KR100906466B1

KR100906466B1 - 전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100906466B1
Application number: KR1020020066724A
Authority: KR
Inventors: 장세한
Original assignee: 세연에스앤알 주식회사
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2009-07-08
Also published as: KR20040039079A

Abstract

본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법은, 제강 분진을 무해화하고 경제적으로 금속 상태의 아연 및 철 등을 생산하는 것으로, 제강 분진을 먼저 세정과정을 통해 본 공정에서 방해 요소로 작용하는 Cl 및 Na등을 제거하고, Cl 및 Na등이 제거된 제강 분진을 용해로에서 1000 - 1500℃에서 코크스 등의 환원제로 환원 및 가스화하여 급속 냉각장치 및 분리장치를 이용하여 조산화아연(ZnO)가 아닌 금속 상태의 아연으로 회수하므로써 기존의 건식방법이 가지고 있는 문제점인 1차 조산화아연 생산 후 2차 아연 정련공장에서 금속 상태의 아연을 생산하는 방법을 하나로 축소하여 경제적으로 제강 분진 처리 및 자원화 할 수 있도록 한 것이다.

아연, 철, 제강 분진, 유가금속, 폐기물, 용해로, 석회석, 코크스

Description

전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법{Method and apparatus for processing electric arc furnace dust}

도 1은 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치에 대한 연결 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 고체/액체 분리기 20 : 과립기

30 : 건조기 40 : 용해로

50 : 응축기 60 : 분리기

70 : 정련기 80 : 연소탑

90 : 열교환기 100 : 집진기

110 : 연돌

본 발명은 전기로 제강 분진(Electric Arc Furnace Dust: 이하 EAFD라 칭함) 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 전기로 제강 작업시 발생되는 제강 분진의 성분 중 금속 상태의 아연(Zn), 철(Fe) 등으로 회수하는 전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 분진은 산화, 철, 산화 아연, 실리카, 산화 칼슘 등으로 구성되어 있으며, 다량의 산화 및 산화 카드뮴등의 공해 유발 물질들을 함유하고 있는 특정 폐기물로써, 그대로 폐기 처리시 공해를 유발하게 되기 때문에 적절한 방법에 의하여 처리되어야 한다.

전세계적으로 제강 분진의 처리 방법은 제강 분진내에 함유된 Zn, Fe 등의 유가 금속 회수 및 무해화 처리 및 매립 처리를 병행하고 있다.

불행히도 국내에서는 연간 300,000톤이 발생되는 제강 분진의 적절한 처리방법인 유가 금속 회수 기술이 없어 발생량의 대부분을 매립 처리하고 있으며, 제강 분진내 함유된 귀중한 자원인 아연과 납등이 연간 약 60,000톤과 10,000톤 정도가 같이 매립되고 있는 실정이다.

매립 처리되고 있는 제강 분진중 금속 아연, 철, 납등을 회수하여 유효 자원으로 이용한다면 폐기물 처리 비용 절감뿐만 아니라 폐기물에서 귀중한 금속자원을 회수한다는 경제적 보탬을 줄 수 있다고 생각된다.

전세계적으로 제강 분진에서 유가금속의 회수방법으로는 크게 습식법과 건식법으로 회수하는 방법이 있는데, 각 나라의 여건 및 사정에 따라 적절한 프로세스를 채택하고 있다.

그러나 우리나라는 아직까지 제강 분진의 처리에 관하여 많은 투자비 및 기술적인 애로점 때문에 제강 분진의 적절한 처리방법을 채택하지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 국내 전기로 업체의 지속적인 성장과 유효 자원의 재활용을 높이기 위해서는 국내 제반 실정에 비추어 가장 경제적이고, 환경에 무해하며 자원화할 수 있는 처리 방법의 확보가 시급한 실정이다.

제강 분진에서 유가 금속을 회수하는 기술은 크게 습식법과 건식법이 있다.

습식법은 전세계적으로 생산되는 금속 아연의 약 80%를 생산하는 프로세스로 아연 정광을 황산 및 염산 등으로 침출하여 전기적인 힘을 이용하여 금속 아연을 제조하는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 제강 분진에서 금속 아연을 생산하는 방법으로는 사용되고 있지 않다.

제강 분진내에 함유된 아연의 화합물 상태를 조사해 보면, 산화물 형태로 약 60-70%정도 존재하며, 불용성인 ZnFe₂O₄(Zinc Ferrite)상태로 약 20 - 30%가 존재하고 있어 제강 분진내에서 유가 금속을 회수하는데 회수율 및 경제성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.

건식법은 Kiln을 이용한 Waelz법과 플라즈마를 이용한 플라즈마법, 전기로를 이용한 전기로법 등이 있는데 전세계적으로 처리하고 있는 제강 분진 처리 방법의 약 80%를 차지하고 있다.

상기 Waelz프로세스는 독일 Waelz 공장에서 개발되어진 방법으로써, 제강 분진을 코크스, 석회석등과 혼합하여 Rotry Kiln로 내에서 환원과 산화과정을 거쳐 순도 60-70%의 조산화 아연(ZnO)을 회수하는 방법이다.

이렇게 생산된 조산화아연은 다시 아연 정련 공장에서 정련과정을 거쳐 산업활동에 사용되는 금속 상태의 아연으로 제조된다. 따라서, 건식법의 경우 2번의 공정을 거쳐 금속 아연을 생산하기 때문에 많은 투자비 및 경제성이 저하되는 문제점을 안고 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은, 전기로 제강 작업시 발생되는 제강 분진의 성분 중 금속 상태의 아연(Zn), 철(Fe) 등으로 회수하는 전기로 제강 분진 처리 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 장치의 동작과 상응하는 전기로 제강 분진 처리방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법은, 제강 분진을 무해화하고 경제적으로 금속 상태의 아연 및 철 등을 생산하는 것으로, 제강 분진을 먼저 세정과정을 통해 본 공정에서 방해 요소로 작용하는 Cl 및 Na등을 제거하고, Cl 및 Na등이 제거된 제강 분진을 용해로에서 1000 - 1500℃에서 코크스 등의 환원제로 환원 및 가스화하여 급속 냉각장치 및 분리장치를 이용하여 조산화아연(ZnO)이 아닌 금속 상태의 아연으로 회수하므로써 기존의 건식방법이 가지고있는 문제점인 1차 조산화아연 생산 후 2차 아연 정련공장에서 금속 상태의 아연을 생산하는 방법을 하나로 축소하여 경제적으로 제강 분진 처리 및 자원화 할 수 있도록 하는데 그 특징이 있는 것이다.

본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리장치의 일 측면에 따르면, 제강 분진내에 함유된 유가 금속 회수 방해 성분인 염화성분을 제거하기 위한 세정 수단; 상기 세정 수단을 통해 염화성분이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 과립 수단; 상기 과립 수단을 통해 과립화된 원료 물질을 건조하는 건조 수단; 상기 건조된 원료 물질을 일정 온도에서 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 분리하고 아연은 가스상태로 분리하여 각각 배출하는 용해 수단; 상기 배출된 아연 환원 가스에 일정 온도의 납 분무액을 이용하여 급속냉각시켜 가스상의 아연을 액체상으로 응고 시키고 응고된 아연액체 및 납용액를 각각 분리하여 금속 상태의 아연을 제조하는 분리 수단을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 세정 수단에서 세정되는 염화 성분은 Cl, Na 성분 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 분리 수단을 통해 제조된 금속 아연 상태의 순도를 높이기 위해 정련 과정을 수행하는 정련 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 세정 수단은, 상기 제강 분진과 물을 혼합하여 제강 분진에 포함된 염화 성분을 용해하고 용해된 액체 상태의 염화 성분은 폐수 처리장치로 이송시키고, 고체 상태의 제강 분진은 코크스와 석회석등과 같이 컨베이어를 통해 상기 과립 수단으로 배출시키는 고체/액체 분리기이다.

상기 건조 수단은, 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용할 수 있다.

그리고 상기 용해 수단은, 상기 건조 수단을 통해 건조된 원료를 1000 - 1500℃의 온도로 가열하여 환원 조건에서 코크스가 CO로 생성되며, 생성된 CO가스에 의하여 산화철 및 산화 아연이 금속 상태로 환원되도록 한다.

상기 분리 수단은, 상기 용해 수단으로부터 제공되는 금속 상태의 아연 환원 가스에 400℃정도 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 응축기와; 상기 응축기로부터 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 분리기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치의 다른 측면에 따르면, 상기 제강 분진내에 함유된 유가 금속 회수 방해 성분인 염화성분을 제거하기 위한 세정 수단; 상기 세정 수단을 통해 염화성분이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 과립 수단; 상기 과립 수단을 통해 과립화된 원료 물질을 건조하는 건조 수단; 상기 건조된 원료 물질을 일정 온도에서 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 분리하고 아연은 가스상태로 분리하여 각각 배출하는 용해 수단; 상기 용해 수단으로부터 제공되는 금속 상태의 아연 환원 가스에 400℃정도 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 냉각 수단; 상기 냉각 수단으로부터 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 분리 수단; 상기 분리 수단을 통해 제조된 금속 아연 상태의 순도를 높이기 위해 정련 과정을 수행하는 정련 수단을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 방법의 일측면에 따르면, 제강 분진과 물을 혼합하여 제강 분진내에 함유된 유가 금속 회수 방해 성분인 염화물질을 제거하기 위하여 제강 분진을 세정하는 단계; 상기 세정 과정을 통해 염화물질이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 단계; 상기 과립화된 원료 물질을 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조하는 단계; 상기 건조된 원료 물질은 밀폐형 용해로에서 1000 - 1500℃의 온도에서 제강 분진을 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 용해로 하부로 배출시키고 아연은 가스상태로 배출하는 단계; 상기 배출된 환원가스는 급속 냉각장치에서 납분무액과 온도.압력 조건에서 가스상의 아연을 액체상으로 응고시키고 응고된 아연액체 및 납용액을 분리 장치를 통해 납과 아연으로 각각 분리하여 아연을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 분리된 금속 상태의 아연의 순도를 높이기 위하여 정련과정을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 아연을 제조하는 단계는, 상기 배출된 금속 상태의 아연 환원 가스에 500℃정도 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 단계; 상기 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 방법의 다른 측면에 따르면, 제강 분진과 물을 혼합하여 제강 분진내에 함유된 유가 금속 회수 방해 성분인 염화물질을 제거하기 위하여 제강 분진을 세정하는 단계; 상기 세정 과정을 통해 염화물질이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 단계; 상기 과립화된 원료 물질을 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조하는 단계; 상기 건조된 원료 물질은 밀폐형 용해로에서 1000 - 1500℃의 온도에서 제강 분진을 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 용해로 하부로 배출시키고 아연은 가스상태로 배출하는 단계; 상기 배출된 금속 상태의 아연 환원 가스에 500℃정도 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 단계; 상기 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 단계; 상기 분리된 금속 상태의 아연의 순도를 높이기 위하여 정련과정을 수행하는 단계를 포함한다.

먼저, 일반적인 전기로 제강 작업은 크게 주 원료인 고철을 전기로에 들어갈 알맞는 크기로 파쇄하여 전기로에 투입하고, 생석회. 코크스 등 기타 부원료를 첨가하여 고온의 아크열(1500 - 1650℃)로 용해하여 쇳물을 만들고, 이렇게 만들어진 쇳물은 성분을 조정하여 반제품을 생산한다.

전기로 제강 분진(EAFD)은 고철을 용해하여 철을 생산할 때 부수적으로 배출 되는 폐기물로써, 고철내에 함유되어 있는 유해 중금속 및 기타 성분들이 전기로로부터 분진과 함께 이송되다가 온도가 낮아지면서 분진내에 점착되어 분진을 이루며 이러한 유해 성분이 포함되어 있어 폐기물 분류상 지정 폐기물로 분류되어 있다.

제강 분진 내에는 Fe 성분이 40 - 45%, Zn 성분이 20 - 25% 및 기타 Pb, Cd, Cr 등의 중금속, Na, Si, Cl 등으로 구성되어 있으며, 이러한 제강 분진내에 함유되어 있는 구성 성분을 표로 나타내면 아래의 표 1과 같다.

	화학 성분(wt%)
주요 성분	Al203	Si02	Fe203	CaO	MnO	MgO	Na2O	ZnO	Cl
주요 성분	0.75	4.31	41.51	4.05	2.51	1.83	8.68	24.27	4.30
기타 성분	K2O = 2.48, PbO = 2.36, SO3 = 1.08, F = 0.34, CdO = 0.14

이하, 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 하자.

도 1은 본 발명에 따른 제강 분진 처리 장치에 대한 블록 다이어그램을 나타낸 도면으로서, 고체/액체 분리기(10), 과립기(20), 건조기(30), 용해로(40), 응축기(50), 분리기(60), 정련기(70), 연소탑(80), 열교환기(90), 집진기(100) 및 연돌(110)로 구성될 수 있다.

고체/액체 분리기(10)는 제강 분진내에 포함된 Cl 성분을 제거하기 위하여 제강 분진과 물을 혼합하여 교반하고 교반된 혼합물 중 Cl 성분이 포함된 액체(물)는 폐수 처리장치(미도시)로 이송시키고 분리된 제강 분진(Cl성분이 제거된 제강분진)는 다음 공정을 위해 코크스와 석회등과 같이 컨베이어(11)를 통해 과립기(20)로 공급된다. 즉, 고체 /액체 분리기(10)는 투입되는 제강 분진은 물과 혼합되기 때문에 제강 분진내에 포함된 Cl성분이 물에 녹아 폐수 처리 장치로 배출되기 때문에 제강 분진내에 포함된 Cl성분은 제거되는 것이다. 또한, 고체/액체 분리기(10)에서는 Cl 성분뿐 만 아니라 유가 금속을 회수하기 위한 방해 요소로 작용되는 물질들을 사전 처리하는 것이다.

과립기(20)는 Cl 성분이 제거된 제강 분진과 환원제 및 열원제로 사용될 코크스, 석회석등을 혼합하여 일정한 크기의 사이즈로 과립화하여 배출 호퍼를 통해 건조기(30)로 투입된다.

건조기(30)는 투입 호퍼를 통해 투입된 물질은 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조시켜 일정한 수분 유지 및 강도를 갖도록 건조시키게 되는 것이다.

용해로(40)는 상기 건조기(30)를 통해 건조된 원료는 1000 - 1500℃의 온도로 가열하여 환원 조건에서 코크스가 CO로 생성되며, 생성된 CO가스에 의하여 산화철 및 산화 아연이 금속 상태로 환원되도록 한다. 환원된 철은 1000 - 1500℃에서는 액체 상태로 용해만 되기 때문에 밀폐형 용해로 하부의 배출 호퍼(41)를 통해 철 저장고(미도시)로 배출되고, 금속 아연의 환원된 가스는 1000℃정도로 유지되어 응축기(급속 냉각장치)(50)로 배출호퍼(42)를 통해 이송되는 것이다.

응축기(50)는 용해로(40)로부터 제공되는 금속 상태의 아연 환원 가스에 400℃정도 되는 납용액을 분사하여 안개처럼 비산시켜 장치 내부의 온도를 급격히 떨어뜨리게 된다. 내부 온도가 급격하게 떨어지게 되면 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연이 액체상으로 변환하여 분리기(60)로 배출되게 된다.

분리기(60)는 응축기(50)로부터 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하게 된다. 즉, 납용액과 아연용액의 비중의 차에 의해 분리되게 되는데, 비중이 높은 납용액은 가라앉게 되고, 비중이 낮은 아연 용액은 납용액위로 분리되게 되는 것이다. 이렇게 분리되는 아연 용액은 그 순도가 96 - 98% 정도가 된다.

이와 같은 방법으로 분리된 아연 용액은 그 순도를 높이기 위해 정련기(70)를 통해 다시 정련 공정을 수행하여 그 순도를 99.9955% 정도로 높여 도금용 아연으로 제조하게 되는 것이다.

응축기(50)를 통과한 기체상의 물질들은 연소탑(80)에서 불완전 연소된 CO가스를 완전 연소시켜 대기 오염 물질을 제거하며 열교환기(90)와 여과 집진기(100)를 통해 나머지 대기 오염 물질을 제거한 후 연돌(110)를 통해 외부로 배출시키게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치의 동작에 대하여 좀 더 상세하게 설명해 보기로 하자.

먼저, 제강 분진에서 유가 금속을 회수하기 위해서는 방해 요소로 작용하는 물질들을 사전에 전처리를 통하여 제거하여야 한다. 예를 들면 Na은 밀폐형 용해로에서 환원제 및 철성분등과 결합하여 용해로 내부에 응결되어 제강 분진내 아연이 증발하는 것을 방해하여 금속 아연의 회수율이 떨어질 것으로 판단된다.

또한, Cl은 고온의 용해로에서 가스상으로 변환하여 용해로 내부 내화물과 외벽 및 기타 설비등의 부식을 가져올 것으로 판단되어 용해로의 수명과 설비등의 수명을 단축시키므로 생산가동의 중지 및 설비 보수 등으로 생산원가에 지대한 영향을 줄 것으로 판단된다.

이에 방해 물질을 제거하기 위하여 투입되는 제강 분진과 물을 혼합하여 교반하고 교반된 혼합물을 고체/액체 분리기(10)를 통과시켜 물은 폐수처리장치로 이송시키고 분리된 제강 분진은 벨트 콘베어(11)를 통해 과립기(20)로 이송시킨다.

방해 물질을 제거한 제강 분진은 환원제 및 열원제로 사용될 코크스 및 석회석등과 혼합하여 일정한 크기의 사이즈로 과립기(20)에서 과립화된다.

과립기(20)에서 과립화가 되지 않은 제강 분진 및 코크스, 석회석등을 밀폐형 용해로에 직접 투입시 분진 입자들이 용해로에서 비산되어 산화 아연의 환원을 방해하고 또한 비산된 먼지들이 응축기(50)에 유입시 금속 아연의 회수율에 막대한 영향을 주어 제강 분진에서 유가 금속을 회수하는데 있어 경제성을 떨어뜨린다.

상기 과립기(20)에서 과립화된 원료 물질은 투입 호퍼를 통해 건조기(30)로 제공되어 건조되는 것이다. 즉, 상기 투입 호퍼를 통해 투입된 원료물질은 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조시켜 일정한 수분 유지 및 강도를 갖도록 건조시 키는 것이다.

건조기(30)를 통과한 원료는 1000 - 1500℃의 밀폐형 용해로(40)에 투입된다. 용해로(40)는 산화 아연 및 산화철을 환원하여 금속 상태로 만들기 위하여 공기가 유입되지 않게 밀폐형 용해로를 사용하여야 하며, 원료 투입시에도 공기가 유입되지 않게 조절하여야 하는 것이다.

용해로(40)에 투입된 원료는 환원 조건에서 코크스가 CO로 생성되며 생성된 CO 가스에 의하여 산화철 및 산화아연이 금속 상태로 환원된다. 환원된 철은 1000 - 1500℃에서는 액체상태로 용해만 되기 때문에 밀폐형 용해로 하부의 배출 호퍼(41)를 통하여 철 저장고(미도시)로 배출시키며, 금속 아연의 환원된 가스는 1000℃정도를 유지시키며 급속 냉각장치 즉, 응축기(50)로 배출 호퍼(42)를 통해 이송시킨다.

이송된 금속 상태의 아연 환원 가스는 응축기(50)에서 납용액을 분부하여 장치 내부의 온도를 급격히 떨어뜨리면 가스상태의 아연증기가 분무된 납용액에 포집되어 가스상의 아연이 액체상으로 변화되는 것이다. 이때 응축기(50)내의 온도는 400℃로 떨어지게 된다.

이렇게 변화된 액체상의 아연용액이 포집된 납용액은 분리기(60)로 제공된다. 분리기(60)는 납용액과 아연용액의 비중의 차에 의해 분리되게 되는데, 비중이 높은 납용액은 아래측으로 가라앉게 되고, 납용액보다 비중이 낮은 아연용액은 납용액위측으로 뜨게되는 것이다. 따라서, 이러한 비중의 차이에 따라 납용액과 아연용액이 분리되게 도이는 것이다.

이렇게 분리된 금속 아연의 순도는 내략 96 - 98% 정도가 된다. 따라서 금속 아연의 순도를 높이기 위해 분리된 금속 아연을 정련기(70)로 이송시켜 정련과정을 거치도록 함으로써, 순도를 향상시키게 되는 것이다. 이때 정련과정을 통한 금속 아연의 순도는 대략 99.9955%가 된다.

즉, 산업용으로 사용되는 아연은 주로 도금용으로 사용되어 철강제품의 아연 도금용으로 많이 사용된다. 아연 도금으로 사용되는 아연의 순도가 최고급 99.9955%가 되어야 상품성을 인정받게 된다. 따라서, 분리기(60)를 통해 분리된 금속아연은 다시 한번 정련기(70)를 통해 정련 과정을 거쳐 순도 높은 도금용 아연으로 제조하게 되는 것이다.

상기 응축기(50)를 통과한 기체상의 물질들은 연소탑(80)에서 불완전 연소된 CO가스를 완전 연소시켜 대기 오염물질을 제거하며 열교환기(90)와 여과 집진기(100)에서 나머지 대기 오염물질을 제거하는 것이다.

이하, 상기한 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치의 동작과 상응하는 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 방법에 대하여 첨부한 도 2를 참조하여 단계적으로 살펴보기로 하자.

도 2는 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 제강 분진내에 함유된 유기 금속 회수 방해 성분인 Cl과 Na등 염화물질을 제거하 위하여 세정 과정을 거치게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같은 고체/액체 분리기(10)를 통해 제강 분진내에 함유된 염화물질(Cl, Na)을 제거하게 되는 것이다(S101). 즉, 투입되는 제강 분진과 물을 혼합하여 혼합된 혼합물 중 Cl 성분이 포함된 액체(물)는 폐수 처리장치(미도시)로 이송하는 것이다.

이어, 상기 세정 과정을 통해 Cl 및 염화물이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화한다(S102).

이렇게 과립화된 원료 물질을 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조하게 된다(S103).

상기 건조된 원료 물질은 밀폐형 용해로에서 1000 - 1500℃의 온도에서 제강 분진을 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 용해로 하부로 배출시키고 아연은 가스상태로 급속 냉각장치로 이송한다(S104).

이렇게 이송된 환원가스는 급속 냉각장치에서 납분무액과 온도.압력 조건에서 가스상의 아연을 액체상으로 응고시키고 응고된 아연액체 및 납용액은 분리 장치를 통해 납과 아연으로 각각 분리되는 것이다(S105). 여기서, 납용액과 아연용액의 분리 원리는 비중의 차를 이용한다. 즉, 비중이 높은 납은 아래로 가라 앉게 되어 비중이 낮은 아연용액은 납용액위로 뜨게 됨으로서 각각 분리되게 되는 것이다.

이렇게 분리된 금속 상태의 아연은 순도가 96 - 98%정도로 산업용으로 사용하기에는 순도가 조금 낮기 때문에 정련시설을 통하여 순도가 99.9955% 정도로 정련하여 산업용으로 사용되는 금속 아연을 제조하게 되는 것이다(S106).

급속 냉각 장치를 통과한 기타 가스상 물질들은 연소탑에서 불완전 연소한 CO가스를 완전 연소시키며 세정탑 및 집진기(백필터)를 통해 나머지 대기 오염물질을 제거한 후 연돌을 통해 외부로 배출되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전기로 제강 분진 처리 장치 및 그 방법은, 제강 분진을 무해화하고 경제적으로 금속 상태의 아연 및 철 등을 생산하는 것으로, 제강 분진을 먼저 세정과정을 통해 본 공정에서 방해 요소로 작용하는 Cl 및 Na등을 제거하고, Cl 및 Na등이 제거된 제강 분진을 용해로에서 1000 - 1500℃에서 코크스 등의 환원제로 환원 및 가스화하여 급속 냉각장치 및 분리장치를 이용하여 조산화아연(ZnO)가 아닌 금속 상태의 아연으로 회수하므로써 기존의 건식방법이 가지고 있는 문제점인 1차 조산화아연 생산 후 2차 아연 정련공장에서 금속 상태의 아연을 생산하는 방법을 하나로 축소하여 경제적으로 제강 분진 처리 및 자원화 할 수 있도록 한 것이다.

또한, 연간 300,000톤 정도가 발생되는 유해 폐기물의 처리 및 버려지는 귀중한 자원을 회수하는데 큰 영향을 줄 것이다. 또한 세계적으로 제강 분진을 처리하는데 있어 우리 나라도 유가 금속 회수 기술을 축적하고 우리나라 현실에 국내 제반 실정에 가장 경제적이고 환경에 무해하며 자원화할 수 있는 것이다.

Claims

전기로 제강 분진 처리 장치에 있어서,

상기 제강 분진내에 함유된 유가 금속 회수 방해 성분인 염화성분을 제거하기 위한 세정 수단;

상기 세정 수단을 통해 염화성분이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 과립 수단;

상기 과립 수단을 통해 과립화된 원료 물질을 건조하는 건조 수단;

상기 건조된 원료 물질을 일정 온도에서 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 분리하고 아연은 가스상태로 분리하여 각각 배출하는 용해 수단;

상기 배출된 아연 환원 가스에 일정 온도의 납 분무액을 이용하여 급속냉각시켜 가스상의 아연을 액체상으로 응고 시키고 응고된 아연액체 및 납용액를 각각 분리하여 금속 상태의 아연을 제조하는 분리 수단을 포함하는 전기로 제강 분진 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 분리 수단을 통해 제조된 금속 아연 상태의 순도를 높이기 위해 정련 과정을 수행하는 정련 수단을 더 포함하는 전기로 제강 분진 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 세정 수단에서 세정되는 염화 성분은 Cl, Na 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 전기로 제강 분진 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 세정 수단은,

상기 제강 분진과 물을 혼합하여 제강 분진에 포함된 염화 성분을 용해하고 용해된 액체 상태의 염화 성분은 폐수 처리장치로 이송시키고, 고체 상태의 제강 분진은 코크스와 석회등과 같이 컨베이어를 통해 상기 과립 수단으로 배출시키는 고체/액체 분리기인 전기로 제강 분진 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 건조 수단은,

밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조시키는 전기로 제강 분진 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 용해 수단은,

상기 건조 수단을 통해 건조된 원료를 1000 - 1500℃의 온도로 가열하여 환원 조건에서 코크스가 CO로 생성되며, 생성된 CO가스에 의하여 산화철 및 산화 아연이 금속 상태로 환원되도록 하는 전기로 제강 분진 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 분리 수단은,

상기 용해 수단으로부터 제공되는 금속 상태의 아연 환원 가스에 400℃ 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 응축기와;

상기 응축기로부터 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 분리기를 포함하는 전기로 제강 분진 처리 장치.
전기로 제강 분진 처리 장치에 있어서,

상기 제강 분진내에 함유된 유가 금속 회수 방해 성분인 염화성분을 제거하기 위한 세정 수단;

상기 세정 수단을 통해 염화성분이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 과립 수단;

상기 과립 수단을 통해 과립화된 원료 물질을 건조하는 건조 수단;

상기 건조된 원료 물질을 일정 온도에서 코크스를 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 분리하고 아연은 가스상태로 분리하여 각각 배출하는 용해 수단;

상기 용해 수단으로부터 제공되는 금속 상태의 아연 환원 가스에 400℃ 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 냉각 수단;

상기 냉각수단으로부터 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 분리수단;

상기 분리 수단을 통해 제조된 금속 아연 상태의 순도를 높이기 위해 정련 과정을 수행하는 정련 수단을 포함하는 전기로 제강 분진 처리장치.
전기로 제강 분진 처리방법에 있어서,

상기 제강 분진과 물을 혼합하여 제강 분진내에 함유된 유기 금속 회수 방해 성분인 염화물질을 제거하기 위하여 제강 분진을 세정하는 단계;

상기 세정 과정을 통해 염화물질이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 단계;

상기 과립화된 원료 물질을 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조하는 단계;

상기 건조된 원료 물질은 밀폐형 용해로에서 1000 - 1500℃의 온도에서 제강 분진 코크스로 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 용해로 하부로 배출시키고 아연은 가스상태로 배출하는 단계;

상기 배출된 환원가스는 급속 냉각장치에서 납분무액과 온도.압력 조건에서 가스상의 아연을 액체상으로 응고시키고 응고된 아연액체 및 납용액을 분리 장치를 통해 납과 아연으로 각각 분리하여 아연을 제조하는 단계를 포함하는 전기로 제강 분진 처리 방법.
제9항에 있어서,

상기 분리된 금속 상태의 아연의 순도를 높이기 위하여 정련과정을 수행하는 단계를 포함하는 전기로 제강 분진 처리 방법.
제9항에 있어서,

상기 아연을 제조하는 단계는,

상기 배출된 금속 상태의 아연 환원 가스에 500℃ 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 단계;

상기 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 단계를 포함하는 전기로 제강 분진 처리 방법.
전기로 제강 분진 처리 방법에 있어서,

상기 제강 분진과 물을 혼합하여 제강 분진내에 함유된 유기 금속 회수 방해 성분인 염화물질을 제거하기 위하여 제강 분진을 세정하는 단계;

상기 세정 과정을 통해 염화물질이 제거된 제강 분진과 코크스 및 석회석을 혼합하여 일정 사이즈로 과립화하는 단계;

상기 과립화된 원료 물질을 밀폐형 용해로의 폐가스를 이용하여 건조하는 단계;

상기 건조된 원료 물질은 밀폐형 용해로에서 1000 - 1500℃의 온도에서 제강 분진을 코크스로 이용하여 환원하여 철은 용융상태로 용해로 하부로 배출시키고 아연은 가스상태로 배출하는 단계;

상기 배출된 금속 상태의 아연 환원 가스에 500℃ 되는 납용액을 분사하여 장치 내부의 온도를 급격하게 떨어뜨려 가스 상태의 아연 증기가 납용액에 포집되어 가스상의 아연을 액체상의 아연으로 변환하는 단계;

상기 제공되는 아연증기가 포집된 납용액을 아연과 납용액으로 서로 분리하는 단계;

상기 분리된 금속 상태의 아연의 순도를 높이기 위하여 정련과정을 수행하는 단계를 포함하는 전기로 제강 분진 처리 방법.