KR20160119524A - 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘을 함유하는 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 오일 등을 포함하는 폐슬러지를 공급하는 폐슬러지 공급단계 및 상기 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 제거하는 오일 제거단계를 포함하여 구성되고, 상기 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름(volume median diameter, Dv50)은 1㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실리콘 산화를 최소화하면서 폐슬러지에 포함된 오일을 적정 수준으로 제거할 수 있고, 폐슬러지 재처리 과정에서 실리콘 미분 성분과 산소의 반응으로 인한 발화의 가능성을 방지할 수 있고, 실리콘 표면적에 비례하는 경향을 갖는 실리콘 산화를 효과적으로 억제할 수 있고, 후속 공정인 브리켓 성형 공정에서 덩어리 형태의 성형품인 브리켓의 강도 저하로 인하여, 성형된 브리켓이 부스러지는 현상을 방지할 수 있다.

Description

제강용 승열 및 성분조절체 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HEAT INCREASING AND COMPONENT CONTROLLING ELEMENT FOR STEEL MAKING}
본 발명은 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 저압 및 저온 분위기에서 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 일정 수준 제거함으로써, 실리콘 산화를 최소화하면서 폐슬러지에 포함된 오일을 적정 수준으로 제거할 수 있고, 제조 과정에서의 화재의 발생을 방지하고, 덩어리 형상의 브리켓 성형을 용이하게 수행할 수 있게 하는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 제강공정에서 용광로 내의 온도를 높이기 위해 발열량이 우수한 실리콘(Si)이 승열제로 이용되고 있다. 제강공정의 특성상 막대한 양의 실리콘이 요구되지만, 승열제로 이용되는 실리콘의 가격이 높기 때문에, 전체적인 제강 비용이 높아지게 된다는 문제점이 있다.
또한, 제강공정에서는, 1500℃ 내외의 용강 온도에서 선철중의 탄소를 비롯한 불순물을 산화시키고, 이 산화물은 슬래그로 제거되는 과정이 수행된다. 제강공정에서는 산소취입 개시후 일정시간 후에 출강하는데, 이 과정에서, 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.
한편, 실리콘은 반도체 산업의 주재료로 사용되고 있으며, 반도체 공정의 부산물로 다량의 실리콘을 함유하는 폐슬러지가 배출된다.
즉, 실리콘 웨이퍼를 획득하기 위하여 와이어쏘(wire saw)를 사용하여 실리콘 잉곳(ingot)을 얇게 절삭하는 슬라이싱(slicing) 공정과 슬라이싱된 실리콘 웨이퍼의 표면 평탄화를 위한 표면 연마공정을 거치는 과정에서, 실리콘, 연마재, 냉각 오일 및 와이어쏘 마모성분을 포함하는 다량의 부산물이 폐슬러지 형태로 배출된다. 여기서, 일반적으로 연마재로는 실리콘 카바이드(SiC)가 사용되고, 냉각 오일로는 PEG, DEG와 같은 수용성 오일이 사용된다. 와이어쏘 마모성분은 와이어쏘의 구성 물질에 따라 다를 수 있으나, 일반적으로 철(Fe)과 같은 금속 성분들을 포함한다.
이러한 폐슬러지를 소각하거나 토양에 매립하게 되면 심각한 대기오염과 토양오염을 유발하므로, 종래에는, 폐슬러지를 시멘트로 고형화하여 보관하거나 매립하는 방법이 적용되었다.
그러나 종래의 방식에 따르면, 제강공정에서 승열제 등의 용도로 재활용할 수 있는 고가의 실리콘이 폐기된다는 문제점이 있다.
따라서, 종래에 폐기되던 실리콘 함유 폐슬러지를 효과적으로 정제하여 제강공정에서 재활용할 수 있도록 하는 방안이 요구된다.
한편, 실리콘 함유 폐슬러지는 다양한 직경을 갖는 입자군들로 구성되는데, 미분 성분의 함량이 높으면 제강공정용으로 재활용하는 과정에서 다음과 같은 문제점들이 발생할 수 있다.
첫째, 실리콘 함유 폐슬러지를 재활용하기 위한 건조 과정에서, 실리콘 미분 성분과 수분의 반응으로 인한 발화의 가능성이 있다는 문제점이 있다.
둘째, 실리콘의 전체적인 표면적이 증가하여 산소와의 접촉면적이 커지기 때문에 실리콘 산화량이 증가하는 문제점이 있다.
셋째, 덩어리 형태의 성형품인 브리켓(briquette)의 강도가 저하되어, 성형된 브리켓이 쉽게 부스러진다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0028191호(공개일자: 2006년 03월 29일, 명칭: 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지의 재생 장치 및 방법) 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0059539호공개일자: 2006년 06월 02일, 명칭: 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지의 재생 장치) 대한민국 등록특허공보 제10-0776966호(등록일자 2007년 11월 09일, 명칭: 명칭: 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치)
본 발명은 반도체 혹은 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유하는 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 저압 및 저온 분위기에서 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 일정 수준 제거함으로써, 실리콘 산화를 최소화하면서 폐슬러지에 포함된 오일을 적정 수준으로 제거할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 실리콘 함유 폐슬러지를 재처리하는 과정에서 발생할 수 있는 실리콘 미분 성분과 산소의 반응으로 인한 발화의 가능성을 방지할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 실리콘 함유 폐슬러지를 재처리하는 과정에서 실리콘 산화량을 효과적으로 억제할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 덩어리 형태의 성형품인 브리켓의 강도 저하로 인하여, 성형된 브리켓이 부스러지는 현상을 방지할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 환경오염의 요소가 되는 실리콘 함유 폐슬러지를 소각 또는 매립하지 않고, 제강용 승열 및 성분조절체로 재생하여 사용함으로써, 폐기물 처리 비용을 감소시키고 원가 절감에 의한 가격 경쟁력을 확보하는 동시에, 제강 과정에서 발생할 수도 있는 환경오염을 최소화하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 오일을 포함하는 폐슬러지를 공급하는 폐슬러지 공급단계 및 상기 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 제거하는 오일 제거단계를 포함하여 구성되고, 상기 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름(volume median diameter, Dv50)은 1㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법에 있어서, 상기 오일 제거단계에서 가해지는 온도는 200℃ 이상 500℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법에 있어서, 상기 오일 제거단계에서 가해지는 압력은 1 기압 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법에 있어서, 상기 오일 제거단계에서는, 상기 폐슬러지에 포함된 오일을 제거하기 위해 가해지는 압력을 감소시켜 상기 오일의 기화점을 낮춤으로써 상기 폐슬러지에 포함된 실리콘의 산화량을 줄이는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법은 상기 오일 제거단계를 통해 상기 폐슬러지에 포함된 오일을 제거하여 획득한 Si-SiC 함유체를 분쇄하는 분쇄단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법에 있어서, 상기 분쇄단계에서는, 상기 Si-SiC 함유체를 직경 5㎝ 이하의 분말로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 혹은 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유하는 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 효율적으로 제조할 수 있는 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 저압 및 저온 분위기에서 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 일정 수준 제거함으로써, 실리콘 산화를 최소화하면서 폐슬러지에 포함된 오일을 적정 수준으로 제거할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 함유 폐슬러지를 재처리하는 과정에서 발생할 수 있는 실리콘 미분 성분과 산소의 반응으로 인한 발화의 가능성을 방지할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 함유 폐슬러지를 재처리하는 과정에서 실리콘 산화량을 효과적으로 억제할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 덩어리 형태의 성형품인 브리켓의 강도 저하로 인하여, 성형된 브리켓이 부스러지는 현상을 방지할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 환경오염의 요소가 되는 실리콘 함유 폐슬러지를 소각 또는 매립하지 않고, 제강용 승열 및 성분조절체로 재생하여 사용함으로써, 폐기물 처리 비용을 감소시키고 원가 절감에 의한 가격 경쟁력을 확보하는 동시에, 제강 과정에서 발생할 수도 있는 환경오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘을 함유하는 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 장치 구성의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 사용될 수 있는 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 기준 입도 분포 그래프와 체적 기준 누적 입도 분포 그래프이다.
이하에서는, 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 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘을 함유한 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 장치 구성의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법은 폐슬러지 공급단계(S10), 오일 제거단계(S20) 및 분쇄단계(S30)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시 예를 구성하는 각 단계들을 설명하기에 앞서, 정제 처리의 대상이 되는 물질인 폐슬러지에 대하여 설명한다.
폐슬러지는 반도체 또는 태양전지 제조공정 등과 같이 실리콘을 가공하는 과정에서 배출되는 물질이다. 보다 구체적으로, 실리콘 웨이퍼를 획득하기 위하여 와이어쏘(wire saw)를 사용하여 실리콘 잉곳(ingot)을 얇게 절삭하는 슬라이싱(slicing) 공정과 슬라이싱된 실리콘 웨이퍼의 표면 평탄화를 위한 표면 연마공정을 거치는 과정 등에서, 실리콘(Si), 연마재, 냉각 오일 및 와이어쏘 마모성분 등을 포함하는 다량의 부산물이 폐슬러지 형태로 배출된다. 여기서, 일반적으로 연마재로는 실리콘 카바이드(SiC)가 사용될 수 있고, 냉각 오일로는 PEG, DEG 등과 같은 수용성 오일이 사용되거나 지용성 오일이 사용될 수도 있다. 와이어쏘 마모성분은 와이어쏘의 구성 물질에 따라 다를 수 있으나, 일반적으로 철(Fe)과 같은 금속 성분들을 포함한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 정제 처리의 대상이 되는 물질인 폐슬러지는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 오일, 철(Fe)과 같은 금속 성분들을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 정제 처리 과정이 수행되기 이전의 폐슬러지는 다양한 직경을 갖는 입자군들로 구성되는데, 미분 성분의 함량이 높으면 제강공정용으로 재활용하는 과정에서 다음과 같은 문제점들이 발생할 수 있다. 즉, 폐슬러지에 포함된 오일 성분을 감압 증발 방식으로 제거하는 과정에서, 실리콘 미분 성분과 산소의 반응으로 인한 발화의 가능성이 있다는 문제점이 있다. 또한, 실리콘 미분 함량의 증가는 실리콘의 전체적인 표면적 증가를 유발하여, 실리콘과 산소와의 접촉면적이 커지기 때문에, 실리콘 산화량이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따라 정제 처리된 실리콘 함유 분말은 제강공정에서 사용하기 위해 덩어리 형태의 성형품인 브리켓(briquette)으로 가공되는데, 실리콘 미분 함량이 높을수록, 브리켓의 강도가 저하되기 때문에, 성형된 브리켓이 쉽게 부스러진다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 다양한 입자 분포를 갖는 폐슬러지 시료들에 대한 실험에 기초하여, 구성 입자군의 체적 메디안 지름(volume median diameter, Dv50)이 1㎛ 이상인 폐슬러지를 제시한다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름은 1㎛ 이상으로 한정된다.
폐슬러지를 구성하는 입자군의 사이즈를 이와 같이 한정하면, 실리콘 미분 성분과 산소의 반응으로 인한 발화의 가능성을 방지할 수 있고, 실리콘 표면적에 비례하는 경향을 갖는 실리콘 산화를 효과적으로 억제할 수 있고, 후속 공정인 브리켓 성형 공정에서 덩어리 형태의 성형품인 브리켓의 강도 저하로 인하여, 성형된 브리켓이 부스러지는 현상을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 체적 메디안 지름(Dv50)을 정의한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 사용될 수 있는 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 기준 입도 분포 그래프와 체적 기준 누적 입도 분포 그래프이다. 입도 분석은 레이저 회절 및 산란 방식의 입도분석기를 이용하여 수행될 수 있다.
도 3의 도면부호 A는 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 기준 입도 분포 그래프이다. 체적 기준 입도 분포 그래프의 가로축은 입자군의 입도(Particle Diameter, ㎛)이고, 세로축은 특정 입도를 가진 입자군이 전체 체적에서 차지하는 비율이다. 체적 기준 입도 분포 그래프는 특정 입도를 갖는 입자군이 전체 체적에서 차지하는 비율을 나타낸다.
도 3의 도면부호 B는 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 기준 누적 입도 분포 그래프이다. 체적 기준 누적 입도 분포 그래프의 가로축은 입자군의 입도(Particle Diameter, ㎛)이고, 세로축은 큰 입도를 갖는 입자군의 체적 비율부터 누적한 누적 체적 비율이다. 체적 기준 누적 입도 분포 그래프는 특정 누적 체적 비율을 갖는 입자군에 속하는 입자들 중에서 가장 작은 입자의 입도를 나타낸다.
누적 체적 비율이 50%인 입자군에 속하는 입자들 중에서 가장 작은 입자의 입도는 7.425㎛이며, 이 값이 체적 메디안 지름(Dv50)이다.
한편, 누적 체적 비율이 10%인 입자군에 속하는 입자들 중에서 가장 작은 입자의 입도는 9.698㎛이며, 이 값은 Dv10으로 명명된다.
또한, 누적 체적 비율이 90%인 입자군에 속하는 입자들 중에서 가장 작은 입자의 입도는 3.974㎛이며, 이 값은 Dv90으로 명명된다.
이하에서는, 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름(Dv50)이 1㎛ 이상이라는 전제 하에, 본 발명의 일 실시 예를 구성하는 각 단계들을 구체적으로 설명한다.
폐슬러지 공급단계(S10)에서는, 폐슬러지 공급기(10)가 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 오일 등을 포함하는 폐슬러지를 감압 증발 방식 오일 제거기(20)로 공급하는 과정이 수행된다. 앞서 설명한 바 있지만, 폐슬러지는 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 와이어 소잉(wire sawing) 공정 등의 부산물로 발생하는 실리콘 등을 포함하는 물질일 수 있다. 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정이 수행되면, 이 폐슬러지에 포함되는 실리콘 카바이드(SiC)의 사이즈는 그 크기에 있어서 어느 정도의 편차를 갖게 된다. 따라서, 본 실시 예의 폐슬러지 공급단계(S10)를 수행하기 이전에, 원심 분리 공정 등을 통해 상대적으로 사이즈가 큰 실리콘 카바이드(SiC)를 별도로 분리해 내는 공정이 수행될 수도 있다.
오일 제거단계(S20)에서는, 폐슬러지 공급기(10)로부터 공급받은 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 제거하는 과정이 수행된다.
와이어 소잉 공정 등의 부산물인 폐슬러지에는 냉각 오일로 사용된 PEG, DEG 등과 같은 수용성 오일 성분이 10wt% 내지 30wt%까지 함유될 수 있다. 수용성 오일에 비하여 가격이 상대적으로 높기는 하지만, 냉각 오일로 지용성 오일이 사용될 수도 있다. 따라서 폐슬러지를 제강 공정에서 승열 및 성분조절용 실리콘계 원료로 사용하기 위해서는 이 오일을 일정수준 이하로 제거하여야 한다. 수용성 오일을 제거하기 위해서는, 물을 이용한 세정 방식 또는 대기압하에서 고온을 이용하여 연소시키는 방식이 적용될 수 있으며, 지용성 오일을 제거하기 위해서는, 예를 들어, 트리클로로에틸렌(TriChloroEthylene, TCE), 메틸렌 클로라이드(Methylene Chloride, MC) 등의 유기용제를 이용한 세정 방식 또는 대기압하에서 고온을 이용하여 연소시키는 방식이 적용될 수 있다. 그러나 폐슬러지에 다량 함유된 수용성 오일을 물을 이용한 세정으로 제거하는 방식에 따르면, 폐수 처리 비용이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 지용성 오일을 유기용제를 이용한 세정으로 제거하는 방식에 따르면, 유기용제 처리 비용이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 고온을 이용하여 수용성 또는 지용성 오일을 연소시키는 방법에 따르면, 대기오염 및 고온으로 인하여 실리콘의 산화량이 크게 증가한다는 문제점이 있다.
이러한 제반 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 오일 제거단계(S20)를 통하여 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 제거하도록 구성된다.
이러한 구성에 따르면, 오일 연소에 따른 대기오염과 실리콘 산화를 방지할 수 있다. 또한, 증발된 오일은 재사용할 수 있어 경제성 측면에서도 이점이 있다. 뿐만 아니라, 오일 제거를 위해 물을 사용하지 않기 때문에, 폐수 처리 비용이 발생하지 않는다는 이점이 있다.
오일 제거단계(S20)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
폐슬러지가 투입된 감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 온도와 내부 압력을 설정한다. 폐슬러지는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 오일 등을 포함하며, 이 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름(Dv50)이 1㎛ 이상이다.
오일 제거단계(S20)는, 폐슬러지에 포함된 오일을 제거하기 위해 가해지는 압력을 감소시켜 오일의 기화점을 낮춤으로써 폐슬러지에 포함된 실리콘의 산화량을 줄이는 동시에 저온에서 오일을 증발시켜 제거하도록 구성될 수 있다.
감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 구체적인 내부 온도와 내부 압력의 범위는 오일 제거와 오일 제거 과정에서의 실리콘 산화 방지 및 오일의 연소 등으로 인한 화재 발생을 방지하기 위해 적정 수준으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 오일 제거단계(S20)에서 가해지는 온도는 200℃ 이상 500℃ 이하일 수 있으며, 압력은 1기압 미만일 수 있다.
감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 온도 및 내부 압력의 적정 범위를 도출하는 실험 및 이 실험 결과를 아래 표 1을 참조하여 설명한다. 오일 제거단계(S20)를 거쳐 오일이 일정 수준 제거된 폐슬러지를 Si-SiC 함유체로 명명한다. 이 Si-SiC 함유체는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 일정 수준 이하로 함량이 낮아진 오일을 포함하는 물질이다. 또한, Si-SiC 함유체에는 와이어쏘 마모성분인 철(Fe)과 같은 금속 성분들이 추가적으로 포함될 수 있다.
이 실험에서, 폐슬러지에 대한 입도 분석은 레이저 회절 및 산란 방식의 입도분석기를 이용하여 수행되었고, Si-SiC 함유체에 포함된 오일의 함량은 오일 성분을 분리한 후 중량을 비교하는 중량법을 이용하여 수행되었고, Si-SiC 함유체에 포함된 산소의 함량은 WD-XRF 분석기(Wavelength Dispersion - X-ray fluorescence spectrometer)를 이용하여 수행되었다. Si-SiC 함유체에 포함된 산소의 함량은 실리콘의 산화량을 추정하는 지표이다.
Dv50(㎛) 시간(hour) 압력(mmHg) 온도(℃) 오일함량(wt%) 산소함량(wt%)
7.425 3 100 150 22.22 3.28
7.425 3 100 190 17.36 -
7.425 3 100 200 15.48 3.58
7.425 3 100 230 8.79 -
7.425 3 100 240 4.62 -
7.425 3 100 250 4.12 4.21
7.425 3 100 270 3.12 -
7.425 3 100 300 1.01 4.57
7.425 3 100 400 0.32 -
7.425 3 100 500 0.02 8.70
표 1을 참조하면, 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름(volume median diameter, Dv50)은 7.425㎛이고, 처리 시간은 3시간이고, 감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 압력은 100mmHg이며, Si-SiC 함유체에 포함된 오일의 함량은 온도가 증가함에 따라 감소하고, Si-SiC 함유체에 포함된 산소의 함량은 온도가 증가함에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 온도가 150℃, 190℃인 경우 Si-SiC 함유체에 포함된 오일의 함량은 각각 22.22wt%, 17.36wt%로서 Si-SiC 함유체에 지나치게 많은 양의 오일이 잔류하는 것을 확인할 수 있다. 이 정도의 오일이 잔류하면, Si-SiC 함유체를 제강용 승열 및 성분조절체로 이용될 수 없기 때문에, 이 구간은 적합한 온도 구간이 아니다.
감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 온도가 200℃인 경우, Si-SiC 함유체에 포함된 오일의 함량이 15.48wt%이고, Si-SiC 함유체에 포함된 산소의 함량이 3.58wt%로서, 오일 함량 및 실리콘 산화량 측면에서 적정 수준이라는 것을 알 수 있다.
감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 온도가 200℃ 이상 500℃ 이하인 경우, Si-SiC 함유체에는 적정 수준의 오일이 잔류하고, 실리콘 산화량 역시 감내할 수준이라는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 내부 온도가 250℃인 경우, 오일 함량이 4.12wt%, 산소 함량이 4.21wt%이고, 내부 온도가 300℃인 경우, 오일 함량이 1.01wt%, 산소 함량이 4.57wt%이고, 내부 온도가 400℃인 경우, 오일 함량은 0.32wt%이고, 내부 온도가 500℃인 경우, 오일 함량은 0.02wt%, 산소 함량은 8.70wt%이다.
감압 증발 방식 오일 제거기(20)의 내부 압력은 오일의 기화점을 낮추기 대기압 미만으로 설정되며, 예를 들어, 0.1mmHg 이상 760mmHg 미만으로 설정될 수 있다.
본 실시 예에 따라 제조되는 제강용 승열 및 성분조절체는 발열량이 상당히 높기 때문에, 전로(converter, 轉爐)에 분말을 투입하는 경우, 화재 발생의 위험이 있다. 따라서, 실제 제강 과정에서는, 본 실시 예에 따라 제조되는 제강용 승열 및 성분조절체를 압착하여 일정 사이즈와 형상을 갖는 덩어리 형태의 제강용 승열 및 성분조절체 브리켓(briquette)으로 가공하여 사용한다. 여기서, 만약, 제강용 승열 및 성분조절체 브리켓을 제조하기 위한 원재료인 제강용 승열 및 성분조절체에 포함된 오일의 양이 지나치게 적으면, 압착된 브리켓의 형상이 유지되지 않고 부서지기 때문에, 제강용 승열 및 성분조절체에는 어느 정도의 오일 성분이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제강용 승열 및 성분조절체에 포함된 실리콘의 산화량은 최소화하는 것이 바람직하지만, 폐슬러지 재처리 공정에서 어느 정도는 산화는 불가피한 것이 현실이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 1 기압 미만의 저압 및 200℃ 이상 500℃ 이하의 온도에서 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 일정 수준 제거함으로써, 실리콘 산화를 최소화하면서 폐슬러지에 포함된 오일을 적정 수준으로 제거할 수 있다.
한편 예를 들어, 이상에서 설명한 오일 제거단계(S20)는 불활성 분위기 또는 질소 분위기에서 수행될 수도 있으며, 이에 따르면, 실리콘 산화량을 더울 줄일 수 있다.
분쇄단계(S30)에서는, 오일 제거단계(S20)를 통해 오일이 일정 수준 제거되면서 건조된 덩어리 형태의 Si-SiC 함유체를 분쇄기(30)로 공급하여 분쇄하는 과정이 수행된다. 이러한 분쇄단계(S30)는 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 분쇄단계(S30)는, 건조된 Si-SiC 함유체를 직경 5㎝ 이하의 분말로 분쇄하도록 구성될 수 있으며, 이러한 분쇄단계(S30)를 거치고 나면, 본 실시 예에 따른 제강용 승열 및 성분조절체가 분말 형태로 획득된다. 실제 제강소에서는, 제강용 승열 및 성분조절체 분말이 일정 사이즈와 형상을 갖는 덩어리 형태의 제강용 승열 및 성분조절체 브리켓(briquette)으로 가공되어 사용되기 때문에, 본 실시 예에 따른 제강용 승열 및 성분조절체 분말의 형상은 규칙적 또는 불규칙적인 임의의 형상을 가져도 무방하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 혹은 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유하는 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 효율적으로 제조할 수 있는 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 저압 및 저온 분위기에서 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 일정 수준 제거함으로써, 실리콘 산화를 최소화하면서 폐슬러지에 포함된 오일을 적정 수준으로 제거할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 함유 폐슬러지를 재처리하는 과정에서 발생할 수 있는 실리콘 미분 성분과 산소의 반응으로 인한 발화의 가능성을 방지할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 함유 폐슬러지를 재처리하는 과정에서 실리콘 산화량을 효과적으로 억제할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 덩어리 형태의 성형품인 브리켓의 강도 저하로 인하여, 성형된 브리켓이 부스러지는 현상을 방지할 수 있는 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 환경오염의 요소가 되는 실리콘 함유 폐슬러지를 소각 또는 매립하지 않고, 제강용 승열 및 성분조절체로 재생하여 사용함으로써, 폐기물 처리 비용을 감소시키고 원가 절감에 의한 가격 경쟁력을 확보하는 동시에, 제강 과정에서 발생할 수도 있는 환경오염을 최소화할 수 있는 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: 폐슬러지 공급기
20: 감압 증발 방식 오일 제거기
30: 분쇄기
S10: 폐슬러지 공급단계
S20: 오일 제거단계
S30: 분쇄단계

Claims (6)

  1. 실리콘을 함유하는 폐슬러지를 정제하여 제강용 승열 및 성분조절체를 제조하는 방법에 있어서,
    실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 오일을 포함하는 폐슬러지를 공급하는 폐슬러지 공급단계; 및
    상기 폐슬러지에 포함된 오일을 감압 증발 방식으로 제거하는 오일 제거단계를 포함하고,
    상기 폐슬러지를 구성하는 입자군의 체적 메디안 지름(volume median diameter, Dv50)은 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는, 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일 제거단계에서 가해지는 온도는 200℃ 이상 500℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일 제거단계에서 가해지는 압력은 1 기압 미만인 것을 특징으로 하는, 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오일 제거단계에서는, 상기 폐슬러지에 포함된 오일을 제거하기 위해 가해지는 압력을 감소시켜 상기 오일의 기화점을 낮춤으로써 상기 폐슬러지에 포함된 실리콘의 산화량을 줄이는 것을 특징으로 하는, 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오일 제거단계를 통해 상기 폐슬러지에 포함된 오일을 제거하여 획득한 Si-SiC 함유체를 분쇄하는 분쇄단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분쇄단계에서는, 상기 Si-SiC 함유체를 직경 5㎝ 이하의 분말로 분쇄하는 것을 특징으로 하는, 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법.
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