KR20050118311A - 야금 공정에서 생성되는 폐기물의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 야금산업에서 생성되는 세립질 (fine-grained) 물질의 세척 결과와 여과성 (filterability) 을 향상시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 몇몇의 다른 세립질 고형물이 여과 전에 제 1 폐석출물에 첨가되는데, 이 고형물 또한 공정에서 제거되어야 하고, 제 1 폐석출물과 동일한 조건하에서 안정적으로 유지된다.

Description

야금 공정에서 생성되는 폐기물의 처리 방법{METHOD FOR HANDLING WASTE MATERIAL GENERATED IN A METALLURGICAL PROCESS}

본 발명은 야금산업에서 생성되는 세립질 (fine-grained) 물질의 세척 결과와 여과성 (filterability) 을 향상시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 몇몇의 다른 세립질 고형물이 여과 전에 제 1 폐석출물에 첨가되는데, 이 고형물은 또한 공정에서 제거되어야 하고, 제 1 폐석출물과 동일한 조건하에서 안정적으로 유지된다.

무엇보다도 폐기물 양을 적게 유지하기 위해서는, 페기물로 처리될 잘 용해되지 않는 석출물로부터 액체를 가능한 한 잘 제거하여야 한다. 고형물 내에 존재하는 액체는 유용한 물질을 포함할 수 있고, 이것의 회수는 경제적으로 합당하다. 또한, 액체 내에 잔류하는 환경에 유해한 물질의 함량과 양을 가능한 한 적게 하는 것이 특히 중요하다. 이러한 유해 물질은 폐기 지역으로 운반되거나 또는 대부분의 경우에는 값비싼 처리 공정으로 별도로 불용성으로 만들어져야 한다. 특히, 세립질 슬러리가 관련된 경우, 이러한 슬러리의 여과성은 종종 약하다. 여과성은 일반적으로 예컨대 응집체를 이용하여 향상되며, 이 응집체는 보통 유기 화합물이다. 세립질 재료의 여과성을 향상시키는 한 방법은, 예컨대 규조토 또는 규조토의 몇몇 화합물로 이루어진 층을 먼저 석출 드럼 또는 벨트의 표면상에 석출시키는 것이다. 그러한 방법은 예컨대 미국특허 제 5,223,153 호에 개시되어 있는데, 여기서는 수산화철이 규산칼슘 첨가제에 의해 물로부터 제거된다. 규산칼슘은 여과 후 적어도 부분적으로 회수된다.

야금산업에서 생성되는 폐기물이 관련된 경우, 여과 후 회수되어야 하는 여과 첨가제를 사용하는 것은 무의미하다.

본 발명에 의하면, 야금산업에서 생성되는 제 1 세립질 폐기물의 여과성은 제 1 폐기물과 동일한 조건에서 안정적으로 유지되는 적어도 1종의 다른 세립질 폐기물을 여과 단계 전에 제 1 폐기물에 혼합함으로써 향상될 수 있다. 제 2 폐기물의 입자 크기는 제 1 폐기물의 입자 크기보다 크고, 그리고/또는 폐기물의 입자 형상이 서로 명백히 상이하며, 그리고/또는 폐기물들이 반대 부호의 표면 차지를 갖는 것이 바람직하다.

큰 입자 크기를 갖는 폐기물의 양이 작은 입자 크기를 갖는 폐기물의 양의 5 - 50 % 인 것이 본 발명에 유리하다.

본 발명의 본질적인 특징은 첨부된 청구범위에서 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 방법은 예컨대 아연의 습식제련 제조 동안 생성되어 공정에서 제거되어야 하는 석출물의 처리에 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 제 1 폐기물은 철 석출물을 가리키며, 제 2 폐기물은 석고 (gypsum) 석출물을 가리킨다. 그러나, 본 발명은 아연의 제조에 국한되지 않으며, 본 방법은 다른 폐기물이 동일한 조건하에서 안정적이라면 그 다른 폐기물을 결합하여 여과성 및 세척 결과를 향상시키고자 할 때에도 또한 사용될 수 있다. 따라서, 본 방법은 예컨대 금속 수산화물의 석출물 및 석고 석출물의 여과뿐만 아니라, 야금산업에서 생성되며 입자 크기와 형상이 상이하고 그리고/또는 극성기 (polar groups) 를 포함하는 다른 석출물의 여과에도 사용될 수 있다.

황화아연 정광은 상당한 양의 철을 포함하고, 이 철은 침철광, 자로사이트 또는 헤마타이트로서 공정에서 제거된다. 이 공정은 정광 또는 생석회로부터 아연을 침출하는 단계 및 철을 원하는 형태로 석출시키는 단계를 포함한다. 아연 황산염 용액은 용액 정화 단계를 거친 다음 아연의 전해 회수 단계로 보내진다. 고형물의 이동과 관련하여, 상기 공정의 최종 단계는 철의 석출이고, 이때 고형물 내에 철을 포함하는 슬러리와 아연 황산염을 포함하는 용액이 운송되어 여과된다.

특히, 자로사이트 석출물은 자로사이트 등급에 따라 5 - 25 ㎛ 의 입자크기를 갖는 극세립질이고, 여과성 그리고 특히 세척 결과가 불량하다. 자로사이트 석출물은 구형 결정으로 이루어져 있다. 석출물이 습한 상태로 유지되면, 아연, 카드뮴, 철과 같은 수용성 금속과 황산이 석출물 내의 수분에 잔류하게 된다. 공정 생산성의 이유로 아연의 양을 가능한 한 많이 감소시키는 것이 바람직하고, 폐기물 중 카드뮴은 유해한 물질이고, 또한 폐기물이 폐기 지역에 퇴적되기 전에 철은 석출되어야 하며 산은 중화되어야 한다. 석출물은 여과되는 동안 물로 세척되지만, 그럼에도 불구하고 일반적으로 소량의 금속이 석출물 내에 잔류한다. 그러나, 석출물이 저장 지역으로 보내지기 전에, 석출물 내에 남겨진 금속 잔류물은 처리되어 불용성으로 되는 것이 명백하다. 첨가제, 예들 들어 수산화나트륨과 같은 수산화물이 수용성 금속의 중화에 사용되고, 그 후 상기 금속은 황화물 화합물과 함께 불용성 황화물 화합물로 석출된다. 중화 첨가제의 가격이 철 석출물 폐기물의 처리 비용의 상당한 부분을 차지하므로, 철 석출물의 여과성과 세척 결과가 향상되면, 가용성 금속의 중화와 황화 (sulphidation) 의 비용이 현저히 낮아진다.

철 석출물, 특히 자로사이트 석출물의 여과성은, 석출물로부터 황 정광을 분리하기 위해 석출물을 부상시키면, 약간 증가한다. 철 석출물로부터 황 정광을 분리하면, 황과 철의 가능한 반응의 결과로서 저장하는 동안 철 석출물에 원치않는 변화가 발생하는 일이 없게 된다. 그러므로, 황 정광은 철 석출물과 동일한 조건에서 안정적으로 유지될 필요가 없다.

전기분해를 거치는 황산아연 용액 내에는 일반적으로 마그네슘이 또한 존재한다. 마그네슘은 아연함유 원료의 침출 또는 용액 정화에 문제를 일으키지 않는다. 그러나, 전기분해시에, 마그네슘은 에너지 소모를 크게 증가시키고, 용액의 아연 함량을 낮추어, 용액 순환을 증가시키고 용액 정화시에 증기 소모를 증가시킨다. 최적의 Mg 양을 얻기 위해서, 철 석출물 필터로부터 일부 여과액을 마그네슘 제거 단계로 보내어 Mg 양을 조절한다.

Mg 제거는, 예컨대 칼슘 수산화물이 중화제로서 사용되는 경우, 금속 수산화물의 석출에 기초한다. 원리는 철 석출물 여과액을 사이드흐름 (side-stream) 에 병합시키고, 이 용액에 포함되어 있는 유리 황산을 중화시키며, 마그네슘을 제외한 용액 내의 대부분의 금속을 석고-수산화물 석출물로서 석출시키는 것이다. Mg함유 용액을 먼저 물 처리 단계에 보내고 다음에 아연 공정에서 용액을 제거함으로써, 순환으로부터의 마그네슘 제거가 이루어진다. 석고-수산화물 석물물의 금속 수산화물은 복귀 산 (return acid) 으로 침출되고, 이 산은 아연 원료 침출로 보내지며, 침출 잔류물로 생성된 석고 침출물은 폐석출물이다. 석고 석출물의 평균 입자 크기는 철 석출물의 입자크기보다 2 배 이상 크고, 생성된 결정은 침상 (needle-shaped) 이다. 석고 석출물은 아연 제조시 생성된 철 석출물 (침철광, 자로사이트 또는 헤마타이트) 과 동일한 조건하에서 안정적으로 유지된다.

조대한 입자 크기의 석고함유 폐기물을 여과 전에 철함유 폐기물과 혼합하면, 혼합된 석출물의 여과성이 혼합 전 철 석출물의 여과성에 비해 현저히 향상됨이 밝혀졌다. 석고 석출물의 침상 결정이 철 석출물을 더욱 다공성 (porous) 으로 만들기 때문에, 여과성이 향상되는 것으로 보인다. 또한, 여과성이 향상되면, 철 석출물 내의 금속함유 용액이 여과와 관련하여 실시되는 세척시에 전보다 더 양호하게 씻겨지게 되고, 석출물에 잔류하는 습분은 주로 물이 된다. 이는 첨가제에 의해서도 달성될 수 있으나, 어떤 경우에도 첨가제로 인해 전반적인 처리 비용이 상승하게 된다. 석고 석출물의 바람직한 양은 철 석출물의 10 - 30 % 이다.

다음의 실시예로써 본 발명을 더 상세히 설명한다.

상이한 입자 크기를 갖는 2종의 석출물을 함께 혼합하는 본 발명에 따른 상기 방법을 채용하는 경우, 상업적 규모의 아연 제조 시설로부터 자로사이트 석출물의 여과성이 어떻게 변화하는지에 대해 연구하였다. 우연변동 (chance variation) 의 의미를 최소화하기 위해서, 연구 기간을 6 개월로 선택하였다.

처음 3 개월 동안에는, 자로사이트 석출물의 여과는 수개의 벨트 필터를 사용하는 종래의 방식으로 실시하였다. 자로사이트의 입자 크기는 약 3 ㎛ 이었다. 석고 석출물을 개별적으로 여과하거나, 또는 단지 소량만 존재하는 경우에는, 석출물을 불규칙하게 한 필터의 피드 탱크에 또는 하나의 벨트 필터상에 직접 첨가하였다.

다음 3 개월 동안에는, 석고 석출물을 자로사이트 석출물에 첨가하여, 벨트 필터에 공급하기 전에 석출물들을 혼합하였다. 따라서, 각각의 필터는 석고 석출물을 균일하게 수용하였다. 필터의 개수는 처음 단계와 동일하게 유지하였다. 첨가된 석고 석출물의 양은 자로사이트 석출물의 약 10 - 25 % 이었다. 석고 석출물의 입자 크기는 약 15 ㎛ 이었다. 여과 후, 수산화나트륨을 사용하여 수용성 금속 석출물을 중화하였고, 황화 (sulphidation) 에 의해 불용성 화합물로 만들었다. 최종 3 개월의 기간 동안, NaOH 소모가 이전 양의 절반에 못 미칠 정도로 떨어짐이 발견되었다. 연구 기간 동안, 처리 조건에 있어서 또는 여과 대상 석출물의 양에 있어서 다른 큰 변화는 발생하지 않았다.

Claims (13)

1. 야금산업에서 생성되는 제 1 세립질 폐기물의 여과성을 향상시키는 방법에 있어서, 적어도 1종의 다른 세립질 폐기물이 제 1 폐기물에 여과 전에 첨가되고, 첨가되는 폐기물은 제 1 폐기물의 입자 크기보다 큰 입자크기를 갖고, 그리고/또는 입자 형상이 제 1 폐기물의 입자 형상과 명백히 상이하며, 그리고/또는 표면차지가 제 1 폐기물과 반대 부호이며, 상기 폐기물들은 동일한 조건에서 안정적으로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 폐기물은 아연의 제조시 생성되는 철 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 폐기물은 자로사이트 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 폐기물은 침철광 (goethite) 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 폐기물은 헤마타이트 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 폐기물은 석고 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가되는 제 2 폐기물의 양이 제 1 폐기물 양의 5 - 50 % 인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가되는 제 2 폐기물의 양이 제 1 폐기물 양의 10 - 30 % 인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 폐기물의 입자 크기가 30 ㎛ 보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 또는 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가되는 제 2 폐기물의 입자 크기가 제 1 폐기물의 입자크기보다 2 배 이상 큰 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 폐기물은 수산화물 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 폐기물은 석고 석출물인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 한 폐기물의 입자 형상은 구형이고, 다른 폐기물의 입자 형상은 침상인 것을 특징으로 하는 방법.