KR20180060095A

KR20180060095A - Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법

Info

Publication number: KR20180060095A
Application number: KR1020160159190A
Authority: KR
Inventors: 정용석; 박주현
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-06-07

Abstract

본 발명은 제강 슬래그로부터 Fe를 효과적으로 회수하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 고온의 용융 상태 슬래그 내에 환원제를 공급하는 단계; 및 상기 환원제와 슬래그의 반응을 통해 슬래그 내의 FeO를 Fe로 환원시켜 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법을 제공한다.

Description

Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법{METHOD FOR RECOVERING Fe FROM CONVERTER SLAG CONTAINING Fe}

본 발명은 제강 슬래그 내의 유가원소 회수에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 제강 슬래그 내의 Fe를 환원제를 이용하여 효율적으로 회수하는 방법에 관한 것이다.

제철 제강 공정에서는 필연적으로 슬래그가 발생된다. 슬래그는 부산물이지만 유용 성분이 다량 포함되어 있어, 이를 활용하기 위한 연구가 계속되고 있다.

그러나 제철 공정에서 유래하는 고로 슬래그가 시멘트 원료로 활발히 재활용 되고 있는 반면, 제강 슬래그는 성분 중 높은 산화철(FeO) 함량으로 인하여 시멘트 혹은 건축 골재로의 재활용이 어려움이 있고, 발생량의 50% 가량이 단순히 성토용 골재로 매립되고 있는 실정이다.

제강 슬래그에서 유가금속(Fe또는 Fe-P)이 회수되면 산화철 함량이 낮은 슬래그 조성을 얻게 되므로, 기존 성토용 골재가 아니라 시멘트의 원료로서 사용할 수 있어 슬래그 재활용의 부가가치를 높일 수 있다.

또 제강슬래그부터 Fe-P 합금을 생산하면 주조 공정과 연계하여 고급주물용 소재로 사용할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 풍쇄공법을 이용한 슬래그 현열 재활용 및 RHF 공정을 통한 슬래그/분진 내 유가금속 회수 등의 기술적 시도가 있었으나 경제성 및 효율성의 문제로 상용화되기 어려운 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제강 슬래그로부터 Fe를 회수하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 아래와 같은 단계로 이루어지는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법을 제공한다.

고온의 용융 상태 슬래그 내에 환원제를 공급하는 단계;

상기 환원제와 슬래그의 반응을 통해 슬래그 내의 FeO를 Fe로 환원시켜 회수하는 단계.

제강슬래그는 고온의 열에너지(450MJ/ton-steel)를 내재하고 있으나, 냉각과정을 거쳐 열에너지는 소모되어 버린다. 본 발명에서는 용융 상태에서 환원 공정을 실시하여 산화철 성분을 환원시킨다. 즉 슬래그가 포함하고 있는 현열을 활용하므로 추가 에너지 투입을 최소화할 수 있다.

이때 환원제로서는 Al, C가 바람직하다.

환원제로서 Al(Al dross 활용)을 투입할 경우, 아래와 같은 반응에 따라 추가 열량을 확보할 수 있다.

3FeO(L) + 3Al(L) = 3Fe(L) + Al2O3(L) △H = -317.8 KJ/mol of Fe

이때 반응 후 생성된 Al2O3 및 Al2O3 함유 슬래그에 의해 슬래그 저융점화가 이루어진다. 또 Al을 환원제로 사용하면 액상 영역의 변화로 Fe 회수 조건이 유리하게 된다.

환원제로서 탄소를 이용할 경우에는 펠렛 형태로 제조하여 투입하는 것이 바람직하다. 탄소를 펠렛 형태로 형성하면 반응성을 향상시키고, 반응 물질들이 비산되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 플럭스를 추가로 투입할 수 있다. 플럭스로는 CaF2,CaO, Al 드로스, 레드 머드(FeO, Al2O3가 주성분인 부산물)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

플럭스를 투입하면 열역학적 혼합 효과에 따라 융점이 낮아지고, 액상 유지 온도 범위를 넓히며, 반응 참여율이 높아지는 효과가 있다.

플럭스도 펠렛 형태로 하는 것이 반응성 향상에 있어서 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 제강 슬래그로부터 Fe를 효율적으로 회수할 수 있다.

또 제강 슬래그로부터 고부가가치 주조용 소재인 Fe-P 합금을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 사용된 실험장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에서 슬래그를 준비하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 여러 실시예에서 사용되는 펠릿 환원제를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에서 각각 Charge 1 내지 Charge 5의 경우에 대한 Fe 회수 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 각 Charge의 경우에 따른 Fe 회수율을 나타낸 그래프이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에 나타난 것과 같은 실험 장치와 아래와 같은 조건에서 슬래그로부터 Fe를 환원하는 실험을 실시하였다.

Slag: 전기로 slag(100g)

전해철: 70g

온도: 1550℃

분위기: Ar

샘플 채취 시간: 0, 5, 10, 30, 60 min

도가니: Fused MgO

구체적으로, 먼저 표 1과 같은 조성의 슬래그를 준비하였다.

슬래그는, 도 2에 나타난 것과 같이, 파쇄, 1차 분리, 최종 분리를 거쳐 입도 1.70mm 내지 3.35mm의 분말로 만들었다.

이와 같이 준비된 슬래그를 도 1의 장치에서 용융하였다.

이어서, 용융된 슬래그에 환원제로서 도 3과 같은 다양한 펠릿을 투입하여(Charge 1 내지 Charge 5) Fe 회수율을 측정하는 실험을 수행하였다.

도 4 내지 도 8은 각각 Charge 1 내지 Charge 5의 경우에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 4의 Charge 1은 C만을 사용하여 FeO를 환원한 경우의 결과이다.

환원 반응은 아래와 같다.

FeO + C → Fe+ CO

CO 가스로 인한 슬래그 포밍(slag foaming)이 발생하였다.

펠렛 환원제 일부가 잔류하였는바, 반응시간이 부족했음을 보여준다.

도 5의 Charge 2는 C에 의해 75%, Al에 의해 25%의 FeO가 Fe로 환원된 경우의 결과이다.

이 경우 환원 반응은 아래와 같은 복합 반응이다.

[FeO(l) + C(s) → Fe(l)+ CO(g)]

[3FeO(ㅣ) + 2Al(s) → 3Fe(l)+ Al2O3(l)]

이 경우도 펠렛 환원제 일부가 잔류하였는바, 반응시간이 부족했음을 보여준다. 슬래그 포밍도 발생하였다.

도 6의 Charge 3은 C에 의해 50%, Al에 의해 50%의 FeO가 Fe로 환원된 경우의 결과이다.

환원 반응은 아래와 같은 복합 반응이다.

[FeO(l) + C(s) → Fe(l)+ CO(g)]

[3FeO(ㅣ) + 2Al(s) → 3Fe(l)+ Al2O3(l)]

도 7의 Charge 4는 C에 의해 25%, Al에 의해 75%의 FeO가 Fe로 환원된 경우의 결과이다.

환원 반응은 아래와 같은 복합 반응이다.

[FeO(l) + C(s) → Fe(l)+ CO(g)]

[3FeO(ㅣ) + 2Al(s) → 3Fe(l)+ Al2O3(l)]

이 경우에는 잔류 펠렛은 나타나지 않았으며, 슬래그 포밍도 발생하지 않았다.

도 8의 Charge 5는 Al만에 의해 FeO가 Fe로 환원된 경우의 결과이다.

환원 반응은 아래와 같다.

3FeO(ㅣ) + 2Al(s) → 3Fe(l)+ Al2O3(l)

이 경우는 폭발성 반응이 일어났으며, 잔류 펠렛이나 슬래그 포밍은 나타나지 않았다.

표 2에 각각의 차지에 대한 Fe 회수량과 회수율을 나타내었다.

	Charge 1	Charge 2	Charge 3	Charge 4	Charge 5
환원제 Pellet	C: 100	C: 25/Al: 75	C: 50/Al: 50	C: 25/Al: 75	Al: 100
회수 Fe	1.60g	5.90g	3.49g	8.05g	13.47
회수율	10.32%	38.06%	22.51%	51.93%	86.90%

도 9는 각 Charge의 경우에 따른 Fe 회수율을 나타낸 그래프이다.

Charge 5의 Fe 회수율이 가장 높음을 보여준다.

Claims

고온의 용융 상태 슬래그 내에 환원제를 공급하는 단계;
상기 환원제와 슬래그의 반응을 통해 슬래그 내의 FeO를 Fe로 환원시켜 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 환원제가 Al 또는 C인 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 환원제가 펠렛 형태인 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법.
청구항 1에 있어서,
플럭스를 추가로 투입하는 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 플럭스가 CaF2,CaO, Al 드로스, 레드 머드로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 플럭스가 펠렛 형태인 것을 특징으로 하는, Fe 함유 슬래그 중 Fe의 회수 방법.