KR950005297B1 - 스테인레스 스틸 스크랩으로부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

스테인레스 스틸 스크랩으로부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법

본 발명은 스테인레스 스틸 스크랩으로부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로서. 더욱 상세하게는 스테인레스 스틸 압연공정중에 표면연마 과정에서 발생하는 스테인레스 스틸 스크랩(scrap)으로부터 유기용매로 오일을 제거하고 산과 알칼리 및 고분자 조립액을 사용하므로써 분말야금 산업에 이용할 수 있는 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 새로운 방법에 관한 것이다.

현재 스테인레스 스틸의 압연공정중 표면연마 과정에서 오일이 함유된 스테인레스 스틸 스크랩이 발생하여 산업 폐기물로써 버려지고 있다. 이러한 스테인레스 스틸의 스크랩은 그중에 함유되어 있는 오일성분이나 산에 용해되지 않는 성분(산에 용해되지 않는 성분은 탄화규소, SiC, 알루미나 및 Al₂O₃등으로 이루어져 있어서 약 25% 염산으로 가열 처리하여도 용해되지 않음)등의 산에 용해되지 않는 성분 및 금속 성분 등으로 인해 심각한 환경 공해문제를 야기시킬 뿐만 아니라 귀중한 자원의 낭비가 되고 있다.

따라서, 이러한 폐자원의 활용방법에 대한 필요성이 크게 증대되고 있다.

다른 한편으로, 분말야금 제품은 경제성과 공정의 우수성으로 인하여 생산량이 날로 증가하고 있어 이런 분말야금에 유용한 철계금속 분말에 수요가 증가하고 있다.

특허 스테인레스 스틸의 경우에는 우수한 물리적 성질 때문에 자동차, 가정용, 사무용품 등 내구성을 필요로 하며 복잡한 형상을 요구하는 정밀부품에 스테인레스 스틸 분말야금 제품의 이용이 급중함에 따라서 스테인레스 스틸 분말의 수요도 급격하게 증가하고 있다.

일반적으로, 금속분말을 제조하는 방법으로는 크게 다음 네가지 방법을 들 수 있다.

첫번째, 기계적인 방법으로 금속 고형체 덩어리를 기계적으로 절삭, 파괴, 분쇄하여 미세화시키는 방법이 있다.

두번째, 분사(atomization)법으로 용융된 금속을 분무하여 미세한 분말로 응고시키는 방법으로서, 이 방법은 합금분말을 제조하는데 용이하다.

세번째, 기화법으로, 고체상태의 재료를 증발시켜 금속증기로 만든 후 이 증기를 다시 응축시키는 방법이 있는데, 이 방법은 융점이 낮고, 증기압이 높은 금속의 분말을 제조하는데 많이 이용되고 있다.

네번째, 화학적 습식방법으로 얻은 산화물 상태의 분말을 수소나 CO가스로 환원시켜 금속분말을 만드는 방법으로 환원조건에 따라 금속분말의 특성을 조절할 수 있다.

이중에서 현재 분말야금용 스테인레스 스틸 분말은 분사(atomization)법중 전부 수분사법(water atomization)으로 제조되고 있다.

이와같이, 종래에 폐기물로 버려져 왔던 스테인레스 스틸의 스크랩으로부터 최근에 수요가 급증하고 있는 스테인레스 분말을 얻어낼 수만 있다면 그 유용성은 매우 클것임에는 의문의 여지가 없다.

이에, 본 발명자들은 현재 거의가 버려지고 있는 연마유 등의 오일을 함유하고 있는 스텐인레스 스틸 스크랩을 폐자원의 활용 차원에서 이용하기 위하여, 먼저 스크랩중의 오일을 유기용매로 제거한 다음, 오일이 제거된 스테인레스 스틸 스크랩을 산과 알칼리로 처리하고 고분자 조립액을 이용하게 되면 부가가치가 높은 스테인레스 스틸분말을 효율적으로 제조할 수 있다는 사실을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 스테인레스 스틸 스크랩으로부터 유기용매로 오일을 제거하고 산과 알칼리에 용해, 여과 및 침전시킨 후 건조하여 고분자 조립액을 첨가한 다음 환원시킴으로써 스테인레스 스틸 분말 제조하는 새로운 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스테인레스 스틸의 분말을 제조하는데 있어서, 스테인레스 스틸의 암연공정중에 표면연마 과정에서 생성되는 스테인레스 스틸 스크랩에다 유기용매를 첨가하여 오일을 녹여내고, 탈지 회수된 스테인레스 스틸 스크랩을 강산에 용해시키고 여과한 후 알칼리를 첨가하여 여과한 다음, 고분자 조리액을 이용하여 입자화시켜서 체분리를 하고 환원시켜서 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 것을 특징으로 한다.

이와같은 본 발명은 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스테인레스 스틸 스크랩을 이용하여 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 데 있어서, 유기용매로 스테인레스 스크랩에 함유되어 있는 오일을 용해시켜 제거해 내고, 탈지된 스크랩은 산과 알칼리를 이용하여 처리함으로써 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법으로 이를 공정에 따라 다음에서 상술한다.

먼저 스테인레스 스틸 스크랩을 유기용매를 이용하여 스테인레스 스틸의 스크랩중에 함유되어 있는 오일을 녹여낸다.

이때 사용되는 유기용매로는 탄소수가 8이하로 포화탄화수소 또는 탄소수가 3이하인 염소로 치환된 불포화탄화수소로서, 구체적으로는 헵탄, 헥산, 펜탄, 1, 1, 1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 퍼클로로에틸렌, 사염화탄화, 클로로포름 및 염화메틸렌 중에서 선택된 성분의 단독 또는 혼합물을 사용할 수 있다.

이러한 유기용매는 스크랩 전체 중량의 2배 이상으로 첨가하는데, 약 10분 이상 경과하면 스크랩중의 오일이 용해되기 시작하면서 제거된다. 이때 용해속도를 개선시키기 위해서는 교반해줄수 있다.

이러한 용매사용은 2∼5회로 반복 수행할 수 있으며, 오일이 용해된 용매는 탈지된 스크랩과 분리해 내고 오일과 용매를 증류하여 분리한 다음 각각 연마유와 용매로 재활성할 수 있다.

한편, 탈지 회수된 스테인레스 스틸 스크랩은 염산, 질산 또는 황산등 강산을 이용하여 용해시키는데, 이 용해시킨 액을 여과하면 스테인레스 스틸 스크랩에 묻어 있던 산에 용해되지 않는 성분이 제거되고 철, 크롬 및 니켈등 스테인레스 스틸을 구성하는 성분만 용액중에 남아있게 된다. 이때 강산은 금속성분에 대한 화학 당량비 만큼 량으로 첨가하는 것이 산의 소비량이나 알칼리 소비량을 줄이는 면에서 바람직하다.

이 과정에서 제조하고자 하는 스테인레스 스틸의 종류에 따라 제일철염, 니켈염, 크롬염등의 성분을 첨가하여 철, 니켈, 크롬의 조성비를 변화시킬 수도 있다.

상기 여과하여 얻어진 스테인레스 스틸 수용액에 수산화나트륨이나 수산화칼륨, 탄산나트륨과 같은 알칼리를 첨가하면서 상온에서 수소이온농도를 조절하면 침전이 생기는데, pH 5.0∼13.0에서 금속성분이 거의 손실없이 침전물로서 잘 얻어진다.

침전반응 완료후 용액중에 잔류하는 금속이온의 농도가 너무 높으면 스테인레스 스틸로서의 회수율이 적어지고 조성비가 변화될 수 있을 뿐만 아니라, 침전물 여과후 여액으로 인한 수질오염의 위험도 일어날 수 있으므로 가능한 한 침전반응 후 폐액중에 금속이온의 농도를 최소화하기 위하여는 pH가 8이상이 되도록 적절하게 조절하는 것이 중요하다.

침전으로 얻은 금속 수산화물은 여과, 탈수한 후 100℃이상에서 건조하면 미세한 금속수산물 분말이 얻어지는데, 이 분말을 환원시키기 위해서는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산에스테르, 전분, 카아복시셀룰로즈계, 아라비아 고무 및 구아르 고무등의 수용액 중에서 선택된 유기 결합제인 고분자 조립액을 첨가한 다음, 스테인레스 스틸성분을 조립하여 입자로 만들어서 900∼1200℃ 1∼30시간 수소를 흘려주면서 환원시킨다. 환원시간이 1시간 미만인 경우에는 환원이 완결되지 못하므로 바람직하지 못하며, 또 환원시간이 30시간을 초과하면 환원효과는 충분하나, 수소의 사용량이 과다해지므로 바람직하지 못하다.

본 발명에 따르면 금속 수산화물을 환원시킬 때 미세한 금속수산화물 분말을 그대로 사용하는 것이 아니라 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산에스테르, 전분, 카아복시셀룰로오즈계, 아라비아 고무 및 구아르 고무등의 수용액 고분자 조립액인 유기결합제를 사용하여 일정한 입자크기가 되도록 조립하는 과정은 반드시 거쳐야 하는 공정으로, 만약 이러한 조립과정을 거치지 않으면 환원이 균일하게 일어나지 않으며, 분말상태의 스테인레스 스틸이 얻어지지 않는다. 그러나 상기 조립과정을 거치면 스테인레스 스틸이 분말로 얻어질 수 있으며, 환원 후 얻어진 금속분말을 입도분포를 용이하게 조정할 수 있는 이점이 있다. 이때 상기 고분자 조립액은 금속수산화물에 대해 순소 고분자 성분으로서 2∼3%의 량으로 첨가하여 건조 후 조분쇄하여 체분리하면 조립입자가 형성된다.

이와같이 본 발명은 산업 폐기물로서 버려지는 스테인레스 스틸 스크랩으로부터 효율적으로 스테인레스 스틸 분말을 제조함으로써, 환경오염을 방지하고 스틸 분말을 재활용할 수 있어 원가절감등 경제적인 효과가 크며, 분말제조중에 성분을 첨가하여 활용하고자 하는 스테인레스 스틸 종류에 따라 스테인레스 스틸의 조성비를 변화시켜 원료의 용도를 다변화시킬 수 있는등 여러가지 장점이 있어 분말야금산업 등에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 원료로 사용되는 스테인레스 스틸 스크랩의 조성은 오일 22∼31중량%, 철 54∼58%, 크롬 13~14중량%, 니켈 6∼7중량% 및 산에 용해되지 않는 성분 2∼3중량%이다.

[실시예 1]

스테인레스 스틸 스크랩(SUS 304조성범위) 20g을 취하여 헵탄 20g에 넣은 후 스크랩중에 함유되어 있는 오일을 녹여낸 다음, 용매를 분리하여 100℃에서 건조한다. 그리고 나서 25% 농도의 염산용액에 당량비가 1.0이 되도록 하여 녹이고 여과를 하여 녹지않고 남아있는 석분을 제거한 후 상온에서 4Mole 수산화나트륨 수용액으로 침전시킨다.

생성된 침전은 여과하여 110℃에서 건조시킨 후 5% 폴리비닐알콜 수용액을 이용하여 건조된 침전물에 대하여 폴리비닐알콜 2%를 첨가하여 조립을 행하여 50∼325메쉬 크기로 입도조정을 한 후, 수소를 흘려주면서 1100℃에서 2시간 처리하여 환원되어 스테인레스 스틸 분말이 얻어진다.

얻어진 분말은 Fe 73.0%, Cr 19.3%, Ni 8.6%의 조성으로서, SUS 304의 조성범위(Cr 18-20%, Ni 8~10.5%)안에 들어 있으며, 이는 원료로 사용한 스크랩과 조성이 거의 일치하고 있었다. 또한 환원전 조립 금속수산화 침전물은 입도가 50~100메쉬의 것만을 사용하였으며, 환원 후 얻어진 스테인레스 스틸 금속분말의 입도는 100~40메쉬의 것이 66%, 140~200메쉬의 것이 32%로 좁은 입도분포의 폭을 보여주었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 하여 제조한 조립된 금속수산화 침전물을 체분리로 입도조정을 거친후, 수소를 흘려주면서 1100℃에서 4시간 처리하던 환원되어 환원전 입자 분포를 갖는 스테인레스 스틸 분말이 얻어진다. 다만 조립할 때 건조된 침전물에 대하여 폴리부틸아크릴레이트 3%를 첨가하였다.

얻어진 분말은 Fe 73.3%, Cr 17.5%, Ni 9.1%의 조성으로 SUS 304의 조성범위안에 들어 있으며, 이는 원료로 사용한 스크랩과 조성이 거의 일치하고 있으며, 환원전 조립 금속수산화 침점물은 이비도가 140~200메쉬의 것만을 사용하였으며 환원 후 얻어진 스테인레스 스틸 금속 분말의 입도는 200~325매쉬의 것이 67.2%, 325메쉬 이하의 것이 30.6%로 좁은 입도분포 폭을 보여주었다.

[비교예]

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 하여 제조한 금속수산화물 침전물을 유기결합제(예, 폴리비닐알콜)로 조립하지 않은 채로 수소를 흘려주면서 1100℃에서 열처리하면 금속으로의 환원이 이루어지기는 하나, 균일하지 못하며 분말상태가 아닌 덩어리 상태로 얻어지므로 스테인레스 스틸을 분말상태로 얻을 수 없었다.

Claims (5)

1. 스테인레스 스틸 분만을 제조하는데 있어서, 스테인레스 스틸의 압연공정중에 표면연마 과정에서 생성되는 스테인레스 스틸 스크랩에다 유기용매를 첨가하여 오일을 녹여내고, 탈지 회수된 스테인레스 스틸 스크랩을 강산에 용해시키고 여과한 후 알칼리를 첨가하여 여과한 다음, 고분자 조립액을 이용하여 입자화시켜서 체분리를 하고 통상의 환원로 내에서 900∼1200℃에서 1~3시간 수소가스로 환원시켜서 제조하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 스크랩으로 부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서. 상기 유기용매로는 헵탄, 헥산, 펜탄, 1, 1, 1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 퍼클로로에틸렌, 사염화탄소, 클로로포름 및 염화에틸렌 중에서 선택된 것의 단독 또는 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 강산으로는 염산, 질산 또는 황산을 사용하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 고분자 조립액으로는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜. 폴리아크릴산, 폴리아크릴산에스테르, 전분, 카아복시셀룰로오즈계, 아라비아 고무 및 구아르 고무의 수용액 중에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 강산에 용해시키고 여과한 후 알칼리를 첨가하기 전단계에서 제일철염, 크롬염 또는 니켈염을 첨가하여 스테인레스 스틸의 조성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법.