KR100743033B1 - 제강분진 재활용 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제강분진을 분리하여 산화철 분말과 아스콘 채움재, 산화 아연분말 각각을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제강분진을 자력 선별기를 이용하여 산화철 분말을 분리하고, 분리된 산화철 분말은 파쇄기를 이용하여 파쇄한 후 2차 자력 선별하여 미분화된 양질의 산화철 분말로 회수하고, 나머지 물질 중 불순물은 사이클론에서 아스콘 채움재로 분리하고, 잔류된 양질의 아연분말은 백 필터에서 회수하여 우수한 아연원료로 사용함으로 제강사의 제조원가를 낮추고 매립장 및 매립비용을 절감할 수 있으며 매립에 의한 침출수유출 및 지하수의 오염 등 2차적인 환경오염을 방지하고자 한다.
제강분진, 자력선별기, 분쇄기, 산화철분말, 아연분말, 아스콘 채움재

Description

제강분진 재활용 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR RECYCLING DUST FROM STEELMAKING PLANT}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 재활용 장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자력 선별기의 수직 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자력 선별기의 수평 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호설명
100: 제강분진 저장조 200: 제1 자력 선별기
210: 1차 선별 비자성 입자 출구 220: 1차 선별 자성 입자 출구
230: 외부 원통 240: 내부 원통
241: 통공 270: 전자석
300: 제2 자력 선별기 310: 2차 선별 비자성 입자 출구
320: 2차 선별 자성 입자 출구 400: 분쇄기
500: 분급기 600: 백필터 집진기
700: 송풍팬 800: 스크류 콘베이어
본 발명은 제강분진을 재활용하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강분진으로부터 양질의 아연 분말과 산화철 분말을 유용한 자원으로 재활용하기 위하여 분리 회수하고 잔유물은 아스콘 채움재로 재활용하기 위하여 사이클론에서 분리하여 회수하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 제강분진은 제강 공정 중 고철에 포함된 중금속 및 유해성분이 제강 작업시 1500~1600℃의 고온에서 휘발하여 집진 먼지 중에 함유되어 생성되는 것으로서 국내 연간 약 300,000톤이 생산되고 있으나 그 대부분이 재활용되지 못하고 매립되고 있는 실정이다. 이에 따른 매립지의 부족과 매립 비용의 상승에 따른 처리비용의 증가로 인하여 제강분진의 재활용에 대한 관심이 고조되고 있다.
제강분진의 재활용에 따른 경제적 효과는 상당한데, 특히 제강분진의 약 24%를 차지하는 산화아연은 수명이 길고 부식이 덜 되어 경제성이 높은 특성을 가지고 있고, 제강분진의 약 47%를 차지하는 산화철은 도료의 원료 및 페라이트 제조 원료로 유용하게 쓰일 수 있으며, 잔유물은 흐름성이 좋도록 입자를 고르게 하여 아스콘 채움재로 사용할 수 있다.
그러나 종래에는 상기 제강분진이 재활용되지 못하고 매립됨에 따라 경제성이 높은 유효자원이 재활용되지 못함으로 인하여 낭비되고 매립에 의한 침출수 유출 및 지하수 오염 등의 2차적인 환경오염을 일으킨다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 제강분진 속에 함유되어 있는 산화철을 분리 회수하고, 고농도의 양질의 산화아연을 분리 회수하는 한편, 잔유물은 입자 크기를 고르게 하여 양질의 흐름성이 좋은 아스콘 채움재로 활용하기 위한 제강분진의 재활용 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제강분진 재활용 방법은 제강분진을 자력 선별기를 이용하여 자성 입자와 비자성 입자로 분리하고, 분리된 자성 입자를 회수하는 자력 선별 단계와, 분리된 비자성 입자를 분급기를 이용하여 기준 입도에 따라 분리하고, 기준 입도 이상의 크기를 가진 비자성 입자를 회수하는 입도 선별 단계; 및 기준 입도 미만의 크기를 가진 비자성 입자를 집진기를 이용하여 회수하는 포집 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 자력 선별 단계는 1차 자력 선별 단계와 2차 자력 선별 단계의 두 단계로 각각 별개의 자력 선별기에서 이루어지고, 이때 상기 1차 자력 선별 단계에서 분리된 자성 입자는 2차 자력 선별 단계를 거치기 전에 분쇄기를 통해 입자가 고르게 되도록 분쇄 공정을 거치는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기준 입도는 30~34μm 또는 43~47μm인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제강분진 재활용 장치는 제강분진을 저장하기 위한 제강분진 저장조와, 물질의 흐름을 위해 송풍하기 위한 송풍팬과, 상기 제강분진 저장조로부터 공급되는 제강분진을 전자석을 이용하여 1차 선별 자성 입자와 1차 선별 비자성 입자로 분리하여 1차 선별 자성 입자는 1차 선별 자성 입자 출구를 통해 배출하고 1차 선별 비자성 입자는 1차 선별 비자성 입 자 출구를 통해 배출하는 제1 자력 선별기와, 상기 1차 선별 자성 입자 출구와 연통되고, 배출된 상기 1차 선별 자성 입자를 분쇄하기 위한 분쇄기와, 상기 분쇄기와 연통되고 상기 분쇄기로부터 공급되는 상기 1차 선별 자성 입자를 전자석을 이용하여 2차 선별 자성 입자와 2차 선별 비자성 입자로 분리하여 2차 선별 자성 입자는 2차 선별 자성 입자 출구를 통해 배출하여 회수하고 2차 선별 비자성 입자는 2차 선별 비자성 입자 출구를 통해 배출하기 위한 제2 자력 선별기와, 상기 1차 선별 비자성 입자 출구 및 2차 선별 비자성 입자 출구와 연통되고 상기 제1 자력 선별기 및 제2 자력 선별기로부터 공급되는 1차 선별 비자성 입자 및 2차 선별 비자성 입자를 기준 입도에 따라 분리하여 기준 입도 이상의 크기를 가진 입자는 회수 배출구를 통해 배출하여 회수하고 기준 입도 미만의 크기를 가진 입자는 집진 배출구를 통해 배출하기 위한 분급기 및 상기 분급기의 집진 배출구와 연통되고 상기 분급기로부터 공급되는 기준 입도 미만의 크기를 가진 입자를 포집하여 회수하기 위한 집진기를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 분급기는 사이클론 분급기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 집진기는 백필터 집진기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 자력 선별기 및 제2 자력 선별기는 다수의 전자석이 외부 원통의 외주면에 부착되고, 다수의 통공이 형성된 내부 원통이 상기 외부 원통에 내장되며, 상기 내부 원통에는 에어와 선별 대상 물질을 공급하기 위한 통로 및 비자성 입자를 배출하기 위한 통로가 연통되고, 상기 외부 원통에는 자성 입자를 배출하기 위한 통로가 연통되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제강분진 재활용 장치를 나타낸 것이다.
제강분진 재활용 장치는 제강분진 저장조(100)와, 제1 자력 선별기(200) 및 제2 자력 선별기(300), 제1 자력 선별기(200)와 제2 자력 선별기(300) 사이에 설치되는 분쇄기(400), 사이클론 분급기(500), 백필터 집진기(600), 송풍팬(700), 제2 자력 선별기(300)와 사이클론 분급기(500) 및 백필터 집진기(600)의 아래에 설치된 스크류 콘베이어(800) 및 상기 구성 요소들을 연결해주고 제강분진과 에어의 통로가 되는 배관들을 포함하여 구성된다.
제강분진이 담기는 제강분진 저장조(100)의 아래에는 제강분진 저장조(100)로부터 밑으로 배출되는 제강분진을 이송하기 위한 스크류 콘베이어(800)가 장치된다.
자력 선별기는 제1 자력 선별기(200)와 제2 자력 선별기(300)의 두 대가 병렬로 설치되며, 제1 자력 선별기(200)의 상단에는 1차 선별 비자성 입자 출구(210)가, 하단에는 1차 선별 자성 입자 출구(220)가 형성되고, 제2 자력 선별기(300)의 상단에는 2차 선별 비자성 입자 출구(310)가, 하단에는 2차 선별 자성 입자 출구(320)가 형성된다.
제1 자력 선별기(200)의 1차 선별 자성 입자 출구(210)에서 제2 자력 선별기(300)까지를 연결하는 배관의 도중에는 분쇄기(400)가 설치된다.
제1 자력 선별기(200)의 1차 선별 비자성 입자 출구(210)와 제2 자력 선별 기(300)의 2차 선별 비자성 입자 출구(310)는 사이클론 분급기(500)와 연결된다. 사이클론 분급기(500)의 상단에는 집진 배출구(510)가, 하단에는 회수 배출구(520)가 형성되고, 사이클론 분급기(500)의 회수 배출구(520)의 아래에는 사이클론 분급기(500)로부터 밑으로 배출되는 물질을 이송하기 위한 스크류 콘베이어(800)가 장치된다.
사이클론 분급기(500)의 집진 배출구(510)와 연결되는 배관은 백필터 집진기(600)와 연결된다. 백필터 집진기(600)의 하단에는 집진 배출구(610)가 형성되고, 상단부 측면에는 송풍 팬과 연결된 출구(620)가 형성되며, 백필터 집진기(600)의 집진 배출구(610)의 아래에는 백필터 집진기(600)로부터 밑으로 배출되는 물질을 이송하기 위한 스크류 콘베이어(800)가 장치된다. 각 스크류 콘베이어(800)가 이송하는 분말은 포대 등에 모여 회수된다.
도 2 및 3은 본 실시 예에 따른 자력 선별기의 구조를 나타낸 것이다.
자력 선별기(200)는 다수의 전자석(270)이 외부 원통(230)의 외주면에 부착되고, 다수의 통공(241)이 형성된 내부 원통(240)이 상기 외부 원통(230)에 내장되며, 상기 내부 원통(240)에는 에어와 선별 대상 물질을 공급하기 위한 통로(250) 및 비자성 입자를 배출하기 위한 통로(260)가 연통되고, 상기 외부 원통(230)에는 자성 입자를 배출하기 위한 통로가 연통되는 구조를 가진다.
제강분진이 내부 원통(240)으로 유입되면 공급되는 에어에 의하여 제강분진이 유동되는데, 내부 원통(240) 내를 유동하는 제강분진 중 자성 입자는 내부 원통(240)에 형성된 통공(241)을 통하여 내부 원통(240)을 빠져나와서 전원이 인가된 전자석(270)의 자력에 의하여 외부 원통(230)의 내벽에 부착되고, 전자석(270)의 전원을 차단하면 외부 원통(230)의 내벽에 부착되어 있던 자성 입자가 내부 원통(240)과 외부 원통(230) 사이의 공간을 따라 낙하되면서 경사로(280)를 따라 하단 중앙에 형성된 출구(220)로 빠져나간다.
두 대의 자력 선별기를 거친 물질은 사이클론 분급기(500)로 유입된다. 사이클론 분급기(500)란 분급기의 일종으로 짧은 원통 아래에 가늘고 긴 원추형 통을 접합한 것으로서, 사이클론 분급기(500) 내에서 에어에 의해 유동되는 물질 중 무거운 입자는 하강하여 회수 배출구(520)를 통해 빠져나가고, 가벼운 입자는 상승하여 집진 배출구(510)를 통해 빠져나간다. 사이클론 분급기(500)의 상부에는 회전수 조절이 가능한 임펠러(530)가 구비되고, 회수 배출구(520)에는 로터리 밸브(미도시)가 구비된다.
백필터 집진기(600)는 분진이 함유된 에어를 나란히 설치된 여러 개의 여과포에 통과시키면서 분진이 여과포에 포집되도록 하는 장치이다. 집진효율이 높고 안정된 연속운전이 가능하며 여과속도의 조정으로 다량의 풍량을 처리할 수 있다는 장점이 있다. 여과포 자체는 약간의 분진을 포집하지만 더 중요한 역할은 직물위에 빠르게 쌓이는 먼지층의 지지체로서 작용하는 것이다. 따라서 미세분진 및 고농도의 분진은 먼지층에 의해 더욱 효율적으로 포집하고 포집된 분진은 기계식 장치에 의해 배출된다.
상기 사이클론 분급기(500) 및 백필터 집진기(600)는 해당 기술분야에서 널리 알려진 장치이므로 그 구조나 원리에 대해서는 여기에서 자세하게 다루지 않는 다.
이하에서는 상기와 같은 구성의 제강분진 재활용 장치를 이용한 제강분진 재활용 방법을 실험 데이터를 참조하여 설명한다.
본 실시 예에서 원료로 사용되는 제강분진의 성분은 <표1>과 같으며, 제강분진 속의 산화철(Fe2O3) 함유량은 46.96%에 달한다.
제강분진 성분 분석
구 성 성 분
주요성분비 (wt%) Al2O3 P2O5 Fe2O3 CaO MnO S Na2O ZnO K2O TiO2
1.96 0.36 46.96 3.63 2.05 0.49 1.88 23.99 2.57 0.10
주요성분 합계(wt%) 83.99
상기와 같은 제강분진 중에서 자력 선별기(200)를 이용하여 산화철을 분리 선별한 결과 산화철의 분리율은 표 2에서와 같다.
자력 선별기를 이용한 산화철 분리율
유속 자력 자간거리 산화철 분리율(%)
m/s gauss mm 1회 2회 3회 4회 5회 평균
2 4000 120 82 78 84 85 88 83.4
3 79 77 79 83 76 78.8
5 18 15 24 22 17 19.2
7 8 11 9 6 11 9
2 4000 150 61 54 69 72 59 63
3 56 50 52 48 58 52.8
5 11 17 9 18 14 13.8
7 3 5 4 4 5 4.2
위의 결과와 같이, 자력이 4000gauss이며 자간저리가 120mm인 자력 선별기(200)에서 제강분진의 유속을 2m/s로 하여 운전할 경우, 산화철의 분리율이 83.4%에 이른다. 1차 선별한 산화철을 분쇄기(400)를 이용하여 분쇄한 후 자력 선별기(300)를 이용하여 2차 분리 포집하면 입자 크기가 30~65㎛로 균일하고 산화철 함량이 70~85%인 양질의 미분화된 산화철을 얻을 수 있으며, 이렇게 얻은 양질의 산화철은 도료의 원료 및 페라이트 제조 원료로 공급된다.
산화철의 분리 후 산화아연이 제강분진 중에서 차지하는 비율의 변동은 다음의 표 3에서와 같다.
산화철 제거 전과 제거 후의 제강분진의 성분 구성비(중량 기준 비율)
구성성분 Al2O3 P2O5 Fe2O3 CaO MnO S Na2O ZnO TiO2 K2O 기타 총량
산화철 제거 전 제강분진 1.96 0.36 46.96 3.63 2.05 0.49 1.88 23.99 0.10 2.57 16.01 100
산화철제거 후 제강분진 3.22 0.59 7.8 5.96 3.36 0.80 3.09 39.43 0.16 4.22 26.31 94.94
제강분진에서 산화철이 분리 제거되고 남은 물질은 사이클론 분급기(500)를 통해 기준입도 이상의 크기를 가진 입자와 기준입도 미만의 크기를 가진 입자로 분리하여 기준입도 이상의 크기를 가진 입자는 사이클론 분급기(500) 하부의 로터리 밸브를 통해 배출하여 포집하고, 기준입도 미만의 크기를 가진 입자는 상부로 배출하여 백필터 집진기(600)를 이용하여 포집한다.
기준입도는 사이클론 분급기(500) 상부에 구비된 임펠러(530)의 회전수를 조절하여 설정할 수 있는데, 여기서 기준입도를 선택할 때에는 사이클론 분급기(500) 내부에 공급되는 물질을 기준입도에 따라 분리한 결과 분리된 한쪽 물질 중에는 산화아연이 적게 포함되고, 분리된 다른 한쪽 물질 중에는 산화아연이 많이 포함되도록 하게 하는 기준입도를 선택한다. 이는 산화아연이 차지하는 비율이 높은 물질을 분리해내기 위함이다.
사이클론 분급기(500)를 통한 입도 선별에 있어서의 기준입도는 45㎛ 또는 32㎛인 것이 바람직하다. 다음의 표는 기준입도를 45㎛로 할 때(실험 1)와 32㎛로 할 때(실험 2)의 산화철이 제거된 제강분진 중 입자 크기에 따른 산화아연의 함유량을 나타낸 것이다.
제강분진 중 입자 크기에 따른 산화아연 함유량
입자 크기 ZnO(wt%)
실험 1 45㎛ 이상 33.65
45㎛ 미만 44.67
실험 2 32㎛ 이상 36.68
32㎛ 미만 47.52
표 4의 결과에서 나타난 것과 같이, 실험 1에서 산화철이 제거된 제강분진 중 입자의 크기가 45㎛ 미만의 제강분진에는 45㎛ 이상의 제강분진보다 산화아연의 함유량이 크게 높으며, 실험 2에서는 산화철이 제거된 제강분진 중 입자의 크기가 32㎛ 미만의 제강분진에는 32㎛ 이상의 제강분진보다 산화아연의 함유량이 크게 높다. 따라서 기준입도를 45㎛ 또는 32㎛로 할 때, 사이클론 분급기(500)에서 기준입도 이상의 크기를 가진 입자를 제거하면 산화아연 함유량이 높은 분말을 얻을 수 있다.
사이클론 분급기(500)에서 분리된 기준입도 이상의 입도를 가진 산화아연 함유량이 낮은 분말은, 산화철 회수 공정 중 입자가 큰 것을 분쇄하는 분쇄 공정을 거친 것으로서 입자 크기가 균일하고 흐름성이 좋기 때문에 양질의 아스콘 채움재로 활용될 수 있다. 또한, 사이클론 분급기(500)에서 분리된 기준입도 미만의 입도를 가진 입자들로 구성된 물질은 산화아연 함유량이 높아 양질의 아연 원료로 사용된다.
상기와 같이 본 발명은 폐기되는 제강분진을 자력 선별, 분쇄 및 입도 선별하여 양질의 산화철 분말과 고농도의 아연 함유 분말을 포집함으로써 낭비되는 자원을 회수하는 한편, 그 외의 분말은 산화철 분리 공정 중의 분쇄 공정을 거친 결과로 입도가 균일하고 흐름성이 좋기 때문에 양질의 아스콘 채움재로 활용할 수 있어서 유효자원의 낭비를 줄이고 제강분진의 매립에 따른 침출수 유출 및 지하수 오염 등 2차적인 환경오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 제강분진을 자력 선별기를 이용하여 자성 입자와 비자성 입자로 분리하고, 분리된 자성 입자를 회수하는 자력 선별 단계;
    분리된 비자성 입자를 분급기를 이용하여 기준 입도에 따라 분리하고, 기준 입도 이상의 크기를 가진 비자성 입자를 회수하는 입도 선별 단계; 및
    기준 입도 미만의 크기를 가진 비자성 입자를 집진기를 이용하여 회수하는 포집 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자력 선별 단계는 1차 자력 선별 단계와 2차 자력 선별 단계의 두 단계로 각각 별개의 자력 선별기에서 이루어지고, 이때 상기 1차 자력 선별 단계에서 분리된 자성 입자는 2차 자력 선별 단계를 거치기 전에 분쇄기를 통해 입자가 고르게 되도록 분쇄 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 입도는 30~34㎛인 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 입도는 43~47㎛인 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 방법.
  5. 제강분진을 저장하기 위한 제강분진 저장조;
    물질의 흐름을 위해 송풍하기 위한 송풍팬;
    상기 제강분진 저장조로부터 공급되는 제강분진을 전자석을 이용하여 1차 선별 자성 입자와 1차 선별 비자성 입자로 분리하여 1차 선별 자성 입자는 1차 선별 자성 입자 출구를 통해 배출하고 1차 선별 비자성 입자는 1차 선별 비자성 입자 출구를 통해 배출하는 제1 자력 선별기;
    상기 1차 선별 자성 입자 출구와 연통되고, 배출된 상기 1차 선별 자성 입자를 분쇄하기 위한 분쇄기;
    상기 분쇄기와 연통되고, 상기 분쇄기로부터 공급되는 상기 1차 선별 자성 입자를 전자석을 이용하여 2차 선별 자성 입자와 2차 선별 비자성 입자로 분리하여 2차 선별 자성 입자는 2차 선별 자성 입자 출구를 통해 배출하여 회수하고 2차 선별 비자성 입자는 2차 선별 비자성 입자 출구를 통해 배출하기 위한 제2 자력 선별기;
    상기 1차 선별 비자성 입자 출구 및 2차 선별 비자성 입자 출구와 연통되고, 상기 제1 자력 선별기 및 제2 자력 선별기로부터 공급되는 1차 선별 비자성 입자 및 2차 선별 비자성 입자를 기준 입도에 따라 분리하여 기준 입도 이상의 크기를 가진 입자는 회수 배출구를 통해 배출하여 회수하고 기준 입도 미만의 크기를 가진 입자는 집진 배출구를 통해 배출하기 위한 분급기; 및
    상기 분급기의 집진 배출구와 연통되고, 상기 분급기로부터 공급되는 기준 입도 미만의 크기를 가진 입자를 포집하여 회수하기 위한 집진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분급기는 사이클론 분급기인 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 집진기는 백필터 집진기인 것을 특징으로 하는 제강분진 장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 자력 선별기 및 제2 자력 선별기는 다수의 전자석이 외부 원통의 외주면에 부착되고, 다수의 통공이 형성된 내부 원통이 상기 외부 원통에 내장되며, 상기 내부 원통에는 에어와 선별 대상 물질을 공급하기 위한 통로 및 비자성 입자를 배출하기 위한 통로가 연통되고, 상기 외부 원통에는 자성 입자를 배출하기 위한 통로가 연통되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 제강분진 재활용 장치.
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