화학야금실험 | 아연분말 및 아연잉곳 제조

 

 

 

TIP

 

 

산화아연을 전기로를 통해 환원시켜 아연 분말을 얻어 아연을 회수한다. 이후 사용되기 힘든 분말상태의 아연을 고주파 용융장치를 통해 Ingot 형태로 만들어준다.

 

 

 

철강에서 불순물을 제거하는 제강공정에서 발생하는제강분진은 아연, 철, 구리 등 많은 중금속을 포함하고 있어, 현재 지정폐기물로 지정되어 있다. 일반적으로 제강 분진은 철 생산량의 약 1 ~ 1.5%가 발생되는 것으로 알려져 있으며, 2013년 기준 약 40만 톤 정도가 발생되고 있다. 국내에서는 단순 매립하여 왔으나, 토양 및 지하수 오염에 대한 우려 증가 및 기술 발전에 따라 점차 재활용 비중이 증가하고 있으며, 2013년 기준 매립 30.1%, 재활용 65.3%, 기타 1.9%, 보관 2.7%로 조사되었다.

 

이러한 분진에는 아연, 철, 구리 등 많은 유가금속을 포함하고 있어 적절한 처리를 거치면 폐자원으로써의 가치가 창출된 다. 제강분진 내 아연의 회수에 관한 처리법으로는 건식 처리법과 습식처리법이 있으며, 건식처리법은 1,500℃ 이상의 로의 열을 이용하여 아연을 직접 휘발시켜 포집·채취하는 방식이다. 건식처리법은 대용량 설비가 가능하며 높은 회수율을 나타내지만, 연료비가 크다는 단점이 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 주철용해분진 제조

철 스크랩과 아연도금 스크랩을 주물로써 용해시킨 공기 속에 떠돌아다니는 미립자를 모아서 제거하는 장치인 집진기 및 후드를 통해 주철용해분진을 만들어낸다.

 

2) 주철용해분진과 활성탄 mixing

Mixing Ball을 이용하여 주철용해분진과 탄소성분인 활성탄을 혼합시킨다.

 

3) 아연금속 분말 제조 및 회수

전기로에 활성탄(코크스)과 주철용해분진이 고르게 섞인 물질을 전기로에 넣는다. 아연의 산화를 막기 위해 밀폐형 용기를 사용한다. 불활성 분위기를 형성하기위해 아르곤 가스를 전기로에 연결하여 주입해준다. 실험과정에서 아르곤 가스를 사용하는 이유는, 아르곤 가스는 불활성 기체로 아연원료와 활성탄(코크스)이 환원반응을 할 때 만약 산소와 같은 반응성 기체를 넣어주게 되면 산화반응과 같은 불필요한 반응이 일어나 아연의 회수율이 낮아질 수 있기 때문에 불활성 기체를 사용한다. 질소가스는 공기보다 밀도가 낮기 때문에 위로 뜨게 되는데 아르곤은 산소보다 밀도가 더 높기 때문에 아래에서부터 쌓이게 되고 아연이 컨덴서에 증착하는데 도움을 주게 된다.

 

 

4) 고주파로를 이용한 ingot 잉곳 제조

회수한 아연분말을 고주파로를 이용하여 ingot잉곳 형태로 만들어준다. 고주파로는 로가 열려있는 구조여서 분말로 넣으면 온도를 올리면 분말들은 입자가 작을수록 산화가 쉽게 발생하여 아연이 산화가 잘 되기 때문에 환원용 가스나 아르곤 가스를 넣어 산소와의 밀도 차이로 산소의 출입을 차단함으로써 산화를 방지한다.

 

 

 

[화학야금실험]폐자원인 주철용해분진으로부터 순도 높은 아연을 회수해 아연분말 및 아연잉곳