KR101787418B1 - 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생석회 함량이 큰 유동층상 보일러 비산재를 이용하여 제련공정에서의 소결 가스 중에 함유되어 있는 황산화물의 제거와, 제련 공정에서의 소결로 내의 염기도 효율 향상, 및 소결 후 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감하기 위한 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 의하면, 소결공정의 결과로 배출되는 배가스 중에 포함된 황산화물을 효과적으로 제거함과 동시에 소결로 내부의 염기도 효율을 향상시킴으로서 소결로의 내구성능을 향상시키고, 소결 공정에 사용되는 석회석을 대체함으로서 소결공정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감 시키는 효과가 있다. 또한 본 발명의 황산화물 제거용 조성물을 사용함으로서 소결 배가스 중의 황산화물을 별도의 처리 장치 없이 용이하게 탈황 효율을 증가 시킬 수 있다.

Description

제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법{A Composite of low grade lime with CO2 emission reducing and removal of sulfur oxides in exhausted gas and improvement of high basicity efficiency in smelting process and manufacturing method thereof}
본 발명은 생석회 함량이 큰 유동층상 보일러 비산재를 이용하여 제련공정에서의 소결 가스 중에 함유되어 있는 황산화물의 제거와, 제련 공정에서의 소결로 내의 염기도 효율 향상, 및 소결 후 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감하기 위한 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 소결공정이란 제철 또는 제련공정에 있어서, 고로에 장입하는 소결광을 제조하기 위한 공정으로서, 철광석에 석회석이나 사문암 등을 혼합하여, 연료로서 코크스, 유연탄 등을 장입한 후 실시된다. 이러한 철광석이나 연료로서 사용되는 코크스나 유연탄 등에는 황(S)이 존재하며, 소결공정에서 상기 황성분은 공기 중에 포함된 산소와 반응하여 황산화물을 형성하게 된다.
상술한 황산화물이 배가스에 포함된채 대기 중으로 여과없이 배출될 경우 환경오염을 일으키게 되므로, 황산화물을 제거한 후 배가스를 대기 중으로 배출시켜야 한다. 이러한 기술로서, 탈황방법으로는 습식 탈황방법, 반건식 탈활방법, 건식 탈황방법이 제안되었다.
습식 탈황방법은 소석회 슬러리 등과 같은 알칼리 용액을 사용하는 방법이나, 상기 방법은 설비비용이 고가이며, 폐수처리 등의 2차 오염물질 처리가 필요하다는 단점이 있다.
건식 탈황방법으로는 활성탄 흡착법, 석회 투입법, 중탄산나트륨 투입법 등을 들 수 있다. 활성탄 흡착법은 활성탄의 표면에 SOx 및 NOx 성분을 흡착시켜 제거하는 방법으로서, 카본 종류의 촉매가 저온에서 SOx를 흡착하여 제거할 수 있다는 성질을 이용한 것이다. 그러나 성탄공정은 배기가스 중의 산소농도가 높을 경우 또는 반응온도가 높을 경우, 핫 스팟(Hot Spot)이 발생하여, 발화 위험성이 높으며, 고가의 활성탄을 사용하기 때문에 운용 비용이 고가라는 단점이 있다.
또한, 먼지의 제거효율을 높이고, 배가스의 탈황을 위해서 백필터와 같은 집진 설비가 많이 적용되고 있는데, 백필터 전단에서 값싼 분말 소석회를 분사하는 소석회 투입기술이 제안되었다. 소석회의 가격이 싸고 설비가 간단하기 때문에 비용이 저렴하나, 반응효율이 낮기 때문에 당량비보다 2∼3배 정도 훨씬 많은 양의 석회를 투입하여야 하고, 황산화물 제거효율이 30∼40％ 이하로 매우 낮다는 단점이 있다.
상기 소석회 투입방법의 단점을 보완하기 위한 기술로서 중탄산나트륨을 투입하는 방법이 제안되었다. 그러나 중탄산나트륨의 가격이 소석회에 비하여 매우 고가이기 때문에 소요비용이 많이 요구된다는 단점이 있다.
또한, 반건식 탈황방법으로서, 소석회를 투입하기 전에 물을 분사하는 방법이 제안되었으나, 이 경우 소석회와 반응하지 못한 물이 배가스 압력에 의하여 여과 집진기에 모여 차압을 상승시키는 문제점이 노출되었다.
또한 이 때 투입되는 석회석이나 사문암은 고온에서 분해되어 이산화 탄소를 배출하게 되며, 이때 소결공정에서 석회석의 분해가 원활하지 않을 경우 로 내부의 염기도는 저하되며, 염기도 저하로 인하여 로 내부의 내화벽돌의 부식, 내구성 저하 등으로 나타나게 된다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 대한민국 공개 특허 10-2013-0050668에서는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법이 개시되어 있으나, 이는 단순히 황산화물을 제거하기 위한 탈황 방법으로서, 소석회 분말과 물을 혼합하여 소석회 슬러리를 제조하는 단계를 포함하고 있어 제조 공정이 복잡하고 경제적으로 원가가 높아지는 문제점을 내포하고 있다. 또한, 대한민국 특허 10-1099073에서는 소결 배가스 중의 황산화물을 제거하기 위한 방법으로 탄산수소 나트륨, 소석회, 중화제 및 촉매제를 포함하는 소결 배가스 중의 황산화물 제거용 조성물을 개시하고 있으나, 이 특허는 탄산 수소 나트륨을 사용함으로써, 소결로 내부에서 이산화탄소가 배출되는 문제점이 있으며, 촉매제로 pH 3 내지 9의 것을 사용함으로서 소결 로 내부의 염기도를 저하 시키는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 제련 공정의 소결로 내부의 염기도 효율을 향상시킴으로 인하여 소결로의 내구성능을 향상시키고, 황산화물의 탈황 효율을 극대화 시키고, 이러한 일련의 공정의 진행에 있어서 이산화탄소 배출 저감에 기여할 수 있는 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 비표면적 2,000 내지 4000 cm2/g의 범위로 분쇄하는 제1단계; 분쇄된 제1단계의 분쇄물을 염기성 재료와 혼합하여 pH가 10 내지 12가 되도록 하는 제2단계; 상기 2단계에서 생긴 분말 또는 고체를 건조하는 제3단계; 상기 3단계에서 얻은 분말 또는 고체를 분쇄하는 제4단계;를 포함한다. 상기 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재는 순수한 CaO의 량이 65 중량％ 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 염기성 재료는 알루미늄 제련 공정에서 발생하는 순수한 알루미늄의 함량이 60 중량％ 이상인 알루미늄 드로스 또는 pH 13 이상의 알칼리 용액인 것을 특징으로 한다. 상기 4단계에서 분쇄한 건조물의 입자 크기는 10 μm 이하인 것을 특징으로 한다.
일 구현예에서, 상기 유동층상 보일러 비산재의 비표면적은 2,000 내지 4000 cm2/g의 범위의 것을 사용하나, 바람직하게는 비표면적 2,500 내지 3,500 cm2/g 범위의 것을 사용한다.
일 구현예에서, 상기 유동층상 보일러 비산재의 순수한 CaO 함량은 65 중량％ 이상인 것을 사용하나 바람직하게는 순수한 CaO 함량이 70 중량％ 이상인 것을 사용한다.
일 구현예에서, 상기 염기성 재료는 알루미늄 제련공정에서 발생하는 순수한 알루미늄의 함량이 60 중량％ 이상인 알루미늄 드로스를 사용하며 바람직하게는 순수한 알루미늄 함량이 70 중량％ 이상인 것을 사용한다.
일 구현예에서, 상기 염기성 재료에서의 알칼리 용액은 철강공정에서 부산물로 발생하여 폐기되는 pH 13이상의 폐 가성소다 용액인 것을 사용하는 것을 특징으로 하나, 폐 가성소다 용액으로 한정하지는 아니하며, 순수한 가성소다 용액, 가성칼리 용액 등을 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 도 있다.
본 발명에 의한 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 소결공정의 결과로 배출되는 배가스 중에 포함된 황산화물을 효과적으로 제거함과 동시에 소결로 내부의 염기도 효율을 향상시킴으로써 소결로의 내구성능을 향상시키고, 소결 공정에 사용되는 석회석을 대체함으로써 소결공정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감 시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 황산화물 제거용 조성물을 사용함으로써 소결 배가스 중의 황산화물을 별도의 처리 장치 없이 용이하게 탈황 효율을 증가시킬 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은, 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 비표면적 2,000 내지 4000 cm2/g의 범위로 분쇄하는 제1단계; 분쇄된 제1단계의 분쇄물을 염기성 재료와 혼합하여 pH가 10 내지 12가 되도록 하는 제2단계; 상기 2단계에서 생긴 분말 또는 고체를 건조하는 제3단계; 상기 3단계에서 얻은 분말 또는 고체를 분쇄하는 제4단계;를 포함한다. 상기 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재는 순수한 생석회(CaO)의 량이 65 중량％ 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 염기성 재료는 알루미늄 제련 공정에서 발생하는 순수한 알루미늄의 함량이 60 중량％ 이상인 알루미늄 드로스 또는 pH 13 이상의 가성소다 용액인 것을 특징으로 한다. 상기 4단계에서 분쇄한 건조물의 입자 크기는 10 μm 이하인 것을 특징으로 하는 본 발명품을 얻는다.
이하 본 발명의 조성물 중에 포함되는 각 성분에 대하여 설명한다.
가) 유동층상 보일러 비산재
유동층상 보일러 비산재는 본 발명품 구성의 주성분으로서 그 화학조성은 다음의 [도1]과 같으며 주로 [반응식 1]과 같이 황산화물을 제거하는 작용을 한다. [도1] 유동층상 보일러 비산재의 화학조성
Figure 112016124317492-pat00001
[반응식1]
CaO + SOx = CaSO4
상기 유동층상 보일러 비산재의 입자 크기는 황산화물 제거 효율에 가장 영향을 미치게 되는 데, 일 구현예에서, 상기 유동층상 보일러 비산재의 비표면적은 2,000 내지 4000 cm2/g의 범위의 것을 사용하나, 바람직하게는 비표면적 2,500 내지 3,500 cm2/g 범위의 것을 사용한다.
상기 유동층상 보일러 비산재는 본 발명의 총 중량에 대하여 40 내지 90 중량％를 사용하는 것이 바람직하다. 유동층상 보일러 비산재의 함량이 작으면 탈황 효율이 미흡하여 바람직하지 않고, 지나치게 높을 경우 술럿지 발생 가능성이 있다.
이에 따라 상기 함량 범위가 바람직하다.
일 구현예에서, 본 발명에서 유동층상 보일러 비산재의 순수한 생석회(CaO) 함량은 65 중량％ 이상인 것을 사용하나 바람직하게는 순수한 생석회(CaO) 함량이 70 중량％ 이상인 것을 사용한다. 생석회의 함량이 작으면 탈황 효율이 미흡하여 바람직하지 않다. 이에 따라 상기 순수한 생석회(CaO) 함량이 70 중량％ 이상인 것이 바람직하다.
나) 염기성 재료
염기성 재료로는 알루미늄 제련공정에서 발생하는 알루미늄 드로스와/또는 가성소다 용액을 사용하는데, 주로 [반응식 2], 또는 [반응식3]과 같이 황산화물을 제거하는 작용을 한다.
[반응식2]
2Al + 3SOx = Al2(SO4)3
[반응식3]
2NaOH + SOx = Na2SO4+H2O
한편, 가성소다 용액은 소결로 내부의 염기도를 향상 시키는 역할을 수행함으로서 소결로의 내구성능을 향상 시키는 역할을 수행하게 된다.
상기 염기성 재료는 본 발명의 총 중량에 대하여 10 내지 60 중량％를 사용하는 것이 바람직하다. 염기성 재료의 함량이 작으면 탈황 효율이 미흡하여 바람직하지 않고, 지나치게 높을 경우 술럿지 발생 가능성이 있다. 이에 따라 상기 함량 범위가 바람직하다.
일 구현예에서, 본 발명에서 알루미늄 드로스의 순수한 알루미늄의 함량은 60 중량％ 이상인 것을 사용하나 바람직하게는 순수한 알루미늄의 함량이 70 중량％ 이상인 것을 사용한다. 알루미늄의 함량이 작으면 탈황 효율이 미흡하여 바람직하지 않다. 이에 따라 상기 순수한 알루미늄 함량이 70 중량％ 이상인 것이 바람직하다.
일 구현예에서, 상기 염기성 재료인 알칼리 용액은 철강공정에서 부산물로 발생하여 폐기되는 pH 13이상의 폐 가성소다 용액인 것을 사용하는 것을 특징으로 하나, 폐 가성소다 용액으로 한정하지는 아니하며, 순수한 가성소다 용액, 가성칼리 용액 등을 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 도 있다.

Claims (4)

  1. 유동층상 보일러 비산재 40 내지 90 중량％; 및
    염기성 재료 10 내지 60 중량％;를 포함하며,
    상기 유동층상 보일러 비산재는 비표면적이 2,000 내지 4,000 cm2/g이며, 순수한 생석회(CaO)의 함량이 65 중량％ 이상인 것을 특징으로 하는 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 염기성 재료는 가성소다 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물.
  4. 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 비표면적 2,000 내지 4000 cm2/g의 범위로 분쇄하는 제1단계; 분쇄된 제1단계의 분쇄물을 염기성 재료와 혼합하여 pH가 10 내지 12가 되도록 하는 제2단계; 상기 2단계에서 생긴 분말 또는 고체를 건조하는 제3단계; 상기 3단계에서 얻은 분말 또는 고체를 분쇄하는 제4단계;를 포함하며, 상기 4단계에서 분쇄한 건조물의 입자 크기는 10 μm 이하인 것을 특징으로 하는 제련공정에서 염기도 효율 향상과 소결 배가스의 탈황 및 이산화탄소 배출 저감 기능의 저품위 생석회 조성물 제조방법.
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