KR101493968B1

KR101493968B1 - 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터의 유가금속의 회수방법

Info

Publication number: KR101493968B1
Application number: KR20140029009A
Authority: KR
Inventors: 이계안; 윤재철; 윤신애; 주윤곤
Original assignee: 이계안; 윤신애; 조좌진; 조민형
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-03-02

Abstract

본 발명에서는 스테인리스 제강공정 및 가공공정에서 발생하는 각종 폐기물들을 예비환원로에서 환원배소할 때 회수되는 조산화아연의 품질을 향상시킴과 동시에, 후속의 용융환원전기로의 조업안정성을 향상시켜, 유가금속원소의 회수율, 품위, 그리고 연속 가동율을 향상시킬 수 있는, 스테인리스강 제강공정 및 가공폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법을 제공한다.

Description

스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터의 유가금속의 회수방법{PROCESS FOR RECOVERING VALUABLE METALS FROM WASTES PRODUCED DURING THE MANUFACTURE AND THE PROCESSING OF STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인리스 제강공정 및 가공공정에서 발생하는 폐기물로부터 유가금속의 회수방법에 관한 것이다.

스테인리스의 제강공정시, 스테인리스 전기로에서의 제강분진(Dust)과 함께, 밀 스케일(Mill Scale), 소둔산세라인(Annealing and Pickling line)의 쇼트 블라스트, 산세 후의 중화 슬러지, CCIM 슬러지 등의 STS제강공정폐기물이 발생하고, 스테인리스강의 가공공정에서는 가공칩(Chip) 또는 절단스크립(Scrap) 등과 같은 STS 가공폐기물이 연간 수십만톤 발생하고 있다.

특히, STS제강공정폐기물인 STS 제강분진, 슬러지, 밀스케일, 산세슬러지 등에는 아연(Zn), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 나트륨(Na), 칼륨(K), 염소(Cl) 등과 같은 저온 휘발성 성분과, 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg)등과 같은 비휘발성 맥석성분이 주로 포함되어 있으며, 이 외에도 소량이지만 중금속 및 독성이 있는 다이옥신이 함유되어 있다. 특히, 휘발성 물질 중의 납(Pb), 카드뮴(Cd)등은 인체에 유해한 중금속이기 때문에, 특별히 이들을 [특별지정폐기물]로 분류하고 그 처리과정을 법으로 엄격히 관리하고 있다.

그러나, STS제강공정폐기물 중에 함유된 Fe, Cr, Ni, Mn, Mo성분들은 산업적으로 대단히 유용한 금속원소들이므로, 자원으로서 효과적인 활용과 유해성분들에 의한 환경오염을 방지하기 위해서는, 기술적으로 확립된 확실하고도 안전한 방법을 사용하여 경제적으로 이들 성분들을 회수하여 재활용할 필요가 있다. 이를 위하여, 선진공업국에서는 STS제강공정폐기물과 STS가공폐기물들의 효율적인 재활용을 위한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 새로운 재활용기술들이 지속적으로 제안되고 있다.

구체적으로, 일본특허공개 제2009-079303호 및 제2004-076152호에는 STS전기로 제강분진과 탄소환원제를 혼합하여 단광(Briquette)을 제조한 후, 회전로상로(Rotary Hearth Furnace, 이하 'RHF'라고 함)에서 가열하여 단광에 함유되어 있던 아연성분을 휘발시켜 배기가스 중으로 이동시키고, 배가스를 집진기에서 집진하여 포집 분진 중으로 아연성분을 농축시켜 분리회수하고, 남은 소결상태로 배출되는 금속철, 철산화물, 맥석성분 및 잔류 중금속 등을 포함하는 배출물을 냉각상태에서 용기에 받아서 최초의 STS용해전기로에 단순히 재장입하여 간단히 재활용하는 방법이 개시되어 있다.

일반적으로 STS제강공정폐기물 중에는, 앞서서 언급한 환원로의 조업온도 범위(약 1100 내지 1250℃)에서 휘발하는 저온 휘발성 성분이 다량으로 포함되어 있으므로, STS제강공정폐기물에서 바로 단광을 제조하여 예비환원처리 없이 바로 용융환원전기로에 장입하는 경우, 상기 저온 휘발성 성분들이 예비환원로의 조업을 불안정하게 할뿐만 아니라, 회수되는 산화아연(이하, '조산화아연'이라고 함)의 품질도 저하시키는 악영향을 미칠 수 있다. 또, 후공정인 용융환원전기로 조업에도 결정적으로 나쁜 영향을 미쳐서 연속조업이 불가능한 상태에 빠지게 된다.

다시 말하면, 장입원료 중의 저온 휘발성 성분의 1/2 정도가 예비환원로 내에서 휘발하여 배기가스와 함께 배출되며, 배기가스 성분의 온도저하 과정에서 미세한 산화물 분진이 되어, 배가스 중으로 함께 혼입되기 때문에, 집진기의 집진필터에서 회수되는 조산화아연 중의 아연성분 함유율의 저하, 즉 조산화아연 제품의 품질저하를 초래하게 된다. 또, 장입원료 중의 저온휘발성 성분의 남은 1/2정도는 휘발하지 않고, 예비 환원로에서 배출되는 환원철 및 기타 맥석성분들(이하, 'STS예비환원철'이라 한다) 중에 잔류하여, 연화 융착을 일으키는 등 예비환원로의 조업안정성을 저해한다.

일본특허공개 제2009-079303호(2009.4.16. 공개) 일본특허공개 제2004-076152호(2004.3.11. 공개)

본 발명은 STS 환원배소로와 용융환원 전기로의 조업안정성을 높여서, 조산화아연의 품위 및 회수율을 크게 향상시켜 경제적이면서 효율적으로 STS 용융선철을 회수할 수 있는, STS 제강공정 및 가공공정에서의 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현 예에 따르면, 스테인리스 제강용 전기로에서 발생하는 배가스를 집진하여 얻은 스테인리스 제강 분진을 수세하는 단계; 상기 수세된 스테인리스 제강 분진 100중량부에 대하여 스테인리스 제강공정 폐기물 10 내지 50중량부를 혼합하고, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 코크스, 무연탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 탄소계 환원제 10 내지 20 중량부와, 물, 벤토나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 바인더 5 내지 10중량부를 추가로 투입한 다음, 석회석, 생석회 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 슬래그 조제재를 혼합물의 염기도(C/S)가 1.5 내지 2.5가 되도록 첨가한 후, 5 내지 20mm의 평균크기, 1.5 내지 3g/㎤의 벌크 밀도, 5 내지 8중량%의 수분함량, 그리고 5 내지 30㎏/㎠의 건조압축 강도를 갖는 단광을 제조하는 단계; 상기 단광을 로터리 킬른(Rotary Kiln)의 예비환원로에서 환원배소하여, 아연 성분을 기상으로 분리하고 조산화아연으로서 회수하는 단계; 그리고, 상기 조산화아연 회수 후, 상기 단광에서 조산화아연이 분리되고 남은 1280℃ 이상의 연화개시온도를 갖는 스테인리스강 예비환원철을, 스테인리스강 가공공정 폐기물의 단광, 탄소계 환원제 및 슬래그 조제재와 혼합한 후, 1580℃ 이상의 온도에서 용융환원시켜, 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 및 몰리브덴(Mo)을 포함하는 유가금속성분을 스테인리스강 용융선철 및 용융 슬래그로서 회수하는 단계;를 포함하는 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법이 제공된다.

또한, 상기 STS 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법은, 상기 단광에 대한 환원배소시 환원율이 70% 이상이 되도록 탄소계 환원제를 추가로 투입하는 공정을 더 포함할 수 있다.

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또, 상기 STS 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법은 상기 용융선철을 성형 및 냉각하여 스테인리스 잉고트를 제조하거나, 또는 상기 용융선철을 수쇄하여 구상의 스테인리스강 쇼트볼로 자원화하고, 그리고 상기 용융슬래그를 냉각 또는 수쇄하여 석재, 시멘트 원료 및 로반재 중 어느 하나로서 자원화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명은, STS 제강공정 및 가공공정에서 발생하는 폐기물로부터의 유가금속의 효율적인 회수방법에 대한 것으로, 환원배소로의 조업안정성과 조산화아연의 품위를 동시에 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다음의 환원전기로에서의 용융환원조업을 더욱 안정되게 하여 유가금속을 STS선철의 형태로 효과적으로 회수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 STS 제강공정 및 가공공정에서 발생하는 폐기물로부터의 유가금속의 회수방법을 실시하기 위한 장치의 개요도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서는 스테인리스강(Stainless Steel, STS)의 제강 및 가공 공정에서 발생되는 STS 제강공정 폐기물과 STS 가공공정 폐기물로부터 유가금속의 회수시, STS 제강공정 폐기물과 가공공정 폐기물의 구성적 특성을 고려하여 환원공정을 실시하는 것으로, 상세하게는 STS 제강공정 폐기물 중에서도 휘발성분을 다량으로 포함하는 STS 제강 분진에 대해 예비환원 전 물로 세척하여 알칼리성분 및 Cl성분을 미리 제거함으로써, 예비환원공정의 조업안정성 및 조산화아연의 품위를 경제적으로 향상시키고, 또 상기 STS 제강분진을 제외한 STS 제강공정 폐기물에 대해서는 세척된 STS제강 분진과 함께 단광형태로 성형하여 예비환원시킨 후 용융환원시키며, STS 가공칩, 절단스크립 등과 같이 휘발성 성분과 맥성성분이 적은 STS 가공공정 폐기물은 예비환원공정없이 단광형태로 성형한 후 용융환원 전기로에 장입하여 STS 예비환원철과 함께 용융환원처리함으로써, STS제강공정페기물과 가공폐기물들로부터의 유가금속을 보다 효율적으로 회수하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 일 구현 예에 따른 STS 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터의 유가금속의 회수방법은, 스테인리스 제강용 전기로에서 발생하는 배가스를 집진하여 얻은 STS제강 분진을 수세하는 단계(단계 1); 상기 수세의 결과로 수세된 STS제강 분진을 STS 제강공정 폐기물, 탄소계 환원제, 조제재 및 바인더와 혼합하여 단광을 제조하는 단계(단계 2); 상기 단광을 예비환원로에서 환원배소하여 아연 성분을 분리하고 조산화아연으로서 회수하는 단계(단계 3); 그리고 상기 단광에서 조산화아연을 분리하고 남은, 1280℃ 이상의 연화개시온도를 갖는 STS 예비환원철을 STS가공공정 폐기물 단광, 탄소계 환원제 및 조제재와 혼합한 후 1580℃ 이상의 온도에서 용융환원시켜, 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 및 몰리브덴(Mo)을포함하는 유가금속성분을 STS용융선철 및 용융 슬래그로서 회수하는 단계(단계 4)를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 STS 제강공정 및 가공 공정에서 발생하는 폐기물로부터의 유가금속의 회수방법을 실시하기 위한 장치의 개요도이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일례일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이하 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

STS 제강공정 및 가공공정에서 발생하는 폐기물로부터의 유가금속 회수를 위한 단계 1은, STS 제강용 전기로에서 발생하는 배가스를 집진하여 얻은 STS제강 분진을 수세하는 단계이다.

상기 STS 제강 분진은 STS제강공정 중 전기로에서 발생하는 배가스를 정제하는 과정에서 얻은 STS 전기로 분진(2)으로서, STS제강공정폐기물 중에서도 휘발성분을 다량으로 포함하고 있다.

상기 STS 전기로 분진(2)은 STS 전기로 분진 호퍼(1)에 저장된 후 회수 공정의 개시에 따라 설정된 함량으로 호퍼(1)로부터 배출된다. STS 전기로 분진 호퍼(1)로부터 배출된 STS 전기로 분진(3)는 환원배소를 위한 환원전기로에 장입 전 수세 처리된다. 상기 STS 전기로 분진(3)에 대한 수세공정은 STS 전기로 분진(3)을 물로 세척함으로써 실시될 수 있다. 구체적으로 상기의 수세 공정은 STS 전기로 분진(3)과 물을 혼합, 교반하는 수세장치(4)를 이용하여 실시될 수 있다.

이와 같은 수세 공정에 의해 STS 전기로 분진(3) 중에 함유된 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 염소(Cl) 등과 같은 수용성 성분이 물에 용해되어 제거되게 된다. 이에 따라 후속의 공정에서 제조되는 단광(혹은 pellet) 중의 불순물 농도가 저하되고, 그 결과 단광을 환원배소하는 공정에서 발생하는 배가스를 집진, 정제하여 얻어지는 조산화아연중의 불순물 농도 또한 감소되어 아연함량이 높은 조산화아연을 회수할 수 있다. 또, 상기 STS 전기로 분진(3)에 대한 수세 공정은 예비환원철의 연화개시온도를 증가시킴으로써 예비환원로에서 배출되는 예비STS환원철의 응집을 방지할 수 있고, 조업을 크게 안정화시킬 수 있다.

상기 수세 공정을 거친 STS 전기로 분진(3) 내 수분함량이 높을 경우 예비환원로의 열효율이 저하될 우려가 있으므로, 세척된 STS 전기로 분진에 대해 분진내 수분을 제거하기 위한 탈수 및 건조 공정 중 1 이상의 공정이 선택적으로 더 실시될 수 있다.

상기 탈수 및 건조 공정은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 구체적으로, 수용성 성분이 제거된 세척 STS 전기로 분진은 탈수기(5), 탈수 케이크(6) 및 건조기(7)를 통해 탈수 및 건조된 후 저장호퍼(22)에 저장된다.

한편, STS 전기로 분진에 대한 세척 후의 수세 폐액(8) 및 탈수여과액(9)에는 나트륨(Na), 칼륨(K), 염소(Cl) 성분 외에 수용성 중금속성분도 소량 포함되어 있기 때문에, 폐수처리장치(10)에서 최종적으로 처리된 후 재사용될 수 있다.

다음으로, 단계 2는 상기 단계 1에서 수세 건조한 STS제강 분진, 즉 STS 전기로 분진(11)을 각종 STS 제강공정 폐기물, 탄소계 환원제, 조제재 및 바인더와 혼합하여 단광을 제조하는 단계이다.

구체적으로 상기 STS 제강공정 폐기물은 스테인리스 전기로 제강공정에서 발생하는 제강분진 이외에, STS 제강공정 공정에서 발생하는 밀스케일(Mill Scale), 절단칩(Chip), 산세 후의 중화 슬러지, 또는 산세 블라스트(Blast) 등과 같이 Fe, Cr, Ni, Mn 등의 유가금속 성분을 함유하는 슬러지 또는 폐기물로서, 상기 수세된 STS제강 분진 100중량부에 대하여 10 내지 50중량부로 도입, 혼합되는 것이 환원율을 고려할 때 바람직할 수 있다.

상기 STS 제강공정 폐기물과 수세된 STS 제강분진과의 혼합 공정은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다.

다만, 상기 STS 제강분진과 혼합되는 STS 제강공정 폐기물 중에 수분이 많을 경우, 수세된 STS 제강분진과 혼합하기 전 예비처리로서 건조공정이 실시되는 것이 환원로의 열효율 저하를 방지하여 경제성을 높일 수 있어 바람직할 수 있다. 또, 상기 STS 제강공정 폐기물 중에 밀스케일과 같이 입자가 크거나 또는 단단하게 굳은 괴상의 덩어리들이 다량으로 혼입되어 있는 경우, 그 상태로 수세된 STS제강 분진과 혼합할 경우 단광의 강도가 저하될 수 있으므로, 수세된 STS제강 분진과 혼합하기 전에 예비처리로서 분쇄공정이 실시되는 것이 바람직할 수 있다.

구체적으로, 수분 함량이 높은 고수분 STS 제강공정 폐기물(13)은 수세된 STS제강 분진과 혼합하기 전에 예비처리로서 건조기(14)에서 수분을 제거하는 공정이 실시되고, 또 STS 제강공장에서 배출된 단단한 괴상의 STS 제강공정 및 가공공정 폐기물(16)의 경우 혼합전 예비처리로서 분쇄기(17)를 이용한 분쇄 공정이 실시된 후, STS 전기로 분진 호퍼(22)에 저장된 수세건조 STS 전기로 분진(11), 탄소계 환원제(26), 및 슬래그 조제재(24)와 혼합될 수 있다.

한편, 상기 STS 제강공정 폐기물과 수세된 STS 제강분진의 혼합시, STS 제강공정 폐기물과 수세된 STS 제강분진의 혼합물에 대한 환원을 촉진시키기 위해 탄소계 환원제(26) 및 슬래그 조제제(24)가 도입된다.

상기 탄소계 환원제로는 코크스, 무연탄, 흑연, 석탄 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 탄소계 환원제(26)는 탄소계 환원제 호퍼(25)에 저장되었다가, 세척된 STS 전기로 분진과 STS 제강공정 폐기물의 함량에 따라 적절히 조절된 함량으로 배출되어 혼합된다. 이때, 상기 탄소계 환원제(26)는 단광으로부터 회수할 유가금속 산화물의 환원율을 고려하여 수세된 STS 전기로 분진과 STS 제강공정 폐기물의 총 합계량 100중량부에 대하여 10 내지 20중량부, 혹은 10 내지 15중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 탄소계 환원제(26)는 그 형상 또는 크기가 특별히 한정되는 것은 아니나, 0.5mm 이하의 평균입도를 갖는 것이 단광으로부터 회수할 유가 금속 원소의 환원을 최적화할 수 있어 바람직하다.

또, 상기 슬래그 조제재(24)로는 석회석 또는 생석회 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로, 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 슬래그 조제재는 균질 혼합을 고려할 때 탄소계 환원제와 동일한 입자 크기를 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로는 0.5mm 이하의 평균입도를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 슬래그 조제재(24)는 슬래그 조제재 호퍼(23)에 저장되었다가 수세된 STS 전기로 분진과 STS 제강공정 폐기물의 함량에 따라 적절히 조절된 함량으로 배출되어 혼합된다. 구체적으로는 상기 슬래그 조제재(24)는 수세된 STS 전기로 분진과 STS 제강공정 폐기물 혼합물의 염기도(C/S)가 1.5 내지 2.5가 되도록 하는 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 수세된 STS 전기로 분진과 STS 제강공정 폐기물의 총 합계량 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

수세 건조된 STS제강 분진(11), 건조 STS 제강공정 폐기물 슬러지(18), 분쇄 STS 제강공정 폐기물 분진(19), 슬래그 조제재(24) 및 탄소계 환원제(26)는 각각의 저장호퍼(20, 21, 22, 23, 25)에 저장된 후 설정된 양으로 배출되어 혼합장치(28)에서 균일하게 혼합한다.

또, 상기와 같은 혼합 공정 후, STS제강분진, STS제강공정 폐기물, 분말상의 탄소계 환원제, 슬래그 조제제를 포함하는 혼합물을 그대로 밀폐형 환원로에 직접 투입할 경우, 분진 입자들이 비산되어 산화금속들의 환원을 방해하고, 또한 비산된 분진입자들이 분진챔버(Dust chamber)에 동시에 조산화아연의 품위를 저하시킬 수 있다. 이에 따라 상기 혼합 공정 후 혼합물을 단광기(29)를 이용하여 단광 형태로 가공하는 성형 공정과, 건조기(31)을 이용하여 단광이 적절한 수분함량 및 건조 압축강도를 가지도록 건조 공정이 선택적으로 더 실시될 수 있다.

상기 단광기에서의 성형 공정시, 혼합물의 결합을 촉진하기 위한 바인더(27-2)가 첨가될 수 있다.

상기 바인더(27-2)는 물, 벤토나이트 또는 이들의 혼합물 등일 수 있으며, 단광으로부터 회수할 유가금속의 환원율을 고려하여, 수세된 STS 전기로 분진 및 STS 제강공정 폐기물의 총 합계량 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 공정에 의해 제조된 단광(31)은 5 내지 20mm, 바람직하게는 10 내지 15 mm 범위의 평균입도, 1.5 내지 3g/cm³의 벌크 밀도 및 5 내지 8중량% 범위의 수분함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또, 상기 단광(31)은 5 내지 30 kg/㎠ 범위의 건조압축 강도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 평균입도, 벌크 밀도, 수분함량 및 건조압축강도를 가질 때, 후속 공정에서의 취급성이 우수하고, 또 환원배소 공정에서 요구되는 충분한 강도와 기공도, 그리고 수분 및 건조 소성 변화에 따른 용적 안정성이 우수하다.

다음으로, 단계 3은 상기 단계 2에서 수득한 단광을 예비환원로에서 환원배소하여, 아연성분을 조산화아연으로서 회수하는 단계이다.

상기 환원배소 공정은 상기 단계 2에서 수득한 단광을 예비환원로(33)인 로터리킬른(Rotary Kiln)에 장입한 후, 1050℃이상, 또는 1050 내지 1250℃의 온도로 가열함으로써 실시될 수 있다.

이와 같은 환원배소 공정 중에, 단광에서 아연(Zn), 납(Pb), 염소(Cl) 등과 같은 저온 휘발성 성분이 기상으로 분리되게 된다.

또, 예비환원로(33)에서 발생하는 저온 휘발 성분을 함유한 고온의 배가스는 분진챔버(36) 내부에 설치된 열교환기(36-2)에서 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 예열공기 이송관로(37)를 통하여 예비환원로 가열용 LNG버너의 연소용 공기로 제공된다. 상기 열교환기를 거친 배가스는 배가스 배출통로(38)를 통해 집진기(39)에 집진된 후, 정화되어 굴뚝(stack)(42)을 통하여 대기 중으로 방출되게 된다. 이때, 상기 집진기(39)에는 배가스 정화를 위한 정화제, 구체적으로는 활성탄(Acitive Carbon)이 내장되어 있을 수 있다.

상기 집진기(39)에서 포집된 분진(40)은 고농도의 아연 성분을 포함하는 조산화아연이다. 회수된 조산화아연은 저장호퍼(41)에 저장된 후, 이후 통상의 아연 제련 공정을 통해 금속아연으로 회수될 수 있다. 구체적으로는 고순도 산화아연을 만드는 예비환원로에서 포집된 염화물을 백필터로 포집한 후, 산화아연을 황산으로 용해시키고 전해제련을 실시하여 금속아연을 제조할 수도 있고, 또는 철환원 휘발 기술을 이용하여 고순도 산화아연을 금속아연으로 제조할 수도 있다.

한편, 조산화아연의 분리 후 남은 잔사(이하, 'STS 예비환원철'이라고 함)(43) 중에는 금속 철, 철 산화물, 그리고 맥석성분 등의 부산물이 포함되어 있다. 이 STS 예비환원철(43)은 앞서 수세 공정으로 인해 증가된 연화개시온도를 가지며, 구체적으로 1280℃ 이상의 연화개시온도를 갖는다.

다만, 예비환원로(33)에서의 STS 예비환원철(43)의 환원율은 약 30%로 낮기 때문에, 이 상태로 후속 공정을 위한 환원전기로(47)에 장입시키면 환원에 소요되는 반응시간과 에너지가 과량으로 소모되고, 후단 공정에서 다양한 조업장애가 발생할 수 있다. 이에 따라 예비환원로(33)의 환원철 배출구 측에 투탄(投炭) 시스템(34-2)으로서 탄소계 환원제의 투입구를 설치하여 조업 상황에 따라 탄소계 환원제를 추가로 더 투입할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물들로부터 유가금속의 회수방법은 상기 단광에 대한 환원배소시 예비환원로 내 설치된 투탄 시스템을 통하여 탄소계 환원제를 투입하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이렇게 함으로써 아연회수율을 높이고, 예비환원철의 환원율도 70%까지 향상시킬 수 있으며, 후속 공정인 환원전기로에서의 조업안정성도 크게 개선시킬 수 있다. 상기 탄소계 환원제는 앞서 설명한 것과 동일한 것일 수 있다.

또, 상기 예비환원로(33)의 열원 공급을 목적으로 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 LNG 버너(34)가 사용될 수 있다.

다만, LNG 연소공기로서 저온의 대기공기를 사용할 경우 열효율과 LNG 연소효율이 낮아질 우려가 있으므로, 가열공기를 사용하여 열효율과 LNG 연소효율을 증가시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 예비환원로(33)에서 배출되는 배가스(600℃ 내지 900℃)가 통과하는 분진 챔버(Dust Chamber)(36) 내부에 폐열회수 및 열교환에 의한 2차 연소공기 예열시스템으로서, 파이프형(C-276소재) 열교환기를 설치하고 LNG 연소용 공기를 통과시킴으로써 LNG 연소용 공기를 150 내지 200℃로 열교환 가열하고, 이를 LNG 버너(34)에 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이 가열된 연소공기를 공급함으로써 예비환원로(33)의 열효율과 연소효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또, 상기 폐열회수 및 열교환에 의한 2차 연소공기 예열시스템과 함께 선택적으로 산소부화공급 시스템을 설치하여 더욱 효율을 증대시킬 수 있다.

이어서 단계 4에서는 조산화아연이 분리되고 남은 STS 예비환원철(43)을 STS가공공정 폐기물 단광, 탄소계 환원제 및 조제재와 혼합한 후, 유가금속 성분들을 회수하기 위한 용융환원공정이 실시된다.

상기 용융환원공정은 STS 예비환원철(43)과 STS 가공폐기물의 혼합물을 용융환원전기로(47)에서 장입한 후, 용융환원전기로 상부에서 내부로 예열된 연소공기를 공급하면서 1580℃ 이상의 온도로 가열하여 실시될 수 있다.

상기 STS 가공폐기물은 스테인리스강의 가공공정들에서 발생하는 가공칩(Chip) 또는 절단스크립(Scrap) 등과 같은 폐기물로서, 단광형태로 가공(46)한 후, STS가공폐기물 저장호퍼(45)에 보관하고, STS예비환원철(43)과 함께 전기로(47)에 장입하여 용융환원을 실시하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 STS 가공폐기물(46)은 STS 예비환원철(43) 100 중량부에 대하여 10 내지 50중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 STS 예비환원철(43) 및 STS 가공폐기물(46)과 함께 탄소계 환원제(26) 및 선택적으로 슬래그 조제재(24)가 환원전기로(47)에 장입될 수 있다. 상기 탄소계　환원제(26) 및 슬래그 조제재(24)는 앞서 설명한 것과 동일한 것일 수 있다. 또 상기 탄소계　환원제(26)및 슬래그 조제재(24)는 각각 0.5mm평균 입도를 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 혼합 균질성 면에서 탄소계 환원제 및 슬래그 조제재는 동일한 입자크기를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다. 또 상기 탄소계 환원제 및 슬래그 조제재(24)는 Fe, Cr, Ni 등 유가금속의 환원율을 고려할 때 STS 예비환원철과 STS 가공폐기물의 총 합계량 100중량부에 대하여 각각 5 내지 10 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 용융환원전기로(47)는 환원성에 유리한 Arc 가열형 환원전기로 타입일 수 있으며, 또, 상기 용융환원전기로(47)에는 발생하는 고온 배기가스 중의 휘발금속원소들의 재산화를 위한 연소공기가 예열공기공급장치(48)를 통해 공급될 수 있다. 상기 연소공기는 예열된 대기공기 등일 수 있다.

재산화 처리 후의 배가스는 집진기(39-2)에서 정화되어 역시 굴뚝(42)을 통해 방출된다.

한편, 용융환원전기로(47)의 내부에서는 용융환원반응의 결과로 Fe, Ni, Cr, Mn, 또는 Mo 성분 등의 유용금속원소들이 STS 용융선철(49)과 용융슬래그(54)로서 분리되어 회수된다.

회수된 STS 용융선철(49)은 용융환원전기로(47)에서 출탕된 후 주선기(50)에서 일정한 형상으로 성형, 냉각되어 STS 잉곳트(ingot)(51)가 되며, 이후 STS 제강용 원료로 사용되거나, 또는 용융환원전기로(47)에 부착된 수세장치(water blowing)(52)에 의해 구상형태의 스테인리스 볼(ball)인 STS구상선철(ball type STS pig iron)(53)이 된 후, 스테인리스 제강용 원료 또는 쇼트 블라스트(Shot Blast)용 볼로 사용될 수 있다.

또, 상기 용융환원전기로(47) 내부의 용융슬래그(54)는 용융환원전기로에서 출탕된 후, 슬래그공냉장치(55) 내에서 자연냉각된 후 서냉 슬래그(56)로서 석재로 이용되거나, 용융환원전기로(47) 외부에 설치된 고압수 분무장치 등의 슬래그 수세장치(water blowing)(57)로부터 분사된 고압수에 의해 수쇄 슬래그(58)로 되어 시멘트 원료로 되거나 로반재로 이용될 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물들로부터 유가금속의 회수방법은, 예비환원철로부터 회수된 상기 용융선철을 수쇄하여 쇼트 블라스트용 쇼트볼로, 그리고 용융슬래그를 수쇄하여 시멘트 원료로 자원화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 방법에 의해 스테인리스 제강용 전기로에서 발생하는 STS제강공정폐기물 및 가공폐기물로부터 아연(Zn)성분은 조산화아연의 형태로 분리회수할 수 있고, 남은 Fe, Cr, Ni, Mn, Mo 등의 유가금속성분은 용융환원에 의해 STS 선철 및 용융슬래그로서 회수할 수 있다. 또 상기 방법은 STS제강분진의 단광을 제조하기 전에 미리 수세하여 수용성의 저온휘발성분을 제거함으로써 환원로의 조업안정성과 회수되는 조산화아연의 품질을 경제적으로 향상시킬 수 있다. 그리고 상기 방법은 예비환원철의 연화개시온도를 상승시켜 예비환원로의 조업안정성을 향상시키며, 예비환원철을 완전히 무해화하여 경제적인 차원에서 완전히 재활용할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

도 1에 제시된 장치를 이용하여 STS 제강공정 폐기물과 가공공정 폐기물로 부터 유가금속을 회수하였다.

상세하게는, STS 제강용 전기로에서 발생하는 배가스를 집진하여 얻은 STS 전기로 분진을 세정 장치에서 물과 혼합하여 세척한 후, 건조하였다. 세척 건조된 STS 전기로 분진 100중량부에 대하여, 고수분 STS 제강공정 폐기물의 슬러지를 건조한 건조분진 50중량부, 괴상의 STS 제강공정 폐기물을 분쇄한 분쇄분진 50중량부, 석회석(평균 입도: 0.5mm 이하, 수세된 STS 전기로 분진과 STS 제강공정 폐기물 혼합물의 염기도(C/S)값=2) 20중량부 및 탄소계 환원제로서 코크스 분말(평균 입도: 0.5mm 이하) 20중량부를 혼합한 후, 바인더로서 물 및 벤토나이트를 각각 6중량부씩 추가 혼합하고, 펠렛 형태로의 성형 공정을 통해 단광을 제조하였다. 이때 제조된 단광은 10~20mm의 평균입도, 2~3g/cm³의 벌크 밀도, 5-8중량% 범위의 수분함량 및 20kg/㎠의 건조압축 강도를 가졌다.

상기에서 제조한 단광을 환원배소를 위한 예비환원로에 장입하고, 1050℃ 이상의 온도범위에서 환원배소하였다. 이때 발생하는 배가스를 집진기를 통해 포집하여 아연성분을 조산화아연의 형태로 회수하였다. 또, 상기 조산화아연이 분리되고 남은 잔사인 STS 예비환원철(연화개시온도: 1280℃ 이상)에, STS 가공 공정 중에 발생한 가공칩 및 절단 스크랩을 포함하는 STS 가공공정 폐기물 50중량부을 혼합하고, 석회석(평균입도: 0.5mm 이하) 및 코크스(평균입도: 0.5mm 이하)를 첨가하여 혼합하였다. 이때 석회석 및 코크스는 STS 예비환원철과 STS 가공폐기물의 총 합계량 100중량부에 대하여 각각 10중량부로 사용하였다. 결과의 혼합물을 용융환원전기로에 장입하고, 용융환원전기로 상부에서 내부로 150 내지 200℃로 예열된 연소공기를 공급하면서 1580℃ 이상의 온도에서 환원용융을 실시하였다. 결과로서, Fe, Cr, Ni 등의 유가금속을 포함하는 STS 용융환원 선철 및 용융 슬래그를 회수하였다.

비교예

상기 실시예에서 STS 전기로 분진에 대한 수세공정을 실시하지 않는 것을 제외하고는, 상기와 동일한 방법으로 실시하여 STS제강공정폐기물 및 가공폐기물 내의 유가금속들을 회수하였다.

시험예

상기 실시예 및 비교예에서와 같이 STS 전기로 분진의 수세유무에 따른 품위변화 및 유가물 회수량의 변화를 평가하였다. 그 결과를 다음의 표 1 및 표2에 각각 나타내었다.

구 분	수세 유무	화학성분(%)
구 분	수세 유무	Fe	Cr	Ni	Zn	Na	K	Cl	C	Si	Mn	P	S
STS제강 폐기물	수세(무)	30.0	10.0	2.0	10.0	3.0	2.0	1.0	-	-	-	-	-
STS제강 폐기물	수세(유)	32	10.6	2.1	10.1	0.6	0.4	0.3	-	-	-	-	-
조산화 아연	수세(무)	5.1	1.1	0.2	47.9	14.1	9.9	5.2	-	-	-	-	-
조산화 아연	수세(유)	6.6	1.4	0.3	59.1	5.2	4.1	2.0	-	-	-	-	-
예비STS 환원철	수세(무)	38.5	8.0	1.6	0.8	0.5	0.4	0.0	-	-	-	-	-
예비STS 환원철	수세(유)	39.0	8.1	1.6	0.8	0.2	0.1	0.0	-	-	-	-	-
STS선철	수세(무)	77.2	12.7	2.9	0.0	0.0	0.0	0.0	4.4	0.4	2.0	0.07	0.03
STS선철	수세(유)	78	15.0	3.5	0.0	0.0	0.0	0.0	4.4	0.4	2.0	0.07	0.03
슬래그	수세(무)	7.1	4.2	0.3	0.0	0.2	0.1	0.0	-	-	-	-	-
슬래그	수세(유)	7.2	4.2	0.1	0.0	0.1	0.0	0.0	-	-	-	-	-

원료종류	사용량	조산화아연 회수량		STS 선철 회수량		슬래그 회수량
		수세(무)	수세(유)	수세(무)	수세(유)	수세(무)	수세(유)
STS제강분진	55(Kg)	9.5	10.1	28.7	32.7	18.4	17.1
슬러지	10(Kg)
밀 스케일	10(Kg)
석회석	11(Kg)
코크스	14(Kg)
합계	100(Kg)

상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, STS 전기로 분진의 수세 유무가 환경적 측면에 미치는 영향은 거의 차이가 없었으나, 수세를 실시한 경우 조산화아연의 품위가 더욱 증가하였다.

추가적으로, STS 전기로 분진의 수세에 의한 예비환원철의 연화개시온도 변화를 조사하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구 분	연화개시온도	비고
수세 (무)	1175℃	* 수세에 의해 연화개시 온도상승
수세 (유)	1290℃	* 수세에 의해 연화개시 온도상승

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 수세 실시 여부에 따른 예비환원철의 연화온도 변화를 조사한 결과, 수세를 실시할 경우 연화개시온도가 상승하여 에비환원로의 조업이 대단히 안정화됨을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 : STS 전기로 분진 호퍼 2, 3 : STS 전기로 분진
4 : 수세장치 5 : 탈수기
6 : 탈수 케이크 7 : 건조기
8 : 수세폐액 9 : 탈수 여과액
10: 폐수처리장치 11: STS 전기로 분진(수세건조)
12: 고수분 STS 제강공정 폐기물 호퍼
13: 고수분 STS 제강공정 폐기물
14: 건조기 15: 괴상의 STS 제강공정 폐기물 호퍼
16: 괴상의 STS 제강공정 폐기물
17: 분쇄기 18: 건조 STS 제강공정 폐기물 슬러지
19: 분쇄 STS 제강공정 폐기물 분진
20: 분쇄 분진 호퍼 21: 건조 슬러지 호퍼
22: 수세건조 STS 전기로 분진 호퍼
23: 슬래그 조제재 호퍼 24: 슬래그 조제재
25: 탄소계 환원제 호퍼 26: 탄소계 환원제
27: 바인더 호퍼 27-2: 바인더
28: 혼합기(계량기능) 29: 단광기
30: 단광 31: 단광건조기
32: 단광운송설비 33: 예비환원로
34: LNG 버너 34-2: 투탄시스템
35: 예비환원철 운송설비 36: 분진 챔버
37: 가열공기 이송라인(열교환) 38, 38-2: 배가스 이동라인
39, 39-2: 집진기 40, 40-2: 조산화아연
41: 조산화아연 호퍼 42: 굴뚝(Stack)
43: STS예비환원철 44: 예비환원철 이송 단열호퍼
45: STS 가공공정 폐기물 호퍼 46: STS 가공공정 폐기물
47: 용융환원전기로 48: 예열공기공급장치
49: STS용융선철 50: STS선철 주선기
51: STS잉곳트 52: 수쇄장치
53: STS 구상선철 54: 용융 슬래그
55: 슬래그공냉장치 56: 서냉 슬래그
57: 슬래그수쇄장치 58: 수쇄 슬래그

Claims

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스테인리스 제강용 전기로에서 발생하는 배가스를 집진하여 얻은 스테인리스 제강 분진을 수세하는 단계;
상기 수세된 스테인리스 제강 분진 100중량부에 대하여 스테인리스 제강공정 폐기물 10 내지 50중량부를 혼합하고, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 코크스, 무연탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 탄소계 환원제 10 내지 20 중량부와, 물, 벤토나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 바인더 5 내지 10중량부를 추가로 투입한 다음, 석회석, 생석회 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 슬래그 조제재를 혼합물의 염기도(C/S)가 1.5 내지 2.5가 되도록 첨가한 후, 5 내지 20mm의 평균크기, 1.5 내지 3g/㎤의 벌크 밀도, 5 내지 8중량%의 수분함량, 그리고 5 내지 30㎏/㎠의 건조압축 강도를 갖는 단광을 제조하는 단계;
상기 단광을 로터리 킬른(Rotary Kiln)의 예비환원로에서 환원배소하여, 아연 성분을 기상으로 분리하고 조산화아연으로서 회수하는 단계; 그리고
상기 조산화아연 회수 후, 상기 단광에서 조산화아연이 분리되고 남은 1280℃ 이상의 연화개시온도를 갖는 스테인리스강 예비환원철을, 스테인리스강 가공공정 폐기물의 단광, 탄소계 환원제 및 슬래그 조제재와 혼합한 후, 1580℃ 이상의 온도에서 용융환원시켜, 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 및 몰리브덴(Mo)을 포함하는 유가금속성분을 스테인리스강 용융선철 및 용융 슬래그로서 회수하는 단계;를 포함하는 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 단광에 대한 환원배소시 환원율이 70% 이상이 되도록 탄소계 환원제를 추가로 투입하는 공정을 포함하는, 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 용융선철을 성형 및 냉각하여 스테인리스 잉고트를 제조하거나, 또는 상기 용융선철을 수쇄하여 구상의 스테인리스강 쇼트볼로 자원화하고, 그리고
상기 용융슬래그를 냉각 또는 수쇄하여 석재, 시멘트 원료 및 로반재 중 어느 하나로서 자원화하는 단계를 더 포함하는, 스테인리스 제강공정 및 가공공정 폐기물로부터 유가금속을 회수하는 방법.