KR101869330B1 - 석탄 및/또는 철광석 슬러리의 개질방법 - Google Patents

Abstract

보다 간편하게 퇴적물의 유동성을 저하시키기 위한 석탄 및/또는 철광석 슬러리의 개질방법 및 이에 따라 개선된 원료의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위해서, 석탄 및/또는 철광석 슬러리에 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합하여 석탄 및/또는 철광석 슬러리를 개질하였다. 그리고 상기 개질에 의하여 개질된 원료를 제조하였다. 또한 상기 수용성 고분자화합물은, 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머인 것이 적합하다.

Description

석탄 및/또는 철광석 슬러리의 개질방법{METHOD FOR MODIFYING SLURRY OF COAL AND/OR IRON ORE}

본 기술은, 석탄(石炭) 및/또는 철광석 슬러리(鐵鑛石 slurry)의 개질방법(改質方法) 및 이에 따라 개질된 원료의 제조방법에 관한 것이다.

석탄 및/또는 철광석(이하, 「철광석 등」이라고도 한다)은, 광산에서 채굴되어 벨트 컨베이어(belt conveyer)나 화차(貨車), 화물선, 트럭 등의 반송수단(搬送手段)에 의하여 채굴 현장 내외의 보관저장소나 처리시설 등으로 반송되어 보관·저장되거나 처리되고 있다. 그 후에 철광석 등은, 벨트 컨베이어 등의 운반수단에 의하여 철광석 등을 사용하는 시설(예를 들면 제철소, 발전·공업용 열원 발생시설, 공장 등)로 반송되어 이용되고 있다.

이러한 채굴 현장, 반송수단, 처리시설, 사용시설 등에서는, 철광석 등에 비가 내리는 경우; 보관이나 청소 등을 할 때에 철광석 등에 살수(撒水)하거나 방수(放水)하는 경우; 석탄 및/또는 철광석을 물에 침지(浸漬)시키는 경우 등이 있다. 따라서 채굴 현장, 처리시설, 사용시설(특히 제철소 등) 등에서 철광석 등은 물과 접촉하는 일이 많다.

이와 같이 석탄 및/또는 철광석에 물이 접촉하여 물을 함유함으로써 석탄 및/또는 철광석의 슬러리가 발생하게 된다. 이러한 슬러리를 원료로서 재이용하거나 또는 폐기물로서 처분할 필요가 있다.

그런데 이들 슬러리는 유동성이 높아 여러가지 작업이나 처리를 하기가 어렵다. 예를 들면 이것을 옥외에 저장·보관하려고 하여도 유동성이 높으므로 높게 산적하는 것이 어렵고 또한 반송하는 것도 용이하지 않다.

이 때문에 석탄이나 철광석의 슬러리의 재이용이나 처분을 하기 위한 개질방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 콘크리트나 토사 등으로 피트(pit)를 형성해서 이 안에서 석탄이나 철광석의 슬러리를 천일건조(天日乾燥)시켜서 탈수하는 방법; 필터 프레스의 탈수장치를 이용해서 탈수하는 방법; 피트를 특정한 다공질체(多孔質體)로 형성하고 그 안에 석탄이나 철광석의 슬러리를 넣어서 이 슬러리중의 미분원료(微粉原料) 등을 다공질체에 흡착시키는 고액분리(固液分離)에 의하여 미분원료 등을 모으는 방법(특허문헌1)이 알려져 있다.

그러나 피트를 형성하기 위해서는 미리 그것을 형성하기 위한 넓은 장소나 피트 시공 작업이 필요하고, 게다가 피트내에서의 고화 건조에는 장시간이 필요하다. 또한 탈수처리장치를 사용하기 위해서는 그 장치를 설치하기 위한 설비투자와 설치장소가 사전에 필요하며, 또한 그 특정한 설치장소로 반송하여야만 한다.

따라서 보다 간편하게 석탄이나 철광석 및 그 슬러리를 개질할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

일본국 공개특허 특개평8-196820호 공보

본 기술은, 이러한 문제와 실상에 비추어 보다 간편한 석탄 및/또는 철광석, 그 슬러리의 개질방법 및 이에 따라 개질된 원료의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 슬러리 상태 때문에 취급이 어렵고 간편하게 개질하기 어려운 석탄 및/또는 철광석 슬러리에 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합하면, 간편하게 이 슬러리의 유동성을 저하시킬 수 있고 얻어진 개질물은 안정적으로 취급하기가 용이하였다.

따라서 본 기술은, 이하의 〔1〕∼〔7〕에 관한 것이다.

〔1〕석탄 및/또는 철광석 슬러리에 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합하는 것을 특징으로 하는 석탄 및/또는 철광석 슬러리의 개질방법.

〔2〕상기 수용성 고분자화합물이, 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머인 것을 특징으로 하는 상기 〔1〕항에 기재된 개질방법.

〔3〕상기 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합한 후에 무기금속염을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 〔1〕 또는 〔2〕에 기재된 개질방법.

〔4〕상기 무기금속염이 알루미늄염인 상기 〔3〕에 기재된 개질방법.

〔5〕석탄 및/또는 철광석 슬러리에 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합하는 것을 특징으로 하는 개질된 원료의 제조방법.

〔6〕상기 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합한 후에 무기금속염을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 〔5〕항에 기재된 제조방법.

〔7〕수용성 고분자화합물을 함유하는 석탄 및/또는 철광석 슬러리 개질제.

본 기술에 의하면, 보다 간편하게 석탄 및/또는 철광석으로부터 발생하는 석탄 및/또는 철광석 슬러리나, 제철소 등에서 발생하는 석탄 및/또는 철광석 슬러리를 취급이 용이한 퇴적물로 개질할 수 있다. 이에 따라 취급이 용이한 석탄 및/또는 철광석을 포함하는 원료를 얻는 것이 가능해진다.

도1은, 철광석계 슬러리의 유동성 개선 시험 : 수용성 고분자화합물(Ａ제) 및 무기금속염(Ｂ제)을 첨가해서 교반한 경우(각각 1 : 1, 2 : 1, 3 : 2, 3 : 3, 5 : 5kg/m³) 또는 무첨가로 교반한 경우(0 : 0kg/m³)의 결과를 나타낸다.
도2는, 석탄계 슬러리의 유동성 개선 시험 : 수용성 고분자화합물(Ａ제)을 첨가해서 교반한 경우(1, 2, 3kg/m³) 또는 무첨가로 교반한 경우(0kg/m³)의 결과를 나타낸다.
도3은, 석탄계 슬러리의 건조 촉진 시험 : 수용성 고분자화합물(Ａ제) 및 무기금속염(Ｂ제)을 첨가해서 교반한 경우(5 : 5kg/m³) 또는 무첨가로 교반한 경우(0 : 0kg/m³)의 결과를 나타낸다.

본 기술은, 석탄 및/또는 철광석 및 그 슬러리에 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합하는 것이다. 이때에 상기 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합한 후에 무기금속염(無機金屬鹽)을 더 첨가하고 혼합하는 것이 바람직하다.

처리 대상인 석탄 및/또는 철광석 슬러리란, 적어도 석탄 및/또는 철광석을 포함하는 슬러리이다. 그리고 여기에는 코크스(coke)나 슬래그(slag) 등 제철원료(製鐵原料)로서 사용되는 것이 더 포함되어 있어도 좋다.

상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리로서, 상기한 바와 같이, 광산의 현장 야드; 파분쇄(破粉碎) 등의 처리시설; 야적(野積) 등의 저장보관소; 벨트 컨베이어, 배, 화차 등의 반송수단; 제철소 등의 사용시설 등에 있어서 철광석 등이 물을 함유함으로써 발생하는 것 등을 들 수 있다.

예를 들면, 옥외 야드에 야적된 원료에의 강우(降雨)나, 분진(粉塵) 방지목적의 살수 등에 의하여 석탄이나 철광석, 코크스, 슬래그 등의 원료가 유출되어 배수구에 퇴적된 것; 원료를 반송하는 벨트 컨베이어를 세정하는 물을 저장하는 피트나 생산라인으로부터 유출된 원료를 빗물 등에 의하여 흘러 들게 하는 침전지(폰드(pond))에 퇴적된 것; 습식집진(濕式集塵) 플랜트로부터 회수한 퇴적물이나 야드에서의 퇴적물; 옥외 야드에 야적된 원료를 벨트 컨베이어에 의하여 반송할 때에 분진 방지 목적으로 살수되어서 물이 함유된 것; 건식집진(乾式集塵) 플랜트로부터의 회수물(回收物)에 물이 흘러서 슬러리화된 것; 운반수단, 처리시설, 저장관리장소 등에서 관리 보관의 목적으로 살수되어서 물이 함유된 것; 선내(船內)에서 저장 보관 목적으로 물을 침지시켜 웨트(wet) 상태인 것; 반송수단 등을 물로 세정하고 회수한 것 등을 들 수 있다.

미세한 석탄이나 철광석 등의 원료가 슬러리가 되기 쉬운데, 이 원료의 크기로서, 예를 들면 입경(최대 장경(長徑)) 5mm 이하의 것을 들 수 있다.

본 기술의 처리 대상인 석탄 및/또는 철광석 슬러리는, 성분에 탄(炭) 성분과 철(鐵) 성분이 포함되기 때문에 보수성(保水性)이 거의 없으므로, 일반적인 건설 공사 현장으로부터 나가는 굴삭토(掘削土)나 이상토사(泥狀土砂)와는 성상이 달라 취급이 곤란하다고 여겨지고 있었지만, 본 기술에 의하여 개질 함으로써 취급을 용이하게 하는 것이 가능해졌다.

상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리의 함수율(含水率)은, 특별하게 한정되지 않지만, 10질량％ 이상인 것이 바람직하고, 15∼80질량％로 하는 것이 더 바람직하며, 20∼70질량％로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 함수율은 ＪＩＳ Ａ 1125에 의하여 측정할 수 있다.

본 기술에 사용하는 수용성 고분자화합물은, 예를 들면 합성 수용성 고분자화합물, 반합성(半合成) 수용성 고분자화합물 및 천연 수용성 고분자화합물 등을 들 수 있다. 또 이하의 것들을 1종으로 또는 2종 이상 조합시켜서 사용하여도 좋다.

상기 합성 수용성 고분자화합물로서는, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(메타)아크릴아미드, 폴리(메타)아크릴산 또는 그 염, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐메틸에테르; (메타)아크릴산, (메타)아크릴아미드, 무수말레인산, 말레인산, 말레인산아미드, 말레인산이미드, 이타콘산, 크로톤산, 푸마르산 등의 공중합물 또는 그 염 등을 들 수 있다. 그 염으로서는, 예를 들면 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속염 등을 들 수 있다.

상기 반합성 수용성 고분자화합물로서는, 비스코스(viscose), 메틸셀룰로오스, 양이온화 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체; 알파화 전분, 카르복실 전분, 디알데히드 전분(dialdehyde starches), 양이온화 전분, 덱스트린, 브리티시 고무(British gum(dextrin)) 등의 전분 유도체; 양이온화 구아검(陽ion化 guar gum), 음이온화 구아검, 메틸글리콜키토산 등을 들 수 있다.

상기 천연 수용성 고분자화합물로서는, 전분, 만난(mannan), 구아검, 잔탄검(xanthan gum), 알긴산나트륨, 로커스트빈검(locust bean gum), 펙틴(pectin), 덱스트란(dextran), 젤라틴(gelatine), 람산검(rhamsan gum), 젤란검(gellan gum) 등을 들 수 있다.

또한 상기 수용성 고분자화합물은 음이온성, 양이온성, 비이온성, 양성의 어느 것이라도 좋다. 이 중에서 어류에 대한 독성이 적은 음이온성 및 비이온성이 바람직하고, 음이온성이 더 바람직하다.

상기 수용성 고분자화합물 중에서 합성 수용성 고분자화합물이 바람직하다.

상기 합성 수용성 고분자화합물은, 음이온성 모노머와 비이온성 모노머의 1종 또는 2종 이상을 구성 성분으로 하는 단독중합체 또는 공중합체가 적합하다.

상기 음이온성기(음이온성 모노머)로서는, 예를 들면 아크릴산, 메타 아크릴산, 말레인산, 푸마르산, 이타콘산 등의 카르복시산(모노머); 스티렌술폰산, 비닐술폰산, 3-아릴옥시-2-히드록시프로판술폰산 등의 술폰산(모노머) 등을 예시할 수 있다.

또한 상기 비이온성기(비이온성 모노머)로서는, 예를 들면 아크릴아미드(모노머)나 메타크릴아미드(모노머) 등을 예시할 수 있다.

상기 합성 수용성 고분자화합물 중에서 아크릴산계 및/또는 아크릴아미드계 폴리머가 바람직하다.

상기 아크릴산계 및/또는 아크릴아미드계 폴리머로서는, 예를 들면 아크릴산 단독중합물, 아크릴아미드 단독중합물, 아크릴산/아크릴아미드 공중합물, 폴리아크릴아미드의 부분 가수분해물, 아크릴산/아크릴아미드/2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산 공중합물, 아크릴산/말레인산 공중합물 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜서 사용하여도 좋다. 이 중에서 아크릴산/아크릴아미드 공중합물, 아크릴아미드 단독중합물, 폴리아크릴아미드의 부분 가수분해물이 고분자량이므로 바람직하다.

상기 아크릴아미드계 또는 아크릴산계 폴리머의 평균분자량은, 바람직하게는 1,000,000∼10,000,000, 더 바람직하게는 5,000,000∼9,000,000(고유점도법)으로 하는 것이 적합하다.

음이온성 고분자의 경우, 상기 아크릴산계 및/또는 아크릴아미드계 폴리머를 생성할 때의 아크릴산 단위의 함유량은, 사용하는 단량체의 전합계량(全合計量)(100mol％）에 대하여 바람직하게는 5mol％ 이상, 더 바람직하게는 20∼100mol％로 하는 것이 적합하다.

상기 수용성 고분자화합물을 사용할 때의 상태로서는, 특별하게 한정되지 않고, 분말상(粉末狀), 액체상(液體狀) 또는 에멀션상(emulsion狀)으로 사용하는 것이 적합하다. 특히 처리 대상의 수분을 증가시키지 않고 사용할 수 있는 분말상과 에멀션상으로 사용하는 것이 적합하다. 또한 슬러리의 개질 효과와 유동성 증대의 자가당착(antinomy)의 발생을 줄일 수 있는 에멀션상(바람직하게는, Ｗ/Ｏ형 에멀션상)으로 사용하는 것이 적합하다. Ｗ/Ｏ형 에멀션상의 수용성 고분자화합물은, 공지의 방법(예를 들면 일본국 공고특허 특공소52-039417호 공보, 일본국 공개특허공보 특개소51-41090호 공보)으로 제조할 수 있다.

상기 수용성 고분자화합물의 사용량은, 상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리 1m³에 대하여, 건조물 환산으로 보통 0.1∼15kg, 바람직하게는 1∼10kg의 범위에서 첨가하는 것이 적합하다. 이 범위 내의 사용량이면 과부족 없이 상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리를 조립물화(造粒物化)하는 것이 가능하고 경제적으로도 유리하다.

상기 수용성 고분자화합물은, 수용액(25도 : 상기 수용성 고분자화합물의 농도 0.1∼0.3질량％）으로 했을 때에 바람직하게는 ｐＨ6∼8이 되는 것이 적합하다.

상기 수용성 고분자화합물의 첨가·혼합은 적절하게 하면 좋지만, 일례로서, 상기 슬러리에 상기 수용성 고분자화합물을 첨가한 후에 보통 슬러리1m³당 0.5∼60분간 정도 혼합하면 좋다. 또한 석탄 및/또는 철광석 슬러리가 유분(油分)을 포함하는 경우에는, 상기 수용성 고분자화합물을 첨가하고 5∼60분간 방치한 후에 혼합하는 것이 작업 효율 향상의 점에서 적합하다.

상기 혼합(교반)을 함으로써, 이 슬러리중의 수분을 상기 수용성 고분자화합물에 포함시키면서 이 슬러리중에 상기 수용성 고분자화합물을 분산시킨다. 따라서 상기 수용성 고분자화합물이 석탄이나 철광석의 각 입자와 가교(架橋)하여 또 수분을 구속한다. 이에 따라 유동성이 저하된 처리물(개질된 원료), 즉 개질물을 얻는 것이 가능하게 된다.

상기 혼합에 사용하는 교반기 또는 혼련기에 대해서는, 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 백 호(back hoe), 윰보(excavator), 스테빌라이저(stabilizer), 2축 믹서 등 종래 공지된 것을 사용하면 좋다.

이때에 처리 온도는 특별하게 한정되지 않지만, 상온(5∼35도) 정도로 하는 것이 반응성의 점에서 적합하다.

또한 상기 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합한 후에 상기 무기금속염을 첨가·혼합하는 것이, 보다 끈기가 없는 단립상(團粒狀)의 개질된 퇴적물, 즉 뛰어나게 유동성이 저하하고 개질된 물(物)(원료)을 얻을 수 있으므로 적합하다.

상기 무기금속염으로서는, 특별하게 한정되지 않고, 예를 들면 1가금속염, 2가금속염 및 3가금속염 등을 들 수 있다. 또한 예를 들면 금속염화물, 금속황산염 등으로 분류할 수 있다.

상기 1가금속으로서는, 예를 들면 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속류 등을 들 수 있다. 또한 상기 2가금속으로서는, 칼슘, 바륨, 마그네슘 등의 알칼리토류 금속류 및 2가철 등을 들 수 있다. 또한 상기 3가금속으로서는, 알루미늄, 3가철 등의 3가금속 등을 들 수 있다.

이 중에서 2가금속염 및 3가금속염(염기성 산화물을 제외한다)으로부터 선택되는 1종 이상의 것이 바람직하다.

상기 2가금속염으로서는, 예를 들면 염화칼슘, 황산칼슘, 염화바륨, 염화마그네슘, 황산마그네슘, 염화제1철 등의 2가금속염화물이나 2가금속황산염 등을 들 수 있다.

또한 상기 3가금속염으로서는, 예를 들면 폴리염화알루미늄(ＰＡＣ), 황산알루미늄(황산밴드), 염화제2철, 황산제2철 등의 3가금속염화물이나 3가금속황산염 등을 들 수 있다. 이 중에서 알루미늄염이 바람직하고, 특히 ＰＡＣ나 황산밴드가 바람직하다. 이에 따라 처리물의 유동성이 더 감소되고, 또 옥외에서 강우에 노출되어도 주변에 영향이 적은 개질물을 얻는 것이 가능하게 된다.

이들은 1종 또는 2종 이상 조합시켜서 사용하여도 좋다.

상기 무기금속염을 사용할 때의 상태로서는, 특별하게 한정되지 않고, 분말상 또는 액체상의 상태로 사용하는 것이 적합하다.

상기 무기금속염의 사용량은, 상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리 1m³에 대하여, 건조물 환산으로 보통 0.1∼15kg, 바람직하게는 1∼10kg의 범위에서 첨가하는 것이 적합하다.

상기 무기금속염의 첨가후의 혼합은, 상기 수용성 고분자화합물을 포함하는 슬러리에 상기 무기금속염을 첨가한 후에 보통 1∼60분간, 바람직하게는 1∼30분간 정도 실시한다. 이 혼합(교반)에 의하여 조립물의 자립성이 촉진되기 때문에 보다 안정적으로 유동성이 저하한 퇴적물, 즉 보다 양호하게 개질된 퇴적물을 얻는 것이 가능하게 된다.

이때에 사용하는 교반기 및 혼련기에 대해서는, 상기와 마찬가지로 종래 공지된 것을 사용하면 좋다.

또한 이때에 처리 온도는 특별하게 한정되지 않지만, 상온(5∼35도) 정도로 하는 것이 반응성의 점에서 적합하다.

상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리를, 상기 수용성 고분자화합물 또는 상기 수용성 고분자화합물 및 무기금속화합물을 첨가·혼합한 후에 일정 기간 양생(養生)하는 것이, 건조가 촉진되고 경량화가 도모되므로 적합하다. 당해 양생 기간으로서는 바람직하게는 10∼150시간, 더 바람직하게는 48∼120시간으로 하는 것이 작업 효율의 면에서 적합하다.

그리고 이 상태에서 안정적인 조립(造粒)으로 하는 것이 가능하고, 이에 따라 슬러리가 개질되어, 상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리의 유동성을 저하시키는 것도 가능하게 된다. 그리고 얻어진 개질물의 건조, 양생후의 함수율은, 유동성을 저하시키고 또 경량화를 도모하기 위해서, 바람직하게는 10∼40질량％, 더 바람직하게는 15∼30질량％로 하는 것이 적합하다.

본 기술의 개질의 기구(機構)에 대해서 설명한다.

상기 석탄 및/또는 철광석 및 그 슬러리에 본 기술의 수용성 고분자(적합하게는 에멀션 상태)를 첨가한 후에(유분을 포함하는 슬러리의 경우에 적합하게는 첨가후 방치한 후에) 혼합·교반하면, 조습(調濕; 수분이 조절된) 석탄 및/또는 철광석 및 이 슬러리에 포함되는 수분을 포함하면서 수용성 고분자물질이 수분의 존재하에서 석탄 및/또는 철광석 및 이 슬러리중으로 분산된다.

이 상기 석탄 및/또는 철광석 슬러리 등의 상기 대상물에는 석탄이나 철광석이 고농도로 함유되어 있지만, 그 후에 물의 존재하에서 수용성 고분자화합물과 석탄 및/또는 철광석이 가교하여 조립화가 가능하다. 조립화함으로써 이 입자중에 수분이 구속되고 슬러리의 유동성이 억제되게 된다. 또한 개질된 것은 슬러리의 소성유동성(塑性流動性)의 개선에 의하여 증상의 개질이 나타나게 된다. 슬러리가 되기 전의 석탄 및/또는 철광석에서도, 본 기술의 수용성 고분자(적합하게는 에멀션 상태)를 물의 존재하에서 사용함으로써 이들의 개질이 가능하다. 따라서 개질된 철광석 등은 그 후에 물과 접촉해도 슬러리화가 억제되므로 취급이 용이하다.

또한 본 기술의 수용성 고분자화합물 외에, 무기금속염을 첨가 교반 함으로써 조립물의 자립성을 촉진시킬 수 있다. 이에 따라 보다 안정적인 조립물이 된다.

이와 같이 유동성이 높은 석탄이나 철광석의 슬러리를 신속하게 개질하여 산적이 가능한 상태의 것으로 할 수 있다. 또한 개질물은 강우 등에 폭로되어도 다시 슬러리화하지 않아, 쌓아 올린 더미의 붕괴도 방지할 수 있다. 또한 개질물은 덤프 등으로 운반하기 쉬운 자립성을 가지며, 또한 벨트 컨베이어 등으로 반출하기 쉬운 크기(예를 들면 지름 10mm 정도)로도 할 수 있다.

여기에서 석탄 및/또는 철광석 슬러리는, 유동성이 높고 또한 무겁고 물 빠짐도 나쁘기 때문에, 반출에도 시간이 걸리고 또 옥외에서는 높게 쌓을 수 없으며 건조에도 장시간이 요구되었다.

예를 들면, 종래에는 석탄이나 철광석 등의 제철원료를 포함하는 슬러리를 천일로 건조시켜 유동성을 저하시킨 후에 쌓아 올리기 등을 하고 있지만, 옥외에서 하기 때문에 날씨에 좌우되기 쉽고, 건조에는 장기간이 필요하다. 또한 강우에 의하여, 쌓아 올린 더미의 표면의 입자가 강우 등으로 유출되거나, 상기 제철원료를 포함하는 쌓아 올린 더미가 무너질 가능성도 있다.

또한 제철원료를 포함하는 산적한 퇴적물 위(표면)에 Ｗ/Ｗ형 에틸렌-아세트산비닐 유산비닐 수지 에멀션을 살포하여 더미의 표면을 고화(固化)하는 방법도 채용되고 있다. 그러나 석탄이나 철광석을 산적하기 전에 어느 정도 건조되어 있지 않으면, 높게 쌓아 올릴 수 없고, 건조에 시간이 필요하다. 또한 이 수지 에멀션의 살포는 경화까지 수일(數日)이 걸리기 때문에, 그 사이에 강우가 있으면 약제(藥劑)가 빗물과 함께 유출해버려 효과를 발휘할 수 없다.

또한 생석회(生石灰)를 첨가하는 방법도 채용되고 있다. 산화칼슘(생석회)을 상기 슬러리에 첨가하여 석탄이나 철광석중의 수분과 산화칼슘과의 수화(水和; hydration)반응으로 발생하는 반응열로 수분을 증발시킴과 아울러 수화반응에 의하여 상기 슬러리를 경화시킨다. 이렇게 함으로써, 함수율의 저하와, 적산이나 운반에 적당한 상태의 개질된 것을 얻는 것이 가능하다. 그러나 생석회를 대량으로 첨가하기 때문에 처리물의 양이 증대해버려, 넓은 처리장소, 보관장소가 필요하고 또한 운반량이 증가해버린다. 또한 고알칼리성의 분말을 대량으로 사용하기 때문에, 이것을 취급할 때에 작업자에 대한 알칼리 폭로의 가능성이 있고, 또 고알칼리성 퇴적물의 분진 비산의 가능성도 있다.

이에 대하여 본 기술의 방법에 의하면, 상기 석탄이나 철강석, 그 슬러리에 시멘트나 석회를 첨가하지 않더라도, 제철 등의 재이용시에 영향이 없거나 거의 없는 소재(상기 수용성 고분자화합물이나 상기 무기금속화합물)를 첨가하고 혼합함으로써, 유동성이 저하하고 재이용 가능한 개질된 원료(재이용 원료)를 얻을 수 있게 된다. 즉 상기 고분자화합물을 사용하여 석탄 및/또는 철광석, 그 슬러리를 원료(재이용 원료)로 제조할 수도 있다. 또한 이 소재는 인체에 영향이 적기 때문에, 교반 혼합중이나 반송에 알칼리 폭로 등의 문제도 없어 작업 효율이나 안전성도 향상된다.

또한 상기 석탄이나 철강석, 그 슬러리(퇴적물)는 조립화되어 물 빠짐을 촉진하기 때문에 보다 건조하기 쉬운 상태가 된다. 그리고 건조에 있어서 개질물의 함수율은 낮아지고 가벼워져서, 이 개질물은 안정적인 조립상을 유지할 수 있기 때문에 용이하게 운반할 수 있고 또한 높게 산적할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 기술의 수용성 고분자화합물은 대상물에 물의 존재하에서 첨가되고 혼합됨으로써, 석탄 및/또는 철광석의 원료를 개질하는 것; 석탄 및/또는 철광석 슬러리를 개질하는 것이 가능하다. 또한 본 기술의 수용성 고분자화합물을 사용함으로써 개질된 석탄 및/또는 철광석의 원료를 제조할 수도 있다.

그리고 본 기술의 수용성 고분자화합물은, 석탄 및/또는 철광석원료의 개질제; 이 슬러리의 개질제 등의 개질제(이하, 「개질제」라고도 한다)를 제조하기 위해서 사용할 수 있다. 상기 개질제에는, 필요에 따라 무기금속염, 유화제, 계면활성제 등의 임의성분을 배합하여도 좋다. 이 임의성분은 상기 개질제의 보조제로서 사용하는 것이 가능하고, 상기 개질제와 동시에 또는 각각 사용하여도 좋다. 또 이들 각 제는 액체, 고체, 분말 등의 어느 상태여도 좋다.

여기에서 본 기술의 대상물로서, 예를 들면 석탄 및/또는 철광석(이하, 「철광석 등」이라고도 한다), 물을 함유한 철광석 등 및 철광석 등의 슬러리 등을 들 수 있고, 슬러리가 되기 전의 것이어도 좋다.

그리고 본 기술의 석탄 및/또는 철광석의 원료의 개질방법, 상기 슬러리의 개질방법에 있어서, 상기의 수용성 고분자화합물(또한 무기금속염)을 그대로 또는 수용액으로 하여 상기 대상물에 사용할 수 있다. 또한 상기의 수용성 고분자화합물(또한 무기금속염)을 개질제로서 대상물에 사용할 수도 있다. 예를 들면 본 기술의 개질제는, 석탄 및/또는 철광석 또 그 슬러리에 첨가·혼합 함으로써 보다 양호한 성상(물 빠짐, 가벼움, 조립 형상 등)의 개질물을 얻는 것이 가능하다. 또한 처리방법의 일례로서, 철광석 등을 수용액 상태의 본 기술의 개질제 등으로 처리하여도 좋고, 물을 함유하는 철광석 등을 분체상의 본 기술의 개질제 등으로 처리하여도 좋다.

「본 기술의 수용성 고분자화합물 및 그 수용액, 본 기술의 수용성 고분자화합물을 함유하는 개질제」를 「본 기술의 개질제 등」이라고도 한다.

따라서 본 기술은, 석탄 및/또는 철광석에 물의 존재하에서 본 기술의 개질제 등을 첨가하고 혼합하는 석탄 및/또는 철광석의 개질방법; 개질된 원료의 제조방법을 제공하는 것도 가능하다.

이 개질방법; 개질된 원료의 제조방법의 각 조건은, 상기한 석탄 및/또는 철광석 슬러리 개질방법; 개질된 원료의 제조방법의 각 조건과 같으면 좋다.

상기 「물의 존재하에서」는, 상기 「석탄 및/또는 철광석 슬러리의 함수율」과 동일한 함수율이 되도록 석탄 및/또는 철광석중에 물이 존재하고 있으면 된다. 또한 상기 「석탄 및/또는 철광석 슬러리 1m³」를 「물의 존재하의 석탄 및/또는 철광석 1m³」로 바꿔 읽어서 실시하면 좋다.

본 기술의 개질제 등의 사용 장소는, 석탄 및/또는 철광석을 물의 존재하에서 본 기술의 개질제 등을 첨가하고 혼합하는 것이 가능한 장소이면 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들면 상기한 바와 같이, 광산의 현장 야드; 파분쇄 등의 처리시설; 야적 등의 저장보관소; 벨트 컨베이어, 배, 화차 등의 반송수단; 제철소 등의 사용시설 등을 들 수 있다.

본 기술의 개질제 등의 사용 수단으로서, 예를 들면 상기 대상물에 본 기술의 개질제 등을 첨가(살포 등) 교반하는 것이 가능한 장치; 혼련기를 구비한 반송수단에 있어서 반송되고 있는 상기 대상물에 본 기술의 개질제 등을 첨가(살포 등)하고 혼련하는 것이 가능한 장치 등을 들 수 있다.

더 구체적으로는, 반송·산적 등을 위한 연속 개질 처리시스템 등으로서, 상기 대상물을 야드에 산적할 때 또는 배, 트럭 등으로 이송할 때의 반송수단(예를 들면 벨트 컨베이어 등)에 혼련기를 구비하고, 반송되고 있는 상기 대상물에 상기 혼련기에 의하여 본 기술의 개질제 등을 첨가·혼련 하는 것; 상기 대상물(예를 들면 조습(調濕) 철광석 등)을 선내에 또는 선내로부터 반송하는 수단에 혼련기를 구비하고, 반출 반입시에 상기 대상물에 본 기술의 개질제 등을 첨가·혼련하여 반송수단에 적재하는 것 등을 들 수 있다.

또한 배, 화차, 트럭 등의 반송수단에 혼합장치를 설치하고, 반송중에 본 기술의 개질제 등을 상기 대상물에 첨가·혼합하는 것 등도 들 수 있다.

또한 보관·저장시에 상기 대상물을 교반(혼합)할 수 있는 기계나 장치로 본 기술의 개질제 등을 첨가·혼련하는 것 등을 들 수 있다.

또 이하에 예를 들지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 벨트 컨베이어로 반송하고 있는 유동성이 높은 슬러리가 콘베이어로부터 낙하할 때에 본 기술의 개질제 등을 살포하고, 파일(pile) 등에서 백 호로 교반 처리하는 방법. 트럭, 배 등으로 반송한 유동성이 높은 슬러리에 본 기술의 개질제 등을 첨가하고 혼합 처리하는 방법. 습윤의 석탄 및/또는 철광석을 선내로부터 버킷(bucket)으로 벨트 컨베이어로 반출하는 단계에 있어서 혼련기에 의하여 본 기술의 개질제 등을 연속적으로 첨가하고 혼합 처리하는 방법. 야드에 파일링할 때에 혼련기에 의하여 철광석 등에 본 기술의 개질제 등을 연속적으로 첨가하고 혼합 처리하는 방법.

실시예

이하에 구체적인 실시예 등을 설명하지만, 본 기술은 이에 한정되는 것은 아니다.

〔시험예1〕철광석 슬러리의 유동성 개선 확인 시험

<실험 조건>

ＪＩＳ R 5201에 의한 시멘트의 물리성상 시험을 참고로 하여, 개질된 습광 슬러리의 내진동성(耐振動性)을 평가하기 위해서, 테이블 플로우(table flow)의 낙하충격 횟수를 ＪＩＳ가 정하는 15회부터 50회까지 늘려서 평가하였다. 또한 0회인 경우도 평가하였다.

1)슬러리 0.5L를 모르타르 믹서(mortar mixer)(용량 3L)에 투입하였다. 이때에 사용한 슬러리는 표1에 나타내는 것을 사용하였다.

슬러리는 제철소에서 얻은 슬러리상의 퇴적물이며, (파쇄)철광석을 철 농도 40∼80질량％ 포함하는 것으로서, (파쇄)석탄도 포함되어 있다.

2)이것에 아크릴산/아크릴아미드 공중합물을 40질량％ 함유하는 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머를 표2에 나타내는 배합량 첨가하고, 30초 교반하였다.

여기에서 표 중의 「ｋｇ/m³」이란, 슬러리 1m³에 대한 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머의 에멀션으로서의 사용량(ｋｇ)이다.

또한 아크릴산/아크릴아미드 공중합물의 고유점도 환산에 의한 분자량은 800만이었다. 또 아크릴산/아크릴아미드 공중합물의 아크릴산 단량체의 mol％는 35mol％이었다.

Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머(ｐＨ6∼8 정도)는 공지의 방법(예를 들면 일본국 공고특허 특공소52-039417호 공보, 일본국 공개특허공보 특개소51-41090호 공보 참조)으로 제조할 수 있고, 구체적으로는, 광물유(鑛物油)에 계면활성제(상전환제(phase-inverting agent)도 포함한다) 및 아크릴산/아크릴아미드의 단량체 수용액을 첨가하고 유화중합에 의하여 얻는 것이 가능하다.

3)그 후에 이것에 ＰＡＣ를 10질량％ 함유하는 무기금속염 수용액을 표2에 나타내는 배합량을 첨가하고, 30초간 교반하였다.

여기에서 표 중의 「ｋｇ/m³」이란, 슬러리 1m³에 대한 무기금속염 수용액의 사용량(ｋｇ)이다.

4)시료를 꺼내고, ＪＩＳ R-5201에 준거하여 테이블 플로우값(낙하충격 횟수 : 0회)을 계측하였다.

5)테이블의 낙하충격후의 테이블 플로우값을 계측하였다.

시험예1의 결과를 표2 및 도1에 나타냈다.

실험2-5와 같이, 수용성 고분자화합물의 첨가량의 증가에 따라 낙하충격 0회(n=0)의 플로우값이 작아져, 슬러리의 유동성이 저하, 즉 개선되어 가는 것이 확인되었다.

또한 실험 2-5는, 실험1(무처리 : 현상처리)과 비교하여 플로우값은 현저하게 개선된 것이 확인되었다.

실험6에서, 낙하충격 50회(n=50)시의 테이블 플로우값이 110mm를 하회하였다. 낙하충격 50회후의 테이블 플로우값이 110mm 이하가 되면, 슬러리이었던 것이 충분하게 개질되어서 단립상(團粒狀)의 형태가 되고 형태도 안정적으로 유지할 수 있는 것이 확인되었다.

〔시험예2〕석탄 슬러리의 유동성 개선 확인 시험

제철소에서 얻은, 표3의 석탄 슬러리를 사용하고, 각 측정치는 상기의 시험예1에 준하고, 표4에 나타내는 첨가량(시험예1과 동일한 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머 및 무기금속염 수용액을 사용)으로 슬러리의 처리를 하였다.

시험예2의 결과를, 표4 및 도2에 나타냈다.

실험7-12와 같이, 수용성 고분자화합물의 첨가량의 증가에 따라 낙하충격 0회(n=0)의 플로우값이 작아져, 슬러리상의 유동성이 저하, 즉 개선되어 가는 것이 확인되었다.

또한 실험8-12는, 실험7(무처리 : 현상처리)과 비교하여 플로우값은 현저하게 개선된 것이 확인되었다.

실험12에서, 낙하충격 0(n=0) 및 50회(n=50)시의 테이블 플로우값이 110mm을 하회하였다. 낙하충격 50회후의 테이블 플로우값이 110mm 이하가 되면, 슬러리이었던 것이 충분하게 개질되어서 단립상의 형태가 되고 형태도 안정적으로 유지할 수 있는 것이 확인되었다.

〔시험예3〕석탄 슬러리의 건조촉진효과 확인 시험

슬러리는 시험예2(표3)의 석탄 슬러리를 사용하였다. 이때에 시험예1의 <실험 조건>에 준하고, 실험14로서, 표5에 나타내는 첨가량(시험예1과 동일한 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머 및 무기금속염 수용액을 사용)으로 슬러리의 처리를 하였다.

슬러리를 무처리 및 개질 처리한 후에 실온(25도)에서 방치하고 건조상태를 비교하였다.

시험예3의 결과를 표5 및 도3에 나타냈다.

실험13 및 14와 같이, 개질된 것의 함수율의 저하 속도가, 무처리의 슬러리와 비교하여 빠른 것이 확인되었다. 즉 슬러리를 약제 첨가에 의하여 개질 처리 함으로써 건조촉진효과가 확인되었다.

〔시험예4〕유분함유 철광석 슬러리의 개질 시험

제철소에서 얻은, 표6의 철광석 슬러리를 사용하고, 상기의 시험예1에 준하고, 표7에 나타내는 첨가량 및 에멀션 폴리머 첨가후, 혼합할 때까지의 방치 시간에 슬러리의 처리를 하였다.

시험예4의 결과를 표7에 나타낸다. 표7에 나타내는 바와 같이 유분(n-헥산 추출물)을 다량으로 함유하는 슬러리에서는, 에멀션 폴리머 첨가후에 방치한 후에 혼합 함으로써, 개질할 때까지의 혼합시간을 단축할 수 있다.

또, 이 슬러리에 n-헥산을 첨가하고 혼합하여, n-헥산에 의하여 슬러리에 포함되는 유분을 추출하고, 이 추출량을 슬러리중의 유분량으로 하여 표6에 나타냈다.

이상으로부터, 석탄·철광석 슬러리에 수용성 고분자화합물을 첨가하고 혼합 함으로써, 슬러리의 유동성을 저하(개선)시키는 것이 가능하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 유동성이 저하함으로써 더 높게 산적할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한 수용성 고분자화합물을 혼련한 후에 무기금속염을 더 혼련함으로써, 보다 양호한 조립물로 하는 것이 가능함을 확인할 수 있었다.

이와 같이 수용성 고분자화합물을 사용하거나 또는 수용성 고분자화합물 및 무기금속염을 병용하면, 슬러리상으로부터 양호한 조립물로 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 유분을 함유하는 슬러리에서는 수용성 고분자화합물을 첨가하고 방치시킨 후에 혼합하면, 방치시키지 않고 혼합하는 경우와 비교하여 개질할 때까지의 혼합시간이 짧아지는 것이 확인되었다.

본 기술에 의하여 슬러리(슬러리상의 퇴적물 등)의 유동성을 저하시킴과 아울러 조립화할 수 있다. 또 건조 촉진에 의하여 경량화도 가능하게 된다. 이러한 더 우수하게 개질된 것을 얻을 수 있으므로, 이 개질물을 더 높게 산적하는 것도 가능하고, 처리장소도 공간을 절약하게 할 수 있다. 또한 사용하는 수용성 고분자화합물 및 무기금속염은 거의 무해하므로 작업자의 안전성을 확보하기 쉽고 게다가 작업성도 향상된다. 또한 알루미늄이 재이용 가능한 경우에는 제철원료로서 재이용하는 것도 가능하고, 또 폐기물로서 처분하는 경우에도 취급이 용이하다.

Claims (7)

1. 석탄(石炭) 및/또는 철광석 슬러리(鐵鑛石 slurry)에 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머(Ｗ/Ｏ型 emulsion polymer)를 첨가하고 혼합하는 것을 특징으로 하는 석탄 및/또는 철광석 슬러리의 유동성을 저하시키는 개질방법(改質方法).
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머가, 음이온성 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머(anion性 Ｗ/Ｏ型 emulsion polymer)인 것을 특징으로 하는 개질방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머를 첨가하고 혼합한 후에, 무기금속염(無機金屬鹽)을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 개질방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 무기금속염이 알루미늄염인 개질방법.
   
5. 석탄 및/또는 철광석 슬러리에 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머를 첨가하고 혼합하는 것을 특징으로 하는 유동성을 저하시켜 개질된 원료의 제조방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 Ｗ/Ｏ형 에멀션 폴리머를 첨가하고 혼합한 후에, 무기금속염을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 삭제

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