KR100278777B1 - 알루미늄드로스의 재활용방법 - Google Patents

알루미늄드로스의 재활용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 금속 또는 스크랩을 용해시킬 때 용탕 표면에 형성되는 산화물층인 알루미늄 드로스(dross)를 사용하여 각종 알루미늄화합물의 제조원료인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 분말과 부정형내화물인 캐스타블(castable) 내화물을 만드는 알루미늄드로스의 재활용방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 국내 알루미늄 재생지금 제조업체에서 발생된 알루미늄드로스를 사용하여, 알루미늄드로스를 파쇄해서 크기에 따라 분류한 다음 입자가 큰 것은 재용해하여 알루미늄 금속을 회수하고, 크기가 작은 것들은 NaOH 용액으로 침출하여 드로스 중의 알루미늄 성분을 NaOH 용액중으로 침출시킨 다음, 침출한 NaOH 용액을 여과해서 여과액에 소량의 수산화알루미늄 종자(종자;Seed)를 첨가하여 용해된 알루미늄 성분을 수산화알루미늄으로 침전시켜 회수하고, 잔사는 물로 세척한 다음 배소를 하여 잔사에 잔류하는 금속 성분을 산화물로 변화시켜서 알루미나질 캐스타블내화물을 제조하는 데 사용하는 방법을 창출하였다.
본 발명에서와 같이 알루미늄드로스로부터 금속알루미늄을 침출하여 수산화알루미늄을 제조함으로써 수입 고령토를 원료로 사용하여 수산화알루미늄을 제조하는 종래의 방법에 비해 제품의 원료비와 공정상의 장치비를 줄일 수 있고, 드로스 중에 함유된 알루미늄금속이 수산화나트륨 용액에서 침출될 때 발생되는 수소가스를 부산물로서 회수할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 알루미늄드로스로부터 알루미늄을 추출하고 남은 잔사를 재활용하여 캐스타블내화물로 재활용함으로써 현재 매립 등으로 폐기시켜야 할 폐드로스의 양을 줄이는 효과 외에 관련산업의 제조원료로 사용할 수 있는 경제적인 잇점이 있다.

Description

알루미늄드로스의 재활용방법
본 발명은 알루미늄 금속 또는 스크랩을 용해시킬 때 용탕 표면에 형성되는 산화물층인 알루미늄 드로스(dross)를 사용하여 각종 알루미늄화합물의 제조원료인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 분말과 부정형내화물인 캐스타블(castable) 내화물을 만드는 알루미늄드로스의 재활용방법에 관한 것이다.
알루미늄은 산화가 잘 되는 금속이기 때문에 알루미늄을 용해하는 경우에는 많건 적건 간에 항상 알루미늄 드로스가 발생되게 된다. 알루미늄드로스는 용해후 지금으로 주조할 때 용해로에서 걷어 내고, 일부는 알루미늄 용탕을 주형에 부을 때 용해로 또는 도가니에 남게 되며, 용탕을 주조하는 도중에도 용탕 유로(runner) 등에서 발생이 된다.
국내에서는 종래의 경우, 알루미늄 용해업체에서 알루미늄드로스를 가열하여 1차 또는 2차로 용해함으로써 드로스 중의 알루미늄 금속을 회수하고 폐기해야 할 드로스의 양을 줄이며, 이 때 발생된 폐드로스는 자체적으로 또는 위탁처리하여 매립하는 것이 일반적인 방법이다. 최종적으로 발생되는 폐드로스는 대부분이 알루미늄 산화물이며, 여기에 10-30%의 금속 알루미늄과 10% 이내의 염 및 원래 Al 스크랩에 존재했던 Mg, Si, Fe 등의 불순물이 혼합되어 있는 경우가 많다.
종래의 방법대로 알루미늄드로스를 처리할 경우에는 매립지 확보에 따른 비용이나 폐기물처리업자에게 위탁하는데 따른 폐드로스 처리비용이 소요된다. 따라서, 본 발명에서는 폐 알루미늄드로스를 요업제품 원료로 재활용함으로써 알루미늄드로스의 처리비용을 줄이고, 환경오염에 대한 대비책을 마련하고자 하였다.
또한, 수산화알루미늄을 제조하는 종래의 방법은 고령토를 원료로 사용하고, 고령토를 고온, 고압에서 수산화나트륨(NaOH) 용액으로 분해시켜서 광석중의 알루미늄산화물을 용액중으로 침출시키고, 침출용액을 가수분해시켜서 수산화알루미늄을 만드는 방법을 사용하는 것이 일반적인 방법으로서,
이와같은 방법의 기본 공정을 Bayer법이라고 부른다.
국내의 경우에는 수산화알루미늄의 제조원료로 수입 고령토를 사용하고 있다.
종래의 방법대로 수산화알루미늄을 제조하는 경우에는 수입 고령토를 사용하는데 따른 원료비가 소요되고, 광석 분해시에 고온, 고압을 유지시키기 위하여 오토크레이브(autoclave)를 사용하는데 따른 장치비가 소요된다.
따라서, 본 발명에서는 알루미늄이 양쪽성 원소로서 산이나 알칼리에 용해가 잘 된다는 점에 착안하여 알루미늄드로스를 NaOH 용액으로 침출시켜서 알루미늄드로스 중의 금속 알루미늄 성분을 NaOH 용액중으로 용해시킨 다음 이 용액중에서 수산화나트륨을 제조함으로써, 수입 고령토를 원료로 사용하는 종래의 방법에 비해 제조단가를 절감시키고,
또한 수산화알루미늄을 제조한 다음 발생되는 폐드로스를 캐스타블내화물로 재활용함으로써 발생되는 폐기물의 양을 감소시켜 폐드로스 처리비용을 줄이고 환경보존에 기여할 수 있는 알루미늄드로스의 재활용방법을 제공하고자 하였다.
본 발명은 상기 목적을 달성하고자, 알루미늄 드로스를 파쇄하여 크기에 따라 분류한 다음 입자가 큰 것은 재용해하여 알루미늄 금속을 회수하고, 크기가 작은 것들은 NaOH 용액으로 침출하여 드로스 중의 알루미늄 성분을 NaOH 용액중으로 용해시킨 다음, 드로스를 침출한 NaOH 용액을 여과해서 여과액에 소량의 수산화알루미늄 종자(종자;Seed)를 첨가하여 용해된 알루미늄 성분을 수산화알루미늄으로 침전시켜 회수하고, 잔사는 물로 세척한 다음 배소를 하여 잔사에 잔류하는 금속 성분을 산화물로 변화시켜서 알루미나질 캐스타블내화물로 재활용하는 방법을 창출하였다.
제 1 도는 본 발명의 공정 수순도.
제 2 도는 본 발명에 의해 제조한 수산화알루미늄의 X선 회절곡선도.
이하 본 발명을 첨부한 도면 도1에 의거하여 그 제조공정을 보다 상세히 살펴보고자 한다.
본 발명에서 사용한 알루미늄드로스 시료는 국내 알루미늄 재생지금 제조업체에서 발생된 것으로서, 본 발명에서는 주로 알루미늄드로스를 알루미늄 재생업체에서 1차 용해하여 알루미늄금속을 회수하고 난 후 발생된 폐드로스를 처리 대상으로 하였다.
본 발명에서의 공정의 주요 원리는 드로스를 파쇄하면, 입자가 큰 것에는 금속이 많이 함유되어 있고 입자가 작은 것에는 산화물이 많아지게 되므로 입자가 큰 것은 재용해를 통해서 Al 금속을 바로 회수하고, 입자가 작은 것은 NaOH 용액으로 침출하여 드로스 중의 알루미늄금속을 분리해서 수산화알루미늄으로 회수하고 침출시에 발생된 잔사는 배소를 통해서 캐스타블내화물 원료로 재활용한다는 것이다.
제1도에서 시료 드로스를 파쇄하면 드로스중에 금속성분은 깨지는 대신 변형을 하여 입자가 커지는 반면 산화물들은 깨져서 입자가 작아지므로, 파쇄후 분급을 하면 입자가 큰 것에는 금속이 많이 함유되어 있고 입자가 작은 것에는 산화물이 많아지게 된다. 따라서, 입자가 큰 것은 재용해를 통해서 Al 금속을 바로 회수할 수 있다.
분급 시에는 20mesh 짜리 Taylor 표준망체를 사용하여 체질하였다.
드로스 입자 크기가 20mesh (850 ㎛) 보다 작은 undersize인 경우에는 용해 시에 알루미늄금속이 드로스 입자들 사이에 끼어서 용탕을 형성하지 못하고 주조가 잘 되지 않기 때문에 재용해를 하여 알루미늄을 회수하기가 어렵다.
제1도의 분급공정은 알루미늄드로스를 크기별로 나누어서 알루미늄금속이 얻어지지 않는 20mesh 이하는 폐드로스로 취급하여 재활용 공정에 사용하고, 20mesh 이상 크기를 갖는 것들만 용해함으로써 용해효율을 높히고 드로스의 용해량을 줄임으로써 발생되는 폐드로스 양을 줄이기 위한 것이다.
파쇄는 로드 밀(rod mill)을 사용하여 행하였으며, 용해시에는 반사로 또는 도가니로를 사용한다.
알루미늄드로스의 주요성분은 알루미늄산화물(aluminium oxide, 또는 alumina)과 금속 알루미늄이다.
알루미늄산화물은 자연에서 결정이 성장하는 온도와 성장과정에 따라 알파알루미나(α-alumina), 베타알루미나(β-alumina), 감마알루미나(γ-alumina) 등의 형태로 존재하는데, 알루미늄드로스에는 알루미늄산화물이 알파알루미나(α-alumina)형태로 존재하는 것이 많다.
알루미늄 금속 자체는 양쪽성 원소로서 산이나 알칼리에 용해가 잘 되는 성질이 있는 반면에, 알루미늄산화물은 알루미늄에 비해서 용해가 잘 안되고, 감마알루미나에 비해서 알파알루미나는 용해가 더욱 어렵다.
따라서, 제1도에서와 같이 알칼리 용액인 NaOH 용액을 사용하여 알루미늄드로스를 침출시키면 드로스 중의 알루미늄 금속성분은 수용액상으로 침출되고, 알루미늄산화물은 대부분 침출잔사 중에 남게 된다.
제1도에서와 같이 알루미늄드로스를 NaOH로 침출시킬 때 용액내에서의 화학반응은 다음 식 (1)과 같다.
2 Al + 2 NaOH + 2 H2O ⇒ 2 NaAlO2+ 3 H2↑ ... (1)
고령토 광석을 NaOH로 침출시키는 종래 방법에서의 화학반응은 다음 식 (2)와 같으며,
Al2O3+ 2 NaOH ⇒ 2 NaAlO2+ H2O ... (2)
이 경우에는 수소 가스가 발생되지 않는 반면에 알루미늄드로스를 NaOH로 침출시키는 경우에는 위 식 (1)과 같이 수소 가스가 발생된다.
따라서, 본 발명에서와 같이 알루미늄드로스를 처리할 경우에는 위 식 (1)에서 부산물로 발생되는 수소가스를 따로 포집하여 연료용 수소가스 또는 수소화합물 제조에 사용할 수 있다는 잇점이 있다.
위 (1)식과 같이 알루미늄드로스를 NaOH 용액으로 침출시킨 다음에, Al(OH)3로 침전이 빨리 일어나도록 할 목적으로 시드(종자;Seed)를 소량 첨가하고 용액을 교반시키면 용액내에서 NaAlO2가 가수분해를 하여 Al(OH)3침전물이 형성된다.
시드(종자;Seed)로는 미세한 Al(OH)3분말을 사용하였다.
침전 시에 화학반응은 다음 식 (3)과 같다. Al(OH)3를 침전시킨 후에는,
Al(OH)3시드 & stirring
NaAlO2+ 2 H2O ⇒ Al(OH)3↓+ NaOH ... (3)
용액을 여과하여 침전물은 수세, 건조시켜서 Al(OH)3를 회수하고, 용액은 NaOH 농도를 조절하여 식 (1)의 반응공정으로 리싸이클링시킨다.
본 발명에서는 알루미늄을 침출시키고 난 잔사를 캐스타블 등 요업원료로 재활용하고자 하였는데, 알루미늄을 침출시킨 후 남는 잔사는 대부분이 산화물이지만 일부 금속성분이 잔류할 수 있으므로 침출잔사를 요업원료로 사용하기 위해서는 잔류하는 금속성분을 산화물로 변화시켜 주어야 한다.
이와같은 목적으로 제1도에서와 같이 침출잔사를 물로 세척하고 건조시킨 다음 배소를 행하였다.
제1도에서 배소공정은 알루미늄 폐드로스내의 잔류 알루미늄이나 마그네슘과 같은 기타 금속성분을 산화물로 변화시켜주기 위한 목적으로 로타리킬른과 같은 노를 사용하여 산화성분위기에서 폐드로스를 가열하는 공정이다.
배소를 행한 후 알루미늄 폐드로스에는 Al2O3가 80% 이상이 함유되어 있기 때문에 이를 알루미나계 골재 및 시멘트와 혼합하여 높은 내화도를 갖는 알루미나질 캐스타블 내화물로 재활용할 수 있다.
캐스타블(castable) 내화물은 주조가 가능한 부정형내화물의 일종으로서, 적절한 입도의 내화성 골재와 결합제를 사용하여 혼합 제조한 분말상의 내화물로서 적당량의 첨가 수분에 의하여 수화반응으로 강도가 나타나는 내화 콘크리이트의 일종이다.
결합제로는 일반적으로 알루미나시멘트를 사용한다.
알루미나질 캐스타블 내화물은 각종 고온로 및 고온에서 사용하는 구조물의 내장재로 많이 사용될 뿐 아니라, 터넬킬른의 대차용 원료로 사용되는 등 내열제품으로의 용도가 매우 다양하다.
실시예 1 (알루미늄 폐드로스로부터 수산화알루미늄 제조 시험)
실험에 사용한 알루미늄드로스 시료는 국내 알루미늄 재생지금 제조업체에서 발생된 것으로서, 스크랩 용해시 발생된 드로스를 1차 용해하여 드로스 중의 알루미늄을 일부 회수한 다음에 발생된 폐드로스이다. 시료의 화학성분은 ICP를 이용하여 원소별로 정량분석하였는데, 주성분인 Al은 금속성분이 약 30% 함유되어 있으며, Al 외에 소량 원소들의 성분분석 결과는 표-1과 같다.
표-1. 드로스 원시료의 원소별 정량분석 결과.
성분 Mg Si Ti Mn Fe Sn Ni Ca K Na
wt% 4.65 0.57 0.25 0.004 0.20 0.31 0.02 0.26 0.34 0.73
침출실험은 NaOH 50g을 증류수 500ml에 용해시켜서 10% NaOH 침출용액을 제조하고, 여기에 20mesh 이하 크기의 알루미늄드로스 112.5g을 용액중으로 장입하여 2시간 동안 교반, 침출시켰다.
침출시에는 반응열이 다량 발생하여 용액이 증발되므로 증발에 따른 용액 손실을 줄이기 위하여 침출용기에 응축기를 부착하여 사용하였으며, 반응시 발생되는 수소가스의 배기관은 별도로 설치하였다.
이와같은 침출실험시 수산화나트륨의 농도는 10-20% 농도가 적절하며, 침출액중 드로스시료의 광액농도(pulp density)는 100-200g/l가 적절하다는 것을 실험적으로 파악할 수 있었다.
침출액을 여과한 후 침출액을 100ml 씩 채취하여 수산화알루미늄 침전을 제조하였는데, Al(OH)3시드(종자;Seed)를 여과후 바로 장입한 것, 여과액이 완전히 냉각된 후 시드(종자;Seed)를 장입한 것, 시드(종자;Seed)를 사용하지 않은 것 3가지 실험을 행하였다.
장입한 시드(종자;Seed)양은 각각 1.7g이었다.
침전물은 제1도에 나타낸 공정수순에 따라 수세, 건조를 행하고 침전물을 X선 회절법으로 분석하여 Al(OH)3임을 확인하였다.
또한, 각 침전실험별로 침전물의 무게를 측정하고 시드(종자;Seed)양을 제외시켜 최종 회수량을 구하였다.
또한, 각 실험별로 침전 회수후의 여액을 1.2N 염산으로 중화적정하여 침출전 NaOH 용액의 농도와 비교하여 보았다.
Al(OH)3회수율은 장입한 알루미늄드로스 중의 금속알루미늄 성분이 모두 침출되고, 침출된 알루미늄이 모두 Al(OH)3로 침전되었다고 가정했을 때 침출액 100ml에서 회수 가능한 Al(OH)3계산량 19.5g을 기준하여 구하였다.
이 세가지 실험결과를 정리하면 표-2와 같다.
표-2. 알루미늄드로스로부터 수산화알루미늄 제조 실험 결과.
침전 제조방법 시드(종자;seed)양 (g) 침전량 (수세후) (g) 여액중화적정시 HCl 소요량 (ml) 회수율 (%)
1. 여과후 바로침전 1.7 13.9 29 71.4
2. 냉각후 침전 1.7 13.4 32.65 68.7
3. 여과액 그대로 0 11.7 31.1 60
* 10% NaOH 용액 - - 21.2 -
표-2의 결과로부터 제1도에 나타낸 공정수순에 따라 알루미늄드로스를 처리하면 드로스중의 알루미늄 성분의 최소 60% 이상을 수산화알루미늄 형태로 회수할 수 있으며, 제1도에 나타낸 바와 같이 처리공정 중에 수소가스를 부산물로 회수할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 표-2에서 Al(OH)3를 침전으로 회수한 여액을 1.2N HCl로 중화적정한 결과가 초기 10% NaOH 용액보다 HCl 소요량이 많아지는 것으로 보아 침전 후 여액의 NaOH 농도가 초기 용액보다도 더 높으며, 이 결과로부터 사용한 NaOH 용액을 재사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
제2도는 본 발명에 의해 제조한 수산화알루미늄의 X선 회절곡선으로서, 상분석 결과 Al(OH)3임을 확인할 수 있었다.
제2도에서 '29-41'로 표시한 피크(peak)들이 Al(OH)3의 특성 피크이다.
이와같이 제조한 알루미늄수산화물은 각종 알루미늄화합물을 제조하는데 사용된다.
실시예 2 (알루미늄 폐드로스로부터 알루미나질 캐스타블내화물 제조)
제1도의 침출공정에서 알루미늄드로스 중의 알루미늄 성분을 분리시키고, 여과후 침출잔사를 수세, 건조한 다음 배소를 하였다.
배소는 폐드로스내의 알루미늄이나 마그네슘과 같은 금속성분을 산화물로 변화시켜주기 위한 공정으로서, 20mesh 이하 드로스를 rotary kiln에서 900oC, 1시간 배소하였으며 배소시 시료의 공급속도는 분당 70 그램(g)이었다.
배소 후 시료 중의 알루미늄 금속성분을 정량분석한 결과는 표-3과 같다.
배소 후에 금속 알루미늄은 0.61% 로서 원시료에 비해서 아주 소량 존재한다.
배소한 드로스의 조성을 산화물 함량으로 나타내면 표-4와 같다.
따라서 배소를 통해서 폐드로스내의 Al을 포함한 금속성분들은 대부분 산화물 형태로 변화시킬 수 있으므로, 배소한 폐드로스를 알루미나계 내화재나 다른 요업원료로 재활용할 수 있다.
표-3 배소 후 폐드로스 내의 Al 함량.
시료구분 원시료 배소후
Al (wt%) 34 0.61
표-4. 배소후 알루미늄 폐드로스의 성분 (wt%).
성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O N2O3 TiO2 MnO
wt% 1.45 84.46 0.64 0.48 10.0 0.03 1.15 0.78 0.02
시험용 캐스타블내화물은 알루미늄 폐드로스와 골재 및 알루미나시멘트를 혼합하여 제조하였다.
실험에 사용한 골재는 샤못트계 골재로서 주요성분은 SiO2, Al2O3, 3Al2O, SiO2등이며, 캐스타블 원료배합시 골재 입자크기별로 굵은 것(2.0-4.0mm), 중간(0.074-2.0mm), 가는 것(0.074mm 이하) 세가지로 분급하여 혼합 사용하였고, 알루미나시멘트는 알루미나 함량 50% 이상의 시판용 제품을 사용하였다.
배소한 드로스를 캐스타블 제조용 알루미나시멘트의 일부를 대체하거나 골재 첨가량 일부를 대체하여 캐스타블 원료로 배합하였는데, 골재를 대체한 경우에는 3가지 입도의 골재중 0.074mm 이하의 미세골재 첨가량을 대체하였다.
캐스타블 내화물용 시료배합비를 결정한 다음에는 배합시 물 소요량을 측정하고, KS-L-3503에 따라서 캐스타블의 강도시험용 공시체 시편을 제조하여 캐스타블의 압축강도, 굽힘강도, 선변화율 등을 측정하였다.
공시체 시편의 크기는 가로 4cm, 세로 4cm, 길이 16cm 의 직육면체이고, 시편을 몰드에서 성형 후 실내온도 22도에서 24시간 양생시키고, 오븐에서 110°로 10시간 이상 건조하였으며, 1000oC와 1350oC 두가지 온도에서 소성하였다.
시험 제조한 캐스타블내화물의 원료 배합비를 요약하여 나타내면 표-5와 같고, KS-L-3503에 따른 시험결과는 표-6과 같다.
표-5에서 AD로 표시한 것은 알루미나시멘트의 일부를 대체한 시료 들이고, CD로 표시한 것은 샤못트 골재를 대체한 시료들을 나타내며 시료명의 숫자는 대체 배합율을 표시한 것이다.
그리고, 모든 시험 시료들의 경우에 골재와 점결제 역할을 하는 알루미늄시멘트의 배합비를 상용 캐스타블에서 많이 적용하는 배합비인 85:15를 기준하였다. 그러므로, 표-5와 표6에서 AD-0와 CD-0은 동일한 시료로서, 알루미늄드로스를 첨가하지 않고 세가지 입도별 골재와 알루미나시멘트를 기준배합한 시료를 나타내고, AD-10, 20, 30은 캐스타블에 배합하는 알루미나시멘트 배합량의 10, 20, 30%를 알루미늄드로스로 대체하여 배합한 시료이며, CD-5, 10, 15는 캐스타블중의 미세골재를 알루미늄드로스로 대체 배합한 시료로서 미세골재 배합량(전체배합량의 15%임)의 33, 67, 100%를 대체한 시료이다.
또, 표-6에서 가사시간은 캐스타블 배합원료를 물과 반죽 후 사용가능한 유동성을 갖고 있는 시간을 뜻한다.
물성시험 측정결과, AD-30을 제외한 각 시료들은 KS-L-3511에서 규정하는 선변화율 ±1.0% 이내, 110°C 건조후 굽힘강도 25kgf/cm2이상, 압축강도 25kgf/cm2이상의 규격을 충분히 만족시키고 있다.
표-6에서 110°C x 24h 로 표시한 측정값이 캐스타블 시험편의 건조후 물리적 특성을 나타낸 값이다.
표-5. 시험용 캐스타블내화물의 원료배합비
SampleNo. 점결제배합율(%) 샤못트(Chamotte)골재 배합율(%) 물 첨가량(%)
알루미나시멘트 알루미늄드로스 4.0∼2.0(mm) 2.0∼0.074(mm) 0.074 (mm)이하
AD-0 AD-10 AD-20 AD-30 15.013.512.010.5 -1.53.04.5 40.0 30.0 15.0 작업성기 준
CD-0CD-5 CD-10 CD-15 15.015.015.015.0 -5.010.015.0 40.040.040.040.0 30.030.030.030.0 15.010.05.0- 작업성기 준
표-6. 알루미늄드로스로부터 시험 제조한 캐스타블내화물의 물리적 특성
특 성 치 알루미나시멘트 대체 시료 골재 대체 시료
AD-0 AD-10 AD-20 AD-30 CD-0 CD-5 CD-10 CD-15
첨가수분량(%) 13.0 13.3 13.7 14.0 13.0 14.2 15.4 16.7
가사시간(분) 85 80 60 45 85 70 55 40
양생강도(kg/cm2) 압축강도굽힘강도 56363.2 42152.7 37541.0 28838.6 56363.2 42654.0 34841.8 27834.0
선변화율(%) 110℃ x 24h1,000℃ x 3h1,350℃ x 3h 0-0.06-0.06 -0.03-0.03-0.09 -0.03-0.12-0.12 -0.03-0.06-0.16 0-0.06-0.06 -0.03-0.06-0.06 -0.03-0.12-0.16 -0.03-0.12-0.19
압축강도(kg/cm2) 110℃ x 24h1,000℃ x 3h1,350℃ x 3h 270213275 239153207 151120201 12299155 270213275 225149207 194127132 14387102
굽힘강도(kg/cm2) 110℃ x 24h1,000℃ x 3h1,350℃ x 3h 50.337.571.4 38.622.365.5 30.418.756.2 18.714.043.3 50.337.571.4 37.516.467.9 30.414.044.5 25.09.435.1
부피비중 110℃ x 24h1,000℃ x 3h1,350℃ x 3h 2.051.971.98 2.011.941.96 2.001.941.95 1.991.931.95 2.051.971.98 2.021.931.95 2.001.921.92 1.951.881.89
기공율(%) 110℃ x 24h1,000℃ x 3h1,350℃ x 3h 18.222.224.7 19.722.425.7 20.622.325.7 21.522.626.0 18.222.224.7 19.724.026.4 21.425.927.8 23.928.329.6
표-6의 결과로부터 알루미늄드로스를 캐스타블로 재활용할 때는 캐스타블 배합원료 중 미세골재용으로 대체사용하는 것이 좋고, 배합량은 전체의 15%이내가 적절하다는 것을 알 수 있다.
그리고, 표-6에서 1,000oC, 1,350oC 에서의 선변화율 및 강도시험 결과는 본 발명에서 제조한 캐스타블을 사용할 때에 참고용으로 제시한 것인데, 1,000oC 에서 강도가 저하되는 것은 점결제인 알루미나시멘트가 양생되면서 내부에 형성된 수화물 중의 물이 분해되어 강도가 저하되기 때문이며, 이것을 1350oC에서 소성하면 골재들이 소결을 하여 강도가 다시 상승한다.
이상의 시험예로부터 알루미늄드로스를 본 발명에 따른 방법대로 처리하면 알루미나질 캐스타블내화물로 재활용할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와같이, 본 발명은 알루미늄의 용해시 발생되는 알루미늄드로스를 처리하여 드로스 중에 함유되어 있는 금속알루미늄을 NaOH 용액으로 침출시켜 수산화알루미늄을 제조하므로써, 수입 고령토를 사용하여 수산화알루미늄을 제조하는 종래의 방법에 비해 원료비를 절감할 수 있고, 오토크레이브를 사용하지 않아도 되기 때문에 장치비를 줄일 수 있다는 장점이 있으며, 또한 드로스 중에 함유된 알루미늄금속이 수산화나트륨 용액에서 침출될 때 발생되는 수소가스를 부산물로서 회수할 수 있는 잇점이 있다.
그리고, 알루미늄드로스의 침출잔사를 수세, 건조, 배소시켜 알루미나질 캐스타블 원료로 재활용할 수 있도록 함으로써 매립 등으로 폐기시켜야 할 알루미늄 폐드로스의 발생량을 현저히 줄여 그 처리비용을 절감시킴과 동시에 환경오염을 근본적으로 방지하고 관련산업에 제조원료로 대체적용이 가능하도록 하여 해당 제품의 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있는 효과를 창출하게 된다.

Claims (5)

  1. 알루미늄 용해시에 발생되는 알루미늄드로스를 처리함에 있어서,
    상기 알루미늄드로스를 파쇄하여 크기에 따라 분류한 다음 입자 크기가 약 1mm 보다 큰 것은 재용해하여 알루미늄 금속을 회수하고, 크기가 이보다 작은 것들은 수산화나트륨 용액으로 침출하여 드로스 중의 알루미늄 성분을 수산화나트륨 용액중으로 용해시킨 다음, 침출한 여과용액에 소량의 수산화알루미늄 종자를 첨가하여 가수분해시킴으로써 수산화알루미늄을 제조하는 것을 특징으로 하는 알루미늄드로스의 처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기의 공정에 의해 알루미늄드로스를 수산화나트륨 용액으로 침출하여 드로스 중의 알루미늄과 수산화나트륨 및 물과의 반응에 의하여 수소 가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 알루미늄드로스의 재활용방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기의 공정에 의해 알루미늄드로스를 수산화나트륨으로 침출시 수산화나트륨 농도 10-20%, 드로스와 침출용액과의 광액농도를 100-200g/l로 처리하는 것을 특징으로 하는 알루미늄드로스의 재활용 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기의 방법에 따라 알루미늄드로스를 수산화나트륨 용액으로 침출시킨 후, 침출잔사를 수세, 건조 및 배소하고 이를 골재 및 알루미나시멘트와 혼합하여 알루미나질 캐스타블내화물을 제조할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄드로스의 재활용 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기의 공정에 따라 알루미늄드로스를 캐스타블 원료로 사용시 캐스타블 배합원료 중 미세골재용으로 대체 사용하며, 배합량은 전체의 15% 이내로 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄드로스의 재활용 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100815062B1 (ko) * 2007-01-05 2008-03-18 김재수 알루미늄 드로스를 이용한 알루미나 시멘트의 제조방법
WO2009004565A2 (en) * 2007-07-02 2009-01-08 Bumatech (Pty) Limited Flux and method of making same
DE102008003221A1 (de) * 2008-01-04 2009-07-09 Dörte Dr. Nowacki Verfahren zur Verwertung von Aluminium in Abfallstoffen, insbesondere im Verbund mit anderen Stoffen
KR20090098181A (ko) * 2008-03-13 2009-09-17 주식회사 예람 고강도 규석 모르타르 조성물 및 그 제조방법
ES2326722B1 (es) * 2008-04-01 2010-07-16 Refineria Diaz, S.A Procedimiento de reciclado y valoracion de escorias de aluminio.
CN101870485B (zh) * 2009-04-23 2012-06-06 刘庆玲 利用高硅低铝矿物原料生产氢氧化铝联产水泥工艺方法
CN101698312B (zh) * 2009-10-16 2011-05-04 中国铝业股份有限公司 一种铝土矿选尾矿制取复合仿瓷木材的方法
KR101735425B1 (ko) 2015-12-14 2017-05-16 (주)디에스리퀴드 알루미늄 블랙 드로스 재활용 시스템 및 방법
KR101711363B1 (ko) * 2015-12-14 2017-03-02 윤수현 알루미늄 스크랩의 블랙 드로스 재활용 장치 및 방법
CN108585006B (zh) * 2018-07-05 2020-09-18 云南文山铝业有限公司 一种铝灰处理工艺中活性溶出及生料制备的方法
CN109365473B (zh) * 2018-10-17 2020-03-17 郑州中科新兴产业技术研究院 一种混联法实现二次铝灰脱氟及资源化的方法
CN110128151A (zh) * 2019-04-30 2019-08-16 浙江琰大新材料有限公司 一种轻质隔热耐火浇注料的制作工艺
KR102262189B1 (ko) * 2019-08-23 2021-06-09 주식회사 이에스알 알루미늄 드로스의 처리 장치
CN111979429B (zh) * 2019-12-16 2022-05-13 中北大学 一种废铝回收除渣装置
CN111410522A (zh) * 2020-03-19 2020-07-14 雅安沃克林环保科技有限公司 一种球铝生产废料的综合利用方法
KR20240013602A (ko) 2022-07-22 2024-01-30 신상훈 수산화알루미늄이 생성되는 수소 발생 장치
KR20240013601A (ko) 2022-07-22 2024-01-30 신상훈 알루미늄을 이용한 수소 발생 장치
JP7249076B1 (ja) * 2022-08-30 2023-03-30 グランドエンタープライズジャパン株式会社 水素生成方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135565A (en) * 1991-04-16 1992-08-04 The Boc Group, Inc. Recovery of aluminum from dross using the plasma torch
ZA987467B (en) * 1997-08-19 1999-03-13 Intaba Chemicals Pty Limited Recovery of metal values

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100845710B1 (ko) 2007-01-05 2008-07-10 김재수 알루미늄 드로스를 이용한 수소가스의 제조방법

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