KR20130109741A

KR20130109741A - 전기로 제강분진의 처리방법

Info

Publication number: KR20130109741A
Application number: KR20120031733A
Authority: KR
Inventors: 윤재홍; 하성식
Original assignee: 한국알엔엠 주식회사
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR101394521B1

Abstract

본 발명은 전기로 제강분진의 환원소성 공정을 진행하는 단계; 상기 환원소성 공정을 진행하여 아연과 철을 분리회수하는 단계; 상기 분리회수된 아연성분을 조산화아연으로 포집하는 단계; 상기 조산화아연의 산화배소 조업을 진행하는 단계; 상기 산화배소 조업을 진행하여 정제된 산화아연을 얻고, 상기 산화배소 조업으로부터 발생되는 배가스로부터, Pb와 Zn을 포함하는 더스트 형태의 분말을 포집하는 단계; 상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하는 단계; 및 상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응을 진행하는 단계를 포함하는 전기로 제강분진의 처리방법에 관한 것으로, 전기로 제강분진을 처리함에 있어서, 전기로 제강분진에 함유되어 있는 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있고, 추가적인 2차 폐기물의 발생이 전혀 없이 친환경적인 처리 효과를 얻을 수 있다.

Description

전기로 제강분진의 처리방법{A Treatment method of Electric arc furnace Dust}

본 발명은 환원공정 및 산화공정을 통한 전기로 제강분진의 처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전기로 제강분진에서 유가자원인 아연, 납, 철 등을 분리회수함으로써 폐기되는 자원을 재활용하고, 추가적인 2차 폐기물 발생이 전혀 없어 환경오염을 저감시킬 수 있는 전기로 제강분진의 처리방법에 관한 것이다.

전기로 제강분진(EAFD(Electric Arc Furnace Dust))은 고철 스크랩을 주원료로 하는 전기로의 용해과정에서 발생하는 비산먼지나 가스상이 냉각과정을 거치면서 포집된 미립자상의 분말을 말한다.

일반적으로 고철을 원료로 철강을 생산하는 전기로 제강법에서, 용융공정 중에 발생하는 전기로 제강분진은 투입하는 고철량 대비 대략 1 ~ 2 중량% 정도이며, 이러한 전기로 제강분진 중에는 납, 아연, 철 등과 같은 유가금속이 다량 함유되어 있다.

회수대상인 유가금속의 함량은 전기로 제강회사와 제강원료인 고철의 품위에 따라 달라지지만, 대략적으로 납이 1 ~ 7중량%, 아연이 1 ~ 35중량%이며, 철은 10 ~ 40중량% 정도 함유되어 있다.

또한, 전기로 제강분진 중에는 상기 유가금속 이외에 카드뮴, 수은, 크롬 등과 같은 유해 중금속이 폐기물 관리법상의 허용기준치를 초과하고 있어 지정폐기물로 분류된다.

한편, 국내 전기로 제강분진의 발생량은 현재 약 4000천톤/년이며, 원가절감과 자원보존 측면에서 뿐만 아니라, 환경보호 측면에서 전 세계적으로 철광석 대신 고철을 원료로 강을 생산하는 경향이 증대되고 있으므로 전기로 제강분진 발생량도 매년 증가 추세이다.

하지만, 지금까지 전기로 제강분진의 친환경적 처리와 재자원화와 관련된 수많은 연구가 이루어졌으나, 모두 Lab-scale의 단순한 실험장치에 그치지 못하여 대규모로 전기로 분진의 처리와 재자원화가 가능한 설비구성이 현재 전무하며 상업화된 기술력 또한 갖추지 못한 실정이다.

그 결과, 현재 국내 발생 전기로 분진의 60% 정도가 단순 매립되고 있어, 다량의 유가금속이 폐기됨에 따른 자원 손실의 문제와 유해중금속의 지하수 유출우려의 환경문제가 동시에 제기되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기로 제강분진에 함유되어 있는 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있고, 추가적인 2차 폐기물의 발생이 전혀 없는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 전기로 제강분진의 환원소성 공정을 진행하는 단계; 상기 환원소성 공정을 진행하여 아연과 철을 분리회수하는 단계; 상기 분리회수된 아연성분을 조산화아연으로 포집하는 단계; 상기 조산화아연의 산화배소 조업을 진행하는 단계; 상기 산화배소 조업을 진행하여 정제된 산화아연을 얻고, 상기 산화배소 조업으로부터 발생되는 배가스로부터, Pb와 Zn을 포함하는 더스트 형태의 분말을 포집하는 단계; 상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하는 단계; 및 상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응을 진행하는 단계를 포함하는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 환원소성 공정에서 전기로 제강분진 내 포함되어 있던 아연(Zn) 및 납(Pb) 성분은 가스 상태로 휘발하고, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 환원공정을 거치면서 클링커 형태의 고체 상태로 분리되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 가스 상태로 휘발된 아연(Zn) 성분은 재산화 및 냉각과정을 거쳐, 고체 상태의 조(粗)산화아연으로 집진장치에 포집되고, 상기 클링커(Clinker) 형태의 고체는 급냉, 분쇄 및 자력선별 공정을 통해 자성물질은 철원(Fe-source)으로 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료로 재사용되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하는 것은 염산(HCl)을 사용한 습식법에 의한 것이고, 상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응은 소다회(Na₂CO₃)를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 포집된 더스트 내의 Zn 성분은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 회수하고, Pb 성분은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 회수되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응을 진행하는 단계에 의하여, 상기 아연(Zn) 여액은 고형물 형태의 ZnCO₃로 제조되고, 상기 염화납(PbCl₂)은 고형물 형태의 PbCO₃로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전기로 제강분진을 처리함에 있어서, 전기로 제강분진에 함유되어 있는 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있고, 추가적인 2차 폐기물의 발생이 전혀 없이 친환경적인 처리 효과를 얻을 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정은 아연(Zn)은 고체 상태의 조(粗)산화아연로 회수하고, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 클링커(Clinker)형태의 고체는 분쇄를 통해, 자성물질은 철원(Fe-source)으로 제강사에 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료로 재사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정에서는 조(粗)산화아연의 산화배소 조업을 진행하여, 고순도로 정제된 산화아연 형태의 고형물을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정에서는 염산을 통한 습식법을 사용하여, Pb와 Zn를 포함하는 포집 분말 중의 아연 성분은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 용이하게 회수하고, 납 성분은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 용이하게 회수할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정에서는 소다회(Na₂CO₃)를 사용하여, 분리회수된 고형물 형태의 PbCl₂과 Zn 여액의 탈염과 탄산화과정을 통해 고형물 형태의 고순도의 PbCO₃와 ZnCO₃를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로 제강분진의 처리방법을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 배가스 포집 더스트와 염화납(PbCl₂)의 고형물의 성분을 도시한 도면이다.
도 5a는 탄산납(PbCO₃)의 성분을 도시한 도면이고, 도 5b는 탄산납(PbCO₃)의 상분석 결과를 도시한 도면이다.
도 6a는 탄산아연(ZnCO₃)의 성분을 도시한 도면이고, 도 6b는 탄산아연(ZnCO₃)의 상분석 결과를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로 제강분진의 처리방법을 도시한 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기로 제강분진(100)의 처리방법은 크게 2가지 공정으로 분류될 수 있으며, 보다 구체적으로, 첫째, 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정(200), 둘째, 상기 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정(300)을 포함할 수 있다.

상기 1차 처리공정에서는 환원로 공정(210) 및 조산화 아연의 회수공정(250) 등을 포함할 수 있으며, 상기 2차 처리공정에서는 산화로 공정(310) 및 정제 산화아연의 회수공정(320)을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정을 도시하는 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정을 도시한 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 통하여, 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정을 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정은 전기로 제강분진의 환원소성 공정을 진행한다(S10).

상술한 바와 같이, 상기 전기로 제강분진(100)은 고철 스크랩을 주원료로 하는 전기로의 용해과정에서 발생하는 비산먼지나 가스상이 냉각과정을 거치면서 포집된 미립자상의 분말을 말한다.

일반적으로 고철을 원료로 철강을 생산하는 전기로 제강법에서, 용융공정 중에 발생하는 전기로 제강분진은 투입하는 고철량 대비 대략 1 ~ 2 중량% 정도이며, 이러한 전기로 제강분진 중에는 납, 아연, 철 등과 같은 유가금속 및 카드뮴, 수은, 크롬 등과 같은 유해 중금속이 포함되어 있다.

전기로 제강분진의 주요 성분을 하기 표 1에 도시하였다.

구분	Zn	Fe	Pb	SiO₂	CaO	Al₂O₃	Cl	F	Cd
wt%	20~25	20~40	2~5	2~10	2~10	1~5	2~7	0.2~0.5	0.02~0.1

상기 전기로 제강분진의 환원배소 조업을 진행하는 것은 먼저, 전기로 제강분진을 밀폐형 트레일러에 운송되어 밀폐형 저장 싸일로(Silo)에 저장하고, 상기 저장된 전기로 제강분진을 환원로인 로타리 킬른(Rotary Kiln)에 장입하게 된다.

다음으로, 상기 환원로(210)인 로타리 킬른은 1150 ~ 1200℃ 온도 영역까지 가열되어 장입된 원료(pellet)을 환원소성시킨다.

이때, 전기로 제강분진을 로타리 킬른에 장입함에 있어서, 제강분진의 이동을 압축공기를 이용한 공송방식(Pneumatic conveyor type)을 적용함으로써, 외부로의 물질유출을 방지할 수 있다.

한편, 상기 전기로 제강분진은 고체 환원제인 Cokes, Limestone 등과 기타 첨가제를 일정 혼합비율로 균일하게 혼합하고 반응성을 높이기 위해 pellet 형태로 제조할 수 있다.

계속해서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 환원소성 공정을 진행하여, 아연(Zn)과 철(Fe)을 분리회수한다(S20).

보다 구체적으로, 상기 환원소성 공정에서 전기로 제강분진 내 포함되어 있던 아연(Zn), 납(Pb) 성분 등은 가스 상태로 휘발하게 되고, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 환원공정을 거치면서 로타리 킬른 말단으로 클링커(Clinker, 220)형태의 고체 상태로 배출된다.

상기 환원소성 공정에서 환원로 내부 물질의 대표적인 환원 반응식은 다음과 같다.

C(s) + O₂(g) = CO₂(g) -------------- 반응식 (1)

C(s) + CO₂(g) = 2CO(g) -------------- 반응식 (2)

ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g) -------------- 반응식 (3)

ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO₂(g) -------------- 반응식 (4)

Zn(g) + 1/2O₂(g) = ZnO(s) -------------- 반응식 (5)

ZnFe₂O₄(s) + 2C(s) = Zn(g) +2Fe(s) + 2CO₂(g) -------------- 반응식 (6)

3ZnFe₂O₄(s) + 2C(s) = 3Zn(g) +2Fe₃O₄(s) + 2CO₂(g) ---------- 반응식 (7)

3Fe₂O₃(s) + CO(g) = 2Fe₃O₄(s) + CO₂(g) -------------- 반응식 (8)

Fe₃O₄(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO₂(g) -------------- 반응식 (9)

FeO(s) + CO(g) = FeO(s) + CO₂(g) -------------- 반응식 (10)

즉, 상기 아연(Zn)은 가스 상태로 회수하고, 상기 철(Fe)은 고체 상태로 회수하여, 이들을 분리회수할 수 있다.

이때, 가스 상태로 휘발된 물질들, 즉, 아연(Zn), 납(Pb) 성분 등은 재산화 및 냉각과정을 거쳐, 최종적으로 고체 상태의 조(粗)산화아연(250)으로 집진장치(Bag Filter)에 포집되어 회수된다(S30).

한편, 상기 집진장치에서 포집되지 못한 유해 가스 성분들은 활성탄을 투입하여 2차 집진장치에서 흡착되어 포집될 수 있으며, 따라서, 배출된 가스상은 모두 입자상으로 포집되므로 외부로는 청정한 가스만 배출될 수 있다.

또한, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 환원로 내부의 산화성 분위기를 최소화하여 철의 환원을 통해, 클링커(Clinker)형태의 고체 상태로 배출되며, 이 후 배출된 클링커(Clinker) 형태의 고체는 급냉, 분쇄 및 자력선별 공정을 통해 자성물질은 철원(Fe-source)(230)으로 제강사에 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료(240)로 재사용될 수 있다.

환원로에서 배출한 클링커와 이를 분쇄한 자성물 및 비자성물질의 주요 성분을 하기 표 2에 도시하였다.

구분	Fe	Zn	CaO	SiO₂	Al₂O₃
클링커(wt%)	50.44	0.14	7.91	3.26	4.32
자성물질(wt%)	62.25	0.12	1.88	0.89	1.53
비자성물질(wt%)	8.32	0.24	38.63	13.91	17.26

종래의 동종업체의 경우, 클링커(Clinker)형태의 고체인 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 2차 폐기 부산물로 처리되어, 자원 손실의 우려가 있었으나, 본 발명에서는 자성물질은 철원(Fe-source)으로 제강사에 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료로 사용함으로써, 자원 손실을 방지할 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정은 아연(Zn)은 고체 상태의 조(粗)산화아연로 회수하고, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 클링커(Clinker)형태의 고체는 분쇄를 통해, 자성물질은 철원(Fe-source)으로 제강사에 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료로 재사용될 수 있다.

도 1 및 도 3을 통하여, 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정을 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 먼저, 조(粗)산화아연(250)의 산화배소 조업을 진행한다(S110).

상기 조산화아연은 산화배소 조업의 원재료에 해당하는 것으로, 상술한 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정에서 회수한 조산화아연일 수 있다.

이때, 상기 조산화아연은 ZnO 농도가 약 78% 정도에 그쳐 건식 및 습식 아연제련용 원료로서 단순적용은 가능하지만, 염화물 및 알카리 화합물 등의 불순물이 많이 함유된 상태이다.

상기 조(粗)산화아연의 산화배소 조업을 진행하는 것은 조산화아연의 부가가치를 높이기 위해 정제공정을 거쳐 고순도 산화아연을 제조하기 위한 공정으로, 정제공정에서는 조산화아연을 산화로인 로타리 킬른에 장입하여 1200 ~ 1250℃로 산화소성시킨다.

이때, 조산화아연내 불순물 형태로 존재하는 대부분의 염화물은 고온 산화조건에서 대부분 가스상태로 휘발하므로 아연성분은 정제되어 배출되게 되어, 고순도로 정제된 산화아연 형태(320)의 고형물을 얻을 수 있다.

회수된 조산화아연과 정제된 산화아연의 주요 성분을 하기 표 3에 도시하였다.

구분	Zn	Pb	Cl	K	Na	Fe
조산화아연(wt%)	60~63	4~6	15~20	4~6	3~5	1~2
정제산화아연(wt%)	76~78	0.01 미만	0.01 미만	0.1 미만	0.01 미만	1~2

다음으로, 상기 산화배소 조업으로부터 발생되는 배가스로부터 더스트 형태의 분말을 포집한다(S120).

즉, 상기 조(粗)산화아연의 산화배소 조업에 의해, 아연성분은 정제되어 고순도의 산화아연 형태의 고형물이 되고, 불순물 형태로 존재하는 대부분의 염화물은 가스상태로 휘발하므로, 상기 배가스로부터 더스트 형태의 분말을 포집할 수 있다.

상기 포집된 더스트 형태의 분말은 Pb와 Zn을 포함하고 있으며, 본 발명에서는 상기 Pb와 Zn을 고순도로 정제할 수 있다.

다음으로, 상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 습식법을 통해 분리회수한다(S130).

상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하기 위한 일반적인 방법은 크게 고체 환원 휘발을 통한 건식법과 각 화합물의 용해도 차이를 이용한 습식법으로 나눌 수 있다.

상기 고체 환원 휘발을 통한 건식법은 Pb를 선택적으로 회수하는 방법의 경우 궁극적으로 Metal Pb를 제조할 수 있는 가장 용이하고 효율적인 공정법이나, Pb의 환원 반응시 Zn 및 기타 원소함량에 따른 의존성이 크며, 즉, Zn 및 기타 원소함량이 높은 경우, 그 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 습식법을 통해 분리회수할 수 있다.

한편, 용해도 차이를 이용한 습식법은 적용 용매인 염산(HCl)과 황산(H₂SO₄)에 따라 구분될 수 있으며, 이때, 상기 황산(H₂SO₄) 상대적으로 높은 순도를 얻을 수 있으나, 중간공정에서 Na₂SO₄ 라는 불순물 용액이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 습식법의 적용 용매로 염산(HCl)을 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 분리회수의 조건으로, pH 2.0 ~ 3.0인 것이 바람직하며, 반응 활성화를 위해 50 내지 70℃를 유지하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, Pb와 Zn를 포함하는 포집 분말을 상기 포집분말 대비 1 ~ 5 당량의 염산 용액(30∼40%)에 투입하여 교반시키면서 용해시키는데, 하기 반응식 (11)과 같이, 포집 분말 중의 아연 성분은 염화아연(ZnCl₂)(330)으로 되고, 하기 반응식 (12)와 같이, 포집 분말 중의 납 성분은 염화납(PbCl₂)(330)으로 된다.

ZnO(s) + 2HCl = ZnCl₂(l) + H₂0 -------------- 반응식 (11)

PbO(s) + 2HCl = PbCl₂(s) + H₂0 -------------- 반응식 (12)

이때, 용해도가 상대적으로 낮은 납은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 회수가 가능하며, Zn은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 회수할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 Pb와 Zn를 포함하는 포집 분말을 용해도 차이를 이용한 습식법을 통해 분리회수가 가능하며, 본 발명에서는 상기 습식법의 적용 용매로 염산(HCl)을 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 분리회수된 Pb와 Zn을 탄산화 반응을 진행한다(S140). 이때, 본 발명에서 상기 탄산화 반응을 위해 소다회(Na₂CO₃)를 사용할 수 있다.

즉, 앞서 분리 회수한 고형물 형태의 PbCl₂과 Zn 여액의 소재화를 위해 탈염과 탄산화과정을 통한 PbCO₃(340)와 ZnCO₃(340)을 제조한다.

이때, 탄산화과정의 조건으로, pH 8.0 ~ 10.0인 것이 바람직하며, 반응 활성화를 위해 60 내지 80℃를 유지하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 고형물 형태의 PbCl₂을 재슬러리화시켜, 소다회(Na₂CO₃) 수용액(20% ~ 30%)을 일정량 첨가하고, 탈염소화를 통한 탄산화 반응을 진행하여, 하기 반응식 (3)과 같은 탄산납(PbCO₃)을 제조한다.

또한, Zn 여액에 소다회(Na₂CO₃) 수용액(20% ~ 30%)을 일정량 첨가하고, 탈염소화를 통한 탄산화 반응을 진행하여, 하기 반응식 (14)와 같은 탄산아연(ZnCO₃)을 제조한다.

PbCl₂(s) + Na₂CO₃ = PbCO₃(s) + NaCl -------------- 반응식 (13)

ZnCl₂(l) + Na₂CO₃ = ZnCO₃(s) + NaCl -------------- 반응식 (14)

상기 반응식 (13) 및 (14)에서 알 수 있는 바와 같이, 고형물 형태의 PbCl₂과 Zn 여액의 탈염과 탄산화과정을 통해 고형물 형태의 PbCO₃ 와 ZnCO₃를 제조할 수 있으며, 각각의 여액은 대부분 NaCl로, 이후, 공업용 소금으로 제조 판매하는 것도 가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정에서는 조(粗)산화아연의 산화배소 조업을 진행하여, 고순도로 정제된 산화아연 형태의 고형물을 얻을 수 있다.

또한, 염산을 통한 습식법을 사용하여, Pb와 Zn를 포함하는 포집 분말 중의 아연 성분은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 용이하게 회수하고, 납 성분은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 용이하게 회수할 수 있다.

또한, 소다회(Na₂CO₃)를 사용하여, 분리회수된 고형물 형태의 PbCl₂과 Zn 여액의 탈염과 탄산화과정을 통해 고형물 형태의 고순도의 PbCO₃ 와 ZnCO₃를 제조할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실험예를 기재하기로 하며, 다만, 본 발명에서는 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다.

[실험예]

먼저, 본 실험에 사용된 출발 원료로는 전기로 제강분진에서 실제 회수한 일본 H사의 조산화아연 제품을 적용하였으며, 상기 조산화아연을 1 ~ 5mm 크기의 구형 펠렛(pellet)으로 제조하였다.

또한, 구형 펠렛(pellet) 형태의 조산화아연을 상기 실제 산화로 설비와 유사한 구성을 갖춘 Pilot Test 설비에 실적용하여 1200℃ 조건에서 산화배소 조업을 실시하였으며, 이때 발생되는 배가스로부터 더스트(Dust) 형태의 분말을 포집하였다.

더스트(Dust) 형태의 포집 분말의 주요 성분을 하기 표 4에 도시하였다.

구분	Zn	Pb	K	Na	Cl
Wt%	29.34	16.10	13.14	5.02	30.30

다음으로, 상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 염산(HCl)을 이용한 습식법을 통해 분리회수를 실시하였다.

보다 구체적으로, 포집된 더스트 내의 ZnO 함량을 고려하여 pH를 2.0으로 조절하였으며, 이때 반응 활성화를 위한 온도는 60℃로 고정하였다.

또한, Pb와 Zn를 포함하는 포집 분말을 염산 용액(30%)에 투입하여 교반시키면서 용해시켜, 포집 분말 중의 아연 성분은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 회수하고, 납 성분은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 회수하였다.

상기 조건을 통해 배가스 포집 더스트와 분리 회수한 염화납(PbCl₂)의 고형물의 성분을 비교하여 도 4에 나타내었다.

도 4는 배가스 포집 더스트와 염화납(PbCl₂)의 고형물의 성분을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 포집 더스트의 경우, Zn의 농도가 높으며, 다량의 ZnO가 존재하였으나, 염화납(PbCl₂)의 고형물의 경우, Zn의 성분이 거의 존재하지 않음을 알 수 있고, 따라서, 염산(HCl)을 이용한 습식법을 통해 Pb와 Zn을 효율적으로 분리할 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 앞서 분리 회수한 염화납(PbCl₂)의 고형물과 Zn 여액의 소재화를 위해 탈염과 탄산화과정을 통한 PbCO₃ 와 ZnCO₃를 제조하였다.

보다 구체적으로, 염화납(PbCl₂)의 고형물을 재슬러리화 시켜 20% 소다회(Na₂CO₃) 수용액을 일정량 첨가하고 pH를 약 9.0 정도로 조절하여 탈염소화를 통한 탄산화반응을 시켜 탄산납(PbCO₃)을 제조하였다. 또한, Zn 여액에 20% 소다회(Na₂CO₃) 수용액을 일정량 첨가하고, 탈염소화를 통한 탄산화 반응을 진행하여, 탄산아연(ZnCO₃)을 제조하였다.

상기 제조된 탄산납(PbCO₃)의 성분과 상분석 결과를 도 3에 도시하였다.

도 5a는 탄산납(PbCO₃)의 성분을 도시한 도면이고, 도 5b는 탄산납(PbCO₃)의 상분석 결과를 도시한 도면이다. 먼저, 도 5b를 참조하면, 재슬러리화된 염화납(PbCl₂)에 소다회(Na₂CO₃) 수용액을 일정량 첨가하여, 염화납(PbCl₂)의 탄산화반응이 유효하게 이루어졌음을 알 수 있다.

다음으로, 도 5a를 참조하면, 제조된 탄산납(PbCO₃)은 고농도의 Pb가 존재함을 확인할 수 있으며 소량의 Na가 잔류하기는 하나, 이는 추가적인 Washing과 탈수 과정을 통해 충분한 제거가 가능하다.

상기 제조된 탄산아연(ZnCO₃)의 성분과 상분석 결과를 도 6에 도시하였다.

도 6a는 탄산아연(ZnCO₃)의 성분을 도시한 도면이고, 도 6b는 탄산아연(ZnCO₃)의 상분석 결과를 도시한 도면이다.

먼저, 도 6b를 참조하면, Zn 여액에 소다회(Na₂CO₃) 수용액을 일정량 첨가하여, Zn 여액의 탄산화반응이 유효하게 이루어졌음을 알 수 있다.

다음으로, 도 6a를 참조하면, 제조된 탄산아연(ZnCO₃)은 고농도의 Zn이 존재함을 확인할 수 있다.

결국, 본 발명에서는 염산을 통한 습식법을 사용하여, Pb와 Zn를 포함하는 포집 분말 중의 아연 성분은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 용이하게 회수하고, 납 성분은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 용이하게 회수할 수 있으며, 또한, 소다회(Na₂CO₃)를 사용하여, 분리회수된 고형물 형태의 PbCl₂과 Zn 여액의 탈염과 탄산화과정을 통해 고형물 형태의 고순도의 PbCO₃와 ZnCO₃를 제조할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기로 제강분진을 처리하기 위한 1차 처리공정은 아연(Zn)은 고체 상태의 조(粗)산화아연로 회수하고, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 클링커(Clinker)형태의 고체는 분쇄를 통해, 자성물질은 철원(Fe-source)으로 제강사에 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료로 재사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 1차 처리공정에서 회수된 조산화아연을 처리하기 위한 2차 처리공정은 조(粗)산화아연의 산화배소 조업을 진행하여, 고순도로 정제된 산화아연 형태의 고형물을 얻을 수 있고, 상기 산화배소 조업으로부터 발생되는 배가스로부터 더스트 형태의 분말을 포집하여 고순도의 PbCO₃와 ZnCO₃를 제조할 수 있다.

결국, 본 발명에서는 전기로 제강분진을 처리함에 있어서, 전기로 제강분진에 함유되어 있는 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있고, 추가적인 2차 폐기물의 발생이 전혀 없이 친환경적인 처리 효과를 얻을 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

전기로 제강분진의 환원소성 공정을 진행하는 단계;
상기 환원소성 공정을 진행하여 아연과 철을 분리회수하는 단계;
상기 분리회수된 아연성분을 조산화아연으로 포집하는 단계;
상기 조산화아연의 산화배소 조업을 진행하는 단계;
상기 산화배소 조업을 진행하여 정제된 산화아연을 얻고, 상기 산화배소 조업으로부터 발생되는 배가스로부터, Pb와 Zn을 포함하는 더스트 형태의 분말을 포집하는 단계;
상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하는 단계; 및
상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응을 진행하는 단계를 포함하는 전기로 제강분진의 처리방법.
제 1 항에 있어서,
상기 환원소성 공정에서 전기로 제강분진 내 포함되어 있던 아연(Zn) 및 납(Pb) 성분은 가스 상태로 휘발하고, 철(Fe)을 포함한 나머지 성분은 환원공정을 거치면서 클링커 형태의 고체 상태로 분리되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법.
제 2 항에 있어서,
상기 가스 상태로 휘발된 아연(Zn) 성분은 재산화 및 냉각과정을 거쳐, 고체 상태의 조산화아연으로 집진장치에 포집되고, 상기 클링커(Clinker) 형태의 고체는 급냉, 분쇄 및 자력선별 공정을 통해 자성물질은 철원(Fe-source)으로 재적용되고, 비자성물질은 시멘트용 원료로 재사용되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법.
제 1 항에 있어서,
상기 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하는 것은 염산(HCl)을 사용한 습식법에 의한 것이고, 상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응은 소다회(Na₂CO₃)를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법.
제 4 항에 있어서,
상기 포집된 더스트 내의 Zn 성분은 Zn⁺⁺ 형태로 이온화되어 아연(Zn) 여액 형태로 회수하고, Pb 성분은 염화납(PbCl₂)의 고형물 형태로 회수되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법.
제 4 항에 있어서,
상기 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응을 진행하는 단계에 의하여,
상기 아연(Zn) 여액은 고형물 형태의 ZnCO₃로 제조되고, 상기 염화납(PbCl₂)은 고형물 형태의 PbCO₃로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진의 처리방법.