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KR100884728B1 - 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템 - Google Patents

슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템 Download PDF

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KR100884728B1
KR100884728B1 KR20070138707A KR20070138707A KR100884728B1 KR 100884728 B1 KR100884728 B1 KR 100884728B1 KR 20070138707 A KR20070138707 A KR 20070138707A KR 20070138707 A KR20070138707 A KR 20070138707A KR 100884728 B1 KR100884728 B1 KR 100884728B1
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KR
South Korea
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slag
waste acid
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문창열
이병찬
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문창열
이병찬
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Abstract

본 발명은 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 슬래그를 투입받아 내부 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘을 생성하여 공급하는 슬래그 수침조; 폐산을 저장하였다가 공급하는 폐산 저장조; 상기 슬래그 수침조 및 상기 폐산 저장조로부터 공급되는 상기 수산화칼슘과 상기 폐산 간의 발열 반응에 따라 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 반응조; 상기 반응조로부터 공급되는 상기 증기를 이용하여 가동되고 에너지를 생산하는 증기 원동기; 상기 반응조에서 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 상기 슬래그 수침조로부터 상기 수산화칼슘을 공급받아 고열로 분해시켜 생석회를 생성하는 열원; 및 상기 열원 측으로부터 상기 생석회를 공급받아 저장하며 저장된 상기 생석회를 상기 반응조로 공급하는 생석회 저장조;를 포함한다.
따라서, 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 함께 이용하여 에너지를 생산할 수 있으면서 해당 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 무해화 처리할 수 있으므로, 비용 소요 없이 에너지 생산 및 폐기물 처리가 가능하여, 경제성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020070138707
에너지, 증기 원동기, 증기 기관, 증기 터빈, 산업 폐기물, 슬래그, 폐산

Description

슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템{SYSTEM FOR TREATING AND RECYCLING SLAG USING WASTE ACID}
본 발명은 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산업 현장에서 대량 발생되는 산업 폐기물인 슬래그와 폐수를 함께 이용하여 에너지를 생산할 수 있으면서 해당 산업 폐기물들을 무해화 처리할 수 있는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 산업이 발달함에 따라 산업 폐기물의 발생량이 계속 증가되고 있다.
일 예로, 철강 제조 공정, 시멘트 제조 공정 등에서는 슬래그(slag), 폐산과 같은 산업 폐기물이 대량 발생되며, 발생된 산업 폐기물들을 재활용하거나 무해화 처리하기 위한 연구가 지속되고 있다.
그러나, 산업 폐기물들을 재활용하거나 무해화 처리하기 위해서는 추가적으로 많은 비용이 소요되어 원가 부담이 발생되고, 그 처리 과정에서 부가적으로 환경 오염이 유발되는 등의 문제점이 있다.
즉, 경제성, 친환경성 면 등에서 만족할 만큼 획기적인 방안이 아직 개발되 지 못하고 있는 실정이다.
한편, 산업 현장에서는 공장 가동에 필요한 에너지를 생산하기 위해 또한 많은 비용을 소요하고 있다.
즉, 현재에는 화석연료의 연소를 통해 주로 에너지를 얻고 있는데, 점차 화석연료의 잔존량은 감소하고 수요량은 증가함에 따라 에너지 생산에 고비용이 소요되고 있다.
따라서, 풍력 에너지, 바이오 에너지와 같은 새로운 에너지 창출 방안을 개발하기 위한 많은 노력이 진행되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 산업 현장에서 대량 발생되는 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 함께 이용하여 에너지를 비용 소요 없이 생산할 수 있으면서 해당 산업 폐기물들을 무해화 처리할 수 있는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템은, 슬래그를 투입받아 내부 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘을 생성하여 공급하는 슬래그 수침조; 폐산을 저장하였다가 공급하는 폐산 저장조; 상기 슬래그 수침조 및 상기 폐산 저장조로부터 공급되는 상기 수산화칼슘과 상기 폐산 간의 발열 반응에 따라 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 반응조; 상기 반응조로부터 공급되는 상기 증기를 이용하여 가동되고 에너지를 생산하는 증기 원동기; 상기 반응조에서 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 상기 슬래그 수침조로부터 상기 수산화칼슘을 공급받아 고열로 분해시켜 생석회를 생성하는 열원; 및 상기 열원 측으로부터 상기 생석회를 공급받아 저장하며 저장된 상기 생석회를 상기 반응조로 공급하는 생석회 저장조;를 포함한다.
바람직하게, 상기 폐산 저장조는, 황산과 질산이 주성분인 제1종 폐산을 저장하였다가 공급하며, 상기 반응조는, 상기 제1종 폐산을 공급받아 상기 수산화칼슘과 반응시킬 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 폐산 저장조는, 염산이 주성분인 제2종 폐산을 저장 하였다가 공급하며, 상기 슬래그 수침조 및 상기 폐산 저장조로부터 공급되는 상기 수산화칼슘과 상기 제2종 폐산 간의 발열 반응에 따라 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 부가 반응조;를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 부가 반응조에서 반응에 따라 생성되는 이온수를 공급받아 저장하는 이온수 저장조;를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 반응조 및 상기 부가 반응조 내의 가열된 온수는 외부 인출되어 재활용될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 슬러지 저장조 내의 상기 슬러지는 외부 인출되어 재활용될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 슬래그 수침조로 생석회를 투입하여 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 증기 원동기는, 상기 증기의 열 에너지를 이용하여 왕복적인 운동 에너지를 얻는 증기 기관 또는 상기 증기의 열 에너지를 이용하여 회전 에너지를 얻는 증기 터빈일 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 열원은 상기 이온수 저장조로부터 상기 이온수를 공급받아 고열로 건조시켜 염화칼슘을 생성하고, 상기 생석회 저장조는 저장된 상기 생석회를 상기 부가 반응조로도 공급하며, 상기 열원 측으로부터 상기 염화칼슘을 공급받아 저장하며 저장된 상기 염화칼슘을 상기 부가 반응조로 공급하는 염화칼슘 저장조;를 더 포함한다.
또한 바람직하게, 상기 열원은, 내연 기관, 외연 기관, 보일러, 연도 중의 어느 하나일 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 생석회 저장조 내에 저장된 상기 생석회는 상기 슬래그 수침조로 공급될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 생석회 저장조 및 상기 염화칼슘 저장조 내의 상기 생석회 및 상기 염화칼슘은 외부 인출되어 재활용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 함께 이용하여 에너지를 생산할 수 있으면서 해당 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 무해화 처리할 수 있으므로, 비용 소요 없이 에너지 생산 및 폐기물 처리가 가능하여, 경제성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
관련하여, 종래에 슬래그를 매립 처리함에 따라 발생되던 침출수에 의한 수질 환경 오염 및 폐산의 무단 방출에 따라 발생되던 수질 환경 오염을 방지할 수 있다.
또한, 유용하게 재활용될 수 있는 황산칼슘, 질산칼슘, 생석회, 염화칼슘 및 온수와 같은 여러 부산물을 획득할 수 있으므로, 이 점에서도 경제성 및 효용성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 원료 물질을 일부 순환 재생하여 재이용하므로, 소량의 원료 물질만 을 소요할 수 있어, 이 점에서도 경제성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템에 대한 구성도이다.
본 발명에 따르면, 철강 제조 공정, 시멘트 제조 공정과 같은 각종 산업 현장에서 대량 발생되는 산업 폐기물인 슬래그와 폐산 간의 화학적 반응을 이용하여 증기를 발생시키고, 발생된 증기로 증기 기관을 가동시킴으로써, 에너지를 생산한다.
본 발명에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템은, 슬래그를 투입받아 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘(Ca(OH)2) 성분의 강알칼리수를 생성하여 공급하는 슬래그 수침조(100)와, 폐산을 수집하여 저장하였다가 공급하는 폐산 저장조(110)와, 슬래그 수침조(100) 및 폐산 저장조(110)로부터 각기 공급되는 수산화칼슘과 폐산 간의 화학적 발열 반응 시 발생되는 고열로 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 반응조(120)와, 반응조(120)로부터 공급되는 증기를 이용하여 가동되고 에너지를 생산하는 증기 원동기(140)를 포함한다.
상기 슬래그 수침조(100)는 각종 산업 현장에서 발생되어 수집된 슬래그를 외부로부터 투입받아 내부에 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘 성분의 강알칼리수 를 생성한다.
즉, 슬래그는 주로 철광석을 제강하는 철강 제조 공정에서 발생되는데, 철강 제조 공정에서는 철광석으로부터 철 성분을 용이하게 빼내기 위해 석회석을 같이 투입하므로, 배출되는 슬래그에는 미반응 상태의 생석회(CaO)가 포함되어 있고, 따라서 함유된 생석회 성분이 물과 반응하여 다음과 같은 반응식에 의해 수산화칼슘을 생성하며, 이 수산화칼슘은 pH10 내지 12 이상의 강알칼리성을 나타낸다.
"CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.58Kcal"
상기 슬래그 수침조(100)에서 생성된 수산화칼슘은 이후 송수용 펌프(미도시) 등을 이용하여 반응조(120)로 공급된다.
그리고, 만약 산업 현장에서 발생되어 수집되는 슬래그의 양이 부족한 경우에는 슬래그 수침조(100)로 직접 생석회를 투입하여 수산화칼슘의 강알칼리수를 생성할 수도 있다.
상기 폐산 저장조(110)는 각종 산업 현장에서 발생되어 수집된 폐산을 외부로부터 투입받아 저장하였다가 공급하는 것으로, 해당 폐산은 황산(H2SO4), 질산(HNO3)일 수 있다.
이러한 폐산 저장조(110)는 폐산을 종류별로 구분하여 저장하며, 즉 황산과 질산을 구분되게 저장 및 공급할 수 있다.
그리고, 폐산 저장조(110) 내의 폐산은 이후 송수용 펌프(미도시) 등을 이용하여 반응조(120)로 공급된다.
물론, 상기한 슬래그 수침조(100) 및 폐산 저장조(110)로부터 각기 수산화칼슘 및 폐산이 반응조(120)로 공급됨에 있어, 각 공급 배관 상에는 공급량 조절 수단(미도시)이 구비되어 그 공급량(즉, 이동량)을 조절할 수 있다.
상기 반응조(120)는 슬래그 수침조(100) 및 폐산 저장조(110)로부터 각기 공급되는 수산화칼슘과 폐산 간의 화학적 발열 반응에 따른 고열을 이용하여 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 증기 원동기(140)로 공급한다.
일 예로, 공급되는 폐산이 황산(H2SO4)인 경우 다음과 같은 화학적 발열 반응이 일어난다.
"Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O + 47.53Kcal"
즉, 수산화칼슘과 황산 간의 반응에 따라 47.53Kcal에 해당하는 고열이 발생되며, 발생된 고열에 의해 내부 수용된 물이 100℃ 이상으로 가열되어 고온 상태의 증기로 변환된다.
그리고, 해당 반응조(120) 내에서의 고열 발생량을 보다 증가시켜 증기화 효율을 높이고자 하는 경우에는 해당 반응조(120) 내로 직접 생석회를 일부 투입하여 생석회가 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하는 과정에서 발생되는 열이 또한 증기화에 이용되도록 할 수 있다.
상기 반응조(120)에서의 반응에 따라 그 내부에는 반응 부산물로서 황산칼슘(CaSO4)과 질산칼슘(CaNO3) 성분의 슬러지가 생성되어 침적되며, 침적된 슬러지는 별도의 이송 수단(미도시)에 의해 이송되어 슬러지 저장조(130)로 공급된다.
여기서, 해당 이송 수단은 슬러지를 원활히 이송할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 나사식 회전체를 이용할 수 있다.
또한, 상기 반응조(120)에는 공급되는 수산화칼슘과 폐산 간의 접촉 정도를 향상시켜 반응 효율을 극대화시킬 수 있도록 접촉률 향상 수단(미도시)이 구비될 수 있으며, 해당 접촉률 향상 수단으로는 내부 수용된 성분들을 회전시키는 회전 수단이나 교반시키는 교반 수단을 이용할 수 있다.
그리고, 해당 반응조(120)에서의 발열 반응에 따라 그 내부에 수용된 물의 일부는 가열되어 온수 상태로 하부 측에 위치하고 일부는 증기화되어 상부 측에 모이게 되며, 상부 측에 모인 증기는 이후 증기 원동기(140)로 공급되고, 하부 측의 온수는 외부로 인출되어 난방용 등으로 재활용될 수 있다.
즉, 반응조(120)에서 수산화칼슘 및 폐산은 각기 중화 처리되며, 발열 반응에 따라 열 에너지를 갖는 증기가 생성되고, 유용한 부산물로서 온수와 슬러지가 생성된다.
상기 슬러지 저장조(130)는 반응조(120)에서의 반응에 따라 생성된 후 공급되는 황산칼슘, 질산칼슘과 같은 슬러지를 저장하며, 저장된 슬러지는 이후 외부로 인출되어 산업용 원재료 등으로 적절히 재활용될 수 있다.
상기 증기 원동기(140)는 반응조(120)로부터 공급되는 증기를 이용하여 가동됨으로써 에너지를 생산하는 것으로, 즉 증기의 열 에너지를 운동 에너지로 변환시킨다.
이러한 증기 원동기(140)는 증기의 열 에너지를 이용하여 왕복적인 운동 에너지를 얻는 증기 기관이나 증기의 열 에너지를 이용하여 회전 에너지를 얻는 증기 터빈일 수 있다.
그리고, 증기 원동기(140)가 증기 터빈인 경우, 해당 증기 터빈에서 발생되는 회전 에너지로 별도의 발전기(미도시)를 가동시켜 전기를 생산할 수 있으며, 생산되는 전기는 필요 개소로 바로 공급되어 이용되거나 축전지와 같은 저장 매체에 저장될 수 있다.
나아가, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템에 대한 구성도이다.
본 제2 실시예는 기본적으로 상기한 제1 실시예의 구성을 모두 포함하며, 추가적으로 폐산 중의 염산(HCl)과 수산화칼슘 간의 반응을 이용하여 증기를 발생시키는 부가 반응조(150)를 포함한다.
상기 부가 반응조(150)는 슬래그 수침조(100) 및 폐산 저장조(110)로부터 각기 공급되는 수산화칼슘과 염산 간의 다음과 같은 화학적 발열 반응에 따른 고열을 이용하여 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 증기 원동기(140)로 공급한다.
"Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O + 46.8Kcal"
즉, 수산화칼슘과 염산 간의 반응에 따라 46.8Kcal에 해당하는 고열이 발생되며, 발생된 고열에 의해 내부 수용된 물이 100℃ 이상으로 가열되어 고온 상태의 증기로 변환된다.
그리고, 해당하는 부가 반응조(150) 내에서의 고열 발생량을 보다 증가시켜 증기화 효율을 높이고자 하는 경우에는 해당 부가 반응조(150) 내로 직접 생석회를 일부 투입하여 생석회가 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하는 과정에서 발생되는 열이 또한 증기화에 이용되도록 할 수 있다.
이러한 부가 반응조(150)에서의 반응에 따라 그 내부에는 반응 부산물로서 "Ca2+(aq) + 2Cl-(aq)"의 이온수가 생성되며, 생성된 이온수는 이온수 저장조(160)로 이송되어 저장된다.
또한, 부가 반응조(150)에는 수산화칼슘과 염산 간의 접촉 정도를 향상시켜 반응 효율을 극대화시킬 수 있도록 접촉률 향상 수단(미도시)이 구비될 수 있으며, 해당 접촉률 향상 수단으로는 내부 수용된 성분들을 회전시키는 회전 수단이나 교반시키는 교반 수단을 이용할 수 있다.
그리고, 해당 부가 반응조(150)에서의 발열 반응에 따라 그 내부에 수용된 물의 일부는 가열되어 온수 상태로 하부 측에 위치하고 일부는 증기화되어 상부 측에 모이게 되며, 상부 측에 모인 증기는 이후 증기 원동기(140)로 공급되고, 하부 측의 온수는 외부로 인출되어 난방용 등으로 재활용될 수 있다.
즉, 부가 반응조(150)에서 수산화칼슘 및 염산은 각기 중화 처리되며, 발열 반응에 따라 열 에너지를 갖는 증기가 생성되고, 유용한 부산물로서 온수 및 이온수가 생성된다.
한편, 이러한 부가 반응조(150)로 염산을 공급할 수 있도록 폐산 저장조(110)는 염산을 구분하여 저장하였다가 공급할 수 있으며, 그 공급은 송수용 펌프(미도시) 등을 이용하여 실시될 수 있다.
상기 이온수 저장조(160)는 부가 반응조(150)에서의 반응에 따라 생성된 후 공급되는 "Ca2 +(aq) + 2Cl-(aq)" 성분의 이온수를 저장한다.
이러한 이온수 저장조(160)는 기본적으로 이온수를 그대로 유입받아 저장하나, 필요에 따라서는 자체적으로 가열 수단(미도시)을 구비하여 해당 가열 수단에서 발생되는 고열을 이용하여 이온수를 건조시킴으로써 고상 상태의 염화칼슘(CaCl2)으로 만들어 저장할 수도 있다.
따라서, 본 제2 실시예에 따르면, 반응조(120) 뿐만 아니라 부가 반응조(150)를 통해 발생되는 증기를 모두 이용하여 증기 원동기(140)를 가동시킬 수 있으므로, 에너지 생산량을 증가시킬 수 있다.
또한 나아가, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템에 대한 구성도이다.
통상적으로, 각종 산업 현장에는 필수적인 동력원으로 열기관과 같은 열원(170)이 구비되어 있으며, 따라서 본 제3 실시예에서는 이러한 열원(170)을 활용한다.
여기서, 열원(170)이란 그 작동에 따라 580℃ 이상의 고열을 발생시킬 수 있는 것으로, 즉 연료를 연소시켜 고열을 발생시키는 내연 기관, 외연 기관 및 보일 러이거나 고온 상태의 배기가스를 내부를 통해 배출시키면서 자체적으로 고온화될 수 있는 연도(煙道)일 수 있다.
본 제3 실시예는 기본적으로 전술한 제2 실시예의 구성을 모두 포함하며, 추가적으로 슬래그 수침조(100)로부터 공급되는 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 고열로 분해시켜 생석회를 생성함과 아울러 이온수 저장조(160)로부터 공급되는 이온수를 고열로 건조시켜 염화칼슘을 생성하는 열원(170)과, 열원(170) 측에서 생성된 후 공급되는 생석회를 저장하였다가 슬래그 수침조(100), 반응조(120) 및 부가 반응조(150)로 선택적으로 공급하는 생석회 저장조(180)와, 열원(170) 측에서 생성된 후 공급되는 염화칼슘을 저장하였다가 부가 반응조(150)로 공급하는 염화칼슘 저장조(190)를 포함한다.
상기 열원(170)은 고열을 발생시켜 슬래그 수침조(100)로부터 공급되는 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 고열로 분해시켜 다음과 같은 반응식에 따라 생석회를 재생되게 생성하며, 생성된 생석회는 이후 생석회 저장조(180)로 이송되어 저장된다.
"Ca(OH)2 (580℃ 이상 가열) → CaO + H2O"
즉, 수산화칼슘은 580℃ 이상으로 가열하면 분해되므로, 보통 1,000℃ 이상의 고열을 발생시키는 열원(170)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 충분히 분해시킬 수 있다.
또한, 열원(170)은 이온수 저장조(160)로부터 공급되는 이온수를 고열로 건 조시켜 염화칼슘을 생성하며, 생성된 염화칼슘은 이후 염화칼슘 저장조(190)로 이송되어 저장된다.
상기 생석회 저장조(180)는 열원(170) 측에서의 분해 반응에 따라 생성된 후 공급되는 생석회를 내부 저장하며, 저장된 생석회는 이후 슬래그 수침조(100), 반응조(120) 및 부가 반응조(150)로 선택적으로 공급된다.
그에 따라, 생석회 저장조(180)로부터 슬래그 수침조(100)로 공급되는 생석회는 슬래그 수침조(100)에서 수산화칼슘의 생성에 이용될 수 있고, 한편 생석회 저장조(180)로부터 반응조(120) 및 부가 반응조(150)로 공급되는 생석회는 반응조(120) 및 부가 반응조(150)에서 내부 수용된 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하면서 고열을 발생시켜 증기화 효율을 향상시키게 된다.
그리고, 생석회 저장조(180)에 저장된 생석회 중 잉여의 것은 외부로 인출되어 산업용 원재료 등으로 적절히 재활용될 수 있다.
상기 염화칼슘 저장조(190)는 열원(170) 측에서 생성된 후 공급되는 염화칼슘을 내부 저장하며, 저장된 염화칼슘을 이후 부가 반응조(150)로 공급한다.
그에 따라, 염화칼슘 저장조(190)로부터 부가 반응조(150)로 공급되는 염화칼슘은 부가 반응조(150)에서 내부 수용된 물과 반응하여 다음과 같은 반응식에 의해 고열을 발생시킴으로써 증기화 효율을 향상시키게 된다.
"CaCl2 + H2O → Ca2 +(aq) + 2Cl-(aq) + 19.5kcal"
물론, 열원(170) 측에서 생성된 생석회 및 염화칼슘의 이송은 일반 공기압 이송, 수압 이송, 컨베이어 이송, 자연 유하 이송 등의 적절한 방법을 통해 이루어질 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템은 자동 운전이 가능하도록 전반적인 작동 제어를 실시하는 제어 패널을 더 구비할 수 있고, 해당하는 유체를 이송하는 각 공급 배관 상에는 유체의 공급을 개폐하는 밸브 수단(미도시), 유체의 압력 및 유량을 측정하는 유압계(미도시) 및 유량계(미도시), 필요 개소에서 유체의 역류를 방지하는 역류 방지 수단(미도시) 등이 구비될 수 있다.
또한, 슬래그 수침조(100), 폐산 저장조(110), 반응조(120) 및 부가 반응조(150)에는 수소이온 농도를 측정할 수 있는 페하(pH) 측정 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템의 작용에 대해 이하 설명한다.
사전에, 슬래그 수침조(100), 반응조(120) 및 부가 반응조(150) 내에 적정량의 물이 수용된다.
그리고, 슬래그 수침조(100)에는 철강 제조 공정 등에서 발생되어 수집된 산업 폐기물인 슬래그가 투입되고, 폐산 저장조(110)에는 각종 산업 현장에서 발생되어 수집된 산업 폐기물인 폐산이 종류별로 구분되어 저장된다.
그러면, 슬래그 수침조(100)에서는 내부 수용된 물과 외부로부터 투입된 슬래그 중에 함유된 생석회가 반응하여 수산화칼슘의 강알칼리수가 생성된 다음, 반 응조(120) 및 부가 반응조(150)로 공급된다.
한편, 폐산 저장조(110)에 종류별로 저장되어 있는 폐산 중의 황산과 질산은 반응조(120)로 공급되며, 염산은 부가 반응조(150)로 공급된다.
그러면, 반응조(120)에서는 공급된 수산화칼슘과 황산 및 질산이 발열 반응을 일으켜 고열을 발생시키며, 발생된 고열에 의해 반응조(120) 내의 물의 일부가 증발되어 증기로 변환된다.
그리고, 부가 반응조(150)에서는 공급된 수산화칼슘과 염산이 발열 반응을 일으켜 고열을 발생시키며, 발생된 고열에 의해 부가 반응조(150) 내의 물의 일부가 증발되어 증기화된다.
이와 같이, 반응조(120) 및 부가 반응조(150)에서 발생된 고열의 증기는 이후 증기 원동기(140)로 공급되어 증기 원동기(140)를 가동시키며, 그에 따라 증기 원동기(140)가 운동 에너지를 생산한다.
물론, 증기 원동기(140)가 생산한 운동 에너지는 바로 다른 장치로 전동되어 이용되거나 부속되는 발전기를 가동시켜 전기 에너지를 생산할 수 있다.
한편, 반응조(120)에서의 반응에 따라 그 내부에는 황산칼슘 및 질산칼슘 슬러지가 생성되어 침적되며, 침적된 슬러지는 이후 별도의 이송 수단에 의해 슬러지 저장조(130)로 이송되어 저장된다.
그리고, 부가 반응조(150)에서의 반응에 따라 그 내부에는 "Ca2 +(aq) + 2Cl-(aq)" 성분의 이온수가 생성되며, 생성된 이온수는 이온수 저장조(160)로 이송되어 저장된다.
여기서, 슬러지 저장조(130)에 저장된 슬러지는 이후 외부로 인출되어 산업용 원재료 등으로 재활용될 수 있다.
또한, 반응조(120) 및 부가 반응조(150)에서의 발열 반응에 따라 그 내부에 수용된 물은 가열되어 온수로 존재하며, 해당 온수는 반응조(120) 및 부가 반응조(150)로부터 외부 인출되어 난방용 등으로 재활용될 수 있다.
한편, 상기한 슬래그 수침조(100)에서 생성된 일부 수산화칼슘은 열원(170) 측으로 공급되어 열원(170)에서 발생되는 고열에 의해 분해되어 생석회를 생성하며, 생성된 생석회는 생석회 저장조(180)로 공급되어 저장된다.
그리고, 생석회 저장조(180)에 저장된 생석회는 필요에 따라 반응조(120) 및 부가 반응조(150)로 공급되어 해당 반응조(120) 및 부가 반응조(150) 내에 수용된 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하는 발열 반응을 통해 고열을 발생시켜 증기화 효율을 향상시키거나, 슬래그 수침조(100)로 공급되어 수산화칼슘을 생성하는데 다시 이용될 수 있다.
뿐만 아니라, 생석회 저장조(180)에 저장된 생석회는 외부로 인출되어 산업용 원재료 등으로 재활용될 수도 있다.
또한, 상기한 이온수 저장조(160) 내의 이온수는 필요에 따라 열원(170) 측으로 공급되어 열원(170)에서 발생되는 고열에 의해 건조되어 염화칼슘을 생성하며, 생성된 염화칼슘은 염화칼슘 저장조(190)로 공급되어 저장된다.
그리고, 이와 같이 염화칼슘 저장조(190)에 저장된 염화칼슘은 이후 부가 반 응조(150)로 공급되어 해당 부가 반응조(150) 내에 수용된 물과 반응하여 이온수를 생성하는 발열 반응을 통해 고열을 발생시켜 증기화 효율을 향상시키거나 외부로 인출되어 산업용 원재료 등으로 재활용될 수 있다.
이로써, 본 발명에 의하면, 산업 현장에서 대량으로 발생되는 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 함께 이용하여 해당 산업 현장에서 필요한 에너지를 생산할 수 있고, 또한 산업 폐기물인 슬래그와 폐산을 무해화 처리할 수 있으므로, 추가적인 비용 소요 없이 에너지 생산 및 폐기물 처리가 가능하여, 큰 경제적인 이점을 제공할 수 있다.
관련하여, 종래에 슬래그를 매립 처리함에 따라 발생되던 침출수에 의한 수질 환경 오염 및 폐산의 무단 방출에 따른 수질 환경 오염을 방지할 수 있는 것이다.
또한, 유용하게 재활용될 수 있는 황산칼슘, 질산칼슘, 생석회, 염화칼슘 및 온수와 같은 여러 부산물을 얻을 수 있으므로, 이 점에서도 경제적인 이점은 물론 효용성을 제공할 수 있다.
그리고, 원료 물질을 일부 순환 재생하여 재이용하므로, 소량의 원료 물질만을 소요할 수 있어, 이 점에서도 경제적인 이점을 제공할 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템을 나타내는 구성도이다.

Claims (12)

  1. 슬래그를 투입받아 내부 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘을 생성하여 공급하는 슬래그 수침조;
    폐산을 저장하였다가 공급하는 폐산 저장조;
    상기 슬래그 수침조 및 상기 폐산 저장조로부터 공급되는 상기 수산화칼슘과 상기 폐산 간의 발열 반응에 따라 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 반응조;
    상기 반응조로부터 공급되는 상기 증기를 이용하여 가동되고 에너지를 생산하는 증기 원동기;
    상기 반응조에서 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조;
    상기 슬래그 수침조로부터 상기 수산화칼슘을 공급받아 고열로 분해시켜 생석회를 생성하는 열원; 및
    상기 열원 측으로부터 상기 생석회를 공급받아 저장하며 저장된 상기 생석회를 상기 반응조로 공급하는 생석회 저장조;를 포함하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐산 저장조는,
    황산과 질산이 주성분인 제1종 폐산을 저장하였다가 공급하며,
    상기 반응조는,
    상기 제1종 폐산을 공급받아 상기 수산화칼슘과 반응시키는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폐산 저장조는,
    염산이 주성분인 제2종 폐산을 저장하였다가 공급하며,
    상기 슬래그 수침조 및 상기 폐산 저장조로부터 공급되는 상기 수산화칼슘과 상기 제2종 폐산 간의 발열 반응에 따라 내부 수용된 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 부가 반응조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부가 반응조에서 반응에 따라 생성되는 이온수를 공급받아 저장하는 이온수 저장조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 반응조 및 상기 부가 반응조 내의 가열된 온수는 외부 인출되어 재활용되는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬러지 저장조 내의 상기 슬러지는 외부 인출되어 재활용되는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬래그 수침조로 생석회를 투입하여 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성하는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 원동기는,
    상기 증기의 열 에너지를 이용하여 왕복적인 운동 에너지를 얻는 증기 기관 또는 상기 증기의 열 에너지를 이용하여 회전 에너지를 얻는 증기 터빈인 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 열원은 상기 이온수 저장조로부터 상기 이온수를 공급받아 고열로 건조시켜 염화칼슘을 생성하고,
    상기 생석회 저장조는 저장된 상기 생석회를 상기 부가 반응조로도 공급하며,
    상기 열원 측으로부터 상기 염화칼슘을 공급받아 저장하며 저장된 상기 염화칼슘을 상기 부가 반응조로 공급하는 염화칼슘 저장조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열원은,
    내연 기관, 외연 기관, 보일러, 연도 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 생석회 저장조 내에 저장된 상기 생석회는 상기 슬래그 수침조로 공급되는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 생석회 저장조 및 상기 염화칼슘 저장조 내의 상기 생석회 및 상기 염화칼슘은 외부 인출되어 재활용되는 것을 특징으로 하는 슬래그와 폐산의 처리 및 자원화 시스템.
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