제철소의 환경문제 공주대학교 이 진 헌

제련기술의 발달 1단계 2단계 3단계 철광석을 화상(火床)에서 제련하여 점병상태(粘餠狀態)에서 연철 또는 연강으로 제조한 시대 철광석을 용해로에서 제련하여 용융상태의 선철을 얻고, 이것을 원료로 연철 또는 연강을 제조한 시대 3단계 선철을 원료로 용융상태의 강을 제조한 시대

철강 재료 순수한 철은 제조가 곤란하다. 너무 무르기 때문에 실용적이지 못하다. 대부분 순수한 철이 아니다. 철(Fe)을 주성분 기타 주요 5성분 탄소(C) 규소(Si) 망간(Mn) 인(P) 황(S)

철강의 분류 순철( Pure Iron) 강(Steel) 선철(Pig Iron) 철(Fe)이 대부분을 차지함(100%) 선철을 제강로에 넣어 탄소나 기타 성분을 감소시켜 정련한 것 선철(Pig Iron) 용광로(고로:高爐)에서 철광석을 녹여 만들 철 5대 원소(탄소, 규소, 망간, 인, 황)가 많다. 강하지만 부서지기 쉽다. 강을 만들기 위한 원료로 사용한다.

강(Steel)의 특성 선철을 제강로에 넣어 탄소나 기타 성분을 감소시켜 정련한 것 질기고 늘어나는 성질이 있다. 가공성이 양호하다. 외력에 견디는 힘이 강하다. 탄소함유량에 따른 구분 탄소 함유량이 많을수록 부드럽고, 많을수록 단단하고 깨지기 쉽다. 탄소 함유량 : 선철(2% 이상), 강(2% 이하) 중 탄소강 고 탄소강 등 특수강 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴 등을 첨가하거나 5대 원소중 일부를 첨가한 것 내열강, 내마모강, 고장력강 등으로 만든 것

철강의 제조공정 제선 공정 고로에 철광석을 넣고 코크스를 태워서 철광석 중의 산소를 제거하고, 용해시켜 선철을 만드는 공정 철광석의 소결과정, 코크스를 만드는 과정도 포함됨 제강 공정 선철을 잘 늘어나면서 강인한 강(강)으로 만들기 위하여 다시 정련하여 탄소의 양을 줄이고, 유해한 불순물 을 제거하는 공정 압연 공정 강재를 상온에서 쉽게 형태가 변형될 수 있는 성질이 있기 때문에 사용목적에 맞게 편리한 모양으로 가공하는 공정 압연, 단조, 주조가 있다.

선철을 만드는 데 필요한 것 철광석 코크스 선철 → 강 석회석

COREX process

제선 방법 고로법 철광석과 유연탄을 각각 소결 공정과 코크스 공정을 거친 후 고로에서 코크스를 열원으로 소결광을 녹여 쇳물을 생성하는 공법 장점 : 철광석을 사용하기 때문에 냉연강, 또는 양질의 고급강 철강생산이 가능하다. 단점 : 환경오염유발, 설비비의 과다 전기로법 철광석과 유연탄 대신 고철을 원료로 전기로에서 전기를 열원으로 쇳물을 만드는 방법 장점 : 비용이 저렴, 생산 단위별 설치가 가능 단점 : 양질의 철강생산이 어렵다. 채산성 확보가 문제

코크스(Cokes) 역할 갖추어야 할 조건 제조과정 고로 내에서 철광석을 용해하는 열원 철광석의 환원제 고로내의 가스통풍을 양호하게 함 갖추어야 할 조건 경도와 강도가 높을 것 입도가 적당한 크기로 균일할 것 탄분, 수분, 기타 불순물(유황)이 적을 것 제조과정 석탄을 노 내에 장입(강결정탄과 약결정탄을 배합) 1000-1300℃에서 장시간 굽는다. 추출한 후에 물을 뿌려 소화시킨다.

석회석 철광석 중의 암석성분이나 그 밖의 불순물과 배합하여 용해되기 쉬운 슬래그를 배출시키는 역할 선철 중의 유황성분 제거작용을 한다.

Coke production process loading coal into the oven (the "charging" step ) heating the coal until it becomes coke ("coking" ) “pushing" the coke out of the oven into cooling and transport cars

Coke oven emissions 수천 종류의 화합물이 포함되어 있음 HAP(Hazardous Air Pollutants) Carcinogen : 발암물질 Cocarcinogen : 조발암물질 Non-carcinogenic

Coke oven emissions 의 주요 유해물질 polycyclic organic matter from coal tar pitch volatiles beta-naphthylamine Benzene Arsenic Beryllium Cadmium Chromate Lead Nickel subsulfide Nitric oxide Sulfur dioxide

Coke oven emission의 건강영향 Coke oven workers IARC Lung cancer : 3-7배 높음 a known human carcinogen EPA Lung, trachea and bronchus cancer : 7배 높음 highest category of evidence for carcinogenesis 지역사회 주민들에 대한 영향 암 발생 가능성에 논란

철광석(Iron Ore) 종류 철광석으로 사용하는데 요구되는 조건 조치 산화철 : 자철광(72%), 적철광(70%) 탄산염 : 능철광 기타 : 황철광 철광석으로 사용하는데 요구되는 조건 철분을 많이 함유할 것 환원성이 좋을 것 황, 인, 동 등과 같은 유해성분이 적을 것 입도(粒度)가 적당할 것 조치 여러가지 광석을 배합하여 품질을 평준화(Ore Bedding) 분상의 철광석을 석회석 및 분코크스와 혼합하여 일정한 크기의 소결광을 만듬

소결과정(sintering process) 제1단계 : mixing 철 분말 Binder : lubricants(or alloy additions) 제2단계 : compacting Green compact 제3단계 : sintering 금속의 melting point이하로 온도를 올림 Sintering temperature로 유지 후 온도 낮춤

소결로(Sintering Furnace) Binder의 성분이 중요함 국내제철소와 제련소의 다이옥신 배출농도(ng/㎥) 조사횟수 농도범위 평균치 환경부 실측조사(2001-2003) 제철소 소결로 16 0.229-2.060 0.937 구리용광로 20 0.002-0.648 0.185 알루미늄 용광로 38 0.002-0.955 0.236 국립환경연구원 조사(2003) 아연 용광로 14 0.000-0.251 0.062 8 - 0.615 자료: 국립환경연구원, 중앙일보(2005.4.23)

다이옥신(dioxin)

TEQ : 다이옥신 농도 REF : 독성등가환산계수( Toxic Equivalent Factor )

다이옥신은 독성이 강하다. 청산가리보다 약 10,000배 정도 강하다. 발암작용이 있다. 생식독성이 있다. 면역독성 환경호르몬 청산가리보다 약 10,000배 정도 강하다. 발암작용이 있다. IARC : Group 1 EPA : A1 생식독성이 있다. 기형발생 : 고엽제(월남전) 면역독성 환경호르몬

생물농축이 될 수 있다. 잘 분해되지 않는다. 지방에 잘 축적된다. 먹이사슬을 통하여 인체에 축적될 수 있다. 인체 내 침투경로 소화기 : 97-98% 호흡기 : 2-3% 지방에 잘 축적된다. 물고기, 동물, 유제품에 축적된다

대기오염물질 황산화물 질소산화물 오존(O3) 산성비 SOx : 광석에 함유되어 있음 황산 : 산성비의 원인물질이 됨 NOx :공기에 함유되어 있는 산소와 질소가 높은 온도에서 반응하여 생성됨 질산 : 산성비의 원인이 됨 오존(O3) 질소산화물이 대기 중에서 유기화합물과 반응하여 생성 산성비 산성토양의 원인

산성비의 정의 pH 5.6이하를 나타내는 강수 습성 대기오염 건성침착(건성강하) 이산화탄소와 평형을 이룬 강수 연구자마다 다소 차이가 있다. 습성 대기오염 1960년대부터 사용 강우(비), 강설(눈), 우박 등 건성침착(건성강하) 부유하고 있는 미세한 에어로졸 황산이온, 질산이온 등의 음이온을 함유

산성안개의 생성방법 광화학반응 등으로 생성되어 대기 중에 존재하는 산성물질(질산, 황산 등)을 안개가 취입하는 경우 안개에 있는 물방울에서 일차오염물질(SO2)가 2차 오염물질(과산화수소, 오존 등)과 수용액에서 반응을 일으켜 산성물질이 생성되는 경우

산성안개의 특성 화학적 특성 독성작용 낮은 pH 각종 오염물질 함유 운반체 또는 운반장치로 역할 침전속도가 매우 빠르기 때문에 휘발성 유기산, 디카르복실산, 알데히드, 알킬술포네이트, 농약류, 희속 금속류, 황산염, 질산염 등 독성작용 운반체 또는 운반장치로 역할 흡입 또는 간접접촉 : 인체위험 증가 대기정체와 안개발생 다발지역에 잠재적인 건강피해 원인이 될 수 있다. 침전속도가 매우 빠르기 때문에 민감한 수용체에 훨씬 높은 침전기회 부여 산림, 농작물, 수계, 토양 등

식물의 가시적 피해 생리학적 변화에 따라 여러 가지 형태들이 있다. 잎을 일찍 노후시키거나 낙옆을 만든다. 줄기와 잎의 구조를 가늘고 길게 또는 기형으로 할 수 있다. 생산량이 줄어든다.

식물피해의 가시적 증상 네크로시스(necrosis) 백화현상(chlorosis) 광범위한 조직붕괴 잎 내부의 해면 또는 책상조직이 손상된 것 심하게 탈색되거나 본래의 모습을 잃어버린 것 백화현상(chlorosis) 탈색이라 함 엽록체수의 감소에 의하여 나타나는 것 Leaf necrosis and chlorosis (Verticillium dahliae)

식물피해의 가시적 증상 유리화(glazing) = 은백색광택화(silvering) 잎 표면에 나타나는 손상 잎에 나타난 반점

은백색광택화(silvering)

비가시적 피해 식물의 성장이 감퇴 재순환의 변화 생리학적 및 생화학적 공정의 변질 농작물 수확량의 감소

아황산 가스(SO2) 증상 피해 성숙도 피해부분 회백색 반점 잎맥 사이의 표백 백화현상 젊은 잎과 늙은 잎에 가장 민감 엽육세포

오존(O3) 증상 피해 성숙도 피해부분 반점 점채 얼룩표백 색소형성 등 늙은 잎에 가장 민감 어린 잎에 가장 적음 잎의 가장자리 해면조직

오존(O3)의 영향 dark stippling (tiny spotting) Dark stippling

산성비 피해산림

석재(CaCO3)의 부식 석재(CaCO3) 아황산가스 이산화탄소 대리석 · 방해석 ·선석(霰石) · 석회석 · 백악 · 빙주석(氷洲石) · 조개껍질 · 달걀껍질 · 산호 등 아황산가스 SO2 + H2O + CaCO3 → 황산칼슘(CaSO4) + 석고(CaSO4·2H2O) 이산화탄소 CaCO3 + CO2+H2O → Ca(HCO3)2

금속에 대한 영향 금속 금속표면을 부식 부식의 속도에 영향을 주는 요인 철의 부식반응식 철 금속: 강철 등 비철 금속 아연, 알루미늄, 구리, 은 등 금속표면을 부식 금속재료의 손실초래 전기적 특성을 변화 부식의 속도에 영향을 주는 요인 습기 오염물질의 종류 온도 철의 부식반응식 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 This image of Metal Corrosion was taken with the PAXcam digital microscope camera on an Olympus metallograph at Battelle Advanced Materials Applications.

철의 부식 쇼바

섬유와 염료의 대기오염 영향 섬유의 영향 황산화물 분진 염색에 영향을 줌 아세테이트 인견 오존에 흰색이 변색 섬유를 더럽히는 것 인장강도를 떨어뜨림 황산화물 인장강도를 가장 크게 떨어뜨림 예 나이론 양말 셀룰로우즈 섬유 면, 레이온 등 분진 자주 세탁하게 하여 파손유도함 염색에 영향을 줌 아세테이트 인견 Cellulose acetate raton 1920년대 중반에 개발 분산염료가 사용 질소산화물에 변색 청색, 녹색, 보라색 등 오존에 흰색이 변색 섬유에 첨가된 광택제, 안정제, 연화제 등을 포함하는 흰색섬유를 노랗게 변색

가죽, 종이, 페이트의 대기오염 영향 가죽 종이 페인트 아황산가스가 가죽에 흡수되어 황산으로 변하면서 가죽조직을 침식함 최근 종이에는 아황산을 황산으로 전환시키는 금속촉매가 미량 존재한다. 황산이 종이를 쉽게 부서지게 하고, 금이 가게 하여 쉽게 찢어지게 한다. 페인트 색소와 전색제의 혼합체 전색제 접착제와 결합제로 구성 색소를 표면에 부착시키어 표면을 아름답게 함 부식, 기후로부터 내부를 보호 보호막 파괴물질 SO2, H2S, tar, 분진, 금속염류 등 H2S+Pb+2 → PbS +2H+

폐수의 유해물질 Conventional Priority Nonconventional TSS, BOD5, pH, Oil & Grease, 대장균 Priority 시안화물(CN) 중금속(크롬, 납, 수은, 니켈, 셀레늄, 아연 등) 유기화합물(벤젠, 벤조알파피렌, 나프탈렌 다이옥시(,2,3,7,8-TCDD) Nonconventional 암모니아성 질소, 염소, 페놀, 용해성 철, COD, 푸란(2,3,7,8-TCDF)

감사합니다.