전기로(EAF)에서 생산되는 강철 1톤당 15~25kg의 분진(백필터로 포집되는 미세 입자 물질)이 발생합니다. 연간 50만 톤 규모의 제강소의 경우, 연간 7,500~12,500톤의 분진이 발생합니다. 이 분진은 아연, 납, 카드뮴과 같은 중금속을 함유하고 있어 매립 시 지하수로 스며들 수 있기 때문에 대부분의 국가에서 유해 폐기물로 분류됩니다.
몬테 인텔리전스는 10년 이상 전기로 분진 처리 시스템 분야에 종사해 왔습니다. 전기로 분진 문제는 환경적 의무이자 경제적 기회이기도 합니다. 전기로 분진에는 일반적으로 15~30%의 아연이 함유되어 있는데, 이는 현재 채굴되고 있는 많은 아연 광석 매장량보다 높은 농도입니다.
전기로 분진의 구성은 고철의 혼합 비율을 반영합니다. 아연 도금 고철을 녹이는 공장에서 발생하는 분진은 아연 함량이 25~35%에 달할 수 있습니다. 반면, 주로 중량 고철이나 가정용 고철을 녹이는 공장에서 발생하는 분진은 아연 함량이 8~15%에 그칠 수 있습니다. 아연 함량은 재활용의 경제적 타당성을 결정하는 중요한 요소입니다. 아연 함량이 약 15% 이상일 경우, 분진 재활용은 일반적으로 경제적 이익을 가져다줍니다. 아연 함량이 10% 미만일 경우에는 재활용 비용이 회수된 아연의 가치를 초과할 수 있으며, 이 경우 안정화 처리 후 매립하는 것이 경제적으로 합리적인 선택이 됩니다. 하지만 규제 동향은 이러한 매립 방식에 반대하는 방향으로 나아가고 있습니다.
전기로 분진의 납 함량은 재활용 공정과 회수된 아연 제품의 시장성 모두에 영향을 미치기 때문에 중요하게 고려해야 합니다. 일반적인 납 함량은 1~5%입니다. 납과 아연은 화학적으로 매우 유사하여 경제적으로 분리하기 어렵습니다. 현재 널리 사용되는 재활용 기술인 웨일즈 소성로 공정은 일반적으로 0.5~2%의 납을 함유하는 산화아연 제품을 생산합니다. 이는 아연 제련 산업에서 허용 가능한 수준이며, 제련 과정에서 추가 정제가 가능합니다. 그러나 일부 시장에서는 납 함량 기준이 더욱 엄격해져 추가적인 정제 공정이 필요할 수 있으며, 이는 비용 증가로 이어집니다.
웨일즈 소성로 공정은 전 세계 전기로 분진 재활용의 핵심 공정으로, 전 세계 재활용 분진의 약 80%를 처리합니다. 이 소성로는 회전하는 원통형 용광로로, 일반적으로 길이 40~60미터, 직경 3~4미터이며 수평면에서 2~3도 기울어져 있습니다. 전기로 분진은 탄소질 환원제(주로 코크스 미분 또는 석탄)와 혼합되어 소성로에 투입됩니다. 투입물이 회전과 중력에 의해 소성로를 통과하면서 온도는 1100~1300°C까지 올라갑니다.
이러한 온도에서 분진 속의 산화아연은 탄소에 의해 환원되어 금속 아연 증기가 됩니다: ZnO + C → Zn(g) + CO. 아연 증기는 배출가스와 함께 소성로 밖으로 배출되어 장입물 위에 주입된 공기에 의해 다시 산화아연으로 변환됩니다: 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO. 생성된 산화아연은 소성로 하류의 백필터에서 포집됩니다. 웨일즈 산화물이라고 불리는 이 제품은 일반적으로 55~65%의 아연을 함유하고 있으며, 아연 제련소에 2차 원료로 판매됩니다.
웨일즈 가마에서 발생하는 비휘발성 잔류물인 슬래그에는 산화철, 석회, 규소 및 잔류 중금속이 포함되어 있습니다. 과거에는 이 슬래그를 매립했지만, 최근에는 도로 건설용 골재나 시멘트 제조 원료로 사용되는 사례가 늘고 있습니다. 이러한 유익한 용도로 사용되기 위해서는 슬래그가 침출 시험(예: 미국의 TCLP 시험 또는 유럽의 EN 12457 시험)을 통과해야 합니다.
웨일즈 가마의 대체 기술로는 회전로(RHF), 다단로(MHF), 플라즈마 기반 공정 등이 있습니다. RHF는 경사진 원통형 노 대신 평평한 회전 노를 사용하여 체류 시간을 단축하고 보다 정밀한 온도 제어가 가능합니다. MHF는 적층형 노와 래블링 암을 사용하여 재료를 층간에 이동시킵니다. 플라즈마 공정은 전기 아크 또는 플라즈마 토치를 사용하여 아연 휘발에 필요한 고온을 얻는데, 화석 연료 대신 전기를 에너지원으로 사용한다는 장점이 있습니다.
각 기술에는 장단점이 있습니다. 웨일즈 소성로는 연간 5만 톤 이상의 높은 처리량을 달성하는 데 가장 낮은 초기 투자 비용이 드는 옵션이지만, 코크스 소비로 인해 운영 비용이 더 높습니다. RHF는 에너지 효율이 더 높고 배출량이 적지만, 보다 균일한 원료가 필요합니다. 플라즈마 공정은 환경에 미치는 영향이 가장 적지만 전기 비용이 가장 높습니다. 하지만 저탄소 전기를 사용할 수 있고 탄소 가격제가 시행되는 경우에는 오히려 이점이 될 수 있습니다.
일반적인 Waelz 소성로에서 아연 회수율은 보통 90~95%입니다. 회수율이 90% 미만인 경우는 소성로 내 환원 조건 불량, 체류 시간 부족, 분진과 환원제의 혼합 불량 등 공정상의 문제가 있음을 나타냅니다. 소성로를 최적화하면 95% 이상의 회수율을 달성할 수 있지만, 마지막 몇 퍼센트 포인트의 추가 비용 대비 회수되는 아연의 가치가 크지 않을 수 있습니다.
와엘츠 가마에서 발생하는 철 함량이 높은 슬래그는 일반적으로 받는 관심보다 더 많은 관심을 기울여야 할 물질입니다. 연간 10만 톤의 전기로 분진을 처리하는 와엘츠 가마에서는 약 6만 톤의 슬래그가 발생합니다. 이 슬래그에는 30~40%의 철이 함유되어 있으며, 이는 회수하여 제강 공정에 재투입할 수 있습니다. 와엘츠 슬래그에서 철을 회수하는 기술로는 자력 분리 및 제련 환원 등 여러 가지가 개발 중이지만, 아직까지 널리 상용화된 기술은 없습니다.
몬테 인텔리전스는 전기로(EAF) 공정에 필요한 분진 처리 및 조절 시스템을 공급합니다. 여기에는 공압 이송, 펠릿화 및 저장 시스템이 포함됩니다. 또한 현장 재활용 시스템 투자, 중앙 웨일즈(Waelz) 소성로 이송, 또는 제3자 처리업체와의 계약 등 분진 재활용 전략에 대한 컨설팅도 제공합니다.
EAF 분진 관리 옵션에 대한 평가를 받으시려면 helenxu@cnlymonte.com으로 문의하십시오.
