[보고서]석탄자원의 안정적 확보를 위한 저급석탄의 선탄기술 개발

김병곤

석탄자원의 안정적 확보를 위한 저급석탄의 선탄기술 개발
Advanced Coal Preparation for the Sustainable Security of Coal Resources 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국지질자원연구원 Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
연구책임자	김병곤
참여연구자	전호석 , 김정윤 , 유광석 , 서주범 , 정소걸 , 정선희 , 우정연 , 이수정 , 배인국 , 조성백 , 김동진 , 윤소정 , 김현승 , Davaasuren Jambal
보고서유형	연차보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-12
과제시작연도	2013
주관부처	미래창조과학부 KA
사업 관리 기관	한국지질자원연구원 Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
등록번호	TRKO201400003940
과제고유번호	1711009439
DB 구축일자	2014-05-07
키워드	석탄,전처리,탈황,탈회,선탄Coal,Preparation,Desulfurization,De-shaling/De-ashing,Coal Preparation

초록 ▼

개발결과요약
연차목표
◦저급석탄의선탄경제성및선탄환경성극복을위한친환경/고효율선탄기술개발
-건식공정70%이상(공정비용1.3$/톤이하), 습식공정30%이하(공정비용5＄/톤이하)적용
◦선탄특성별맞춤형신공정및시스템개발(KIGAMProcess 확보)
- KAT Table을이용한5mm이하급미립자건식선탄기술확보
-경제성을고려한건식방법위주의공정수립; 건식공정60%이상, 습식공정40%이하
-공정환경부하극복을위한공정부산물및폐기물의활용기술개발
ㆍ슬러리연료화: 미립탄회수, briquetting기술및공정개발
ㆍ폐석및광미의활용: 세라믹스및시멘트원료화기술/공정개발
◦종합선탄System및최적선탄공정manual 개발
개발내용 및 결과
◦석탄특성별맞춤형선탄공정개발을위한석탄/선탄산물특성평가
- Maceral-mineral association의특성평가를위한분석시스템구축
-연구시료의입도분포, F.C vs Ash함량비평가, S/F test, Washability분석등
◦현장실험을통한상용화공정개발: KAT-1 type, 5x20mm급
- 국내 무연탄에 특화된 건식선탄용 Pilot-Plant 설계 및 설치 완료(KAT-2 type, 1x5mm, 5x20(25)mm급), (주)경동과현장설치및운용협력에대한MOU체결
- 1(3)x10mm입도처리용KAT-3 type Table 및공정개발을위한기초연구수행
◦0.5x2mm급석탄의선탄연구: 간섭침강선별컬럼적용성연구수행
◦Fine Particle(1㎜×44㎛, 44㎛이하) : 부유선별, 오일응집중심의deshaling 기술개발, 적정시약개발, CPT로가연분회수율76.88%, 회분제거율70.72%달성
◦미생물침출법에의한유황성분제거: 미생물군집분석완료, 산화반응시균주 흡착 및 표면특성분석, 침출액으로부터hematite 안료합성완료
◦공정부산물시멘트자원화분야: Conduction Calorimeter를이용하여선탄폐석으로합성된시멘트의수화속도측정, 선탄폐석의유리질화를위한소성특성평가
◦미립자회수를위한oil 응집기초연구수행및석탄미립자응집/탈수공정의 기초메커니즘연구수행
◦Briquet 기술기초연구진행: 펠렛제조를위한briquetting설비제작중
기대효과
◦ 발전용 및 연탄용으로만 생산이 제한되어 있는 국내 무연탄 활용 정책에서 시멘트, 철강 등 타 산업으로 활용처 다변화 유도 가능
◦ 환경부하 물질의 선행적 삭감에 의한 최종수요처의 환경저해요인 극복
◦ 국내 무연탄의 품위향상 및 선탄 후 미회수탄으로부터 석탄회수 기술개발
◦ 해외 석탄광 확보 및 개발을 위한 기초자료 확보 및 기술지원
적용분야
◦ 시멘트, 철강 분야의 탄소 원료 생산
◦ 현행법상 반출이 금지되어 있는 석탄공사 중액선탄 폐석 중 F.C 30-35%급 선탄폐석을 산업용으로 활용 가능
◦ 해외 석탄광 개발 분야

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Discussion
- In this year, most of tests were conducted using the coal samples produced at Kyoung-dong coal mine, Korea and Eagle River coal mine, US.
1) Coal characterization and property analyzing
- Establishing the system to analyze the maceral-mineral association.
- Setting the X-ray CT for 3-dimensional analysis of coal particles, and sampling device to improve the reliability of analyzing processes.
- Complete the analyzing for US coal and Kyoung-dong coal
- Severe characterization of Kyoung-dong coal to assist the operation of Pilot-Plant.
2) Development of commercial-ready processes using KAT-1 for 5~20mm coal
- Conclusing the MOU agreement between KIGAM and Kyoung-dong Coal Mine for collaboration of research
- Set the KAT-2 to test the preparation of 1~5mm and 5~20mm coal particles in Kyoung-dong coal mine.
3) Complete the patent trend analysis
- Making the report about the patent trend of coal preparation technologies.
4) Development of KAT-3 type air table
- Design and installing the KAT-3 air table to test the preparation of 1~5mm coal.
- Installed the pilot scale coal preparation plant including KAT-2 and KAT-3.
5) Test the wet gravity separation processes to prepare the 0.5~2mm coal
- Conducting the set of tests using hindered-settling separation column to prepare the 0.5~2mm coal particles.
6) Development of froth flotation processes for coal smaller than 1mm
- In the conventional froth-flotation tests for coal samples, products show 75% of combustible matter recovery, 72% of ash rejection and 62% of sulfur rejection.
- Finding proper reagents for coal froth flotation; DMU-10 as collector, MIBC as frother and S.M.P as depressor.
- Achievement the 70.72% of ash rejection rate and 76.88% of combustible matter recovery using CPT column.
7) Desulfurization processes using microbial desulfurizing technologies
- Complete the microbial community analysis; NGS.
- Test the growth rate of microbial.
- Conducting the adhesion test and analysis tests of microbial surface under oxidation condition.
- Synthesis the hematite pigment from extracting solution.
8) Utilization of coal mine muck
- Check the hydration speed of synthetic cement from coal mine muck.
- Evaluation of crystallizing properties of coal mine muck during sintering at 1450℃.
9) Development of technologies to recover the fine coal particles
- Set the oil agglomeration test equipment to recover the fine coal particles.
- Studying the basic mechanism of agglomeration and dewatering processes of fine coal.
- Set the fine coal briquetting system

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 2
연차보고서 요약서 ... 3
요약문 ... 4
SUMMARY ... 7
CONTENTS ... 10
목차 ... 13
표목차 ... 16
그림목차 ... 19
제1장 연구개발과제의 개요 ... 24
제1절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 24
1. 연구개발의 목표 ... 24
2. 연구개발의 필요성 ... 31
제2절 연구개발의 범위 ... 38
제2장 국내외 기술개발 현황 ... 39
제1절 주요 특허 및 논문 ... 39
1. 특허 ... 39
2. 논문 ... 41
제2절 국내외 기술개발 현황 ... 44
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 48
제1절 석탄의 특성평가 ... 49
1. 석탄 시료의 준비 ... 49
2. 미국산 석탄(Eagle River mine, Il)의 분석결과 ... 50
3. 국내산 무연탄의 분석결과 ... 50
제2절 건식 선탄 기술 개발 ... 57
1. 건식선탄 기술 개요 ... 57
2. KAT table에 의한 건식선탄 ... 58
3. 건식선탄 연구수행 내용 ... 61
4. 선탄 Pilot Plant ... 81
제3절 0.5∼2mm 석탄에 대한 습식 비중 선탄 연구 ... 82
1. 간섭침강분리의 개념 ... 82
2. 간섭침강선별장치 및 실험조건 ... 85
3. 간섭침강선별 실험결과 ... 87
4. 결론 ... 95
제4절 미립 석탄 습식 선탄기술 ... 96
1. 광물학적 특성 연구 ... 96
2. 실험방법 ... 101
3. 일반부선을 통한 예비실험 ... 105
4. CPT column 부선 실험 ... 108
5. Microcel™ column 부선 실험 ... 115
6. SEM 및 원소별 mapping에 의한 단체분리도 확인 ... 116
7. 결과 ... 119
제5절 초미립 부유선탄 회수 및 탈수연구 ... 121
1. 서론 ... 121
2. 시료 및 실험방법 ... 123
3. 결과 및 고찰 ... 124
4. 결론 ... 128
제6절 석탄 탈황기술 ... 129
1. Plans and objectives ... 129
2. Microbial community study in US coal ... 130
3. Reactors studies on biodepyritization of US coal at different pulp densities ... 134
4. Optimization of process parameters using factorial design methodology ... 145
5. Scale up studies on biodepyritization of US coal ... 152
6. Conversion of iron precipitates into hematite ... 158
7. Summary and future research direction ... 175
제7절 석탄의 Briquetting 연구 ... 177
1. 석탄의 briquetting 제조기술 및 특성분석 ... 177
2. 석탄 briquetting 기기의 일반 ... 178
3. 석탄 briquetting 성형 실험 ... 183
4. 결론 ... 185
제8절 선탄폐석의 활용 기술 연구 ... 185
1. 서 론 ... 185
2. 실험 방법 ... 186
3. 실험 결과 ... 188
4. 결 론 ... 191
제9절 저급석탄의 부유선별에 의한 고품위 정탄 제조 및 광미의 유리원료로의 활용가능성 연구 ... 192
1. 저급석탄 원광에 대한 습식 체가름 실험 ... 192
2. 입도별 분쇄 산물에 대한 습식 체가름 실험 ... 193
3. 입도별 분쇄 산물에 대한 부유선별 실험 ... 196
4. 저급석탄에서 정탄 및 광미 품위 향상을 위한 부유선별 실험 ... 198
5. 광미의 유리 원료로의 활용가능성 실험 ... 199
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 204
제1절 연구목표의 달성도 ... 204
1. 최종 연구목표의 달성도 ... 204
2. 당해연도 연구목표의 달성도 ... 206
제2절 관련분야에의 기여도 ... 208
제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 209
제6장 참고문헌 ... 210
별첨. SCI 게제 논문 ... 213
끝페이지 ... 214

표/그림 (117)

표 Fig. 3-1-1. 미국산 고유황 석탄(左), 석탄에서 분리한 황화광물(中), X-선회절분석 결과(右).
표 Fig. 3-1-2. 상덕광업소 석탄의 입단별 X-선회절 분석결과
표 Fig. 3-1-3. -1mm 입단 시료의 SEM 사진
표 Fig. 3-1-5. -10+5mm 입단의 SEM 사진
표 Fig. 3-1-6. -20+10mm 입단의 SEM 사진
표 Fig. 3-1-4. -5+1mm 입단 시료의 SEM 사진
표 Fig. 3-1-7. -1 mm 입단 시료의 광학현미경 관찰
표 Fig. 3-1-8. -5+1 mm 입단 시료의 광학현미경 관찰
표 Fig. 3-1-9. -10+5 mm 입단 시료의 광학현미경 관찰
표 Fig. 3-1-10. -20+10 mm 입단 시료의 광학현미경 관찰
표 Fig. 3-1-11. 선탄페석의 정량 X-선회절 분석 결과.
표 Fig. 3-2-1. Basic operating principles of Air table
표 Fig. 3-2-2. Ver.1.0을 Ver.1.5로 수정/보완하여 본 실험에 사용한 KAT Table
표 Fig. 3-2-3. Collecting positions of KAT table.
표 Fig. 3-2-4. Separation pattern on KAT table
표 Fig. 3-2-5. Multi layer deck design
표 Fig. 3-2-6. Typical Sink and Float 실험 모식도.
표 Fig. 3-2-7. KD 5-20 mm KAT table test fitted partition curve (Test-1)
$Fig. 3-2-8. Relative density fractions of KD 5-20 mm test products. (Test-2)$ 표 Fig. 3-2-8. Relative density fractions of KD 5-20 mm test products. (Test-2)
$Fig. 3-2-9. Relative density fractions of KD 1-5 mm test products.(Test-3)$ 표 Fig. 3-2-9. Relative density fractions of KD 1-5 mm test products.(Test-3)
표 Fig. 3-2-10. Theoretical Yield% and SGS plot
표 Fig. 3-2-11. KD 1-5 mm raw coal and KAT air table product compared plot(test-5)
표 Fig. 3-2-12. KD 1-5 mm Theoretical Yield and SGS plot (test-6)
표 Fig. 3-2-13. KD 1-5 mm Feed and Product compared plot (test-6)
표 Fig. 3-2-14. KD 1-5 mm KAT table test Fitted Partition curve (Test-6)
표 Fig. 3-2-15. 건설 중인 Pilot Plant 전경 및 부분적인 단위 장치에 대한 시운전 장면.
표 Fig. 3-3-1. Elutriation의 기본 개념
표 Fig. 3-3-2. TBSTM선광기의 단면도
표 Fig. 3-3-3. HydroFloat Separator 개념도
표 Fig. 3-3-4. 연구에 사용된 실험용 간섭침강선별컬럼 모식도 및 사진
표 Fig. 3-3-6. 1~2mm 석탄 시료의 부침실험 결과 그래프
표 Fig. 3-3-5. 0.5~1mm 석탄 시료의 부침실험 결과 그래프
표 Fig. 3-3-7. 침강층 높이와 컬럼 내부 압력간의 상관관계
표 Fig. 3-3-8. 입도별/비중별 입자의 침강속도 계산 결과 및 회수산물 예측
표 Fig. 3-3-9. 투입시료의 양과 회수율, 회분함량, 가연분회수율의 상관관계(0.5~1mm 시료)
표 Fig. 3-4-1. Vibro Screen과 입도분리 공정 개략도
표 Fig. 3-4-2. 석탄 원광 및 입도 조절 구간의 XRD 분석 결과
표 Fig. 3-4-3. 원 시료의 접촉각 측정 결과
표 Fig. 3-4-4. 원 시료의 제타전위 측정 결과
표 Fig. 3-4-5. Denver sub-A형 일반부선기의 개략도
표 Fig. 3-4-6. CPT column 부선기의 사진과 개략도
표 Fig. 3-4-7. MicrocelTM column 부선기의 사진과 개략도
표 Fig. 3-4-8. 포수제 종류에 따른 영향
표 Fig. 3-4-9. 기포제 종류에 따른 영향
표 Fig. 3-4-10. 억제제 종류에 따른 영향
표 Fig. 3-4-11. 포수제 첨가량에 따른 영향
표 Fig. 3-4-12. 기포제 첨가량에 따른 영향
표 Fig. 3-4-13. 억제제 첨가량에 따른 영향
표 Fig. 3-4-14. 공기주입량에 따른 영향
표 Fig. 3-4-15. 세척수량에 따른 영향
표 Fig. 3-4-16. 급광량에 따른 영향
표 Fig. 3-4-17. 광액농도에 따른 영향
표 Fig. 3-4-18. 처리횟수에 따른 영향
표 Fig. 3-4-19. 원 시료의 SEM 및 원소별 mapping
표 Fig. 3-4-20. SEM 및 원소별 mapping
표 Fig. 3-5-1. 응집 메커니즘 (전하균형, Bridge 메커니즘) 및 Poliacrylamide (PAM)의 구조
표 Fig. 3-5-2. 고분자 응집제 투여량과 응집의 상관관계
표 Fig. 3-5-3. 0.0002 mass% 응집제 투여 후 석탄 미립자의 침강 상태
표 Fig. 3-5-4. 0.0006 mass% 응집제 투여 후 석탄 미립자의 침강 상태
표 Fig. 3-5-5. 0.001 mass% 응집제 투여 후 석탄 미립자의 침강 상태
표 Fig. 3-5-6. 0.000033 mass% (저농도) 및 0.00067 mass% (고농도) 약음이온성 응집제 투여 전/후 미립자 현탁액의 상변화
표 Fig. 3-5-7. 응집제 투여 전/후 경동탄 미립자의 상변화
표 Fig. 3-6-1. Schematic diagram of pyrosequencing technique
표 Fig. 3-6-2A. Particle size distribution of US coal
표 Fig. 3-6-2B. EDAX spectrum of the elements in coal sample
표 Fig. 3-6-2C. MLA analysis of the coal sample
표 Fig. 3-6-3. Flow-sheet of biodesulphurisation of US coal
표 Fig. 3-6-4. Biodepyritization batch bioreactors setup using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-5. Plot showing pH, E-value versus time during biodepyritization of US coal
표 Fig. 3-6-6. Plot showing bacterial cell concentration versus time during biodepyritisation of US coal using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-7. Removal of pyrite and pyritic sulphur at the end of biodepyritization using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-8. Schematic presentation of the experimental setup
표 Fig. 3-6-9. Residual versus order plots
표 Fig. 3-6-11. Residual plots
표 Fig. 3-6-10. Histogram of residual versus frequency
표 Fig. 3-6-12. Flow-sheet of scale up study on desulphurisation of US coal using At. ferrooxidans.
표 Fig. 3-6-13. Microbial depyritization in scale up studies using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-14. Reactor arrangement for scale up studies
표 Fig. 3-6-15. Changes in pH with time during biooxidation of US coal using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-16. Changes in redox potential with time during biooxidation of US coal using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-18. Removal of pyritic sulfur with time during bio-oxidation of US coal using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-17. Removal of iron pyrite with time during biooxidation of US coal using At. ferrooxidans
표 Fig. 3-6-19. Parr pressure vessel used for hydrothermal conversion
표 Fig. 3-6-20. E (mV) vs. Ag/AgCl plots for the 10 L reactor vessel at 10 % w/v density of coal to 9K medium and a culture of At. ferrooxidans using IEM substrate.
표 Fig. 3-6-21. pH and E (mV) vs. Ag/AgCl for At. Ferrooxidans in coal culture liquor
표 Fig. 3-6-22. NaOH induced ferrihydrite precipitate
표 Fig. 3-6-23. Ca(OH)2 induced ferrihydrite precipitate
표 Fig. 3-6-25. Ferric hydrate precipitate by NaOH and Ca(OH)2.
표 Fig. 3-6-24. Hematite produced by hydrothermal conversion after 6 hrs
표 Fig. 3-6-26. E-pH diagram for the Fe-S-O-H system at 200 ℃ and 4.3 MPa
표 Fig. 3-6-27. FTIR spectra of samples taken during the hydrothermal conversion of Ca(OH)2 induced Fe precipitate from IEM medium to hematite
표 Fig. 3-6-28. FTIR spectra of samples during the hydrothermal conversion of NaOH induced Fe precipitate from IEM medium to hematite
표 Fig. 3-6-29. FTIR spectra for as obtained for ‘wet’ ferrihydrite like precipitates obtained from coal extract liquor and a ‘dry’ Fe2O3 standard
표 Fig. 3-6-30. FTIR spectra for dried hydrothermal hematite conversion products of ferrihydrite precipitates obtained from spent IEM and coal extract liquors
표 Fig. 3-6-31. XRD spectra for Fe2O3 standard and hydrothermal conversion products from conversion of precipitates obtained from coal extract liquor by addition of either Ca(OH)2 or NaOH.
표 Fig. 3-6-32. Experimental flow sheet of conversion of iron precipitates formed in bioleach liquors to hematite
표 Fig. 3-7-1. 석탄 Briquetting 제조기술의 원리
표 Fig. 3-7-2. Briquetting 기기 및 실험 사진
표 Fig. 3-7-3. Briquetting 기기의 설계 도면
표 Fig. 3-7-4. 미립탄의 briquetting 속도 변화에 따른 성형
표 Fig. 3-7-6. briquetting 속도 및 압력의 변화에 따른 성형체의 IRI index
표 Fig. 3-7-5. Briquetting 압력의 변화에 따른 성형
표 Fig. 3-7-7. 조립탄의 성형압에 따른 briquetting 성형
표 Fig. 3-8-1. 선탄폐석 입자의 슬래그 모식도
표 Fig. 3-8-2. Conduction Calorimeter를 이용한 수화 발열 속도 측정 결과
표 Fig. 3-8-5. 1450℃에서 Na2CO3 첨가량에 따른 선탄폐석의 X-ray 정량 분석 결과 (at 1450℃)
표 Fig. 3-8-4. Na2CO3 첨가량에 따른 선탄 폐석의 X-ray 회절 분석 결과 (at 1450℃)
표 Fig. 3-8-3. 소성 온도에 따른 선탄 폐석의 X-ray 회절 분석 결과
표 Fig. 3-8-6. SiO2-Al2O3-CaO 삼성분계
표 Fig. 3-8-7. SiO2-Al2O3-Na2O 삼성분계
표 Fig. 3-9-1. 저급석탄 원광의 습식 체가름 실험 공정도
표 Fig. 3-9-2. 입도별 분쇄산물에 대한 습식 체가름 실험 공정도
표 Fig. 3-9-3. 입도별 분쇄산물에 대한 부유선별 실험 공정도
표 Fig. 3-9-4. 저급석탄에서 정탄 및 광미 품위 향상을 위한 부유선별 실험 공정도
표 Fig. 3-9-5. 1% 고정탄소를 함유한 광미의 XRD 분석결과
표 Fig. 3-9-6. 3% 고정탄소를 함유한 광미의 XRD 분석결과
표 Fig. 3-9-7. 5% 고정탄소를 함유한 광미의 XRD 분석결과

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 제목(한글), 저자명(한글), 발행일자, 전자원문, 초록(한글), 초록(영문) 관리번호, 제목(한글), 제목(영문), 저자명(한글), 저자명(영문), 주관연구기관(한글), 주관연구기관(영문), 발행일자, 총페이지수, 주관부처명, 과제시작일, 보고서번호, 과제종료일, 주제분류, 키워드(한글), 전자원문, 키워드(영문), 입수제어번호, 초록(한글), 초록(영문), 목차
저장형식	Text(ASCII format) Excel format
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

석탄자원의 안정적 확보를 위한 저급석탄의 선탄기술 개발
Advanced Coal Preparation for the Sustainable Security of Coal Resources 원문보기