제철용해분진으로부터 아연회수 실험

소개글

제철용해분진으로부터 아연회수 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

습식제련이 있는데 이번 실험방법은 건식제련이다. 건식제련과 습식제련을 쉽게 구분하는 방법은 수용액을 쓰면 습식제련 수용액을 안 쓰면 건식제련이라고 할 수 있겠다. 건식은 부대비용이 많이 들어간다. 습식은 환경오염이 많이되고 공정이 길어지고 복잡해진다. 그러나 고순도의 아연을 얻을 수 있다. 그래서 대부분의 공정에서 습식을 이용한다. 그리고 건식은 상온에서 공기층과 접촉하므로 결함이 생긴다. 습식은 용액안에 있으므로 결함이 생기지 않는다.
습식 제련을 통해 얻은
아연 잉곳의 모습
건식 제련을 통해 얻은
아연 잉곳의 모습
건식 제련을 통해 얻은
아연 잉곳의 뒷면
여러 결함들이 생겨있는 것을 확인할 수 있다
5. 결론 및 고찰
이번 실험은 제철용해 분진으로부터 아연을 회수하는 공정에 대해 알아보는 실험이었다.
제철용해분진이란 제철과정에서 발생한 분진을 용해시킨 것으로 이 속에는 활용할 수 있는 많은 금속들이 포함되어 있다. 현재 국내 철강 생산의 약 40%는 전기로(EAF)를 통해 이루어지고 있으며, 이 과정에서 생성된 제철분진은 납이나 카드뮴처럼 지하수 등에 용출될 수 있는 환경에 유해한 성분을 포함하고 있다. 국내에서는 유해폐기물로 분류해 관리되고 있었는데, 마땅한 처리 방법을 찾지 못했던 제철제강 회사들은 그동안 이 폐기물들을 매립했지만 이 방법은 필연적으로 폐기물 처리비용과 환경오염을 수반할 수밖에 없었다.
이 때문에 매립 비용이 증가하고, 정부와 환경단체를 통한 사회적인 압력이 나날이 증가함에 따라, 제강사들은 이제 제강분진에서 아연이나 철과 같은 재활용 가능한 천연자원을 회수, 재이용하는 지속 가능한 방식의 폐기 옵션을 채택하고자 방법을 찾기 시작했다. 이번 아연회수 실험은 이러한 제철폐기물의 재활용 방법과 과정을 한번 살펴보고 직접 환원을 해보는 것에 있을 것이다.
반응식은 다음과 같다.
ZnO + C = Zn + CO2(g) or CO(g)
실험결과는 다음과 같다.
주철용해분진 40g에 코크스 12g을 섞었을 때 회수된 아연이 가장 많은 것을 알 수 있다.
전기로에서 얻은 야연을 회수하는 과정에서 전기로에 남아서 채 회수되지 못한 것도 있고 또 carrier gas의 역할과 불활성 분위기를 유지해주는 아르곤의 흐름을 따라 배출된 것도 있을 것이다. 그럼에도 불구하고 주철용해분진의 무게에 약 70% 정도에 해당하는 무게의 아연을 회수할 수가 있었다.
또한, Ellingham diagram을 통해 환원반응이 일어나는 대략적인 온도를 추정할 수 있었다. 약 1100도 이상에서 2C+O₂ = 2CO 와 C+O₂ = CO₂의 ΔG값이 2Zn+O₂ = 2ZnO 보다 음의 방향으로 더 크므로 환원반응은 약 1100도 이상에서 일어날 것으로 추측했다. 실제로 환원반응이 일어나게 하기 위해서 전기로의 온도를 약 1000도정도로 설정했다.
환원된 아연이 다시 산화되는 것을 방지하기 위해 아르곤을 넣어 불활성분위기를 유지해주었고 또 기체상태의 아연이 반응로에서 정체되지 않고 리액터에 잘 부착되어지기 하기 위해 아르곤을 통해 흐름(flow)를 만들어 주었다. 회수한 아연을 잉곳으로 만들기 위해 고주파로를 사용할 때에도 아르곤등의 불활성기체를 넣어 아연이 다시 산화가 되는 것을 방지했어야 했지만 실험기구의 문제로 불활성기체를 사용하지 못해 도가니에 하얗게 산화아연이 생겼다.
실제 많은 재활용 공정에서 습식 제련법을 이용하여 고순도의 아연을 생산하고 있다. 이렇게 생산된 아연은 여러 분야에서 사용이 가능하다. 철에 내부식성 도금을 하는데 사용이 되며, 황동(아연과 구리의 합금)에서처럼 다른 금속과 합금을 만드는 데 사용되며, 아연-탄소 건전지(망가니즈 건전지)에서 음극으로 사용된다.
실제로, 포항제철소는 철광석을 녹여 쇳물을 만드는 제선공정에서 발생하는 고로슬래그를 100%비료, 세라믹, 골재용으로 재활용하는 등 폐기물 자원화율이 2002년 8월 기준으로 98.7%에 달했다. 쇳물을 강철로 만드는 제강공정에서 발생하는 제강슬래그와 고로슬래그는 혼합해 도로용 골재 등으로 활용하고 있다.
폐수정화 과정에서 발생하는 슬러지도 재활용 대상으로 철분 함유량이 낮은 슬러지를 시멘트 원료화하는기술을 시멘트 메이커와 공동으로 개발, 100% 자원화에 성공했다고 한다.
이번실험을 통해 제철용해분진이 매립되어져야 할 폐기물이 아닌 이용가능성이 큰 자원임을 알 수 있었고, 제철제강 과정에서 발생하는 환경오염을 줄일 수 있는 방법을 연구하고 개발해 내는 것이 큰 과제임을 알 수 있었다.

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