철강슬래그의 재활용

철강슬래그의 재활용 2010.03.18

목 차 • 철강 Slag란? • 철강 Slag 제조공정 • 철강 Slag 종류 • 철강 Slag 재활용 • 철강 Slag 환경적 문제 • 결론

고로 슬래그 제강 슬래그 철강 Slag란? 1. 철강 슬래그란 ? 일관 제철공정을 갖춘 제철소의 경우 원료, 제선, 제강, 압연 및 스테인리스 등의 생산 과정을 거치면서 수많은 종류의 부산물 및 폐기물을 다량 발생하며 고로 슬래그와 제강 슬래그로 구분 ※. 일관제철소;제선, 제강, 압연의 세 공정을 모두 갖춘 제철소를 말한다. 제선은 원료인 철광석과 유연탄 등을 커다란 고로에 넣어 액체상태의 쇳물을 뽑아내는 공정을, 제강은 이렇게 만들어진 쇳물에서 각종 불순물을 제거하는 작업을, 압연은 쇳물을 슬래브(커다란 쇠판)형태로 뽑아낸 후 여기에 높은 압력을 가하는 과정 (Blast furnace slag) (Steel making slag)

철강 Slag란? • 고로 Slag : 철을 제련하는 제철 과정에서 발생하는 찌꺼기. 철광석 가운데 철분을포함하지 않는 부분이녹아 용광로로부터나오는 것. • 제강 Slag : 제강단계에서 전로로부터 나오는 불순물. 전로 Slag, 전기로 Slag(전기로 산화, 환원 Slag) 있다. (Blast furnace slag) (Steel making slag)

철강 Slag 제조공정

철강 Slag 종류 철강 Slag 괴재 Slag (air-cooled slag) 고로 Slag 수재 Slag (granulated slag) 전로 Slag 제강 Slag 전기로 Slag

도로용(기층, 보조기층, 밀러) • 철도도상용 • 콘크리트용 골재 • 항만재료 • 지반계량재 • 규산석회비료 • 암면 • 기타 서냉슬래그 고로슬래그 • 포틀랜드, 고로시멘트용(시멘트 혼합용) • 시멘트 플링커 원료 • 콘크리트 혼합제 • 결양기포 콘크리트 원료(ALC) • 지반 계량제 • 노상, 보조기층 안정처리 : 차단충용 • 규산석회 비료 • 항만재료 • 토목용재 수재슬래그 철강슬래그 전로슬래그 • 도로 노반용 • 아스팔트 콘크리트 • 시멘트 씰링커 원료 • 항만공사용 재료 (뒷채문재, 복토용, Sand mat 용) • 비료 및 토양 개량제 • 석회질 비료 제강슬래그 전기로슬래그 산화슬래그 환원슬래그 철강 Slag 종류

철강 Slag 종류 –고로 Slag • 제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 생성물 • 주원료(철광석)와 부원료(코크스, 석회석)의 회분에 존재하는 SiO2와 Al2O3등이 고온(약 1,500℃)의 쇳물과 함께 광물성분이 용해된 용융Slag가 발생. • 용융 Slag는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과 분리시킴. • 냉각 방법에 따라 (1) 괴재 Slag ( Palletized Slag -Air Cooled )  용융 Slag를 대기 중에서 서서히 냉각 (2) 수재 Slag ( Granulated Slag - Water Cooled )  용융 Slag를 고압의 물을 이용하여 급냉 발생량: 1ton 조강시 약 300kg 발생

철강 Slag 종류 –제강 Slag • 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아있는 탄소, 규소성분 등을 제거하는 공정에서 제강 Slag가 발생 • 제강 Slag에는 미 반응 CaO (free-CaO, 유리석회)가 포함되어 있는 관계로 재활용시 수개월 정도 야적하거나 뜨거운 증기를 이용한 Aging 과정이 필요 (1) 전로 Slag (BOF Slag, Convert Slag)  고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성 (2) 전기로 Slag ( EAF Slag)  고철 등을 전기로에서 정련할 때 외부에서 열을 가하여 원 료를 용해하여 정련.

철강 Slag 종류 –제강 Slag (1) 전로 Slag (BOF Slag, Convert Slag)  고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성  주 원료 : 용선, 고철 부 원료 : 생석회(CaO), 석회석(CaCO3) 및 돌로마이트(MgCO3∙ CaCO3)  발생량: 1ton당 150~180kg 발생 (2) 전기로 Slag ( EAF Slag)  고철 등을 전기로에서 정련할 때 외부에서 열을 가하여 원료를 용해하여 정련  종류: 전기로 산화 Slag, 환원 Slag (a) 전기로 산화 Slag : 용강을 교반하면서 산소를 흡입하면 강중의 탄소가 반응하여 CO의 기포가 생성되면서, 불필요한 성분의 산화물이 부상하고, 생성회와 반응하여 Slag 생성 (b) 환원 Slag : 산화과정에서 강제적으로 혼입한 과잉의 산소제거와 탈황을 위하여 환원제로 알루미늄, 코크스 가루를 살포하고, 생석회 등을 투입하여 환원 처리하면 Slag와 용강이 생성.  발생량: 전기로 산화 Slag  1ton당 120~150kg 환원 Slag  1ton당 50kg

철강 Slag 재활용 비료 시멘트용 기타 파쇄골재 시멘트 도로 토목용 원료 미분말 http://www.law.go.kr/admRulInfoP.do?admRulSeq=2000000010046 철강슬래그 및 석탄재배출사업자의 활용지침

철강 Slag 재활용 • 도로용 (고로 Slag) 고로슬래그는 도로용 골재로 사용하면 장기간에 걸쳐 노면의 지지력이 증가하는 특성 공공도로에 대량으로 사용 천연 골재에 비하여 품질, 시공성, 경제성이 우수 복합슬래그 (제강슬래그 +고로슬래그 혼합)는 고로슬래그의 장점인 지지력 안정 성과 제강슬래그의 장점인 견고성을 적절히 결합한 것으로 일본의 경우 1970년 대부터 도로에 널리 사용 • 시멘트 원료용(수재 Slag) 일반시멘트에 5%, 고로슬래그 시멘트에는 30 ~ 60%가 원료로 사용 고로슬래그 시멘트는 일반시멘트에 비하여 수밀성, 내열성, 내해수성, 내약품성 등이 우수하여 해양 및 연안 시설물, 각종 산업기지 및 도시하수시설 등으로 이용 도가 넓어지고 있다.

철강 Slag 재활용 • 토목용 수재슬래그나 괴재슬래그를 20mm이하로 파쇄한 것은 천연모래처럼 사용 급경사면이나 높은 성토지 조성, 연약지반의 개량 등에 사용할 경우 시공이 용이하고 안정성을 확보 • 항만 공사용 제강슬래그는 내부 마찰각이 크고 치밀하며 무거운 특성을 가지고 있어 항만공사용 토목재료로 활용 • 비료 및 토지 개량제  고로슬래그는 가용성규산, 석회, 마그네슘 및 각종 미량원소를 함유하고 있어 산 성토양의 개량과 작물의 증산효과가 있는 규산질비료의 원료로 사용  제강슬래그는 인산이나 각종 미네랄이 작물의 육성에 도움을 주며 산성토양의 개량제로 이용 • 새로운 이용분야  철강슬래그를 해양용 바닥복토재, 적조방지제, 인공어초 및 해조초 등 새로운 분야로의 연구 개발과 적용이 활발하게 이루어지고 있다.

고로 Slag 활용(슬래그 시멘트) 석회석 용광로 선철 철광석 제 철 소 코크스 고로슬래그 용광로 시멘트공장 클링거 석고 슬래그 시멘트

고로 Slag 활용 –규산질 비료 • 규산질 비료  알카리성분 (석회질성분 약 40%) 및 규산성분 (약 25%)을 다량함유하고 있는 무공해 비료  작물의 병 해충 및 내도복성을 강화시켜 증수효과  화학비료의 과다시비로 산성화된 토양과 중금속으로 오염된 토양을 중성으로 개량 시켜주는 역할 • 규산질 비료(규산)의 벼에 미치는 효과 증수 효과 : 23~30% 내도복성 증진 : 규화세포의 형성으로 도복 예방 및 경감 내충성 증진 : 이화명충, 벼멸구, 미세해충, 등 기상 재해 내성 증진 : 한발(가뭄), 냉해, 염해, 일조부족 독성, 영양장해 억제 효과 : 알루미늄, 아연, 망간, 철, 비소, 카드늄, 게르마늄, 질소과다 흡수 억제 부족 비료성분 흡수 촉진 : 질소, 인산, 칼리, 고토, 규산 포장절수 효과 자재 : 14%의 절수 효과 증산량 억제 효과 (한해 내성) : 33% 절감 노화 경감, 광합성 촉진, 품질 향상, 생체 온도 조절

도로용 복합슬래그 표층 기층 입도조정기층 복합슬래그 MS-25 보조기층 복합슬래그 MS-40, CS- 40 노상 복합슬래그 CSO-70

폐기물을 활용한 경질 다공성 흡음재 개발-토신(ト-シン) • 산업폐기물과 리싸이클재의 혼합에 의한 환경 친화적인 경질 다공성 흡음재 분쇄 유리 소결체와 철의 고로 생성 시에 나오는 폐기물의 수재 Slag를 혼합하여 탄 생한 제품. • 특징  철로 주변에 부설하는 것만으로 3~5dB 경감할 수 있고, 체감소음을 약 30% 낮출 수 있으며, 지하철 구내에서도 소음 절감 가능. 제진 블록은 흡음블록에 부틸 고무를 붙인 것으로 선박의 엔진 룸 벽의 제진 및 흡음에 적합.

용융 Slag를 석재화- 쯔기시마기계(月島機械) • 용융 Slag를 서냉에 의해 천연석과 다름없는 석재로 하는 것으로 석재화로에서 3시간에 걸쳐서 보온한 후, 서냉하는 것에 의해 용융 Slag를 석재화 하는 기술이다.  이 회사는 쓰레기를 열분해로에서 소석회를 투입하고, 400~600℃에서 가스화, 염화수소를 중화하고, 분해가스는 1000℃정도의 연소로에서 다이옥신을 발생 하지 않고 연소한다.  미 연소분의 타르나 재는 용융로에서 1400℃에서 용융, 발생하는 Slag는 천천히 서냉 하여 석재화 하여 완전 재활용.  재를 완전히 석재화하고, 분해가스와 타르를 분리하여 타르만을 용융한다.  열 분해로에서 염소분이 90%이상 저감되므로 다이옥신 발생이 극히 적다.

제강 Slag 활용 – 인공 어초 • 제강슬래그의 경우 고로슬래그와는 달리 팽창 자리성(자연적으로 붕괴하는 성질)이 있어 • 도로 건설용 자재로의 이용이 늦어졌으나 최근 이를 극복할 수 있는 활용기술이 활발히 연구되고 있음. • 고로슬래그에 비해 제강슬래그는 천영석 및 생물의 부착이 많기 때문에 커다란 전로슬래그의 덩어리를 해저에 퇴적하거나 중간크기의 덩어리는 상자에 넣어 어초(漁礁)로 활용하는 사례가 늘고 있음. • 또한 제강슬래그는 논농사용 특수비료나 밭농사 및 목초시설 원예용 비료로 재활용 할 수 있고 혹은 제철원료로도 재사용되고 있음. 슬래그를 재활용해서 만든 어초

철강 Slag 환경적 문제 • 제강 Slag 환경적 문제점  Aging이 필요한 이유 : (1)제강 공정에서 발생하는 슬래그는 공기 중에서 상온으로 냉각하여 굳힌 다음 분쇄하여 처리 (2) 이러한 공정으로 발생하는 제강슬래그는 미 반응 유리석회 CaO (free CaO, 또는 F-CaO)의 함량이 0.1~20%까지 변화 (3) F-CaO 함량이 1% 이상이 되면 팽창성 반응에 의해 스스로 붕괴됨 (F-CaO 함량이 증가할수록 커지는 경향이 있음) (※ F-CaO는 환경 오염원이자 슬래그 용도를 제한하는 화합물이다.) (4) F-CaO + H2O  Ca(OH)2 (유리석회 + 물  수산화칼슘)  알칼리 화합물인 Ca(OH)2는 해수, 공기오염 등 환경 악화 용인이 자 화학적 풍화작용을 일으켜 제강슬래그 사용용도를 제한함 (5) 제강 슬래그는 1~3개월의 야적에 의해 Aging이 필요하며, 이러한 공 정으로 넓은 야적장, 침출수, 비산먼지 등의 환경적인 문제 발생

철강 Slag 환경적 문제 • 제강 Slag 환경적 문제점  야적 또는 성토재로 사용 시 : (1) 야적에서 Aging 하는 경우 침출수로 인한 환경오염이 발생한다. (2) CaO + H2O = Ca(OH)2 (화학적으로 불안정한 미 반응 유리석회가 물과 반응하여 안정한 수산화칼슘이 생성되며, 부피가 2배 정도 팽창하게 됨) (3) Ca(OH)2  Ca2+ + 2OH- (강 알칼리 수가 되어서 pH가 10정도가 됨)

결론 • 철강 슬래그의 산출량은 매우 많다.( 국내 1,700만톤, 세계 4억톤)  2005년 국내기준 : 고로 슬래그 (850만톤), 제강 슬래그 (830만톤)  고로 슬래그는 고로시멘트의 원료로 재활용 (70% 정도) 되고 있음. • 제강 슬래그는 그 화학적 조성과 미 반응 유리석회의 높은 함량 때문에 침출수 등 환경적 우려가 크며, 제한적인 재활용 (단순 매립제 이용, 대규모 야적장, 장기 숙성이 요구, 팽창 현상에 의한 콘크리트 골재의 사용의 어려움) • 막대한 양의 철강 슬래그는 천연골재의 부족으로 인한 국내 콘크리트 산업의 중요한 대체재로서 활용 가능성이 높다.

철강슬래그의 재활용

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