KR0173369B1 - 산화물 함유 폐기물의 처리방법 및 처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 아연 및/또는 납의 산화물을 함유하는 폐기물과 하나 이상의 환원제가 열처리 노에 투입되기 전 또는 후에 흔합된다. 상기 혼합물은 노의 내부에서 실질적인 진공 조건하에서 소정 온도로 가열되어, 아연 및 또는 납의 산화물이 순수 금속 상태의 아연 및 또는 납으로 환원되고 증발된다. 증발된 아연 및/또는 납은 역시 실질적인 진공상태에서 회수 용기에 투입되며, 소정 온도에서 증발된 아연 및/또는 납이 응축되어 회수된다.
Description
제1도는 본 발명의 제1 및 제 2 실시형태에 따라, 산화물 함유 폐기물을 처리하는 방법을 수행하는 장치의 개략 단면도이고,
제2도는 본 발명의 제 3 실시형태에 따라, 산화물 함유 폐기물을 처리하는 방법을 수행하는 장치의 개략 단면도이고,
제3도는 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 시험한 결과를 나타낸 그래프이고,
제4도는 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 시험한 결과를 나타낸 그래프이고,
제5도는 본 발명의 제 7 실시형태에 따라 산화물 함유 폐기물을 처리하는 장치의 개략 단면도이고(제5도는 또한 본 발명의 제 4 실시형태에 따라 브리켓 모양으로 성형된 물질을 보여준다),
제6도는 본 발명의 제 5 실시형태에 따라,산화물 함유 폐기물을 처리하는 방법을 수행하는 장치의 개략 단면도이고,
제7도는 제6도의 장치 중 회수 용기와 잉곳 캐이스 사이의 접속부의 확대 단면도이고,
제8도는 본 발명의 제 6 실시형태에 따라,산화물 함유 폐기물을 처리하는 방법을 수행하는 장치의 개략 단면도이다.
본 발명은, 산화물 상태의 아연 및 또는 납을 함유하고 있는 폐기물을 회수 가능한 상태인 각각의 순수 금속으로 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 공업 생산 과정에서 수 많은 종류의 폐기물이 생성되며, 이들 중 일부는 특히 아연 및 또는 납을 포함하고 있다. 예를들어, 전기로(瀘)로부터 발생하는 제강 더스트는 통상 철의 산화물 뿐만 아니라 아연 및 또는 납의 산화물을 포함하고 있다. 특히, 전기로에 투입되는 제강 물질이 자동차의 파쇄 더스트인 자동차 공업 분야에서는, 전기로에서 생성되는 폐기물이, 통상 아연 도금된 철판으로 된 자동차 강판으로부터 나온 아연을 함유하며, 또한 납-및-주석으로 코팅된 철판으로 된 연료 탱크로부터 유래하는 납을 함유한다.
자동차 제조 공정 중에 생성되는 프레스 스크랩의 경우, 아연을 거의 순수한 상태로 포함하고 있어, 상기 스크랩을 감압 상태에서 가열하여 아연을 증발시켜 아연 도금된 강판 스크랩으로부터 제거할 수 있다(일본국 특허 공보 제92-346681호), 그러나, 아연 및 또는 납이 순수한 상태가 아니라 산화물 상태인 경우에는 상기 일본국 특허 공보 제92-346681호의 방법에 의하여 회수하여 재이용 할 수 없다.
폐기물로부터 아연을 제거하기 위한 다른 방법으로, 버너를 이용하여 폐기물을 가열하고, 코크스 또는 석탄을 이용하여 폐기물에 함유되어 있는 아연 산화물을 환원시키는 로터리 킬른 방식이 있다. 그러나, 이 방법은 폐기물을 극히 높은 온도로 가열해야 하므로 에너지 비용이 많이 소요되고, 폐기물 중 아연이 재산화되기 쉬워 아연을 회수하는 것이 어렵다는 점등의 단점이 있다. 또 다른 방법으로, 플라즈마에 의하여 생기는 고온에서 아연을 증발시켜 Pb스플래쉬 응축기에 의하여 순수한 금속 상태로 회수하는 방법이 있다 그러나, 이 방법을 온-사이트(on-site)처리할 경우 환경에 악영향을 줄수 있다는 단점이 있다.
따라서, 현재 아연 및 또는 납을 함유하는 폐기물은 통상 폐기물 처리에 관한 규정에 따라 흙속에 묻어 처리하고 있다. 그러나, 폐기물을 매장할 경우, 처리 장소가 부족하고 비용이 많이 소요된다는 문제가 있다. 또한, 모든 폐기물이 재이용되지 않고 버려지므로, 재료 경제의 측면에서도 바람직하지 못하다.
본 발명의 목적은 산화물 상태의 아연 및 또는 납 함유 폐기물의 처리방법 및 장치로서, 상기 아연 및/또는 납이 각각 순수한 상태의 금속으로 회수되어 각 금속의 성분으로 재이용될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 산화물 상태의 아연 및 또는 납 함유 폐기물을 회수 가능한 각각의 순수 금속 상태로 처리하는 방법 및 장치에 있어서,상기 방법 및 장치가 조작, 에너지 비용,처리 소요 시간 및 재료 경제 측면에서 효율적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 세번째 목적은 금속 산화물을 함유한 폐기물의 처리, 회수 및 폐기와 관련된 환경 문제를 고려한 방법 및 장치를 제공하는 것이다
본 발명의 상기와 같은 목적 또는 그 외의 목적, 그리고 본 발명의 장점은 본 출원에 수반되는 도면을 참고로 하고 하기에 기재된 발명에 대한 상세한 설명에 의하여 더욱 쉽게 이해할 수 있다
이하의 설명에서는 전기로에서 생성되는 제강 더스트를 산화물 함유 폐기물의 예로 사용하였다 그러나, 산화물 함유 폐기물은 상기 전기로에서 생성되는 제강 더스트에 한정되지 않고, 폐차의 파쇄물에 의하여 생성되는 더스트 등도 포함될 수 있다.
제1도는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에서 사용되는 장치들로 도시한 것이다:; 제2도는본 발명의 제 3 실시형태에서 사용되는 장치들로 도시한것이다; 제3도 및 제4도는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에서 사용된 다양한 종류 및 양의 환원제로 처리하기 전,후에 아연 제거율을 각각나타낸 것이다; 제5도는 본 발명의 제 7 실시형태에서 사용되는 장치와 본발명의 제 4 실시형태에 사용되는 브리켓 형상의 산화물함유 폐기물 및 환원제의 혼합물을 도시한 것이다: 제6도 및 제7도는 본 발명의 제 5 실시형태에서 산화물 함유 폐기물을 처리하는 방법에 사용되는 장치를 도시한것이다; 제8도는 본 발명의 제 6 실시형태에서 산화물함유폐기물을 처리하는 방법에 사용되는 장치를 도시한 것이다 본 발명의 모든 실시형태에서 공통적인 구성분은 명세서 전체 및 도면에서 동일한 참조 번호를 사용하여 표시하였다
본 발명의 모든 실시형태에서 공통적인 구성분에 대해서는 제1도와 관련하여 처음 설명된다.
본 발명에 의하여 산화물 상태의 아연 및 또는 납 함유 폐기물을 회수 가능한 상태인 각각의 순부 금속으로 처리하는 방법은: (1)기재인 철과 같은 다른 금속과 함께 아연 및 또는 납을 산화물 상태로 포함하고 있는 폐기물(1)[예컨대, 전기로로부터 생성되는 제강 더스트] 및 하나 이상의 환원제(2)를 열처리 노(3)(이하 노)에 도입하는 단계; (2) 상기 노(3)의 내부를 감압하고 가열하여 아연 및/또는 납의 산화물을 거의 진공상태에서 각각의 순수 금속으로 환원시켜, 동 순수 금속 상태의 아연 및-또는 납(이들의 융점은 이의 산화물의 융점보다 낮음)을 증발시키는 단계; (3) 증발된 순수 금속 상태의 아연 및/또는 납을 노(3)의 내부와 연결된 회수 용기(5)에 도입하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하여 산화물 상태의 아연 및/또는 납 함유 폐기물을 회수 가능한 상태인 각각의 순부 금속으로 처리하는 장치는: 내부 공간을 가진 열처리 노(3)(이하 노); 상기 노의 내부를 가열하기 위한 가열기(9); 철 등과 같은 다른 금속 중에 산화물 상태의 아연 및/또는 납을 포함하고 있는 폐기물(1) 및 하나 이상의 환원제(2)(상기 폐기물과 일체를 이루거나 또는 그와 분리된 상태일 수 있다)를 노(3)에 도입하는 수단: 노(3)의 내부와 연결되어 있으며, 노(3)에서 환원, 증발된 순수한 금속을 회수하여 회수형으로 응축시키기 위한 회수 용기(5); 그리고 노의 내부(3) 및 회수 용기(5)와 연결되어 있어 상기 공간을 거의 진공상태로 유지하는 진공 펌프(4)를 포함하여 구성된다
예를들어, 전기로에 투입되는 원료가 폐차를 파쇄하여 생긴 더스트인 경우, 전기로로부터 생성되는 폐기물(1)이 아연 도금된 강판으로 된 차의 외부 패널로부터 생긴 아연을 포함하고, 또한 납과 주석재로 된 강판으로 제조된 연료 탱크(연료 용기)로부터 생긴 납을 포함하고 있다. 상기 아연과 납온 폐기물 중에서 산화물 상태로 존재한다.
전기로에서 얻어지는 일반적인 더스트 조성물의 함량(중량%)을 하기 표 1의 가운데 줄(더스트란)에 표시하였다.
환원제를 사용하지 않고 원료로부터 순수한 금속(예를 들어, 순수한 아연)을 회수하는 종래의 방법으로, 일본 특허 공보 제 92-346681호에 기재되어 있는 바와 같이, 진공 열처리 노에서 폐기물을 처리하는 방법이 있다. 상기 표 1의 폐기물을 이 방법에 의하여 처리하였다. 그 결과는 상기 표의 아래 줄에 나타내었다(진동처리란), 상기 처리에서는 50kg의 원료를 사용하였다. 시험조건으로, 온도는 약 850℃, 압력 0,06토르, 처리 시간은 약 6시간 이었다. 시험 결과로부터 알수 있는 바와 같이, 아연 및/또는 납을 산화물 상태로 함유하고 있는 폐기물에 대하여 그 조성의 중량 퍼센트는 거의 변하지 않았으며, 이는 환원제를 사용하지 않고 종래의 방법인 진공 열처리 기법에 의하여 아연 및/또는 납을 순수한 금속 상태로 회수하는 것이 거의 불가능하다는 것을 의미한다.
이와는 대조적으로, 본 발명에 따른 처리방법에 있어서는, 하나 이상의 환원제가 사용되어 산화물 상태의 아연 및 또는 납을 각각의 순수 금속 상태로 환원시킨다. 환원제(2)는 노(3)에 투입되기 전에 또는 후에 폐기물(1)과 혼합된다. 가루, 그레인, 조각 상태, 또는 기체나 액체 상태의 환원제(2)를 사용하여 노(3)의 내부가 진공 상태이더라도 환원제(2)가 높은 환원력을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 나아가, 환원제가 진공 펌프 및 마감부로 침입하는 것을 차단하기 위해서, 노(3)에 도입하기 전에 폐기물(1)과 환원제(2)를 상호 혼합하여 브리켓 형상으로 만드는 것이 바람직하다.
노(3)에는 가열기(9)가 장착되어 있다. 가열기(9)는 주로 방열 및 전도에 의하여 아연 및 또는 납을 가열하며, 아연 및 또는 납의 기화 온도 이상의 온도(일반적으로, 600 내지 1100℃범위의 온도)와 거의 진공 상태를 유지하고 있는 노(3)의 내부에서 산화물 상태의 아연 및 또는 납이 환원되어 순수한 금속 상태로 된다. 환원제(2)가 고체인 경우, 카본 차열기가 일 반적으로 사용되고, 환원제가 물 또는 수증기인 경우, 방사 튜브-타입 가열기(튜브에서 연료와 가스가 주입되어 화염을 이루는 가열기)가 사용될 수 있다. 카본 가열기는 진공상태에 존재하므로 연소하지 않고, 방사 튜브-타입 가열기는 물 및 수중기와 반웅하지 않는다.
노(3)내부에서의 진공 압력은 약 10토르(1Torr=1,33322 X 10 Pa)미만으로 유지되어야 환원된 순수 금속이 노 내부의 산소와 반웅하여 재산화되지 않는다. 바람직한 압력은 약 0,06토르이다. 폐기물은 노의 내부에서 30분 이상 유지시켜야 이들이 균일하게 가열되어 아연 및/또는 납이 거의 완전하게 증발된다. 그러나, 폐기물을 고온에 너무 오랜 시간 동안 노출기킬 경우 폐기물 처리의 효율이 떨어지므로, 고온에서 폐기물이 노출되는 시간은 길게는 10시간, 바람직하게는 약 6시간 미만으로 한다.
상기와 같은 방법 및 장치에 의하여 산화물이 환원되어 회수되는 경로는 다음과 같다. 산화물이 환원제(2)과 혼합된 상태로 거의 진공상태(10 ~10)의 노의 내부에서 가열되므로, 폐기물 중 ZnO, PbO는 동 진공상태에서 순수 금속인 Zn 및 Pb로 각각 환원된다. ZnO, PbO의 증발 온도가 높아 1500℃까지 가열하여도 증발되지 않지만, 순수 금속 상태의 Zn,Pb의 증발 은도는 ZnO PbO의 경우보다 상대적으로 낮으므로, 약 600C, 0,06토르의 진공상태에서 증발된다. 노의 내부를 약 0,06토르의 진공 상태 및 약 600%이상의 온도로 가열할 수 있는 노는 적당한 비용으로 실용적으로 제조할 수 있다.
증발된 순수상태의 아연 및/또는 납은 약400℃ 이하의 회수용기(5)의 내부 표면에서 응축되어 순수한 상태로 회수되고 순도 높은 아연 및/또는 납의 원료로 재이용될 수 있다. 회수 용기(5)의 내부는 100-500℃의 은도로 유지된다. 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 가지는 제강 더스트를, 본 발명의 방법에 의하여, 환원제로 처리(예를들어, 철-타입 환원제인 그라인딩 더스트로 처리한 후 카본-타입 환원제인 기사용 차동차 타이어에 의하여 처리)하고 회수하여 얻은 물질의 성분 중량 퍼센트를 표 2에 나타내었다. 아연 및/또는 납이 제거된 제강 더스트는 다량의 철을 함유하므로, 동 폐기물을 노(3)로부터 분리하여 제강 재료로 재이용할 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법의 구성에 있어서 독특한 몇가지 실시형태를 하기의 비제한적인 실시예에 의하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 제 1 실시형태에서는, 철-타입 환원제(2A)로서 가공 더스트를 이용하여 제1도의 장치를 이용하여 폐기물(1)을 환원시켰다. 환원제 2A성분의 중량 퍼센트는 표 3의 맨 윗줄에 표시하였다. 폐기물(1)및 가공 더스트의 중량비는 1:1이었다. 철-타입 환원제 2A로서는 가루, 그레인, 철의 스트립, 철 산화물(FeO, FeO), 900℃ 이상으로 가열하여도 환경 문제를 일으키지 않는 SiO,,MgO 등의 철 및 산화물올 포함하는 그라인딩 더스트 및 주철을 사용할 수 있다.
상기 처리방법에서는 다음과 같은 환원반응이 일어난다.
이 반응에 의하여, ZnO및 PbO가 각각의 순수 금속 상태인 Zn및 Pb로 환원된다. 압력 약 1 0 토르미만의 진공조건 및 약 600℃의 은도에서 순수 금속 상태의 Zn, Pb가 증발되므로, 제 1도의 회수 용기(5)의 은도를 40℃ 이하로 유지시키면 증발된 금속을 응축시켜, 회수할 수 있다. 800℃미만의 은도에서는 환원 반응이 너무 느리게 일어나므로, 실용적 측면에서 제1도의 노(3)의 내부 온도는 800℃이상으로 유지시키는 것이 바람직하다.
제강 더스트(1)(원 폐기물) 및 환원제 2A를 상호 흔합하여, 노(3)의 온도 900℃, 1 토르의 진공상태, 처리시간 2시간의 조건으로 시험을 하였다. 처리된 후 노(3)에 남아 있는 폐기물의 조성을 표 3에 나타내었다(잔존 폐기물), 표 3의 잔존 폐기물 내의 Zn 및 Pb의 중량 퍼센트로부터 알 수 있는 바와 같이, 철-타입 환원제를 이용함으로써 폐기물로부터 Zn및 Pb를 거의 대부분 제거할 수 있다.
제3도는 처리 전후의 제강 더스트에 대한 Zn의 비율과, 철-타입 환원제의 종류, 처리 온도, 환원제와 폐기물의 혼합 비율을 변화시켜 시험한 경우 Zn의 제거율을 나타낸 것이다 제3도의 모든 시험에서 처리 시간은 2시간 이었고, 진공도는 1토르이었다
제3도에 나타낸 바와 같이: (1) 40g의 폐기물과 80g의 철분을 혼합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 99,91%이었고; (2) 50g의 폐기물과 50g의 가공 칩을 혼합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 99,89%이었고; (3) 50g의 폐기물과 50g의 주철 칩을 혼합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 99,44%이었고; (4) 60g의 폐기물과 40g의 철분을 혼합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 99,42%이었고; (5) 50g의 폐기물과 50g의 강립형 더스트를 혼합하여 900%로 처리한 경우, Zn의 제거율은 99,20%이었고; (6) 40g의 폐기물과 80g의 철분을 혼합하여 750℃로 처리한 경우 Zn의 제거율은 80,23%이었고; (7) 60g의 폐기물과 40g의 철분을 혼합하여 75O℃로 처리한 경우 Zn의 제거율은 36,28%이었고; (8) 50g의 폐기물과 50g의 주철 칩을 혼합하여 750℃로 처리한 경우 Zn의 제거율은 30,95%이었다. 이러한 실험 결과로부터 철-타입 환원제로는 철분, 가공 더스트 및 강립형 더스트가 바람직하다는 사실을 알 수 있다.
제3도에서 볼 수 있는 바와 같이,본 발명의 방법에서는 여러 가지 다양한 환원제를 사용하여도 조건을 적절히 선택함으로써 90%이상의 Zn제거율을 달성하는 것이 가능하다. 철-타입 환원제의 경우, 750℃미만의 온도에서는 Zn의 제거율이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 고온(바람직하게는, 800℃이상)에서 처리하는 것이 바람직하다.
본발명의 제 1시형태에 따른 방법에 있어서는,과거에 통상 폐기되던 가공 칩,그라인더 더스트 및 주철 칩 등을 환원제로 사용할 수 있으며, 이들은 잔존 폐기물 중에 남아 제강 재료로서 재이용될 수 있다.
[실시예 2]
본 발명의 제 2 실시형태에서는, 탄소-타입 환원제 2B로서 활성탄(99%이상의 탄소 포함) 그레인을 사용하여 제1도의 처리 장치 내어서 폐기물(1)을 환원시켰다. 폐기물(1)과 활성 탄소 그레인의 비율은 1:1이었다.
상기 처리시에는 다음과 같은 환원 반웅이 일어난다.
상기 반웅에서 ZnO 및 PbO 가 순수 금속 상태인 Zn 및 Pb로 각각 환원된다. 압력 약 10토르 미만의 진공 조건 및 약600℃의 온도에서 순수 금속 상태의 Zn, Pb가 증발되므로, 제1도의 회수 용기(5)의 온도를 약 400℃이하로 유지시켜 증발된 금속을 웅축, 회수할 수 있다 700℃미만의 온도에서는 환원 반웅이 너무 느리게 일어나므로, 실용적 측면에서 제1도의 노
(3)의 내부 은도는 700℃이상으로 유지시키는 것이 바람직하다.
폐기물(1)(원 폐기물) 및 환원제 2B를 상호 혼합하여, 노(3)의 은도 750℃, 0,15토르의 진공 상태, 처리시간 6시간의 조건으로 시험을 하였다.
처리된 후 노(3)에 남아 있는 폐기물의 조성을 표 4에 나타내었다(잔존 폐기물), 표 4의 잔존 폐기물 내의 Zn및 Pb의 중량 퍼센트로부터 알수 있는 바와 같이, 탄소-타입 환원제를 이용함으로써 폐기물로부터 Zn 및 Pb 를 거의 대부분 제거할 수 있다.
탄소-타입 환원제 ZB로서는, 카본블랙, 톱밥, 나무 칩, 사용된 타이어 및 활성탄 등의 환원제가 적당하다.
제 4도는 처리 전후의 제강 더스트에 대한 Zn의 비율과, 탄소-타입 환원제의 종류, 처리 온도, 환원제와 폐기물의 혼합 비율을 변화시켜 시험한 경우 Zn의 제거율을 나타낸 것이다. 제2도의 모든 시험에서 처리 시간은 2시간 이었고, 진공도는 1토르이었다
제4도 및 표 5(제4도의 맨 윗줄에 표시된 실시예에 대응)에서 알 수 있는 바와 같이: (1) 60g의 폐기물과 40g의 타이어 더스트를 흔합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 96,57%이었고; (2) 40g의 폐기물과 60g의 나무 더스트를 혼합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 91,14%이었고; (3) 40g의 폐기물과 60g의 타이어 더스트를 혼합하여 900℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 90,86%이었고; (4) 60g의 폐기물과 40g의 나무 더스트를 흔합하여 900℃로 처리한 경우 Zn의 제거율은 76,00%이었고, (5) 100g의 폐기물과 20g의 카본블랙을 혼합하여 750℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 94,02%이었고; (6) 50g의 폐기물과 20g의 활성탄을 흔합하여 750℃로 처리한 경우, Zn의 제거율은 93,52%이었다. 이러한 실험 결과로부터 타이어 더스트, 나무 더스트 및 활성탄이 탄소-타입 환원제로 바람직하다는 사실을 알 수 있다.
제4도에서 볼 수 있는 바와 같이,본 발명의 방법에서는 여러 가지 다양한 환원제를 사용하여 조건을 적절히 선택함으로써 90%이상의 Zn제거율을 달성하는 것이 가능하다. 본 발명의 제2실시형태에 따른 방법에 있어서는, 과거에 통상 재사용되지 않고 폐기되던 탄소 타입 환원제가 사용될 수 있으며, 경제적으로 우수한 재료 절감 효과를 얻을 수 있다.
[실시예 3]
본 발명의 제3실시형태에서는, 제2도에 나타낸 바와같이, 물 또는 수중기가 환원제(2C)로 사용된다. 이 경우 물 또는 수중기가 가열기(9)와 반웅하는 것을 방지하기 위해서 방사 튜브-타입 가열기가 사용된다. 물 및 수중기는 발브(7)가 설치되어 있는 주입 파이프(6)를 통하여 노(3)로 공급된다.
금속통(8)을 이용하여, 300kg의 폐기물(1)을 처리할 수 있는 노(3)로 제강 더스트를 투입하여 시험하였다. 노의 내부를 진공 펌프를 이용하여 감압하고 방사 튜브-타입 가열기(9)에 의하여 가열하였다. 시험에서, 노(3)내부의 은도는 850℃까지 가온하였으며, 압력은 0,06토르 까지 낮추었다. 이어 물(2C)을 폐기물 100g당 3cc의 비율로 노(3)에 주입하고 압력을 1토르로 회복시켰다. 이어 노(3)내부의 압력을 0,06토르로 낮추고, 다시 노의 내부를 실온 및 대기압에 이르도록 하였다. 이 사이클을 수행하는데에는 6시간이 소요되었다.
상기 사이클의 결과를 표 6에 나타내었다. 상기 시헙 결과로부터, 물을 환원제로 사용함으로써, 산화물의 상태로 원 폐기물 내에 포함되어 있던 Zn및 Pb가 환원, 증발되어, 상당량 잔존 폐기물로부터 제거되고, 순수 금속 상태의 Zn 및 Pb가 상당히 높은 순도를 보이면서 회수 용기(5)에 응축하여 회수되는 것을 알 수 있다.
물은 입수가 웅이하며, 탄소와 반웅하여 CO를 형성하여 환원 효과를 대시킨다.
[실시예 4]
본 발명의 제 4 실시형태에서는, 제5도에 나타낸 바와같이, 아연 및/또는 납을 산화물의 상태로 함유하고 있는 폐기물과 하나 이상의 환원제를 흔합하여, 노(3)에 투입하기 전에 브리켓(11)형상으로 만들어, 호퍼(10)를 통하여 노(3)에 투입한다. 제강 더스트의 각각의 그레인은 직경 1mm보다 작은 크기, 즉 분말이므로 통상적인 트럭에 의한 이송이 부적절하다 따라
서, 특수 트럭에 의하여 폐기물을 이송해야 하는데, 이것이 이송 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 분말-상 폐기물온 진공노 및 진공 펌프의 마감부 표면에 부착하여 노와 펌프의 마감 및 펌프의 작동에 문제를 일으킨다. 그러나, 노에 투입하기 전에 폐기물 및 환원제를 브리켓 형상으로 만들면, 이러한 문제를 해결할 수 있다. 이와 관련된 이송 문제를 해결하기 위하여, 폐기몰은 그것이 생성된 공장에서 브리켓 형상으로 제조되어야 한다. 압력을 가하여 브리켓을 형성한 경우, 폐기물과 환원제가 긴밀하게 접촉하게 되어 반응이 안정하게 일어날 수 있다.
폐기물과 환원제를 브리켓 형상으로 성형할 때, 프레스 기계가 있는 경우에는 동 기계를 사용하는 것이 바람직하다. 프레스 기계가 없는 경우에는 폐기물과 환원제의 혼합물에 약간의 바인더를 가하여 브리켓으로 성형한다. 바인더는 폐기물과 환원제 혼합물의 용량을 기준으로 약 5-15%정도 가하는 것이 좋다. 5%미만인 경우, 브리켓 형상으로 만들기가 어렵고, 15%를 초과하는 경우, 바인더가 증발할 때 브리켓의 강도가 너무 낮게 된다. 바인더의 예로는 전분 및 벤토나이트가 바람직하고, 페놀 퓨란 및 물 글래스 등의 유기 물질도 사용할 수 있다. 전분 및 벤토나이트는 처리중 증발되어도 문제를 일으키지 않는다. 그러나 다른 유기물질은 가열시 연기나 냄새가 나므로 처리 플랜트가 환기 장치를 필요로 할 수 있다.
[실시예 5]
본 발명의 제 5 실시형태에서는, 제6도 및7도에 도시된 바와 같이, 노(3)내에서 환원되어 증발된 아연 및-또는 납이 거의 진공상태로 감압된 회수 용기(5)내에서 융해하여 잉곳 캐이스에서 잉곳으로 웅국한다. 이것은 잉곳 상태로 회수된 순수한 아연 및 또는 납을 다루기가 편하기 때문이다.
제6도의 회수 용기(5)에 외부 표면에는 가열기(12)와, 내부에 물이 흘러 회수 용기(5)의 내부 온도를 조절하는 냉각 파이프(13)가 제공된다. 잉곳 캐이스(14)는 회수 용기(5)와 연결되어 있으며 그 아래에 배치되어 있다. 잉곳 캐이스(14)와 회수 용기(5)는 제7도에 나타낸 바와 같이 금속 가스켓(15)이 개재되어 있는 플랜지에 의하여 연결된다. 노(3)에서 증발된 아연 및-또는 납은 회수 용기(5)에 모여, 이 용기 내부의 온도를 100 내지 500℃ 로 조절함으로써 증발된 아연 및 또는 납이 용융되고(증발된 아연 및 또는 납이 이미 응축된 경우에는 옹축된 금속이 재용융함), 이어 용융된 순수 금속인 아연 및/또는 납이 잉곳 상태로 웅축되는 잉곳 캐이스(14)로 떨어진다.
[실시예 6]
본 발명의 제 6 실시형태에서는, 제8도에 도시된 바와 같이,노(3)의 내부에서 환원되어 증발된 아연 및 또는 납이 감압된 회수 용기(5)내에서 용융하여, 본 발명의 제 5 실시형태와 관련하여 설명한 바와 같이 다루기 편리한 잉곳 상태로 웅축된다.
본 실시형태에서, 제8도의 회수 용기(5)의 외부 표면에는 고주파 코일(16)과, 내부에 물이 흘러 회수 용기(5)의 내부 온도를 조절하는 냉각 파이프(13)가 함께 제공된다. 회수 용기(5)의 저면 개방부위에, 잉곳 캐이스(14)가 배치되어 있다. 잉곳 캐이스(14)의 상부는 회수 용기(5)의 저면 개방부로 열려 있으나, 분리된 상태이다. 회수 용기(5)및 잉곳 캐이스(14)는 모두 진공 펌프(4)에 의하여 거의 진공 상태로 감압된 진공 캐이스(17)내에 수용되어 있다. 그 결과 회수 용기(5), 노(3) 및 잉곳 캐이스(14)내로 공기가 들어가지 않아, 환원된 아연 및/또는 납이 재산화되지 않는다.
노(3)에서 증발되어, 환원된 아연 및 또는 납은 회수 총기(5)에 모이며, 이 용기 내부의 은도를 100 내지 500%로 조절함으로써 증발된 아연 및/또는 납이 용융된다. 이어 용융된 순수 금속인 아연 및/또는 납이 잉곳 상태로 응축되는 잉곳 캐이스(14)으로 떨어진다.
[실시예 7]
본 발명의 제 7 실시형태에서는, 제5도에 도시되어 있는 바와 같이, 노(3)가 호퍼(10)로 개방된 입구를 가지며, 베어링(18)에 의하여 회전이 지지된다. 노(3)는 이 개방부 말단에 대하여 거의 수직인 중앙의 훅 주위를 회전한다. 노(3)가 회전할 때, 노(3)에 투입된 폐기물과 환원제가 잘 혼합되고 상대적으로 짧은 시간내에 균일하게 가열되도록 교반된다. 노(3)는 단열 캐이스(19)내에 수용되어 있으며, 동 캐이스(19)내에 배치된 가열기(9)에 의하여 노(3)의 외부로부터 약 600℃ 내지 1100℃, 바람직하게는 700℃의 은도로 가열된다. 제5도는 또한 실시예 4에서 설명한 방법에 의하여 폐기물과 환원제의 혼합물로부터 제조한 브리켓(11)을 보여준다. 브리켓은, 호퍼(10)의 저면에 장착된 발브(20)가 열릴때, 단열 캐이스(19)을 관통하는 도관을 통하여 노(3)로 투입된다. 단열 캐이스(19)의 내부 및 회수 용기(5)의 내부는 진공 펌프(4)에 의하여 거의 진공 상태의 압력(일반적으로, 10토르 미만의 압력)으로 감압될 수 있다. 특히, 노 내부의 온도가 약 700℃인 경우, 압력은 약10-2토르 이하이고, 압력이 10토르일때, 온도는 약 900℃이상인 것이 바람직하다.
노(3)는 구동 수단(23)에 의하여 회전된다. 노(3)의 회전 속도를 낮게 유지하기 위해서, 노(3)가 단속적으로 회전되도록 하는 것이 바람직하다. 이것은, 노의 회전 속도가 너무 빠르면, 브리켓으로 성형되지 않은 채로 폐기물과 환원제가 혼합된 경우, 중력의 차이로 환원제가 폐기물의 표면으로 분포하게 되어 그 환원제만 반응하게 되기 때문이다. 노는 15분에 1/4 회전하는 것이 바람직하다. 이 속도에서는 충분히 혼합될 수 있고, 환원제는 폐기물의 표면으로 분포하지 않게 된다. 노는 1회 처리시 2 내지 3회전하는 것이 바람직하다.
노(3)의 원통측 내부 표면에는 나선형 휜(24)이 제공되어, 노가 회전할 때 폐기물과 환원제가 회수 용기(5)와 연결되는 측면 출구로 이송되도록 한다. 노의 회전식 구조와 휜에 의한 이송 메카니즘으로 인하여, 노에 의하여 재료를 연속적으로 처리하는 것이 가능하다.
출구 통로(21)는 노(3)의 측면 출구와 회수 용기(5)를 연결하는 통로에 연결되어 있다. 이 통로에는 발브(22)가 장착되어 있다. 발브(22)를 열고, 아연 및 또는 납이 환원되어 증발되고 남은 폐기물을 통로(21)를 통하여 노(3)로부터 꺼낸다. 상기 잔존 폐기물은 다량의 철을 함유하고 있어, 철 제공 원료로 재사용될 수 있다. 순수한 금속 상태의 아연 및 또는 납은 전술한 바와 같이 회수 용기(5)에 회수된다.
상기 본 발명에 따른 몇가지 실시예에서 제강 더스트를 폐기물의 예로 들어 설명하였지만, 용융노로부터 생성되는 슬래그, 폐차의 파쇄로 인하여 생긴 더스트, 중금속을 포함하는 다른 공업 폐기물이나 시멘트 물질의 처리에도 본 발명을 적용될 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치를 이용할 경우 다음과 같은 잇점이 있다.
첫째, 아연 및-또는 납의 산화물을 함유하는 폐기물이 하나 이상의 환원제와 혼합되어 거의 진공상태 하에서 가열되므로, 아연 및 또는 납이 환원되어 거의 순수한 상태로 회수되어, 본래 폐기물 중에 함유되어 있던 아연 및 또는 납의 거의 대부분이 회수 재이용된다.
둘째, 노에 투입하기 전에 폐기물 및 하나 이상의 환원제의 혼합물을 브리켓 형상으로 성형한 경우, 분말상 폐기물이 진공 펌프 및 마감 부재로 침입하는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 회수된 순수 금속이 회수 용치 내에서 용융하여 잉곳 캐이스에서 응축된 경우, 금속은 다루기 편리한 잉곳 상태로 재생될 수 있다.
넷째, 회수된 순수 금속이 회수 용기로부터 제거되어 진공 상태의 잉곳 캐이스로 간 경우, 회수된 금속의 재산화가 일어나지 않는다.
다섯째, 노를 회전시키는 수단이 장착된 경우, 폐기물을 연속적으로 처리할 수 있다.
여섯째, 노를 단속적으로 회전시키는 수단이 장착된 경우, 폐기물과 하나 이상의 환원제가 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시형태를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 신규한 교시 내용과 이점을 크게 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 설명, 상술된 특정 장치 및 방법의 실시형태에 여러 가지 수식이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 그러한 수식, 변형 기술들은 모두 하기에 본 발명의 청구범위에 의하여 정해진 본 발명의 범위, 범주에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (18)
- 아연 및-또는 납의 산화물을 함유하는 폐기물을 회수 가능한 각각의 순수 금속으로 처리하는 방법에 있어서: 상기 폐기물과, 철-타입 환원제, 탄소-타입 환원제 및 물을 포함하여 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 환원제를 열처리 노에 투입하는 단계: 상기 열처리 노의 내부를 1토르 이하로 감압하고 600℃ 내지 1100℃로 가열하여, 상기 아연 및 또는 납의 산화물을 각각의 순수 금속으로 환원시켜, 증발시키는 단계: 증발된 순수 금속을 각각 열처리 노의 내부와 연결된 회수 용기(5)에 도입하고 회수가능한 상태로 응축시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 철-타입 환원제가 철분, 가공 더스트, 주철 더스트 및 강림형 더스트로 이루어진 그룹에서 선택되는 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소-타입 환원제가 타이어 더스트, 나무 더스트, 카본블랙 및 활성탄으로 이루어진 그룹에서 선택된 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 가열단계에서 열처리 노의 내부가 800℃ 내지 1100℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 상기 가열단계에서 열처리 노의 내부가 700℃ 내지 1100℃으로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 감압단계에서 열처리 노의 내부 압력을 0.06 내지 1토르로 감압시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폐기물이 30분 내지 10시간 동안 600 %내지 1100℃의 온도에 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 열처리 노에 투입하기 전에, 상기 폐기물과 하나 이상의 환원제를 상호 혼합하여 브리켓 형상으로 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 증발되어 회수 용기에 도입된 각각의 순수 금속이 상기 회수 용기 내에서 거의 진공상태에서 용융되어 회수 가능한 상태로 응축하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 응축이 상기 회수 용기와 연결되어 있는 잉곳 캐이스 내에서 일어나고, 상기 용융된 각각의 금속이 거의 진공상태에서 회수 용기로부터 잉곳 캐이스로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 아연 및/또는 납의 산화물을 함유하는 폐기물을 회수 가능한 각각의 순수 금속으로 처리하기 위한 장치에 있어서, 내부 공간을 가진 열처리 노와; 상기 열처리 노의 내부를 가열하기 위한 가열기와; 폐기물과 하나 이상의 환원제를 상기 노에 도입하기 위한 수단과; 상기 열처리 노의 내부와 연결되어 있으며, 열처리 노 내에서 환원, 증발된 순수 금속을 수집하여 회수가능한 상태로 응축시키기 위한 회수 용기와; 상기 열처리 노와 회수 용기의 내부와 연결되어 그 안을 1 토르 이하의 실질적으로 진공상태로 유지시키는 진공 펌프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 상기 회수 용기가 내부와 외부 표면을 가지고, 상기 외부 표면에는 가열기와, 그 내부로 물이 흘러 회수 용기 내부의 온도를 100℃ 내지 500℃의 범위로 조절하는 냉각 파이프가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 상기 회수 용기가 내부와 외부 표면을 가지고, 상기 외부 표면에는 고주파 코일과, 그 내부로 물이 흘러 회수 용기 내부의 온도를 100℃ 내지 500℃의 범위로 조절하는 냉각 파이프가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 상기 회수 용기 아래에 배치된 잉곳 캐이스를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 회수 용기와 상기 잉곳 캐이스를 수용하기 위한 진공 캐이스를 더욱 포함하며, 그 안에서 상기 잉곳 캐이스와 상기 회수 용기가 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 열처리 노를 회전시키기 위한 수단을 더욱 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 회전 수단에 의하여 상기 열처리 노가 단속적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 열처리 노가 원통형의 내부 표면과, 측면 출구와 상기 열처리 노의 내부 표면에 제공되는 나선형의 휜을 가지며, 상기 나선형을 휜은 노가 회전할 때 노 내부의 폐기물과 환원제가 상기 측면 출구 방향으로 이송되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
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