KR101920535B1 - 유가 금속 회수체 및 유가 금속의 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유가 금속 회수체 및 제강 분진의 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 제강 분진의 유가 금속 회수 방법에 관한 것이다. 발명의 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법은 소정 온도의 현열을 갖는 슬래그를 제공하는 단계; 상기 슬래그에 분진을 투입하여 혼합 물질을 형성하는 단계; 상기 혼합 물질이 액상화 되어 액상 물질을 형성하고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계; 및 상기 액상 물질 내에서 상기 스피넬 상을 성장시켜 상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 단계를 포함한다.

Description

유가 금속 회수체 및 유가 금속의 회수 방법 {Complex for collecting valuable metals and method of recovering the same}
본 발명은 유가 금속 회수체 및 제강 분진의 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 제강 분진으로부터 회수된 유가 금속 회수체 및 유가 금속의 회수 방법에 관한 것이다.
전기로(electric furnace)와 같은 가열 용융 장치를 이용하는 제강 공정, 예를 들면, Fe-Al계 합금, Fe-Cu계 합금, 탄소강 및 스테인레스의 생산 공정에서, 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)과 같은 유가 금속이 사용되고 있다. 상기 가열 용융 장치를 이용한 공정 중에 상기 유가 금속 성분이 다량 포함된 분진(dust)이 발생하고 있다.
가열 용융 장치를 이용한 공정에서 발생되는 분진은 각종 중금속을 함유하고 있기 때문에 유해 물질로 취급되어 폐기물 관리법에 의거 지정 폐기물로 분류되어 있다. 그러나, 예를 들면, 스테인레스 제강 공정에서 발생한 분진은 철 산화물이 약 28 wt% 내지 32 wt%, 크롬 산화물이 약 9 wt% 내지 11 wt% 및 니켈 산화물이 약 3 wt% 내지 4 wt%가 산화물 형태로 존재하는 유가 금속을 포함하고 있다. 상기 산화물이 포함된 분진은 여과집진 장치의 필터(bag-house filter)에 포집되며, 특정 폐기물 재활용 업체에 의해 처리되고 있다.
일반적으로, 상기 유가 금속은, 합금철 제조를 위해 재활용될 수 있다. 상기 산화물이 포함된 분진으로부터 유가 금속을 회수하기 위해서, 상기 분진은 단광화되고, 단광화된 분진은 전기로와 같은 가열 용융 장치를 통해 용융 환원되어 상기 유가 금속이 회수될 수 있다. 상세하게는, 상기 용융 환원을 위해 전기로를 이용하는 경우, 탄소봉에 약 20,000 kW의 높은 전력을 공급하여 아크를 발생시켜, 전기 부도체인 상기 단광화된 분진을 약 1,600 이상의 고온끼지 승온시켜 용융시킨다. 따라서, 상기 유가 금속의 회수 공정에 있어서, 막대한 전력의 소모가 발생된다.
또한, 종래에는, 상기 고온 승온 용융 공정에 의하여, 유가 금속, 예를 들면, 철(Fe), 크롬(Cr), 및 니켈(Ni) 성분 이외의 다른 맥석 성분과 같은 불순물까지 용융되므로, 합금철 제조를 위한 후속 공정에서 상기 유가 금속을 활용하기 위해서는, 상기 불순물을 제거하기 위한 추가 공정이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 분진으로부터 유가 금속을 회수하는데 있어, 에너지 소모가 적고, 합금철 제조를 위해 상기 유가 금속을 활용하기 용이하도록 고품위 및 고순도로 상기 유가 금속을 회수할 수 있는 유가 금속 회수체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 유감 금속을 회수하기 위한 유가 금속의 회수 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수체는, 스피넬 상으로서, 전체 100 wt% 중 철(Fe) 5 wt% 내지 10 wt%, 크롬(Cr) 20 wt% 내지 50 wt%, 니켈(Ni) 0.1 wt% 내지 5 wt%의 범위로 유가 금속을 포함한다. 나머지 조성에는, 다른 불순물로서 금속, 또는 비금속의 산화물 또는 질화물과 같은 화합물이 포함될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법은, 소정 온도의 현열을 갖는 슬래그를 제공하는 단계; 상기 슬래그에 분진을 투입하여 혼합 물질을 형성하는 단계; 상기 혼합 물질이 액상화 되어 액상 물질을 형성하고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계; 및 상기 액상 물질 내에서 상기 스피넬 상을 성장시켜 상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 현열을 갖는 슬래그는 용기에 수용되고, 상기 용기 내에서 상기 슬래그의 온도는 1,500 내지 1,600 의 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 슬래그는 스테인레스 제강 공정에서 얻어진 슬래그일 수 있다. 나아가 상기 분진은 스테인레스 제강 공정에서 분진일 수 있다. 상기 분진은 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 혼합 물질 100 중량부당 상기 분진이 10 중량부 내지 20 중량부 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 혼합 물질을 형성하는 단계에 추가적인 열 에너지가 공급되어 상기 혼합 물질의 온도가 1,500 내지 1,600 의 범위 내로 유지되는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 액상 물질 내에서 상기 스피넬 상을 성장시키는 단계는 공기 분위기에서 유지 시간이 10분 이상 수행될 수 있다. 상기 액상 물질 내에서 상기 스피넬 상을 성장시키는 단계에서 상기 스피넬 상의 결정이 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위 내일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 액상 물질 내에서 상기 스피넬 상을 성장시키는 단계 다음에 상기 액상 물질과 상기 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 액상 물질과 상기 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계 다음에 상기 스피넬 상을 분리하기 위한 자력 선광, 비중 선광, 정전 선광, 부유 선광 및 탁상 선광 중 적어도 어느 하나의 선광법을 더 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 것이 완료된 상기 스피넬 상은 철(Fe) 5 wt% 내지 10 wt%, 크롬(Cr) 20 wt% 내지 50 wt%, 니켈(Ni) 0.1 wt% 내지 5 wt%의 범위로 상기 유가 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유가 금속을 회수 방법에서 소정 온도의 현열을 갖는 슬래그에 적어도 1 종 이상의 유가 금속의 산화물을 포함하는 분진을 투입하여 혼합 물질을 형성하고, 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계와 상기 스피넬 상을 성장시키는 단계에 의해 상기 유가 금속을 농축시켜 회수함으로써, 폐기되는 슬래그의 현열을 사용할 수 있기 때문에 별도의 반응 에너지를 생성하기 위하여 소모되는 에너지를 감소시켜 저에너지의 회수 공정을 실현시킬 뿐만 아니라, 스피넬 상을 이용하여 상기 유가 금속을 선택적으로 분리할 수 있기 때문에 고품위 및 고순도의 유가 금속 회수 방법이 제공될 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법을 도시하는 순서도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 1,550 ℃에서의 유가 금속 산화물의 상태도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 시편들의 미세조직 이미지이다.
도 4a 내지 도 4d는 비교예들에 따른 시편들의 미세조직 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유가 금속의 회수 방법을 도시하는 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 상기 유가 금속의 회수 방법은 소정 온도의 현열을 갖는 슬래그를 제공하는 단계(S100)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 슬래그는 금속의 제강 공정 중 구체적으로 스테인레스 제강 공정에서 크롬(Cr) 함량이 높은 스테인레스 전기로 용융 슬래그일 수 있다. 상기 슬래그는 제강 공정에서 발생하는 부산물로서, 상기 금속의 용탕 위에 부유물 형태로 생성된 금속 산화물이 찌꺼기이다. 상기 슬래그는 용탕과 동일한 온도를 갖거나 주위에 노출되어 상기 용탕의 온도보다 낮은 소정 온도의 현열(sensible heat)을 가질 수 있다. 상기 현열은, 예를 들면, 제강 공정에 따라 1,400 ℃ 내지 1,700 ℃의 범위 내의 온도를 가질 수 있다. 상기 슬래그는 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 나트륨(Na) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 슬래그는 현열을 가진 채로, 별도의 가열로에 옮겨져 수용되어 제공될 수 있다. 상기 가열로는 현열을 가진 상기 슬래그의 온도를 가열 및/또는 냉각시킬 수 있는 적합한 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 가열로는 상기 슬래그를 수용하기 위한 용기, 상기 용기를 가열하기 위한 전극봉과 같은 히터, 및, 선택적으로는, 냉각을 위한 냉매 순환 시스템을 갖는 전기 가열로일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 상기 가열로에 수용된 상기 슬래그의 온도는 1,500 ℃ 내지 1,600 ℃로 유지될 수 있으며, 이를 위해 상기 히터를 통해 적합한 에너지가 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 가열로는, 후술하는 스피넬 상으로의 농축이 완료된 슬래그와 분진의 혼합물을 배출하기 용이하도록 틸팅 가능한 지지 구조 및/또는 배출구를 가질 수 있으며, 상기 배출된 혼합물의 냉각을 위한 적합한 냉매 분사 노즐과 같은 냉각 장치와 결합될 수도 있다.
이후, 상기 슬래그에 분진을 투입하여 혼합 물질을 형성한다(S200). 상기 분진은 유가 금속을 포함하는 금속의 제강 공정에서 얻어진 것일 수 있다. 또한, 상기 분진은 단광화되어 펠릿 또는 구형과 같은 여하의 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제강 공정은, 스테인레스 제강 공정일 수 있으며, 상기 분진은 상기 스테인레스 제강 공정으로부터 수득된 크롬(Cr) 함량이 높은 분진일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분진은 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni) 및 아연(Zn) 중 적어도 어느 하나의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 상기 분진에 관한 위 열거 사항은 예시적일 뿐 해당 제강 공정에 따라 결정될 수 있음이 이해되어야 한다.
일 실시예에서, 상기 분진은, 상기 혼합 물질 100 중량부당 10 중량부 내지 20 중량부 범위 내로 혼합될 수 있다. 상기 혼합 물질 100 중량부당 분진이 10 중량부 미만일 경우, 상기 혼합 물질 내에 철, 크롬, 망간, 니켈 및 아연의 함량이 감소하여 단일 공정의 유가 금속 회수율이 감소될 수도 있다. 반면에, 상기 혼합 물질 100 중량부당 분진이 20 중량부를 초과할 경우, 일 실시예에서 상기 슬래그의 헌열에 의해 확보된 공정 온도가 투입된 상기 분진에 의해 크게 감소되어, 후속하는 상분리 단계(S300)와 스피넬 상의 성장 단계(S400)에서 추가적인 상당한 열 에너지 공급을 필요로 하여 에너지 효율 측면에서 바람직하지 않다. 또한, 상기 혼합 물질 100 중량부당 분진이 20 중량부를 초과할 경우, 상기 혼합 물질의 점성이 높아진다. 이 경우, 혼합 물질의 증가된 점성에 의해, 액상의 유동성이 확보되기 어려워 후속하는 상분리 단계(S300)와 스피넬 상의 성장 단계(S400)에서, 유가 금속의 농축이 원활히 이루어지지 않고 액상 자체가 응착되어 회수되지 않을 수도 있다.
현열을 갖는 슬래그 내에 분진을 투입하는 경우, 공정 온도가 감소될 수 있으므로, 상기 혼합 물질의 온도는 1,500 내지 1,600 의 범위 내로 유지되도록 추가적인 열 에너지가 상기 혼합 물질로 더 공급되거나 냉각 과정이 수반될 수도 있다. 후속하여, 상기 가열로 내에서 혼합 물질이 액상화되어 액상 물질이 형성되고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리가 수행된다(S300). 상기 스피넬 상은 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 금속의 함유될 수 있다.
일 실시에에서, 상기 액상 물질은 전술한 것과 같이 유가 금속으로 이루어진 상기 스피넬 상과 상기 스피넬 상 주변의 액상 비정질상으로 구성될 수 있다. 상기 액상 비정질상에는 상기 슬래그와 분진 상에 존재하였던 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 나트륨(Na) 중 적어도 어느 하나의 산화물이 액상 비정질상으로 존재할 수 있다.
이후, 상기 액상 물질 내에서 상에 스피넬 상을 성장시켜 액상 비정질상에 함유된 유가 금속을 상기 스피넬 상으로 농축(S400)시킬수 있다. 일 실시예에서, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상이 성장하면서 액상 비정질상의 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 유가 금속이 상기 스피넬 상으로 농축될 수 있다. 전술된 상기 슬래그와 분진에 다량 포함된 칼슘(Ca)와 실리콘(Si)은 상기 스피넬 상에 농축되지 못하기 때문에, 상기 액상 비정질상에 칼슘(Ca)와 실리콘(Si)이 더 높은 비율로 존재하며, 이로 인해 상기 스피넬 상 상기 액상 비정질상과 상이하게 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 유가 금속이 농축될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스피넬 상을 성장시키는 단계가 별도의 장치 또는 설비 없이 단순히 공기 분위기에서 수행될 수 있다. 따라서 본 발명의 유가 금속을 회수하는 공정이 경제적일 수 있다.
상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시키고 상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 단계는 공기 분위기에서 유지 시간을 가지는 것으로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 공기 분위기에서 유지 시간은 10분 이상일 수 있다. 상기 공기 분위기에서 유지 시간이 10분 미만일 경우, 스피넬 상으로 충분히 성장하지 않고, 상기 액상 물질 내의 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 유가 금속이 충분히 농축되지 않을 수 있을 수 있다. 상기 공기 분위기에서 유지 시간이 10분 일때까지 상기 스피넬 상이 성장하며 상기 유가 금속이 농축되고, 그 이후로는 시간이 더 흐름에 따른 상기 스피넬 상의 성장 또는 상기 유기 금속의 농축 효과가 크게 증가하지 않을 수 있다. 이는 후술되는 실시예들을 통하여 뒷받침될 수 있다. 상기 공기 분위기에서 유지 시간은 바람직하게는 10분 이상, 보다 바람직하게는 15분 내지 50분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유가 금속의 회수 방법에 따르면, 단계 S400에서 성장된 상기 스피넬 상의 결정이 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위 내일 수 있다. 이는 전술된 본 발명의 유가 금속의 회수 방법에 따른 결과이며, 상기 스피넬 상의 결정이 5 ㎛ 미만일 때는 상기 스피넬 상에 농축되는 유가 금속의 양이 감소하여, 유가 금속의 회수의 효과가 미미하고, 입도가 작아 결정상을 선별하기 위한 후속 공정인 분쇄 및 선광법에 의한 분리가 어려워질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 액상 물질과 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 (S5000)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 냉각 단계는 스피넬 상으로의 농축이 완료된 상기 액상 물질과 스피넬 상이 틸팅되어 배출되거나 배출구를 통하여 배출된 혼합물이 냉매 분사 노즐과 같은 냉각 장치와 결합되어 냉각 될 수도 있다. 상세하게 상기 냉각 장치에서 수냉 방식으로 냉각을 수행할 수도 있다. 상기 냉각이 수행됨에 따라, 유가 금속의 회수하는 공정 시간을 줄일 수 있으며, 또한 상기 유가 금속 회수 방법이 연속적으로 진행될 수 있다.
나아가 상기 유가 금속 회수 방법을 통하여 상기 스피넬 상에 농축되어 회수된 유가 금속은 다양한 선광 방법을 통하여 고품위 및 고순도로 상기 유가 금속을 분리할 수 있다. 상기 선광 방법에는 상기 스피넬 상의 농축 물질에 따라 자력 선광, 비중 선광, 정전 선광, 부유 선광 및 탁상 선광과 같은 선광 방법이 될 수 있다. 상기 선광 방법에 관한 위 열거 사항은 예시적일 뿐 본 발명이 에에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 1,550 에서의 유가 금속 산화물의 상태도이다.
도 2를 참조하면, 온도가 1,550 ℃인 상기 슬래그에 상기 스피넬 상의 구성 성분인 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)이 다량 함유된 스테인레스 전기로 분진을 9:1 중량부의 비율로 투입한 혼합 물질의 상태도이다. 상기 상태도는 산화 칼슘(CaO), 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 마그네슘(MgO)을 상태도 코너에 위치시켜 세가지 성분의 함수로 상태도를 구성하였으나, 다른 성분들의 조성도 모두 상수값으로 반영되어 있다. 상기 상태도로 1,550 의 스테인레스 전기로 분진을 9:1 중량부의 비율로 투입한 혼합 물질이 액상과 스피넬 상이 공존하는 상태임을 알 수 있다.
1,550 액상과 스피넬 상이 각각 어떤 성분을 얼만큼 함유하게 되는지는 도 2의 상태도로 알 수 없으나, 별도의 열역학 계산과정을 통하여 알 수 있으며, 이를 표 1에 나타내었다. 이를 통해, 상기 혼합 물질이 액상화 된 액상 물질으로부터 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)이 상기 스피넬 상으로 농축됨을 알 수 있다.
단위 : (wt%)
Liquid 　 Spinel
CaO 39.45 　 Cr2O3 68.26
SiO2 34.26 　 MgO 14.83
Al2O3 8.00 　 Fe2O3 10.47
MnO 6.48 　 ZnO 3.32
Fe2O3 5.21 　 Al2O3 2.29
MgO 2.47 　 NiO 1.40
TiO2 2.00 　 　 　
Cr2O3 1.28 　 　 　
Na2O 0.49 　 　 　
NiO 0.27 　 　 　
ZnO 0.13 　 　 　
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 시편들의 미세조직 이미지이다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 이들은 각각 본 발명의 실시예로써, 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비를 다르게 수행되었다. 또한 스피넬 상을 성장시키는 단계에서 공기 분위기 중 유지 시간을 다르게 수행되었다.
실시예들에서 표 2과 같은 조성의 슬래그 및 분진을 준비하여, 상기 슬래그에 상기 분진을 투입하여 혼합 물질을 형성한다.
단위 : (wt%)
구분 CaO SiO2 Al2O3 MgO Cr2O3 MnO Fe2O3 TiO2 NiO ZnO Na2O
슬래그 36.0 32.0 7.9 4.4 10.4 5.8 1.6 1.9 - - 4.2
분진 14.1 5.6 0.7 2.6 14.4 3.3 45.1 - 4.3 5.8 -
실시예들에서 상기 혼합 물질에서 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비를 9:1 로 하고, 상기 혼합 물질을 1,550 ℃로 유지하여 상기 혼합 물질이 액상화 되어 액상 물질을 형성하고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계가 수행되었다. 이후, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시켜 상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 단계는 공기중에서 각각 15분 동안 유지(도 3a 참조), 30분 동안 유지(도 3b 참조) 및 50분 동안 유지(도 3c 참조)되었다. 또한, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시키는 단계 다음에 상기 액상 물질과 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계가 수행되었으며, 상기 단계들의 결과물로 응고된 시편이 생성되었다.
상기 응고된 시편에 연마 과정을 수행한 시편의 미세조직 이미지 결과는 도 3a 내지 도 3c이다. 도 3a 내지 도 3c에서 고온 스피넬 상이 형성된 부분은 밝게 나타나며, 도 3a 내지 도 3c의 어둡게 나타난 부분은 액상 비정질상이 고화된 것으로 나타난다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 도 3a 내지 도 3c는 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시키는 단계는 공기중에서 15분 이상 유지하였을 경우 스피넬 상의 입도에는 큰 차이가 없음을 보여준다. 이는 상기 공기 분위기에서 유지 시간이 10분 일때까지 스피넬 상이 성장하고 농축되며, 그 이후로는 시간이 더 흐름에 따른 스피넬 상의 성장 또는 농축 효과가 크게 증가하지 않음을 보여준다.
일 실시예에서 도 3b의 미세조직의 조성 분석을 측정한 결과를 표 2에 나타냈으며, 표 3에서 본 발명의 상기 스피넬 상에 철(Fe), 크롬(cr) 및 니켈(Ni)이 비정질상이 고화된 상에 비하여 더 농축되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 슬래그와 분진에 다량 포함된 칼슘(Ca)와 실리콘(Si)은 상기 스피넬 상에 농축되지 못하기 때문에 상기 액상 비정질상에 칼슘(Ca)와 실리콘(Si)이 더 높은 비율로 존재하는 것을 알 수 있다.
스피넬 상 비정질 상
Element Wt% Element Wt%
O 30.91 O 41.04
Mg 5.00 Mg 1.92
Al 3.57 Al 3.81
Si 0.53 Si 16.72
Ca 1.91 Ca 27.70
Ti 0.34 Ti 1.31
Cr 40.08 Cr 0.68
Mn 8.21 Mn 3.59
Fe 6.88 Fe 3.23
Ni 0.99 Ni -
Zn 1.58 Zn -
Total: 100 Total: 100
다른 실시예에서, 상기 혼합 물질에서 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비를 8:2 로 하고, 상기 혼합 물질을 1,550 ℃로 유지하여 상기 혼합 물질이 액상화 되어 액상 물질을 형성하고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계가 수행되었다. 이후, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시켜 상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 단계는 공기중에서 각각 30분 동안 유지(도 3d 참조)되었다. 또한, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시키는 단계 다음에 상기 액상 물질과 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계가 수행되었으며, 상기 단계들의 결과물로 응고된 시편이 생성되었다. 이후, 상기 응고된 시편에 연마 과정을 수행하였다.
도 3d를 참조하면, 도 3b(상기 슬래그와 상기 분진의 중량비를 9:1)와 비교 하였을 때, 상기 슬래그와 상기 분진의 비가 8:2 일때, 스피넬 상의 입도에는 큰 차이가 없음을 보여준다. 따라서, 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비가 8:2인 경우에도 유가 금속의 회수에 적절하다는 것을 알 수 있었다.
도 4a 내지 도 4e는 비교예들에 따른 시편들의 미세조직 이미지이다.
도 4a를 참조하면, 도 4a의 미세조직은 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비가 9:1로 수행되었으며, 상기 혼합 물질을 1,550 ℃로 유지하여 상기 혼합 물질이 액상화 되어 액상 물질을 형성하고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계가 수행되었나, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시켜 상기 스피넬 상에 유가금속을 농축시키는 단계가 공기중에서 5분 동안 유지되었다. 또한, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시키는 단계 다음에 상기 액상 물질과 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계가 수행되었으며, 상기 단계들의 결과물로 응고된 시편이 생성되었다. 이후, 상기 응고된 시편에 연마 과정을 수행하였다. 도 4a의 미세조직은 상기 액상 물질 내 유가 금속이 스피넬로 이동하여 농축되었으나, 실시예에 비하여 스피넬 상의 결정이 충분히 성장하지 않았음을 알 수 있었다.
도 4b를 참조하면, 도 4b의 미세조직은 전술된 실시예와 같이 상기 혼합 물질을 1,550 ℃로 유지하여 상기 혼합 물질이 액상화 되어 액상 물질을 형성하고, 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 스피넬 상을 형성하는 상분리 단계가 수행되었으며, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시켜 상기 스피넬 상에 유가금속을 농축시키는 단계는 공기중에서 30분이 유지되었으나, 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비가 7:3으로 혼합되어 수행되었다.
도 4b의 미세조직 이미지에서는 본 발명의 실시예와 큰 차이를 보이지 않으나, 상기 혼합 물질 100 중량부당 분진이 20 중량부를 초과하여 혼합 물질의 점성이 높아졌으며, 점성이 높아짐에 따라 유동성이 확보되지 못하여 액상이 응착되어 회수율이 감소하였다. 따라서, 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비가 7:3인 경우 유가 금속의 회수에 적절하지 않음을 알 수 있었다.
또한 다른 비교예로써, 상기 슬래그와 상기 분진의 혼합 물질을 5 ℃/min 으로 1,400 ℃까지 냉각하고, 공기 분위기 중 30분 동안 유지하여 스피넬 상을 성장시켜 상기 스피넬 상에 유가 금속을 농축시키는 단계를 수행하였다. 또한, 상기 액상 물질 내에서 스피넬 상을 성장시키는 단계 다음에 상기 액상 물질과 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계가 수행되었으며, 상기 단계들의 결과물로 응고된 시편이 생성되었다. 이후, 상기 응고된 시편에 연마 과정을 수행하였다. 이때 상기 슬래그와 상기 분진의 중량비는 각각 9:1(도 4c 참조), 8:2(도 4d 참조), 7:3(도 4e 참조)으로 혼합되어 수행되었다.
상기 슬래그와 상기 분진의 혼합 물질의 중량비가 9:1이고 냉각 속도 5 ℃/min 으로 1,400 ℃까지 냉각한 다음 공기 분위기 중 30분 동안 유지하여 스피넬 상을 성장시키는 단계를 수행하였을 때, 본 발명의 실시예에 비해 결정의 크기는 증가하지만, 온도가 낮아짐에 따라 액상 물질의 점성이 떨어져 회수율이 28 %로 저하되었다.(상기 슬래그와 상기 분진의 중량비는 각각 9:1이며, 1,550 ℃에서 공기 분위기 중 유지 시간 30분으로 하여 스피넬 상을 성장시켜 상기 스피넬 상에 유가 금속을 농축시키는 단계가 수행된 볼 발명의 실시예의 회수율은 48 % 임)
나아가 동일 조건에서 슬래그와 분진의 비율이 7:3으로 수행된 비교예(도 4e 참조)는 혼합 물질의 점성이 더 높아지며, 점성이 높아짐에 따라 유동성이 확보되지 못하여 액상이 응착되어 회수율 16 %로 슬래그와 분진의 중량비가 9:1일때 보다 더 감소하였다. 따라서 혼합 물질을 온도를 1,400 ℃에서 유가 금속의 회수하는 것은 유가 금속의 회수에 적절하지 않음을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (13)

  1. 소정 온도의 현열을 갖는 슬래그를 제공하는 단계;
    상기 슬래그에 분진을 투입하여 혼합 물질을 형성하는 단계;
    상기 혼합 물질이 액상화된 액상 물질과 상기 액상 물질 내에 분산된 유가 금속을 함유하는 상기 유가 금속의 산화물인 스피넬 상을 형성하여 상기 액상 물질로부터 상기 스피넬 상을 분리시키는 상분리 단계; 및
    상기 액상 물질 내에서 상기 스피넬 상을 성장시켜 상기 액상 물질 내에 함유된 유가 금속을 상기 스피넬 상으로 농축시키는 단계를 포함하며,
    상기 상분리 단계 및 상기 스피넬 상으로 농축시키는 단계는 1,500 ℃ 내지 1,600 ℃의 범위 내에서 수행되는 유가 금속의 회수 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 현열을 갖는 슬래그는 용기에 수용되고, 상기 용기 내에서 상기 슬래그의 온도는 1,500 ℃ 내지 1,600 ℃의 범위 내인 유가 금속의 회수 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬래그는 스테인레스 제강 공정에서 얻어진 유가 금속의 회수 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분진은 스테인레스 제강 공정에서 얻어진 유가 금속의 회수 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분진은 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 물질 100 중량부당 상기 분진이 10 중량부 내지 20 중량부 범위 내인 유가 금속의 회수 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 물질을 형성하는 단계에 추가적인 열 에너지가 공급되어 상기 혼합 물질의 온도가 1,500 ℃ 내지 1,600 ℃의 범위 내로 유지되는 단계를 더 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피넬 상으로 농축시키는 단계는 공기 분위기에서 유지 시간이 10분 이상 수행되는 유가 금속의 회수 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피넬 상으로 농축시키는 단계에서 상기 스피넬 상의 결정이 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위 내인 유가 금속의 회수 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피넬 상으로 농축시키는 단계 이후에, 상기 액상 물질과 상기 스피넬 상의 고화를 촉진하는 냉각 단계를 더 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 단계 이후에, 상기 스피넬 상을 분리하기 위한 자력 선광, 비중 선광, 정전 선광, 부유 선광 및 탁상 선광 중 적어도 어느 하나의 선광법을 수행하는 단계를 더 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유가 금속을 상기 스피넬 상에 농축시키는 것이 완료된 상기 스피넬 상은 철(Fe) 5 wt% 내지 10 wt%, 크롬(Cr) 20 wt% 내지 50 wt%, 니켈(Ni) 0.1 wt% 내지 5 wt%의 범위로 상기 유가 금속을 포함하는 유가 금속의 회수 방법.
  13. 삭제
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