KR102412921B1 - 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법 - Google Patents

Abstract

본 기술은 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법에 관한 것이다. 본 기술의 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법은, 엄격한 대기 환경 기준을 충족시키는 회전로 제련 설비를 통해 폐배터리로부터 납을 친환경적으로 회수하는 방법으로서, 폐배터리로부터 페이스트 및 그리드를 포함하는 납원재료를 추출하기 위해 전처리하는 단계; 및 상기 납원재료에 혼합제를 첨가하고 회전로에 장입하여 제련하는 단계;를 포함하되, 상기 혼합제는 탄소 공급원, 철 공급원, 나트륨 공급원 및 칼슘 공급원을 포함하고, 상기 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 10~20wt% 첨가된다.

Description

슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법{Eco-friendly lead recovery method for reducing heavy metals in slag}

본 발명은 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 납 함유 원자재로부터 납을 회수함에 있어서 제련 과정에서 생성되는 슬래그 내 중금속 저감이 가능한 친환경 납 회수 방법에 관한 것이다.

납축전지(Lead Acid Battery, 납-산전지 또는 연산축전지)는 과산화납(PbO2)을 양극(+)으로, 납(Pb)을 음극(-)으로 사용하고, 전해액으로는 비중 약 1.2의 묽은 황산(2H2SO4)을 쓰는 전기화학반응을 이용하는 축전지이다. 화학반응이 가역적이어서 충전해서 사용할 수 있는 2차전지로서 자동차나 항공기의 축전지 등으로 널리 쓰인다.

최근 각광을 받고 있는 리튬이온전지가 들어가는 전기차에도 자동차 SLI(Starting, Lighting, Ignition) 역할을 위해 납축전지가 적용되므로 여전히 납축전지는 매우 중요한 부품 중 하나이다.

납축전지는 재활용시 납으로 추출될 수 있는 양이 매우 높아서 연괴(Lead ingot) 등을 제조하는 데에 중요한 원료가 된다. 셀의 주된 구성성분은 양극판(Posotive Plate), 음극판(Negative Plate), 격리판(Separator), 극주(Group of Plates), 전해액(Electrolyte)이며, 셀 함량비율로는 납과 활성물질이 70%, 전해액이 25%, 극판이 5% 정도로 알려져있다.

통상 납축전지를 재활용하는 과정은 파쇄, 분리, 제련의 과정으로 이루어진다. 제련 이후에 최종적으로 납괴가 생성된다.

상세하게, 대한민국 특허등록공보 제10-1348490호(발명명칭: 폐 배터리 재활용 장치)는 제1벨트컨베이어로 폐 포장 배터리를 공급하여 폐 포장 배터리를 커팅한 후 전해액을 제거한 다음 제2벨트컨베이어로 공급시키고, 제2벨트컨베이어로 폐 벌크 배터리를 공급하여 제2벨트컨베이어의 폐 포장 배터리와 폐 벌크 배터리를 크라샤에 투입시키며, 크라샤에서 분쇄된 분쇄물을 진동스크린에 투입시켜 페이스트는 페이스트 저장통에 투입시키고 스크린메쉬를 통과하지 못한 그리드, 합성수지, 세퍼레이터는 제3벨트컨베이어로 공급 이송시키며, 제3벨트컨베이어에 이송되는 그리드, 합성수지, 세퍼레이터를 분리기에 투입시켜 비중을 이용하여 분리하는 전처리부와; 상기 그리드와 페이스트의 주재료를 배출스크류 컨베이어를 통해 제1스크레이퍼 컨베이어로 투입하고, 분탄, 분철, 소다회의 부재료를 제1스크레이퍼 컨베이어에 투입하여 주재료와 부재료를 상호 뒤섞으면서 제2스크레이퍼 컨베이어와 투입 스크류 컨베이어로 배출하는 재료 공급부와; 상기 재료 공급부를 통해 재료를 공급받아 재료를 가열 용해시키는 용해부와; 상기 용해부에서 출탕되는 재료의 슬래그를 제거한 후 재료를 임시 보관하는 케틀과; 케틀에 채워진 재료를 공급받아 납괴를 생산하는 주조기;를 포함하는 전체 처리 과정을 보여준다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 폐배터리 재활용 장치에서는 가열 용해 과정에서 생성되는 슬래그에 중금속이 다량 함유되어 있어서, 처리하는 데에 과도한 비용이 발생한다. 예를 들어, 비소, 안티모니, 주석 등과 같은 중금속의 높은 함량으로 인하여 지정 폐기물로 폐기해야 하는데, 이는 일반 폐기물로 폐기하는 경우보다 2배에 가까운 비용 증가를 초래한다.

특히, 상기 선행특허에서 볼 수 있는 바와 같이 회전로의 경우에는 퍼니스 내에서 슬래그와 용융 메탈간에 지속적인 혼합 작용으로 인해 비중에 의한 분리가 어려워 슬래그 내 중금속 혼입 가능성은 더욱 높아진다. 상대적으로 높은 비중을 갖는 납은 메탈쪽으로 상대적으로 낮은 비중을 갖는 기타 중금속류들은 슬래그쪽으로 잘 분리가 되어야 하는데, 회전로는 그러한 비중 분리의 이점을 살리기가 어렵다.

회전로 대신에 큐폴라와 같은 수직로를 사용하면 슬래그 내 중금속 저감 효과를 꾀할 수는 있다. 그러나, 수직로는 엄격한 대기 환경 기준을 충족시키기가 쉽지 않다.

본 발명의 발명자는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 실시예는 회전로를 이용한 제련 과정에 첨가물을 도입하여 슬래그 내 중금속을 저감시키는 폐배터리 처리 방법을 제공한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 엄격한 대기 환경 기준을 충족시키는 회전로 제련 설비를 통해 폐배터리로부터 납을 친환경적으로 회수하는 방법으로서, 폐배터리로부터 페이스트 및 그리드를 포함하는 납원재료를 추출하기 위해 전처리하는 단계; 및 상기 납원재료에 혼합제를 첨가하고 회전로에 장입하여 제련하는 단계;를 포함하되, 상기 혼합제는 탄소 공급원, 철 공급원, 나트륨 공급원 및 칼슘 공급원을 포함하고, 상기 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 10~20wt% 첨가될 수 있다.

상기 혼합제의 탄소 공급원, 철 공급원, 나트륨 공급원 및 칼슘 공급원은 1:1:0.4~0.8:0.2~0.6의 혼합 비율로 첨가될 수 있다.

상기 제련하는 단계 이전에, 상기 납원재료에 첨가제를 첨가하는 단계;를 더 포함하며, 상기 첨가제는 규소 공급원을 포함하고, 상기 규소 공급원은 상기 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 0.5 내지 1.5 wt% 첨가될 수 있다.

상기 규소 공급원은 상기 회전로 내 생성되는 슬래그의 CaO/SiO2 염기도가 0.67~6.00의 범위를 만족하도록 할 수 있다.

상기 탄소 공급원은 분탄 또는 코크스이고, 상기 철 공급원은 분철 또는 괴철이고, 상기 나트륨 공급원은 소다회이며, 상기 칼슘 공급원은 생석회 또는 돌로마이트일 수 있다.

상기 전처리하는 단계는 전처리 설비에 의해 진행되고, 상기 제련하는 단계는 제련 설비에 의해 진행되되, 상기 전처리 설비는, 외부로부터 소다회를 공급받아 저장하는 제1 탱크; 및 상기 제1 탱크로부터 제1 파이프 및 블로워를 통해 상기 소다회를 공급받아 상기 페이스트를 중화시키는 반응기;를 포함하고, 상기 제련 설비는, 상기 제1 탱크로부터 제2 파이프 및 블로워를 통해 상기 소다회를 공급받아 저장 및 상기 나트륨 공급원으로 사용되도록 공급하는 제2 탱크;를 포함할 수 있다.

상기 제련 설비는, 상기 탄소 공급원을 저장하는 제1 호퍼; 상기 철 공급원을 저장하는 제2 호퍼; 상기 나트륨 공급원을 저장하는 제3 호퍼; 및 상기 칼슘 공급원을 저장하는 제4 호퍼;를 더 포함하되, 상기 제3 호퍼는 상기 제2 탱크에 구비된 슬라이드 게이트 및 밸브를 통해 상기 나트륨 공급원을 상기 제2 탱크로부터 자동으로 공급받는 방식이고, 나머지 호퍼들은 상기 혼합제의 혼합 비율에 맞게 오버헤드 크레인을 통해 계량되어 수동으로 공급받는 방식일 수 있다.

페이스트 뱅커 및 그리드 뱅커에 담겨진 상기 납원재료는 너클 크레인을 통해 계량되어 기설정된 중량만큼 덜어져 익스트랙터 컨베이어로 투입되고, 상기 납원재료는 상기 익스트랙터 컨베이어로부터 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어와 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 통해 인풋 머신으로 투입되며, 이어서, 상기 회전로로 장입되고, 상기 혼합제는 상기 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어로 투입됨으로써, 상기 납원재료와 함께 상기 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 지나 상기 인풋 머신으로 투입 및 상기 회전로로 장입될 수 있다.

페이스트 뱅커 및 그리드 뱅커에 담겨진 상기 납원재료는 너클 크레인을 통해 계량되어 기설정된 중량만큼 덜어져 익스트랙터 컨베이어로 투입되고, 상기 납원재료는 상기 익스트랙터 컨베이어로부터 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어와 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 통해 인풋 머신으로 투입되고, 이어서, 상기 회전로로 장입되며, 상기 혼합제는 상기 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어로 투입됨으로써, 상기 납원재료와 함께 상기 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 지나 상기 인풋 머신으로 투입 및 상기 회전로로 장입되되, 상기 첨가제는 상기 익스트랙터 컨베이어로 투입됨으로써, 상기 납원재료와 함께 상기 제1 및 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어들을 통해 인풋 머신으로 투입 및 상기 회전로로 장입될 수 있다.

상기 규소 공급원은 규사일 수 있다. 또는 규소의 함량이 높은 해사(sea sand)일 수 있다.

본 기술은 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법을 제공할 수 있다.

또한 본 기술은 노황을 지속적으로 양호하게 유지함으로써 배치 조업간 일일 출탕 횟수를 높여 공정 효율을 높이는 친환경 납 회수 방법을 제공할 수 있다.

또한 본 기술은 엄격한 대기 환경 기준을 충족시키는 회전로 제련 설비를 이용한 친환경 납 회수 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법의 전체적인 흐름을 도시하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방볍이 적용되는 전처리 설비 및 제련 설비의 전체적인 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제련 단계가 적용되는 제련 설비를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전처리 단계에서 수집된 합성수지에 대한 후처리 과정을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5는 회전로 내 슬래그가 배출되지 못하고 남아 있을 때 발생하는 노황 악화 문제를 개략적으로 도시한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법(이하, 간단히 '납 회수 방법'이라 함)의 전체적인 흐름을 도시하는 순서도이다.

그리고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 납 회수 방볍이 적용되는 전처리 설비 및 제련 설비의 전체적인 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 납 회수 방법은, 전처리하는 단계(S110) 및 제련하는 단계(S120)를 포함한다.

도 2를 참조하여 단계(S110 및 S120)를 보다 상세히 살펴본다.

먼저, 단계(S110)에서는 폐배터리로부터 페이스트 및 그리드를 포함하는 납원재료를 추출한다.

상세하게, 단계(S110)는 폐배터리를 준비하는 과정(S1), 준비된 폐배터리의 전해액을 제거하는 과정(S2), 전해액이 제거된 폐배터리를 분쇄하는 과정(S3), 분쇄물을 페이스트와 그 외 재료들로 분리하는 과정(S4), 분리된 페이스트를 중화시키는 과정(S5), 중화된 페이스트를 페이스트 뱅커에 수집하는 과정(S6), 분리된 그 외 재료들을 그리드, 합성수지 및 세퍼레이터로 분리하는 과정(S7), 분리된 그리드를 그리드 뱅커에 수집하는 과정(S8)을 포함한다.

과정(S1)에서는 진동 피더(VF)를 통해 폐배터리를 이송하는 과정이 수반된다. 진동 피더 외에 다양한 이동 수단이 적용될 수 있다.

과정(S2)에서는 폐배터리의 하부를 커팅하는 과정이 수반된다. 알려진 커팅 머신이 관여할 수 있다.

과정(S3)에서는 전해액이 제거된 폐배터리를 벨트 컨베이어를 통해 이송시켜 해머 크러셔(HC)로 투입하는 과정이 수행될 수 있다. 해머 크러셔 외에 다양한 분쇄기가 적용될 수 있다.

과정(S4)에서는 진동 스크린 피더(VSF)를 통해 분쇄물을 페이스트와 그 외 재료들로 분리하는 과정이 수행될 수 있다. 페이스트는 스크린을 통과하고, 스크린을 통과하지 못한 그리드, 합성수지, 세퍼레이터가 그 외 재료들이 된다. 페이스트(paste)는 수십~수백 마이크로미터 스케일을 갖는 미세 산화납(PbO, PbO2) 가루일 수 있다. 그리드(grid)는 격자 형상의 극판일 수 있다. 합성수지는 PP(polypropylene)일 수 있다.

과정(S5)에서는 페이스트를 제1 분리기(SE1)를 통해 한 번 더 분리하는 과정이 수반될 수 있다. 물과의 비중차를 통해 페이스트와 그 외 PP와 같은 재료들이 한 번 더 분리될 수 있다. 이후 제1 분리기(SE1)를 통과한 페이스트를 반응기(RE)에 투입하여 중화 처리하는 과정이 수행된다. 제1 분리기 내에서 가라 앉아 있는 페이스트는 페이스트 드래그 머신을 통해 제1 분리기 외부로 인출될 수 있다.

중화를 위해 외부로부터 투입되는 중화 물질이 반응기(RE)에 함께 투입된다. 중화 물질은 소다회일 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.

과정(S6)에서는 반응기를 빠져나온 페이스트가 필터 프레스(FP)를 통해 수분이 제거된 상태로 페이스트 뱅커(PB)에 수집되는 과정이 수반된다.

이와 같이 준비된 페이스트가 후속 단계(S120)로 이어진다. 후속 단계(S120)에서 그리드와 함께 납원자재로서 제련된다.

과정(S7)에서는 진동 스크린 피더(VSF)의 스크린을 통과하지 못한 그 외 재료들이 제2 분리기(SE2)를 통해 한 번 더 분리하는 과정이 수행된다. 그리드가 그리드 추출기를 거쳐 그리드 뱅커(GB)로 수집된다. 합성수지가 합성수지 스크루 컨베이어를 통해 합성수지 뱅커(RB)로 수집된다. 세퍼레이터가 디워터링 스크린(DS)를 거쳐 세퍼레이터 스크루 컨베이어를 통해 세퍼레이터 뱅커(SB)로 수집된다.

디워터링 스크린에서는 스크린을 통해 입자 크기에 따라 잔존할 수 있는 페이스트를 한 번 더 걸러낼 수 있다. 이러한 페이스트는 제1 분리기(SE1)로 투입되어 상술한 과정(S5)을 거칠 수 있다.

이와 같이 준비된 그리드가 후속 단계(S120)로 이어진다. 후속 단계(S120)에서 상술한 바와 같이 준비된 페이스트와 함께 납원자재로서 제련된다.

한편, 합성수지 뱅커(RB)에 수집된 합성수지는 별도로 처리되어 합성수지 스크랩으로 재활용될 수 있다. 전체 공정의 비용 절감을 도모한다. 이에 대해서는 후술한다.

다음으로, 단계(S120)에서는 상술한 단계(S110)를 통해 얻어진 페이스트와 그리드를 포함하는 납원재료에 혼합제를 첨가하고 회전로에 장입하여 제련한다.

제련 이후 이어지는 주조 과정을 포함하여 도 2를 참조하여 설명한다.

상세하게, 단계(S120)는 페이스트 뱅커(PB)에 수집된 페이스트와 그리드 뱅커(GB)에 수집된 그리드가 납원자재로서 인풋 머신(IM)을 통해 회전로(RF)에 장입되는 과정(S9), 회전로 내에서 혼합제와 함께 용융되는 과정(S10), 슬래그와 분리되어 출탕된 융용 메탈이 케틀(KE) 내에 수집되는 과정(S11), 케틀 내 용융 메탈이 캐스팅 머신(CM)을 통해 주괴로 성형되는 과정(S12)을 포함할 수 있다.

과정(S9)에서는 페이스트가 익스트랙터 컨베이어(EC)를 거친 후 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC)를 통해 인풋 머신으로 이송되는 과정이 수반된다. 그리드도 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC)를 통해 인풋 머신(IM)으로 이송될 수 있다.

한편, 후술하는 혼합제도 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC)를 통해 인풋 머신(IM)으로 이송될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.

과정(S10)에서 회전로를 통해 납원재료와 혼합제가 용융된다. 4~5시간 동안의 배치 조업이 이루어진다. 회전 속도는 1회전당 1분 30초 ~ 2분이 소요되는 속도일 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 회전로를 1개만을 도시하였지만 개수에 한정되지 않는다. 일례로 3개의 회전로들을 통해 과정(S10)에 수행될 수 있다.

납원재료는 성분적으로는 산화납(PbO 또는 PbO2), 황화납(PbS), 황산납(PbSO4)를 포함할 수 있다.

혼합제는 탄소 공급원, 철 공급원, 나트륨 공급원 및 칼슘 공급원을 포함한다. 일례로, 탄소 공급원은 분탄, 철 공급원은 분철, 나트륨 공급원은 소다회, 그리고 칼슘 공급원은 생석회일 수 있다.

회전로 내에서 주요 반응은 다음과 같다:

탄소 공급원은 산화납 및 황산납을 환원시킨다.

2PbO + C -> 2Pb + CO2

PbO2 + C -> Pb + CO2

PbSO4 + 4C -> PbS + 4CO

PbSO4 + 2C -> PbS + 2CO2

철 공급원은 황화납을 환원시킨다.

PbS + Fe -> Pb + FeS

나트륨 공급원(일례로 소다회)은 황산납을 환원시킨다. 또한 회전로 내에 생성되는 슬래그의 염기도를 높여 유동성을 좋게 한다.

PbSO4 + Na2CO3 -> PbCO3 + Na2SO4

Na2CO3 + PbS -> PbS + Na2S + CO2

칼슘 공급원(일례로 생석회)은 황산납을 환원시킨다. 또한 회전로 내에 생성되는 슬래그의 염기도를 높이고 나트륨 공급원에 의한 과도한 슬래그의 유동성을 억제한다.

PbSO4 + CaO -> PbO + CaSO4

이때 생성되는 PbO는 다시 탄소 공급원에 의해 Pb로 환원된다.

위 과정에서 생성되는 Pb, PbCO3가 융용 메탈층을 형성한다. 그 외에 부산물들인 FeS, Na2SO4, CaSO4, Na2S가 슬래그층을 형성한다.

과정(S11)에서는 회전로로부터 슬래그와 용융 메탈이 분리되는 과정이 수반된다. 제1 브릿지를 통해 용융 메탈이 출탕될 수 있다. 제1 브릿지와 구조적으로 분리된 제2 브릿지를 통해 슬래그가 빠져나올 수 있다. 따라서 용융 메탈이 슬래그와 분리되어 출탕될 수 있다.

용융 메탈의 1회 출탕량은 상술한 배치 조업을 기준으로 10~15톤일 수 있다. 출탕 횟수는 1일 5~6회일 수 있다. 1일 출탕 횟수를 높이는 것은 공정 효율을 위해 중요하며 본 발명의 실시예에 따르면 1일 5회 이상의 출탕이 가능하다.

과정(S12)에서는 통상의 주조 방식이 수반될 수 있다. 이로써, 합금연괴, 또는 순연괴가 생산된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 회전로 내에 납원재료와 함께 투입되는 혼합제를 통해 슬래그 내 중금속의 저감이 가능하다. 동시에 배치 조업간 일일 출탕 횟수을 높여 공정 효율을 높이는 것이 가능하다. 비소와 같은 중금속이 저감된 슬래그는 폐기물 처리를 보다 저비용으로 처리되도록 한다. 공정 효율을 크게 향상시킨다. 또한 기존 회전로 설비를 그대로 활용하여 엄격한 대기 기준을 충족시키는 것을 가능하게 한다. 이는 혼합제에 의해 달성된다.

이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 혼합제가 관여하는 제련 단계(S120)를 보다 상세히 살펴본다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제련 단계가 적용되는 제련 설비를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 먼저, 페이스트 뱅커(PB) 및 그리드 뱅커(GB)에 담겨진 납원재료를 너클 크레인(knuckle cranes)을 통해 익스트랙터 컨베이어(EC)로 투입한다. 너클 크레인에는 중량계가 구비되어 납원재료로써 투입되는 중량(투입량)을 계측할 수 있다. 이는 후술하는 혼합제 투입량의 기준이 될 수 있다. 페이스트와 그리드를 뱅커로부터 빼내어 이동시킬 수 있는 것이면 너클 크레인이 아니어도 무방하다. 너클 크레인은 현장 작업자에 의해 운전될 수 있다.

그러면, 납원재료는 익스트랙터 컨베이어로부터 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC1)와 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC2)를 통해 인풋 머신(IM)으로 투입된다. 이어서, 회전로(RF)로 장입된다.

배치 조업에 따라, 출탕된 용융 메탈은 제1 브릿지(BR1)을 통해 케틀(KE)로 이동한다. 용융 메탈과 분리된 슬래그는 제2 브릿지(BR2)를 통해 슬래그룸(SR)로 이동함은 앞서 설명한 바와 같다.

상기 과정에서 본 발명의 실시예에 따른 혼합제가 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC1)를 통해 혼입된다. 이후 납원재료와 함께 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어(STC2)를 지나 인풋 머신(IM)으로 투입된다.

더욱 상세하게, 제련 설비는 탄소 공급원용 호퍼(HC), 철 공급원용 호퍼(HF), 나트륨 공급원용 호퍼(HS), 및 칼슘 공급원용 호퍼(HL)를 포함할 수 있다. 각각의 호퍼에는 중량계가 구비되어 혼합제로써 투입되는 중량(투입량)을 계측할 수 있다.

탄소 공급원, 철 공급원 및 칼슘 공급원이 오버헤드 크레인을 통해 각각의 호퍼에 채워질 수 있다. 오버헤드 크레인은 현장 작업자에 의해 운전될 수 있다.

나트륨 공급원이 제2 탱크(ST2)로부터 공급되어 나트륨 공급원용 호퍼에 채워질 수 있다. 제2 탱크로부터의 공급은 자동으로 이루어진다.

탄소, 철 및 칼슘 공급원들에 비해, 나트륨 공급원은 채워지는 방식을 달리한다. 전자가 오버헤드 크레인(over head cranes)을 통해 일일이 그 양이 계측되어 채워지는 방식임에 비해, 후자는 정해진 양이 제2 탱크로부터 자동으로 채워지는 방식일 수 있다. 이를 위해, 제2 탱크(ST2)는 정해진 양이 제1 탱크(ST1)로부터 자동으로 채워지는 방식을 한 번 더 갖게 된다.

보다 상세하게, 제1 탱크(ST1)에는 슬라이드 게이트(SG) 및 밸브(VA)가 구비되어 제2 탱크(ST2)의 (제2 탱크에 마련된 중량계를 통해 알게 된) 부족량을 자동으로 채워준다. 또한 제2 탱크(ST2)에도 슬라이드 게이트(SG) 및 밸브(VA)가 구비되어 나트륨 공급원용 호퍼(HS)의 (나트륨 공급원용 호퍼에 마련된 중량계를 통해 알게 된) 부족량을 자동으로 채워준다.

각각의 호퍼들에 마련된 중량계들을 통해 부족량은 중앙 제어부(미도시)에서 모니터링 될 수 있다. 한편 각각의 호퍼들에 마련된 중량계들을 통해 혼합제로써 투입량도 중앙 제어부에서 모니터링 될 수 있다.

나트륨 공급원용 호퍼만이 다른 방식을 갖는 것은 다음과 같은 이유이다. 나트륨 공급원 중 하나인 소다회가 상술한 전처리 단계(S110)에서도 사용되는 바, 공급 라인을 최적화하기 위함이다. 즉, 제1 탱크(ST1)는 저장하고 있는 소다회를 전처리 단계로도 공급하고, 제련 단계로도 공급한다. 전처리 단계는 상술한 과정(S5)에서 반응기(RE)로 투입되는 소다회가 그에 해당한다. 이로써 하나의 제1 탱크를 갖고서 전처리 단계의 반응기로도 공급하고, 제련 단계의 제2 탱크로도 공급이 가능하도록 한다.

이를 위해 도면에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(ST1)와 반응기(RE)는 제1 블로워(BW1) 및 제1 파이프(PI1)를 통해 연결된다. 제1 블로워는 제1 탱크로부터 원거리에 배치된 반응기로 소다회가 제1 파이프를 통해 이송될 수 있도록 블로잉 해준다. 파이프의 단면적을 대략적으로 예상할 수 있도록 도면에서 도면부호 100A라는 값으로 표기하였다.

또한 도면에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(ST1)와 제2 탱크(ST2)는 제2 블로워(BW2) 및 제2 파이프(PI2)를 통해 연결된다. 제2 블로워는 제1 탱크로부터 원거리에 배치된 제2 탱크로 소다회가 제2 파이프를 통해 이송될 수 있도록 블로잉 해준다.

반응기 및 제2 탱크는 하나의 제1 탱크와 연결되지만, 각각 전처리 설비 및 제련 설비에 배치되는 것으로서, 제1 탱크로부터 원거리에 위치한다. 따라서, 제1 블로워 및 제1 파이프는 제2 블로워 및 제2 파이프와 물리적으로 서로 별개인 것이 바람직하다.

계속하여 도 3을 참조하면, 납원재료의 투입량과 그에 적절한 배합비를 갖는 혼합제의 투입량은 통합적으로 제어될 수 있다. 도면에서 납원재료 투입량을 알고 있는 도면부호 EC로 표기되는 요소, 탄소 공급원 투입량을 알고 있는 도면부호 HC로 표기되는 요소, 철 공급원 투입량을 알고 있는 도면부호 HF로 표기되는 요소, 나트륨 공급원 투입량을 알고 있는 도면부호 HS로 표기되는 요소 및 칼슘 공급원 투입량을 알고 있는 도면부호 HL로 표기되는 요소가 서로 점선으로 연결되어 있음을 주목한다.

또한 후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 첨가제로서 규소 공급원이 회전로에 더욱 첨가되는 바, 첨가제 투입량을 알고 있는 도면부호 HSS로 표기되는 요소 또한 그들과 서로 점선으로 연결된다.

따라서, 납원재료 투입량에 대해 혼합제 투입량 및 첨가제 투입량이 통합적으로 제어될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 하나의 혼합제 뱅커(MB)에 탄소 공급원, 철 공급원 및 칼슘 공급원이 모두 담겨져 것으로 도시되나 이에 한정되지 않으며 여러 개의 뱅커들에 각각 나뉘어져 담겨져 있을 수 있다. 이 경우 오버헤드 크레인도 뱅커들마다 구비되는 것이 바람직하다. 오버헤드 크레인에는 중량계가 구비되어 각각의 호퍼로 채워지는 량을 계측할 수 있다.

또한, 도면에서는 공급원별로 호퍼들이 마련되는 것으로 도시되나, 이에 한정되지 않으며, 여러 공급원들이 하나의 호퍼에 담겨져 있을 수도 있다. 다만, 공급원별로 호퍼들이 마련되는 것은 중량 계측의 정확도 및 편의성을 높인다.

탄소, 철 및 칼슘 공급원용 호퍼들에도 상술한 바와 같은 제1 및 제2 탱크들을 구비시킬 수도 있으나 이는 과도한 설비 투자 요소를 제거함으로써 공정의 효율을 도모한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전처리 단계에서 수집된 합성수지에 대한 후처리 과정을 상세하게 도시하는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 합성수지 뱅커(RB)로부터 공급되는 합성수지가 합성수지 크러셔(RC)로 물과 함께 투입된다. 합성수지가 도면에서 P.P로, 물이 IN WATER로 도시된다.

이어서, 파쇄된 합성수지는 여러 세척조(WT)들을 지나면서 세척된다.

이후 탈수기(DH)를 통해 탈수되어 가벼워진 합성수지는 블로워(BW)의 송풍 작용을 통해 합성수지 사일로(RS)까지 이송된다.

합성수지 사일로에 수집된 합성수지 스크랩은 모아져 재활용된다.

이는 전처리 설비에서 재활용이 가능한 상태의 고품질의 합성수지까지 한 번에 처리함으로써 전처리 설비의 전체 운영 비용 절감을 가능하게 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 혼합제는 회전로에 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 10~20wt% 첨가된다.

회전로에 장입되는 납원재료 중량은 상술한 너클 크레인에 의해 계측된 투입량일 수 있다.

회전로에 장입되는 혼합제 중량은 상술한 각 호퍼(즉, 탄소 공급원 호퍼, 철 공급원 호퍼, 나트륨 공급원 호퍼 및 칼슘 공급원 호퍼)에 의해 계측된 투입량일 수 있다.

일례로 너클 크레인에 의해 계측된 투입량이 20톤(중량)인 경우, 각 호퍼를 통해 투입되는 혼합제는 그 10~20wt%인 2톤~4톤이 첨가될 수 있다.

첨가량이 10wt% 미만인 경우에는 각 공급원에 의한 환원 및 중화 효과가 줄어들 우려가 있다. 이로 인해 납 회수율 저하가 발생하고 배치 조업이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 첨가량이 20wt%를 초과하는 경우에는 슬래그의 융점 및 점성이 지나쳐 노황이 악화된다. 회전로 내부 불량의 원인이 되기도 한다. 바람직하게는 14~16wt% 첨가될 수 있다.

탄소 공급원은 예를 들어, 고정 탄소가 높고 휘발성분, 회성분 및 황성분이 낮은 석탄류일 수 있다. 본 발명에서는 분탄인 실시예를 중심으로 설명한다. 코크스도 사용이 가능하지만, 분탄이 비용면에서 유리하다.

분탄은 상술한 바와 같이 회전로 내에서 산화납을 환원시키는 주요한 역할을 수행한다.

철 공급원은 예를 들어, 분철일 수 있다. 수백 밀리미터 크기의 괴철도 사용이 가능하지만, 본 발명에서는 반응성이 보다 우수한 분철인 실시예를 중심으로 설명한다.

분철은 상술한 바와 같이 회전로 내에서 황화납을 환원시키는 주요한 역할을 수행한다. 또한, 분철은 FeO를 형성하고 유동성이 풍부한 슬래그를 생성하며 납의 회수 효율을 향상시키는 작용을 할 수 있다. Fe의 산화열로 분탄의 첨가량을 경감시킬 수도 있다.

나트륨 공급원은 예를 들어, 소다회일 수 있다. 본 발명에서는 나트륨 공급원이 소다회인 실시예를 중심으로 설명한다.

소다회는 상술한 바와 같이 회전로 내에서 황산납을 환원시키는 주요한 역할을 수행한다. 또한, 소다회는 슬래그의 염기도를 높여 노황을 좋게 한다.

칼슘 공급원은 예를 들어, 구하기 쉬운 석회류일 수 있다. 본 발명에서는 생석회인 실시예를 중심으로 설명한다. 돌로마이트도 사용이 가능하지만, 회전로 내에서 돌로마이트는 탄산칼슘 + 산화마그네슘으로 변환되는 과정을 거쳐서 탄산칼슘을 생성하므로, 그러한 변환 과정 없이 칼슘 공급원의 역할을 할 수 있는 생석회가 효율면에서 유리하다.

생석회는 상술한 바와 같이 회전로 내에서 황산납을 환원시키는 주요한 역할을 수행한다. 또한, 생석회는 소다회에 의한 과도한 슬래그의 유동성을 억제하여 슬래그 내 중금속 함량을 낮춘다.

본 발명의 실시예에 따르면, 분탄, 분철, 소다회 및 소석회는 1:1:0.4~0.8:0.2~0.6의 혼합 비율로 첨가될 수 있다.

일례로, 혼합제가 납원재료 중량 기준 14~16wt% 첨가되는 경우, 분탄은 5wt%, 분철은 5wt%, 소다회는 2~4wt%, 그리고 생석회는 1~3wt%가 첨가될 수 있다.

분탄과 분철은 1:1의 비율로 첨가한다(분탄:분철 = 1:1). 분철이 이보다 적으면 슬래그와 용융 메탈의 분리가 나쁘고 노황이 악화되어 납생산량이 저하된다. 이보다 많으면 슬래그 중 철이 많아져 고융점의 슬래그가 되어 노황이 악화된다.

분탄과 분철에 대해 소다회는 1:1:0.4~0.8의 비율로 첨가한다(분탄:분철:소다회 = 1:1:0.4~0.8). 소다회가 이보다 적으면 황산납 환원 효과가 떨어져 납 회수율이 낮아진다. 소다회가 이보다 많으면 슬래그의 점성이 낮아져 슬래그 내 중금속 함량이 높아진다.

분탄, 분철 및 소다회에 대해 생석회는 1:1:0.4~0.8:0.2~0.6의 비율로 첨가한다(분탄:분철:소다회 = 1:1:0.4~0.8:0.2~0.6). 생석회가 이보다 적으면 소다회에 의한 과도한 슬래그 유동성 억제 효과가 떨어진다. 생석회가 이보다 많으면 슬래그 점성이 높아져 노황이 악화된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소다회와 생석회를 합한 양이 분탄의 양(또는 분철의 양)과 동일할 수 있다. 소다회와 생석회는 회전로 내에서 황산납을 환원시키고 슬래그의 염기도를 조절하는 역할을 수행한다. 이에 소다회와 생석회를 본 발명에서 안정제로 참조할 수 있다. 즉, 분탄, 분철 및 안정제는 1:1:1의 혼합 비율로 첨가될 수 있다.

일례로, 혼합제가 납원재료 중량 기준 15wt% 첨가되는 경우, 분탄은 5wt%, 분철은 5wt%, 소다회와 생석회는 5wt%가 첨가될 수 있다.

본 발명자들은 소다회와 생석회가 슬래그의 유동성에 있어서 서로 상반되는 관계임을 발견하였다. 또한 유동성은 슬래그 내 중금속 함량과 관계됨을 알게 되었다. 소다회는 유동성을 높여 노황을 좋게 하지만(이는 회전로에서 수행되는 배치 조업의 효율을 최대화시키지만), 슬래그 내 중금속의 함량을 높이는 문제점을 야기한다. 여기에, 생석회 투입량의 일부분을 소석회로 대체하는 경우, 과도한 유동성을 억제하여 노황을 좋게 유지함과 동시에 슬래그 내 중금속 함량 또한 줄일 수 있게 된다.

추가적으로, 본 발명자들은 여기에 첨가제가 더욱 관계됨을 발견하였다. 이하 상술한다.

본 발명의 실시예에 따른 첨가제는 규소 공급원을 포함한다. 규소 공급원은 슬래그의 조성에 있어서 CaO/SiO2로 정의되는 염기도를 결정한다.

첨가제는 회전로에 상술한 납원재료 및 혼합제와 함께 장입된다.

회전로에 장입되는 첨가제 중량은 규소 공급원 호퍼(HSS, 도 3 참조)에 의해 계측된 투입량일 수 있다. 이를 위해 규소 공급원 호퍼에는 다른 호퍼들처럼 중량계가 마련될 수 있다. 또한 다른 호퍼들처럼 오버헤드 크레인을 통해 첨가제 뱅커(AB)에 담겨진 규소 공급원이 해당 호퍼에 채워질 수 있다.

호퍼 내에 규소 공급원의 채워지는 방식은 상술한 탄소, 철 및 칼슘 공급원들이 각각의 호퍼 내에 채워지는 방식과 대체로 동일하다.

다만, 규소 공급원은 상술한 혼합제와는 투입 위치를 달리한다. 오히려 규소 공급원은 납원재료와 투입 위치가 같다. 구체적으로, 납원재료가 투입되는 익스트랙터 컨베이어(EC, 도 3)로 규소 공급원도 투입된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 첨가제는 회전로에 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 0.5~1.5wt% 첨가된다.

일례로 너클 크레인에 의해 계측된 납원재료 투입량이 20톤(중량)인 경우, 규소 공급원 호퍼를 통해 투입되는 첨가제는 100kg~300kg 첨가될 수 있다.

상술한 첨가제의 첨가량은 규소 공급원이 회전로 내 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)가 0.67~6.00의 범위를 만족하도록 한다. 이 범위보다 CaO 성분이 많으면 슬래그 내에서 CaSiO4 결정이 석출되므로, 슬래그의 유동성이 지나치게 저하된다. 이 범위보다 SiO2 성분이 많으면 슬래그가 SiO2에 의해 포화되어 마찬가지로 슬래그의 유동성이 과도하게 저하된다. 따라서, 투입량을 조절하기 편리하도록, 납원재료 투입 위치와 인접한 첨가제 투입 위치를 갖는 것이 바람직하다. 납원재료 투입량은 혼합제 투입량 및 첨가제 투입량의 기준이 되므로, 조업 중 지속적으로 관리되고, 따라서, 그것과 인접한 위치는 투입량 조절에 유리하다.

규소 공급원은 예를 들어, 규사일 수 있다. 규석도 사용이 가능하지만, 본 발명에서는 반응성이 우수한 규사인 실시예를 중심으로 설명한다.

규사는 상술한 바와 같이 회전로 내에서 슬래그의 조성에 있어서 CaO/SiO2로 정의되는 염기도를 결정하는 주요한 역할을 수행한다. 또한, 규사는 슬래그의 융점을 낮추는 작용을 한다.

상술한 바와 같이 소다회와 생석회가 상호보완적으로 슬래그 내에서 탈황 작용을 수행하면서 슬래그의 염기도를 조절한다. 여기서, 규사가 첨가제로 첨가됨으로써, 소다회와 생석회의 탈황 작용에 영향을 주지 않으면서(즉, 납회수율을 떨어뜨리지 않으면서), 슬래그의 유동성을 낮추는 작용을 함으로써, 슬래그 내 중금속 저감 효과를 도출할 수 있도록 한다.

<실험예>

회전로에 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 혼합제를 다음과 같이 준비하였다.

비교예a: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 5wt%

실시예1: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 4wt%, 생석회 1wt%

실시예2: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 3wt%, 생석회 2wt%

실시예3: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 2wt%, 생석회 3wt%

실시예4: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 2wt%, 생석회 3wt%, 규사 0.5wt%

실시예5: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 2wt%, 생석회 3wt%, 규사 1.5wt%

실시예6: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 4wt%, 생석회 1wt%, 규사 2.0wt%

실시예7: 분탄 5wt%, 분철 5wt%, 소다회 4wt%, 돌로마이트 1wt%

분탄으로는 86% 이상의 탄소 함량 및 0.03% 이하의 황 함량을 갖는 것을 사용하였다. 분철로는 주물 분철로서 3% 이상의 탄소 함량을 갖는 것을 사용하였다. 소다회로는 중회로서 99.5% 이상의 Na2CO3 함량을 갖는 것을 사용하였다. 생석회로는 95% 이상의 CaO 함량을 갖는 것을 사용하였다. 규사로는 97% 이상의 SiO2 함량을 갖는 것을 사용하였다. 돌로마이트로는 산화칼슘과 산화마그네슘의 함량이 90% 이상인 것을 사용하였다. 이들의 입자의 굵기는 평균 2 mm의 것을 사용하였다.

위 실험예들을 동일한 조건에서 평가하기 위해, 실험예마다 시간 간격을 두고서 일자별로 수행하였다. 1일차에 비교예a, 2일차에 실시예1, 3일차에 실시예2, 4일차에 실시예3, 5일차에 실시예4, 6일차에 실시예5, 7일차에 실시예6, 그리고, 8일차에 실시예7을 각각 수행하였다. 또한, 슬래그 내 중금속 함량을 예측하기 위한 표본을 슬래그룸 내 동일한 위치에서 추출하였다.

회전로의 회전속도는 1회전당 2분, 회전로의 작업 온도는 1,000~1,200℃, 회전로의 개수는 3개, 용융 메탈 출탕량은 1회당 13톤(중량), 1일 출탕 횟수는 5회를 기준으로 하여 배치 조업을 수행하였다. 제1 브릿지로는 용융 메탈이 매회 출탕되고, 제2 브릿지로는 슬래그가 매회 빠져나온다. 이렇게 빠져나온 슬래그에 대해 중금속 검출량을 각 성분에 맞는 분석방법에 따라 분석하였다. 상세하게, Pb, As, Cd, Se에 대해서는 ICP-OES 분석법, Hg(total mercury)에 대해서는 CV-AAS 분석법, Cr⁺⁶(hexavalent chrome)에 대해서는 UV/VIS 분석법을 이용하였다.

아래 표 1은 실험예들에 대한 중금속 검출량을 보여준다. 값의 단위는 mg/l이다.

구분	비교예a	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
Pb	0.205	0.082	0.021	0.004	0.017	0.015	0.056	0.095
As	0.521	0.216	0.048	0.003	0.033	0.031	0.208	0.254
Hg	0.018	0.005	0.002	0.001	0.002	0.002	0.004	0.005
Cd	0.163	0.057	0.019	0.001	0.013	0.012	0.041	0.071
Cr+6	1.902	0.315	0.023	0.008	0.011	0.011	0.297	0.909
Se	0.446	0.124	0.019	0.001	0.015	0.012	0.106	0.288

아래 표 2는 실험예들에 대해 슬래그 배출량을 보여준다. 값은 회당 배출량이다. 슬래그 배출량이 일정 수준 이상을 유지해야만(즉, 슬래그가 회전로로부터 잘 빠져나와야만), 노황에 문제가 발생하지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 회전로 내부 공간(SP)에 슬래그(SLAG_V)가 오랜 조업 지속으로 인해 쌓이면 노황 악화 문제를 야기하므로, 슬래그 배출량을 일정 수준 이상으로 유지하는 것은 의미가 있다. 도면부호 TB는 내화벽돌을 가리킨다.

구분	슬래그 배출량 (톤, 중량)	CaO/SiO2 염기도
비교예a	12.4	-
실시예1	12.2	-
실시예2	11.5	-
실시예3	10.4	-
실시예4	12.3	6.00
실시예5	11.6	2.00
실시예6	10.9	0.50
실시예7	11.3	-

위 표 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 분탄 및 분철 외에 소다회만을 사용한 비교예a 대비, 소다회의 일부를 생석회로 대체한 실시예1 내지 실시예3에서 중금속 검출량이 낮게 나타난다. 그만큼 슬래그 내 중금속 함량이 낮음으로 인한 결과이다. 이는 지정폐기물이 아닌 일반폐기물로 처리할 수 있음으로써, 낮은 비용으로 폐기물 처리가 가능함을 의미한다. 안정제(소다회+생석회)의 비율을 소다회:생석회=4:1로 한 실시예1보다, 소다회:생석회=3:2로 한 실시예2에서 중금속 검출량이 더 낮게 나타난다. 또한, 소다회:생석회=3:2로 한 실시예2보다, 소다회:생석회=2:3으로 한 실시예3에서 중금속 검출량이 더 낮게 나타난다. 이는 생석회가 소다회에 의한 과도한 슬래그 유동성 증가를 억제하였기 때문인 것으로 생각된다.

다만, 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예2는 실시예1 대비, 상대적으로 슬래그 배출량이 다소 줄어든다. 이는 슬래그 유동성 저하로 인해 회전로 내에 슬래그가 찌꺼기 형태로 남아 있을 가능성을 높이는 원인이 된다. 실시예3은 실시예2보다 안정제의 비율에서 생석회를 더 많이 사용한 실험예로서, 표 2로부터 알 수 있듯이 슬래그 배출량이 더 줄었음을 확인할 수 있다. 따라서, 노황 문제 발생의 가능성을 줄이기 위해서는, 생석회는 소다회보다 상대적으로 적게 투입되는 것이 바람직하다. 즉, 소다회/생석회의 값이 2/3 보다 큰 것이 바람직하다.

실시예4 및 실시예5는 실시예3 대비, 규사를 첨가함으로써, 슬래그 배출량이 비교예a 수준으로 증가하였음을 보여준다. 즉, 생석회 첨가시 규사를 더욱 첨가함으로써, 슬래그 내 중금속 저감이 가능함과 동시에 슬래그 배출량도 일정 수준 이상으로 확보가 가능함을 알 수 있다.

이때, 실시예4보다 규사의 첨가량이 높은 실시예5는 실시예4대비 중금속 검출량 면에서는 우수하나, 슬래그 배출량은 다소 줄어드는 경향을 보인다. 실시예4는 CaO/SiO2 염기도가 6.00이고(3/0.5=6), 실시예5는 CaO/SiO2 염기도가 2.00으로서(3/1.5=2), CaO/SiO2 염기도가 낮을수록 슬래그 유동성이 낮아지기 때문인 것으로 생각된다.

실시예5보다 생석회에 대한 규사의 첨가 비율이 더 높은 실시예6은 실시예3만큼은 아니지만, 슬래그 배출량이 상당히 감소함으로써, 노황 악화 문제를 야기할 가능성을 높임을 예측할 수 있다. 이에, CaO/SiO2 염기도는 0.50 초과가 되도록 생석회와 규사의 첨가 비율을 조절하는 것이 바람직하다.

실시예7은 실시예1과 비교하여 생석회 대신에 돌로마이트를 사용한 실험예를 나타낸다. 중금속 검출량이 상대적으로 다소 높게 나타난다. 이는 돌로마이트가 회전로 내에서 탄산칼슘 + 산화마그네슘으로 변환된 이후 다시 한 번 탄산칼슘이 생석회로 변환되어야 하기 때문인 것으로 생각된다. 다만, 생석회 대신에 돌로마이트를 적용하여도 유의미한 중금속 검출량 저감 효과를 보임을 확인할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 슬래그 내 중금속 저감을 위한 친환경 납 회수 방법을 제공할 수 있다. 또한 노황을 지속적으로 양호하게 유지함으로써 배치 조업간 일일 출탕 횟수를 높여 공정 효율을 높일 수 있다. 이는 엄격한 대기 환경 기준을 충족시키는 회전로 제련 설비에 적합한 납 회수 방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

ST1 : 제1 탱크
PI1, BW1 : 제1 파이프, 제1 블로워
PI2, BW2 : 제2 파이프, 제2 블로워
ST2 : 제2 탱크
SG : 슬라이드 게이트
VA : 밸브
RE : 반응기
EC : 익스트랙터 컨베이어
STC1 : 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어
STC2 : 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어
HC : 탄소 공급원용 호퍼, 제1 호퍼
HF : 철 공급원용 호퍼, 제2 호퍼
HS : 나트륨 공급원용 호퍼, 제3 호퍼
HL : 칼슘 공급원용 호퍼, 제4 호퍼
HSS : 규소 공급원용 호퍼
IM : 인풋 머신
RF : 회전로
PB : 페이스트 뱅커
GB : 그리드 뱅커
SR : 슬래그룸
RB : 합성수지 뱅커
SB : 세퍼레이터 뱅커

Claims (7)

1. 엄격한 대기 환경 기준을 충족시키는 회전로 제련 설비를 통해 폐배터리로부터 납을 친환경적으로 회수하는 방법으로서,
   폐배터리로부터 페이스트 및 그리드를 포함하는 납원재료를 추출하기 위해 전처리하는 단계; 및
   상기 납원재료에 혼합제를 첨가하고 회전로에 장입하여 제련하는 단계;를 포함하되,
   상기 혼합제는 탄소 공급원, 철 공급원, 나트륨 공급원 및 칼슘 공급원을 포함하고, 상기 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 10~20wt% 첨가되며,
   상기 혼합제의 탄소 공급원, 철 공급원, 나트륨 공급원 및 칼슘 공급원은 1:1:0.4~0.8:0.2~0.6의 혼합 비율로 첨가되되,
   상기 칼슘 공급원은 상기 나트륨 공급원보다 상대적으로 적게 투입되는 것으로서 나트륨 공급원/칼슘 공급원의 값이 2/3 보다 크도록 첨가되며,
   페이스트 뱅커 및 그리드 뱅커에 담겨진 상기 납원재료는 너클 크레인을 통해 계량되어 기설정된 중량만큼 덜어져 익스트랙터 컨베이어로 투입되고, 상기 납원재료는 상기 익스트랙터 컨베이어로부터 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어와 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 통해 인풋 머신으로 투입되며, 이어서, 상기 회전로로 장입되고,
   상기 혼합제는 상기 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어로 투입됨으로써, 상기 납원재료와 함께 상기 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 지나 상기 인풋 머신으로 투입 및 상기 회전로로 장입되는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제련하는 단계 이전에,
   상기 납원재료에 첨가제를 첨가하는 단계;를 더 포함하며,
   상기 첨가제는 규소 공급원을 포함하고,
   상기 규소 공급원은 상기 장입되는 납원재료 중량을 기준으로 0.5 내지 1.5 wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 규소 공급원은 상기 회전로 내 생성되는 슬래그의 CaO/SiO2 염기도가 0.67~6.00의 범위를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 탄소 공급원은 분탄 또는 코크스이고, 상기 철 공급원은 분철 또는 괴철이고, 상기 나트륨 공급원은 소다회이며, 상기 칼슘 공급원은 생석회 또는 돌로마이트인 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전처리하는 단계는 전처리 설비에 의해 진행되고,
   상기 제련하는 단계는 제련 설비에 의해 진행되되,
   상기 전처리 설비는,
   외부로부터 소다회를 공급받아 저장하는 제1 탱크; 및
   상기 제1 탱크로부터 제1 파이프 및 블로워를 통해 상기 소다회를 공급받아 상기 페이스트를 중화시키는 반응기;를 포함하고,
   상기 제련 설비는,
   상기 제1 탱크로부터 제2 파이프 및 블로워를 통해 상기 소다회를 공급받아 저장 및 상기 나트륨 공급원으로 사용되도록 공급하는 제2 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제련 설비는,
   상기 탄소 공급원을 저장하는 제1 호퍼;
   상기 철 공급원을 저장하는 제2 호퍼;
   상기 나트륨 공급원을 저장하는 제3 호퍼; 및
   상기 칼슘 공급원을 저장하는 제4 호퍼;를 더 포함하되,
   상기 제3 호퍼는 상기 제2 탱크에 구비된 슬라이드 게이트 및 밸브를 통해 상기 나트륨 공급원을 상기 제2 탱크로부터 자동으로 공급받는 방식이고, 나머지 호퍼들은 상기 혼합제의 혼합 비율에 맞게 오버헤드 크레인을 통해 계량되어 수동으로 공급받는 방식인 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제3항에 있어서,
   페이스트 뱅커 및 그리드 뱅커에 담겨진 상기 납원재료는 너클 크레인을 통해 계량되어 기설정된 중량만큼 덜어져 익스트랙터 컨베이어로 투입되고, 상기 납원재료는 상기 익스트랙터 컨베이어로부터 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어와 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 통해 인풋 머신으로 투입되고, 이어서, 상기 회전로로 장입되며,
   상기 혼합제는 상기 제1 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어로 투입됨으로써, 상기 납원재료와 함께 상기 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어를 지나 상기 인풋 머신으로 투입 및 상기 회전로로 장입되되,
   상기 첨가제는 상기 익스트랙터 컨베이어로 투입됨으로써, 상기 납원재료와 함께 상기 제1 및 제2 스크레이퍼 트랜스퍼 컨베이어들을 통해 인풋 머신으로 투입 및 상기 회전로로 장입되는 것을 특징으로 하는, 방법.

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