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KR102633903B1 - 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법 - Google Patents

제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법 Download PDF

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KR102633903B1
KR102633903B1 KR1020230002979A KR20230002979A KR102633903B1 KR 102633903 B1 KR102633903 B1 KR 102633903B1 KR 1020230002979 A KR1020230002979 A KR 1020230002979A KR 20230002979 A KR20230002979 A KR 20230002979A KR 102633903 B1 KR102633903 B1 KR 102633903B1
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iron
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recovering
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최헌식
강성문
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고려아연 주식회사
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Abstract

본 발명은 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법에 대한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제강 분진을 처리하여 철을 포함하는 중간생성물을 생성하는 제강 분진 처리 공정; 용융로 내에 장입된 상기 중간생성물이 용융 및 환원되도록 상기 중간생성물을 기 설정된 온도 범위로 가열하는 중간생성물 처리 공정; 및 상기 중간생성물로부터 환원되어 생성되며 상기 용융로 내에 용융된 채로 수용된 금속철을 회수하고, 상기 중간생성물 처리 공정에서 더스트 형태로 생성된 유가금속을 회수하는 회수 공정을 포함하고, 상기 중간생성물 처리 공정은, 상기 중간생성물로부터 환원되는 상기 금속철의 양이 증가하도록 탄소를 포함하는 환원제를 상기 용융로에 장입하는 환원제 장입 공정을 포함하고, 상기 환원제는 상기 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 내지 3.1 당량비로 상기 용융로에 장입되는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.

Description

제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법{METHOD FOR RECOVERING IRON AND VALUABLE METAL FROM ELECTRIC ARC FURNACE DUST}
본 발명은 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법에 관한 발명이다.
최근 폐기물 중의 하나인 분진의 발생량이 증가함에 따라, 분진에 의한 대기 오염 피해가 급증하고 있다. 특히, 분진 중에서도 중금속 오염도가 높은 전기로　제강 분진(EAFD, Electric Arc Furnace Dust)의 국내 발생량은 연간 36만톤을 넘어 지속적으로 증가하고 있다. 이에, 제강 분진을 처리하기 위하여 제강 분진을 매립하는 방법이 활용되고 있다.
그러나, 제강 분진을 단순히 매립하는 방법은 토양과 지하수를 오염시켜 환경 오염을 발생시킨다. 또한, 제강 분진에는 유가금속이 다량 포함되어 있으나, 제강 분진을 매립할 경우 제강 분진에 포함된 유가금속을 재활용하지 못하고 폐기해야 한다. 따라서, 생태계 및 환경이 오염되는 것을 방지하면서 유가금속을 재활용할 수 있는 제강 분진을 처리하는 방법이 개발되고 있다.
예를 들어, 조산화아연(Crude Zinc Oxide)을 생산하는 공정에서 제강 분진이 원료로 사용될 수 있다. 이러한 조산화 아연을 생산하는 공정은 회전로상식 환원로(RHF, Rotary Hearth Furnace) 또는 로타리 킬른(RK, Rotary Kiln) 등을 이용하여 제강 분진을 처리한다. 이 경우 조산화 아연과 함께 중간생성물이 생성된다. 여기서 중간생성물은 금속철 및 산화철을 포함하며, 아연, 납, 은과 같은 불순물을 포함한다.
그러나, 조산화 아연을 생산하는 공정에서 발생되는 중간생성물은 철 함량이 대략 70% 정도이며, 중간생성물에 함유된 철 중 40% 내지 70%만 금속철 형태로 존재한다. 다시 말해, 중간생성물에 함유된 철 중 30% 내지 60%는 산화철 형태로 존재한다. 이처럼, 중간생성물은 철 함량이 낮은 반면, 불순물의 함량은 높아 제선, 제강 등의 원료로 사용하기 어렵고, 대부분 산업폐기물로 매립하게 되는 문제가 있다.
일본 공개특허공보 특개2005-126732호
본 발명은 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 제강 분진을 처리하는 공정에서 발생되는 중간생성물로부터 철 회수율을 향상시키고, 철 함량을 높이는 것을 목적으로 한다.
또한, 제강 분진을 처리하는 공정에서 발생되는 아연, 납 및 은 등의 유가금속 회수율을 향상시켜 유가금속을 재활용하는 것을 목적으로 한다.
또한, 철 및 유가금속의 회수율을 향상시켜 매립되는 철 및 유가금속의 양을 줄이고, 매립 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 철 및 유가금속의 회수량을 향상시킴으로써 발생되는 슬래그 양을 줄이고, 처리해야 하는 슬래그 양을 최소화하여 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제강 분진을 처리하여 철을 포함하는 중간생성물을 생성하는 제강 분진 처리 공정; 용융로 내에 장입된 상기 중간생성물이 용융 및 환원되도록 상기 중간생성물을 기 설정된 온도 범위로 가열하는 중간생성물 처리 공정; 및 상기 중간생성물로부터 환원되어 생성되며 상기 용융로 내에 용융된 채로 수용된 금속철을 회수하고, 상기 중간생성물 처리 공정에서 더스트 형태로 생성된 유가금속을 회수하는 회수 공정을 포함하고, 상기 중간생성물 처리 공정은, 상기 중간생성물로부터 환원되는 상기 금속철의 양이 증가하도록 탄소를 포함하는 환원제를 상기 용융로에 장입하는 환원제 장입 공정을 포함하고, 상기 환원제는 상기 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 내지 3.1 당량비로 상기 용융로에 장입되는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 환원제는 5mm 내지 20mm의 직경을 가지는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중간생성물 처리 공정은, 상기 중간생성물 처리 공정에서 생성되는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 조절하기 위하여 플럭스(flux)를 상기 용융로에 장입하는 플럭스 장입 공정을 포함하고, 상기 플럭스는 상기 슬래그의 염기도가 0.4 내지 1.5가 되도록 상기 용융로에 장입되는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플럭스는 석회석, 규사 및 백운석 중 하나 이상을 포함하는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회수 공정은, 용융된 상태로 상기 용융로 내에 수용된 상기 금속철을 상기 용융로로부터 배출시키고, 상기 배출된 금속철을 주조 공정을 통하여 잉곳(ingot) 형태로 회수하는 금속철 회수 공정을 포함하는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회수 공정은 상기 유가금속을 백필터(bag filter) 공정을 통하여 회수하는 유가금속 회수 공정을 포함하는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회수 공정에서 회수된 상기 금속철의 철 함량은 90% 이상 97% 이하인, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융로는, SAF(Submerged Arc Furnace) 전기로, AC EAF(Alternating Current Electronic Arc Furnace) 전기로 및 DC EAF(Direct Current Electronic Arc Furnace) 전기로 중 하나인, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융로는, SAF(Submerged Arc Furnace) 전기로, AC EAF(Alternating Current Electronic Arc Furnace) 전기로 및 DC EAF(Direct Current Electronic Arc Furnace) 전기로 중 하나인, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제강 분진 처리 공정은 상기 제강 분진을 처리하여 조산화아연과 상기 중간생성물을 생성하는, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제강 분진을 처리하는 공정에서 발생되는 중간생성물로부터 철 회수율을 향상시키고, 철 함량을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 제강 분진을 처리하는 공정에서 발생되는 아연, 납 및 은 등의 유가금속 회수율을 향상시켜 유가금속을 재활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 철 및 유가금속의 회수율을 향상시켜 매립되는 철 및 유가금속의 양을 줄이고, 매립 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 철 및 유가금속의 회수량을 향상시킴으로써 발생되는 슬래그 양을 줄이고, 처리해야 하는 슬래그 양을 최소화하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 중간생성물 처리 공정을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 1의 회수 공정을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명에 따른 권리 범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법(S1)에서는 제강 분진으로부터 철 및 유가금속이 회수될 수 있다. 이러한 제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법(S1)은 제강 분진 처리 공정(S100), 중간생성물 처리 공정(S200) 및 회수 공정(S300)을 포함할 수 있다.
제강 분진 처리 공정(S100)에서는 제강 분진을 처리하여 조산화아연 및 중간생성물이 생성될 수 있다. 본 명세서에서 제강 분진(EAF Dust, Electric Arc Furnace Dust)은 고철 스크랩을 주원료로 하는 전기로의 용해 과정에서 발생하는 비산 먼지 또는 가스가 냉각 과정을 거치면서 포집된 미립자상의 분말을 의미한다. 예를 들어, 제강 분진은 산화철과 납, 아연, 은 등과 같은 유가금속 및 카드뮴, 수은, 크롬 등과 같은 유해 중금속을 포함할 수 있다. 한편, 제강 분진 처리 공정(S100)에서 제강 분진은 회전로상식 환원로(RHF, Rotary Hearth Furnace) 또는 로타리 킬른(RK, Rotary Kiln)을 사용하여 가열될 수 있다. 이 경우 제강 분진은 환원 반응을 거치며, 제강 분진에 포함된 산화아연이 환원됨으로써 아연이 생성될 수 있다. 예를 들어, 아연은 기체 상태로 생성될 수 있으며, 기체 상태로 생성된 아연은 재산화 및 냉각 과정을 거쳐 조산화아연으로 회수될 수 있다. 또한, 제강 분진이 환원됨으로써 중간생성물이 생성될 수 있다.
본 명세서에서 중간생성물은 철을 포함하며, 중간생성물은 산화철 및 금속철을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간생성물은 제강 분진에 포함된 산화철이 환원됨으로써 생성된 금속철 및 완전히 환원되지 않은 채로 남은 산화철을 포함할 수 있다. 또한, 중간생성물은 아연, 납, 은 등의 유가금속을 포함할 수 있다.
한편, 제강 분진 처리 공정(S100)에서 제강 분진이 산화철 및 금속철로 환원되는 반응은 아래의 반응식 1 내지 5와 같다.
C(s) + O2(g) = CO2(g) … (반응식 1)
C(s) + CO2(g) = 2CO(g) … (반응식 2)
3Fe2O3(s) + CO(g) = 2Fe3O4(s) + CO2(g) … (반응식 3)
Fe3O4(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO2(g) … (반응식 4)
FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g) … (반응식 5)
또한, 제강 분진 처리 공정(S100)에서 중간생성물은 조산화아연과 함께 생성되는 것으로 서술하였지만, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 따라서, 중간생성물은 조산화아연을 생성하지 않는 별도의 공정에서 생성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 중간생성물 처리 공정(S200)에서는, 용융로를 기 설정된 온도 범위로 가열할 수 있다. 이 경우 용융로 내에 장입된 중간생성물은 용융되며, 용융로 내에 장입된 중간생성물에 포함된 산화철이 금속철로 환원된다. 이 경우 중간생성물의 환원 및 용융은 동시에 이루어질 수 있다. 또한, 중간생성물 처리 공정(S200)에서 유가금속이 더스트 형태로 생성될 수 있다. 이러한 중간생성물 처리 공정(S200)은 중간생성물 장입 공정(S210), 환원제 장입 공정(S220), 플럭스 장입 공정(S230) 및 가열 공정(S240)을 포함할 수 있다.
중간생성물 장입 공정(S210)에서는, 제강 분진 처리 공정(S100)에서 생성된 중간생성물이 용융로에 장입된다. 예를 들어, 제강 분진 처리 공정(S100)에서 생성된 중간생성물은 고온 상태에서 바로 용융로에 장입될 수 있다. 중간생성물 장입 공정(S210)에서 용융로에 장입되는 중간생성물은 10mm 내지 20mm의 직경을 가질 수 있다. 중간생성물의 직경이 10mm 미만인 경우 중간생성물을 운반 및 장입하는 과정에서 집진에 의한 손실이 발생한다. 즉, 중간생성물이 더스트와 혼합되어 더스트로부터 획득되는 유가 금속의 품위가 하락하게 된다 또한, 중간생성물의 직경이 20mm 초과인 경우 중간생성물을 운반 및 장입하는 과정에서 중간생성물에 의한 원료 막힘 현상이 발생되어 중간생성물이 원활하게 용융로에 장입되지 못하는 문제가 있다. 또한, 용융로는 SAF(Submerged Arc Furnace) 전기로일 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과하고, 용융로는 AC EAF(Alternating Current Electronic Arc Furnace) 전기로 및 DC EAF(Direct Current Electronic Arc Furnace) 전기로 중 하나일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용융로는 전기로인 것으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 용융로는 유도로 등의 가열 수단이 이용될 수도 있다.
환원제 장입 공정(S220)에서는, 중간생성물로부터 환원되는 금속철의 양이 증가하도록 용융로에 환원제가 장입된다. 환원제는 탄소를 포함할 수 있으며, 석탄 및 코크스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 환원제는 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 내지 3.1 당량비로 용융로에 장입된다. 여기서 당량은 해당 물질의 질량을 몰질량으로 나눈 값이며, 환원제와 산화철의 당량비는 환원제의 질량을 환원제의 몰질량으로 나눈 환원제 당량과 산화철의 질량을 철의 몰질량으로 나눈 철 당량의 비율을 의미한다. 예를 들어, 환원제가 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 당량비 미만으로 용융로에 장입될 경우 금속철로 환원되는 양이 감소하여 금속철의 회수율이 감소된다. 또한, 환원제가 중간생성물에 포함된 산화철 대비 3.1 당량비 초과로 용융로에 장입될 경우 중간생성물 이외의 불순물이 환원되어 금속철의 함량이 하락하고, 슬래그의 유동성이 악화되며, 처리 비용이 상승하게 된다. 이러한 환원제는 산화철과 혼합된 채로 용융로에 장입될 수 있다. 또한, 환원제 장입 공정(S220)에서 용융로에 장입되는 환원제는 5mm 내지 20mm의 직경을 가질 수 있다. 환원제의 직경이 5mm 미만인 경우 집진에 의한 손실이 발생하며, 환원제의 직경이 20mm 초과인 경우 반응 면적이 작아 반응이 원활하게 이루어지지 못한다.
플럭스 장입 공정(S230)에서는, 중간생성물로부터 환원되는 금속철의 양을 증가시키고, 슬래그의 유동성을 향상시키기 위하여 용융로에 플럭스(flux)가 장입된다. 여기서 플럭스는 중간생성물이 용융 및 환원될 때 생성되는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 조절하기 위한 것이며, 슬래그의 염기도가 0.4 내지 1.5가 되도록 용융로에 장입될 수 있다. 예를 들어, 슬래그의 염기도가 0.4 미만이면 슬래그 점도가 너무 높아져 후속하는 용해된 금속철을 출탕하는데 어려움이 발생한다. 또한, 슬래그의 염기도가 1.5를 초과하면 금속철의 환원 효율이 낮아지고, 슬래그 발생량이 증가하게 된다.
또한, 플럭스는 석회석, 규사 및 백운석 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간생성물 장입 공정(S210)에서 산화칼슘(CaO)의 비율이 낮은 중간생성물이 용융로에 장입된 경우 플럭스 장입 공정(S230)에서 석회석이 용융로에 장입될 수 있다. 다른 예시로, 중간생성물 장입 공정(S210)에서 산화칼슘의 비율이 높은 중간생성물이 용융로에 장입된 경우 경우 플럭스 장입 공정(S230)에서 규사가 용융로에 장입될 수 있다. 플럭스 장입 공정(S230)에서 용융로에 장입되는 플럭스는 5mm 내지 20mm의 직경을 가질 수 있다. 플럭스의 직경이 5mm 미만인 경우 플럭스를 운반 및 장입하는 과정에서 집진에 의한 손실이 발생한다. 즉, 플럭스가 더스트와 혼합되어 더스트로부터 획득되는 유가 금속의 품위가 하락하게 된다. 또한, 플럭스의 직경이 20mm 초과인 경우 플럭스를 운반 및 장입하는 과정에서 중간생성물에 의한 원료 막힘 현상이 발생되어 플럭스가 원활하게 용융로에 장입되지 못하는 문제가 있다.
한편, 중간생성물 장입 공정(S210), 환원제 장입 공정(S220) 및 플럭스 장입 공정(S230)은 동시에 수행될 수 있으며, 각각 순차적으로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 중간생성물 장입 공정(S210), 환원제 장입 공정(S220) 및 플럭스 장입 공정(S230)이 동시에 수행될 경우 중간생성물, 환원제 및 플럭스는 혼합된 채로 용융로에 장입된다. 또한, 중간생성물, 환원제 및 플럭스는 용융로에 소정 시간 동안 연속적으로 장입될 수 있다. 일 예로, 중간생성물, 환원제 및 플럭스는 1톤 기준 3시간 내지 4시간 동안 연속적으로 500KVA의 SAF 용융로에 장입된다. 중간생성물, 환원제 및 플럭스 1톤이 3시간 미만으로 장입될 경우 중간생성물, 환원제 및 플럭스가 용융되지 않은 채로 슬래그 위에 쌓이게 되며, 이를 용융시키기 위해 보다 많은 열에너지가 공급되어 열손실이 발생한다. 또한, 중간생성물, 환원제 및 플럭스 1톤이 4시간 초과로 장입될 경우 철 및 유가 금속의 회수 효율이 낮아지게 된다. 본 명세서에서 중간생성물, 환원제 및 플럭스 1톤을 500KVA의 SAF 용융로에 장입하는 것을 기준으로 설명하였지만, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
한편, 중간생성물 장입 공정(S210), 환원제 장입 공정(S220) 및 플럭스 장입 공정(S230)이 수행될 때, 중간생성물, 환원제 및 플럭스는 용융로 내부에 용융된 금속 및 슬래그가 형성된 상태에서 용융로 내부로 장입될 수 있다. 즉, 초기에 소정의 금속철이 용융되어 슬래그 및 용융된 금속이 형성된 이후에 중간생성물 장입 공정(S210), 환원제 장입 공정(S220) 및 플럭스 장입 공정(S230)이 추가적으로 수행된다. 이 경우 장입된 중간생성물이 환원되어 기체가 발생하더라도 원료층이 슬래그 및 금속층을 커버하고 있지 않아, 발생된 기체가 용이하게 외부로 방출된다. 다시 말해, 발생된 기체에 의해 용융된 금속 및 슬래그의 포밍(foaming) 현상이 발생되는 것이 방지되는 효과가 있다. 또한, 원료층이 슬래그 및 금속층을 커버하고 있지 않아, 아연이 원료층에서 산화아연으로 잔류하는 것을 방지된다. 이 경우 더스트가 용이하게 외부로 방출됨으로써 아연, 납 등의 유가 금속을 용이하게 회수할 수 있는 효과가 있다.
가열 공정(S240)에서는, 용융로 내에 장입된 중간생성물이 용융 및 환원되도록 중간생성물이 기 설정된 온도 범위로 가열된다. 예를 들어, 가열 공정(S240)에서는 전기로에 전력을 공급함으로써 용융로 내부를 가열할 수 있다. 다시 말해, 전기로는 내부에 장입된 중간생성물을 가열하기 위하여 전력을 공급받을 수 있으며, 일 예로, 중간생성물 1톤당 1,400kWh 이상 1,700kWh 이하의 전력이 공급될 수 있다. 이 경우 전기로 내부의 온도는 1,450℃ 이상 1,650℃ 이하로 조절될 수 있으며, 중간생성물은 이러한 온도 범위에서 용융 및 환원될 수 있다. 전기로 내부 온도가 1,450℃ 미만인 경우 중간생성물의 용융 및 환원이 원활하게 이루어지지 않으며, 전기로 내부 온도가 1,650℃ 초과인 경우 망간 또는 규소 등이 환원되어 불순물로 유입될 수 있어 생산되는 금속철의 품질이 저하될 수 있다.
한편, 가열 공정(S240)에서 환원제에 의해 산화철이 금속철로 환원되는 반응은 아래의 반응식 6 내지 8과 같다.
FeO(s) + C(s) = Fe + CO(g) … (반응식 6)
FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g) … (반응식 7)
CO2(g) + C(s) = 2CO(g) … (반응식 8)
도 3을 참조하면, 회수 공정(S300)에서는, 용융로 내에 수용된 금속철 및 유가금속이 회수된다. 이 회수 공정(S300)에서 회수된 금속철의 함량은 90% 이상 97% 이하일 수 있다. 이 회수 공정(S300)은 금속철 회수 공정(S310), 유가금속 회수 공정(S320) 및 슬래그 회수 공정(S330)을 포함할 수 있다.
금속철 회수 공정(S310)에서는, 중간생성물 처리 공정(S200)에서 중간생성물로부터 환원되며, 용융된 상태로 용융로 내에 수용된 금속철이 회수된다. 예를 들어, 용융된 상태로 용융로 내에 수용된 금속철은 슬래그와의 비중 차이로 인한 상분리(phase separation)에 의해 용융로 하부에 위치하게 된다. 이 경우 용융된 상태의 금속철은 용융로 하부의 배출 유로를 통하여 배출될 수 있다. 또한, 용융로로부터 배출된 금속철은 주조 공정을 통하여 50cm x 20cm x 5cm 크기의 직육면체인 잉곳(ingot) 형태로 회수될 수 있다. 용융로로부터 배출되는 금속철의 카본 함량은 0.5% 내지 2.5%일 수 있으며 금속철은 선철일 수 있다. 또한, 금속철 회수 공정(S310)에서 회수된 금속철의 철 함량은 90% 이상 97% 이하일 수 있다.
유가금속 회수 공정(S320)에서는, 중간생성물 처리 공정(S200)에서 더스트 형태로 생성된 유가금속이 회수된다. 예를 들어, 유가금속 회수 공정(S320)에서 유가금속은 백필터(bag filter) 공정을 통하여 회수될 수 있다. 또한, 유가금속은 아연(Zn), 납(Pb) 및 은(Ag) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
슬래그 회수 공정(S330)에서는, 용융로 내에 수용된 슬래그가 회수된다. 예를 들어, 용융로 내에 슬래그는 금속철과의 비중 차이로 인한 상분리에 의해 금속철의 상부에 위치하며, 금속철 회수 공정(S310)을 통하여 금속철이 배출되면, 배출 유로를 통하여 용융로로부터 배출될 수 있다. 이러한 슬래그 회수 공정(S330)에서 회수된 슬래그 중 일부는 시멘트 원료 등으로 재활용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 금속철 및 유가금속의 함량 및 회수율을 설명하도록 한다. 본 실시예에서는 아래와 같이 서로 다른 4개의 중간생성물이 용융로에 장입되었으며, 장입된 중간생성물의 각 성분별 함량(중량%)은 아래의 표 1과 같다.
실시예 1
실시예 1에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 2.5 당량비가 되도록 배합하였다. 이 경우 슬래그의 염기도는 0.6이다. 실시예 1에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 2와 같다.
실시예 1에서 금속철에 있어서 철 회수율은 98.00%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.65%, 99.49%이다.
실시예 2
실시예 2에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 2.5 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.8이 되도록 석회석을 용융로에 20kg 장입하였다. 실시예 2에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 3과 같다.
실시예 2에서 금속철에 있어서 철 회수율은 98.18%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.96%, 99.04%이다.
실시예 3
실시예 3에서는 1톤의 중간생성물 B를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 B에 포함된 산화철 대비 2.5 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.6이 되도록 규사 111kg를 용융로에 장입하였다. 실시예 3에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 4와 같다.
실시예 3에서 금속철에 있어서 철 회수율은 98.23%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 97.86%, 97.12%이다.
실시예 4
실시예 4에서는 1톤의 중간생성물 C를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 C에 포함된 산화철 대비 2.5 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.6이 되도록 규사 92kg을 용융로에 장입하였다. 실시예 4에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 5와 같다.
실시예 4에서 금속철에 있어서 철 회수율은 98.21%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 99.33%, 98.56%이다.
실시예 5
실시예 5에서는 1톤의 중간생성물 D를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 D에 포함된 산화철 대비 2.5 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.6이 되도록 규사 150kg을 용융로에 장입하였다. 실시예 5에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 6과 같다.
실시예 5에서 금속철에 있어서 철 회수율은 98.41%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.21%, 99.70%이다.
실시예 3 내지 5 각각에 사용된 중간생성물 B, C 및 D는 실시예 1 및 2에 사용된 중간생성물 A보다 철 함량이 높으며, 실시예 3 내지 5에 따라 생성된 금속철의 함량은 실시예 1 및 2에 따라 생성된 금속철의 함량보다 높다. 또한, 실시예 1 내지 5는 모두 금속철에 대한 철 회수율이 98% 이상이며, 더스트에 대한 아연 및 납의 회수율은 97% 이상이다.
이처럼, 본 발명의 실시예들에 따르면, 함량이 90% 이상인 금속철을 생산할 수 있으며, 금속철의 회수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 아연 및 납과 같은 유가금속의 회수율을 향상시켜 재활용할 수 있는 효과가 있다. 이 경우 매립장에 매립되는 철 및 유가금속의 양을 현저하게 줄일 수 있고, 매립에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 철 및 유가금속의 회수량을 향상시킴으로써 발생되는 슬래그 양을 줄일 수 있으며, 처리해야하는 슬래그 양을 최소화하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
실시예 6
실시예 6에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 2.1 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.8이 되도록 석회석 20kg을 용융로에 장입하였다. 실시예 6에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 7과 같다.
실시예 6에서 금속철에 있어서 철 회수율은 96.73%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 99.67%, 99.27%이다.
실시예 7
실시예 7에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 1.7 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.8이 되도록 석회석 20kg을 용융로에 장입하였다. 실시예 7에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 8과 같다.
실시예 7에서 금속철에 있어서 철 회수율은 96.01%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.67%, 99.49%이다.
실시예 8
실시예 8에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 3.1 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.8이 되도록 석회석 20kg을 용융로에 장입하였다. 실시예 8에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 9와 같다.
실시예 8에서 금속철에 있어서 철 회수율은 95.64%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.46%, 99.20%이다.
비교예 1
비교예 1에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 1.3 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.8이 되도록 석회석 20kg을 용융로에 장입하였다. 비교예 1에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 10과 같다.
비교예 1에서 금속철에 있어서 철 회수율은 85.48%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.33%, 97.11%이다.
비교예 2
비교예 2에서는 1톤의 중간생성물 A를 용융로에 장입한 후 환원제로 석탄을 사용하였으며, 석탄은 중간생성물 A에 포함된 산화철 대비 4.6 당량비가 되도록 배합하였다. 또한, 슬래그의 염기도가 0.8이 되도록 석회석 20kg를 용융로에 장입하였다. 비교예 2에 따라 생성된 금속철, 슬래그 및 더스트 각각의 함량(중량%) 및 회수율(%)은 아래의 표 11과 같다.
비교예 2에서 금속철에 있어서 철 회수율은 89.68%이고, 더스트에 있어서 아연 및 납의 회수율은 각각 98.39%, 99.23%이다.
이러한 비교예 1 및 2와 앞선 실시예 6 내지 8을 비교하면, 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 내지 3.1 당량비를 벗어나도록 환원제가 용융로에 장입되었을 때, 금속철의 회수율이 급격하게 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 내지 3.1 당량비로 환원제가 용융로에 장입되었을 때, 철의 회수율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 환원제가 과도하게 장입되어 비용이 상승하는 것을 방지하는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S100: 제강 분진 처리 공정
S200: 중간생성물 처리 공정
S210: 중간생성물 장입 공정
S220: 환원제 장입 공정
S230: 플럭스 장입 공정
S240: 가열 공정
S300: 회수 공정
S310: 금속철 회수 공정
S320: 유가금속 회수 공정
S330: 슬래그 회수 공정

Claims (10)

  1. 제강 분진을 환원처리하여 철을 포함하는 중간생성물을 생성하는 제강 분진 처리 공정;
    용융로 내에 장입된 상기 중간생성물이 용융 및 환원되도록 상기 중간생성물을 기 설정된 온도 범위로 가열하는 중간생성물 처리 공정; 및
    상기 중간생성물로부터 환원되어 생성되며 상기 용융로 내에 용융된 채로 수용된 금속철을 회수하고, 상기 중간생성물 처리 공정에서 더스트 형태로 생성된 유가금속을 회수하는 회수 공정을 포함하고,
    상기 중간생성물 처리 공정은,
    상기 중간생성물을 상기 용융로 내부에 장입하는 중간생성물 장입 공정;
    상기 중간생성물로부터 환원되는 상기 금속철의 양이 증가하도록 탄소를 포함하는 환원제를 상기 용융로에 장입하는 환원제 장입 공정; 및
    상기 중간생성물 처리 공정에서 생성되는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 조절하기 위하여 플럭스(flux)를 상기 용융로에 장입하는 플럭스 장입 공정을 포함하고,
    상기 환원제는 상기 중간생성물에 포함된 산화철 대비 1.7 내지 3.1 당량비로 상기 용융로에 장입되고,
    상기 중간생성물은 금속철 및 산화철을 포함하고,
    상기 중간생성물 장입 공정, 상기 환원제 장입 공정 및 상기 플럭스 장입 공정은 상기 용융로 내부에 상기 금속철이 용융된 상태에서 수행되는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원제는 5mm 내지 20mm의 직경을 가지는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스는 상기 슬래그의 염기도가 0.4 내지 1.5가 되도록 상기 용융로에 장입되는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플럭스는 석회석, 규사 및 백운석 중 하나 이상을 포함하는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회수 공정은,
    용융된 상태로 상기 용융로 내에 수용된 상기 금속철을 상기 용융로로부터 배출시키고, 상기 배출된 금속철을 주조 공정을 통하여 잉곳(ingot) 형태로 회수하는 금속철 회수 공정을 포함하는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회수 공정은 상기 유가금속을 백필터(bag filter) 공정을 통하여 회수하는 유가금속 회수 공정을 포함하는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회수 공정에서 회수된 상기 금속철의 철 함량은 90중량% 이상 97중량% 이하인,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간생성물 처리 공정에서 상기 온도 범위는 1,450℃ 이상 1,650℃ 이하인,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융로는,
    서브머지드 아크로(SAF, Submerged Arc Furnace), 교류 전기 아크로(AC EAF, Alternating Current Electronic Arc Furnace) 및 직류 전기 아크로(DC EAF, Direct Current Electronic Arc Furnace) 중 하나인,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제강 분진 처리 공정은 상기 제강 분진을 처리하여 조산화아연과 상기 중간생성물을 생성하는,
    제강 분진으로부터 철 및 유가금속을 회수하는 방법.
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