KR100548871B1

KR100548871B1 - 제철 슬래그의 철 회수방법

Info

Publication number: KR100548871B1
Application number: KR1020050073779A
Authority: KR
Inventors: 박정화
Original assignee: 주식회사 디엠스코
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2006-02-02

Abstract

본 발명은 제철소의 선철 제조공정이나 제강공정에서 발생하는 슬래그에 포함되어 있는 철 성분을 경제적으로 회수하기 위한 제철 슬래그의 철 회수방법에 관한 것이다.

본 발명은 습식 볼밀을 이용하여 제철 슬래그를 마쇄하여 마쇄물을 얻는 단계; 상기 마쇄물을 체 분리하여 철 성분을 얻는 단계; 및 상기 철 성분을 세정한 후에 건조하여 성형하는 단계로 이루어진다.

제철, 제강, 슬래그, 철, 회수, 습식 볼밀

Description

제철 슬래그의 철 회수방법{Method for Recovering Iron from Slag}

도 1은 본 발명에 따른 제철 슬래그의 철 회수방법을 설명하기 위한 공정도.

본 발명은 제철 슬래그의 철 회수방법에 관한 것으로, 특히 제철소의 선철 제조공정이나 제강공정에서 발생하는 슬래그에 포함되어 있는 철 성분을 경제적으로 회수하기 위한 제철 슬래그의 철 회수방법에 관한 것이다.

일반적으로 선철의 제조과정에서 매용제(flux)로써 장입되는 석회석이 철광석중의 맥석분, 코크스의 연소재 그리고 각종 산화물과 반응하여 고로 슬래그가 발생한다.

그리고, 선철로부터 연강을 제조하기 위한 제강 공정에서는 제강 슬래그가 발생한다.

이러한 제철 슬래그 중의 일부를 파쇄 자전설비를 이용하여 철과 같은 유가 금속을 회수하기도 하며, 일부는 시멘트의 철분원료나, 건축 또는 토목자재 등으로 재활용되기도 한다.

특히, 3mm 이하의 작은 슬래그는 상기와 같은 용도로도 재활용하기 어려워 매립 폐기되기 때문에 환경을 오염시키는 문제점이 있다.

그런데, 상기와 같이 철 회수 용도 외의 타용도로 재활용되거나 폐기되고 있는 슬래그에는 경제적 가치가 높은 철 성분이 많이 포함되어 있다.

상기와 같이 제철 슬래그에 포함되어 있는 철 성분은 환원 처리법을 통하여 회수할 수 있지만, 상기 환원 처리법은 막대한 열에너지를 소요하므로 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

그리고, 최근에 공개번호 20-2002-0051631호로 공개된 "분 슬래그에서의 철 회수방법"에 자력 선별 방법으로 슬래그로부터 철 성분을 회수하는 방법이 소개되어 있다.

상기 특허는 슬래그를 입도별로 분급하여 자력 선별하면 철분 회수율이 높아지기 때문에, 슬래그를 크기별(13mm 이상, 13~8mm, 8~5mm, 5~3mm. 3~1mm, 1~0.5mm, 0.5mm 이하)로 분급 처리한 후에 표 1에 나타낸 바와 같은 입도별로 분포되어 있는 철 성분을 회수하기 위해, 각 입도별로 2000가우스 정도의 자기력으로 철 성분을 자력 선별하는 방법이 소개되어 있는데, 상기와 같이 자력 선별하면, 표 2와 같이 선별 전에 비하여 약 50% 정도로 철 성분이 농축되어 회수된다.

입도	+13mm	+8mm	+5mm	+3mm	+1mm	+0.5mm	-0.5mm
T-Fe	22.0	23.3	26.8	26.8	27.8	30.4	28.7
M-Fe	1.6	1.6	1.9	2.5	3.7	4.9	6.5

입도	+13mm	+8mm	+5mm	+3mm	+1mm	+0.5mm	-0.5mm
T-Fe	29.0	35.3	36.8	37.5	39.3	38.4	38.7
M-Fe	14.6	15.1	16.9	15.9	17.7	18.4	16.5

그리고, 상기 특허는 표 2에 나타낸 바와 같이, 슬래그의 입도가 작을수록 철 성분의 함량 비율이 높아지기 때문에 상기 슬래그를 파쇄 처리하여 슬래그의 크기를 더 작게 한 후에, 입도별로 분급하여 각 입도별로 자력 선별함으로써, 표 3에 나타낸 바와 같이 철 성분의 회수율을 높인 방법이 소개되어 있다.

입도	+13mm	+8mm	+5mm	+3mm	+1mm	-1mm
T-Fe	57.0	52.6	54.5	55.9	50.3	45.4
M-Fe	34.6	35.3	32.1	29.4	28.5	28.4

그런데, 상기 특허는 선별하기 전보다는 철 성분 비율이 높아지지만, 슬래그에 충격을 가해 파쇄시키기 때문에 슬래그의 형태가 부정형으로 이루어지고, 부정형으로 이루어진 슬래그는 그 표면적이 넓어지고 표면 상태가 거칠기 때문에 슬래그의 표면에 철 성분 외의 이 물질이 많이 묻은 채로 회수된다.

따라서, 철 성분을 회수하기 위해 자력 선별을 하더라도 철 성분 외의 이 물질이 같이 회수되기 때문에 철 성분의 회수율로 결정되는 생산성을 더 이상 높일 수 없는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 제철 슬래그에 포함되어 있는 철 성분을 경제적이면서 고함량 상태로 회수함으로써 슬래그의 매립 폐기에 따른 환경오염을 방지하고, 자원의 재활용에 따른 경제적 이익을 도모할 수 있는 제철 슬래그의 철 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 습식 볼밀을 이용하여 제철 슬래그를 마쇄하여 마쇄물을 얻는 단계; 및 (b) 상기 마쇄물을 체 분리하여 철 성분을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제철 슬래그의 철 회수방법을 제공한다.

상기 습식 볼밀은 물을 이용하여 습식 환경을 제공하며, 상기 볼밀의 볼은 지르코니아 볼, 알루미나 볼, 프랑스구석, 자기볼, 스틸볼 중에서 선택된 적어도 한 종류의 볼을 이용한다.

그리고, 상기 (b) 단계는 상기 철 성분을 세정하여 건조한 후에 성형하는 단계를 더 포함하여 이루어지고, 상기 철 성분의 성형은 상기 철 성분에 결합제와 탄소 중 적어도 한 성분이 첨가되어 이루어지는 것이 바람직하다.

(실시예)

본 발명에 따른 제철 슬래그의 철 회수방법은 제철공정이나 제강공정에서 발생되는 슬래그에 포함되어 있는 철 성분을 회수하기 위한 것인데, 상기 슬래그는 철 성분 외에 CaO, SiO₂, MnO, MgO, Al₂O₃, TiO₂ 등과 같은 다양한 종류의 성분들로 이루어져 있다.

본 발명은 상기와 같이 다양한 성분들로 구성된 슬래그로부터 철 성분을 회수하기 위해 슬래그를 마쇄처리한 후에 체 분리함으로써 철 성분과 이 물질을 분리한다.

여기서, 종래 기술의 파쇄(破碎) 처리와 본 발명의 마쇄(磨碎) 처리의 차이 점에 대하여 설명하면 다음과 같다.

종래 기술에 언급되어 있는 파쇄 처리는 슬래그에 충격을 가하여 슬래그를 잘게 쪼개는 처리 방법이고, 본 발명의 마쇄 처리는 슬래그를 압착하면서 갈아주는 처리 방법이다.

따라서, 종래의 파쇄 처리에 의한 슬래그는 그 형태가 부정형이면서, 상대적으로 표면적이 넓고, 표면의 형태가 거칠게 이루어지기 때문에 철 성분이 회수될 때에 분말 형태의 이물질이 슬래그의 표면에 묻어서 자력 선별에 의해 같이 회수되기 때문에 철 함량이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 본 발명의 습식 볼밀에 의한 분쇄기구는 밀에 슬래그와 물, 볼을 투입하여 회전시킴으로써 분쇄한다. 밀 안에서는 상방에서 낙하하는 볼의 충격력에 의해 사이에 물린 재료가 분쇄되는 동시에 서로간의 전단에 의한 마쇄 작용이 일어난다.

그런데, 밀 안에 충분한 물이 있으므로 슬러리가 발생하여 볼의 낙하 운동이 저해되기 때문에 충격에 의한 분쇄 작용보다 마쇄 작용이 주로 일어난다.

그리고, 습식 볼밀을 이용해서 분쇄하는 것은 슬래그에 포함되어 있는 철이 강도가 강하고 인성이 크다는 점과 그와는 반대로 슬래그에 포함되어 있는 부원료(철 외의 성분)의 대부분은 산화물로서 철에 비해 강도가 약하고 취성이 강하다는 점을 이용한 것이다.

그러므로, 충격을 받은 슬래그 속의 철은 충격에 의해서 그 형태가 바뀌어지기는 하지만 인성이 크기 때문에 쉽게 분쇄되어 작아지지 않는다.

그러나, 부원료들은 취성이 강해서 충격에 의해 깨지고, 깨진 부원료 입자의 마쇄는 계속 진행되기 때문에, 10~20시간 정도 처리하면 처리물의 99% 이상이 150#의 체를 통과할 수 있는 매우 작은 크기의 분말로 분쇄된다.

따라서, 상기와 같이 철 성분과 이물질을 분리해 주는 눈 크기를 가지는 체를 이용하면 서로 간단하게 분리되므로 철 성분의 회수율이 매우 높다.

상기와 같이 슬래그를 마쇄 처리하여 철 성분을 회수하는 본 발명은 아래와 같은 공정으로 이루어진다.

1. 슬래그 준비(S 1)

본 발명에 적용되는 슬래그는 제철 또는 제강공정에서 발생되는 슬래그를 대상으로 한다.

2. 슬래그의 볼밀 투입(S 2)

상기 슬래그를 습식 볼밀에 투입하여 마쇄 준비를 한다. 이 때, 슬래그를 볼 밀 용적비의 50~90wt% 정도로 하여, 볼과 함께 투입한다.

이 때, 볼밀에 투입되는 볼은 20~100mm 직경의 볼을 사용하는 것이 바람직하며, 볼밀 처리를 습식환경으로 하기 위해 물을 같이 투입한다.

3. 습식 볼밀 처리(S 3)

본 발명에서는 볼밀을 이용하여 슬래그를 마쇄(磨碎)하는데, 볼밀에 슬래그와 물 및 볼(지르코니아볼, 알루미나볼, 프랑스구석, 자기볼, 스틸볼 중에서 선택된 적어도 어느 한 종류를 이용할 수 있다)을 넣고, 볼밀의 크기에 따라 회전속도가 달라질 수 있지만 임계 회전속도의 약 50~120%의 속도로 10~20시간 동안 마쇄시 킨다.

상기 물은 볼의 낙하운동을 저해하여 슬래그의 마쇄작용을 촉진시켜 주는 동시에, 윤활작용 및 냉각작용과 아울러, 슬래그를 세정시켜 주는 역할을 한다.

상기와 같이 볼밀에 의하여 마쇄작용이 진행되면서 시간이 경과하면 슬래그의 입자에 남아 있는 철의 함량은 갈수록 높아지고, 다른 화합물들은 점점 떨어져 슬러리 분말로 변한다.

이 때, 볼밀의 크기, 볼 밀 속도, 슬래그량, 물량, 볼의 양과 크기에 따라 마쇄시간은 차이가 있지만, 10~20시간 정도 마쇄처리하면 슬래그 속의 철 함량은 90% 이상이 된다.

상기와 같이 슬래그를 마쇄처리하면 슬래그가 철 성분과 기타 성분으로 분리되는 이유는 다음과 같다.

제철 슬래그를 현미경으로 관찰해 보면, 여러 형태의 철 입상 주위로 다른 화합물들이 붙어 있는 구조로 이루어져 있으며, 슬래그 중의 철 성분의 진비중(眞比重)은 대개 7.86g/㎖ 정도이며, 다른 화합물들의 진비중은 대개 2.65g/㎖ 정도이기 때문에 철 성분과 다른 화합물간의 비중차는 크다.

따라서, 제철 슬래그를 습식 볼밀에서 마쇄시키면 약한 것이 먼저 떨어져 나가고, 서로 접촉하고 있는 볼 사이에 작용하는 탄성 반발력과 마찰력 등과 같은 접촉력을 받을 때 상대적으로 인성이 큰 철 성분은 파괴가 잘 일어나지 않는데 비하여 다른 화합물들은 상대적으로 인성이 작고 취성이 커서 잘 파괴되므로 볼밀 처리 후에는 철 성분 입자는 상대적으로 입자 크기가 크고, 다른 화합물들은 매우 작은 크기의 분말로 분쇄되는 것이다.

그리고 볼밀에 볼을 첨가하지 않고서도, 슬래그를 마쇄할 수 있는데, 이는 슬래그를 구성하는 성분들의 비중 차이를 이용한 것이다. 즉, 철을 함유하고 있는 슬래그의 비중은 4.76 정도이며, 이것은 최근 볼밀의 세라믹 분쇄 메디아로 많이 사용하는 알루미나 볼(알루미나 92%)의 진비중과 비슷하다. 따라서, 무거운 볼을 첨가하지 않더라도 슬래그 입자들간의 자체 마찰에 의해 서로 마쇄가 가능하다.

그리고, 마쇄 처리시간이 경과할수록 비중 및 강도가 낮은 다른 화합물들은 분말화되면서 떨어져 나가고 상대적으로 비중 및 강도가 높은 철 성분이 상대적으로 큰 크기로 잔류된다.

4. 체 분리(S 4)

상기와 같이 마쇄처리된 슬래그를 150#의 체를 이용하여 체 분리하여 철 성분과 그 외의 기타 화합물을 서로 분리한다.

상기와 같이 처리된 슬래그의 성분을 처리 전과 처리 후로 구분하여 살펴보면 표 4 및 표 5와 같다(단위는 wt%임).

2mm 이하 슬래그의 처리전 및 처리후 성분 분석표

종류	Fe		CaO	SiO₂	MnO	MgO	Al₂O₃	TiO₂
종류	T-Fe	M-Fe	CaO	SiO₂	MnO	MgO	Al₂O₃	TiO₂
처리전	54.51	48.32	30.15	7.88	1.96	1.82	2.42	0.39
처리후	95.07	87.81	1.90	1.54	0.17	0.27	0.54	0.04

8mm 이하 슬래그의 처리전 및 처리후 성분 분석표

종류	Fe		CaO	SiO₂	MnO	MgO	Al₂O₃	TiO₂
종류	T-Fe	M-Fe	CaO	SiO₂	MnO	MgO	Al₂O₃	TiO₂
처리전	66.39	53.05	22.05	5.94	0.31	2.03	2.36	0.31
처리후	90.36	82.45	4.43	2.40	0.43	1.07	1.17	0

상기 표 4에서 보는 바와 같이, 2mm 이하의 슬래그의 경우에는 처리 전의 총철(T-Fe) 함량이 54.51wt%(금속 철(M-Fe) 함량은 48.32wt%)에서 처리 후에는 총철 함량이 95.07wt%(금속철 함량은 87.81wt%)으로 크게 증가하였다.

그리고, 상기 표 5에서 보는 바와 같이, 8mm 이하의 슬래그의 경우에는 처리 전의 총철(T-Fe) 함량이 66.39wt%(금속 철(M-Fe) 함량은 53.05wt%)에서 처리 후에는 총철 함량이 90.36wt%(금속철 함량은 82.45wt%)으로 크게 증가하였다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 슬래그를 습식 볼밀 처리를 이용하여 마쇄 처리한 후에 단 한 번의 체 분리를 통하여 철 성분을 회수하면 철 성분의 회수율이 매우 높다는 것을 알 수 있다.

5. 세정 및 건조(S 5, S 6)

상기와 같이 체 분리에 의하여 분리된 슬래그의 철 성분을 물로 세척하여 철 성분 입자의 표면에 묻어 있는 기타 성분을 제거한 후에 건조시킨다.

6. 조립 성형 및 건조

본 발명은 상기 세정 및 건조 공정만으로 처리공정을 마무리할 수 있지만, 슬래그로부터 회수된 철 성분은 제강공정에서 제강원료로 이용될 수 있으므로, 효용성을 높이기 위하여 조립 상태로 성형할 필요가 있다.

본 발명에서는 철 성분의 조립을 위하여, 슬래그로부터 회수된 철 84~88wt% 에 당밀 혹은 규산소다 6~15wt%, 카본(C) 3~5wt%를 첨가하여 성형기에 넣고 30~100㎜의 직경을 가지는 구체로 성형한 후에 성형물을 건조시켜 완성한다.

여기서, 상기 성형 과정에 첨가되는 상기 카본은 상기 성형물에 의한 용탕의 철이 산화되는 것을 방지하기 위해 첨가되는 것인데, 성형물의 철 성분의 함량에 따라 적절하게 가감한다. 그리고, 상기 당밀 또는 규산소다는 성형성을 높이기 위한 결합제 역할을 하는 것으로 회수된 철을 충분하게 성형할 수 있을 정도의 양을 첨가한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 연간 수십만톤씩 매립되는 제철 슬래그로부터 철 성분을 회수하여 재사용함으로써 자원을 재활용하고, 철 성분의 회수를 통하여 매립되는 폐기물 발생량을 감소시켜 환경오염을 방지해 주는 효과를 제공한다.

그리고, 본 발명은 슬래그로부터 철 성분을 매우 높은 비율로 회수함으로써 생산성을 높여 주는 효과를 제공한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

(a) 습식 볼밀을 이용하여 2∼8㎜의 입도분포를 가지는 제철 슬래그를 마쇄하여 마쇄물을 얻는 단계;

(b) 상기 마쇄물을 체 분리하여 철 성분을 얻는 단계; 및

(c) 얻어진 상기 철 성분을 세정, 건조한 후에 결합제 및 3∼5중량%의 탄소를 첨가하여 성형하여 조립화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제철 슬래그의 철 회수방법.
제 1항에 있어서, 상기 습식 볼밀은 물을 이용하는 것을 특징으로 하는 제철 슬래그의 철 회수방법.
제 1항에 있어서, 상기 볼밀의 볼은 지르코니아 볼, 알루미나 볼, 프랑스구석, 자기볼, 스틸볼 중에서 선택된 적어도 한 종류의 볼인 것을 특징으로 하는 제철 슬래그의 철 회수방법.
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