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I. 연구과제명
○ 주관과제명: 용융환원 기술을 이용한 폐촉매로부터 유가금속 회수기술 개발
○ 위탁과제명: 유가금속 회수용 전기로 내화재 침식기구 연구
II. 연구개발의 목적 및 필요성
○ 국내 정유회사에서 연간 27,000톤 이상 발생하는 석유화학 탈황 폐촉매에는 다량의 S 성분과 함께 Ni, Mo, V 등의 유가금속 성분들이 포함되어 있으며, 이 금속 성분들을 회수하기 위하여 습식 회수 공정이 상용화되어 있음.
○ 이 습식 회수 공정은 SO₂ gas, 폐수 등 2차 폐기물의 발생 및 Ni의 미회수 등의 문제가 있으며, 국내 업체들은 해외 선진업체와의 기술력 차이로 인하여 원료 물질인 폐촉매의 확보에도 어려움을 겪고 있음.
○ 이에 폐촉매 내 금속 성분을 전량 회수할 수 있으며, S 성분은 99% 이상 슬래그에 잔류시킬 수 있는 경제적이며 친환경적인 건식 공정의 원천기술이 개발되었음.
○ 본 과제에서는 개발된 건식 공정의 원천기술을 기존 습식 공정의 대체 기술로써 상업화하기 위한 실증화 연구를 목적으로 함.
III. 연구개발의 내용 및 범위
○ 폐촉매 용융환원 공정
- 350kVA급 실증 아크전기로를 이용한 Ni-Mo 폐촉매 및 Ni-Mo-V 폐촉매 내 유가금속 회수를 위한 용융환원 조업을 통하여 Ni, Mo, V의 회수율과 탈황율을 평가함. (목표 : Ni, Mo, V 회수율 90% 이상, 회수 합금 내 S 함량 0.1% 이하)
- 회수 합금 내 유가금속 성분들의 함량을 향상시키기 위한 조업 조건을 도출함. (목표 : Ni-Mo 합금 내 Ni+Mo 90% 이상, Fe-Ni-Mo 합금 내 Ni, Mo 함량 15% 이상)
- 2,000kVA급 준상용화 아크전기로를 이용한 폐촉매 용융환원 조업을 통한 유가금속 회수율 및 탈황율, 전력원단위 등을 평가함.
○ V 산화 정련 공정
- 200kg급 유도용해로를 이용한 V 산화정련 조업을 통하여 V 회수율(분리효율) 및 V/Fe비를 평가하고, V/Fe비를 향상시키기 위하여 조업 조건을 최적화함. (목표 : V 회수율 90% 이상, V/Fe비 1 이상)
- 500kg급 실증 유도용해로을 이용한 V 산화정련 scale-up 조업에 최적 조업 조건을 적용함으로써 V 회수율 및 V/Fe비, 작업효율 등을 평가하고, 고농축 V 함유 슬래그를 확보함.
○ Fe-V 합금철 제조 공정
- V 산화 정련 공정에서 회수한 고농축 V 함유 슬래그를 이용하여 Fe-V 합금철을 제조함.
(목표 : Fe-V 합금철 내 V 함량 50% 이상)
○ 석유화학 탈황 폐촉매 연간 4,000톤 이상 처리를 위한 상용화 공정 lay-out의 기본 설계
IV. 연구개발 결과
1) 폐촉매의 용융환원 기술 실증화 연구
○ 350kVA급 3상 아크전기로를 활용한 Ni-Mo-V 폐촉매의 용융환원 조업
- 고SiO₂계 슬래그/C paste 조업으로 Fe-39%Ni-29%Mo-13%V 합금철 회수
: Ni, Mo, V 회수율 93% 이상, 합금철 내 S 함량 0.1% 이하
○ 350kVA급 단상 아크전기로를 활용한 Ni-Mo 폐촉매의 용융환원 조업
- Ni, Mo 폐촉매를 직접 용융환원하여 53%Ni-43%Mo 합금 회수
: Ni, Mo 회수율 97% 이상, 합금 내 S 함량 0.26%
: Ni-Mo 폐촉매 kg 단 전력원단위 4.44kW/kg
○ 2,000kVA급 준상용화 아크전기로를 활용한 폐촉매의 용융환원 조업
- 고SiO₂계 슬래그/C paste 조업으로 Fe-29%V-7%Ni-5%Mo 합금철 회수
: Ni, Mo, V 회수율 97% 이상, 합금철 내 S 함량 0.1% 이하
: Ni-Mo 폐촉매 kg당 전력원단위 2.02kW/kg
: Ni-Mo-V 폐촉매 kg당 전력원단위 2.99kW/kg
: V 슬러지 kg당 전력원단위 2.38kW/kg
2) V 산화정련 기술 실증화 연구
○ 200kg급 유도용해로를 이용한 V 산화 정련 조업
- 분광석+10%CaO를 환원제로 활용하여 V 산화 정련 조업 수행
: V 회수율 99%, 슬래그 내 V/Fe비 1.32~1.44 확보
○ 500kg급 유도용해로를 이용한 V 산화 정련 조업
- 2,000kVA급 아크전기로를 활용한 폐촉매 용융환원 조업에서 회수한 합금철을 이용하여 조업 수행
: V 회수율 99% 이상, V/Fe비 2.5~3.05 확보
3) Fe-V 합금철 제조 공정
- V/Fe비가 1.44인 V 함유 슬래그 단독 사용으로 Fe-60%V 합금철 제조
- V 산화 정련 조업 중 V/Fe비가 3.05로 최고치인 슬래그를 사용하는 경우 Fe-75%V 합금철 제조가 가능함.
4) 석유화학 탈황 폐촉매 연간 4,000톤 이상 처리를 위한 상용화 공정 lay-out의 기본 설계
- 각 요소 기술의 조업 테스트를 통하여 확보한 조업 조건들을 종합하여 폐촉매 연간 4,000톤 이상 처리를 위한 공정 lay-out의 기본 설계를 구축함.
V. 연구개발결과의 활용계획(기대효과)
○ 해당 기술의 실증화 사업 성공 시 연간 4,000톤 이상의 폐촉매를 확보 및 처리할 계획을 가지고 있으며, 상업화 시 기술 설비의 해외 수출도 가능할 것으로 예상됨.
○ 본 연구를 통하여 품질이 향상된 회수 합금은 상업화 이후 합금철 수요업체의 시험 및 협의를 거쳐 판매망을 구축할 예정이며, 용융환원 슬래그는 시멘트 원료로 활용할 계획임.
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