

또한, 제4도에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 생석회 펠릿은 무게감량(반응곡선)이 반응시간에 정비례하는 계면화학반응곡선에 가깝게 나타났는데, 이런 사실로 미루어 본 발명에 따른 생석회 펠릿은 미분의 집합체로써 내부에 공극을 다량 함유하고 있으므로 펠릿의 내외부에서 거의 동시에 해리 반응이 진행되고 있고 이때 생성된 가스의 확산속도가 매우 빨라 반응속도에 영향을 미치지 않음을 의미한다.

즉, 본 발명은 통상의 생석회 제조시간의 1/5-1/8 이내에 소성을 완료시킬 수 있음을 알 수 있는데, 제4도에 나타난 바와 같이, 40-80분이면 소성이 충분함을 알 수 있다.

한편, 상기 소성 처리된 생석회 펠릿을 이용하여 4N HCl 용액에서의 수화반응을 시켜 활성도를 측정하고, 그 결과를 제6도에 나타내었다.

제6도에서 알 수 있는 바와 같이, 소성처리된 석회석 슬러지 펠릿은 10분 이내에 35cc HCl과 반응함으로써 잔류물이 거의 없는 완전 소성 상태를 나타내고 있는데, 이러한 사실은 제4도에 도시된 반응곡선 현상과 일치함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 짧은 소성처리시간에 우수한 품질의 분생석회의 제조가 가능함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 수분이 함유된 상태에서 석회석 슬러지로부터 펠릿 또는 그와 유사한 형태의 괴상화 과정을 거친 후 건조 및 소성할 경우 매우 짧은 시간, 즉 통상 생석회 제조시간의 1/5-1/8 이내에 소성을 완료시킬 수 있음과 동시에 이와 같은 방법으로 제조된 생석회는 품질이 매우 양호하게 관련 산업분야에 로의 활용이 가능하다.

Claims (1)

1. 생석회 제조과정에서 발생되는 석회석 슬러지를 통상의 방법으로 괴상화 처리한 후 건조시킨 다음, 850~1050℃의 온도에서 40~80분 동안 소성하는 것을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 석회석 슬러지를 이용한 분생석회의 제조방법.