KR101616350B1 - 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전로 더스트를 가열하여 환원된 아연과 철을 비중 차이로 분리하고, 환원된 아연을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리한 후, 분리된 기체상의 아연을 냉각 후 환원시킴으로써 전로 더스트로부터 아연을 분리 회수하여, 비교적 간단한 공정을 이용하여 아연을 회수하여 비용 절감 및 공정의 효율성을 확보할 수 있는 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치에 관한 것이다.

Description

전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치{Method and apparatus for recovering zinc from basic oxygen furnace dust}
본 발명은 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전로 더스트를 가열하여 환원된 아연과 철을 비중 차이로 분리하고, 환원된 아연을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리한 후, 분리된 기체상의 아연을 냉각 후 환원시킴으로써 전로 더스트로부터 아연을 분리 회수하여, 비교적 간단한 공정을 이용하여 아연을 회수하여 비용 절감 및 공정의 효율성을 확보할 수 있는 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치에 관한 것이다.
전로(Basic Oxygen Furnace, BOF)의 더스트에는 고로에 비해 아연 성분이 많이 포함되어 있다. 따라서, 전로 더스트에 포함된 아연을 추출하여 아연 정련 원료로 재활용하는 등의 방법이 모색되고 있다.
일반적으로 전로에서 아연을 추출하는 방법으로 연속추출법(Sequential Extraction)을 사용할 수 있으나, 산화 아연(Zinc Oxide)이나 Franklinte(ZnFe2O4)가 분리되기 어려운 문제가 있다. 다른 방법으로 산 침출을 사용할 수 있는데, 산 침출은 일반적으로 BOF 슬러지에서 사용되며, 온도, pH값, 교반속도 등에 영향을 받는다.
종래에 더스트를 가열하여 산화아연, 산화납, 산화철 등의 금속 산화물을 환원 및 증발시키고, 냉각유를 분무하여 금속 미립자를 고화하여 분리하는 더스트 처리장치를 개시한 바 있으나(예컨대, 일본 공개특허공보 제1996-056970호), 더스트 내에 가장 많은 함량으로 포함되는 철 성분을 별도로 분리하지 않고, 금속 성분들을 냉각시키기 때문에 아연 회수의 효율이 낮은 문제가 있었다.
따라서, 간단한 공정을 이용하여 아연을 회수하여 비용 절감 및 공정의 효율성을 확보할 수 있는 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 전로 더스트를 가열하여 환원된 아연과 철을 비중 차이로 분리하고, 환원된 아연을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리한 후, 분리된 기체상의 아연을 냉각 후 환원시킴으로써 전로 더스트로부터 아연을 분리 회수하여, 비교적 간단한 공정을 이용하여 아연을 회수하여 비용 절감 및 공정의 효율성을 확보할 수 있는 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트에 환원가스를 공급한 후 가열하여 환원된 철을 생성하고, 비중 차를 이용하여 전로 더스트로부터 환원된 철을 제거하는 제1단계; 환원된 철이 제거된 전로 더스트 및 환원가스를 가열하여 환원된 아연을 생성하는 제2단계; 환원된 아연 및 납을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리하는 제3단계; 기체상의 환원된 아연 및 납을 냉각시켜 산화아연 및 산화납의 혼합물을 얻는 제4단계; 산화아연 및 산화납의 혼합물을 가열하여 산화아연을 분리하는 제5단계; 및 분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 얻는 제6단계를 포함하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트에 환원가스를 공급한 후 가열하여 철 및 아연을 환원시키고, 환원된 철이 전로 더스트로부터 분리되며, 환원된 철이 제거된 전로 더스트를 용융 사이클론으로 이송하는 연소실; 전로 더스트에 포함된 환원된 아연 및 납을 증발시켜, 전로 더스트로부터 분리하는 용융 사이클론; 기체상의 환원된 아연 및 납을 냉각시키는 냉각부; 산화아연 및 산화납의 혼합물을 산화아연 분리부로 배출하고, 미냉각된 기체상의 아연 및 납을 스크러버로 이송하는 사이클론; 미냉각된 기체상의 아연 및 납을 냉각시켜 생성된 산화아연 및 산화납의 혼합물을 산화아연 분리부로 배출하고, 폐가스를 상부로 배출하는 스크러버; 산화아연 및 산화납의 혼합물을 가열하여 산화아연을 분리하고, 분리된 산화아연을 아연 회수부로 이송하는 산화아연 분리부; 및 분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 회수하는 아연 회수부를 포함하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치를 사용함으로써, 비교적 간단한 공정을 이용하여 아연을 회수하여 비용 절감 및 공정의 효율성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 아연 회수 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구성 요소 별로 상세히 설명한다.
본 발명의 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법은, 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트(11)에 환원가스를 공급한 후 가열하여 환원된 철을 생성하고, 비중 차를 이용하여 전로 더스트(11)로부터 환원된 철을 제거하는 제1단계; 환원된 철이 제거된 전로 더스트 및 환원가스를 가열하여 환원된 아연을 생성하는 제2단계; 환원된 아연 및 납을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리하는 제3단계; 기체상의 환원된 아연 및 납(13)을 냉각시켜 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 얻는 제4단계; 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 가열하여 산화아연을 분리하는 제5단계; 및 분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 얻는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 아연 회수 방법의 제1단계에서는 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트(11)에 환원가스를 공급한 후 가열하여 환원된 철을 생성하고, 비중 차를 이용하여 전로 더스트로부터 환원된 철을 제거할 수 있다. 전로 더스트(11) 내에 포함된 아연은 ZnFe2O4, ZnCO3, ZnO 등의 형태로 존재하며, 철은 금속 철, FeO, Fe2O3 등의 형태로 존재하게 된다. 따라서, 환원되는 온도의 차이를 이용하여 전로 더스트(11) 내의 철을 환원시켜 비중 차를 이용하여 전로 더스트(11)로부터 분리할 수 있다.
특별히 한정하지 않으나, 환원가스는 CO 가스, H2 가스 또는 코크스오븐 가스를 사용할 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 환원가스로 CO 가스 및 코크스오븐 가스를 사용하는 경우 1500~1600℃로 가열하여 철 성분을 환원시킬 수 있고, H2 가스를 사용하는 경우 500~600℃로 가열하여 철 성분을 환원시킬 수 있다. 상기 온도로 가열하는 경우, 전로 더스트(11)의 철은 환원되어 비중 차이에 의해 하부로 떨어지게 되어, 전로 더스트(11)로부터 분리될 수 있다.
또한, 특별히 한정하지 않으나 본 명세서에서의 가열 수단은, 상기와 같이 가열된 가스를 이용하는 것뿐만 아니라, 배관주위로 저주파 유도 가열기(Inductive Heater) 또는 마이크로웨이버(Microwaver)를 설치하여, 이를 통해 온도를 조절할 수 있다.
본 발명의 아연 회수 방법의 제2단계에서는 환원된 철이 제거된 전로 더스트 및 환원가스를 가열하여 환원된 아연을 생성할 수 있다. 제2단계에서는, 환원가스로 CO 가스 및 코크스오븐 가스를 사용하는 경우 1700~1900℃로 가열하여 아연 성분을 환원시킬 수 있고, H2 가스를 사용하는 경우 1000~1100℃로 가열하여 아연 성분을 환원시킬 수 있다.
본 발명의 아연 회수 방법의 제3단계에서는 환원된 아연 및 납을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리할 수 있다. 제3단계의 전로 더스트에는 아연, 납 외에도 다른 불순물을 포함하고 있으므로, 진공압을 이용하여 전로 더스트에 포함된 환원된 아연 및 납을 증발시켜 기체상으로 만듦으로써, 전로 더스트의 다른 불순물과 분리할 수 있다.
본 발명의 아연 회수 방법의 제4단계에서는 기체상의 환원된 아연 및 납(13)을 냉각시켜 산화아연(ZnO) 및 산화납(PbO)의 혼합물을 얻을 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 기체상의 환원된 아연 및 납(13)에 물을 공급하여 냉각시킬 수 있다. 제4단계에서 기체상의 환원된 아연 및 납(13)을 냉각시킨 후, 미냉각된 기체상의 환원된 아연 및 납이 존재할 수 있으므로, 본 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명의 아연 회수 방법의 제5단계에서는 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 가열하여 산화아연을 분리할 수 있다. 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 1600~1800℃로 가열할 수 있으며, 1600℃ 미만인 경우 산화납이 기화되지 않아 산화아연의 분리 효율이 떨어지며, 1800℃를 초과하는 경우 추가적인 분리 효율을 얻기 어렵고 에너지 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 아연 회수 방법의 제6단계에서는 분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 얻을 수 있다. 산화아연을 환원시키는 방법은 특별히 한정하지 않으나, 분리된 산화아연에 환원가스를 공급하고 가열하여, 산화아연을 환원시킬 수 있으며, 상기 제2단계와 같이, 환원가스로 CO 가스 및 코크스오븐 가스를 사용하는 경우 1700~1900℃로 가열하여 아연 성분을 환원시킬 수 있고, H2 가스를 사용하는 경우 1000~1100℃로 가열하여 아연 성분을 환원시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트(11)에 환원가스를 공급한 후 가열하여 철 및 아연을 환원시키고, 환원된 철이 전로 더스트(11)로부터 분리되며, 환원된 철이 제거된 전로 더스트를 용융 사이클론(2)으로 이송하는 연소실(1); 전로 더스트에 포함된 환원된 아연 및 납을 증발시켜, 전로 더스트로부터 분리하는 용융 사이클론(2); 기체상의 환원된 아연 및 납(13)을 냉각시키는 냉각부(3); 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 산화아연 분리부로 배출하고, 미냉각된 기체상의 아연 및 납을 스크러버(5)로 이송하는 사이클론(4); 미냉각된 기체상의 아연 및 납을 냉각시켜 생성된 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 산화아연 분리부로 배출하고, 폐가스(15)를 상부로 배출하는 스크러버(5); 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 가열하여 산화아연을 분리하고, 분리된 산화아연을 아연 회수부로 이송하는 산화아연 분리부; 및 분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 회수하는 아연 회수부를 포함하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 장치가 제공된다.
본 발명의 아연 회수 장치의 연소실(1)에서는, 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트(11)에 환원가스를 공급한 후, 이를 가열하여 전로 더스트(11)에 포함된 철 및 아연을 환원시키고, 환원된 철이 비중 차이에 의해 전로 더스트(11)로부터 분리되며, 환원된 철이 제거된 전로 더스트는 용융 사이클론(2)으로 이송된다.
특별히 한정하지 않으나, 환원가스는 CO 가스, H2 가스 또는 코크스오븐 가스를 사용할 수 있으며, 연소실(1)에 구비된 환원가스 공급부(6)를 통해 공급될 수 있다. 환원가스로 CO 가스 및 코크스오븐 가스를 사용하는 경우 1500~1600℃로 가열하여 철 성분을 환원시킬 수 있고, H2 가스를 사용하는 경우 500~600℃로 가열하여 철 성분을 환원시킬 수 있다. 상기 온도로 가열하는 경우, 전로 더스트(11)의 철은 환원되어 비중 차이에 의해 하부로 떨어지게 되어, 전로 더스트(11)로부터 분리될 수 있다.
특별히 한정하지 않으나, 상기 연소실(1)의 하부에는, 비중 차이로 인해 전로 더스트(11)로부터 분리 제거된 환원된 철(12)이 수집되는 환원철 저장소(7)가 구비될 수 있다.
본 발명의 아연 회수 장치의 용융 사이클론(2)에서는, 환원된 아연 및 납을 포함하는 전로 더스트가 연소실(1)로부터 이송되고, 환원된 아연 및 납이 증발되어 전로 더스트로부터 분리될 수 있다. 증발된 기체상의 환원된 아연 및 납(13)은 냉각부(3)로 이송될 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 용융 사이클론(2)에서 진공압을 이용하여 환원된 아연 및 납을 증발시킬 수 있다.
본 발명의 아연 회수 장치의 냉각부(3)에서는, 용융 사이클론(2)에서 이송된 기체상의 환원된 아연 및 납(13)을 냉각시킬 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 상기 냉각부(3)에서는 기체상의 환원된 아연 및 납(13)에 물을 공급하여 냉각시킴으로써, 산화아연(ZnO) 및 산화납(PbO)의 혼합물을 얻을 수 있다. 산화아연(ZnO) 및 산화납(PbO)의 혼합물은, 미냉각된 기체상의 아연 및 납과 함께 사이클론(4)으로 이송될 수 있다.
본 발명의 아연 회수 장치의 사이클론(4)에서는, 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)이 산화아연 분리부로 배출되고, 미냉각된 기체상의 아연 및 납은 스크러버(5)로 이송될 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 본 발명의 아연 회수 장치는 스크러버(5)로 이송되는 미냉각된 기체상의 아연 및 납을 추가로 냉각하는 냉각부(8)를 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 아연 회수 장치의 스크러버(5)에서는, 미냉각된 기체상의 아연 및 납이 냉각시켜 생성된 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 산화아연 분리부로 배출하고, 폐가스(15)를 상부로 배출할 수 있다.
본 발명의 아연 회수 장치의 산화아연 분리부(미도시됨)에서는, 공급된 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 가열하여 산화아연과 산화납을 분리할 수 있다. 산화아연 및 산화납의 혼합물(14)을 1600~1800℃로 가열하여, 산화아연과 산화납의 녹는점 차이를 이용하여 분리할 수 있다. 1600℃ 미만인 경우 산화납이 기화되지 않아 산화아연의 분리 효율이 떨어지며, 1800℃를 초과하는 경우 추가적인 분리 효율을 얻기 어렵고 에너지 효율이 떨어질 수 있다. 분리된 산화아연은 아연 회수부로 이송된다.
본 발명의 아연 회수 장치의 아연 회수부(미도시됨)에서는, 분리된 산화아연에 환원가스를 공급하고 가열하여, 산화아연을 환원시킴으로써 아연을 회수할 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 상기 연소실(1)에서와 같이, 환원가스로 CO 가스 및 코크스오븐 가스를 사용하는 경우 1700~1900℃로 가열하여 아연 성분을 환원시킬 수 있고, H2 가스를 사용하는 경우 1000~1100℃로 가열하여 아연 성분을 환원시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법 및 아연 회수 장치를 사용함으로써, 비교적 간단한 공정을 이용하여 아연을 회수하여 비용 절감 및 공정의 효율성을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 상기에서 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
1: 연소실 2: 용융 사이클론
3: 냉각부 4: 사이클론
5: 스크러버 6: 환원가스 공급부
7: 환원철 저장소 8: 냉각부(추가)
11: 전로 더스트 12: 환원된 철
13: 기체상의 환원된 아연 및 납
14: 산화아연 및 산화납의 혼합물
15: 폐가스

Claims (12)

  1. 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트에 환원가스를 공급한 후 가열하여 환원된 철을 생성하고, 비중 차를 이용하여 전로 더스트로부터 환원된 철을 제거하는 제1단계;
    환원된 철이 제거된 전로 더스트 및 환원가스를 가열하여 환원된 아연을 생성하는 제2단계;
    환원된 아연 및 납을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리하는 제3단계;
    기체상의 환원된 아연 및 납을 냉각시켜 산화아연 및 산화납의 혼합물을 얻는 제4단계;
    산화아연 및 산화납의 혼합물을 가열하여 산화아연을 분리하는 제5단계; 및
    분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 얻는 제6단계를 포함하고,
    제3단계에서 진공압을 이용하여 환원된 아연 및 납을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리하는 것을 특징으로 하는,
    전로 더스트로부터의 아연 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서, 환원가스는 CO 가스, H2 가스 또는 코크스오븐 가스인 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 제4단계에서 물을 공급하여 기체상의 환원된 아연 및 납을 냉각시키는 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제5단계에서 산화아연 및 산화납의 혼합물을 1600~1800℃로 가열하여 산화아연을 분리하는 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제6단계에서 분리된 산화아연에 환원가스를 공급하고 가열하여, 산화아연을 환원시키는 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 방법.
  7. 아연, 철, 납 및 불순물을 포함하는 전로 더스트에 환원가스를 공급한 후 가열하여 철 및 아연을 환원시키고, 환원된 철이 전로 더스트로부터 분리되며, 환원된 철이 제거된 전로 더스트를 용융 사이클론으로 이송하는 연소실;
    전로 더스트에 포함된 환원된 아연 및 납을 증발시켜, 전로 더스트로부터 분리하는 용융 사이클론;
    기체상의 환원된 아연 및 납을 냉각시키는 냉각부;
    산화아연 및 산화납의 혼합물을 산화아연 분리부로 배출하고, 미냉각된 기체상의 아연 및 납을 스크러버로 이송하는 사이클론;
    미냉각된 기체상의 아연 및 납을 냉각시켜 생성된 산화아연 및 산화납의 혼합물을 산화아연 분리부로 배출하고, 폐가스를 상부로 배출하는 스크러버;
    산화아연 및 산화납의 혼합물을 가열하여 산화아연을 분리하고, 분리된 산화아연을 아연 회수부로 이송하는 산화아연 분리부; 및
    분리된 산화아연을 환원시켜 아연을 회수하는 아연 회수부를 포함하고,
    용융 사이클론은 진공압을 이용하여 환원된 아연 및 납을 증발시켜 전로 더스트로부터 분리하는 것을 특징으로 하는,
    전로 더스트로부터의 아연 회수 장치.
  8. 제7항에 있어서, 환원가스는 CO 가스, H2 가스 또는 코크스오븐 가스인 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 장치.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 냉각부는 기체상의 환원된 아연 및 납에 물을 공급하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 장치.
  11. 제7항에 있어서, 산화아연 분리부는 산화아연 및 산화납의 혼합물을 1600~1800℃로 가열하여 산화아연을 분리하는 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 장치.
  12. 제7항에 있어서, 아연 회수부는 분리된 산화아연에 환원가스를 공급하고 가열하여, 산화아연을 환원시키는 것을 특징으로 하는, 전로 더스트로부터의 아연 회수 장치.
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