KR20010098080A

KR20010098080A - 전기로 다스트로부터 아연 성분만을 선택적으로 회수하는방법

Info

Publication number: KR20010098080A
Application number: KR1020000022720A
Authority: KR
Inventors: 김수태
Original assignee: 김수태
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-08

Abstract

전기로 다스트에 소량의 황산동 또는 염화동을 첨가하고, 70∼95℃에서 황산 또는 염산과 같은 강산을 작용시켜 철성분이 함유되지 않은 황산아연 또는 염화아연을 회수하는 방법을 개시한다. 또한, 본 발명의 방법은 산소(공기)를 주입하면서 반응시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 촉매로서 황산동이나 염화동을 전기로 다스트중의 아연함량에 대해 약 1/15∼1/20 (동으로 환산)을 첨가하여 반응시킴으로서 다스트중의 철성분이 반응하지 않고, 아연성분만을 반응시켜 황산아연 또는 염화아연을 고순도, 고수율로 얻을 수 있으며, 또한, 본 발명의 반응은 매우 용이하고도 경제적으로 수행할 수 있는 유용한 발명이다.

Description

전기로 다스트로부터 아연 성분만을 선택적으로 회수하는 방법{PROCESS FOR RECOVERING SELECTIVELY ZINC COMPONENT FROM THE ELECTRIC FURNACE DUST}

본 발명은 전기로 다스트로부터 아연 성분만을 고순도로 회수하는 방법에 관한 것이다. 더 상세히는 전기로 다스트에 황산이나 염산을 반응시켜 황산아연 또는 염화아연을 제조할 때, 전기로 다스트 중에 함유되어 있는 철성분은 반응 생성물로 석출되지 않고, 아연성분만을 회수하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 얻고자 하는 최종 생성물인 황산아연이나, 염화아연은 안료, 비료, 사료의 미량 무기 영양원 등으로 널리 사용되고 있으나, 비료로서 사용하는 경우 황산아연의 철분 허용치는 0.2%이하이고, 염화아연의 철분 허용치는 0.02%이하이다.

그리하여 황산아연이나, 염화아연은 아연 금속을 이용하여 직접 황산이나 염산과 반응시켜 제조하여 왔다.

그러나, 아연 금속은 고가이어서, 상기와 같은 화합물을 제조하는 것은 경제적으로 큰 이점이 없으므로, 금속아연을 사용하여 이들을 제조하는 방법은 그다지 널리 사용되지 않고 있다.

그리하여 폐기물을 사용하여 폐기물 중에 함유되어 있는 아연을 회수함으로서 환경을 보호하고, 경제적으로도 유리하므로 폐기물에 대한 연구가 계속되고 있다. 이러한 폐기물 중에 현재, 다량 발생되는 전기로 다스트 또는 아연재 등을 사용하는 것이 유리하나, 이러한 폐기물을 사용하여 제조하는 것은 여러 가지 제약이 따른다.

종래, 전기로 다스트는 그대로 사용할 수 없어서 이를 특수 산업폐기업자를 통하여 폐기하거나 또는 아스팔트 몰타르에 혼합하여 사용하여 왔으나, 침출수에서 발생하는 각종 중금속 때문에 토양을 황폐화시키고, 또한 이렇게 침출된 중금속이 함유된 용액이 건조되면 미세 분말이 비산하여 인체에 악영향을 미치기 때문에 사회적 문제로 대두되고 있다.

전기로 다스트는 폐차 등의 고철을 1800℃의 고온 전기로내에서 아연의 증발로 인하여 발생하거나 또는 폐차에 다량 발생하는 것으로 그의 구성성분은 고철의 종류, 처리 회사에 따라 다르나, 강원산업에서 발생하는 전기로 다스트의 경우, 분석한 결과, 대개 하기의 구성을 가지고 있음을 알았다.

철분(Fe) : 20∼35%, 아연(Zn) : 20-35%, Al₂O₃: 5∼8%,

SiO₂: 5∼10%, NaCl: 2∼6%, Pb: 0.1∼0.01%, Cu: 0.1∼0.2%,

Mg: 0.3∼0.4%

본 발명자는 이러한 문제를 해결하기 위하여 전기로 다스트나 아연재로부터 아연을 회수하는 방법에 관하여 수많은 특허를 출원한 바 있다(참고: 특허출원 제98-12296호, 동제98-15857호 등). 그러나, 이러한 발명은 전기로 다스트를 처리하여 고가의 금속 아연 또는 아연화합물을 제조할 수 있으나, 이러한 아연 화합물의 제조시, 전기로 다스트 중에는 철성분이 아연성분과 비슷한 양으로 함유되어 있으므로, 과량의 황산이나 염산을 사용하여 전기로 다스트와 반응시키면, 다스트 중의 아연뿐만 아니라 철성분도 함께 반응하여 생성되고, 또한, 다스트를 분석하여 다스트중의 아연함량의 당량비로 황산이나 염산으로 반응시키면, 아연성분이 산과 반응하여 황산아연이나, 염화아연을 얻게 되나, 다스트중의 아연성분과 철성분이 독립적으로 존재하지 않고, 징크페라이트의 형태(Fe₂O₃??ZnO)로 존재하기 때문에 강산과의 반응에서도 반응시간이 지나치게 길고, 또한 얻어진 아연화합물중에 철성분이 약 4∼5% 함유하므로, 이를 아연금속이나 산화아연을 사용하여 탈철처리하지 않으면 순수한 아연화합물을 얻을 수 없고, 또한, 탈철처리하기 위하여는 탈철비용이 많이 들기 때문에 최종 화합물인 황산아연 또는 염화아연 등의 아연 화합물의 제조방법은 경쟁력을 상실하게 된다. 특히, 본 발명자의 특허출원 제1998-39927호에서는 전기로 다스트에 환원제를 혼합하고, 여기에 황산을 가하여 황산아연과 황산제1철을 얻고, 이를 분리한 후, 황산아연중에 소량 함유된 황산제1철을 제거하여 황산아연을 제조하는 방법을 개시한 바 있다. 이러한 방법은 시설비가 많이 들고, 또한 황산제1철의 여과, 분리공정 및 탈철에 따른 비용 때문에 공정이 복잡하고, 코스트가 높아 아직까지 플랜트화하지 못하고 있다.

본 발명자는 전기로 다스트를 염산 또는 황산과 같은 강산과 반응시켜 염화아연 또는 황산아연을 회수함에 있어서, 철성분이 황산철이나 염화철으로 전환되는 것을 억제하고, 아연염만을 선택적으로 회수하기 위하여 예의 연구한 결과, 황산동 또는 염화동을 소량 가하여 반응시켜 본 결과, 황산동 또는 염화동의 촉매 작용에 의하여 황산철 또는 염화철의 형성이 억제되고, 황산아연 또는 염화아연만을 효율적으로 회수할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명의 목적은 전기로 다스트를 강산과 반응시킬 때 소량의 동염을 가하여 반응시킴으로서 아연화합물만을 선택적으로 회수하는 방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

전기로 다스트의 황산처리시에 일반적으로 다스트의 성분 즉, 철 30%, 아연 30%인 경우에 황산철, 황산아연의 성분비가 비슷한 수준으로 생성된다. 즉, 황산철, 황산아연의 용액 비중이 비슷하기 때문에 황산아연을 제품으로 하는 경우에는 철성분을 완전히 제거하고, 여과하여 고순도의 황산아연을 유도하여 결정화하는 과정에서 탈철비용이 많이 들기 때문에 황산아연의 제조공정중, 원가비중 때문에 경쟁력이 없다. 이러한 것은 황산염, 염산염 모두 동일하다. 이와 같이, 다스트중의 철성분과 아연성분이 강산과 반응할 때, 철성분과 아연성분이 동시 용해되는 것을 억제하여 아연만 선택적으로 용해하여 반응시키기 위하여, 다스트 중의 아연량의 당량비로 강산을 계산하여 주입하고, 80∼90℃에서 가열 교반하면서 황산동 5수염 또는 염화제2동을 아연 함량의 1/25∼1/15(동으로 환산한 동의 양) 정도 투입하여반응시킨다. 반응시간은 일반적으로 3∼5시간이며, 반응시에 공기나 산소를 소량씩 주입하는 산화적 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 투입되는 황산의 양을 다스트중에 함유된 아연의 당량비로 가하고, 또한, 황산동이나 염화동을 소량 가하여 반응시킴으로서 일차적으로 철성분보다 아연성분이 우선적으로 강산과 반응하며, 이 때 따라오는 철성분은 황산동이나 염화동이 차단하여 황산아연이나 염화아연을 고순도, 고수율로 얻어지게 된다.

본 발명에서 사용되는 황산동 또는 염화동의 작용에 대해서는 그의 메카니즘을 확실히 알 수 없다. 본 발명자의 생각으로는 황산동 또는 염화동이 촉매역할을 하는 것과; 다른 하나는 산화철과 산화아연이 황산동 또는 염화동의 존재하에서는 서로 경쟁반응을 일으켜 이온화 경향이 약간 큰 산화아연만이 반응하는 것이다. 즉, 산화아연과 산화철 등의 아연 성분과 철성분이 공존하는 원료에 황산이나 염산과 같은 강산을 가하는 경우, 황산아연 및 황산철이 생성되는 것은 전술한 본 발명자의 선특허출원에서도 확인되었다. 그러나, 상기와 같이 아연 성분과 철성분이 공존하는 원료물질에 소량의 황산동이나 염화동을 가하고 강산으로 반응시키면, 산화철과 같은 철성분이 강산과의 반응이 억제되는 이유를 확실히 규명하지는 못하였으나, 결과는 아연 성분과 철성분이 공존하는 경우에 황산동이나 염화동과 같은 동염을 소량 첨가하면, 아연성분만이 반응하여 황산아연이나 염화아연으로 전환되어 이들을 고순도로 용이하게 분리 회수할 수 있다. 그러나, 상기의 메카니즘에 대해서는 학계에서 연구할 부분으로 생각되며, 산업계가 이러한 메카니즘까지 규명해야 할 것은 아니다. (다만 본원 명세서에서는 편의상 촉매작용으로 기재한다.)

본 발명에서 사용하는 황산동 또는 염화동의 함량은 원료중에 함유된 아연함량에 대하여 약 1/25∼1/15(동으로 환산) 정도면 충분하다. 만일 이 양보다 적으면 촉매(경쟁반응)로서 충분히 작용하지 못하여 회수된 황산아연 및 염화아연중에 철성분이 함께 함유되므로 최종 화합물을 탈철처리하여야 할 필요가 있고, 또한 상기 범위의 양보다 많으면, 반응속도 및 진행율은 크게 증가하나, 황산동, 염화동을 회수하는 비용이 추가로 소요된다.

다만, 본 발명을 반응시에 공기나 산소를 주입하는 산화적 분위기에서 수행하는 경우에는 철성분이 산화되어 산화철로 되어 침강되므로, 상기 반응에서 황산동 또는 염화동의 함량을 감량, 예를 들면 약 1/3정도로 감량하여도 거의 같은 수율과 순도로 얻을 수 있다.

본 발명의 방법에 의하면 최종 제품중의 철분 함유량은 0.05∼0.1%이하로 얻을 수 있으므로 별도의 탈철처리를 할 필요가 없다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

2 리터 용량의 비커에 전기로 다스트 240 g(아연 함량 33%), 농황산 144 g, 물 400 g 황산동 5수염 15.7g을 가하고, 85∼95℃를 유지하면서 3시간 가열 교반하였다. 반응중, 물을 보충하면서 반응을 완료한 후, 황산아연을 함유하는 농도 36보메의 용액 600cc를 얻었다. 이를 여과하여 고형물을 제거하고, 여액을 농축하여 황산아연 7수염 318g(98%)을 얻었다. 이를 분석하여 본 결과, 황산아연중의 철분은0.02%이었다.

실시예 2

2 리터 용량의 비커에 전기로 다스트 240 g(아연 함량 33%), 35% 염산 염산 242 g, 물 200 g 염화동 12g을 가하고, 70∼95℃를 유지하면서 2.5시간 가열 교반하였다. 반응중, 증발되는 물을 보충하면서 반응을 완료한 후, 염화아연을 함유하는 농도 36보메의 용액 500cc를 얻었다. 이를 여과하여 고형물을 제거하고, 여액을 농축하여 염화아연 165g(98.8%)을 얻었다. 이를 분석하여 본 결과, 염화아연중의 철분은 0.03%이었다.

실시예 3

실시예 1에서 황산동의 투입량을 5.23g으로 하는 것을 제외하고는 동일한 조건으로 하며, 비이커내로 콤프레셔를 사용하여 서서히 공기를 주입하면서 3시간 동안 반응시켰다. 이후, 실시예 1과 동일하게 처리하여 얻어진 황산아연을 분석한 결과, 황산아연 7수염 320g(98.2%)을 얻었다. 이를 분석하여 본 결과, 황산아연중의 철분은 50ppm이었다.

실시예 4

실시예 2에서 염화동의 투입량을 4g으로 하는 것을 제외하고는 동일한 조건으로 하며, 비이커내로 콤프레셔를 사용하여 서서히 공기를 주입하면서 3시간 동안 반응시켰다. 이후, 실시예 1과 동일하게 처리하여 얻어진 염화아연을 분석한 결과, 염화아연 160g(98.2%)을 얻었다. 이를 분석하여 본 결과, 염화아연중의 철분은 42ppm이었다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전기로 다스트를 황산이나 염산과 같은 강산과 반응시킬 때, 촉매로서 황산동이나 염화동을 전기로 다스트중의 아연함량에 대해 약 1/15∼1/20 (동으로 환산)을 첨가하여 반응시킴으로서 다스트중의 철성분이 반응하지 않고, 아연성분만을 반응시켜 황산아연 또는 염화아연을 고순도, 고수율로 얻을 수 있으며, 또한, 본 발명의 반응은 매우 용이하고도 경제적으로 수행할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims

전기로 다스트에 소량의 황산동 또는 염화동을 첨가하고, 강산을 전기로 다스트중의 아연성분에 대하여 당량비로 첨가하여 작용시킴을 특징으로 하여 아연 화합물을 회수하는 방법.
제 1항에 있어서, 반응온도가 70∼95℃인 것을 특징으로 하는 아연 화합물을 회수하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 강산이 황산 또는 염산이고, 아연화합물이 황산아연 또는 염화아연임을 특징으로 하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 황산동 또는 염화동의 양이 전기로 다스트 중의 아연 함량에 대해 1/15∼1/25(동으로 환산한 양)임을 특징으로 하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 반응을 공기를 주입하면서 수행함을 특징으로 하는 방법.
제 5항에 있어서, 황산동 또는 염화동의 양이 전기로 다스트 중의 아연 함량에 대해 1/45∼1/75(동으로 환산한 양)임을 특징으로 하는 방법.