KR101024540B1

KR101024540B1 - 석탄회 정제 및 산물 회수방법

Info

Publication number: KR101024540B1
Application number: KR20090012060A
Authority: KR
Inventors: 배광현; 안기오; 권순협
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-03-31
Also published as: KR20100092773A

Abstract

본 발명은 석탄회 정제 및 산물 회수방법에 관한 것으로서, 화력발전소에서 폐기되는 석탄회(플라이 애쉬) 중에 함유되어 있는 미연탄소분을 효율적이며 경제적으로 회수하여 고 농도의 석탄회로 정제할 수 있는 방법을 제공함으로서 자원의 재활용 효율을 극대화 하기 위한 것이다.

석탄회, 미연탄소, 회수, 플라이 애쉬, 시약, 선별

Description

석탄회 정제 및 산물 회수방법{A FLY ASH PURIFY AND PRODUCT COLLECTION METHOD}

본 발명은 석탄회 정제 및 산물 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐기되는 석탄회를 산업에 재활용할 수 있도록 불순물인 미연탄소분을 포함한 다양한 산물을 효과적으로 분리 회수하기 위한 회수방법에 관한 것이다.

일반적으로, 석탄을 이용하는 화력발전소에서 석탄을 연소시킨 후 발생되어 폐기되는 석탄회(플라이 애쉬) 중에는 약 10% 정도의 미연탄소분(타지 않고 남은 석탄분)이 함유되어져 있는 것으로 알려져 있다.

이와 같이 석탄회중 10%로 함유된 미연탄소분을 완전 제거하기 위하여 종래에는 다양한 방법이 사용되고 있으며, 이로 인하여 최대 5% 정도 까지는 제거가 되어지고 있으나, 이러한 정제 석탄회의 사용상 여러가지 문제로 인하여 산업에 재활용하기 어렵기 때문에 이미 선진국 에서는 미연탄소분을 1%까지 감소시키기 위한 노력을 기울이고 있는 실정이다.

즉, 폐기되는 석탄회를 콘크리트 혼화재, 경량 건축재, 농업 충진제 등의 용도로 사용하기 위해서는 불순물인 미연탄소분 함유량이 약 3% 이하가 되어야 건축 및 산업용으로 충분히 사용할 수 있기 때문이다.

그러나, 국내에서도 이미 시설가동중인 건식처리 시설들로서는 석탄회 중 미연탄소분이 3%이하 되게 하기는 불가능한 것으로 판단되기 때문에, 국내의 건식처리공정도 다른 선진국과 마찬가지로 습식처리방법으로 석탄회중 미연탄소분을 제거하여야 할 필요성이 제기되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 기존의 건식처리방법에 대치하여 습식처리 방법을 응용한 복합적인 방법을 이용하여 미연탄소분 제거가 효과적으로 이루어질 수 있도록 함으로서 석탄회의 미연탄소분 함유량을 최소화 할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 수거된 석탄회를 용수와 혼합하는 용수 혼합단계; 상기 혼합 석탄회에 폐오일과 폐식용유가 포함된 시약을 첨가하는 시약 첨가단계; 상기 시약이 첨가된 석탄회를 교반하는 교반단계; 상기 교반물을 부유선별기에 담아서 부유 배출되는 미연탄소분 산물과 하부에 침전되는 석탄회 산물을 선별하는 부유선별단계; 상기 하부에 침전된 석탄회 산물을 부유선별기 하부의 배출구를 통해 침전조로 이동시켜 10~20분 동안 침전시키는 침전단계; 상기 침전조 내에서 침전이 이루어진 석탄회 침전물을 배출하여 농축조에서 농축시키는 농축단계; 상기 농축이 이루어진 슬러리 상태의 석탄회를 여과기에서 탈수시키는 탈수단계; 상기 탈수가 이루어진 석탄회를 고체상태로 건조시키는 건조단계; 상기 건조되어진 미연탄소분을 회수하는 정제산물 회수단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은, 폐기되는 석탄회를 건축, 산업용으로 재활용이 가능하도록 고순도로 정제가 가능하게 됨으로 자원 재생효율을 극대화하는 효과를 나타낸 다.

특히, 미연탄소분 함량을 0.1%까지 낮출 수 있게 되며, 미연탄소분을 포함한 산물을 개별 회수하여 최적의 용도로 재사용토록 할 수 있게 된다.

또한, 정제 과정에서 석탄회의 분급 및 비중선별이 함께 이루어짐으로서, 재활용 시 별도의 분급작업이 필요없이 사용 용도에 따라 활용되어질 수 있게 되는 이점을 나타낸다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 살펴보기로 한다.

한편, 본 발명의 실험에 사용된 2가지 샘플시료1.2의 화학적 성분 함유량을 각각 분석해 보았으며, 이를 하기 [표1]에 나타내었다.

샘플	Chemical Analysis(중량%)
샘플	Sio₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	Tio₂	MnO	P₂O₅	F.C
1	63.0	21.7	5.0	2.8	1.8	1.1	0.9	1.0	0.1	0.5	7.9
2	65.5	23.8	5.3	2.5	1.4	1.8	0.6	1.2	0.1	0.6	6.5

[F.C: 미연탄소 잔여량(Fixed Carbon)]

상기 표에 나타난 석탄회는 미연탄소 잔여량이 약 6~8중량% 정도로 다량 함유되어져 있음을 확인할 수 있으며, 이러한 상태의 석탄회는 산업용으로 사용하기 부적합하다.

즉, 이런 제한 규제치는 5중량% 미만이 허용치이고, 그 이상일 때에는 시멘트강도가 나오지 않기 때문에 전량 매립할 수 밖에 없다.

따라서, 본 발명의 방법에 의해 미연탄소 잔여량을 감소시킴으로서 정제된 석탄회가 산업용으로 사용이 가능토록 하게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄회로 부터 미연탄소분 회수과정을 도 1의 순서도를 통해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 2개의 샘플시료를 혼합한 석탄회 시료 20~30중량%에 용수 70~80중량%를 혼합하게 되는데, 이때에는 조건조 내에서 바이브레이팅 피더로 공급되는 석탄회가 광액(광석 알갱이를 포함한 물)탱크에서 용수와 혼합이 이루어지게 되는데, 광액탱크내에는 혼합물을 고르게 교반시키기 위한 교반샤프트가 구비되어져 있어 원활한 혼합이 이루어질 수 있게 된다.

이후, 상기 혼합물 99~99.9중량%에 부유선별을 위한 시약을 0.1~1중량%로 혼합한다.

이때, 본 발명에서 사용되는 시약은 폐기되어지는 폐오일 및 폐식용유의 혼합물을 사용하게 되는데, 즉 식용으로 사용되어진 폐식용유류와 폐엔진오일 공장에서 폐기된 오일을 재활용하여 경제성을 확보할 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 실험결과 폐오일 또는 폐식용유를 시약으로 단독 사용할 경우 품위가 저하되어 미연탄소 회수 산물이 미흡하였으며, 가장 바람직 하기로는 50중량%:50중량%의 비율로 절반씩 배합하였을 때 기름의 고유 반응이 원활하게 결합하여 최대의 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

특히, 상기 시약에는 폐오일과 폐식용유 뿐만 아니라 올레산에탄올 용액 및 폴리페놀이 일정 비율로 첨가되어짐으로서, 이후 부유선별 과정에서 보다 효과적인 미연탄소분의 회수가 이루어질 수 있게 되는데, 실험예로는 폐오일 40중량%, 폐식용유 40중량%, 올레산에탄올 6중량%, 폴리페놀 4중량%로 함유된 시약을 사용할 수 있게 된다.

즉, 미연탄소분 입자와의 부착력이 뛰어난 올레산에탄올 및 폴리페놀이 첨가되어짐으로서 미연탄소분의 회수효율이 증대되어질 수 있게 된다.

한편, 시약 혼합 후에는 부유선별기에서 석탄회에 함유되어져 있는 미연탄소분을 부유시켜 선별하게 되는데, 부유선별기는 석탄회와 물을 담을 수 있는 용기, 즉 셀(cell)과 셀내에 담겨져 있는 광액(석탄회+물)을 교반시키면서 외부의 공기를 주입시켜 포말부유선별을 가능케 할 수 있는 통상의 부유선별기를 사용하였다.

이러한 부유선별작업은 약 2분동안 진행되어지게 되며, 이때 부유 배출되는 산물은 미연탄소분으로서 광액의 기포형태로 배출되기 때문에 이를 농축과 탈수하여 다른 용도로 사용이 가능하다.

반면에 부유선별기 하부에 설치된 배출구를 통해 침전조로 유입시킨 후 약 10~20분 동안 침전을 실시하여 침전물인 정제 석탄회의 고체농도가 약 20~30%인 광액상태가 되도록 한다.

이때, 광액상태의 석탄회 침전물을 150~250℃로 순간 가열시키는 가열로를 경유시킴으로서, 고온상태를 이루도록 하여 다음 농축조 에서의 농축이 보다 효과적으로 이루어지도록 함이 바람직하다.

이후, 광액상태의 고온 침전물을 다시 농축조를 사용하여 다시 한번 침적시켜서 하부의 스피곳(spigot)을 통하여 농도가 약 50% 고체 정도가 되는 슬러리 산물을 배출 유도하게 되며, 이때 농축조 상부 배출구를 통하여서는 익류수를 배출하여 용수로 재 이용토록 한다.

한편, 농축조의 하부 스피곳을 통하여 회수되는 슬러리 상태의 정제 석탄회는 탈수기에서 탈수를 실시함으로서 약 70% 고체상태의 케이크 산물이 회수될 수 있게 된다.

이후, 건조기에서의 건조과정을 거치게 되면, 입자형 고체상태의 석탄회 정제산물이 회수되어질 수 있게 된다.

이와 같이 회수되어진 석탄회의 성분을 분석한 결과, 미연탄소분의 함유량이 0.1중량%로 검출되어짐을 확인할 수 있었으며, 이에 따라 고품위의 석탄을 회수하여 다시 발전용 연료로 사용이 가능하게 된다.

한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 석탄회 정제과정을 나타낸 것으로서, 습식선별 방법과 함께 자력선별 및 비중선별 방식을 복합시킴으로서 정제효율을 더욱 극대화 할 수 있도록 한 것이다.

즉, 도시된 바와 같이 부유선별단계 까지는 상기 실시예에서와 동일한 작업이 진행되고, 부유선별단계 후에는 석탄회 침전물에 함유되어 있는 자성산물을 별도로 회수하기 위한 자력선별단계를 실시한다.

자력선별은 자석이 철을 끌어당기는 성질을 이용하여 석탄회 침전물 성분 중 자성입자와 비 자성입자를 분리하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 10,000 가우스의 자력을 인가함으로서, 전체 석탄회 침전물 100중량% 중 약 8~10중량%의 자성산물이 회수됨을 확인할 수 있었다.

이후, 상기 자력선별단계를 통과한 비자성산물은 사이클론 방식의 습식분급을 통해 입도가 대략 0.3mm이상 및 0.3mm 이하로 분리시키는 습식분급단계를 실시하게 된다.

본 실시예에서의 습식분급과정에서는, 회수된 비자성산물을 일반적인 습식 스파이럴 방식을 사용하였으며, 이의 실험 과정은 고체농도 30중량%로 용수와 함께 현탁한 시료를 스파이럴 상부에 직접 시간당 3톤 정도로 투입하여 스크류처럼 된 장치에 자연중력에 의해 수류가 하부로 흘러 내려오면서 입자가 비교적 굵은 산물은 나선형 안쪽으로 흘러 내려오고, 입자가 상대적으로 가는 것들은 수류와 함께 바깥측으로 진행되어 아래로 내려오게 된다. 이후, 최하부 배출 입구에 가운데 중심으로 흐르는 산물과 그 외측으로 흐르는 산물들을 각각 분리 회수한 결과, 입자의 직경이 0.3mm를 기준으로 하여 분리가 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

이때, 분리 회수를 위해 하단 배출측에 설치된 회수막의 위치를 조금씩 변경시킴으로서, 기준 입경을 0.3mm~0.7mm 범위 내에서 필요에 따라 조절되어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 습식분급이 이루어진 산물 중 입경이 0.3mm 이하는 별도 분리하여 침전-농축-탈수-건조로 진행되는 A과정을 실시하고, 0.3mm 이상의 입자는 비중선별을 통해 중광물과 경광물로 다시한번 분리시키는 비중선별단계가 실시되어지게 된다.

이때의 비중선별 과정은 좌우전후로 연속적으로 흔들어 주는 요동테이블 장치를 이용하게 되는데, 요동테이블에 고체농도 50중량% 정도의 현탁액 중 입자들을 시간당 1톤 정도로 직접 투입하여 비중이 무거운 것과 가벼운 산물들을 각각 분리 회수할 수 있게 된다.

이때 회수된 중광물 즉, 무거운 광물들은 비철금속의 물질로서 알루미나 마그네슘, 망간 등의 유효한 유가 금속들을 손쉽게 분리 회수할 수 있으며, 상대적으로 가벼운 광물 즉, 경광물로 회수된 산물들은 석영, 장석, 고령토 등 비금속 산물을 회수하게 되는 것이다.

이와 같이 분리된 중광물 석탄회 산물과 경광물 석탄회 산물은 각각 별도의 침전-농축-탈수-건조로 진행되는 A과정을 실시하여 재생 회수되어지게 되는 것이다.

이러한 방법을 통해 회수 되어지는 석탄회는 분급 및 비중별로 나뉘어져서 회수가 이루어짐으로, 상기 과정중에서 회수된 산물(미연탄소분, 자성산물, 0.3mm 이하 석탄회, 0.3mm이상 중광물 석탄회, 0.3mm이상 경광물 석탄회)을 각각 특성에 맞는 용도로 재활용이 이루어질 수 있는 이점을 나타내게 된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 석탄회 재생을 위한 정제과정이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄회 정제과정 순서도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 석탄회 정제과정 순서도.

Claims

삭제
수거된 석탄회를 용수와 혼합하는 용수 혼합단계;

상기 석탁회 및 용수 혼합물에 폐오일과 폐식용유가 포함된 시약을 첨가하는 시약 첨가단계;

상기 시약이 첨가된 교반물을 고르게 혼합 후 부유선별기에 담아서 부유 배출되는 미연탄소분 산물과 하부에 침전되는 석탄회 침전물을 배출 선별하는 부유선별단계;

상기 부유선별단계 후에는 하부에 침전 배출된 석탄회 침전물에 5,000~25,000 가우스의 자력을 인가하여 침전물에 함유되어 있는 자성산물을 별도로 회수하는 자력선별단계;

상기 자력선별단계에서 별도 회수되지 않은 비자성산물은 사이클론 방식의 습식분급을 통해 일정입도를 기준으로 분리시키는 습식분급단계;

상기 습식분급이 이루어진 산물 중 입경이 작은 산물은 별도 분리하고, 입경이 큰 산물은 요동테이블을 이용한 비중선별작업을 통해 중광물과 경광물로 다시 분리시키는 비중선별단계;

상기 비중선별이 이루어진 중광물과 경광물을 각각 개별적으로 침전조로 이동시켜 10~20분 동안 침전시키는 침전단계;

상기 침전조 내에서 침전이 이루어진 20~30% 광액 상태의 석탄회 침전물을 배출하여 농축조에서 농축시키는 농축단계;

상기 농축이 이루어진 40~60% 광액 상태의 석탄회 슬러리를 여과기에서 탈수시키는 탈수단계;

상기 탈수가 이루어진 고순도 슬러리 상태의 석탄회를 고체상태로 건조시키는 건조단계;

상기 건조가 이루어진 정제석탄회 분말을 회수하는 정제산물 회수단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회 정제 및 산물 회수방법.
청구항 2에 있어서,

상기 비중선별단계에서 무거운 광물인 중광물은 비철금속의 물질로서 알루미나 마그네슘, 망간이 회수되어지며,

경광물은 석영, 장석, 고령토를 포함하는 비금속 산물이 회수되어지는 것을 특징으로 하는 석탄회 정제 및 산물 회수방법.
청구항 2에 있어서,

상기 용수 혼합단계는, 바이브레이팅 피더로 공급되는 석탄회를 용수와 혼합하기 위한 광액탱크 및 광액탱크내에 혼합된 혼합물을 고르게 교반시키기 위한 교반샤프트가 구비된 조건조에서 작업이 이루어짐을 특징으로 하는 석탄회 정제 및 산물 회수방법.
청구항 2에 있어서,

상기 시약은 올레산에탄올 용액 및 폴리페놀이 더 첨가되어진 것을 사용함을 특징으로 하는 석탄회 정제 및 산물 회수방법.
삭제