KR101341178B1 - 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법 및 이로부터 얻어진 시멘트 클링커 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법 및 이로부터 얻어진 시멘트 클링커에 관한 것으로서, 유가금속을 포함하는 제강 용융 슬래그를 준비하는 단계; 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속이 환원되고, 이로부터 잔류 슬래그가 얻어지도록, 유가금속 환원제가 수용된 수직관상로에 상기 용융 슬래그를 연속적으로 투입하는 단계; 환원된 상기 유가금속과 상기 잔류 슬래그를 상기 수직관상로의 하부에 위치하는 호퍼에 연속적으로 배출하는 단계; 및 상기 호퍼에 배출된 상기 유가금속을 회수하는 단계를 포함하고, 상기 호퍼는 상기 수직관상로와 연결되거나 상기 수직관상로의 직하에 위치하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 슬래그 내에 포함된 유가 금속을 보다 높은 효율로 환원시킬 수 있으며, 나아가 상기 유가금속이 환원되고 난 후의 슬래그를 시멘트 클링커로서 이용함으로써, 슬래그를 효율적이면서도 경제적으로 처리할 수 있다.

Description

제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법 및 이로부터 얻어진 시멘트 클링커{METHOD FOR REDUCING VALUABLE METAL FROM STEELMAKING SLAG AND CEMENT CLINKER PROVIDED FROM THE SAME}
본 발명은 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법 및 이로부터 얻어진 시멘트 클링커에 관한 것이다.
일반적으로 철강공정에서는 철광석을 환원하거나 상기 철광석에 포함된 불순물들을 제거하기 위하여 제선이나 제강 등의 공정을 거치게 되며, 이 때 다량의 슬래그가 발생하게 된다. 이러한 슬래그는 산업폐기물로 고려되어, 대부분 단순 매립 처분되거나, 로반재 등으로 처리되고 있다. 그러나, 슬래그내에는 자원으로서 사용이 가능한 Fe, Mn, Cr 등 유용한 금속 성분의 자원이 상당히 포함되어 있기 때문에, 이를 이용하고자 하는 기술이 많이 연구되어 왔다.
그 중 하나로서, 제강 공정으로부터 배출된 슬래그를 슬래그 포트에 이동시킨 뒤, 상기 슬래그 포트에 환원제를 투입함으로써 유가 금속을 환원하여 유가 금속을 회수하는 기술이 개발되었다. 그러나, 이러한 방법은 시간의 경과에 따른 자연적 반응에 의해 유가 금속을 회수하는 방법이기 때문에, 그 효율이 낮은 수준에 불과하였다.
본 발명은 슬래그 내에 함유된 유가금속을 효과적으로 환원시키고, 상기 유가금속이 환원된 슬래그를 이용한 시멘트 클링커를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일태양은 유가금속을 포함하는 제강 용융 슬래그를 준비하는 단계; 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속이 환원되고, 이로부터 잔류 슬래그가 얻어지도록, 유가금속 환원제가 수용된 수직관상로에 상기 용융 슬래그를 연속적으로 투입하는 단계; 환원된 상기 유가금속과 상기 잔류 슬래그를 상기 수직관상로의 하부에 위치하는 호퍼에 연속적으로 배출하는 단계; 및 상기 호퍼에 배출된 상기 유가금속을 회수하는 단계를 포함하고, 상기 호퍼는 상기 수직관상로와 연결되거나 상기 수직관상로의 직하에 위치하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 슬래그 내에 포함된 유가 금속을 보다 높은 효율로 환원시킬 수 있으며, 나아가 상기 유가금속이 환원되고 난 후의 슬래그를 시멘트 클링커로서 이용함으로써, 슬래그를 효율적이면서도 경제적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유가금속 환원 방법에 적용될 수 있는 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 일태양은 유가금속을 포함하는 제강 용융 슬래그를 준비하는 단계; 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속이 환원되고, 이로부터 잔류 슬래그가 얻어지도록, 유가금속 환원제가 수용된 수직관상로에 상기 용융 슬래그를 연속적으로 투입하는 단계; 환원된 상기 유가금속과 상기 잔류 슬래그를 상기 수직관상로의 하부에 위치하는 호퍼에 연속적으로 배출하는 단계; 및 상기 호퍼에 배출된 상기 유가금속을 회수하는 단계를 포함하고, 상기 호퍼는 상기 수직관상로와 연결되거나 상기 수직관상로의 직하에 위치하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 유가금속 환원 방법에 적용될 수 있는 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 설명한다. 다만, 도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 장치의 일례를 나타낸 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지는 않는다.
우선, 제강공정을 통해 형성된 Fe2O3, MnO 및 Cr2O3와 같은 유가금속을 함유하는 제강 용융 슬래그(1)를 슬래그 포트(10)와 같은 장치에 수용시킨다. 이후, 상기 제강 용융 슬래그(1)를 상기 유가금속을 환원시키기 위한 유가금속 환원제(3)가 수용된 수직관상로(100)에 투입한다. 이러한 공정을 통해 하기 식 1 내지 3과 같은 반응 등을 통해 상기 용융 슬래그(1)에 포함된 유가금속을 환원할 수 있다. 또한, 이와 같이 용융 슬래그 중 유가금속이 환원되어 잔류 슬래그(5)가 얻어지게 된다.
[식 1]
Cr2O3 + 3C → 2Cr + 3CO
[식 2]
MnO + C → Mn + CO
[식 3]
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
상기 식 1 내지 3과 같은 반응은 흡열 반응으로서 유가금속의 환원을 위해서는 열에너지가 필요하다. 본 발명에서 사용하는 제강 용융 슬래그는 통상의 현장 조업에서 이용되는 것을 사용할 수 있으며, 이 때 상기 제강 용융 슬래그는 1400℃이상의 고온 상태이다. 따라서, 상기와 같은 높은 열원을 가지고 있는 제강 용융 슬래그를 이용할 수 있으므로, 별도의 열원 제공이 필요없다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 사용가능한 유가금속 환원제(3)는 당해 기술분야에서 통상적으로 이용가능한 것이라면 그 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 코크스, 알루미늄 드로스, 수소, 수소화 붕소나트륨, 이산화황 및 탄소로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
이 때, 유가금속의 환원을 보다 용이하게 하기 위하여, 상기 유가금속 환원제는 평균입도가 3mm이상인 것이 바람직하다. 상기 유가금속 환원제가 3mm미만인 경우에는 관상로 상에서 분진과 같은 상태로 존재하여 환원 반응이 이루어지지 않거나 관상로 외부로 유실될 수 있다. 다만, 90mm이상의 입도를 갖는 것은 공정상 용이하지 않을 수 있으며, 오히려 반응이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명에 적용가능한 수직관상로는 그 내부에 1400℃ 이상의 열원을 제공하는 것이 바람직하다. 이는 제강 용융 슬래그가 그 내부에서 냉각되어 그 흐름을 방해하는 일이 없도록 하고, 이에 더하여 전술한 환원반응이 보다 활발히 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 상기 수직관상로는 그 자체가 진동하는 것이 가능하여 유가금속 환원제의 유동을 돕고, 이를 통해 제강 용융 슬래그와의 접촉을 활성화시켜, 환원반응을 향상시킬 수 있다. 이 때, 수직관상로(100)는 도 1에 나타나는 바와 같이, 제강 용융 슬래그(1)는 통과시키되, 그 내부에 수용된 유가금속 환원제(3)는 하부로 유출되지 않도록 그 하부에 배출홀(110)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 제강 용융 슬래그(1)는 수직관상로(100)를 통과함으로써, 상기 수직관상로(100) 내에 수용된 유가금속 환원제(3)와 반응하여 유가금속이 환원되고, 이로 부터 발생하는 잔류 슬래그(5)와 상기 환원된 유가금속(7)이 함께, 호퍼(200)에 배출된다. 즉, 상기 제강 용융 슬래그(1)는 상기 수직관상로(100)를 통과함으로써 잔류 슬래그(5)와 환원된 유가금속(7)를 형성시키고, 이 잔류 슬래그(5)와 환원된 유가금속(7)은 연속적으로 호퍼(200)에 배출된다. 이를 통해, 효과적인 환원반응과 유가금속의 회수를 도모할 수 있으며, 생산성 향상을 기대할 수 있다. 한편, 상기와 같은 공정을 위해, 상기 호퍼(200)는 상기 수직관상로(100)에 연결되거나 상기 수직관상로(100)의 직하에 위치하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기와 같은 공정 즉, 용융 슬래그가 수직관상로를 통과하여 호퍼로 이동하는 것이 연속적이므로, 생산성이 우수하며, 경제적이다. 기존의 방법은 슬래그가 수용된 슬래그 포트에 환원제를 투입함으로써 유가 금속을 환원시키는 기술이었으나, 이러한 방법은 시간의 경과에 따른 자연적 반응에 의해 유가 금속을 회수하는 방법이기 때문에, 그 효율이 낮은 수준에 불과하였다. 그러나, 본 발명은 이와는 다르게 연속 공정이 가능하므로, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
상기와 같이 호퍼에 배출된 잔류 슬래그와 환원된 유가금속은 비중차에 의해 분리되게 되며, 이렇게 분리된 유가금속을 회수함으로써, 제강 슬래그에 포함된 유가금속을 효율적으로 획득할 수 있다. 한편, 상기 호퍼(200)에 배출된 환원된 유가금속(7)과 잔류 슬래그(5)는 호퍼(200)에 연결되는 이송관(210)을 통해 배출됨으로써 회수될 수 있다. 또한, 상기 호퍼(200)와 이송관(210)간의 물질 이동의 제어가 가능하도록 상기 호퍼(200)에는 벨브(220)가 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 상기와 같이 유가금속을 효과적이면서도 경제적으로 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 잔류 슬래그를 효과적으로 이용할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 방법에 따라 회수되는 잔류 슬래그는 염기도가 2.5~3.5의 범위를 갖게 되는데, 이러한 염기도 범위는 시멘크 클링커의 염기도인 3.0과 유사한 수준이다. 즉, 본 발명에서는 잔류 슬래그 또한 자원으로서 이용가능하므로, 매우 경제적이다. 더욱이, 시멘트 클링커로 사용되기 위한 재료는 Fe 및 Cr 등과 같은 금속 성분이 제거되어야 하는데, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 유가금속이 회수되고 난 후의 잔류 슬래그를 이용하므로, 시멘트 클링커로 사용되기에 매우 적합하다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 방법을 통해 얻어진 잔류 슬래그를 이용한 시멘트 클링커를 제공한다. 다만, 본 발명의 시멘트 클링커는 시멘트로서 활용되기 위하여, 본 발명의 잔류 슬래그에 더하여 CaO, SiO2 및 Al2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것이 바람직하다. 시멘트 클링커는 알라이트(Alite, 3CaO·SiO2), 벨라이트(Belite, 2CaO·SiO2) 및 셀라이트(Celite, 3CaO·Al2O3)의 광물 상으로 주로 구성되며, 상기 3개의 상에 의해 시멘트 클링커의 강도나 수화성 등이 결정된다. 따라서, 환원에 의해 금속 자원이 제거되고 남은 슬래그에 부족분을 첨가하여 시멘트 클링커의 품질을 조절하는 것이 바람직하다.
1 : 제강 용융 슬래그 3 : 유가금속 환원제
5 : 잔류 슬래그 7 : 환원된 유가 금속
10 : 슬래그 포트 100 : 수직관상로
110 : 배출홀 200 : 호퍼
210 : 이송관 220 : 벨브

Claims (10)

  1. 유가금속을 포함하는 제강 용융 슬래그를 준비하는 단계;
    상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속이 환원되고, 이로부터 잔류 슬래그가 얻어지도록, 유가금속 환원제가 수용된 수직관상로에 상기 용융 슬래그를 연속적으로 투입하는 단계;
    환원된 상기 유가금속과 상기 잔류 슬래그를 상기 수직관상로의 하부에 위치하는 호퍼에 연속적으로 배출하는 단계; 및
    상기 호퍼에 배출된 상기 유가금속을 회수하는 단계를 포함하고,
    상기 호퍼는 상기 수직관상로와 연결되거나 상기 수직관상로의 직하에 위치하며,
    상기 수직관상로는 진동하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용융 슬래그는 1400℃이상인 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유가금속은 Fe2O3, MnO 및 Cr2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유가금속 환원제는 코크스, 알루미늄 드로스, 수소, 수소화 붕소나트륨, 이산화황 및 탄소로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유가금속 환원제는 평균입도가 3~90mm인 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직관상로는 그 내부에 1400℃이상의 열원을 제공하는 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유가금속을 회수 단계는 상기 유가금속과, 유가금속이 회수된 용융 슬래그의 비중차에 의해 분리된 유가금속을 회수하는 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그는 염기도가 2.5~3.5인 것을 포함하는 제강 슬래그로부터 유가금속을 환원하는 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6, 청구항 8, 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 얻어진 유가금속이 회수된 용융 슬래그; 및
    CaO, SiO2 및 Al2O3로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 시멘트 클링커.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4001011A (en) 1975-12-29 1977-01-04 Kennecott Copper Corporation Pyrometallurgical recovery of iron from iron silicate slags
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