CaO-Al2O3-SiO2-CaS 계 슬래그의 CaS 포화 용해도와 탈황능에 대한 연구

Abstract

석유 화학 탈황 폐촉매 내 다량 함유되어 있는 Ni, Mo, V 등의 유가금속을 회수하기 위하여 용융 환원을 이용한 건식 공정이 개발되었으며, 유가금속들은 Fe-V, Fe-Ni-Mo 합금철 형태로 회수되어 다양한 철강재료의 원료로써 사용된다. 폐촉매 내 10 중량% 이상 함유되어 있는 S 성분은 유가금속 회수 공정 중 상당량 합금철로 유입될 수 있으며, 이러한 합금철의 사용은 용강 중 S 농도를 상승시켜 제강공정에서 CaS 등 비금속 개재물의 생성으로 인한 연주시 노즐 clogging을 유발하고, 철강 제품에 함유되어 있을 시에는 고온취성을 유발시킬 수 있다. 이러한 문제들을 방지하기 위하여 폐촉매의 용융 환원 공정에서 CaO-Al2O3-SiO2 슬래그를 이용하여 S 성분을 제거하는데, 이때 CaS 포화 슬래그가 발생된다. 따라서 용융 환원 공정 중 슬래그와 용탕 내 S의 거동을 예측하는 것이 중요하고, 이를 위해서 상기 슬래그 내 CaS 포화농도 및 슬래그의 탈황능에 대한 열역학적 정보가 요구된다. 본 연구에서는 슬래그의 CaS 포화 농도와 S 분배비를 슬래그/메탈/CaS 반응평형을 이용하여 일정한 산소분압 하에서 1600℃에서 측정하였고, 열역학 모델을 이용하여 슬래그의 탈황능을 도출하였다. 또한 본 연구에서 도출한 열역학적 정보들을 이용하여 용융 환원 공정에서의 합금철 내 S의 정련 한계를 예측하였다.