KR101760599B1 - 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화칼슘이 주성분인 코어층과 산화철이 주성분인 코어층을 포함하고 상기 코팅층이 상기 코어층을 감싸도록 형성된 급속냉각 안정화 슬래그 및 고로 슬래그를 이용하여 복합비료를 제조하는 방법으로서, 상기 급속냉각 안정화 슬래그를 산세하여 상기 코팅층에 함유된 산화철을 환원시켜 코팅층 용액을 마련하면서, 상기 코어층에 함유된 산화칼슘을 칼슘염으로 반응시키는 코팅층 환원단계; 상기 코팅층 용액과 칼슘염이 혼합된 혼합물에서 상기 칼슘염을 분리하는 선별단계; 상기 선별단계에서 분리된 상기 칼슘염을 건조한 후 파쇄하는 칼슘염 준비단계; 및 건조된 상기 칼슘염과 고로 슬래그를 혼합하여 복합비료를 제조하는 비료제조 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 슬래그를 재활용하여 비료를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전로에서 발생되는 급속냉각 안정화 슬래그로부터 생석회를 회수하여 고로 슬래그와 혼합하여 복합비료를 제조하는 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법에 관한 것이다.
산업이 발달된 선진국 등에서는 과거 무계획적으로 폐기물을 처리하여 오염된 환경을 치유하는데 엄청난 자금과 노력을 쏟고 있다.
일례로 미국은 무분별한 유해 폐기물의 매립이나 투기에 의해 오염된 토양과 지하수를 정화하기 위하여 1980년대부터 법체계를 갖추고 대대적인 정화사업을 벌이는 한편, 유해폐기물의 무분별한 매립을 금지시키고, 매립된 폐기물에서 발생되는 침출수가 주변지역으로 누수되는 등의 사고를 방지하기 위해 여러 가지 방안을 모색하고 있다.
이에, 여러 산업분야에서 발생되는 각종 산업 폐기물을 재활용하기 위한 기술 등이 개발되고 있으며, 특히 제철산업에서 발생되는 부산물 중 상당 부분을 차지하는 폐기 슬래그는 건축 및 토목분야 등 산업에서의 재활용을 통해 고부가가치 재료로 활용되고 있다.
그러나 제강 슬래그 범주에 속하는 전로 슬래그는 고로 슬래그에 비하여 재활용성이 낮으며, 높은 pH 및 분화 등 물리적, 화학적 문제점들을 가지고 있었다.
이는 아래 식 (1), (2)와 같이 제강 슬래그 중 불안정한 성분인 유리석회(Free CaO)의 수화 또는 분화 등으로 발생되는 것으로 이를 안정화시키기 위해서는 숙성(Aging) 공정을 필요로 하는데, 야드에 적치하여 대기 중에 방치하는 경우 약 6개월 ~ 2년의 시간을 장시간을 필요로 하며, 유리석회가 팽창 붕괴함에 따라 그 부피가 급격히 증대되면서 필요 야적 면적을 증가시키고 pH가 높아 토양오염을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.
free CaO + H2O → Ca(OH)2 ------------ (1)
Ca(OH)2 ≒ 1.95×CaO in volume ------- (2)
이러한 문제를 해결하기 위해 전로 슬래그에 고압의 물 또는 에어를 분사하여 급속으로 냉각시켜 안정화시킨 급속냉각 안정화 슬래그를 제조하는 방법 등이 개발되었다.
그러나 상기와 같이 제조된 급속냉각 안정화 슬래그는 사용처가 제한되어 있어 상당 부분 매립 처리되고 있어 각종 환경오염을 유발하는 원인이 되고 있으며, 이를 매립 처리하기 위한 부지확보 및 처리 비용이 발생되는 문제점을 가지고 있었다.
종래, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발생된 전로 슬래그에 함유된 생석회 및 규산 성분을 이용하여 비료를 제조하는 방법 등이 개발되었다.
그러나 상기의 기술은 야드 적치하여 처리되는 일반적인 전로 슬래그를 이용하여 비료를 제조하는 방법으로, 표면이 산화철 코팅층으로 코팅된 급속냉각 안정화 슬래그에 적용이 불가능하며, 코팅층 내부의 생석회를 사용하기 위해서는 분쇄 후 선별한 이후 사용 가능한데, 그 입자의 크기가 작아 파쇄 및 선별 등 비용이 증가되어 비료의 제조원가를 상승시키는 문제점을 가지고 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전로 슬래그를 급냉시킨 급속냉각 안정화 슬래그를 간단한 처리공정으로 산화칼슘(CaO)을 주성분으로 하는 코어층과 산화제일철(FeO)을 주성분으로하는 코팅층으로 분리하여 산화규소(SiO2)가 다량 함유된 고로 슬래그와 혼합하여 복합비료를 제조할 수 있는 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법은 산화칼슘이 주성분인 코어층과 산화철이 주성분인 코팅층을 포함하고 상기 코팅층이 상기 코어층을 감싸도록 형성된 급속냉각 안정화 슬래그 및 고로 슬래그를 이용하여 복합비료를 제조하는 방법으로서, 상기 급속냉각 안정화 슬래그를 산세하여 상기 코팅층에 함유된 산화철을 환원시켜 코팅층 용액을 마련하면서, 상기 코어층에 함유된 산화칼슘을 칼슘염으로 반응시키는 코팅층 환원단계; 상기 코팅층 용액과 칼슘염이 혼합된 혼합물에서 상기 칼슘염을 분리하는 선별단계; 상기 선별단계에서 분리된 상기 칼슘염을 건조한 후 파쇄하는 칼슘염 준비단계; 및 건조된 상기 칼슘염과 고로 슬래그를 혼합하여 복합비료를 제조하는 비료제조 단계;를 포함한다.
상기 코팅층 환원단계는, 황산용액을 이용하여 산세하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코팅층 환원단계는, 상기 코팅층에 함유된 산화철을 황산철로 환원시키면서, 동시에 상기 코어층에 함유된 산화칼슘을 칼슘염으로 반응시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코팅층 환원단계는, 상기 황산용액을 공급하면서 66 ~ 80℃의 온도로 가열하여, 상기 코팅층을 환원시키면서 상기 코어층에 함유된 산화칼슘과 반응하여 상기 칼슘염으로 무수석고를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 선별단계는, 상기 코팅층 용액과 칼슘염이 혼합된 혼합물을 수세하여 무수석고를 선별하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 비료제조 단계는, 상기 칼슘염과 고로 슬래그를 1:1~2의 중량비로 혼합하여 복합비료를 제조하는 것이 바람직하다.
제철산업에서 발생되는 슬래그를 재사용함으로써, 슬래그 처리하기 위한 야적 면적 및 비용을 절감시킬 수 있으며, 높은 부가가치를 갖는 비료를 생산함으로써, 자원 재활용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 고로 슬래그와 급속냉각 안정화 슬래그를 동시에 사용함으로써, 슬래그 처리 비용을 절감시키고 토양 등 환경오염이 발생되는 것을 예방할 수 있으며, 동시에 토양을 비옥하게 하여 농작물의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고,
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
일반적으로, 급속냉각 안정화 슬래그는 전로 슬래그에 고압의 물 또는 에어를 분사하여 급속으로 냉각시켜 안정화시킨 것으로, 본 발명에 사용된 급속냉각 안정화 슬래그의 구체적 성분 함량을 아래 표 1에 나타내었다.
| 구 분 | CaO | SiO2 | Al2O3 | MgO | T.Fe | MnO | P2O5 |
| 함량(wt%) | 37.7 | 10.1 | 2.2 | 8.1 | 24.9 | 3.7 | 2.12 |
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 사용된 급속냉각 안정화 슬래그는 산화칼슘(CaO)과 철(Fe)이 주성분이고, 보다 구체적으로 급속냉각 안정화 슬래그는 산화칼슘(CaO)을 주성분으로 하는 코어층(Core)층과 주로 산화제일철(FeO) 형태의 철을 주성분으로 하여 코어층을 감싸는 코팅층으로 형성된다.
한편, 본 발명에서 사용된 고로 슬래그의 주성분은 아래 표 2에 나타내었다.
| 구 분 | CaO | SiO2 | Al2O3 | MgO | T.Fe | MnO | K2O |
| 함량(wt%) | 42.7 | 34.5 | 12.4 | 8.3 | 2.1 | 0.05 | 0.45 |
표 2에 나타난 바와 같이, 고로 슬래그 및 급속냉각 안정화 슬래그 모두 비료에 필요한 필수성분인 산화칼슘(CaO) 및 산화 마그네슘(MgO)을 다량 함유하고 있으나, 고로 슬래그는 산화칼슘(CaO) 및 산화규소(SiO2)가 주성분으로 중금속 등 유해성분이 거의 없는 반면, 급속냉각 안정화 슬래그는 복합비료에 필요한 산화규소(SiO2) 성분의 함량이 낮으며 그 표면이 중금속인 산화철로 코팅되어 있어 별도의 처리과정 없이 사용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같이 코팅층에 중금속이 다량 함유된 급속냉각 안정화 슬래그로부터 비료원료로 사용되는 칼슘염 중 하나인 무수석고를 추출하여 이를 고로 슬래그와 홉합하여 복합비료를 제조하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법은 급속냉각 안정화 슬래그의 코팅층을 환원시키는 코팅층 환원단계와 환원된 코팅층과 코어층을 분리하는 선별단계와 분리된 칼슘염을 건조 및 파쇄하는 칼슘염 준비단계 및 상기와 같이 마련된 칼슘염과 고로 슬래그를 혼합하여 복합비료를 제조하는 비료제조 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층 환원단계는, 산화칼슘이 주성분인 코어층과 산화철이 주성분인 코팅층으로 이루어진 급속냉각 안정화 슬래그를 산세 처리하여 코팅층을 환원시키면서 동시에 코어층에 함유된 산화칼슘을 칼슘염으로 환원시킨다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층 환원단계는 황산용액을 이용하여 산세 처리하는 것이 바람직한데, 그 이유는 급속냉각 안정화 슬래그의 코팅층에 함유된 산화철을 황산철로 환원시키면서, 동시에 코어층에 함유된 산화칼슘과 반응하여 칼슘염을 형성시킬 수 있기 때문이다.
이때, 66 ~ 80℃의 온도로 가열하면서 황산으로 산세 처리하는 것이 바람직한데, 그 이유는 66℃ 미만의 온도에서는 산화칼슘과 반응한 칼슘염 즉, 황산칼슘이 수화물 형태로 생성되는 반면, 66℃ 이상의 온도에서 산세하는 경우 무수물 형태로 황산칼슘이 석출되기 때문에 66℃ 이상의 온도에서 산세 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 산세 온도가 80℃를 초과하는 경우, 코팅층 환원단계의 온도 유지 비용이 증가되고 황산용액이 산화칼슘과 반응하면서 발생되는 수분이 증발량이 많아 앞서 코어층의 산화철과 반응하여 생성된 황산철을 충분히 용해시키지 못하여 칼슘염 선별을 어렵게 하기 때문에 상기의 온도로 제한하는 것이 바람직하다.
즉, 급속냉각 안정화 슬래그에 황산을 공급하면, 코팅층의 산화철은 황산철이 되어 황산과 코어층의 산화칼슘과 황산이 반응하여 발생되는 물에 용해되며, 산화칼슘은 비료의 재료인 황산칼슘 무수물 즉, 무수석고(경석고)로 석출된다.
상기와 같이 코팅층 환원단계가 완료되면, 황산철 수용액인 코팅층 용액과 무수석고가 혼합된 혼합물로 형성되는데, 선별단계에서 혼합물을 수세하여 환원된 코팅층 즉, 황산철을 제거한다.
이때, 물을 이용하여 수세하는 이유는 앞에서 설명한 바와 같이, 황산칼슘 무수물은 물에 용해되지 않는 반면, 황산철은 물에 용해되어 황산철 수용액이 되기 때문에 분리를 용이하게 실시할 수 있기 때문이다.
상기와 같이, 황산칼슘 무수물 분리가 완료되면 칼슘염 준비단계에서 비료의 원료로 사용되는 황산칼슘 무수물을 건조시킨 후 일정크기의 30 ~ 50㎛ 입도로 파쇄하여 칼슘염을 준비한다.
이때, 칼슘염 즉, 황산칼슘 무수물 분말의 입자 크기가 30㎛ 미만인 경우 입자가 너무 미세하여 가루 날림 등으로 인하여 재료 손실이 많으며, 50㎛를 초과하는 경우 비료 제조시 고루 분산되지 않기 때문에 상기 입도로 제한한는 것이 바람직하다.
칼슘염 준비단계가 완료되면, 칼슘염과 고로 슬래그를 혼합하여 복합비료를 제조하는데, 이때 칼슘염:고로 슬래그=1:1~2의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
앞에서 설명한 바와 같이, 고로 슬래그는 산화규소(SiO2)를 다량 함유하고 있어, 칼슘염 1 중량부에 대하여 고로 슬래그가 1 중량부 미만으로 함유되는 경우 비료의 규산질이 부족하여 병충해 방지 및 내성증가 효과가 미미하며, 2 중량부를 초과하는 경우 규산질의 함량이 적정수준을 넘어 비료의 효율을 저하시키기 때문이다.
설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법은 고로 슬래그뿐만 아니라 전로에서 발생되는 급속냉각 안정화 슬래그를 모두 활용하여 고 부가가치의 복합비료를 제조함에 따라, 제철 슬래그 처리 비용을 절감시키면서 자원의 재활용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬래그 처리에 따른 토양 오염 등 환경오염을 방지하고 토양을 비옥하게 하여 농작물의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한자 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (6)
- 산화칼슘이 주성분인 코어층과 산화철이 주성분인 코팅층을 포함하고 상기 코팅층이 상기 코어층을 감싸도록 형성된 급속냉각 안정화 슬래그 및 고로 슬래그를 이용하여 복합비료를 제조하는 방법으로서,
상기 급속냉각 안정화 슬래그를 산세하여 상기 코팅층에 함유된 산화철을 환원시켜 코팅층 용액을 마련하면서, 상기 코어층에 함유된 산화칼슘을 칼슘염으로 반응시키는 코팅층 환원단계;
상기 코팅층 용액과 칼슘염이 혼합된 혼합물에서 상기 칼슘염을 분리하는 선별단계;
상기 선별단계에서 분리된 상기 칼슘염을 건조한 후 파쇄하는 칼슘염 준비단계; 및
건조된 상기 칼슘염과 고로 슬래그를 혼합하여 복합비료를 제조하는 비료제조 단계;를 포함하는, 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 코팅층 환원단계는,
황산용액을 이용하여 산세하는 것을 특징으로 하는, 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 코팅층 환원단계는,
상기 코팅층에 함유된 산화철을 황산철로 환원시키면서, 동시에 상기 코어층에 함유된 산화칼슘을 칼슘염으로 반응시키는 것을 특징으로 하는, 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 코팅층 환원단계는,
상기 황산용액을 공급하면서 66 ~ 80℃의 온도로 가열하여, 상기 코팅층을 환원시키면서 상기 코어층에 함유된 산화칼슘과 반응하여 상기 칼슘염으로 무수석고를 형성하는 것을 특징으로 하는, 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 선별단계는,
상기 코팅층 용액과 칼슘염이 혼합된 혼합물을 수세하여 무수석고를 선별하는 것을 특징으로 하는, 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 비료제조 단계는,
상기 칼슘염과 고로 슬래그를 1:1~2의 중량비로 혼합하여 복합비료를 제조하는 것을 특징으로 하는, 제철 슬래그를 이용한 복합비료 제조방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102251908B1 (ko) * | 2020-03-16 | 2021-05-12 | 정성희 | 산소발생 미네랄 비료 및 그 제조방법 |
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2016
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