KR100574404B1

KR100574404B1 - 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 납 용출 방지방법

Info

Publication number: KR100574404B1
Application number: KR20040107784A
Authority: KR
Inventors: 이재영
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-04-27

Abstract

본 발명은 알카리성 제강 더스트에 산성철염을 투여하여 더스트 용출 용액의 pH를 저하함으로써 Pb의 용출을 방지하는 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출을 방지방법을 제공하기 위한 것으로, 제강 공정에서 발생하는 더스트에 포함된 CaO 대비 산성철염의 몰수를 0.1-1.0배로 조절하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 몰수 비가 조절된 산성철염을 상기 더스트와 투여하여 더스트의 용출 용액의 pH가 7.5-11이 되도록 하는 제 2 단계로 이루어진다.

Pb, 산성철염

Description

산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 납 용출 방지방법{Method for preventing Pb in steel manufacture dust to exude by using acid iron salts}

도 1은 본 발명의 일실례에 의한 흐름도.

본 발명은 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 알카리성 제강 더스트에 산성철염을 투여하여 더스트 용출 용액의 pH를 저하함으로서 Pb의 용출을 방지하는 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제강 공장의 전로와 전기로에서는 공정 중에 더스트가 발생한다. 전로는 산소, 공기, 혹은 가스를 노에 들어있는 선철 용탕 속 또는 표면에 불어넣음으로써, 불순 원소를 산화 연소시켜서 제거하며, 그 열을 이용하면서 정련을 행하는 식의 노로, 제강용 노의 대표적인 노이다. 그리고, 전기로는 전열을 이용하여 가열하는 노를 말한다. 제강의 원료로 사용하는 원료 내에 포함된 미량의 Pb는 비점이 낮으므로 작업시 증발하여 더스트화 한다. 따라서 제강 더스트 내에는 통상 0.5%-6%까지 Pb가 존재한다. 이와 같은 더스트 내의 Pb는 외부환경에서 용출될 가 능성이 매우 높다. Pb의 용출은 환경법상 폐기물 용출 기준치(Pb=3ppm)이하로 되어야만 재활용이나 일반 매립이 가능하다. 용출 시험에서 용출기준치를 초과하면 특정 폐기물로 분류되어 많은 처리 비용이 소요되고 자원화가 법적으로 제한된다.

종래에 Pb함량이 높은 더스트는 이와 같은 용출 가능성 때문에 재활용이 되지 못하고, 더스트 내 함유하는 철성분을 회수하고자 상당량이 제강공장 원료로 반복 투입되어 왔다. 그러나 상기 방법을 지속하면 Pb 는 지속적으로 농축이 이루어지므로 더스트 내 Pb 함량 증가와 환경법상 폐기물 용출 기준치를 넘어 재활용은 물론 일반 매립도 어려운 실정이다.

이와 같은 더스트의 Pb 용출 방지를 위해서 슬라그 미분말과 같은 특수시멘트를 이용하여 고화시키는 방법이 제시되고 있다(한국특허출원2002-83098 ). 그러나 상기 방법은 더스트의 재활용 자체가 불가능하고 더스트 대비 타 첨가제의 양이 많아 비용이 높은 단점이 있다.

한편, 더스트의 유해물질인 Pb를 제거하기 위한 건식과 습식 방법이 제시되고 있다. 건식법으로는 Pb를 제거 회수하기 위하여 특수열처리로에서 가열 처리하여 증발 회수하는 방법 (JP1985-029430)이 제시되고 있다. 또한 더스트를 강산에 용해한 후 아연 분말을 투여하여 치환석출 제거시키는 방법이 제시되고 있다(한국 특허출원 2000-53422). 그러나 이와 같은 회수 공정은 공정이 복잡하고 동시에 회수되는 아연의 양 등이 작아 경제적이지 못하여 실용적으로 이용되지 못하고 있는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 제강 더스트의 Pb 용출을 효과적으로 억제하는 경제적인 방법을 제공하기 위하여 알카리성 제강 더스트에 산성철염을 혼합하여 제강 더스트의 용출 pH를 조절하여 Pb 용출이 억제되도록 할 수 있는 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일실시례에 의한 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법은 제강 공정에서 발생하는 더스트에 포함된 CaO 대비 산성철염의 몰수를 0.1-1.0배로 조절하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 몰수비가 조절된 산성철염을 상기 더스트에 투여하여 혼합된 물질의 용해액의 pH가 7.5-11이 되도록 하는 제 2 단계로 이루어진다.

그리고 상기 제 1 단계의 산성철염은 FeSO₄, FeCl₂, FeCl₃ 등의 단독 또는 혼합염이 사용될 수 있다.

상기 본 발명의 구성에 대한 작용을 설명하기 위하여 먼저 본 발명의 핵심내용인 Pb의 용출과 pH와의 관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.

더스트 내의 Pb 용출에 미치는 영향을 조사한 결과 더스트의 Pb 용출량은 더스트 내의 PbO 함량 보다는 더스트 내의 pH에 크게 의존한다. 즉, 더스트 내 존재하는 CaO, Na₂O, K₂O와 같은 알카리성 산화물은 더스트가 물과 접촉하면 다음 반응에 의하여 쉽게 알카리화하며 용출용액의 pH를 증가시킨다.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (1)

용출실험 또는 자연환경에서 더스트가 물에 젖게 되면 용출액의 pH는 최대 12.5까지 증가하며, 이에 따라 더스트 내의 PbO가 Pb 이온으로 용출하기 쉬운 환경이 제공된다. 이는 PbO는 산성 및 알카리성에 모두 용해가 되는 양쪽성 용해 특징을 지니기 때문으로 판단된다. 따라서 Pb의 용출을 억제하기 위해서는 제강 더스트내에 포함된 CaO를 중화하여 pH를 낮추면 가능해진다. 이때, CaO중화제로 강산(염산,황산)을 사용하면 발열이 심하여 fume 발생이 심해지며 더스트의 pH 증가에 관여하지 않는 다른 성분(Fe₂0₃, ZnOFe₂0₃, CaOFe₂0 ₃)등을 용해하므로 바람직하지 않다.

Pb용출 방지를 위한 더스트 pH 하향제로는 산성철염이 바람직하다. 여기서 산성철염이란, FeCl₂, FeCl_3,FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃와 같은 황산 및 염화철 염이 바람직하다. 철염을 선택하는 이유는, 산세 폐산과 같이 철강 부산물로 발생하여 값이 저렴하며 제강 더스트 내의 주성분인 철성분 함량이 약간 변할 뿐 타 성분이 혼입이 없어 더스트를 철질 부산물로 재활용하는 용도가 용이하다. 예를 들면 시멘트 원료 등에 활용이 가장 용이하기 때문이다. 또한, 산성 철염은 더스트 내 알카리의 주성분인 CaO와 혼합 시 발열이 거의 없고, 반응성이 매우 양호하기 때문이다. 또한 산성 철염은 물에 잘 녹으므로 액상화가 가능하여 더스트와 균질 혼합이 적합하다는 장점이 있다.

산성철염의 투입량은 더스트내의 전체 CaO 몰수 대비 0.1-1.0배가 적합하다. 가장 최적 배합비는 더스트 내 존재하는 자유 CaO(free CaO : 다른 성분과 결합되 지 않은 CaO)를 정확히 제거할 만큼 첨가하는 것이 좋지만 더스트 내의 자유 CaO 함량은 정확한 분석이 어려우므로 투여량은 전체 CaO 대비 투여함이 바람직하다. 투입되는 산성염의 몰수가 전체 CaO 몰수를 넘으면 더스트의 용출 pH가 산성화되어 용출 pH가 7.5이하로 낮아져 Pb 용출이 오히려 증가할 수 있으므로 바람직하지 않다.

한편, 더스트내의 CaO 몰 수 대비 0.1배 이하의 산성철염 투여 시에는 존재하는 자유 CaO의 제거가 여의치 않아 용출시험 시 Pb의 알카리 용출이(용출 pH>10.5) 일어난다.

본 발명을 통하여 얻어진 더스트는 원소인 Pb의 용출이 일어나지 않으므로 환경안정성의 확보와 지정 폐기물에서 일반 폐기물로의 전환을 통한 폐기물 처리비 절감 효과를 가진다.

본 발명의 일실시예를 통해 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예1)

제철소 제강 공장 공장에서 발생하는 성분이 다른 더스트를 공장별로 2가지 종류(전로더스트, 미니밀 전기로더스트)의 시료를 채취하였다(ST1). 전기로 더스트는 CaO 함량이 6.80%, PbO함량이 1.35%였으며, 전로더스트는 CaO 함량이 32% PbO 함량이 0.6%이었다. 상기 시료를 폐기물 공정 시험법에 따라 용출 시험을 하여 Pb 농도와 용출 용액의 pH를 각각 분석 하였다. 즉, 더스트 100g에 물을 혼합한 후 진탕기에서 진탕처리하고 슬러지를 여과하여 여과된 용출액의 pH와 Pb 함량을 분석하였다.

또한 CaO 함량 분석 결과 더스트 100g 당 CaO 몰수 대비 산성철염의 종류와 혼합 몰수를 달리하여 혼합 몰비가 다른 산성철염 혼합 더스트를 각각 준비하였다.

더스트의 혼합은 건식으로도 할 수 있지만 균일 혼합을 위하여 산성철염을 물에 녹여 더스트를 혼합하였다. 상기 혼합 더스트를 폐기물 공정 시험법에 따라 용출하여 용출액의 pH와 Pb함량을 측정하여 표1에 종합적으로 나타내었다.

<산성철염 투입에 따른 용출 pH와 Pb 용출 특성>

	더스트 성분			산성철염 투입조건		용출특성
	CaO (중량%)	PbO (중량%)	100g당 CaO몰수	종류	혼합몰비	pH	용출Pb(ppm)
비교예1	6.08	1.35	0.12	-	-	12.4	69
비교예2	6.08	1.35	0.12	Fecl₃	0.1	11.9	3.1
발명예1	6.08	1.35	0.12	Fecl₃	0.3	10.5	0.1
발명예2	6.08	1.35	0.12	Fecl₃	0.6	9.2	<0.05
비교예3	6.08	1.35	0.12	Fecl₃	1.2	6.8	1.1
비교예4	32	0.6	0.57	-	-	12.6	124
비교예5	32	0.6	0.57	FeSO₄	0.15	11.6	1.8
발명예3	32	0.6	0.57	FeSO₄	0.45	10.1	<0.05
발명예4	32	0.6	0.57	FeSO₄	0.75	8.6	<0.05
발명예5	32	0.6	0.57	FeSO₄	1.0	7.6	0.8
발명예6	32	0.6	0.57	FeSO₄	1.25	5.8	3.3
비교예7	32	0.6	0.57	FeCl₂	0.45	10.2	<0.05

산성철염이 혼합되면 알카리성인 더스트가 중화되어 용출 pH가 크게 낮아지면서 Pb 용출량이 감소됨을 알 수 있다. Pb 용출량은 더스트 내의 Pb 함량보다 pH에 크게 의존한다. 이는 모든 더스트를 산성철염으로 처리하여 Pb 용출을 억제할 수 있음을 알 수 있다.

산성염이 투입되지 않은 시료(비교예1, 비교예4)의 경우, Pb 용출량이 3ppm 을 크게 초과하며 특정 폐기물 수치에 해당되며 본 발명에서 목표하는 Pb 용출농도 안정 농도(1ppm 이하)를 만족 시키지 못한다.

용출액의 pH가 7.5-11에 이를 때 Pb 용출 농도는 1ppm 이하로 관리가 가능 함을 알 수 있다. 용출액의 pH를 7.5-11에 만족하기 위해서는 산성철염의 투입량이 더스트 내 CaO의 몰비가 0.1배 이상이어야 한다. 그 이하에서는 (비교예2, 비교예5) 용출 안전 기준치 확보가 불가능하다. 산성 철염의 투입량이 1.0배를 넘어서면 용액의 pH는 7.5 이하가 되면서 오히려 산성염에 의한 용출이 가능하므로 산성철염의 투입량은 더스트 내 CaO 몰수의 1.0배 이하가 되도록 하여야한다.

산성철염은 FeCl₂, FeCl₃, FeSO₄의 효과가 유사하며 어떤 형태의 산성철염도 가능하다. 즉 산세 폐산은 FeCl₂, FeCl₃ 가 혼합되어 있어 산세 폐산으로도 적용이 가능하다.

pH저하를 위하여 일반 산성염 대신 산성 철염을 선택하는 이유는 산세 폐산과 같이 철강 부산물로 발생하여 값이 저렴하며 제강 더스트 내의 주성분인 철성분 함량이 약간 변할 뿐 타성분이 혼입이 없어 더스트를 철질 부산물로 재활용하는 용도로 활용될 수 있기 때문이다. 예를 들면, 시멘트 원료 등에 활용이 가장 용이하다. 또한 산성 철염은 더스트 내 알카리의 주성분인 CaO와 혼합 시 발열이 거의 없고, 반응성이 매우 양호하기 때문이다. 또한 산성 철염은 물에 잘 녹으므로 액상화가 가능하여 더스트와 균질 혼합이 적합하다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변 화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법은 간단한 공정을 통하여 CaO를 함유한 알카리성 제강더스트에 산성철염을 투여하여 더스트 용출 용액의 pH를 저감시키고 Pb의 용출을 방지함으로써, 제강더스트의 고질적 문제인 높은 pH와 Pb 용출로 인한 환경 문제를 효과적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

제강 공정에서 발생하는 더스트에 포함된 CaO 대비 산성철염의 몰수를 0.1-1.0배로 조절하는 제 1 단계와;

상기 제 1 단계에서 몰수비가 조절된 산성철염을 상기 더스트에 투여하여 혼합된 물질의 용해액의 pH가 7.5-11이 되도록 하는 제 2 단계로 이루어지는 것을 특지으로 하는 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 산성철염은

FeSO₄, FeCl₂, 또는 FeCl₃ 의 단독 또는 혼합염을 사용하는 것을 특징으로 하는 산성철염을 이용한 제강 더스트 내의 Pb 용출 방지방법.