19. 납 생산

납 생산

-납 생산공정 : 납 생산공정은 원광석을 사용하는 1차 생산공정과 재활용 납(대부분이 납을 사용하는 배터리 스크랩)을 제련하여 납을 생산하는 2차 생산공정으로 구분하고 있다. 1차 생산공정은 산화 상태로 존재하는 연정광을 환원하여 미가공 조연을 생산하는 공정으로 소결과 제련공정을 거치는 소결 제련공정이 납 생산공정의 약 78%를 차지하는 반면 직접 제련공정은 소결공정이 생략된 연정광을 직접 제련하는 공정으로 납 생산공정의 약 22%를 차지하고 있다. 소결 제련공정에서는 납 광석을 용광로 제련에 적합하도록 기상으로 만들고, 용광로에서 2회 소결함으로써 유해한 이온을 제거하여 연료와 코크스, 석회석, 설철 등을 투입하고 측면에서 송풍하여 제련한다. 납은 자동차용 축전지, 연화합물, 방사선 차폐재, 도료 첨가제, 합금 등 다양한 용도로 활용되고 있다.

①1차 납 생산방법

납 생산공정도는 원료 준비 공정, 소결공정, 제련공정으로 구분할 수 있다. 원료 준비 공정은 1차 원료(황화물 형태의 연정광)와 2차 원료(재활용 납)를 소결 제련공정에 적합하도록 원료를 분쇄, 전처리하는 공정이다. 소결공정은 용융점 이하의 온도 구간에서 가열하여 분말 형태의 연정광을 소결 과정으로 전환, 제조하는 공정이다. 연정광을 재활용 소결물, 석회석과 실리카, 산소, 납 고함유 슬러지 등과 혼합하여 황과 휘발성 금속을 연소과정을 통해 제거한다. 산화납과 다른 금속산화물을 함유한 소결물을 생산하는 공정은 SO4를 배출하고 납을 가열하는 천연가스로부터 에너지 관련 이산화탄소를 배출한다. 제련공정은 소결물을 경우에 따라서는 원석과 함께 고로에 투입하며, 이외에도 공기, 야금 코크스, 용해 부산물 등도 투입된다. 코크스는 공기와 반응하여 연소되면서 일산화탄소를 생성하고, 이것은 화학반응을 통해 산화납을 환원시킨다. 제련공정은 일반적인 고로 또는 ISF를 이용하고 납 산화물의 환원 과정에서 이산화탄소가 형성된다. 침전조는 제련공정을 거치게 되면 용융 상태의 생성물은 체류하면서 냉각되고, 이 과정에서 저밀도의 슬래그는 표면으로 부상하면서 분리되고, 납 생성물은 침전조 하단으로 배출되어 2차 처리과정을 위해 이송된다. 전술한 것처럼 1차 납 생산방법에는 소결제련공정이 생략된 직접 제련 방법이 있다. 직접 제련공정에서는 소결 과정이 생략되고, 연정광과 다른 물질들이 직접 고로에 투입되어 용융되고 산화된다. 다양한 종류의 로가 직접 제련공정에 이용되고 있다.

②2차 납 생산방법

2차 납 생산공정에서는 납을 함유하고 있는 스크래으로부터 납이나 납 합금을 생산한다. 납이 60%60% 이상이 자동차 배터리의 스크랩으로부터 생산된다. 다른 원료물질오 바퀴의 균형추, 과, 땜납, 금속 잔류물이나 납으로 된 피복 등을 꼽을 수 있다. 2차 납 생산공정은 스크랩의 전처리, 용해, 정제의 3가지 주요 조업으로 구성되어 있다. 전처리는 납 함유 스크랩이나 잔류물에서 금속 및 비금속 오염물을 일부 제거하는 공정으로서 배터리의 파쇄 및 분해과정을 의미한다. 배터리 분해 이후 납을 분리한다. 분리된 납 스크랩은 가스나 오일을 사용하는 반사로 혹은 회전형 가열로에서 발한시켜 높은 용융 온도를 갖는 금속 추출물에서 납을 분리한다. 회전형 가열로는 납 함유가 낮은 스크랩이나 잔류물을 처리할 때 사용하고, 납 함량이 높은 스크랩을 처리할 때에는 반사로를 사용한다. 용융된 금속 및 비금속 오염물로부터 납 산화물을 분리한 다음에 환원시켜 금속 납을 생산한다. 이러한 일련의 과정이 폭발로, 반사로, 최전형 가마로에서 이루어진다. 폭발로에서는 전처리된 금속 스크랩, 슬래그, 철 스크랩, 코크, 재순환 불순물, 도관 먼지 및 석회석 등을 가열로 원료물질로 사용한다. 가열로에 유입된 공기와 코크가 폭발적으로 반응하여 납의 용융에 필요한 에너지를 공급한다. 코크의 일부는 유입물을 용융시키기 위해 연로로 사용되며, 다른 일부는 산화납을 환원시켜 금속 납을 생성하는 데 사용된다, 납 유입물이 용융됨에 따라 석회석과 철이 용융조 상부로 부유하게 되고 플럭스를 형성하여 생성된 납의 산화를 지연시킨다. 용융 납은 거의 일정한 속도로 가열로로부터 Holding Pot으로 이동한다. 용광로에서 생성된 가공하지 않은 납의 정제와 주조는 순도와 합금 형태에 따라 연화, 합금 및 산화공정으로 구성되며, 이런 공정은 반사로에서 이루어진다. 그러나 솥 형대의 가열로가 가장 일반적으로 사용된다. 합금 가열에서는 용융과 납 강괴와 합금물질의 혼합이 이루어진다. 안티몬, 주석, 비소, 구리와 니켈이 가장 널리 쓰이는 합금물질이다. 솥 형태나 반사식의 산화 가열로가 납을 산화하기 위하여 사용되며, 연소 공기 중에 함유되어 있는 납을 부유시켜 고효율 여과집집기에서 회수한다.

-주요 배출시설의 이해 : 납 생산공정에서 온실가스 공정배출시설은 소결로, 용융 융해로 등이 있다. 소결로는 분말 형태 연정광을 야금 코크스 등과 혼합한 다음에 연소 환원 반응을 거쳐 소결광을 제조하는 과정에서 이산화탄소를 발생시키고, 용융 융해로는 코크스가 공기와 반응하여 연소되면서 CO가 발생하고, 발생된 CO가 화학반응을 통해 산화납을 환원시키면서 이산화탄소가 배출된다.