KR0128123B1 - 고순도 산화철 제조를 위한 폐산의 정제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐산을 가열하고, 농축시킨 농축폐산을 냉각하여 슬러지를 생성시키고, 이 수용액에 철부날 및 석면을 투입하여 정제하므로서, 수용액내의 불순물이 제거된 고순도 염화제이철 수용액의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제철소에서 발생되는 폐산을 정제하는 방법에 있어서, 상기 폐산을 50℃ 이상의 온도로 가열한 후 12시간 이상 정치시켜 슬러리를 생성시키는 단계; 상기 정치된 수용액에 철분말을 투입하여 수용액의 pH를 2이상으로 조절하여 수용액중의 염화제이철을 모두 염화제이철로 환원시키는 단계; 환원된 수용액에 공기를 취입하여 1차 여과하는 단계; 1차 여과된 수용액에 활성탄소섬유를 3-10g/1로 투입하여 완전 혼합이 되도록 교반한 후, 이 수용액을 통상의 방법으로 고액분리하여 정제하는 단계를 포함하여 구성되는 고순도 산화철 제조를 위한 폐산을 정제방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고순도 산화철 제조를 위한 폐산의 정제방법

제 1 도의 본 발명에 따른 제조공정도.

제 2 도는 본 발명에 의한 슬러지 생성단계에서 가열온도 및 정치시간 변화에 따른 농축폐산 용액중으로부터 제거된 Si의 농도변화량을 나타내는 그래프.

제 3 도는 본 발명에 의한 여과단계에서 수용액의 pH의 따른 각종 불순물의 제거율 변화를 나타내는 그래프.

제 4 도는 본 발명에 의한 정제단계에서 활성탄소섬유 및 활성탄을 투입한 경우 변화를 나타내는 그래프.

제 5 도는 본 발명에 의한 정제단계에서 활성탄소섬유 투여량에 따른 Si의 제거율 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 자성재료 등에 이용되는 산화철의 원료인 폐산의 정제방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐산의 주성분인 염화제일철 수용액중에 존재하는 불순물을 제거하며 고순도 산화철 제조를 하기 위한 폐산의 정제방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철공장에서는 철판 및 구조용강 등을 세척하기 위하여 18% 염산을 사용하는데, 이 염산으로 세척하고 난 후의 용액을 산세폐액이라 부른다. 그러나, 산세폐액중에 포함된 염산은 공해문제를 유발시키므로 회수공정을 거쳐 회수해야만 하는데, 이때 폐산을 회수처리하는 도중에 배소공정을 통하여 산화철이 부산물로 발생하게 된다. 이와같이 산세폐액으로부터 산화철을 제조하는 공정은 산회수를 1차 목표로 하고 부수적으로 발생되는 산화철을 활용하는 것으로 되어 있다.

최근에는 자성재료 산업이 발전하면서 산화철을 이용한 페라이트 제조 및 그 응용제품이 증가되고 있는 추세에 있고 특히 연자성 페라이트용 산화철의 경우 고품질 및 고순도화가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 그러나, 폐산으로 부터 산화철을 얻는 경우 산세폐액 중에는 철강재에 포함되어 있는 불순성분인 Si, Ca, Mg등이 그대로 유입되고 폐산중의 불순물이 직접 산화철에 함유되어 영향을 미치기 때문에 고품질의 산화철을 제조하기 위해서는 산화철의 원료인 산세폐액중의 불순물을 제거하는 것이 필요하다.

한편, 산세폐액중의 불순물을 제거하는 종래의 대표적인 기술들을 예를들면 다음과 같은 방법들이 있다.

먼저, 일본특개소 61-146384호에 제시된 바에 의하면, 산세폐액을 활성탄 여과기를 이용하여 여과하고 폐산중 포함된 슬러지 및 조립 SiO₂를 제거하는 철강염산 산세폐액의 정제방법을 들 수 있다. 그러나, 상기 방법은 활성탄의 분진 등에 의해 그 처리에 많은 문제가 있다고 여과 공정에서 여과포를 막히게 하는 단점이 있다.

또다른 예로서, 일본특개소 59-111930호에 제시된 바에 의하면 산세폐액을 실리카겔과 접촉시켜 실리카겔 표면에 SiO₂를 흡착 제거하는 방법이 있는데, 이 방법은 실리카겔의 미립자가 여과포를 통과하여 오히려 불순물의 증가를 가져오는 문제점이 있다.

이외에도 일본특개소 58-151335호에 제시된 바에 의하여 고분자 응집제를 산세폐액에 첨가하여 산세폐액중의 SiO₂를 응집시켜 여과하여 분리하는 방법이 제안되어 있는데, 고분자 응집제만을 투입하는 경우 정제 효과가 미흡한 단점이 있다.

이에 본 발명자는 상기한 종래의 방법과는 달리 불순물을 효율적으로 제거하기 위한 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 폐산을 가열하고 농축시킨 농축폐산을 냉각하여 슬러지를 생성시키고, 이 수용액에 철분말 활성탄소섬유를 투입하여 정제하므로서, 고순도 산화철 원료로 사용되는 폐산의 정제방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 폐산을 이용하여 제철소에서 발생되는 폐산을 정제하는 방법에 있어서, 상기 폐산을 50℃ 이상의 온도로 가열한 후 12시간 이상 정치시켜 슬러지를 생성시키는 단계; 상기 정치된 수용액에 철분말을 투입하고 수용액의 pH를 2이상으로 조절하여 수용액중의 염화제이철을 모두 염화제이철로 환원시키는 단계; 환원된 수용액에 공기를 취입하여 1차 여과하는 단계; 1차 여과된 수용액에 활성탄소섬유를 3-10g/1 투입하여 완전 혼합이 되도록 교반한 후, 이 수용액을 통상의 방법으로 고액분리하여 정제하는 단계를 포함하여 구성되는 고순도 산화철 제조를 위한 폐산의 정제방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 Si 이온은 수용액중에서 실리케이트의 콜로이드 입자에서 입자간의전기적 전하를 잃고 서로 고분자화 반응 즉 축중합을 하여 거대한 분자, 즉 입자가 큰 형태의 불용성 슬러지를 생성하게 되며 이러한 불용성 슬러지는 고체의 입자이므로 제거가 가능하게 된다. 입상의 불용성 슬러지의 화학반응은 다음과 같이 표현될 수 있다.

상기(1)에서 알 수 있는 바와같이 수산화실리콘 2분가가 하나의 분자로 축중합을 하게 됨을 알 수 있다.

또한, 상기(2)식에 의하면 수산화실리콘은 3분자가 결합된 형태를 갖는데, 이와같이 수산화실리콘이 콜로이드 상에서 고분자화된 입상의 불용성 슬러지로 바뀌게 된다.

그러나, 입상의 슬러지로 되지 못한 Si 이온이나 규산콜로이드는 용액속에 녹아있는 상태이므로 제거가 불가능하게 된다.

따라서, 상기와 같은 축중합 반응이 촉진되도록 하여 Si 이온을 불용성 슬러지화하는 것이 필요한데, Si 이온은 가열 농축과정이나 후침전, 즉 묵임(aging) 또는 익힘(digestion at elevated temperature)에 의해서 대량 발생되는 조건을 가지고 있으므로 이와같은 사실을 응용하여 본 발명에서는 폐산증에 존재하는 Si 이온을 60℃의 온도로 가열한 후, 12시간 이상 정치시키므로서 불용성 슬러지화한 다음, 이를 통상의 고액분리를 통하여 Si 이온을 제거한다. 이때, 농축가열시 60℃이하로 하거나 12시간 이하로 정치시키면 슬러지 발생량이 적게되어 그 효과가 미흡하여 바람직하지 않다. 이와같이, 상기 수용액을 12시간 이상동안 정치시키면 폐산증의 Si 이온이 1.5ppm 이상 제거가 가능하다.

또한, 상기와 같이 슬러지화된 폐산 용액중에 포함된 염화제이철 이온은 모두 염화 제이철로 환원시키는 것이 필요한데, 이를 위해 상기 폐산증에 철분말을 투입하여 염화제이철은 철과 반응하여 모두 염화제이철이온으로 되어 염화제이철 수용액이 얻어진다. 그러나, 폐산증의 Ca, Mg 이온의 경우는 pH가 상승하는 조건에서 수용액중 하이드록시 이온과 반응하여 Ca(OH)₂, Mg(OH)₂를 형성하므로 상기 수용액의 pH는 2이상으로 조절함이 바람직하다.

pH가 2이상으로 조절된 상태에서 상기 수용액에 공기를 취입하면 대기중에는 CO₂가 대략 0.03% 정도 포함되어 있으므로 이 CO₂에 의해 폐산내의 Ca(OH)₂, Mg(OH)₂는 입상형태의 CaCO₃, MaCO₃가 되어 제거가 가능하게 된다. 만일 pH가 2이하로 되는 경우에는 자유산(HCl)의 존재가 많고 이온이 용해되어 활동하기 때문에 이온의 입상화가 곤란하다.

이와같이, 1차 여과된 수용액을 최종적으로 정제하기 위해서 본 발명에서는 1차 여과된 수용액을 최종적으로 정제하기 위해서 본 발명에서는 1차 여과된 여액에 활성 탄소섬유를 투입하여 생성된 입상의 콜로이드나 불용성 슬러지를 흡착시켜 제거한다. 본 발명에서 사용되는 활성탄소섬유는 일반적인 활성탄의 비표면적이 두배 이상이 되어 흡착력이 우수하기 때문에 콜로이드나 슬러지의 흡착에 효율적이다. 그러나 상기 활성탄소섬유의 투여량은 수용액에 11에 3-10g 정도로 투입함이 바람직한데, 그 이유는 활성탄소의 투여량이 3g/1 이하로 되면 Si 흡착제가 효과가 크지 않으며, 10g/1 이상으로 투입하여도 Si 흡착제거율이 더 이상 향상되지 않기 때문이다.

이와같이 본 발명에 따라 염화제이철 이온이 주성분인 폐산의 불순물을 제거하는 전체적인 공정에 대한 흐름도를 나타내면 제1도와 같다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

폐산중에 T-Fe 100g 중에 실리콘 이온의 농도가 14.3ppm인 경우의 폐산에서 Si이온이 슬러지로 변화시켜 제거하기 위한 조건을 파악하기 위하여 온도를 30,40,50,60,70℃로 처리된 폐산을 6,12,18,24 시간동안 정치하였다. 그 결과 슬러지 발생량의 데이타는 슬러지와 용액을 여과로 분리한 후 용액중의 Si 이온의 농도를 ICP(Inductively coupled plasma) 분석을 통하여 초기시료인 T-Fe 100g 중에 실리콘 이온의 농도인 14.3ppm 과의 차이를 계산하고, 그 결과를 제 2 도에 나타냈다.

제 2 도에서 나타난 바와같이, 폐산을 50℃ 이상의 온도로 가열한 경우에는 Si 이온이 불용성 슬러지로 발생되는 비율이 크게 증가하여 대량의 슬러지가 발생됨을 알 수 있으며, 또한 정치시간이 12시간 부터 슬러지 발생 비율이 증가되는 변곡점이 나타나고 있음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

실시예1에서 60℃로 처리한 후 12시간 정치한 시료에 철분말을 사용하여 pH를 1,2,3,4로 조절한 후 수용액 1리터당 공기를 30분간 11/min으로 불어 넣었다. 이 수용액을 일차여과하고 초기 폐산의 불순물, 즉, Si, Ca, Mg를 ICP로 분석한 결과와 처리한 후의 제거된 불순물의 양을 계산한 제거율(%)을 구하고, 그 결과를 제3도에 나타냈다.

제 3 도에 나타난 바와같이, 슬러지가 발생된 수용액에 철분을 투여하고 pH를 2이상으로 조절하고 공기를 취입하여 1차 여과했을 때 Si, Ca, Mg의 제거율이 크게 증가됨을 알 수 있었다. 이것은 pH에 따라서 불순물이 이온으로 존재하는 범위가 다르게 되어 콜로이드와 같은 불용성 슬러지 상태를 유지하도록 하는 것이 불순물 제거에 중요하다는 것을 의미한다.

[실시예 3]

실시예 2에서 pH가 2로 처리된 폐산에 활성탄소섬유와 활성탄을 각각 5g/1 투입하고, 약 30분간 1500rpm으로 교반하여 완전히 혼합하였다. 이때 사용된 활성탄소 섬유는 비표면적 2200㎡/g이고, 활성탄의 경우 1200㎡/g이었다. 상기 혼합된 수용액의 슬러지를 석면의 표면에 흡착시켜 불순물을 제거하고 고액분리 공정인 여과기를 통과시킨 다음 불순물 Si, Ca, Mg의 처리전 후의 양을 비교하고, 그 결과를 제 4 도에 나타내었다.

제 4 도에 나타난 바와같이, 1차 여과된 수용액을 활성탄소섬유 및 활성탄을 각각 5g/1씩 투입하여 Si의 흡착효율을 비교한 결과, 활성탄소섬유를 투입한 경우 Si의 제거율이 68%인 반면에 활성탄을 투입한 경우 51%로 큰 차이가 있었으며, 또한 Ca, Mg의 경우에 있어서도 그 제거율이 10% 이상의 효과를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 이와같이, 활성탄을 사용하는 것보다 활성탄소 섬유를 사용하면 효과적으로 불순물을 흡착시킬 수 있는데, 활성탄소 섬유는 그 자체가 비표면적이 매우 커서 어떤 형태로든 폐산을 정제하기 위해서 사용할 경우 매우 효과적임을 알 수 있고, 특히 여과포 형태로 사용해도 본 발명에서 얻고자 하는 정도의 불순물 정제가 가능하다.

[실시예 4]

폐산중의 불순물을 흡착제거하는데 유효한 활성탄소 섬유의 투입량을 결정하기 위하여 실시예 2에서 pH가 2로 처리된 폐산 11당 활성탄소 섬유를 1,3,5,10,15g을 투여하고 약 30분간 1500rpm으로 교반하여 완전히 혼합한 다음, 불순물을 흡착제거하고 고액분리공정을 통하여 여과한 후, 여과처리 전후의 Si 제거율을 구하고, 그 결과를 제 5 도에 나타내었다.

제 5 도에 나타난 바와같이, Si 양의 제거율이 50% 이상이 되려면 3g 이상의 활성탄소 섬유가 필요함을 알 수 있으며, 10,15g에서는 거의 같은 효과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 이온상태의 Si이 활성탄소 섬유로 제거가 불가능하여 일정량의 잔존림을 나타내고 있음을 의미한다. 따라서, 폐산 11당 활성탄소 섬유의 양은 3-10g을 투여하여 흡착 여과함이 바람직함을 알 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 산화철 제조를 위한 원료용액, 즉 산세폐액을 정제하므로써 보다 안정적인 품질과 고순도의 산화철 제조가 가능하고, 이를 이용한 연자성 재료용 페라이트 제조에 이용할 수 있으며, 특히 연자성 재료에 직접적인 악영향을 미치는 실리카, 칼슘, 마그네슘을 제거함으로써 고품질의 페라이트 제조에 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 제철소에서 발생되는 폐산을 정제하는 방법에 있어서, 상기 폐산을 50℃ 이상의 온도로 가열한 후 12시간 이상 정치시켜 슬러리를 생성시키는 단계; 상기 정치된 수용액에 철분말을 투입하여 수용액의 pH를 2이상으로 조절하여 수용액중의 염화제이철을 모두 염화제이철로 환원시키는 단계; 환원된 수용액에 공기를 취입하여 1차 여과하는 단계; 1차 여과된 수용액에 활성탄소섬유를 3-10g/1로 투입하여 완전 혼합이 되도록 교반한 후, 이 수용액을 통상의 방법으로 고액분리하여 정제하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고순도 산화철 제조를 위한 폐산의 정제방법.

   *그림삽입