KR20160043350A - 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법 - Google Patents

제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘을 함유하는 폐슬러리를 정제하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일 및 철(Fe)을 포함하는 초기 폐슬러리에 물을 설정된 제1 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 프레싱 방식으로 필터링하여 상기 초기 폐슬러리로부터 상기 수용성 오일과 상기 물을 분리하는 1차 분리 단계 및 상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 상기 수용성 오일과 상기 물을 분리하여 획득한 Si-SiC 함유 슬러리에 바인더(binder)를 추가하고 교반한 후 브리켓(briquette)으로 성형하는 브리켓 성형 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 환경오염을 최소화하면서 저비용 및 고효율적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF HEAT INCREASING AND COMPONENT CONTROLLING BRIQUETTE USED IN STEEL MANUFACTURING PROCESS}
본 발명은 실리콘(Si)과 실리콘 카바이드(SiC)를 함유한 폐슬러리를 정제하고 브리켓팅(briquetting)하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열제 및 성분조절 용도의 브리켓(briquette)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 혹은 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘 폐슬러리를 효과적으로 정제하여 이를 분말화하고, 여기에 바인더(binder)를 첨가하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열제 및 성분조절 용도의 브리켓을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제강공정에서는 섭씨 1500도 내외의 용강온도에서 선철중의 탄소를 비롯한 불순물을 산화시키고 이 산화물은 슬래그로 제거된다. 제강공정에서는 산소취입 개시후 일정시간 후에 출강하는데, 이때, 성분조절과 탈산을 위하여 망간철, 규소철 등을 첨가하게 된다. 이때 첨가하는 규소철을 제조하기 위하여 많은 양의 실리콘이 필요하지만 대부분 수입에 의존하는 실리콘의 가격이 높기 때문에, 전체적인 제강공정 비용이 높아지는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 제강공정을 포함하는 제철 과정에서 용광로 내의 온도를 높이기 위해 발열량이 우수한 실리콘(Si)이 승열제로 이용되고 있다. 제철 산업의 특성상 막대한 양의 실리콘이 요구되지만, 발열제로 이용되는 실리콘의 가격이 높기 때문에, 전체적인 제철 비용이 높아지게 된다는 문제점이 있다.
한편 주지하는 바와 같이, 실리콘은 반도체 산업의 주재료로 사용되고 있으며, 여러 공정들을 거쳐 반도체 제품이 제조되면, 그 부산물로 다량의 실리콘을 포함하는 폐슬러리가 배출된다. 이러한 폐슬러리를 단순히 소각하거나 토양에 매립하게 되면 심각한 대기오염과 토양오염을 가져오게 되므로, 폐슬러리의 처리에는 시멘트로 고형화하여 보관하거나 매립하는 방법이 적용되었다.
다량의 실리콘을 포함하는 폐슬러리의 배출 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
반도체 집적회로나 태양전지의 제조에 이용되는 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳을 절삭(slicing)하는 공정을 거쳐 생산된다. 또한 절삭된 실리콘 웨이퍼는 표면의 평탄화를 위해 표면 연마과정을 거치기도 한다.
와이어 소잉(wire sawing) 공정이라 불리기도 하는 실리콘 잉곳의 절삭공정에는, 절삭재인 실리콘 카바이드(SiC)와 절삭유인 쿨란트(Coolant; 수용성 혹은 지용성의 절삭용 오일)를 혼합한 슬러리가 이용되고 있으며, 슬러리가 공급되는 상태에서 와이어 소우(wire saw)라고 하는 절삭장비를 이용하여 실리콘 잉곳을 절삭함으로써 실리콘 웨이퍼를 생산해 낼 수 있다. 절삭재의 재료로는 실리콘 카바이드(탄화규소) 이외에도 알루미나(산화 알미늄), 다이아몬드, 이산화규소 등이 사용될 수도 있다.
실리콘 잉곳의 절삭과정에서 사용되는 와이어 소우는 일정한 두께를 가지기기 때문에, 실리콘 잉곳의 상당량이 절삭과정 중에 절삭분(saw dust)으로 발생되는데, 실리콘 웨이퍼와 와이어 소우의 두께가 얇아질수록 더 많은 절삭분이 발생하게 된다.
예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 두께가 0.1 mm 이고 와이어 소우의 두께가 0.1 mm라면, 실리콘 잉곳의 약 50 % 정도가 절삭분으로 발생될 것이다. 따라서, 실리콘 잉곳의 절삭과정이나 실리콘 웨이퍼의 표면 연마과정이 끝난 후의 폐슬러리 내에는 절삭재, 절삭유, 절삭분, 장비 등의 마모 미분 등이 포함된다.
이와 같이 실리콘 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리는 특수산업폐기물로 분류되는데, 폐슬러리를 단순히 소각하거나 매립하게 되면 심각한 대기오염과 토양오염을 가져오게 되므로, 폐슬러리의 처리에는 시멘트로 고형화하여 보관하거나 매립하는 방법이 적용되었다.
그러나, 이와 같이 시멘트로 고형화하는 방법을 사용하더라도, 보관공간이나 매립공간에는 제한이 있고, 자원의 낭비라는 측면이 있으므로 폐슬러리를 재활용하여 재생하기 위한 방안이 절실히 요구되는 바이다.
특히 실리콘 잉곳의 절삭과정에서는 많은 양의 실리콘 미분이 폐슬러리에 포함되어 있기 때문에 미분 상태의 실리콘(Si)을 얼마나 효율적으로 분리 재생하느냐가 자원 재활용 및 산업폐기물 처리 분야에서 주요 이슈가 되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0028191호 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0059539호 대한민국 등록특허공보 제10-0776966호
본 발명은 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 분말을 만들고, 여기에 바인더를 첨가하여 브리켓팅 함으로써, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 저비용 및 고효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 환경오염의 요소가 되는 실리콘 폐슬러리를 소각 또는 매립하지 않고, 제철소의 제강공장에서 용강을 제조하는 과정에서 승열제 및 성분조절의 용도로 재생하여 사용함으로써, 폐기물 처리 비용을 감소시키고 원가 절감에 의한 가격 경쟁력을 확보하는 동시에, 제강 과정에서 발생할 수도 있는 환경오염을 최소화하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 실리콘 폐슬러리의 분말화 공정에서 발생하는 수용성 오일과 물이 함유된 폐수를 브리켓 제조시 필요한 첨가제로 재사용하여 배출되는 폐수를 재처리할 필요가 없게하거나 폐수를 재처리가 필요없을 만한 수준으로 정화시켜 배출함으로써, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 친환경적이면서도 경제적으로 제조할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 브리켓 제조 과정에서 실리콘 함유 분말의 점성을 유지하기 위한 바인더에 물 대신 수용성 오일을 첨가하여 재사용함으로써, 실리콘의 산화로 인한 품질 저하를 방지할 수 있는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 실리콘 폐슬러리를 분말화하여 이를 브리켓으로 성형하여 제공함으로써, 제강공정의 전로에 투입하기 용이하고, 분말로 인한 화재나 폭발의 위험요소를 제거하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 실리콘을 함유하는 폐슬러리를 정제하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓을 제조하는 방법으로서, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일 및 철(Fe)을 포함하는 초기 폐슬러리에 물을 설정된 제1 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 상기 초기 폐슬러리로부터 상기 수용성 오일과 상기 물을 분리하는 1차 분리 단계 및 상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 상기 수용성 오일과 상기 물을 분리하여 획득한 Si-SiC 함유 슬러리에 바인더(binder)를 추가하고 교반한 후 브리켓(briquette)으로 성형하는 브리켓 성형 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 제1 혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 초기 폐슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법은 상기 1차 분리 단계 이후와 상기 브리켓 성형 단계 이전에, 상기 1차 분리 단계를 통해 획득한 Si-SiC 함유 슬러리에 물을 설정된 제2 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 필터링하여 상기 Si-SiC 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일을 세정하는 오일 세정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 제2 혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 Si-SiC 함유 슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법은 상기 1차 분리 단계 이후에, 상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 분리된 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 상기 수용성 오일과 상기 물을 서로 분리하는 2차 분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법은 상기 브리켓 성형 단계 이전에, 상기 1차 분리 단계를 통해 획득한 Si-SiC 함유 슬러리를 건조하는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법은 상기 브리켓 성형 단계 이전에, 상기 건조 단계를 통해 건조된 Si-SiC 함유 슬러리를 분쇄하여 Si-SiC 함유 분말을 획득하는 분쇄 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 분쇄 단계를 통해 획득되는 Si-SiC 함유 분말의 직경은 5㎝ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 브리켓 성형 단계에서, 철 성분(Fe source)을 상기 Si-SiC 함유 슬러리에 추가로 첨가하고, 상기 브리켓의 중량을 기준으로, 상기 Si-SiC 함유 슬러리가 50wt% 이상이고, 상기 철 성분이 30wt% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 브리켓 성형 단계에서 추가되는 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트(bentonite) 및 소석회로 이루어진 제1군에서 선택된 하나 이상과 물과 수용성 오일로 이루어진 제2군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 분리된 물과 수용성 오일을 상기 바인더에 포함되는 재료로 재사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법에 있어서, 상기 2차 분리 단계를 통해 서로 분리된 물과 수용성 오일의 적어도 일부를 상기 바인더에 포함되는 재료로 재사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 분말을 만들고, 여기에 바인더를 첨가하여 브리켓팅 함으로써, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 저비용 및 고효율적으로 제조할 수 있는 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 환경오염의 요소가 되는 실리콘 폐슬러리를 소각 또는 매립하지 않고, 제철소의 제강공장에서 용강을 제조하는 과정에서 승열제 및 성분조절의 용도로 재생하여 사용함으로써, 폐기물 처리 비용을 감소시키고 원가 절감에 의한 가격 경쟁력을 확보하는 동시에, 제강 과정에서 발생할 수도 있는 환경오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실리콘 폐슬러리의 분말화 공정에서 발생하는 수용성 오일과 물이 함유된 폐수를 브리켓 제조시 필요한 첨가제로 재사용하여 배출되는 폐수를 재처리할 필요가 없게하거나 폐수를 재처리가 필요없을 만한 수준으로 정화시켜 배출함으로써, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 친환경적이면서도 경제적으로 제조할 수 있도록 하는 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 브리켓 제조 과정에서 실리콘 함유 분말의 점성을 유지하기 위한 바인더에 물 대신 수용성 오일을 첨가하여 재사용함으로써, 실리콘의 산화로 인한 품질 저하를 방지할 수 있는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 폐슬러리를 분말화하여 이를 브리켓으로 성형하여 제공함으로써, 제강공정의 전로에 투입하기 용이하고, 분말로 인한 화재나 폭발의 위험요소를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐기물로 인식될 수도 있는 실리콘 분말을 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓 제품으로 성형하여 제공함으로써, 폐기물의 국가간 이동 등과 관련한 규제로부터 자유로워지는 효과가 있다.
도 1은 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 부산물로 배출되는 실리콘을 포함하는 폐슬러리를 정제하는 과정을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘을 함유하는 폐슬러리를 정제하여 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 장치 구성의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 포함된 분별 증류 시스템의 구체적인 구성의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓의 형상의 예를 촬영한 사진을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성과 같은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 부산물로 배출되는 실리콘을 포함하는 폐슬러리를 정제하는 과정을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 먼저 실리콘 잉곳의 절삭공정이나, 실리콘 웨이퍼의 표면 연마공정에서 발생된 폐슬러리에는 절삭재, 실리콘의 절삭분, 절삭유, 기타 절삭공정에서 발생하는 절삭재나 와이어 소우 등의 미분이 포함된다.
이러한 폐슬러리에서 재생 가능한 실리콘 및 절삭재를 분리하기 위해 도시된 바와 같이 오일 세정 공정을 거친다. 이러한 오일 세정 공정을 통해 절삭유는 제거되며, 이때 발생하는 폐수는 폐수처리 시스템에 보내어져 다시 재활용한다. 한편, 오일 세정 공정을 거친 폐슬러리는 실리콘 분리 공정을 통해 유효한 실리콘을 분리하여 재활용하게 되는데, 이때 실리콘 분리를 위해 원심분리단계를 거칠 수도 있다. 그리고 분리된 실리콘은 다시 건조공정을 통해 재활용된다.
실리콘 분리 공정에서 분리되는 실리콘은 입자의 크기가 큰 실리콘만이 분리되어 재활용되기 때문에, 입자가 큰 실리콘이 분리된 이후의 폐슬러리에는 여전히 미분 상태의 절삭재와 불순물 및 미분 상태의 실리콘이 다량 존재한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘을 함유하는 폐슬러리를 정제하여 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 장치 구성의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예는 1차 분리 단계(S10), 2차 분리 단계(S20), 오일 세정 단계(S30), 건조 단계(S40), 분쇄 단계(S50) 및 브리켓 성형 단계(S60)을 포함하여 구성된다. 본 발명의 일 실시 예의 최종 결과물인 브리켓 즉, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓은 1차 분리 단계(S10)와 브리켓 성형 단계(S60)를 통해서도 제조될 수 있으며, 오일 세정 단계(S30), 건조 단계(S40) 및 분쇄 단계(S50)는 선택적 사항이다. 즉, 오일 세정 단계(S30), 건조 단계(S40) 및 분쇄 단계(S50) 중 하나 이상의 단계가 브리켓 제조 과정에서 선택적으로 수행될 수 있는 공정임을 밝혀두며, 이하에서는, 본 발명의 일 실시 예가 1차 분리 단계(S10), 2차 분리 단계(S20), 오일 세정 단계(S30), 건조 단계(S40), 분쇄 단계(S50) 및 브리켓 성형 단계(S60)로 구성된 경우를 기준으로, 브리켓 제조 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 1차 분리 단계(S10)에서는, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일. 철(Fe) 및 구리(Cu)를 포함하는 초기 폐슬러리에 물을 설정된 제1 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후, 초기 폐슬러리로부터 수용성 오일과 물을 분리하는 과정이 수행된다. 1차 분리 단계(S10)가 수행되면, 초기 폐슬러리로부터 수용성 오일과 물이 분리됨으로써, Si-SiC 함유 슬러리가 획득된다.
예를 들어, 초기 폐슬러리는 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 와이어 소잉 공정 등의 부산물로 발생하는 실리콘을 포함하는 물질일 수 있으며, 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정이 수행되면, 폐슬러리에 포함되는 실리콘 카바이드(SiC)의 사이즈는 그 크기에 있어서 어느 정도의 편차를 갖게 된다. 따라서, 본 실시 예의 1차 분리 단계(S10)를 수행하기 이전에, 원심 분리 공정 등을 통해 상대적으로 사이즈가 큰 실리콘 카바이드(SiC)를 별도로 분리해 내는 공정이 수행될 수도 있다.
와이어 소잉 공정 등의 부산물인 폐슬러리에는 수용성 오일(예를 들어, PEG+DEG)이 작게는 10wt%에서 많게는 30wt%까지 함유되어 있고 이를 제강공정을 포함하는 제철 과정에서 성분조절 및 승열용 실리콘계 원료로 사용하기 위해서는 이 오일을 일정 수준으로 제거하여야 한다.
오일을 제거하기 위한 방법으로 고온을 이용한 연소, 물을 이용한 세정 방식이 적용될 수도 있다. 그러나, 고온을 이용하여 오일을 연소시키는 방법에 따르면, 오일 함유량이 높아질수록 대기오염이 심화되고 고온으로 인한 실리콘의 산화 가능성이 있다는 문제점이 있다. 또한, 수용성 오일을 다량 함유하고 있는 폐슬러리를 물로 세정하는 방법에 따르면, 폐수처리 비용이 증가한다는 점에 문제점이 있다.
본 실시 예는 1차적으로 수용성 오일을 초기 폐슬러리로부터 분리하여 후술하는 공정을 통해 재사용하고, 필요한 경우 수용성 오일이 일정 수준 제거된 Si-SiC 함유 슬러리에 대하여 물을 이용한 세정 공정을 수행하도록 구성되며, 이러한 구성에 따르면, 오일 연소에 따른 대기오염과 실리콘 산화를 방지할 수 있고, 수용성 오일을 재사용할 수 있어 경제성 측면에서도 이점이 있다. 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 분별 증류를 통해 수용성 오일로부터 물을 분리해내기 때문에, 최종적으로 발생하는 폐수에 대한 처리 비용이 거의 발생하지 않는다는 이점이 있다.
또한, 초기 폐슬러리로부터 분리된 물 또는 수용성 오일 또는 물/수용성 오일을 브리켓 제조를 위해 첨가되는 바인더에 포함되는 재료로 재사용할 수 있게 된다.
이를 위하여, 본 실시 예에서는, 물을 초기 폐슬러리에 교반과 펌핑이 가능한 수준으로 혼합한 상태에서, 예를 들어, 필터 프레스 등을 이용한 프레싱 방식을 적용하여 수용성 오일과 물을 초기 폐슬러리로부터 분리한 이후, 물을 증발시켜 수용성 오일을 재활용하며, 수용성 오일이 일정 수준 제거된 슬러리 즉, Si-SiC 함유 슬러리는 건조공정을 거치고 적절한 크기로 분쇄한 후, 브리켓으로 성형하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도로 사용한다.
1차 분리 단계(S10)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
1차 분리 단계(S10)는 단계 S12, S14 및 단계 S16을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 단계 S12에서는, 폐슬러리 저장 탱크에 저장 중인 초기 폐슬러리를 제1 교반기(10)로 공급하고, 제1 혼합 비율에 상응하는 물을 제1 교반기(10)로 공급함으로써, 초기 폐슬러리에 물을 혼합하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 저장 중인 초기 폐슬러리의 점도 저하를 방지하기 위하여, 폐슬러리 저장 탱크의 내부는 일정 온도를 유지하도록 구성될 수 있다. 또한 저장 중인 초기 폐슬러리가 저장 시간 경과에 따른 침전 현상에 따라 굳어버리는 것을 방지하기 위하여, 일정 주기로 교반 작업이 수행되도록 구성될 수도 있으며, 이 경우, 폐슬러리 저장 탱크는 교반 기능을 지원하도록 구성된다.
초기 폐슬러리는 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 발생하는 부산물들을 포함하게 되는데, 구체적으로는, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일, 철(Fe) 및 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
초기 폐슬러리와 물의 제1 혼합 비율은 부피비 기준으로 1:0.2 내지 1:8의 범위에서 설정될 수 있다. 즉, 물의 부피가 초기 폐슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 물을 초기 폐슬러리에 혼합한다. 앞서 설명한 바 있지만, 제1 혼합 비율은 초기 폐슬러리에 대한 교반 및 펌핑을 고려하여 설정된다.
단계 S14에서는, 제1 교반기(10)를 동작시켜 물이 혼합되어 있는 폐슬러리를 교반하는 과정이 수행된다.
단계 S16에서는, 설정된 교반 시간이 경과하면, 교반된 폐슬러리를 제1 필터링 시스템(20)으로 공급하여, 초기 폐슬러리로부터 물과 수용성 오일을 필터링하여 분리해내는 과정이 수행된다. 구체적인 필터링 방식으로는, 예를 들어, 필터 프레스를 이용한 프레싱 방식을 적용하여 물과 수용성 오일을 분리하는 방식이 적용될 수 있으며, 이 방식 이외에도 원심분리 방법 등의 공지되어 있는 다양한 기술들이 적용될 수 있다.
이 필터링 공정을 거치게 되면, 초기 폐슬러리에 포함되어 있는 수용성 오일이 일정 수준으로 제거되어, Si-SiC 함유 슬러리가 획득된다.
한편, 후술하겠지만, 본 실시 예에 따라 제조되는 중간물 중의 하나인 Si-SiC 함유 슬러리를 건조 및 분쇄하면, Si-SiC 함유 분말이 획득되는데, 이 Si-SiC 함유 분말은 발열량이 상당히 높기 때문에, 전로(converter, 轉爐)에 그대로 투입하는 경우, 화재 발생의 위험이 있다. 따라서, 후술하는 브리켓 성형 단계(S60)를 통해 Si-SiC 함유 분말을 압착하여 일정 사이즈와 형상을 갖는 덩어리 형태의 브리켓(briquette)으로 가공하여 사용한다. 여기서, 만약, 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 제조하기 위한 중간재료인 Si-SiC 함유 분말에 포함된 오일의 양이 지나치게 적으면, 압착된 브리켓의 형상이 유지되지 않고 부서질 수 있기 때문에, Si-SiC 함유 분말에 어느 정도의 오일 성분이 포함되면 브리켓 제조에 도움이 될 수 있다. 만약 1차 분리 단계(S10)를 통해 획득되는 Si-SiC 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일의 함량이 지나치게 많은 경우에는, 이 수용성 오일 성분은 후술하는 오일 세정 단계(S30)를 통해 적정 수준으로 재차 제거된다.
다음으로, 2차 분리 단계(S20)에서는, 1차 분리 단계(S10)를 통해 초기 폐슬러리로부터 분리된 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 수용성 오일과 물을 서로 분리하는 과정이 수행된다. 이 과정을 거쳐 추출되는 수용성 오일은 후술하는 브리켓 성형 단계(S60)에서 재활용될 수 있으며, 물은 추가적인 폐수처리공정이 필요없을 정도로 정화된다.
이하에서는, 도 4를 추가적으로 참조하여, 2차 분리 단계(S20)가 수행되는 분별 증류 시스템(30)의 구체적인 구성의 예를 설명한다. 분별 증류 시스템(30)은 물/오일 저장탱크(310), 펌프(320), 증류탑(330), 제1 포집수단(340), 제2 포집수단(350), 제1 열교환기(360), 제2 열교환기(370), 물 저장탱크(380) 및 오일 저장탱크(390)를 포함하여 구성될 수 있다.
1차 분리 단계(S10)를 통해 초기 폐슬러리로부터 분리된 수용성 오일과 물은 물/오일 저장탱크(310)로 공급되어 일시 저장된다.
이하에서는, 수용성 오일이 PEG와 DEG로 구성된 경우를 예로 들어 설명한다. 이하의 설명에서 개시하는 온도, 압력, 유량 등에 대한 수치 등은 하나의 예일 뿐이며, 특정 요구 조건에 따라 변경될 수 있는 값들인 것을 밝혀 둔다.
도 4에는 시스템을 구성하는 요소들 사이의 공급 유로의 예를 들어, 밸브들이 설치되어 있는 특정 지점들(F, F1, F2, B1, B2, B3, W1, W2, W3)에서의 온도, 압력 및 유량이 표기되어 있으며, 물/오일 저장탱크(310)에 저장되는 수용성 오일과 물은 wt%기준으로 PEG:DEG:물의 혼합 비율이 20:13:67이다.
펌프(320)는 온도가 20℃, 압력이 760mmHG, 유량이 300Kg/hr의 조건으로 수용성 오일과 물을 증류탑(330)에 공급한다.
증류탑(330)은 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 서로 분리해내기 위한 수단으로서, 기능적으로 크게 가열부, 냉각부 및 포집부로 구분될 수 있다.
예를 들어, 증류탑(330)은 증류를 다단 즉, 하나의 예로, 10단으로 수행하도록 구성될 수 있으며, 보일러 증기가 150℃ 이상으로 리보일러로 공급되는 상태에서, 수용성 오일과 물을 리보일러로 가열하여 증류하면, 제1 포집수단(340)으로는 온도가 51.5℃이고, 압력이 100mmHg이고, 유량이 200Kg/hr인 물이 포집되고, 제2 포집수단(350)으로는 온도가 137℃이고, 압력이 106mmHg이고, 유량이 99.5Kg/hr인 수용성 오일 즉, PEG/DEG가 포집된다.
제1 포집수단(340)이 공급하는 온도가 51.5℃이고, 압력이 100mmHg이고, 유량이 200Kg/hr인 물은 제1 열교환기(360)를 거쳐 온도가 30℃이고, 압력이 2967mmHg이고, 유량이 200Kg/hr인 상태로 물 저장탱크(380)로 공급된다.
제2 포집수단(350)이 공급하는 온도가 137℃이고, 압력이 106mmHg이고, 유량이 99.5Kg/hr인 수용성 오일은 제2 열교환기(370)를 거쳐 온도가 30℃이고, 압력이 2967mmHg이고, 유량이 99.5Kg/hr인 상태로 오일 저장탱크(390)로 공급된다.
물 저장탱크(380)는 제1 열교환기(360)를 거쳐 공급되는 물을 저장하는 수단으로서, 저장되는 물의 온도는 30℃이고, 압력은 760mmHg이며, 시뮬레이션 결과 그 COD는 수 ppm에 불과하여 거의 폐수 재처리가 필요없는 수준임을 알 수 있었다.
오일 저장탱크(390)는 제2 열교환기(370)를 거쳐 공급되는 오일을 저장하는 수단으로서, 저장되는 오일의 온도는 30℃이고, 압력은 760mmHg이며, 시뮬레이션 결과, 함유된 수분이 약 0.5wt%이고, PEG가 60.3wt%이고, DEG가 39.2wt%인 오일이 회수되는 것을 알 수 있었다.
다음으로, 오일 세정 단계(S30)에서는, 1차 분리 단계(S10)를 통해 수용성 오일과 물이 분리된 슬러리 즉, Si-SiC 함유 슬러리에 물을 설정된 제2 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 필터링하여 Si-SiC 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일을 세정하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 제2 혼합 비율은 물의 부피가 Si-SiC 함유 슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 설정될 수 있으며, 오일 세정 단계(S30)는 50℃ 이하의 저온에서 수행되도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바 있지만, 1차 분리 단계(S10)를 통해 초기 폐슬러리에 함유된 수용성 오일이 일정 수준 제거되기는 하지만, 공정 조건 등에 따라, 잔류하는 수용성 오일을 추가적으로 제거할 필요가 있을 수 있으며, 이를 위한 공정이 오일 세정 단계(S30)이다.
오일 세정 단계(S30)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
오일 세정 단계(S30)는 단계 S32, S34 및 단계 S36을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 단계 S32에서는, 1차 분리 단계(S10)를 통해 수용성 오일이 일정 수준으로 분리되어 제거된 슬러리 즉, Si-SiC 함유 슬러리를 제2 교반기(40)로 공급하고, 설정된 제2 혼합 비율에 상응하는 물을 제2 교반기(40)로 공급함으로써, Si-SiC 함유 슬러리에 물을 혼합하는 과정이 수행된다.
Si-SiC 함유 슬러리와 물의 제2 혼합 비율은 부피비 기준으로 1:0.2 내지 1:8의 범위에서 설정될 수 있다. 즉, 물의 부피가 Si-SiC 함유 슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 물을 Si-SiC 함유 슬러리에 혼합한다.
Si-SiC 함유 슬러리와 물의 혼합 비율을 상기와 같이 설정하는 이유는 다음과 같다.
혼합비율 0.2배 미만에서는 Si-SiC 함유 슬러리의 점도를 고려할 때 이후의 교반공정 및 펌핑공정을 수행하기 어려우며, 또한 8배를 초과하는 경우 수용성 오일의 제거비율이 급격히 높아지고 완벽한 오일의 제거는 오히려 후속 공정인 브리켓 성형 단계(S60)에 어려움을 초래할 수 있다
즉, Si-SiC 함유 슬러리에 혼합된 물은 후술하는 교반 및 필터링 과정을 거쳐, 수용성 오일과 결합되어 폐수의 형태로 외부로 배출된다. 이 폐수는 환경오염의 요인이 될 수도 있으므로 추가적인 폐수 처리 과정을 거치게 되는데, 이를 고려하면, 폐수 처리 작업이 용이해지도록 물의 양을 늘리는 것이 좋다. 또한 물의 양을 늘릴수록, 오일 세정도가 높아지기 때문에, Si-SiC 함유 슬러리로부터 제거되는 오일의 양도 늘어난다.
한편, 앞서 설명한 바 있지만, 본 실시 예에 따라 제조되는 중간물 중의 하나인 Si-SiC 함유 슬러리를 건조 및 분쇄하면, Si-SiC 함유 분말이 획득되는데, 이 Si-SiC 함유 분말은 발열량이 상당히 높기 때문에, 전로(converter, 轉爐)에 그대로 투입하는 경우, 화재 발생의 위험이 있다. 따라서, 후술하는 브리켓 성형 단계(S60)를 통해 Si-SiC 함유 분말을 압착하여 일정 사이즈와 형상을 갖는 덩어리 형태의 브리켓(briquette)으로 가공하여 사용한다. 여기서, 만약, 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 제조하기 위한 원재료인 Si-SiC 함유 분말에 포함된 오일의 양이 지나치게 적으면, 압착된 브리켓의 형상이 유지되지 않고 부서질 수 있기 때문에, Si-SiC 함유 분말에는 어느 정도의 오일 성분이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
따라서, 폐수 처리 작업과 브리켓 제조의 효율성을 높이기 위하여, Si-SiC 함유 분말과 물의 혼합 비율을 앞서 설명한 바와 같이 설정하였다.
다음으로 S14에서는, 제2 교반기(40)를 동작시켜 물이 혼합되어 있는 Si-SiC 함유 슬러리를 교반함으로써, Si-SiC 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일의 용해를 촉진시키는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S16에서는, 설정된 교반 시간이 경과하면, 물과 교반된 Si-SiC 함유 슬러리를 제2 필터링 시스템(50)으로 공급하여, Si-SiC 함유 슬러리로부터 물과 이 물에 용해된 수용성 오일을 필터링하여 제거하는 과정이 수행된다. 구체적인 필터링 방식은 공지되어 있는 다양한 기술들을 적용하여 구성될 수 있다.
한편, 물을 이용하여 Si-SiC 함유 슬러리를 세정하는 과정에서, 물의 온도가 너무 낮으면 오일 세정력이 다수 저하될 수 있으며, 물의 온도가 높으면 실리콘이 물과 반응하여 이산화규소(SiO2)가 생성되어, 발열 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 실시 예는 오일 세정 단계(S30)의 전체 과정 또는 일부 과정이 50℃ 이하의 저온에서 수행되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 건조 단계(S40)에서는, 오일 세정 단계(S30)를 통해 수용성 오일이 세정된 Si-SiC 함유 슬러리를 건조기(60)로 공급하여 설정된 건조 온도로 건조하는 과정이 수행된다. 이러한 건조 단계(S40)는 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있으며, 자연 건조 방식으로 건조될 수도 있고, 200℃ 이하의 대기 분위기 또는 질소 분위기에서 수행되도록 구성될 수 있다.
건조 단계(S40)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
건조 단계(S40)는 수용성 오일이 일정 수준으로 제거된 Si-SiC 함유 슬러리를 분쇄하기 전에 건조시키는 과정이다.
여기서, Si-SiC 함유 슬러리에 포함된 실리콘이 대기 상태에 일정 시간 이상 노출되는 경우, 대기중에 존재하는 산소에 의해 산화되어 이산화규소가 생성되기 때문에, 승열제의 발열 특성이 저하될 수 있다.
따라서 이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 실시 예는 Si-SiC 함유 슬러리 건조 과정을 200℃이하, 보다 구체적으로는 110℃ 내지 130℃의 저온으로 대기 분위기 또는 질소 분위기에서 수행하도록 구성된다. Si-SiC 함유 슬러리를 질소 분위기에서 건조하면, 실리콘의 산화없이 건조 온도를 고온으로 올릴 수 있기 때문에, 건조 속도가 빨라지고 건조율이 높아지게 된다.
분쇄 단계(S50)에서는, 건조 단계(S40)를 통해 건조된 덩어리 형태의 Si-SiC 함유 슬러리를 분쇄기(70)로 공급하여 분쇄하는 과정이 수행된다. 이러한 분쇄 단계(S50)는 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 분쇄 단계(S50)에서는, 건조된 Si-SiC 함유 슬러리를 직경 5㎝ 이하의 분말로 분쇄하도록 구성될 수 있으며, 이러한 분쇄 단계(S50)를 거치고 나면, 본 실시 예의 중간물 중의 하나인 Si-SiC 함유 분말이 획득되며, 이 분말은 규칙적 또는 불규칙적인 임의의 형상을 가져도 무방하다.
다음으로, 브리켓 성형 단계(S60)에서는, 분쇄 단계(S50)를 통해 획득한 Si-SiC 함유 분말에 바인더(binder)를 추가하고, 교반한 후, 브리켓 성형기(80)를 이용하여 브리켓(briquette)으로 성형하는 과정이 수행된다.
브리켓 성형 단계(S60)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
브리켓 성형 단계(S60)는 단계 S62, 단계 S64 및 단계 S66을 포함하여 구성될 수 있다.
단계 S62에서는, 분쇄 단계(S50)를 통해 획득한 Si-SiC 함유 분말에 철 성분(Fe source)과 바인더(binder)를 첨가하는 과정이 수행된다.
철 성분의 추가는 선택적인 사항이며, 철 성분을 추가하는 이유 중의 하나는 최종적으로 제조되는 브리켓의 비중을 조절하기 위한 것이다. 즉, 본 실시 예에 따라 제조되는 최종물인 승열 및 성분조절 용도의 브리켓은 제강공정의 용강 제조과정에서 전로에 투입되는데, 이 브리켓의 비중(specific gravity, 比重)이 너무 낮으면, 브리켓이 용융 상태의 용강 내부로 침투되지 못하고 그 표면에 부유하게 되어, 승열 및 성분조절의 효율이 떨어진다.
본 실시 예는 이를 방지하기 위하여, Si-SiC 함유 분말에 철 성분을 첨가하며, 본 실시 예에 있어서, 철 성분의 첨가는 선택적이다.
예를 들어, 브리켓 성형 단계(S60)에서, 철 성분을 Si-SiC 함유 슬러리에 추가로 첨가하는 경우, 브리켓의 중량을 기준으로, Si-SiC 함유 슬러리가 50wt% 이상이고, 철 성분이 30wt% 이하가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
철 성분이 첨가되는 경우와 첨가되지 않는 경우를 포함하는 경우에 대한 구체적인 중량 조성비의 예는 다음과 같다.
즉, 브리켓의 중량을 기준으로, Si-SiC 함유 슬러리가 45wt% 이상 97wt% 이하이고, 철 성분이 50wt% 이하이고, 바인더를 포함하는 기타 성분이 3wt% 이상 15wt% 이하가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 제강 공정에서 사용 용도에 따라 철 성분은 첨가되지 않을 수 있으므로 철 성분의 중량 조성비는 50%로 설정되고, 철 성분을 첨가하지 않고 Si-SiC 함유 슬러리를 100% 사용할 수 있으나 바인더가 사용되기 때문에 Si-SiC 함유 슬러리의 최대 중량 조성비는 97%로 설정된다.
또한, 단계 S62에서 추가되는 바인더는 브리켓 성형을 위해 Si-SiC 함유 분말 또는 Si-SiC-Fe 함유 분말이 일정 정도의 점성을 갖도록 하기 위한 것으로서, 당밀, 전분, 벤토나이트(bentonite) 및 소석회로 이루어진 제1군에서 선택된 하나 이상과 물과 수용성 오일로 이루어진 제2군에서 선택된 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.
바인더를 구성하는 재료 성분들 간의 혼합비는 상황에 따라 변동될 수 있으며, 이 바인더에는 물이 혼합되거나, 수용성 오일이 혼합되거나, 물과 함께 수용성 오일이 혼합될 수 있다.
하나의 예로, 바인더에 물과 수용성 오일을 함께 혼합하여 사용하는 경우, 1차 분리 단계(S10)를 통해 초기 폐슬러리로부터 분리된 물과 수용성 오일을 바인더에 포함되는 재료로 재사용할 수 있다.
다른 예로, 바인더에 물을 혼합하여 사용하는 경우, 2차 분리 단계(S20)를 통해 수용성 오일로부터 분리된 물을 바인더에 포함되는 재료로 재사용할 수 있다. 이 경우, 일부 Si가 산화되어 SiO2로 변하게 되어 최종 제품인 승열 및 성분조절 용도의 브리켓의 효율을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 바인더에 물을 함께 혼합하여 사용하는 경우에는, Si의 산화를 방지를 위하여 최소량의 물을 최단 시간에 섞어 브리켓팅하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또 다른 예로, 바인더에 수용성 오일을 혼합하여 사용하는 경우, 2차 분리 단계(S20)를 통해 물로부터 분리된 수용성 오일을 바인더에 포함되는 재료로 재사용할 수 있다. 이와 같이, 물 대신 수용성 오일을 바인더에 혼합하여 사용하는 경우, Si 산화를 방지할 수 있다.
단계 S64에서는, 바인더가 첨가된 Si-SiC 함유 분말 또는 Si-SiC-Fe 함유 분말의 구성 성분들이 적절히 혼합되도록 교반하는 과정이 수행된다. 물론 이 교반을 위해, 브리켓 성형기(80)는 자체 교반 기능을 지원하도록 구성되거나, 별도의 교반기를 이용하여 교반할 수도 있다.
단계 S66에서는, 바인더가 첨가되어 교반된 Si-SiC 함유 분말 또는 Si-SiC-Fe 함유 분말을 브리켓 성형기(80)를 이용하여 특정 형상을 갖는 브리켓으로 성형하는 과정이 수행된다. 이 브리켓 즉, 본 실시 예에 따라 제조되는 최종 제품인 승열 및 성분조절 용도의 브리켓의 구체적인 형상의 예를 촬영한 사진이 도 5에 개시되어 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 분말을 만들고, 여기에 바인더를 첨가하여 브리켓팅 함으로써, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 저비용 및 고효율적으로 제조할 수 있는 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 환경오염의 요소가 되는 실리콘 폐슬러리를 소각 또는 매립하지 않고, 제철소의 제강공장에서 용강을 제조하는 과정에서 승열제 및 성분조절의 용도로 재생하여 사용함으로써, 폐기물 처리 비용을 감소시키고 원가 절감에 의한 가격 경쟁력을 확보하는 동시에, 제강 과정에서 발생할 수도 있는 환경오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실리콘 폐슬러리의 분말화 공정에서 발생하는 수용성 오일과 물이 함유된 폐수를 브리켓 제조시 필요한 첨가제로 재사용하여 배출되는 폐수를 재처리할 필요가 없게하거나 폐수를 재처리가 필요없을 만한 수준으로 정화시켜 배출함으로써, 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 친환경적이면서도 경제적으로 제조할 수 있도록 하는 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 브리켓 제조 과정에서 실리콘 함유 분말의 점성을 유지하기 위한 바인더에 물 대신 수용성 오일을 첨가하여 재사용함으로써, 실리콘의 산화로 인한 품질 저하를 방지할 수 있는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 폐슬러리를 분말화하여 이를 브리켓으로 성형하여 제공함으로써, 제강공정의 전로에 투입하기 용이하고, 분말로 인한 화재나 폭발의 위험요소를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐기물로 인식될 수도 있는 실리콘 분말을 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓 제품으로 성형하여 제공함으로써, 폐기물의 국가간 이동 등과 관련한 규제로부터 자유로워지는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부된 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 제1 교반기
20: 제1 필터링 시스템
30: 분별 증류 시스템
40: 제2 교반기
50: 제2 필터링 시스템
60: 건조기
70: 분쇄기
80: 브리켓 성형기
310: 물/오일 저장탱크
320: 펌프
330: 증류탑
340: 제1 포집수단
350: 제2 포집수단
360: 제1 열교환기
370: 제2 열교환기
380: 물 저장탱크
390: 오일 저장탱크
S10: 1차 분리 단계
S20: 2차 분리 단계
S30: 오일 세정 단계
S40: 건조 단계
S50: 분쇄 단계
S60: 브리켓 성형 단계

Claims (12)

  1. 실리콘을 함유하는 폐슬러리를 정제하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓을 제조하는 방법에 있어서,
    실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일 및 철(Fe)을 포함하는 초기 폐슬러리에 물을 설정된 제1 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 상기 초기 폐슬러리로부터 상기 수용성 오일과 상기 물을 분리하는 1차 분리 단계; 및
    상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 상기 수용성 오일과 상기 물을 분리하여 획득한 Si-SiC 함유 슬러리에 바인더(binder)를 추가하고 교반한 후 브리켓(briquette)으로 성형하는 브리켓 성형 단계를 포함하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 초기 폐슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 분리 단계 이후와 상기 브리켓 성형 단계 이전에,
    상기 1차 분리 단계를 통해 획득한 Si-SiC 함유 슬러리에 물을 설정된 제2 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 필터링하여 상기 Si-SiC 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일을 세정하는 오일 세정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 Si-SiC 함유 슬러리의 부피의 0.2배 이상 8배 이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1차 분리 단계 이후에, 상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 분리된 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 상기 수용성 오일과 상기 물을 서로 분리하는 2차 분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 브리켓 성형 단계 이전에, 상기 1차 분리 단계를 통해 획득한 Si-SiC 함유 슬러리를 건조하는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 브리켓 성형 단계 이전에, 상기 건조 단계를 통해 건조된 Si-SiC 함유 슬러리를 분쇄하여 Si-SiC 함유 분말을 획득하는 분쇄 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분쇄 단계를 통해 획득되는 Si-SiC 함유 분말의 직경은 5㎝ 이하인 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 브리켓 성형 단계에서, 철 성분(Fe source)을 상기 Si-SiC 함유 슬러리에 추가로 첨가하고,
    상기 브리켓의 중량을 기준으로, 상기 Si-SiC 함유 슬러리가 50wt% 이상이고, 상기 철 성분이 30wt% 이하인 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 브리켓 성형 단계에서 추가되는 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트(bentonite) 및 소석회로 이루어진 제1군에서 선택된 하나 이상과 물과 수용성 오일로 이루어진 제2군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 1차 분리 단계를 통해 상기 초기 폐슬러리로부터 분리된 물과 수용성 오일을 상기 바인더에 포함되는 재료로 재사용하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 2차 분리 단계를 통해 서로 분리된 물과 수용성 오일의 적어도 일부를 상기 바인더에 포함되는 재료로 재사용하는 것을 특징으로 하는, 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법.
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