KR101622280B1 - 부산물 처리방법 - Google Patents

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박종력
서인국
김정아
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Abstract

본 발명은 부산물 처리방법에 관한 것으로서, 고로 조업 및 전로 조업 중 발생된 슬러지 부산물을 마련하는 과정, 슬러지 부산물을 해쇄(解碎)하는 과정, 자력 선별을 통해 상기 해쇄된 슬러지 부산물로부터 상대적으로 아연(Zn) 함유량이 적은 원료 물질과, 상기 원료 물질에 비해 상대적으로 아연(Zn) 함유량이 많은 잔류 물질로 분리하여 선별 과정;을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따른 부산물 처리 방법에 의하면, 부산물로부터 아연의 제거율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 부산물의 재활용율을 높일 수 있고, 이에 따라 비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 아연이 효과적으로 제거된 함철 부산물을 제선 원료로 사용할 때, 고로 조업 시 아연으로 인한 문제점 발생을 최소화할 수 있다. 그리고, 부산물 재활용에 따른 아연 성분이 농축되는 현상을 억제하여 이러한 부산물의 지속적인 재활용이 가능할 것이다.

Description

부산물 처리방법{Method for processing sludge}
본 발명은 부산물 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철공정에서 발생하는 다양한 부산물을 재활용할 수 있는 부산물 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철 공정인 고로 조업 및 제강 전로 취련 조업에서는 부산물이 슬러지가 발생한다. 그리고 비용 절감 및 자원 재활용을 위해서 상술한 부산물들은 제선 공정의 원료로 재활용된다. 그런데 고로 슬러지 및 전로 슬러지에는 아연(Zn) 성분이 철광석 및 소결광과 같은 일반적인 제선 원료에 비해 수십배 내지 수백배 많이 함유되어 있다. 이렇게 아연 함유량이 높은 고아연 부산물을 별도의 처리 없이 그대로 제선 원료로 재활용할 경우, 고로 내부의 연화 융착대 부근에 아연 증기가 발생되고, 이것이 고로 상부로 상승하여 고로 내부 온도가 400℃ 내지 900℃인 범위에 도달하게 되면 수지상 형태의 고착물이 고로 내벽에 형성되는 문제가 발생된다. 이는 장입물이 고르게 분포하는 것을 방해하고, 고로 내부의 가스 흐름의 불균형, 장입물의 강하 불안정 등으로 인한 장입물의 슬립, 드랍 현상 등의 문제를 야기시킨다.
상술한 아연으로 인한 문제를 해결하기 위해서는 고아연 슬러지로부터 아연을 분리해야 하는데, 분리 방법으로 한국공개특허 10-2001-0060854에서와 같이 비중 차이를 이용한 습식 싸이클론 방법이 있다. 그런데 비중 차이를 이용하는 사이클론 방법은 극미립의 입자와 입도범위폭이 넓은 재료에 대해서는 분리 효율이 매우 낮은 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2001-0060854
본 발명은 아연 회수율을 향상시킬 수 있는 부산물 처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 부산물 처리방법으로서, 고로 조업 및 전로 조업 중 발생된 슬러지 부산물을 마련하는 과정; 상기 슬러지 부산물을 해쇄(解碎)하는 과정; 자력 선별을 통해 상기 해쇄된 슬러지 부산물로부터 상대적으로 아연(Zn) 함유량이 적은 원료 물질과, 상대기 원료 물질에 비해 상대적으로 아연(Zn) 함유량이 많은 잔류 물질로 분리하여 선별하는 과정;을 포함한다.
상기 슬러지 부산물을 해쇄하는 과정에 있어서, 상기 슬러지 부산물과 분산제가 함유된 용매를 혼합하여 해쇄한다.
상기 분산제의 투입량은 100 내지 300g/T 인 것이 바람직하다.
상기 슬러지 부산물을 해쇄하는 과정에 있어서, 상기 슬러지 부산물을 교반하는 임펠러를 300rpm 이상으로 회전시키는 것이 바람직하다.
상기 자력 선별 과정은 1000 ~ 2000 가우스 세기의 자력을 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 자력 선별 과정에 의해 선별된 원료 물질 및 잔류 물질 각각으로부터 용매를 탈수하는 탈수 과정을 포함한다.
상기 잔류 물질로부터 용매를 탈수하는 과정 전에, 상기 잔류 물질을 침수조에 투입하여 침강시키고, 침강된 잔류 물질을 회수하여 탈수하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따른 부산물 처리 방법에 의하면, 부산물로부터 아연의 제거율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 부산물의 재활용율을 높일 수 있고, 이에 따라 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 아연이 효과적으로 제거된 함철 부산물을 제선 원료로 사용할 때, 고로 조업 시 아연으로 인한 문제점 발생을 최소화할 수 있다. 그리고, 부산물 재활용에 따른 아연 성분이 농축되는 현상을 억제하여 이러한 부산물의 지속적인 재활용이 가능할 것이다.
또한, 대량 생산이 가능한 자력 선별 방법을 이용함에 따라, 제철소에서 발생되는 다양한 슬러지 등에 확대 적용이 가능하므로, 제철 부산물의 재활용에 있어서 원료의 품위를 향상시키는 전처리 공정으로 폭넓게 활용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부산물의 처리과정을 보여주는 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부산물 처리 장치를 모식화한 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 부산물 처리방법은 고로 조업 중에 발생되는 슬러지(이하, 고로 슬러지) 및 전로 정련 조업 중에 발생되는 슬러지(이하, 전로 슬러지)로부터 아연(Zn)을 분리하는데 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부산물의 처리 과정을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 부산물 처리과정은, 슬러지를 마련하는 과정(S110), 슬러지를 해쇄(解碎) 또는 스크러빙(scrubbing)하는 과정(S200), 해쇄된 슬러지를 자력 선별하는 과정(S300)을 포함한다.
이와 같은 방법으로 아연이 분리된 부산물은 이후 제선 공정 등에 투입되어 재활용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 부산물 처리방법을 실험 예를 통해 설명한다.
슬러지는 상술한 바와 같이 고로 슬러지 및 전로 슬러지 중 하나이며, 이들 슬러지의 조성은 표 1과 같다.

 조성 함량(중량%)
입도
T-Fe M-Fe FeO K2O Na2O Zn
고로 슬러지 22.29 5.02 1.32 0.33 0.39 14.01 d10: 6.8㎛ d50: 29㎛, d90: 101㎛
제강 슬러지 64.94
 5.28
 62.05
 0.25
 0.22
 0.86
 d10: 2.0㎛, d50: 19.8㎛, d90: 89.5㎛
표 1을 참조하면, 고로 슬러지에는 철(Fe)이 22.2 중량%, 아연(Zn)이 14.01 중량%이고, 알카리 0.72% 있고, 전로 슬러지는 철(Fe)이 64.9 중량%, 아연(Zn)이 0.86 중량%이고, 알카리 0.35% 있다. 즉, 고로 슬러지 및 전로 슬러지는 불순물 함유량이 높고, 특히 아연 성분이 일반적인 제선 원료인 철광석 및 소결광에 비해 수십배 내지 수백배 높다. 슬러지는 입자들의 크기가 매우 작고 다양한 입도를 포함하고 있다. 슬러지의 입도분포 측정 결과로부터 계산되는 누적 입도 분포에 있어서 최소 입자 크기로부터 10%, 50%, 90%의 입경(μm)를 각각 d10, d50, d90이라고 표현한다. 다시말해서, 고로 슬러지의 경우, 표 1에서 d10: 6.8㎛의 의미는 고로 슬러지 중 가장 작은 입도의 크기를 1 번째 크기이고, 가장 큰 입도의 크기를 100 번째 크기라 할때, 10 번째의 입도의 크기가 6.8㎛라는 의미이다. 마찬가지로, d50: 29㎛는 가장 작은 입도 1 번째를 시작으로 50 번째의 입도의 크기가 29㎛이고, d90: 101㎛는 가장 작은 입도 1 번째를 시작으로 90 번째의 입도의 크기가 101㎛이다.
또한, 제강 슬러지에 있어서도, d10: 2.0㎛는 가장 작은 입도 1 번째를 시작으로 10 번째의 입도의 크기가 2.0㎛라는 의미이다. 마찬가지로, d50: 19.8㎛는 가장 작은 입도 1 번째를 시작으로 50 번째의 입도의 크기가 19.8㎛이고, d90: 89.5㎛는 가장 작은 입도 1 번째를 시작으로 90 번째의 입도의 크기가 89.5㎛이다.
슬러지가 마련되면, 이는 호퍼(100)에 저장하고, 펌프(200)를 동작시켜, 상기 호퍼(100)에 저장된 슬러지를 해쇄기(300)에 공급한다. 그리고 슬러지를 용매 예컨대 물에 투입하여 20 ~ 30중량%의 농도를 갖는 광액을 제조한다. 이때, 용매는 물이 사용될 수 있고, 슬러지는 광액 전체 중량에 대해서 20 ~ 30중량% 투입될 수 있다. 광액의 농도를 제시된 범위보다 낮게 하는 경우에는 광액 내에 슬러지 양이 적어 생산성이 저하되고, 폐수 처리 등 후처리 공정이 어렵고, 제시된 범위보다 높게 하는 경우에는 유동성이 낮아져 유효물질을 선별하는데 효율적이지 못하다.
한편, 슬러지 입자들은 극미분으로서 높은 표면 에너지에 기인한 응집 현상으로 선별 효율이 낮기 때문에, 이러한 현상을 억제하여 분산성을 향상시키기 위해 분산제를 첨가한다. 이때, 사용되는 분산제는 소듐실리케이트가 사용될 수 있으며, 100 ~ 300g/T 양으로 투입될 수 있다.
여기서, 용매 및 분산제는 별도로 마련된 탱크(400)에 저장되어 일정량으로 측량하여 해쇄기(300)로 공급할 수 있다.
이후, 해쇄기(300)로 공급된 슬러지는 상기 해쇄기(300)에 설치된 임펠러를 최소 300 rpm 이상, 보다 바람직하게는 1000 ~ 1200rpm 정도의 속도로 회전시켜 5분간 교반하는 해쇄(解碎) 과정을 수행한다. 여기에서 해쇄는 응집된 슬러지 입자들을 서로 분리하여 용매 내에서 균일하게 분산시키는 과정을 의미한다.
이렇게 해쇄 공정이 완료된 슬러지를 자력 선별기(500)에 투입하여, 슬러지로부터 원료물질과 잔류물질을 선별하는 자력 선별 공정을 수행한다. 자력 선별 공정은 광액을 사용하는 습식 자력 선별기를 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 자력 선별 공정은 1000 ~ 2000 가우스 세기의 자력을 이용하여 수행될 수 있다.
이러한 자력 선별 공정에 의해 철 산화물을 주성분으로 하는 비자성 산물과, 아연이 함유량이 많은 자성 산물로 선별, 분류된다.
자력 선별기(500)에서 분류된 자성 산물은 아연 함유량이 낮아, 이후 제선 공정에 재활용하는 원료(이하, 원료 물질 또는 정광)이다. 이러한 원료 물질은 해쇄기(300)에서 용매와 혼합된 상태이기 때문에, 수분을 머금고 있어, 수분을 제거하는 과정이 필요하다. 이에, 자력 선별기(500)에서 선별된 원료 물질은 제 1 탈수기(600)를 거쳐 탈수된 후, 작업장에 적재된다. 그리고 자력 선별기(500)에서 분류된 비자성 산물은 아연 함유량이 높은 물질로서, 제선 공정에 재활용하기 어려운 원료(이하, 잔류 물질 또는 광미)이다. 잔류 물질 역시, 해쇄기(300)에서 용매와 혼합된 상태이기 때문에, 수분을 머금고 있어, 수분을 제거하는 과정이 필요하다. 그런데, 잔류 물질은 자성 산물인 원료 물질에 비해 수분을 다량 함유하고 있기 때문에, 1차적으로 침전조(700)로 장입시켜, 슬러지를 침강 또는 침전시키며, 이때 별도의 침강제를 투입할 수 있다. 그리고 침전조에 침전된 슬러지(즉, 잔류 물질)은 제 2 탈수기(800) 예컨대, 스크류 디켄터(SCREW DECANTER)를 거쳐 탈수된 후, 적재된다.
이와 같은 자력 선별 공정을 통해 슬러지로부터 저아연 함철 원료로 재활용될 목적의 원료 물질(또는 정광)과 잔류 물질 즉, 광미로 분류한다.
구분
 조성 함량(중량%)
Zn 제거율(%)
T.Fe Zn Alkali

제 1 실시예
 고로 슬러지 22.29 14.01 0.72
제 1 원료 물질(제 1 정광) 35.3 0.18 0.53
제 1 잔류 물질(제 1 광미) 15.2 21.45 0.78 99.5

제 2 실시예
 전로 슬러지 64.9 0.86 0.35
제 2 원료 물질(제 2 정광) 74.9 0.2 0.25 88.5
제 2 잔류 물질(제 2 광미) 55.0 1.54 0.44
표 2를 참조하면, 고로 슬러지로부터 아연을 분리한 제 1 원료물질의 Fe 품위의 함량은 35.5 중량%, 아연은 0.18 중량% 이고, 아연이 제거율은 99.5 %로 매우 우수한 제거율을 나타내었다.
또한, 제강 슬러지에 대한 자력 선별 결과 저아연 함철원료로 재활용될 제 1 원료물질의 Fe의 함량은 74.9 중량%, 아연은 0.2 중량%이고, 아연의 제거율은 88.5 %로 매우 우수한 제거율을 나타내었다.
이러한 고아연 슬러지의 자력 선별에 의한 분리산물의 구성성분 및 아연제거율을 종래의 탈아연 설비인 습식분급(습식 싸이클론)을 적용한 현장의 탈아연 분리 시료의 특성과 비교한 것이 표3 이다. 습식분급에 비해서 습식자력 선별을 적용한 경우 두 종류의 슬러지 모두 Fe 품위 향상과 Zn 함량 저감 및 제거율이 크게 향상된 결과를 확인할 수 있었다.
표 3은 본 발명에 다른 자력 선별 및 종래의 선별 방법 통해 선별한 물질의 조성 함량을 비교한 표이다. 여기서, 종래의 선별 방법은 습식 싸이클론 또는 습식 분급 선별 방법이다.
슬러지
 선별 방법 조성 함량(중량%) Zn 제거율(%)
T.Fe Zn Alkali

고로 슬러지
 제 1 실시예 원료 물질
(정광)		 35.3 0.18 0.53
99.5
잔류 물질(광미) 15.2 21.45 0.78
제 1 비교예 원료 물질
(정광)		 22.86 3.85 0.60
89.0
잔류 물질(광미) 21.95 20.79 0.80

전로 슬러지

 제 2 실시예 원료 물질
(정광)		 74.9 0.2 0.25
88.5
잔류 물질(광미) 55.0 1.54 0.44
제 2 비교예 원료 물질
(정광)		 60.0 0.7 0.36
64.5
잔류 물질(광미) 68.9 1.04 0.34
표 3을 참조하면, 고로 슬러지를 본 발명에 따른 자력 선별 방법으로 선별하였을 때, 제 1 실시예에 따른 원료물질(정광)의 아연 함유량은 습식 분급 방법으로 선별한 제 1 비교예의 원료물질(정광)에 비해 낮으며, 아연 제거율이 높다. 또한, 전로 슬러지를 본 발명에 따른 자력 선별 방법으로 선별하였을 때, 제 2 실시예에 따른 원료물질(정광)의 아연 함유량은 습식 분급 방법으로 선별한 제 2 비교예의 원료물질(정광)에 비해 낮으며, 아연 제거율이 높다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 부산물 처리 방법에 의하면, 부산물로부터 아연의 제거율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 부산물의 재활용율을 높일 수 있고, 이에 따라 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 아연이 효과적으로 제거된 함철 부산물을 제선 원료로 사용할 때, 고로 조업 시 아연으로 인한 문제점 발생을 최소화할 수 있다. 그리고, 부산물 재활용에 따른 아연 성분이 농축되는 현상을 억제하여 이러한 부산물의 지속적인 재활용이 가능할 것이다.
또한, 대량 생산이 가능한 자력 선별 방법을 이용함에 따라, 제철소에서 발생되는 다양한 슬러지 등에 확대 적용이 가능하므로, 제철 부산물의 재활용에 있어서 원료의 품위를 향상시키는 전처리 공정으로 폭넓게 활용 가능하다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 슬러지 부산물로부터 아연을 제거하는 부산물 처리방법으로서,
    고로 조업 및 전로 조업 중 발생된 슬러지 부산물을 마련하는 과정;
    상기 슬러지 부산물을 용매에 투입하여, 상기 슬러지 부산물이 20 중량% 내지 30 중량% 함유된 광액을 제조하는 과정;
    상기 슬러지 부산물의 응집된 입자가 상기 용매 내에 균일하게 분산되도록, 상기 광액을 해쇄기로 공급하여, 상기 슬러지 부산물을 해쇄(解碎)하는 과정;
    상기 해쇄된 슬러지 부산물을 포함하는 광액에 대해 습식 자력 선별을 실시하여, 상기 해쇄된 슬러지 부산물로부터 상대적으로 아연(Zn) 함유량이 적은 원료 물질과, 상기 원료 물질에 비해 상대적으로 아연(Zn) 함유량이 많은 잔류 물질로 분리하여 선별 과정;
    상기 습식 자력 선별 과정에 의해 선별된 원료 물질 및 잔류 물질 각각으로부터 용매를 탈수하는 탈수 과정을 포함하는 부산물 처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지 부산물을 해쇄하는 과정에 있어서,
    상기 광액에 분산제를 혼합하여 해쇄하는 부산물 처리방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분산제의 투입량은 100 내지 300g/T 인 부산물 처리방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬러지 부산물을 해쇄하는 과정에 있어서,
    상기 슬러지 부산물을 교반하는 임펠러를 300rpm 이상으로 회전시키는 부산물 처리방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 습식 자력 선별 과정은 1000 ~ 2000 가우스 세기의 자력을 이용하여 수행되는 부산물 처리방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 잔류 물질로부터 용매를 탈수하는 과정 전에, 상기 잔류 물질을 침수조에 투입하여 침강시키고, 침강된 잔류 물질을 회수하여 탈수하는 과정을 포함하는 부산물 처리방법.
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