WO2016060387A1 - 브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓 - Google Patents

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WO2016060387A1
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oil
waste slurry
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최한영
조호석
권우택
최재복
정태정
최재원
조문경
이백희
금창훈
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주식회사 포스코
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    • C10L5/06—Methods of shaping, e.g. pelletizing or briquetting
    • C10L5/10—Methods of shaping, e.g. pelletizing or briquetting with the aid of binders, e.g. pretreated binders
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20—Waste processing or separation

Definitions

  • the present invention relates to a briquetting method and a briquetting method using the briquetting method. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing briquettes used in a steelmaking process by purifying a silicon waste slurry produced in manufacturing semiconductor or solar cell wafers.
  • silicon is used as a main material of the semiconductor industry.
  • a waste slurry containing a large amount of silicon is discharged as a by-product.
  • the waste slurry is simply incinerated or buried in the soil, serious air pollution and soil contamination are caused. Therefore, the waste slurry is solidified by cement and stored or buried.
  • Silicon wafers used in the manufacture of semiconductor integrated circuits and solar cells are produced by slicing the silicon ingot.
  • the cut silicon wafer also undergoes a surface polishing process to planarize the surface.
  • SiC silicon carbide
  • coolant water-soluble or oil-soluble cutting oil
  • a silicon wafer can be produced by cutting a silicon ingot by using a cutting device called a wire saw in a state where the slurry is supplied.
  • alumina aluminum oxide
  • diamond silicon dioxide, etc.
  • silicon carbide silicon carbide
  • the wire saw used in the cutting process of the silicon ingot has a certain thickness, a considerable amount of the silicon ingot is generated as a saw dust during the cutting process. Further, as the thickness of the silicon wafer and the wire saw becomes thinner, more cuttings are generated.
  • the waste slurry includes abrasive particles such as cutting material, cutting oil, cutting powder, and equipment.
  • the waste slurry generated in the production of silicon wafers is classified as a special industrial waste.
  • the waste slurry is simply incinerated or buried, severe air pollution and soil contamination are caused. Therefore, the waste slurry is solidified by cement and stored or buried.
  • the present invention provides a briquetting method capable of purifying a waste slurry containing silicon generated during the manufacture of semiconductor or solar cell wafers and using the briquettes for the purpose of regulating the heat of molten steel and regulating components in the steelmaking process, and a briquetting method using the same.
  • the present invention provides a briquetting method and a briquetting method using the briquetting method capable of performing heat and component adjustment of molten steel in a steelmaking process at low cost and high efficiency.
  • the present invention provides a briquetting method capable of reducing the processing cost of the silicon waste slurry, which is an element of environmental pollution, and a briquetting method using the same.
  • the present invention provides a briquetting method capable of preventing quality deterioration due to oxidation of silicon and a briquetting manufactured using the method.
  • a briquette manufacturing method is a briquetting method comprising the steps of: preparing a silicon-containing waste slurry; A primary oil cleaning step of separating the silicon-containing slurry and the water-soluble oil from the silicon-containing waste slurry; And forming the briquettes using a mixture of the silicon-containing slurry and a binder.
  • the silicon-containing waste slurry is generated in cutting the silicon ingot or polishing the surface of the silicon wafer, and may include a silicon-containing slurry and a water-soluble oil.
  • the silicon-containing waste slurry may contain at least silicon (Si) and silicon carbide (SiC).
  • the primary oil cleaning process may include: mixing the silicon-containing waste slurry with water at a first mixing ratio; Stirring the silicon-containing waste slurry and water; And separating the silicon-containing slurry, water-soluble oil, and water by filtering the mixture of the silicon-containing waste slurry and water.
  • the first mixing ratio may be such that the volume of water is from 0.2 to 8 times the volume of the silicon-containing waste slurry.
  • a secondary oil cleaning process may be performed to remove the water-soluble oil from the silicon-containing slurry prior to the molding process.
  • the second oil cleaning process may include: mixing the silicon-containing slurry with water at a second mixing ratio; Stirring the silicon-containing slurry with water; And filtering the mixture of the silicon-containing slurry and water to separate the silicon-containing slurry from the water-soluble oil and water.
  • the second mixing ratio may be from 0.2 to 8 times the volume of the water relative to the volume of the silicon containing slurry.
  • the water-soluble oil and water separated in the primary oil cleaning process may be subjected to fractional distillation to separate the water-soluble oil and water.
  • At least one of the drying process for drying the silicon-containing slurry and the grinding process for grinding the silicon-containing slurry may be performed before the briquetting process.
  • An iron component (Fe source) may be selectively added to the mixture containing the silicon-containing slurry and the binder in the briquetting process.
  • the mixture may comprise from 35 to 97 wt% of the silicon containing slurry, from 0 to 50 wt% of the iron component, and from 3 to 15 wt% of the binder, based on the total weight of the mixture.
  • the binder may include at least one of molasses, starch, bentonite, slaked lime, and water glass (sodium silicate).
  • the binder may include at least one of water separated from the primary oil separation process and water-soluble oil, water separated from the secondary oil separation process, water-soluble oil, and water-soluble oil separated in the separation process
  • the briquettes according to the embodiments of the present invention are manufactured by the briquetting method and may include silicon, silicon carbide, and a binder.
  • the briquettes may further comprise an iron component.
  • a waste slurry containing silicon generated at the time of manufacturing a semiconductor or a solar cell wafer is refined to prepare a powder, and a binder is added thereto to briquetize to form briquettes for use in heat treatment and composition control in the steelmaking process can do.
  • the steelmaking cost can be reduced by manufacturing the briquettes used for the purpose of controlling the heat and the components used in the steelmaking process.
  • the silicon waste slurry which is an element of environmental pollution can be recycled and used for regenerating agent and component control in the process of producing molten steel at a steel mill in a steel mill without incineration or landfilling. Therefore, it is possible to reduce waste treatment costs, to secure price competitiveness by cost reduction, and to minimize environmental pollution that may occur during steelmaking.
  • the wastewater containing water-soluble oil and water generated in the pulverization process of silicon waste slurry is reused as an additive in the production of briquettes, thereby eliminating the need to reprocess the discharged wastewater, It can be purified and discharged. Therefore, it is possible to manufacture the briquettes for the purpose of controlling the heat and the components used in the process of manufacturing molten steel in the steelmaking process economically and economically.
  • water-soluble oil may be added to the binder for maintaining the viscosity of the silicon-containing powder during the briquetting process and reused, thereby preventing quality deterioration due to oxidation of silicon.
  • the silicon waste slurry is pulverized and molded into briquettes, it is easy to put into the converter in the steelmaking process, and the risk of fire or explosion due to scattering of powder can be eliminated.
  • the silicon powder which may be recognized as waste, is molded into a briquetting product for use in heat treatment and composition control for use in the process of manufacturing molten steel in the steelmaking process, thereby freeing the waste from being restricted from transboundary movement.
  • FIG. 1 is a view for explaining a process for purifying a waste slurry containing silicon which is discharged as a by-product in the process of manufacturing a semiconductor wafer or a solar cell wafer.
  • FIG. 2 is a process flow chart for explaining a method of purifying a waste slurry containing silicon according to an embodiment of the present invention to produce a briquette for controlling heat and composition used in a steelmaking process.
  • FIG. 3 is a process flow chart for explaining the primary oil cleaning process shown in FIG.
  • FIG. 4 is a process flow chart for explaining the secondary oil cleaning process shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a process flow chart for explaining the secondary oil cleaning process shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a process flow chart for explaining the briquetting process shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a device configuration to which an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of the fractionation distillation system included in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of the fractionation distillation system included in FIG. 6.
  • FIG. 1 is a view for explaining a process for purifying a waste slurry containing silicon which is discharged as a by-product in the process of manufacturing a semiconductor wafer or a solar cell wafer.
  • the waste slurry generated in the cutting step of the silicon ingot or the surface polishing step of the silicon wafer contains a fine powder such as a cutting material, a cutting material of silicon, a cutting oil, do.
  • an oil cleaning process is performed as shown.
  • the cutting oil is removed and the wastewater generated is sent to the wastewater treatment system and recycled.
  • the waste slurry subjected to the oil cleaning process is recycled by separating and recycling the effective silicon through the silicon separation process.
  • the silicon slurry may be centrifuged to separate the silicon. And the separated silicon is recycled through the drying process.
  • the silicon separated in the silicon separation process is separated and recycled, only the silicon having a large particle size is recycled. Therefore, the pulverized slurry after the separation of the large-particle silicon still contains a large amount of pulverized cutting material, impurities, do.
  • FIG. 2 is a process flow chart for explaining a method of purifying a waste slurry containing silicon according to an embodiment of the present invention to produce a briquetting heat and a component for use in a steelmaking process
  • FIG. 3 is a flow chart
  • FIG. 4 is a process flow chart for explaining the secondary oil cleaning process shown in FIG. 2
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the brewing process shown in FIG. 2
  • FIG. 6 is a view for explaining an example of a device configuration to which an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of a fractionation distillation system included in FIG.
  • an embodiment of the present invention includes a first oil cleaning step S10, a second separation step S20, an oil cleaning step S30, a drying step S40, a grinding step S50, And a forming process (S60).
  • the briquettes used as the final product of the embodiment of the present invention that is, the briquettes used for the purpose of regulating the heat of the molten steel and adjusting the components in the process of manufacturing molten steel in the steelmaking process, are also manufactured through the primary oil cleaning process S10 and the briquetting process S60 .
  • the secondary oil cleaning step (S30), the drying step (S40), and the pulverizing step (S50) may be selectively performed as needed.
  • the briquetting process according to the present invention includes a primary oil cleaning process S10, a separation process S20, a secondary oil cleaning process S30, a drying process S40, a crushing process S50, and a briquetting process S60 Will be described.
  • the oil can be separated from the silicon-containing waste slurry including silicon (Si), silicon carbide (SiC), water-soluble oil, for example, the initial waste slurry.
  • Silicon-containing waste slurry i.e., the initial waste slurry
  • the initial waste slurry contains silicon generated by cutting the silicon ingot, and water-soluble oil which is silicon carbide (SiC) and cutting oil. It may contain about 5% of iron (Fe) and a trace amount of copper (Cu).
  • SiC silicon carbide
  • Cu copper
  • the silicon carbide contained in the initial waste slurry may vary in particle size, so that a process of separating cone silicon carbide particles having a relatively small particle size may be performed through a centrifugal separation process or the like before the first oil cleaning process (S10) .
  • water-soluble oil for example, PEG + DEG
  • PEG + DEG water-soluble oil
  • the oil should be removed to a certain level.
  • a combustion method using high temperature and a cleaning method using water may be applied.
  • the water-soluble oil is burned at a high temperature, the higher the content of the water-soluble oil, the more the air-pollution becomes and the silicon may be oxidized due to the high temperature.
  • the initial waste slurry contains a large amount of water-soluble oil, the initial waste slurry can be washed with water. However, in this case, the water-soluble oil is dissolved in water, which increases the waste water treatment cost.
  • This embodiment can separate the water-soluble oil from the initial waste slurry and reuse it through the process described below.
  • water-soluble oil may additionally be removed from the silicon-containing slurry, where necessary, water-soluble oil is removed to some extent. According to this configuration, air pollution and silicon oxidation due to oil combustion can be prevented, and the water-soluble oil can be reused, which is advantageous in terms of economy.
  • water is separated from the water-soluble oil through fractional distillation as described later, there is an advantage that the treatment cost for the finally generated wastewater is hardly generated.
  • a water-soluble oil and water are separated from the initial waste slurry by applying a pressing method using, for example, a filter press or the like, in a state in which water is mixed with the initial waste slurry to such an extent that stirring and pumping are possible do. Thereafter, the water is evaporated to recycle the water-soluble oil, and the slurry in which the water-soluble oil is removed to a certain level, that is, the silicon-containing slurry, is subjected to a drying process and pulverized to an appropriate size.
  • the pulverized slurry is formed into briquettes and used for the purpose of regulating the heat and components used in the steel making process of the steelmaking process.
  • the primary oil cleaning process S10 may include steps S12, S14, and S16.
  • step S12 the initial waste slurry stored in the waste slurry storage tank is supplied to the first agitator 10, and water corresponding to the first mixing ratio is supplied to the first agitator 10, The process of mixing water is performed.
  • the interior of the spent slurry storage tank may be configured to maintain a constant temperature to prevent the viscosity of the initially stored waste slurry from decreasing.
  • the stirring operation may be performed at regular intervals.
  • the spent slurry storage tank may be configured to support the agitation function.
  • the initial waste slurry may include semiconductor wafers or by-products that occur during the manufacturing of solar cell wafers. These byproducts may include silicon (Si), silicon carbide (SiC), water soluble oil, iron (Fe), and copper (Cu).
  • the first mixing ratio of the initial waste slurry and water may be set in the range of about 1: 0.2 to 1: 8 on the basis of the volume ratio. That is, water is mixed with the initial waste slurry such that the volume of water is about 0.2 to 8 times the volume of the initial waste slurry. As described above, the first mixing ratio is set considering the agitation and pumping of the initial waste slurry.
  • step S14 the first agitator 10 is operated to stir the initial waste slurry mixed with water.
  • step S12 the initial waste slurry stored in the waste slurry storage tank is supplied to the first agitator 10, and water corresponding to the first mixing ratio is supplied to the first agitator 10, The process of mixing water is performed.
  • the interior of the spent slurry storage tank may be configured to maintain a constant temperature to prevent the viscosity of the initially stored waste slurry from decreasing.
  • the stirring operation may be performed at regular intervals.
  • the waste slurry storage tank is configured to support the agitation function.
  • the initial waste slurry includes semiconductor wafers or by-products generated during the manufacturing process of the solar cell wafers, and specifically includes silicon (Si), silicon carbide (SiC), water soluble oil, iron (Fe), and copper can do.
  • the first mixing ratio of the initial waste slurry and water may be set in the range of 1: 0.2 to 1: 8 on a volume basis. That is, water is mixed with the initial waste slurry such that the volume of water is about 0.2 to 8 times the volume of the initial waste slurry. As described above, the first mixing ratio is set considering the agitation and pumping of the initial waste slurry.
  • step S14 the first agitator 10 is operated to stir the mixture of the initial waste slurry and water.
  • step S16 when the predetermined agitation time has elapsed, a process of supplying a mixture of the agitated initial waste slurry and water to the first filtering system 20 to separate water and water-soluble oil from the mixture of the initial waste slurry and water .
  • a specific filtering method for example, a method of separating water and water-soluble oil by applying a pressing method using a filter press may be applied, and various known techniques such as a centrifugal separation method may be applied in addition to this method.
  • the water-soluble oil contained in the initial waste slurry is removed to a certain level, and a silicon-containing slurry is obtained.
  • the silicon-containing slurry which is one of the intermediates produced according to this embodiment, is dried and pulverized, a silicon-containing powder can be obtained.
  • This silicon-containing powder contains a large amount of silicon and silicon carbide and has a considerably high calorific value, so there is a risk of fire if it is put into a converter (.7) as it is. Accordingly, the silicon-containing powder is compressed through a briquetting process (S60) to be described later and used as a briquette in the form of a lump having a predetermined size and shape.
  • the amount of oil contained in the silicon-containing powder which is an intermediate material for producing briquetting for the purpose of heat treatment and component control, is too small, the shape of the pressed briquet can be broken without being retained, Of the oil component may be helpful in manufacturing the briquettes. If the content of the water-soluble oil remaining in the silicon-containing slurry obtained through the primary oil cleaning step (S10) is excessively large, the water-soluble oil component is reused at an appropriate level through the secondary oil cleaning step (S30) Can be removed.
  • the separation step (S20) the process of separating the water-soluble oil and the water from each other is performed by fractionally distilling the water-soluble oil and water separated in the primary oil cleaning step (S10).
  • the water-soluble oil extracted through this process can be recycled in the briquetting process (S60) described below, and the water can be purified to such an extent that an additional wastewater treatment process is unnecessary.
  • the fractionation system 30 includes a water / oil storage tank 310, a pump 320, a distillation column 330, a first collecting means 340, a second collecting means 350, a first heat exchanger 360, A second heat exchanger 370, a water storage tank 380, and an oil storage tank 390.
  • the water-soluble oil and water separated from the mixture of the initial waste slurry and water are supplied to the water / oil storage tank 310 and temporarily stored.
  • the water-soluble oil and water stored in the water / oil storage tank 310 has a mixing ratio of PEG: DEG: water of 20:13:67 on a wt% basis.
  • the pump 320 supplies the water-soluble oil and water to the distillation tower 330 under the conditions of a temperature of 20 ° C, a pressure of 760 mmHg, and a flow rate of 300 kg / hr.
  • the distillation column 330 is a means for separating the water-soluble oil and water from each other by fractional distillation, and can be largely divided into a heating section, a cooling section and a collecting section functionally.
  • the distillation column 330 can be configured to perform distillation in multiple stages, that is, in one example, 10 stages.
  • the temperature of the first collecting means 340 is 51.5 ° C
  • the pressure is 100 mmHg, / hr
  • the second collecting means 350 is capable of collecting the water-soluble oil, i.e., PEG / DEG, having a temperature of 137 ⁇ ⁇ , a pressure of 106 mmHg, and a flow rate of 99.5 kg / hr.
  • the water supplied by the first collecting means 340 is 51.5 ° C., the pressure is 100 mmHg and the flow rate is 200 kg / hr.
  • the water is passed through the first heat exchanger 360 at a temperature of 30 ° C., a pressure of 2967 mmHg, Can be supplied to the water storage tank 380 at a rate of 200 kg / hr.
  • the water-soluble oil supplied by the second collecting means 350 at a temperature of 137 ⁇ ⁇ , a pressure of 106 mmHg and a flow rate of 99.5 kg / hr was passed through the second heat exchanger 370 at a temperature of 30 ⁇ ⁇ , a pressure of 2967 mmHg And supplied to the oil storage tank 390 at a flow rate of 99.5 Kg / hr.
  • the water storage tank 380 is a means for storing water supplied through the first heat exchanger 360.
  • the temperature of water to be stored is 30 ° C and the pressure is 760 mmHg.
  • the COD is only a few ppm It was found that the waste water treatment was not necessary.
  • the oil storage tank 390 is a means for storing the oil supplied through the second heat exchanger 370.
  • the temperature of the oil to be stored is 30 DEG C and the pressure is 760 mmHg.
  • %, PEG was about 60.3 wt%
  • DEG was about 39.2 wt%.
  • water is mixed with the slurry in which the water-soluble oil and water are separated, that is, the silicon-containing slurry, at the set second mixing ratio through the primary oil cleaning process (S10) And filtering the water-soluble oil remaining in the silicon-containing slurry.
  • the second mixing ratio can be set so that the volume of water is about 0.2 to 8 times the volume of the silicon-containing slurry, and the secondary oil cleaning step (S30) Or less at a low temperature.
  • the secondary oil cleaning process S30 may include processes S32, S34, and S36.
  • step S32 the slurry in which the water-soluble oil is separated and removed to a certain level through the primary oil cleaning process (S10) is supplied to the second agitator 40, Is supplied to the second agitator (40), whereby a process of mixing water with the silicon-containing slurry is carried out.
  • the second mixing ratio of the silicon-containing slurry and water may be set in the range of 1: 0.2 to 1: 8 on a volume basis. That is, the water is mixed with the silicon containing slurry to have a volume of about 0.2 to 8 times the volume of the silicon containing slurry.
  • the mixing ratio is less than 0.2, it is difficult to carry out the subsequent stirring and pumping steps in consideration of the viscosity of the silicon-containing slurry. If the mixing ratio is more than 8 times, the removal rate of the water-soluble oil increases sharply, , There is a problem that the moldability of the briquetts is lowered.
  • the water mixed in the silicon-containing slurry is combined with the water-soluble oil through the stirring and filtering processes described later and discharged to the outside in the form of wastewater.
  • This wastewater may be an environmental pollutant, so it is subjected to additional wastewater treatment. Considering this, it is recommended to increase the amount of water to facilitate wastewater treatment. Also, as the amount of water is increased, the amount of oil removed from the silicon-containing slurry is increased because the oil level is increased.
  • the silicon-containing slurry which is one of the intermediates produced according to this embodiment, is dried and pulverized, a silicon-containing powder is obtained.
  • This silicon-containing powder has a considerably high calorific value, and therefore, there is a risk of occurrence of fire when it is directly supplied to a converter (.). Therefore, it is preferable to press the silicon-containing powder through the briquette forming process (S60) to be processed into a briquette in the form of a lump having a predetermined size and shape.
  • the amount of the oil contained in the silicon-containing powder which is the raw material for producing the briquetting for the purpose of heat treatment and component control, is too small, the shape of the pressed briquet can be broken without being retained, It is preferable that some oil component is included.
  • the mixing ratio of the silicon-containing powder and water was set as described above.
  • step S34 a process of promoting the dissolution of the water-soluble oil remaining in the silicon-containing slurry is performed by operating the second agitator 40 to stir the silicon-containing slurry in which water is mixed.
  • step S36 when the predetermined agitation time has elapsed, the silicon-containing slurry stirred with water is supplied to the second filtering system 50 to remove the water and the water-soluble oil dissolved in the water from the silicon- Process can be performed.
  • the specific filtering scheme may be configured by applying various known techniques.
  • the present embodiment can be configured such that the whole process or a part of the secondary oil cleaning process S30 is performed at a low temperature of 50 DEG C or lower.
  • the drying process (S40) the process of supplying the silicon-containing slurry, from which the water-soluble oil has been washed, to the dryer (60) through the secondary oil cleaning process (S30) and drying at a set drying temperature is performed.
  • the drying process (S40) may be selectively performed as needed, and may be performed in a natural drying process or in an atmospheric air or a nitrogen atmosphere at 200 ° C or less.
  • the drying process (S40) is a process of drying the silicon-containing slurry in which the water-soluble oil has been removed to a certain level, before pulverizing.
  • silicon contained in the silicon-containing slurry when exposed to the atmospheric state for a certain period of time, it is oxidized by oxygen present in the atmosphere to generate silicon dioxide, so that the exothermic characteristics of the heat- .
  • the present embodiment is configured to perform the silicon containing slurry drying process at a temperature of 200 DEG C or lower, more specifically, at a temperature of about 110 DEG C to 130 DEG C, and in an atmospheric or nitrogen atmosphere. If the silicon-containing slurry is dried in a nitrogen atmosphere, the drying temperature can be raised to a high temperature without the oxidation of silicon, so that the drying speed is increased and the drying rate is increased.
  • pulverization process (S50) a process of supplying the pulverized silicon-containing slurry dried by the drying process (S40) to the pulverizer (70) is performed.
  • This pulverization process (S50) can be selectively performed as needed.
  • the dried silicon-containing slurry may be configured to be pulverized into a powder having a diameter of 5 cm or less.
  • a silicon-containing powder which is one of the intermediates of the present embodiment, is obtained, and the powder may have any regular or irregular shape.
  • a binder is added to the silicon-containing powder obtained through the grinding process (S50), stirred, and then molded into a briquette using a briquetting machine 80 Is performed.
  • a briquetting machine 80 Is performed.
  • the process of drying and crushing the silicon-containing slurry to form the briquettes using the silicon-containing powder is described, but if the drying and grinding are not performed, the silicon-containing slurry can be used to form the briquettes.
  • the briquetting process S60 may include steps S62, S64, and S66.
  • step S62 a process of adding an iron source (Fe source) and a binder to the silicon-containing powder obtained through the grinding process (S50) is performed.
  • the addition of the iron component is optional, and one of the reasons for adding the iron component is to control the weight of the finally produced briquettes. That is, the briquettes for the purpose of heat treatment and composition adjustment, which are final products manufactured according to this embodiment, are put into the converter during the process of manufacturing molten steel in the steelmaking process. If the specific gravity of the briquets is too low, Can not penetrate into the molten steel in the molten state and float on the surface thereof, resulting in deterioration in the efficiency of heat treatment and component adjustment.
  • this embodiment adds an iron component to the silicon-containing powder, and in this embodiment, the addition of the iron component is optional.
  • the iron component may be selected by a sorting process such as a magnetic force sorting of steelmaking slag.
  • the silicon-containing powder is about 35 to 97 wt% and the iron component is about 0 to 50 wt% based on the total weight of the silicon-containing powder, the iron component and the binder, Is preferably set to be about 3 to 15 wt%.
  • the iron component is 0 wt%, it means that no iron component is added.
  • the binder to be added in the step S62 is to impart viscosity to the silicon-containing powder or the powder containing the silicon and iron components for briquetting.
  • the binder is selected from the group consisting of molasses, starch, bentonite and slaked lime, And may include at least any one of them.
  • the binder may further comprise at least one of water and water-soluble oil separated in the primary and secondary oil cleaning processes, water separated in the separation process, and water-soluble oil.
  • the mixing ratio between the material components constituting the binder may vary depending on the situation, and the binder may be mixed with water, water-soluble oil may be mixed, or water-soluble oil may be mixed with water.
  • the water and the water separated from the initial waste slurry can be reused as a material contained in the binder through the primary oil cleaning step (S10).
  • water separated from the water-soluble oil through the separation step (S20) can be reused as a material contained in the binder.
  • some of the Si is oxidized to SiO 2 , which may cause a problem of lowering the efficiency of the briquetting device for endothermic and component adjustment purposes as the final product.
  • the minimum amount of water is briquetted by mixing the minimum amount of water in order to prevent oxidation of Si.
  • the water-soluble oil separated from the water through the separation step (S20) can be reused as a material contained in the binder.
  • oxidation of Si can be prevented.
  • step S64 a process is performed in which the components of the silicon-containing powder or the silicon-containing and iron-containing powder added with the binder are appropriately mixed.
  • the briquetting machine 80 may be configured to support the self-stirring function or may be stirred using a separate stirrer.
  • step S66 a process of molding the silicon-containing powder or the silicon- and iron-component-containing powder added with the binder and stirring is molded into briquettes having a specific shape by using the briquetting machine 80.
  • briquettes can be produced by purifying a waste slurry containing silicon generated during the manufacture of a semiconductor or a solar cell wafer to prepare a powder, adding a binder thereto, and briquetting. Accordingly, there is an effect that a method of manufacturing briquettes for the purpose of heat treatment and component adjustment of molten steel at a low cost and high efficiency in a steelmaking process is provided.
  • the silicon waste slurry which is an element of environmental pollution can be recycled and used for regenerating the molten steel and regulating the components in the steel making plant of the steel mill without incineration or landfilling. Accordingly, it is possible to reduce waste treatment costs, to secure cost competitiveness by cost reduction, and to minimize environmental pollution that may occur during steel making.
  • the wastewater containing water-soluble oil and water generated in the pulverization process of silicon waste slurry is reused as an additive in the production of briquettes, thereby eliminating the need to reprocess the discharged wastewater, It can be purified and discharged. Accordingly, there is an effect that a method of manufacturing an economical and economical briquetting for use in heat treatment of molten steel and for adjusting the components in the steelmaking process is provided.
  • a water-soluble oil may be added to the binder for maintaining the viscosity of the silicon-containing powder during briquetting and reused. Therefore, there is an effect that a method of manufacturing a briquetting heat and composition controlling briquetting which can prevent quality deterioration due to oxidation of silicon is provided.
  • the silicon waste slurry may be pulverized and molded into briquettes. Therefore, it is easy to inject into the converter in the steelmaking process, and the risk of fire or explosion due to powder can be eliminated.
  • silicon powder which may be recognized as waste, can be provided as a briquetting product for the purpose of regenerating molten steel and regulating components in a steelmaking process. Therefore, it has the effect of freeing the regulations related to the movement of waste from one country to another.

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Abstract

본 발명은 브리켓 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓에 관한 것으로서, 브리켓을 제조하는 방법으로서, 실리콘 함유 폐슬러리를 마련하는 과정; 상기 실리콘 함유 폐슬러리로부터 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일을 분리하는 1차 오일 세정 과정; 상기 실리콘 함유 슬러리에 바인더를 배합한 혼합물을 이용하여 브리켓을 형성하는 성형 과정;을 포함할 수 있으며, 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 제강공정에서 용강의 승열 및 성분조절 용도로 사용할 수 있다.

Description

브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓
본 발명은 브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓 에 관한 것으로서, 보다 상세하는 반도체 혹은 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘 폐슬러리를 정제하여 제강공정에서 이용되는 브리켓을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제강공정에서는 섭씨 1500℃ 내외의 용강 온도에서 선철 중의 탄소를 비롯한 불순물을 산화시키고 이 산화물은 슬래그로 제거된다. 제강공정에서는 산소취입 개시 후 일정시간 후에 출강하는데, 이때, 성분조절과 탈산을 위하여 용강 중에 망간철, 규소철 등을 첨가하게 된다. 이때 용강 중에 첨가되는 규소철을 제조하기 위해서 많은 양의 실리콘이 필요하지만 대부분 수입에 의존하며 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. 제철산업의 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 처리 시 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 있다. 와이어 소잉 공정은 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 발생된다. 또한, 실리콘 웨이퍼와 와이어 소우의 두께가 얇아질수록 더 많은 절삭분이 발생하게 된다.
예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 두께가 0.1 mm이고, 와이어 소우의 두께가 0.1 mm인 경우, 실리콘 잉곳의 약 50 % 정도가 절삭분으로 발생하게 된다. 따라서, 실리콘 잉곳의 절삭과정이나 실리콘 웨이퍼의 표면 연마과정이 끝난 후 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 된다. 따라서 이렇게 발생한 폐슬러리는 시멘트로 고형화하여 보관하거나 매립하는 방법으로 처분되고 있다.
그러나 이와 같이 시멘트로 고형화하는 방법으로 폐슬러리를 처분하더라도 폐슬러리의 보관 공간이나 매립공간에는 제한이 있고, 자원의 낭비라는 측면이 있으므로 폐슬러리를 재활용하여 재생하기 위한 방안이 절실히 요구되는 바이다.
특히, 실리콘 잉곳의 절삭과정에서는 많은 양의 실리콘 미분이 폐슬러리에 포함되기 때문에 미분 상태의 실리콘(Si)을 얼마나 효율적으로 분리 재생하느냐가 자원 재활용 및 산업폐기물 처리 분야에서 주요 이슈가 되고 있다.
본 발명은 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 제강공정에서 용강의 승열 및 성분조절 용도로 사용할 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓을 제공한다.
본 발명은 제강공정에서 용강의 승열 및 성분조절을 저비용 및 고효율적으로 실시할 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓을 제공한다.
또한, 본 발명은 환경오염의 요소가 되는 실리콘 폐슬러리의 처리 비용을 절감할 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓을 제공한다.
또한, 본 발명은 실리콘의 산화로 인한 품질 저하를 방지할 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 브리켓을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 브리켓 제조방법은, 브리켓을 제조하는 방법으로서, 실리콘 함유 폐슬러리를 마련하는 과정; 상기 실리콘 함유 폐슬러리로부터 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일을 분리하는 1차 오일 세정 과정; 상기 실리콘 함유 슬러리에 바인더를 배합한 혼합물을 이용하여 브리켓을 형성하는 성형 과정;을 포함할 수 있다.
상기 실리콘 함유 폐슬러리는 실리콘 잉곳을 절삭하거나 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 과정에서 발생하며, 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일을 포함할 수 있다.
상기 실리콘 함유 폐슬러리는 적어도 실리콘(Si)과 실리콘 카바이드(SiC)를 함유할 수 있다.
상기 1차 오일 세정 과정은, 상기 실리콘 함유 폐슬러리에 물을 제1혼합 비율로 혼합하는 과정; 상기 실리콘 함유 폐슬러리와 물을 교반하는 과정; 상기 실리콘 함유 폐슬러리와 물의 혼합물을 필터링하여 실리콘 함유 슬러리, 수용성 오일 및 물을 분리하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 제1혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 실리콘 함유 폐슬러리의 부피에 대하여 0.2배 내지 8배일 수 있다.
상기 성형 과정 이전에 상기 실리콘 함유 슬러리로부터 수용성 오일을 제거하는 2차 오일 세정 과정을 수행할 수 있다.
상기 2차 오일 세정 과정은, 상기 실리콘 함유 슬러리에 물을 제2혼합 비율로 혼합하는 과정; 상기 실리콘 함유 슬러리와 물을 교반하는 과정; 상기 실리콘 함유 슬러리와 물의 혼합물을 필터링하여 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일 및 물을 분리하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 제2혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 실리콘 함유 슬러리의 부피에 대하여 0.2배 내지 8배일 수 있다.
상기 1차 오일 세정 과정 이후에 상기 1차 오일 세정 과정에서 분리된 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 수용성 오일과 물을 분리하는 분리 과정을 수행할 수 있다.
상기 브리켓 성형 과정 이전에, 상기 실리콘 함유 슬러리를 건조시키는 건조과정과 상기 실리콘 함유 슬러리를 분쇄하는 분쇄과정 중 적어도 어느 하나의 과정을 수행할 수 있다.
상기 브리켓 성형 과정에서 상기 실리콘 함유 슬러리에 바인더를 배합한 혼합물에 철 성분(Fe source)을 선택적으로 첨가할 수 있다.
상기 혼합물은 상기 혼합물의 전체 중량에 대하여 35 내지 97 wt%의 실리콘 함유 슬러리, 0 내지 50wt%의 철 성분 및 3 내지 15wt% 의 바인더를 포함할 수 있다.
상기 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트(bentonite) 및 소석회, 물유리(규산소다) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 바인더는 상기 1차 오일 분리 과정에서 분리된 물과 수용성 오일, 상기 2차 오일 분리 과정에서 분리된 물과 수용성 오일 및 상기 분리 과정에서 분리된 수용성 오일 및 물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다
본 발명의 실시 형태에 따른 브리켓은, 상기 브리켓 제조방법으로 제조되고, 실리콘, 실리콘 카바이드 및 바인더를 포함할 수 있다.
브리켓은 철 성분을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 분말을 만들고, 여기에 바인더를 첨가하여 브리켓팅 함으로써 제강공정에서 승열 및 성분 조절 용도로 사용되는 브리켓을 형성할 수 있다. 이와 같이 폐슬러리를 이용하여 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도로 사용되는 브리켓을 제조함으로써 제강비용을 절감할 수 있다.
또한, 환경오염의 요소가 되는 실리콘 폐슬러리를 소각 또는 매립하지 않고, 제철소의 제강공장에서 용강을 제조하는 과정에서 승열제 및 성분조절의 용도로 재생하여 사용할 수 있다. 따라서 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 배출할 수 있다. 따라서 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 친환경적이면서도 경제적으로 제조할 수 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 있다.
또한, 실리콘 폐슬러리를 분말화하여 이를 브리켓으로 성형하여 제공함으로써, 제강공정의 전로에 투입하기 용이하고, 분말의 비산으로 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 일반적으로 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 부산물로 배출되는 실리콘을 포함하는 폐슬러리를 정제하는 공정을 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 도 2에 도시된 1차 오일 세정 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 4는 도 2에 도시된 2차 오일 세정 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 5는 도 2에 도시된 브리켓 성형 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예가 적용되는 장치 구성의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 포함된 분별 증류 시스템의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 일반적으로 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 부산물로 배출되는 실리콘을 포함하는 폐슬러리를 정제하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 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 과정을 거친다. 이러한 오일 세정 과정을 통해 절삭유는 제거되며, 이때 발생하는 폐수는 폐수처리 시스템에 보내어져 다시 재활용한다. 한편, 오일 세정 과정을 거친 폐슬러리는 실리콘 분리 과정을 통해 유효한 실리콘을 분리하여 재활용하게 되는데, 이때 실리콘 분리를 위해 원심분리과정을 거칠 수도 있다. 그리고 분리된 실리콘은 다시 건조과정을 통해 재활용된다.
실리콘 분리 과정에서 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 도 2에 도시된 1차 오일 세정 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 4는 도 2에 도시된 2차 오일 세정 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 5는 도 2에 도시된 브리켓 성형 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 실시 예가 적용되는 장치 구성의 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 포함된 분별 증류 시스템의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예는 1차 오일 세정 과정(S10), 2차 분리 과정(S20), 오일 세정 과정(S30), 건조 과정(S40), 분쇄 과정(S50) 및 브리켓 성형 과정(S60)을 포함하여 구성된다. 본 발명의 일 실시 예의 최종 결과물인 브리켓 즉, 제강공정의 용강 제조과정에서 용강의 승열 및 성분조절 용도로 사용되는 브리켓은 1차 오일 세정 과정(S10)과 브리켓 성형 과정(S60)을 통해서도 제조될 수 있다. 여기에서 2차 오일 세정 과정(S30), 건조 과정(S40) 및 분쇄 과정(S50)은 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다. 즉, 2차 오일 세정 과정(S30), 건조 과정(S40) 및 분쇄 과정(S50) 중 하나 이상의 과정은 브리켓 제조 과정에서 선택적으로 수행될 수 있는 공정임을 밝혀두며, 이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조방법은 1차 오일 세정 과정(S10), 분리 과정(S20), 2차 오일 세정 과정(S30), 건조 과정(S40), 분쇄 과정(S50) 및 브리켓 성형 과정(S60)을 포함되는 예에 대해서 설명한다.
먼저, 1차 오일 세정 과정(S10)에서는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일을 포함하는 실리콘 함유 폐슬러리, 예컨대 초기 폐슬러리로부터 오일을 분리할 수 있다.
실리콘 함유 폐슬러리, 즉 초기 폐슬러리는 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 와이어 소잉 공정 등의 부산물로 발생한다. 이에 초기 폐슬러리에는 실리콘 잉곳이 절삭되면서 발생하는 실리콘과, 절삭제인 실리콘 카바이드(SiC) 및 절삭유인 수용성 오일이 함유되어 있다. 또한, 약 5% 정도의 철(Fe) 성분과, 미량의 구리(Cu) 등을 함유할 수 있다. 이에 1차 오일 세정 과정(S10)에서는 초기 폐슬러리에 함유되는 수용성 오일 분리하는 과정을 수행할 수 있다. 이때, 초기 폐슬러리에 함유되는 실리콘 카바이드는 입자 크기가 다양하므로 1차 오일 세정 과정(S10) 이전에 원심 분리 공정 등을 통해 상대적으로 입자 크기가 콘 실리콘 카바이드를 분리해내는 공정이 수행될 수도 있다.
와이어 소잉 공정 등의 부산물인 초기 폐슬러리에는 수용성 오일(예를 들어, PEG+DEG)이 10wt% 내지 30wt% 정도 함유되어 있는데, 초기 폐슬러리를 제강공정에 사용하기 위해서는 초기 폐슬러리에 함유되는 수용성 오일을 일정 수준으로 제거하여야 한다. 오일을 제거하기 위한 방법으로 고온을 이용한 연소, 물을 이용한 세정 방식이 적용될 수도 있다. 그러나 고온을 이용하여 수용성 오일을 연소시키는 경우에는 수용성 오일 함유량이 높아질수록 대기오염이 심화되고 고온으로 인해 실리콘이 산화될 수 있다. 또한, 초기 폐슬러리에는 수용성 오일이 다량 함유되어 있어 초기 폐슬러리를 물로 세정할 수도 있지만, 이 경우 수용성 오일이 물에 용해되어 폐수처리 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 실시 예는 수용성 오일을 초기 폐슬러리로부터 분리하여 후술하는 공정을 통해 재사용할 수 있다. 또한, 필요한 경우 수용성 오일이 일정 수준 제거된 실리콘 함유 슬러리로부터 수용성 오일을 추가적으로 제거할 수 있다. 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.
이와 같이 초기 폐슬러리로부터 수용성 오일을 제거하는 과정에서 발생하는 부산물, 예컨대 수용성 오일 및 물은 브리켓 제조 시 바인더로 재사용할 수 있다.
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 분리한다. 이후, 물을 증발시켜 수용성 오일을 재활용하며, 수용성 오일이 일정 수준 제거된 슬러리 즉, 실리콘 함유 슬러리는 건조공정을 거치고 적절한 크기로 분쇄한다. 그리고 분쇄된 슬러리를 브리켓으로 성형하여 제강공정의 용강 제조과정에서 이용되는 승열 및 성분조절 용도로 사용한다.
도 3을 참조하면, 1차 오일 세정 과정(S10)은 S12, S14 및 S16 과정을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, S12 과정에서는, 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 의해 굳어버리는 것을 방지하기 위하여, 일정 주기로 교반 작업이 수행되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 폐슬러리 저장 탱크는 교반 기능을 지원하도록 구성될 수 있다.
초기 폐슬러리는 반도체 웨이퍼 또는 태양전지 웨이퍼 제조과정에서 발생하는 부산물들을 포함할 수 있다. 이러한 부산물들은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 수용성 오일, 철(Fe) 및 구리(Cu) 등을 포함할 수 있다.
초기 폐슬러리와 물의 제1 혼합 비율은 부피비 기준으로 1:0.2 내지 1:8 정도의 범위로 설정될 수 있다. 즉, 물의 부피가 초기 폐슬러리의 부피의 0.2배 내지 8배 정도가 되도록 물을 초기 폐슬러리에 혼합한다. 앞서 설명한 바 있지만, 제1 혼합 비율은 초기 폐슬러리에 대한 교반 및 펌핑을 고려하여 설정된다.
S14 과정에서는, 제1 교반기(10)를 동작시켜 물이 혼합되어 있는 초기 폐슬러리를 교반하는 과정이 수행된다.
1차 오일 세정 과정(S10)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, S12 과정에서는, 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 의해 굳어버리는 것을 방지하기 위하여, 일정 주기로 교반 작업이 수행되도록 구성될 수도 있다. 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 내지 8배 정도가 되도록 물을 초기 폐슬러리에 혼합한다. 앞서 설명한 바 있지만, 제1 혼합 비율은 초기 폐슬러리에 대한 교반 및 펌핑을 고려하여 설정된다.
S14 과정에서는, 제1 교반기(10)를 동작시켜 초기 폐슬러리와 물의 혼합물을 교반하는 과정이 수행된다.
S16과정에서는, 설정된 교반 시간이 경과하면, 교반된 초기 폐슬러리와 물의 혼합물을 제1 필터링 시스템(20)으로 공급하여, 초기 폐슬러리와 물의 혼합물로부터 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, 실리콘 함유 슬러리가 획득된다.
한편, 후술하겠지만, 본 실시 예에 따라 제조되는 중간물 중의 하나인 실리콘 함유 슬러리를 건조 및 분쇄하면, 실리콘 함유 분말이 획득될 수 있다. 이 실리콘 함유 분말은 실리콘과 실리콘 카바이드가 다량 함유되어 있어 발열량이 상당히 높기 때문에, 전로(converter, ....)에 그대로 투입하는 경우, 화재 발생의 위험이 있다. 따라서, 후술하는 브리켓 성형 과정(S60)을 통해 실리콘 함유 분말을 압착하여 일정 사이즈와 형상을 갖는 덩어리 형태의 브리켓(briquette)으로 가공하여 사용한다. 여기서, 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 제조하기 위한 중간재료인 실리콘 함유 분말에 함유되는 오일의 양이 지나치게 적으면, 압착된 브리켓의 형상이 유지되지 않고 부서질 수 있기 때문에, 실리콘 함유 분말에 어느 정도의 오일 성분이 포함되면 브리켓 제조에 도움이 될 수 있다. 만약 1차 오일 세정 과정(S10)을 통해 획득되는 실리콘 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일의 함량이 지나치게 많은 경우에는, 이 수용성 오일 성분은 후술하는 2차 오일 세정 과정(S30)을 통해 적정 수준으로 재차 제거될 수 있다.
다음으로, 분리 과정(S20)에서는, 1차 오일 세정 과정(S10)에서 분리된 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 수용성 오일과 물을 서로 분리하는 과정이 수행된다. 이 과정을 거쳐 추출되는 수용성 오일은 후술하는 브리켓 성형 과정(S60)에서 재활용될 수 있으며, 물은 추가적인 폐수처리공정이 필요 없을 정도로 정화될 수 있다.
도 7을 참조하여 분리 과정(S20)이 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), 제2포집수단(350), 제1 열교환기(360), 제2 열교환기(370), 물 저장탱크(380) 및 오일저장탱크(390)를 포함하여 구성될 수 있다.
1차 오일 세정 과정(S10)을 통해 초기 폐슬러리와 물의 혼합물로부터 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 7에는 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 있다. 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 있다. 보일러 증기가 150℃ 이상으로 리보일러로 공급되는 상태에서, 수용성 오일과 물을 리보일러로 가열하여 증류하면, 제1 포집수단(340)에는 온도가 51.5℃이고, 압력이 100mmHg이고, 유량이 200Kg/hr인 물이 포집되고, 제2 포집수단(350)에는 온도가 137℃이고, 압력이 106mmHg이고, 유량이 99.5Kg/hr인 수용성 오일 즉, PEG/DEG가 포집될 수 있다.
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 공급될 수 있다.
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% 정도이고, PEG가 60.3wt% 정도이고, DEG가 39.2wt%정도인 오일이 회수되는 것을 알 수 있었다.
다음으로 2차 오일 세정 과정(S30)에서는 1차 오일 세정 과정(S10)을 통해 수용성 오일과 물이 분리된 슬러리 즉, 실리콘 함유 슬러리에 물을 설정된 제2 혼합 비율로 혼합한 상태에서 교반한 후 필터링하여 실리콘 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일을 세정하는 과정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제2 혼합 비율은 물의 부피를 실리콘 함유 슬러리의 부피의 0.2배 내지 8배 정도가 되도록 설정될 수 있으며, 2차 오일 세정 과정(S30)은 50℃ 이하의 저온에서 수행되도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바 있지만, 1차 오일 세정 과정(S10)을 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 2차 오일 세정 과정(S30)이다.
2차 오일 세정 과정(S30)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다. 도 4를 참조하면, 2차 오일 세정 과정(S30)은 과정 S32, S34 및 과정 S36을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, S32 과정에서는, 1차 오일 세정 과정(S10)을 통해 수용성 오일이 일정 수준으로 분리되어 제거된 슬러리 즉, 실리콘 함유 슬러리를 제2 교반기(40)로 공급하고, 설정된 제2 혼합 비율에 상응하는 물을 제2 교반기(40)로 공급함으로써, 실리콘 함유 슬러리에 물을 혼합하는 과정이 수행된다.
실리콘 함유 슬러리와 물의 제2 혼합 비율은 부피비 기준으로 1:0.2 내지 1:8의 범위에서 설정될 수 있다. 즉, 물은 실리콘 함유 슬러리의 부피의 0.2배 내지 8배 정도의 부피를 갖도록 실리콘 함유 슬러리에 혼합된다.
실리콘 함유 슬러리와 물의 혼합 비율을 상기와 같이 설정하는 이유는 다음과 같다.
혼합비율 0.2배 미만에서는 실리콘 함유 슬러리의 점도를 고려할 때 이후의 교반공정 및 펌핑공정을 수행하기 어려우며, 또한 8배를 초과하는 경우 수용성 오일의 제거비율이 급격히 높아져 오히려 후속 공정인 브리켓 성형 과정(S60)에서 브리켓의 성형성을 저하시키는 문제점이 있다.
즉, 실리콘 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, 실리콘 함유 슬러리로부터 제거되는 오일의 양도 늘어난다.
한편, 앞서 설명한 바 있지만, 본 실시 예에 따라 제조되는 중간물 중의 하나인 실리콘 함유 슬러리를 건조 및 분쇄하면, 실리콘 함유 분말이 획득된다. 이 실리콘 함유 분말은 발열량이 상당히 높기 때문에, 전로(converter,....)에 그대로 투입하는 경우, 화재 발생의 위험이 있다. 따라서, 후술하는 브리켓 성형 과정(S60)을 통해 실리콘 함유 분말을 압착하여 일정 사이즈와 형상을 갖는 덩어리 형태의 브리켓(briquette)으로 가공하여 사용하는 것이 좋다. 여기서, 만약, 승열 및 성분조절 용도의 브리켓을 제조하기 위한 원재료인 실리콘 함유 분말에 포함된 오일의 양이 지나치게 적으면, 압착된 브리켓의 형상이 유지되지 않고 부서질 수 있기 때문에, 실리콘 함유 분말에는 어느 정도의 오일 성분이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
따라서, 폐수 처리 작업과 브리켓 제조의 효율성을 높이기 위하여, 실리콘 함유 분말과 물의 혼합 비율을 앞서 설명한 바와 같이 설정하였다.
다음으로 S34 과정에서는, 제2 교반기(40)를 동작시켜 물이 혼합되어 있는 실리콘 함유 슬러리를 교반함으로써, 실리콘 함유 슬러리에 잔류하는 수용성 오일의 용해를 촉진시키는 과정이 수행된다.
다음으로 S36 과정에서는, 설정된 교반 시간이 경과하면, 물과 교반된 실리콘 함유 슬러리를 제2 필터링 시스템(50)으로 공급하여, 실리콘 함유 슬러리로부터 물과 이 물에 용해된 수용성 오일을 필터링하여 제거하는 과정이 수행될 수 있다. 구체적인 필터링 방식은 공지되어 있는 다양한 기술들을 적용하여 구성될 수 있다.
한편, 물을 이용하여 실리콘 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 2차 오일 세정 과정(S30)의 전체 과정 또는 일부 과정이 50℃ 이하의 저온에서 수행되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 건조 과정(S40)에서는, 2차 오일 세정 과정(S30)을 통해 수용성 오일이 세정된 실리콘 함유 슬러리를 건조기(60)로 공급하여 설정된 건조 온도로 건조하는 과정이 수행된다. 이러한 건조 과정(S40)은 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있으며, 자연 건조 방식으로 건조될 수도 있고, 200℃ 이하의 대기 분위기 또는 질소 분위기에서 수행되도록 구성될 수 있다.
건조 과정(S40)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
건조 과정(S40)은 수용성 오일이 일정 수준으로 제거된 실리콘 함유 슬러리를 분쇄하기 전에 건조시키는 과정이다.
여기서, 실리콘 함유 슬러리에 포함된 실리콘이 대기 상태에 일정 시간 이상 노출되는 경우, 대기중에 존재하는 산소에 의해 산화되어 이산화규소가 생성되기 때문에, 승열제의 발열 특성이나 용강의 성분 조정 효율이 저하될 수 있다.
따라서 이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 실시 예는 실리콘 함유 슬러리 건조 과정을 200℃ 이하, 보다 구체적으로는 110℃ 내지 130℃ 정도의 온도 및 대기 분위기 또는 질소 분위기에서 수행하도록 구성된다. 실리콘 함유 슬러리를 질소 분위기에서 건조하면, 실리콘의 산화 없이 건조 온도를 고온으로 올릴 수 있기 때문에, 건조 속도가 빨라지고 건조율이 높아지게 된다.
분쇄 과정(S50)에서는, 건조 과정(S40)을 통해 건조된 덩어리 형태의 실리콘 함유 슬러리를 분쇄기(70)로 공급하여 분쇄하는 과정이 수행된다. 이러한 분쇄 과정(S50)은 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 분쇄 과정(S50)에서는, 건조된 실리콘 함유 슬러리를 직경 5㎝ 이하의 분말로 분쇄하도록 구성될 수 있다. 이러한 분쇄 과정(S50)을 거치고 나면, 본 실시 예의 중간물 중의 하나인 실리콘 함유 분말이 획득되며, 이 분말은 규칙적 또는 불규칙적인 임의의 형상을 가져도 무방하다.
다음으로, 브리켓 성형 과정(S60)에서는, 분쇄 과정(S50)을 통해 획득한 실리콘 함유 분말에 바인더(binder)를 추가하고, 교반한 후, 브리켓 성형기(80)를 이용하여 브리켓(briquette)으로 성형하는 과정이 수행된다. 여기서는 실리콘 함유 슬러리를 건조 및 분쇄하여 실리콘 함유 분말을 이용하여 브리켓을 형성하는 과정을 설명하나, 건조 및 분쇄 과정을 수행하지 않은 경우에는 실리콘 함유 슬러리를 이용하여 브리켓을 형성할 수 있다.
브리켓 성형 과정(S60)의 구체적인 구성의 예를 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 브리켓 성형 과정(S60)은 S62, S64 및 S66 과정을 포함하여 구성될 수 있다.
S62 과정에서는, 분쇄 과정(S50)을 통해 획득한 실리콘 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, ....)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, 실리콘 함유 분말에 철 성분을 첨가하며, 본 실시 예에 있어서, 철 성분의 첨가는 선택적이다. 이때, 철 성분은 제강 슬래그를 자력 선별 등과 같은 선별 공정으로 선별된 것일 수 있다.
예를 들어, 브리켓 성형 과정(S60)에서, 실리콘 함유 분말과, 철 성분 및 바인더 전체 중량을 기준으로, 실리콘 함유 분말이 35 내지 97 wt% 정도이고, 철 성분이 0 내지 50wt% 정도, 바인더는 3 내지 15wt% 정도가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 여기에서 철 성분이 0wt%인 경우는 철 성분이 첨가되지 않은 경우를 의미한다.
또한, S62 과정에서 첨가되는 바인더는 브리켓 성형을 위해 실리콘 함유 분말 또는 실리콘 및 철 성분을 함유하는 분말에 점성을 부여하기 위한 것으로서, 당밀, 전분, 벤토나이트(bentonite) 및 소석회, 물유리(규산소다) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 바인더는 1차 및 2차 오일 세정 공정에서 분리된 물과 수용성 오일과, 분리 공정에서 분리된 물과 수용성 오일 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 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 오일 세정 과정(S10)을 통해 초기 폐슬러리로부터 분리된 물과 수용성 오일을 바인더에 포함되는 재료로 재사용할 수 있다.
다른 예로, 바인더에 물을 혼합하여 사용하는 경우, 분리 과정(S20)을 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 최 단시간에 섞어 브리켓팅하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또 다른 예로, 바인더에 수용성 오일을 혼합하여 사용하는 경우, 분리 과정(S20)을 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.
S64 과정에서는, 바인더가 첨가된 실리콘 함유 분말 또는 실리콘 및 철 성분 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.
S66 과정에서는, 바인더가 첨가되어 교반된 실리콘 함유 분말 또는 실리콘 및 철 성분 함유 분말을 브리켓 성형기(80)를 이용하여 특정 형상을 갖는 브리켓으로 성형하는 과정이 수행된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 또는 태양전지 웨이퍼 제조시 발생하는 실리콘을 함유한 폐슬러리를 정제하여 분말을 만들고, 여기에 바인더를 첨가하여 브리켓팅함으로써 브리켓을 제조할 수 있다. 이에 제강공정에서 용강의 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 용강의 승열제 및 성분조절의 용도로 재생하여 사용할 수 있다. 이에 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 없게 하거나 폐수를 재처리가 필요 없을 만한 수준으로 정화시켜 배출할 수 있다. 이에 제강공정에서 용강의 승열 및 성분조절 용도로 사용되는 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 재사용할 수 있다. 이에 실리콘의 산화로 인한 품질 저하를 방지할 수 있는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 실리콘 폐슬러리를 분말화하여 이를 브리켓으로 성형하여 제공할 수 있다. 이에 제강공정의 전로에 투입하기 용이하고, 분말로 인한 화재나 폭발의 위험요소를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐기물로 인식될 수도 있는 실리콘 분말을 제강공정에서 용강의 승열 및 성분조절 용도의 브리켓 제품으로 성형하여 제공할 수 있다. 이에 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.

Claims (16)

  1. 브리켓을 제조하는 방법으로서,
    실리콘 함유 폐슬러리를 마련하는 과정;
    상기 실리콘 함유 폐슬러리로부터 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일을 분리하는 1차 오일 세정 과정;
    상기 실리콘 함유 슬러리에 바인더를 배합한 혼합물을 이용하여 브리켓을 형성하는 성형 과정;
    을 포함하는 브리켓 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 폐슬러리는 실리콘 잉곳을 절삭하거나 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 과정에서 발생하며, 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일을 포함하는 브리켓 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 폐슬러리는 적어도 실리콘(Si)과 실리콘 카바이드(SiC)를 함유하는 브리켓 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 1차 오일 세정 과정은,
    상기 실리콘 함유 폐슬러리에 물을 제1혼합 비율로 혼합하는 과정;
    상기 실리콘 함유 폐슬러리와 물을 교반하는 과정;
    상기 실리콘 함유 폐슬러리와 물의 혼합물을 필터링하여 실리콘 함유 슬러리, 수용성 오일 및 물을 분리하는 과정;
    을 포함하는 브리켓 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 실리콘 함유 폐슬러리의 부피에 대하여 0.2배 내지 8배인 브리켓 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성형 과정 이전에 상기 실리콘 함유 슬러리로부터 수용성 오일을 제거하는 2차 오일 세정 과정을 수행하는 브리켓 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2차 오일 세정 과정은,
    상기 실리콘 함유 슬러리에 물을 제2혼합 비율로 혼합하는 과정;
    상기 실리콘 함유 슬러리와 물을 교반하는 과정;
    상기 실리콘 함유 슬러리와 물의 혼합물을 필터링하여 실리콘 함유 슬러리와 수용성 오일 및 물을 분리하는 과정;
    을 포함하는 브리켓 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2혼합 비율은 상기 물의 부피가 상기 실리콘 함유 슬러리의 부피에 대하여 0.2배 내지 8배인 브리켓 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 1차 오일 세정 과정 이후에 상기 1차 오일 세정 과정에서 분리된 수용성 오일과 물을 분별 증류하여 수용성 오일과 물을 분리하는 분리 과정을 수행하는 브리켓 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 브리켓 성형 과정 이전에, 상기 실리콘 함유 슬러리를 건조시키는 건조과정과 상기 실리콘 함유 슬러리를 분쇄하는 분쇄과정 중 적어도 어느 하나의 과정을 수행하는 브리켓 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 브리켓 성형 과정에서 상기 실리콘 함유 슬러리에 바인더를 배합한 혼합물에 철 성분(Fe source)을 선택적으로 첨가하는 브리켓 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 혼합물의 전체 중량에 대하여 35 내지 97 wt%의 실리콘 함유 슬러리, 0 내지 50wt%의 철 성분 및 3 내지 15wt% 의 바인더를 포함하는 브리켓 제조방법.
  13. 상기 바인더는 당밀, 전분, 벤토나이트(bentonite) 및 소석회, 물유리(규산소다) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 브리켓 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 바인더는 상기 1차 오일 분리 과정에서 분리된 물과 수용성 오일, 상기 2차 오일 분리 과정에서 분리된 물과 수용성 오일 및 상기 분리 과정에서 분리된 수용성 오일 및 물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 브리켓 제조방법.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 의한 브리켓 제조방법으로 제조되고, 실리콘, 실리콘 카바이드 및 바인더를 포함하는 브리켓.
  16. 청구항 15에 있어서,
    철 성분을 더 포함하는 브리켓.
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