KR20180055849A - 철 및 강철 슬래그로부터 제품을 회수하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

철 및 강철 슬래그로부터 제품을 회수하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

제철 및 제강 공정에 의해 생성된 슬래그를 처리하기 위한 시스템 및 방법이 개시되었다. 슬래그는 금속 산화물, 금속 탄산염, 희토류 금속들 및 물유리와 같은 일련의 중요한 산업 제품들을 생산하도록 처리된다. 이 시스템과 방법은 또한 슬래그 처리와 CO2 격리 및 연도 가스 탈황을 통합한다. 슬래그를 가공하면 철강 제조 공정에서 발생하는 비축 또는 매립 쓰레기에 의한 토지 사용을 최소화하고 지하수를 보호한다. 전반적으로, 에너지 집약적이고 고도로 오염된 산업 공정의 고체 및 가스 배출이 제로 근접 방출 목표를 달성하기 위해 크게 감소, 재활용 및 가치화되었다.

Description

철 및 강철 슬래그로부터 제품을 회수하기 위한 방법 및 시스템
철강 슬래그는 제철 제강 공정에서 부산물/폐기물이며, 그 이용률이 낮으면 오염 및 기타 환경 문제가 발생할 우려가 있다. 전형적인 슬래그는 상이한 화학적 조성으로 다량의 칼슘, 마그네슘, 실리콘, 철 및 알루미늄 등을 포함한다. 슬래그는 또한 다양한 유형의 희토류 원소들을 포함할 수도 있다.
활용되지 않은 슬래그는 종종 야적장에 비축되거나 매립되고, 오염 및 기타 환경 문제의 원인이 될 수 있다. 또한, 철 산화물 형태의 30-40 중량%나 되는 높은 철분 함량뿐 아니라 철광석, 철강 스크랩 및 석탄의 공급원에 따라 다양한 종류의 희토류 원소가 슬래그에 종종 존재한다. 그러한 폐기물 이용의 개선은 환경을 보호할 뿐만 아니라 폐기물에서 파생된 비전통적(unconventional) 자원의 재활용 및 재사용을 가능하게 한다.
최근 2012년 선진국의 슬래그의 현재 이용률은 종종 100 %에 접근하지만, 슬래그의 현재 이용률은 중국에서는 22 %에 불과하며, 다른 많은 국가에서 그보다 낮은 것으로 추산된다. 중국에서만, 저장되는 슬래그의 양은 약 3천만 톤으로 추정되며, 이는 토지를 점유하고 전형적으로 환경을 오염시킨다. 슬래그를 이용하는 공정을 개선하는 것은 슬래그를 이용하는 선진국 기업의 효율을 높이고 개발 도상국에서 슬래그의 이용을 증가시키는 데 중요하다. 예를 들어, 슬래그의 이용률이 높은 국가에서도 슬래그는 시멘트, 도로 기반, 골재 및 기타 저가치 자재의 공급 원료로 제한적으로 사용된다. 슬래그를 고부가가치 재료로 전환하는 새로운 공정의 개발은 슬래그의 경제적 가치를 극대화하고 환경 영향을 최소화하기 위해 다른 천연 자원 추출을 줄일 것이다.
그러므로 바람직하게 요구되는 것은 청강 슬래그로부터 가치 있는 제품을 회수하기 위한, 고안할 수 있는 슬래그 생성 및 바람직한 슬래그 처리의 환경 영향을 감소시키는데 효과적인, 효율적이고 경제적인 공정이다.
본 출원은 미국 가출원 번호 제62/220,690호(2015년 9월 18일 출원)에 개시되어 있으며, 이는 본원에 전체적으로 개시된 것과 같이 참조로 포함된다.
개시된 본 발명의 측면은 철강 슬래그로부터 희토류 원소의 농도를 갖는 침전된 칼슘/마그네슘 카보네이트(carbonate) 및 물유리(water glass)의 동시 제조 방법 및 시스템을 포함한다.
본 개시의 일부 구체예에 따른 방법 및 시스템은 물리적 및 화학적 전처리 방법, 수금속야금 개질 방법(hydro-metallurgical reforming method), C02 버블링 및/또는 킬레이트제를 사용한 산 침출, 및 산화철, 산화 알루미늄, 침강된 칼슘/마그네슘 카보네이트, 물유리, 농축 희토류 원소를 갖는 고체 또는 액체 잔류물 등과 같은 부가가치 제품의 형성을 초래하는 침전/결정화를 통하여 슬래그를 처리한다. 일부 구체예는 다른 제철 제강 공정의 연도 가스 배출로부터의 배출원 중 하나와 함께 CO2 이용을 포함한다.
본 개시의 일부 구체예에 따른 방법 및 시스템은 전형적인 철강 슬래그로부터 철, 산화철 및 페라이트(자성 또는 비자성)를 물리적 및 화학적으로 효과적으로 분리 및 추출하도록 구현될 수 있는 제조 공정을 포함한다. 원시 슬래그(raw slag)에서 다양한 형태의 자기 철 구성 요소를 제거하면 추가적 처리 공정이 최적화된다. 일반적인 슬래그는 본질적으로 강한 알칼리도 또는 높은 pH를 나타낸다. 본 개시의 일부 구체예에 따른 방법 및 시스템은 효과적인 슬래그 추출 및 그 이후의 변환을 용이하게 하기 위한 탈황을 위한 슬래그의 사용을 포함하는 중화 단계를 포함한다. CO2 버블링 및 재침전/결정화를 통해 산화철, 산화 알루미늄 및 칼슘/마그네슘 카보네이트가 형성된다. 원시 슬래그에 희토류 원소들이 존재하면, 그것들은 농축된다. 본 개시의 일부 구체예에 따른 방법 및 시스템은 슬래그 개질/활성화(reforming/activation)를 수열(hydro-thermal) 물유리 형성과 통합한다. 일부 구체예들은 비전통적인 Si 공급원 및 슬래그 냉각/켄칭(quenching)으로부터 유도된 폐열을 더 포함한다. 본 개시에 따른 방법 및 시스템은 철강 슬래그의 이용을 개선하고, 화학 시약, 원료 및 에너지의 사용을 절감하며, 변환 속도 및 효율을 향상시키고, 슬래그 재사용 공정에서 추가의 유용한 생성물로서 물유리를 생성한다.
본 개시의 일부 구체예에 따른 방법 및 시스템은 자성 및 비자성 철 성분 모두를 재활용하고 철강 슬래그로부터 희토류 원소를 농축하는(enrich) 공정을 포함한다. 본 개시에 따른 방법 및 시스템은 슬래그를 재사용하고 이로부터 귀중한 화학 자원을 추출하기 위한 친환경적이고 에너지 효율적인 공정을 제시하며, 플라이 애시(fly ash) 또는 킬른(kiln) 폐기물과 같은 다른 유사한 산업 폐기물을 관리하는 데 적용될 수 있다.
일부 구체예에서, 본 개시는 제철 또는 제강 공정에서 생성된 슬래그의 양을 수집하고, 상기 슬래그로부터 비자성 물질 농축부(non-magnetic-material-enriched portion )를 분리하고, 산화 금속(metal oxide), 금속 탄산염(metal carbonate), 및 희토류 원소를 포함하는 상기 비자성 물질 농축부로부터 침출수(leachate)를 수집하고, 상기 침출수로부터 금속 산화물 및 금속 탄산염 중 적어도 하나를 친전시키고, 및 상기 침출수로부터 폐수 및 희토류 원소를 수집하는 것을 포함하는, 제철 및 제강 공정으로부터 생성된 슬래그를 처리하는 방법에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 침전은 pH 스윙 공정을 이용하여 수행된다.
일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부(non-magnetic-material-enriched portion)를 슬래그로부터 분리시키는 단계는 슬래그를 자성 물질 및 비자성 물질을 포함하는 입자로 파쇄하는 단계 및 슬래그 입자를 자성 물질 농축부(magnetic-material enriched portion)와 비자성 물질 농축부로 생성하기 위해 자기 분리력(magnetic separation force)을 적용하는 단계를 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 자기 분리력은 자기 보조 유동층(magnetically assisted fluidized bed)이다.
일부 구체예에서, 금속 산화물, 금속 탄산염 및 희토류 원소를 포함하는 비자성 물질 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계는 침출물 및 슬래그 잔류물을 분리하는 단계를 포함한다. 일부 구체예에서, 금속 산화물, 금속 탄산염 및 희토류 원소를 포함하는 비자성 물질 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계는 비자성 물질 농축부를 물, 염분 또는 폐산으로 세척하여 염기성 pH를 가지는 슬러리를 생성하는 단계 및 비자성 물질 농북부의 세척된 슬러리를 산과 킬레이트제를 포함하는 용액에 용해시켜 침출물 및 슬래그 잔류물을 생성시키는 단계를 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 방법은 변환 반응기(conversion reactor)에서 슬래그 잔류물을 NaOH에 용해시켜 물유리 및 금속 규산염을 포함하는 잔류물을 생성시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 방법은 슬래그의 냉각 단계, 스팀 형태로 슬래그로부터 열 회수 단계, 및 전환 반응기로의 스팀 공급 단계를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 방법은 슬래그를 약 200 ㎛ 미만의 직경 및 약 20 내지 25 ㎛의 평균 직경을 갖는 입자로 파쇄하는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부를 물, 염분 또는 폐산으로 세척하는 단계는 슬러리를 통해 CO2를 버블링하는 단계, 슬러리로부터 여액을 수집하는 단계, 여액을 약 80 ℃로 가열하는 단계, 하나 이상의 금속 탄산염을 침전시키는 단계를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부를 산으로 세척하는 단계는 슬러리로부터 여액을 수집하는 단계, 금속 수산화물 용액을 제공하는 단계, 금속 수산화물 용액을 통해 CO2를 버블링하는 단계, 침전된 생성물을 수집하는 단계 및 비자성 재료 풍부 부분의 세척에서의 사용을 위해 남은 액체를 재순환하는 단계를 포함한다. .
일부 구체예에서, 산 용액은 약 0.1M HCl 또는 HNO3이다. 일부 구체예에서, 킬레이트제는 나트륨 아세테이트, 옥살레이트, 시트레이트, 피콜리네이트, 글루코네이트, 글루타메이트, 프로피오네이트, 부티레이트, 발레레이트, 락테이트, 숙시네이트, 포스페이트, 피로포스페이트(pyrophosphate), 아스코르베이트, 프탈레이트 및 이들의 조합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 약 0.01M 용액이다.
일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부는 상기 비자성체 풍부 부분을 물로 세척하여 염기성 pH를 갖는 슬러리를 생성시키고 비자성 물질 농축부의 세척된 슬러리를 산 및 킬레이트제(chelating agent)를 포함하는 용액에 용해시키는 것 중 적어도 한 가지 동안에서 중량으로 약 15 % 비자성 물질(weight non-magnetic-material)에서 유지된다.
일부 구체예에서, 상기 방법은 침출수 폐수를 전기 분해하여 HCl 및 NaOH를 생성하는 단계를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 방법은 슬래그로부터 비자성 물질 농축부를 분리하기에 앞서 비자성 물질 농축부를 이용하여 연도 가스 스트림을 탈황(desulfinating)하는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 본 개시는 철강 슬래그의 제 1 공급원, 상기 철강 슬래그의 제 1 공급원을 미리 정해진 사이즈로 밀링하도록 구성된 밀링 모듈, 상기 철강 슬래그로부터 비자성 물질 농축부를 생성하도록 구성된 자기 보조 유동층(magnetically assisted fluidized bed), 비자성 물질 농축부와 유체 스트림을 접촉 시키도록 구성된 물, 염분, 산 및 연도 가스 중 적어도 하나를 포함하는 유체 스트림을 포함하는 슬래그 처리 모듈, 슬래그 처리 모듈과 유체 연통하는 제 1 침전 모듈, 산 및 킬레이트제를 포함하는 산 침출 모듈, 금속 산화물, 금속 탄산염 및 희토류 원소를 포함하는 적어도 하나의 침출물 스트림과 슬래그 잔류물 스트림을 생성하는 분리기, 금속 탄산염 생성물, 금속 산화물 생성물 및 희토류 원소 생성물 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 제 2 침전 모듈, 및 산 침출 모듈과 유체 연통하며 슬래그 잔류물 스트림으로부터 물유리를 생성하도록 구성된 변환 반응기(conversion reactor)를 포함하는 제철 또는 제강 공정으로부터 생성된 슬래그를 처리하는 시스템에 관한 것이다.
일부 구체예에서, 슬래그 처리 모듈은 철강 슬래그로부터의 비자성 물질 농축부를 CO2 스트림과 접촉시키도록 더 구성된다.
일부 구체예에서, 상기 시스템은 제 1 침전으로부터의 유체를 포함하고 슬래그 처리 모듈과 유체 연통하는 제 1 재순환 유체 스트림(recycled fluid stream) 및 산 침출 모듈과 유체 연통하는 제 2 재순환 유체 스트림을 더 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 제 2 침전 모듈은 적어도 하나의 pH 스윙 반응기를 포함한다.
도면들은 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 본 개시의 구체예들을 도시한다. 그러나, 본 출원은 도면에 도시된 정확한 구성 및 수단에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 일부 구체예에 따른 철강 슬래그로부터 다수의 생성물을 생산하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템을 이용하여 본 개시의 일부 구체예에 따른 철강 슬래그로부터 다수의 생성물을 생산하기 위한 방법의 차트이다.
도 3은 도 2에 도시된 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 다른 구체예에 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 4는 도 2에 도시된 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 다른 구체예에서 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 5는 도 2에 도시된 것과 같은 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 다른 구체예에 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 6은 도 4에 도시된 것과 같은 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 구체예에 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 7은 도 4에 도시된 것과 같은 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 다른 구체예에 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 8은 도 2에 도시된 바와 같은 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 다른 구체예에 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 9는 도 2에 도시 된 것과 같은 철강 슬래그로부터 복수의 생성물을 생산하는 방법의 또 다른 구체예에 포함되는 추가적 단계의 차트이다.
도 10a 내지 10h는 도 1에 도시된 시스템의 예시적인 상업적 구체예의 개략도들이다.
도 11a 내지 11b는 도 1에 도시된 시스템의 일부 구체예들 및 도 2에 도시된 방법으로부터 초래되는 알칼리성 여액 중의 측정된 이온 농도의 차트이다.
도 12a 내지 12b는 도 1에 도시된 시스템의 일부 구체예들 및 도 2에 도시된 방법으로부터 초래되는 x-선 회절(XRD) 프로파일들의 차트이다.
도 1을 참조하면, 일부 구체예에서, 본 개시는 철강 슬래그로부터 복수의 제품을 생산하는 시스템(1)에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 철강 슬래그(100)의 제1 공급원이 수집된다. 일부 구체예에서, 제1공급원(100)은 밀링 모듈(102)로 공급된다. 일부 구체예에서, 제 1 공급원(100)은 자기 분리기(104)로 공급된다. 일부 구체예에서, 자기 분리기에서 분리된 부분은 슬래그 처리 모듈(108)로 공급된다. 슬래그 처리 모듈(108)은 슬러리(110)를 생성한다.
일부 구체예에서, 제 1 침전 모듈(112)은 적어도 제 1 재순환 유체 스트림(114)을 통해 슬래그 처리 모듈(108)과 유체 연통한다.
일부 구체예에서, 슬러리(110)는 산 침출 모듈 (116)로 공급되어 침출물 및 슬래그 잔류물을 생성한다. 일부 구체예에서, 분리기(118)는 침출물 및 슬래그 잔류물을 분리하여 적어도 하나의 침출물 스트림(120) 및 슬래그 잔류 생성물(slag residue produce)(122)을 생성한다. 적어도 하나의 침출물 스트림(120)은 제 2 침전 모듈(124)로 공급되어 금속 탄산염 생성물(126), 금속 산화물 생성물(128) 및 희토류 원소 생성물(130) 중 적어도 하나를 생성한다.
일부 구체예에서, 슬래그 잔류 생성물(122)은 추가적인 처리를 위하여 변환 반응기(conversion reactor)(132)로 공급된다. 일부 구체예에서, 변환 반응기(102)는 물유리 생성물(134)을 생성한다. 도 10a-10h는 본 개시의 일부 구체예와 일관성이 있는 도 1의 시스템의 예시적인 상업적 구체예의 개략도이다.
다시 도 1을 참조하면, 일부 구체예에서, 제 1 공급원(100)은 밀링 모듈(102)로 공급된다. 밀링 모듈(102)은 제 1 공급원(100)을 더 작은, 미리 정해진 사이즈로 분해하는 역할을 한다. 일부 구체예에서, 상기 미리 정해진 크기는 자기 분리기(104)에 의한 분리를 위한 이상적인 크기이다. 전형적으로, 슬래그 펠릿은 약 5-30cm 의 범위의 직경으로부터 시작한다. 일부 구체예에서, 제 1 공급원(100)은 그것이 적어도 200 ㎛ 미만의 직경을 갖는 입자들로 구성될 때까지 밀링된다. 일부 구체예에서, 제 1 공급원(100)은 그것이 제 1 공급원(100)을 포함하는 입자의 평균 직경이 20-25 ㎛인 입자들로 이루어질 때까지 밀링된다.
다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 일부 구체예는 자기 분리기(104)를 포함한다. 자기 분리기(104)는 제 1 공급원(100)의 자성 농축부(magnetic-enriched portion)(136)를 비자성 농축부(non-magnetic enriched portion)(138)로부터 분리시킨다. 일부 구체예에서, 자기 분리기(104)는 Ca, Mg, Fe, Si, 희토류 원소 등과 같은 목표 원소에 대한 스트림을 농축(enrich)한다. 일부 구체예에서, 입자 혼입(entrainment)은 약 10 중량% 미만으로 유지된다. 일부 구체예에서, 자기 분리기(104)는 자기 보조 유동층 분리기(magnetically assisted fluidized bed separator)이다. 일부 구체예에서, 분리력은 자기 분리기(104) 내에 설치된 솔레노이드(도시하지 않음)에 의해 제공된다. 유동층(fluidized bed)의 크기와 모양은 물론, 솔레노이드의 크기와 배치는 설계 선택의 문제이다. 일부 구체예에서, 복수의 자기 분리기(104)는 직렬로 배치된다.
일부 구체예에서, 유동층 내의 기체 유속(flow rate)이 제어된다. 일부 구체예에서, 직렬로 연결된 자기 분리기(104)의 표면 가스 유속은 제 1 분리기에 대해 최대일 것이고 이후의 분리기에 대해 감소될 것이다. 일부 구체예에서, 습도는 자기 분리기(104) 내에서 제어된다. 일부 구체예에서, 자기 분리기(104) 내의 습도는 약 10 % 내지 50 % 사이로 유지된다. 일부 구체예에서, 전기는 DC 전원 장치를 통해 자기 분리기(104)에 공급된다. 일부 구체예에서, 전력 장치는 약 1.4 V의 최대 전압 및 약 180 가우스(Gauss)의 최대 전계 강도를 갖는 약 0-20 A의 전류를 제공한다.
그러나 이러한 전기적 조건은 시스템(1)의 확장된 적용에 사용하기 위해 증폭 될 수 있다. 일부 구체예에서, 자기 분리기(104) 대신에 부상 분리기(floatation separator), 중력 분리기(gravity separator), 정전기 분리기(electrostatic separator) 등이 사용된다.
일부 구체예서, 자성 농축부(magnetic-enriched portion)(136)는 철과 같은 보다 높은 농도의 금속을 포함한다. 일부 구체예에서, 자성 농축부(136)는 보다 낮은 농도의 희토류 원소를 포함한다. 자성 농축부(136)의 회수 가능한 생성물은 금속(철과 같은), 산화물(산화철과 같은) 및 페라이트를 포함한다. 일부 구체예에서, 비자성 농축부(non-magnetic-enriched portion)(138)는 보다 높은 농도의 희토류 원소를 포함한다. 비자성 농축부(138)의 회수 가능한 생성물은 주로 금속 산화물, 금속 탄산염, 물유리, 희토류 원소 및 규산염을 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 일부 구체예에서 시스템(1)은 슬래그 처리 모듈(108)로 공급되는 자기 분리기(104)로부터 분리된 부분 (140)을 포함한다. 일부 구체예에서, 분리된 부분(140)은 비자성 농축부(138)를 포함한다. 일부 구체예에서, 슬래그 처리 모듈(108)은 그 부분을 중화시키기 위해 비자성 농축부(138)와 유체 흐름을 접촉시킨다. 유체 스트림과 비자성 농축부(138)사이의 접촉 시간은 약 0.5 시간 미만에서 24 시간 초과까지 다양하다. 유체 스트림과 비자성 농축부(138) 사이의 접촉은 슬러리(110)를 초래한다. 일부 구체예에서, 슬러리(110) 중의 분산된 슬래그의 목표 중량%는 0.1 %, 1 %, 5 %, 10 %, 및 15 %로 이루어진 군으로부터 선택되고, 슬러리(110)는 슬래그 처리 모듈 (108)로부터 제거된다. 일부 구체예에서, 유체 스트림과 비자성 농축부(138)의 접촉은 복수의 세척으로서 수행된다. 일부 구체예에서, 비자성 농축부(138)의 처리는, 아래에서 더 자세히 논의될 것과 같이, 슬러리(110)의 미리 정해진 염기성 pH가 달성될 때까지 계속된다. 가가 세척에 대하여 pH는 약 15~30 분 내에서 평탄하다. 따라서 체류 시간(residence time)은 pH 변화율(dpH/dt)을 실시간으로 모니터링하여 결정될 수 있다.
일부 구체예에서, 유체 스트림은 물을 포함한다. 일부 구체예에서, 비자성 농축 부(138)는 약 11의 pH를 갖는 슬러리(110)가 생성될 때까지 물로 처리된다.
일부 구체예에서, 상기 유체 스트림은 염분을 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 염분 스트림은 NaCl, NaNO3, NaC104 및 다른 잠재적인 Li, Na 및 K 베이스의 가용성 염 중 적어도 하나를 포함한다. 첨가된 염의 양은 염 자체의 용해도 외에 슬래그의 중량 및 슬러리 밀도에 의해 결정된다. 일부 구체예에서, 최대 염/슬래그 중량비는 약 80이다.
일부 구체예에서, 유체 스트림은 산을 포함한다. 일부 구체예에서, 산은 제철 제강 공정의 다른 부분과 같은 다른 공정의 폐산이다. 일부 구체예에서, 산은 HN03, HC1, H2S04 와 같은 강산을 포함한다. 일부 구체예에서, 비자성 농축부(138)는 약 7의 pH를 갖는 슬러리(110)가 생성될 때까지 산으로 처리된다.
일부 구체 예에서, 유체 스트림은 별도의 공정으로부터의 유출 연도 가스(effluent flue gas)이다. 이들 구체예에서, 비자성 물질 농축부(138)는 석회 또는 석회석을 효과적으로 대체하고 CaS03/CaS04/CaS04 및 다른 미량 성분들을 초래한다.
일부 구체예에서, 유체 스트림은 CO2를 포함한다. 이들 구체예에서, CO2는 비자성 농축부(138) 및 전술한 바와 같이 물 또는 염분에 의해 생성된 슬러리(110)를 통해 버블링 된다. 버블링 된 CO2는 슬래그 처리 모듈(108)의 비자성 물질 농축부(138)를 중화하는데 효과적이다.
일부 구체예에서, 유체 스트림 중의 전처리(pretreated) 된 슬래그는 상이한 슬래그/알칼리 비율, 온도 및 압력에서, 상이한 염기를 갖는 슬러리 내로 수-열적(hydro-thermal) 알칼리성 개질을 통해 활성화되어 반응 속도 및 전처리 된 슬래그의 전반적 변환을 향상시킨다. 알칼리성 개질 슬래그는 이어서 C02 버블링에 의해 용해되고 탄화 침출물은 금속 탄산염의 재침전에 사용된다.
이들 구체예에서, 전처리 된 슬래그는 수성 슬러리에서 NaOH와 혼합된다. 시료/ NaOH 중량비는 1 (100 %), 2 (50 %), 4 (25 %), 10 (10 %) 및 20 (5 %)으로부터의 범위의 브래킷에서 NaOH 화학양론적 비율(stoichiometric ratio)에 해당한다. 일부 구체예에서, 알칼리는 KOH, NH4OH, Li, Na, K, NH4 + 계 염(LiB04, Li2B407, Na2C03, NaHC03, K2C03, KHC03, (NH4)2C03, NH4HC03 와 같은)등을 포함한다. 슬러리는 120 내지 250 ℃의 온도 범위에서 열처리된다. 일부 구체예에서, 포화 수증기압에서 반응기의 개시 압력은 특정 표적 반응 온도에 상응한다. 반응기를 예압(pre-pressurizing)하기 위해, 공기 또는 N2 중 적어도 하나가 적용된다. 일부 구체예에서, 알칼리성 개질의 반응 시간은 약 2 시간이다.
반응 시스템의 열처리 및 냉각 후, 슬러리는 고체(개질 슬래그) 및 액체(알칼리성 여과물)로 분리된다. 일부 실시예에서, 분리된 고형물은 기술된 물, 염분 등으로 처리하기 위해 전술 한 슬래그 처리 모듈(108)로 보내어진다. 일부 구체예에서, 이어서 C02 는 개질된 슬래그를 통해 버블링 되고 금속 탄산염은 생성물로서 침전된다. 일부 구체예에서, 잔류 액체는 후속적으로 개질된 슬래그의 CO2 버블링에서 재사용된다.
일부 구체예에서, CO2 버블링으로부터 생성된 불용성 슬래그는 알칼리성 여액과 혼합된다. 최종 생성물에서 2 - 3.5 범위의 Si02/Na20 비율에 따라, 알칼리성 여액과 불용성 슬래그가 특정 비율에 따라 혼합된다. 일부 구체예에서, 추가 SiO2도 첨가된다. 일부 구체예에서, 물유리가 형성된다. 일부 구체예에서, 형성 공정은 슬래그 냉각 공정으로부터 생성된 증기에 의해 공급되는 약 ~120 ℃의 증기 환경에서 2 시간 이하를 소요한다. 일부 구체예에서, 금속 이온은 pH 스윙 공정을 통해 생성물로서 제거된다. 일부 구체예에서, 결과적인 잔류물은 증가된 농도의 희토류(rare-earth) 원소를 포함한다. 일부 구체예에서, 결과적인 잔류물은 희토류 원소 농축(concentration) 및 본 개시의 다른 곳에서 논의된 분리된 공정에서의 사용을 위해 재사용된다. 일부 구체예에서, 잔여 액체는 슬래그 처리 모듈(108)로 재순환된다.
전술한 바와 같이 다시 도 1을 참조하면, 일부 구체예들에서 슬래그 처리 모듈(108)은 제 1 침전 모듈(112)과 유체 연통한다. 유체 스트림이 비자성 농축부(138)와 접촉됨에 따라, 유출 스트림(effluent stream)(142)이 생성된다. 일부 구체예에서, 유출 스트림(142)은 제 1 침전 모듈(112)로 공급되고, 제 1 재순환 스트림(114) 및 침전된 생성물 (144)의 생성을 허용하는 처리를 받는다. 제 1 침전 모듈 (112)의 일부 구체예에서, CO2는 유출 스트림(142)을 통해 버블 링 된다. 일부 구체예에서, 유출 스트림은 Na2C03 또는 NaOH를 포함하는 것과 같은 알칼리 용액과 접촉된다. 일부 구체예에서, 침전된 생성물(144)은 pH 스윙 공정을 통해 생성된다.
일부 구체예에서, 유출 스트림(142)은 가열된다. 일부 구체예에서, 유출 스트림은 약 80 ℃로 가열된다. 제 1 재순환 스트림(first recycled stream)(114)은 슬래그 처리 모듈(108)(물, 염분 등)에 의한 사용에 여전히 유용한 유체를 포함하고, 따라서 새로운 비자성 농축부(138)의 처리에 사용하기 위해 슬래그 처리 모듈(108)로 복귀된다. 일부 구체예에서, 침전된 생성물(144)은 탄산 칼슘 또는 탄산 마그네슘과 같은 적어도 하나의 금속 탄산염을 포함한다. 일부 구체예에서, 침전된 생성물(144)은 적어도 CaS03/CaS04/Ca(N03)2/CaC03 및 CaC03를 포함한다.
전술한 바와 같이 다시 도 1을 참조하면, 슬러리(110)는 산 침출 모듈(116)로 공급된다. 일부 구체예에서, 산 침출 모듈(116)은 산 및 킬레이트제를 포함한다. 산 및 킬레이트제는 슬러리(110)와 접촉하여 침출물 생성물 및 슬래그 잔류 생성물의 생성을 야기하는 반응을 생성한다. 일부 구체예에서, 산 침출 모듈(116)에 사용하기 위한 산은 HCl, HNO3 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구체 예에서, 킬레이트제는 나트륨 아세테이트, 옥살레이트, 시트레이트, 피 콜리네이트, 글루코네이트, 글루타메이트 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 전술한 바와 같이, 일부 구체예에서, 산 침출 모듈은 슬러리(110)를 0.1 %, 1 %, 5 %, 10 % 및 15 %로 구성된 것으로부터 선택된 중량%로 유지시킨다. 일부 구체예에서, 반응 시간은 최소한 2 시간이다. 일부 구체예에서, 반응은 약 60°- 90 ℃의 온도에서 수행된다.
다시 도 1을 참조하면, 산 침출 모듈에 의해 생성된 침출물 및 슬래그 잔류물은 분리기(118)로 적어도 하나의 침출물 스트림(120) 및 슬래그 잔류 생성물(120)로 분리된다. 일부 구체예에서, 상기 적어도 하나의 침출물 스트림(120)은 금속 산화물, 금속 탄산염 및 희토류 금속 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 적어도 하나의 침출물 스트림(120)은 제 2 침전 모듈(124)에서 처리된다. 전술한 바와 같이, 제 2 침전 모듈(124)은 금속 탄산염 생성물(126), 금속 산화물 생성물(128) 및 희토류 원소 생성물(130) 중 적어도 하나를 생성한다. 일부 구체예에서, 생성물 126, 128 및 130 중 적어도 하나는 pH 스윙 공정을 통해 생성된다. 일부 구체예에서, 제 2 침전 모듈(124)은 침출물 (120)을 통한 버블링을 위한 CO2 스트림을 포함한다. 일부 구체예들에서, 제 2 침전 모듈(124)은 침출물(120)과 접촉하기 위한 NaC03 스트림을 포함한다. 일부 구체예들에서, 잔여 침출물은 제 2 재순환 유체 스트림(146)으로서 산 침출 모듈(116)로 재순환되어 슬러리(110)의 다음 배치의 용해를 돕는다.
일부 구체예에서, 희토류 원소 생성물(130)은 임의의 생성물(126 및 128)을 제거한 후에 금속 산화물 생성물(128) 또는 나머지 침출물 내에서 농축된다.
이들 구체예에서, 추가적인 분리 단계는 희토류 원소 생성물(130)에 도달하도록 구현된다. 일부 구체예에서, 희토류 원소 생성물(130)은 흡수제의 사용에 의해 농축된다.
일부 구체예에서, 본원에 기재된 금속 탄산염 생성물은 주로 칼슘 및 마그네슘 탄산염이다. 일부 구체예에서, 본원에 기재된 금속 산화물 생성물은 주로 산화철 및 산화알루미늄이다.
일부 구체예에서, 용융된 슬래그가 제공된다. 일부 구체예에서, 용융된 슬래그는 냉각된다. 일부 구체예에서, 슬래그는 약 80 ℃의 온도로 냉각된다. 일부 구체예에서, 이러한 냉각 공정으로부터의 열은 증기로서 회수되어 본 개시의 다른 측면에서 사용된다. 일부 구체예에서, 스팀은 유출 스트림(142)을 가열하기 위해 제 1 침전 모듈(112)에 사용된다. 일부 구체예에서, 스팀은 전술한 바와 같이 슬러리의 열처리에 사용된다.
일부 구체예에서, 증기는 물유리 제품(134)의 생성을 돕기 위해 변환 반응기(132)로 공급된다. 슬래그 잔류물(122)은 대부분 실리카 및 비용해 금속 실리케이트(silicate)를 포함한다. 일부 구체예에서, 물유리 제품 (134)은 다음 반응식에 따라 변환 반응기(132)에서 NaOH에 용해된다:
2NaOH + x Si02 --> Na20-(Si02)x + H20 (x는 l-3.5)
일부 구체예에서, 상기 확인된 물 유리 생성 반응을 돕기 위해 첨가된 스팀은 적어도 약 120 ℃이다. 일부 구체예에서, 물유리가 정제된다. 연도 가스 탈황을 포함하는 구체예에서, pH에 따라 NaOH 중 CaSO4의 특정 용해도로 인해, 형성된 물 유리는 Na2S04의 형태로 약간의 황산 이온을 함유한다. 일부 구체예에서, 불용성 CaS04는 다른 불용성 고체, 주로 금속 수산화물과 혼합되고, 그것들은 다시 탄산화(carbonation) 및 추가 금속 탄산염의 생성을 위해 물과 같은 액체에 용해된다. 일부 구체예에서, 탄산화 후, 물은 다음 배치(batch)의 불용성 혼합물을 세척하기 위해 재순환된다. 일부 구체예에서, 불용성 CaSO4는 결국 고체로서 수집된다.
물유리 제품(134)이 제조되고 이어서 회수되면, 잔류 슬래그 잔류물(122)은 Ca, Mg, Al, Fe 등을 비롯한 금속 수산화물 침전물 및 용해되지 않은 금속 실리케이트를 함유한다. 일부 구체예에서, 용해되지 않은 금속 실리케이트와 같은 남아있는 불용성 성분은 슬래그 처리 모듈(108)로 재순환된다. 일부 구체예에서, 남아있는 불용성 성분은 재순환 스트림(recycle stream)(148)으로서 산 침출 모듈(116)로 재순환되어 돌아간다.
도 2를 참조하면, 일부 실시예에서, 본 개시는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 처리하는 방법(2)에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 상기 방법(2)은 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그 양을 수집하는 단계(200)를 포함한다. 슬래그의 양으로부터, 비자성 물질 농축부가 분리된다(202). 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부로부터의 침출물이 수집된다(204). 슬래그 잔류물도 수집된다. 일부 구체예에서, 적어도 하나의 금속 산화물 또는 금속 탄산염이 침출물로부터 침전된다. 일부 구체예에서, 희토류 원소는 침출물로부터 수집된다(206). 일부 구체예에서, 변환 반응기에서 슬래그 잔유물이 NaOH 중에 용해되어 (208), 물유리 및 금속-실리케이트를 포함하는 잔류물을 생성한다.
도 3을 참조하면, 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부를 분리하는 단계(202)는 슬래그를 자성 및 비자성 물질을 포함하는 입자로 파쇄하는 단계(300)를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부를 분리하는 것(202)은 분쇄(300)에 의해 생성된 슬래그 입자에 자기 분리력을 적용하는 단계(302)를 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 자기 분리력을 적용(302)하면 자성 물질 농축부 및 비자성 물질 농축부가 생성된다.
도 4를 참조하면, 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계(204)는 물, 염분 또는 폐산으로 비자성 농축부를 세척하는 단계 (400)를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 세척(400)은 염기성 pH를 갖는 슬러리를 생성한다. 일부 구체예에서, 비자성 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계(204)는 산 및 킬레이트제를 포함하는 용액에 슬러리를 용해시키는 단계(402)를 더 포함한다. 일부 구체예들에서, 비자성 물질 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계(204)는 침출물을 슬래그 잔류물로부터 분리하는 단계(404)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 일부 구체예에서, 방법(2)은 슬래그를 냉각시키는 단계(500), 스팀의 형태로 슬래그로부터 열을 회수하는 단계(502) 및 시스템 내의 다른 곳에서 스팀을 이용하는 단계를 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 일부 구체예에서, 물유리 생성 또는 제 1 침전 모듈로부터의 금속 탄산염의 침전을 돕기 위해 변환 반응기에서 사용하기 위해 증기가 변환 반응기로 공급된다(504).
이제 도 6을 참조하면, 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부를 물, 염분 또는 폐산으로 세척하는 단계(400)는 슬러리를 통해 C02를 버블링하는 단계(600), 상기 슬러리로부터 여액을 수집하는 단계 (602), 상기 여액을 약 80 ℃로 가열하는 단계(604), 및 적어도 하나의 금속 탄산염을 침전시키는 단계(606)를 더 포함한다.
이제 도 7을 참조하면, 일부 구체예에서, 비자성 물질 농축부를 세척하는 단계 (400)는 슬러리로부터 여액을 수집하는 단계(700), 금속 수산화물 용액을 제공하는 단계(702), 금속 수산화물 용액을 통해 C02를 버블링하는 단계(704), 침전된 생성물을 수집하는 단계(706), 및 비자성 물질 농축부의 세척에 사용하기 위해 잔여 유체를 재순환하는 단계(708)을 더 포함한다.
도 8을 참조하면, 일부 구체예에서, 방법(2)은 침출수 폐수를 전기 분해하여 HCl 및 NaOH를 생성하는 단계(810)를 더 포함한다.
도 9를 참조하면, 일부 구체예들에서, 비자성 물질 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계(204)는 비자성 물질 농축부를 이용하여 연도 가스 스트림을 탈황 (desulfinating)하는 단계(400')를 더 포함한다.
과량의 NaOH로 인해, 반응 후 고체 생성물에서 Ca(OH)2 가 검출되지만, 역방향 반응은 보통 매우 쉽게 일어난다. 따라서 슬래그 잔류물에 남아있는 Ca(OH)2 의 양은 제한될 것이다. Mg도 남아 있는 슬래그 중에 5~10 중량% 함유되어 있다. 고체 생성물에서 검출된 실제 결정상은 NaCa2Si308(OH), Ca5Si6O16(OH)2, Ca6Si207(OH)6, Mg3Si205(OH)4를 포함하지만 이에 국한되지 않는다.
Fe-희박 슬래그(Fe-lean slag), 예를 들어 철 슬래그 또는 용광로 슬래그는 종종 Al 5-15 중량%를 함유하며, 알칼리 개질 후 고체 잔류물에서 CaAlSi06, Ca3Al2(Si04)2(OH)4, Ca5Al2(Si04)3(OH)4, Ca19Al11Mg2Si18069(OH)9 가 검출되었다. 과량의 NaOH의 경우, Al은 또한 알칼리성 여액에 분산된 (A102)- 형태로 약 0.02 - 0.05 중량%까지 측정된다.
Fe가 풍부한 슬래그, 대부분 기본 산소로 슬래그 또는 전기로 슬래그와 같은 강 슬래그에서, FeO 형태의 철 함량은 최대 30 중량% 일 수 있다. Ti 및 Mn도 또한 약 1 중량%로 측정된다. Fe가 풍부한 원래(raw) 슬래그에서, 검출된 주요 결정상은 다음을 포함한다: Ca2Si04, Ca7Mg(Si04)4, Ca2Fe205.12, Ca3Mn1.2Fe1.808, Ca2P207 , CaTi03, Fe203, Fe304. 알칼리 개질 후, 검출된 주요 결정상은 Ca(OH)2, Ca3Fe2Ti1.42Si1.58O12, Ca3FeTiSi3012, Ca3[Mn(OH)6]2, CaMn02.98, Fe203를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
도 11a 및 도 11b는 알칼리 여액에서의 이온 농도를 나타낸다: (a) # 2는 Fe- 희박 슬래그이고, (b) # 5는 Fe-풍부 슬래그이다. 도 11b는 C02 버블링 전후의 개질 슬래그의 XRD 프로파일을 도시한다: (11a) # 2, IS 또는 Fe-희박 슬래그 및 (11b) # 5, SS 또는 Fe-풍부 슬래그. 도 12a 및 12b는 C02 버블링 전후의 개질 슬래그의 XRD 프로파일을 도시한다: (12a) # 2, IS 또는 Fe-희박 슬래그 및 (12b) # 5, SS 또는 Fe-풍부 슬래그.
본 개시에 따른 방법 및 시스템은 산업 고형 폐기물을 부가가치 산업 물질로 전환시킴으로써 산업 폐기물을 감소시키고, 또한 이러한 폐기물을 비축하거나 매립하는 데 필요한 토지 사용을 최소화하고 지하수를 보호한다. 본 개시에 따른 방법 및 시스템은 슬러그로부터 추출된 Ca/Mg 성분과 유출 CO2를 화학적으로 결합시킴으로써 철강 플랜트의 탄소 배출을 추가로 감소시킨다.
전반적으로, 에너지 집약적이고 고도로 오염된 산업 공정의 고체 및 가스 배출이 제로 근접 방출 목표를 달성하기 위해 크게 감소, 재활용 및 가치화된다. 따라서 철강 산업의 청정 개발 및 지속 가능성이 크게 개선된다.
본 개시에 따른 방법 및 시스템은 슬래그 활용의 비용적 도전, 특히 더 낮은 물질 반응성 및 산/염기의 다량 소비를 원인으로 하는 미네랄 및 산업 폐기물의 탄산화 문제에 대응한다. 이러한 이점은 최소한 물리적 및 화학적 전처리 및 알칼리 개질을 통해 실현된다. 전술 한 바와 같이, 적어도 개질의 활성화를 통한 슬래그의 전처리는 반응 속도를 향상시키고 슬래그 변환의 비율 및 효율을 증가시킨다.
본 개시에 따른 방법 및 시스템은 유사한 화학적 조성 및 높은 알칼리성을 갖는 플라이 애시(fly ash) 또는 킬른 폐기물과 같은 다른 유사한 산업 폐기물 관리에 적용 가능하다. 또한 장기간에 걸쳐 광물을 목표로 하므로 C02가 광물 탄산화를 통해 안전하게 저장될 수 있다.
비록 본 발명이 그의 예시적인 구체예들에 관하여 설명되고 예시되었지만,
본 기술 분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 상기 및 다양한 다른 변경, 생략 및 추가가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 다른 구체예들은 다음 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 철강 제조 공정으로부터 생성된 소정 양의 슬래그를 수집하고;
    상기 슬래그로부터 비자성 물질 농축부(non-magnetic-material-enriched portion)를 분리하고;
    금속 산화물, 금속 탄산염, 및 희토류 원소들을 포함하는 상기 비자성 물질 농축부로부터 침출물(leachate)을 수집하고;
    상기 침출물로부터 상기 금속 산화물 및 상기 금속 탄산염 중 적어도 하나를 침전시키고; 그리고
    상기 침출물로부터 폐수 및 희토류 원소들을 수집하는;
    단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정(an iron or steel making process )에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그로부터 비자성 물질 농축부를 분리하는 단계가,
    상기 슬래그를 자성 및 비자성 물질을 포함하는 입자로 분쇄하고; 그리고
    상기 슬래그 입자에 자기 분리력을 인가하여 자성 물질 농축부(magnetic- material enriched portion) 및 비자성 물질 농축부(non-magnetic-material enriched portion)를 생성하는;
    단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물, 금속 탄산염, 및 희토류 원소들을 포함하는 비자성 물질 농축부로부터의 침출물을 수집하는 단계가,
    상기 침출물 및 슬래그 잔류물(slag residue)을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속 산화물, 금속 탄산염, 및 희토류 원소들을 포함하는 상기 비자성 물질 농축부로부터 침출물을 수집하는 단계가,
    염기성 pH를 가지는 슬러리를 생성하기 위해 상기 비자성 물질 농축부를 물, 염분, 또는 폐산으로 세척하고; 그리고
    상기 침출물 및 상기 슬래그 잔류물을 생성하기 위해 산 및 킬레이트제(chelating agent)를 포함하는 용액에 비자성 물질 농축부의 세척된 슬러리를 용해하는;
    단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    물유리(water glass) 및 금속 실리케이트(metal- silicates)를 포함하는 잔류물을 생성하기 위하여 변환 반응기(conversion reactor)에서 NaOH 중에 상기 슬래그 잔류물을 용해시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    슬래그를 냉각하고;
    스팀의 형태로 슬래그로부터의 열을 회수하고; 그리고
    상기 스팀을 변환 반응기로 공급하는;
    단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그를 약 200 ㎛ 미만을 직경을 가지고 평균 직경이 약 20-25 ㎛인 입자로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 비자성 물질 농축부를 물, 염분 또는 폐산으로 세척하는 단계가,
    상기 슬러리를 통하여 C02 를 버블링 하고;
    상기 슬러리로부터 여액(filtrate)을 수집하고;
    상기 여액을 약 80 ℃로 가열하고; 그리고
    적어도 하나의 금속 탄산염을 침전시키는;
    단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 비자성 농축부를 산으로 세척하는 단계가,
    상기 슬러리로부터 여액을 수집하고;
    금속 수산화물 용액(metal hydroxide solution)을 공급하고;
    상기 금속 수산화물 용액을 통하여 C02 를 버블링하고;
    침전된 생성물을 수집하고; 및
    상기 비자성 물질 농축부의 세척에 사용하기 위해 남은 유체를 재순환(recycling)하는;
    단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 산은 약 0.1M HC1 또는 HN03 인 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 킬레이트제는 나트륨 아세테이트, 옥살레이트, 시트레이트, 글루코네이트, 글루타메이트, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 약 0.01M 용액인 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 비자성 물질 농축부를 하기의 적어도 하나의 단계 중에 약 15% 중량 비자성 물질로 유지하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법:
    상기 비자성 물질 농축부를 물로 세척하여 염기성 pH를 가지는 슬러리를 생성하도록 하는 단계; 및
    산 및 킬레이트제를 포함하는 용액에 비자성 물질 농축부의 세척된 슬러리를 용해하는 단계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 침출물로부터 금속 산화물 및 금속 탄산염을 침전시키는 단계가 pH 스윙 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    HC1 및 NaOH를 생성하기 위해 상기 침출물 폐수를 전기분해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 자기 분리력이 자기 보조 유동층(magnetically assisted fluidized bed)인 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그로부터 상기 비자성 물질 농축부를 분리하기에 앞서
    상기 비자성 물질 농축부를 이용하여 연도 가스 스트림(a flue gas stream)을 탈황(desulfinating)하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 방법.
  17. 철강(iron or steel) 슬래그의 제1 공급원;
    상기 철강 슬래그의 제1 공급원을 미리 정해진 사이즈로 밀링하도록 구성된 밀링모듈;
    상기 철강 슬래그로부터 비자성 물질 농축부를 생성하도록 구성된 자기 보조 유동층(magnetically assisted fluidized bed);
    상기 비자성 물질 농축부를 물, 염분, 산 및 연도 가스 증 적어도 하나를 포함하는 유체 스트림을 유체 스트림을 접촉 시키도록 구성된 상기 유체 스트림을 포함하는 슬래그 처리 모듈;
    상기 슬래그 처리 모듈과 유체 연통하는 제1 침전 모듈;
    산 및 킬레이트제를 포함하는 산 침출 모듈(acid leaching module);
    슬래그 잔류물 스트림(slag residue stream) 및 금속 산화물, 금속 탄산염 및 희토류 원소들을 포함하는 적어도 하나의 침출물 스트림(leachate stream )을 생성하는 분리기;
    금속 탄산염 생성물, 금속 산화물 생성물 및 희토류 원소 생성물 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 제2 침전 모듈; 및
    상기 산 침출 모듈과 유체 연통하고 상기 슬래그 잔류물 스트림으로부터 물유리(water glass)를 생성하도록 구성된 변환 반응기(conversion reactor);
    를 포함하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 슬래그 처리 모듈은 상기 철강(iron or steel) 슬래그부터의 비자성 물질 농축부를 C02 스트림과 접촉시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 침전로부터의 유체를 포함하고 상기 슬래그 처리 모듈과 유체 연통하는 제1 재순환 유체 스트림(first recycled fluid stream); 및
    상기 산 침출 모듈과 유체 연통하는 제2 재순환 유체 스트림;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제2 침전 모듈은 적어도 하나의 pH 스윙 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 제조 공정에서 생성된 슬래그를 회수하는 시스템.

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