KR101208155B1 - 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법 및 처리 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 비철 금속 용련로로 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 수증기를 주성분으로 하여, 금속 흄을 함유하는 배기 가스를 처리하는 방법이며, 상기 배기 가스를 습식 전기 집진기에서 처리하는 공정을 포함하는 방법이다.

Description

슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법 및 처리 설비{METHOD AND EQUIPMENT FOR TREATING EXHAUST GAS IN WATER GRANULATING OF SLAG}
본 발명은 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄(水碎)했을 때에 발생하는 배기 가스의 처리 방법에 관한 것으로, 특히 상기 배기 가스 중에 포함되는 금속 흄(fume)의 처리 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스의 처리 설비에 관한 것으로, 특히 상기 배기 가스 중에 포함되는 금속 흄의 처리 설비에 관한 것이다.
구리, 납, 아연 및 니켈 등의 비철금속의 제련 과정에서는 용련로 중의 제련 반응에 의해 불순한 금속 황화물의 혼합물인 매트와, 비금속 조성의 찌꺼기인 슬래그가 생성된다. 매트 및 슬래그는 분리되어 용련로로부터 배출된다. 예를 들어, 구리의 제련 프로세스에서는 황화동광의 정광을 용광로, 반사로, 자용로 등의 용련로에 장입하고, 가열 용융하여 구리분이 많은 매트와, 철, 규산을 주성분으로 하는 슬래그를 생성시켜, 이들을 나누어 배출한다. 매트는 전로(轉爐)에서 산화 취련(吹鍊)됨으로써 조동(粗銅)으로 된다. 슬래그는, 일반적으로는 고압의 해수 또는 공업용수를 사용하여 취급하기 쉬운 크기까지 수쇄 처리한 후에, 매립 처리하거나 토목 자재 등으로서 유용하게 이용하고 있다.
용련로로부터 배출되는 고온의 슬래그를 수쇄하면, 다량의 수증기를 포함하는 배기 가스가 발생한다. 슬래그 수쇄 시에 발생하는 배기 가스의 처리 방법으로서는, 철 제련 시에 용광로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄 처리할 때에 발생하는 배기 가스를 대상으로 하는 방법이 몇가지 알려져 있다.
예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평8-245243호 공보(특허 문헌 1)에는 용광로로부터 배출된 용재(溶滓)에 냉수를 부어 수쇄 처리할 때, 상기 수쇄 처리에 의해 발생하는 다량의 배기 가스로부터, 용재와 냉수가 급랭 반응할 때 생성되어 혼입되는 H2S 가스나 SO2 가스를 제거하는 방법이 기재되어 있다.
상기 방법은 H2S 가스나 SO2 가스를 포함한 상기 배기 가스에 냉각수를 살포하여 냉각함으로써 상기 배기 가스의 온도를 저하시키는 동시에 배기 가스 중의 수증기를 응축시키고, 그 응축수를 분리하여 상기 배기 가스를 포화 상태로 만들고, 그 후에 상기 배기 가스 중에 부유하는 미세한 물방울을 제거하여 포화 증기의 가스체로 만들고, 상기 가스체를 상기 용광로로 귀환시켜 함유된 H2S 가스나 SO2 가스를 상기 용광로 내에서 탈황 반응에 의해 슬래그화하도록 한 것을 특징으로 한다(청구항 1). 배기 가스 중에 부유하는 미세한 물방울을 제거하여 포화 증기의 가스체로 만드는 수단으로서, 습식 전기 집진기를 들고 있다.
또한, 미국 특허 제5,540,895호 명세서(특허 문헌 2)에는 용광로 슬래그를 수쇄하여 조립(造粒)할 때에 발생하는 H2S 및 SO2를 함유하는 증기 및 가스에 대해, 알카리수를 분무함으로써 처리하는 방법이 기재되어 있다.
일본특허출원공개평8-245243호공보 미국특허제5,540,895호명세서
상기 방법은 모두 철 제련 과정에서 발생하는 슬래그의 수쇄 시에 발생하는 배기 가스의 처리를 대상으로 하는 것으로, 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스를 처리하는 방법에 관해서는 개시되어 있지 않다. 지금까지, 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스 중에 특별히 처리를 필요로 하는 성분이 포함되어 있다고는 생각되지 않아, 대기 중으로 그대로 방출하는 것이 통상적이었다. 그로 인해, 그 성분을 상세하게 분석한 사례는 없고, 처리해야 할 성분도 명확하지 않았다.
따라서, 본 발명은 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스를 처리하는 방법을 제공하는 것을 하나의 과제로 한다. 또한, 본 발명은 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스의 처리 설비를 제공하는 것을 또 하나의 과제로 한다.
본 발명자는 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스를 분석한 바, 다량의 수증기에 섞여서 철이나 비소 등의 금속 흄이 미량 포함되는 것을 발견하였다. 금속 흄은 금속 증기가 응집하여 생긴 미세한 입자로, 작업 환경 및 주위 환경 보전의 관점에서, 대기 중으로의 방출을 방지하는 것이 바람직하다.
금속 흄은 일반적으로 입자 직경이 미세하고, 1㎛ 이하의 것이 대부분이라고 생각되고 있다. 이 서브 마이크론의 입자는 관성 충돌에 의한 물방울로의 포집은 되기 어려워, 브라운 확산 운동에 의한 포집밖에 기대할 수 없다. 따라서, 물방울 직경이 미세한 스프레이 타워에 의한 포집에서는, 90％ 이상의 포집이 곤란한 것이 일반적이다. 또한, 스프레이되는 물 중에 포함되는 부유 물질(SS)로 인해, 물방울 직경을 안정적으로 유지할 수 없어, 포집 효율이 저하될 우려가 있고, 또한 배관에 스케일이 발생하여, 스프레이 타워의 메인터넌스 빈도가 증가하는 것이 우려된다.
이에 대해, 습식 전기 집진기(mist cottrel)에 의한 포집은 서브 마이크론 직경의 입자라도 80％ 이상의 집진 효율이 가능하므로, 금속 흄은 습식 전기 집진기를 사용함으로써 제거 가능하다. 금속 흄을 습식 전기 집진기로 포집할 수 있다는 것 자체는 알려져 있지만, 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스 처리에 습식 전기 집진기를 적용한 사례는 본 발명자가 아는 한 존재하지 않고, 그 필요성도 인식되어 있지 않았다.
따라서, 본 발명은 일측면에 있어서, 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 수증기를 주성분으로 하고 금속 흄을 함유하는 배기 가스를 처리하는 방법이며, 상기 배기 가스를 습식 전기 집진기로 처리하는 공정을 포함하는 방법이다.
본 발명에 관한 방법의 일 실시 형태에 있어서는, 비철금속은 구리이다.
본 발명에 관한 방법의 다른 일 실시 형태에 있어서는, 배기 가스는 Cu, Zn, Ni 및 Fe로부터 선택되는 1종 이상의 금속 흄을 함유한다.
본 발명에 관한 방법의 또 다른 일 실시 형태에 있어서는, 습식 전기 집진기로부터 배출되는 금속 성분을 함유하는 배수(排水)를 중화 처리한 후, 여과하여 잔사를 용련로로 복귀시키는 공정을 더 포함한다.
본 발명은 다른 일측면에 있어서, 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 수증기를 주성분으로 하고 금속 흄을 함유하는 배기 가스를 처리하는 설비이며, 배기 가스 수집 수단과 배기 가스 통로와 습식 전기 집진기를 구비하고, 배기 가스 수집 수단은 배기 가스 발생 장소의 위쪽에 설치되고, 배기 가스 수집 수단과 습식 전기 집진기는 배기 가스 통로에 의해 연결되어 있는 설비이다.
본 발명에 관한 설비의 일 실시 형태에 있어서는, 비철금속은 구리이다.
본 발명에 관한 설비의 다른 일 실시 형태에 있어서는, 배기 가스는 Cu, Zn, Ni 및 Fe으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 흄을 함유한다.
본 발명에 따르면, 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스로부터 금속 흄을 제거하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 관한 배기 가스 처리 구조의 일례를 도시하는 도면.
이하에, 본 발명에 관한 배기 가스 처리 방법의 적합한 실시 형태를, 도 1을 참조하면서 설명한다. 전기 연환(
Figure 112010013607215-pat00001
)로 등의 용련로(1)로부터 배출된 슬래그는 슬래그 홈(3)을 통해 수쇄 홈(4)으로 유입되고, 그 수쇄 홈을 흘러내려 온 수쇄수(2)에 의해 수쇄되어, 수쇄 슬래그로서 수쇄조(6) 내에 낙하한다. 수쇄 슬래그는 수쇄조 내에 설치한 버킷 엘리베이터(도시하지 않음)에 의해 퍼 올려져, 시스템 밖으로 반송된다.
제련하는 비철금속의 종류에 따라서 다르지만, 예를 들어 동제련 공정에 있어서 용련로로부터 배출되는 슬래그의 조성은, 일반적으로 Fe : 35 내지 45질량％, Fe3O4 : 3 내지 15 질량％, SiO2 : 25 내지 35 질량％, Cu : 0.5 내지 3 질량％이다. 본 발명의 대상이 되는 비철금속에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 구리, 아연, 니켈을 들 수 있다.
수쇄 전의 슬래그는 통상 1150 내지 1300℃ 정도의 고온이고, 이것과 물이 접촉하는 장소인 수쇄 홈(4) 및 수쇄조(6) 부근으로부터는 다량의 수증기가 배기 가스(5)로서 발생한다. 발생한 수증기는 미량의 금속 흄을 함유하고 있고, 수쇄 홈(4) 및 수쇄조(6)의 상방을 덮고, 바람직하게는 상하ㆍ수평 방향으로의 이동이 가능한, 집연 후드(7)(배기 가스 수집 수단)에 의해 회수된다. 수쇄 시의 배기 가스 중에는 Cu, Zn 및 Fe 등의 금속 흄이 함유되어 있고, 일반적으로 0.1 내지 10㎎/㎥ 정도의 농도로 포함되어 있다. 단, 제련하는 금속에 따라서 금속 흄의 조성은 다르고, 예를 들어 동제련의 경우, Zn의 농도는 다른 금속에 비해 높아, 일반적으로 1 내지 10㎎/㎥ 정도 포함된다. 집연 후드 내의 배기 가스 온도는, 전형적으로는 80 내지 90℃ 정도이다.
계속해서, 집연 후드(7)에 의해 회수된 수증기를 주성분으로 하는 배기 가스(5)는 연기 통로(8)(배기 가스 통로)를 통해, 습식 전기 집진기(9)로 도입된다. 연기 통로(8)를 통과하는 동안에, 수증기는 자연스럽게 일부 응축된다. 습식 전기 집진기(9)의 입구에 있어서의 배기 가스 온도는, 전형적으로는 30 내지 80℃ 정도이다. 본 발명에 있어서는, 집연 후드로부터 습식 전기 집진기까지는, 냉각수를 배기 가스에 살포하는 수단(냉각 타워 등)은 불필요하다.
습식 전기 집진기(9)는, 일반적으로 방전 전극과 집진 전극 사이에 고전압을 부여하여 코로나 방전시킴으로써, 가스 중에 부유하는 입자를 대전시키고 또한 전계에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해 집진 전극으로 입자를 회수하고, 그 후에 회수된 입자를 스프레이된 물로 씻어냄으로써 배수(排水)로서 배출하는 장치이다. 금속 흄은 금속 증기가 응집하여 생긴 미세한 입자로, 습식 전기 집진기로 회수할 수 있다. 단, 금속 흄은 1㎛ 이하의 미세한 것이 대부분이므로, 충분한 회수율을 얻기 위해서는 고전압에서의 운전이 바람직하다.
전형적인 습식 전기 집진기의 운전 조건으로서는, 전압이 약 10 내지 50㎸이고, 전류가 30 내지 100㎃ 정도이다.
습식 전기 집진기(9)로서는, 공지의 것을 적절하게 선택하여 사용하면 되지만, 예를 들어 방전 전극과 집진 전극을 가스 흐름에 대해 평행이 되도록 배치한 평행형의 것, 집진 전극과 방전 전극을 가스 흐름에 대해 직교하도록 배치시킨 크로스 플로우형[예 : 노이 루프트(neu Luft)형]의 것이 있다.
습식 전기 집진기(9)를 나온 배기 가스(10)는 대기로 방출할 수 있다. 배기 가스 온도는 습식 전기 집진기(9)의 출구에서 20 내지 40℃ 정도이다. 한편, 습식 전기 집진기(9)로부터 배출되는 회수 금속을 함유하는 배수(11)는 배수조(12)에 회수된 후, 펌프로 종합 배수 처리 공장으로 보내져, 중화 처리된 후, 필터 프레스에서 여과된다. 잔사로서 회수된 금속은 혼합 광물로서, 용련로로 복귀시킬 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 실시예는 예시 목적이며 발명이 한정되는 것을 의도하지 않는다.
(제1 실시예)
본 실시예에서는 동 제련에 있어서, 자용로(自溶爐)에 부속된 전기 정련로로부터 배출되는 고온 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스의 처리를 행하였다. 도 1의 배기 가스 처리 구조를 따르는 배기 가스 처리 설비를 구축하였다. 전기 정련로로부터 배출된 슬래그는, 슬래그 홈을 통해 수쇄 홈으로 유입되고, 그 수쇄 홈을 흘러내려 온 수쇄수에 의해 수쇄되어, 수쇄 슬래그로서 수쇄조 내에 낙하한다. 수쇄 시에 발생하는 다량의 수증기를 수반하는 배기 가스를, 수쇄 홈 및 수쇄조를 덮는 집연 후드로 회수하였다. 집연 후드 내의 배기 가스 온도는 80 내지 90℃ 정도였다. 집연 후드로 회수된 배기 가스는 집연 후드 상부에 있는 연기 통로 입구를 통해 연기 통로로 들어가, 습식 전기 집진기로 보내졌다. 습식 전기 집진기로 유입되는 배기 가스 온도는 30 내지 80℃ 정도이고, 습식 전기 집진기로부터 배출되는 배기 가스 온도는 20 내지 40℃ 정도였다.
슬래그의 수쇄 조건은 이하로 하였다.
ㆍ 슬래그 수쇄량 2.5t/min
ㆍ 수쇄 전 슬래그 온도 1150 내지 1300℃
ㆍ 수쇄시 사용되는 물의 양 20t/min
슬래그 중의 금속 농도(질량％)를 JIS K0083에 준거하여 배기 가스 중의 금속 분석 방법에 의해 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112010013607215-pat00002
배기 가스 처리 설비의 운전 조건은 이하로 하였다.
ㆍ 집연 후드에서의 배기 가스 회수량 300㎥/min
ㆍ 습식 전기 집진기 사양
- 메이커 : 엘데크사제 노이 루프트형
- 전압 : 15 내지 25㎸
- 전류 : 60 내지 100㎃
- 스프레이되는 물의 양 : 약 20 L/min
집연 후드에서 회수한 배기 가스 중의 금속 농도(집진기 입구 농도), 습식 전기 집진기로 처리한 후의 배기 가스 중의 금속 농도(집진기 출구 농도) 및 회수율(％)을 표 2에 나타낸다. 금속 농도의 측정은 JIS K0083 배기 가스 중의 금속 분석 방법으로 행하였다.
Figure 112010013607215-pat00003
(제2 실시예)
제1 실시예와 마찬가지로, 동제련에 있어서, 자용로에 부속된 전기 정련로로부터 배출되는 고온 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 배기 가스의 처리를 행하였다. 단, 제2 실시예에서는 제1 실시예보다도 집연 후드에서의 배기 가스 회수량을 많게 하여 행하였다.
슬래그의 수쇄 조건은 이하로 하였다.
ㆍ 슬래그 수쇄량 2.5t/min
ㆍ 수쇄 전 슬래그 온도 1150 내지 1300℃
ㆍ 수쇄시 사용되는 물의 양 20t/min
배기 가스 처리 설비의 운전 조건은 이하로 하였다.
ㆍ 집연 후드에서의 배기 가스 회수량 500㎥/min
ㆍ 습식 전기 집진기 사양
- 메이커 : 엘데크사제 노이 루프트형(2구, 3단형)
구 : 구획마다 다른 고압 전원 장치에 의해 하전(荷電)되어 있으므로 그 구분수.
단 : 한 쌍의 방전 전극 및 집진 전극을 1단으로 하여, 가스 흐름 방향으로 설치한 단수.
- 전압 : 30 내지 35㎸(1구, 2구)
- 전류 : 110 내지 150㎃(1구), 140 내지 180㎃(2구),
- 스프레이되는 물의 양 : 약 10L/min
배기 가스의 집진기 입구 및 출구에 있어서의 온도, 유량, 금속 흄 포집 중량, 금속 흄 농도, 집진 효율(％)을 표 3에 나타낸다. 금속 흄 중, Cu, Zn 및 Fe의 흄에 대해, 배기 가스의 집진기 입구 및 출구에 있어서의 농도 및 회수율(％)을 표 4에 나타낸다. 배기 가스 중의 금속 흄을 높은 효율로 회수할 수 있는 것을 알 수 있다. 금속 흄 및 금속 농도의 측정은 JIS K0083 배기 가스 중의 금속 분석 방법에 기초하여 행하였다.
Figure 112010013607215-pat00004
Figure 112010013607215-pat00005
1 : 용련로
2 : 수쇄수
3 : 슬래그 홈
4 : 수쇄 홈
5 : 배기 가스
6 : 수쇄조
7 : 집연 후드
8 : 연기 통로
9 : 습식 전기 집진기
10 : 배기 가스
11 : 배수
12 : 배수조
13 : 배수

Claims (8)

  1. 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 수증기를 주성분으로 하고 금속 흄을 함유하는 배기 가스를 처리하는 방법이며,
    비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄 처리하는 공정과,
    수쇄 홈(4) 및 수쇄조(6)의 상방에 설치되어 상하ㆍ수평 방향으로의 이동이 가능한 집연 후드(7)로 배기 가스를 수집하는 공정과,
    상기 배기 가스를 냉각수의 살포 없이 습식 전기 집진기로 처리하는 공정을 포함하는, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 비철금속은 구리인, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기 가스는 Cu, Zn, Ni 및 Fe으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 흄을 함유하는, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 습식 전기 집진기로부터 배출되는 금속 성분을 함유하는 배수를 중화 처리한 후, 여과하여 잔사(殘渣)를 용련로로 복귀시키는 공정을 더 포함하는, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법.
  5. 비철금속 용련로로부터 배출되는 슬래그를 수쇄했을 때에 발생하는 수증기를 주성분으로 하고 금속 흄을 함유하는 배기 가스를 처리하는 설비이며, 배기 가스 수집 수단과 배기 가스 통로와 습식 전기 집진기를 구비하고, 배기 가스 수집 수단은 가스 발생 장소인 수쇄 홈 및 수쇄조의 상방에 설치되고, 배기 가스 수집 수단과 습식 전기 집진기는 배기 가스 통로에 의해 연결되어 있으며,
    상기 배기 가스 수집 수단은 상하ㆍ수평 방향으로의 이동이 가능한, 집연 후드이며,
    상기 배기 가스를 냉각수의 살포 없이 습식 전기 집진기로 처리하는, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 설비.
  6. 제5항에 있어서, 비철금속은 구리인, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 설비.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 배기 가스는 Cu, Zn, Ni 및 Fe로부터 선택되는 1종 이상의 금속 흄을 함유하는, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 설비.
  8. 제3항에 있어서, 습식 전기 집진기로부터 배출되는 금속 성분을 함유하는 배수를 중화 처리한 후, 여과하여 잔사(殘渣)를 용련로로 복귀시키는 공정을 더 포함하는, 슬래그 수쇄 시의 배기 가스 처리 방법.
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