KR101289251B1 - 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치 - Google Patents

음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치에 관한 것으로서, 음식물 쓰레기를 고형연료(R.D.F., Refuse Derived Fuel)로 성형할 때 티타늄이 포함된 자철광을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 고형연료를 연소시킬 때 발생하는 열을 이용하여 자철광으로부터 고순도의 티타늄을 추출하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법은 우드칩 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량%을 혼합하고, 상기 혼합물과 음식물쓰레기와 직경이 3~5mm인 자철광을 중량비로 1 : 0.8~1.2 : 1.8~2.2의 비율로 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 혼합된 혼합물에 Cl가스를 분사하는 상태에서 바인더로서 C.S.L.(Corn Steep Liquor)를 혼합하여 분쇄,건조,혼합기에서 분쇄하고 건조 및 미세혼합하는 분쇄,혼합,건조단계; 상기 분쇄,혼합,건조단계를 거친 혼합물을 펠릿(pellet)형태의 고형연료로 성형하는 성형단계; 상기 성형단계를 통해 성형된 고형연료를 환원소성로에서 연소시키는 1차소성단계; 상기 1차소성단계를 통해 연소된 고형연료의 재로부터 풍력을 이용하여 고하중인 철, 티타늄을 분리하는 선별단계; 상기 선별단계로부터 분리된 철, 티타늄을 가열 건조하는 2차소성단계; 상기 철, 티타늄을 도가니에 투입하여 용융시켜 철과 티타늄을 분리 수거하는 정련단계;로 구성된다.

Description

음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치 {Equipments and method for titanium using food wastes}
본 발명은 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치에 관한 것으로서, 음식물 쓰레기를 고형연료(R.D.F., Refuse Derived Fuel)로 성형할 때 티타늄이 포함된 자철광을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 고형연료를 연소시킬 때 발생하는 열을 이용하여 자철광으로부터 고순도의 티타늄을 추출하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치에 관한 것이다.
원자번호가 22인 티타늄(Titanium)은 비중이 4.54g/cm3 로 비중이 2.71g/cm3인 알루미늄에 비해 1.7배 무겁지만 비중이 7.87g/cm3인 철과 비교하면 무게가 60% 정도에 불과하고 특히, 제품의 중요 설계 인자인 비강도(강도/비중)가 알루미늄의 2배, 철의 3배에 달하는 금속이다.
이러한 티타늄의 우수한 특성으로 인해서 항공기 부품 소재로서 티타늄이 차지하는 비중은 꾸준히 증가하고 있고, 염소 이온에 대한 내식성이 뛰어나기 때문에 화학공장이나 해양구조물에 적합하고, 생체적합성(Biocompatibility)이 우수하여 의료분야에도 널리 사용되고 있다.
이러한 여러 우수한 특성을 보이는 티타늄은 지각을 구성하는 금속원소 중에서 알루미늄, 철, 마그네슘 다음으로 많이 존재하는 원소인데도 불구하고 티타늄 합금제품의 단가가 매우 높다.
티타늄의 단가가 매우 높은 이유는 광석에서 티타늄을 추출하는 것이 어렵고, 산소, 질소, 수소 및 탄소와 친화력이 좋아 용해와 제조공정이 복잡하며, 이로인해 티타늄을 정련하고 제련해내는 시설에 대한 초기 투자비용이 천문학적으로 많이 소요되기 때문이다.
상기와 같이 여러 우수한 특성을 갖는 티타늄을 간편하고 저렴한 비용으로 원석으루부터 추출하기 위하여 음식물 쓰레기를 고형연료(R.D.F.)로 성형할 때 티타늄 광석을 혼합하여 고형연료로 성형하고, 고형연료를 연소시킬 때 티타늄을 고순도로 정련함으로써 티타늄을 정련하기 위한 시설을 최소화하여 티타늄 정련비용을 절감할 수 있고, 간편하게 정련할 수 있는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법은 우드칩 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량%을 혼합하고, 상기 혼합물과 음식물쓰레기와 직경이 3~5mm인 자철광을 중량비로 1 : 0.8~1.2 : 1.8~2.2의 비율로 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 혼합된 혼합물에 Cl가스를 분사하는 상태에서 바인더로서 C.S.L.(Corn Steep Liquor)를 혼합하여 분쇄,건조,혼합기에서 분쇄하고 건조 및 미세혼합하는 분쇄,혼합,건조단계; 상기 분쇄,혼합,건조단계를 거친 혼합물을 펠릿(pellet)형태의 고형연료로 성형하는 성형단계; 상기 성형단계를 통해 성형된 고형연료를 환원소성로에서 연소시키는 1차소성단계; 상기 1차소성단계를 통해 연소된 고형연료의 재로부터 풍력을 이용하여 고하중인 철, 티타늄을 분리하는 선별단계; 상기 선별단계로부터 분리된 철, 티타늄을 가열 건조하는 2차소성단계; 상기 철, 티타늄을 도가니에 투입하여 용융시켜 철과 티타늄을 분리 수거하는 정련단계;로 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 혼합단계에서의 혼합물은, 우드칩 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량% 및 NaCl 2~8중량%이 혼합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분쇄,혼합,건조단계에서, 혼합물에 Na2CO3를 더 혼합하되, 혼합물 90~95중량%와, Na2CO3 5~10중량%를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선별단계는, 풍력선별을 거친 후 고순도의 티타늄을 선별하기 위한 자력선별을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자력선별은 강자력 및 약자력의 2단계 자력선별로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍력선별을 거친 후 고순도의 티타늄을 선별하기 위한 부력선별을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부력선별은 물, 올래인산, DOP (di-octyl-phthalate)를 혼합한 액체에 혼합물 분말을 투입하여 티타늄을 분리하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 의한 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치는 우드칩, 코크스분말, 무연탄분말을 혼합하는 혼합기; 혼합물을 내부에 투입한 상태에서 Cl가스를 분사하면서 혼합물에 C.S.L.을 혼합하여 혼합물을 분쇄,건조 및 혼합하는 혼합,분쇄,건조기; 상기 혼합,분쇄,건조기를 거친 혼합물에 Cl가스, Na2CO3 및 C.S.L.을 투입하여 혼합물과 교반하는 Cl가스혼합기; 혼합물을 펠릿(Pellet)형태의 고형연료로 성형하는 성형기; 상기 고형연료를 환원연소시키고 연소된 고형연료를 분쇄하는 분쇄기를 구비한 환원소성기; 풍력을 이용하여 상기 환원소성기를 거친 혼합물을 철 및 티타늄과 비자성 광물을 분리하는 풍력선별기; 철과 티타늄을 용융하여 분리시키는 도가니;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 혼합,분쇄,건조기는, 챔버;, 모터의 구동에 의해 상기 챔버 내부에서 회전하는 블레이드; 상기 챔버와 아웃덕트 및 인덕트로 연결되는 싸이클론 분리기; 상기 챔버의 일측에서 챔버 내부로 가변 송풍하는 제1팬; 상기 챔버의 블레이드 하부위치로 챔버 일측에서 챔버 내부로 가변 송풍하는 제2팬;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 Cl가스혼합기는, 싸이클론 분리기에서 포집된 혼합물을 투입하는 탱크형태의 몸체; 상기 몸체 내부에 Cl가스를 공급하는 Cl가스탱크; 상기 몸체 내부에 C.S.L.을 공급하는 C.S.L.탱크; 상기 몸체 내부에 Na2CO3를 공급하는 Na2CO3탱크; 및 몸체 내부를 교반하는 교반날개;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환원소성기는 일측에서 내부로 화염을 분사하는 버너를 구비한 소성로; 혼합물을 성형한 고형연료를 소성로 내부로 투입하는 공급호퍼 및 이송스크류; 상기 소성로 바닥에 형성되어 환원소성되어 소정 크기 이하로 분쇄된 혼합물을 하부의 이송스크류로 거르는 회전격자; 상기 이송스크류를 통해 이송된 혼합물을 분쇄하는 분쇄기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소성로의 내부 중심에는 직립하는 형태로 다수의 홀이 형성된 송풍파이프가 형성되고, 상기 송풍파이프로 공기를 공급하는 팬이 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍력선별기는 모터의 구동에 의해 회전하는 블레이드가 내부에 설치되고, 탱크 내부로 공기를 송풍하는 팬이 구비된 탱크;, 상기 탱크 내부와 연통되고, 소정 각도로 상향 경사지고 하부에 2개 또는 3개의 저장구가 형성된 이송관;, 상기 이송관과 연결되어 미세한 혼합물 입자를 포집하는 싸이클론 분리기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍력선별기를 통해 추출한 철과 티타늄이 대부분인 혼합물을 철입자를 1차선별하는 약자석과 미세한 철입자가 밀착된 티타늄입자를 2차선별하는 강자석의 2단계 자력으로 철과 티타늄을 분리하도록 구성된 자력선별기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, DOP를 혼합하여 구성된 액체에 담구어 비중의 차이에 의해 철과 티타늄입자만을 분리하는 부력선별기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도가니는 내부에 선별턱이 돌출 형성된 몸체; 상기 몸체를 가열하는 버너; 상기 몸체 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프; 상기 몸체의 하부에 형성되고 몸체 내부의 용탕을 교반하는 교반자석; 몸체의 배출구에서 배출되는 흐르는 용탕을 받아 티타늄과 철로 분리하도록 구성된 제1저장부 및 제2저장부로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 음식물 쓰레기를 고형연료(F.D.F.)로 성형할 때 티타늄 광석을 혼합하여 고형연료로 성형하고, 고형연료를 연소시킬 때 티타늄을 고순도로 정련함으로써 티타늄을 정련하기 위한 시설을 최소화하여 티타늄 정련비용을 절감할 수 있고, 티타늄을 간편하게 정련할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 티타늄 정련방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 분쇄혼합건조기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 Cl가스혼합기를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 환원소성로를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 풍력선별기를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 도가니를 도시한 도면.
이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 티타늄 정련방법을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 분쇄혼합건조기를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 Cl가스혼합기를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 환원소성로를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 풍력선별기를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 의한 티타늄 정련장치 중 도가니를 도시한 도면이다.
본 발명에 의한 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법은 도 1에 도시한 바와 같이 혼합단계(S100), 분쇄,혼합,건조단계(S200), 성형단계(S300), 1차소성단계(S400), 선별단계(S500), 2차소성단계(S600) 및 정련단계(S700)로 구성된다.
본 발명에 의한 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법을 각 단계별로 설명한다.
혼합단계( S100 )
폐목을 분쇄한 우드칩 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량%를 혼합하고, 상기 혼합물과 음식물 쓰레기와 직경이 3~5mm 크기인 자철광을 중량비로 1:0.8~1.2:1.8~2.2의 비율로 혼합한다.
자철광은 등축정계에 속하는 광물로서 마그네타이트라고도 불리우는 광물로서 자철광은 Fe2O3 42중량%, TiO2 17중량% 나머지는 비자성 물질인 맥석, 녹니석, 작섬석, 청정석, 흑섬석, 결석, 남석, 사장석, 활석, 석영, 휘석 등의 광물이 혼재하고 있는 광물이다.
상기와 같은 자철광을 3~5mm 크기로 분쇄한 후 우드칩 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량%가 혼합된 혼합물과 음식물 쓰레기와 분쇄된 자철광을 1:0.8~1.2:1.8~2.2의 중량비로 혼합기를 이용하여 혼합한다.
상기 우드칩, 코크스분말 및 무연탄분말은 음식물 쓰레기와 혼합되어 이후 고형연료로 성형되어 연소시킬 때 높은 열량을 발생시키는 재료인 동시에 음식물 쓰레기의 함수율을 75%정도로 맞추어주는 역할을 한다.
상기와 같은 비율로 혼합되었을 때 이후 성형된 고형연료가 높은 열량을 가지게 되는 동시에 음식물 쓰레기의 함수율을 75% 이하로 낮출 수 있기 때문에 상기와 같은 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
이때, 바람직하게는 우드칩, 코크스분말, 무연탄분말을 혼합하여 혼합물을 구성할 때 우드칩분말 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량%와 NaCl 2~8중량%를 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 NaCl을 더 혼합하여 자철광과 함께 혼합하면 자철광의 Fe2O3는 NaCl과 화학반응하여 산화되기 시작하며 티타늄의 추출이 더욱 용이해진다.
분쇄,혼합,건조단계( S200 )
상기 혼합단계(S100)를 통해 생성된 혼합물을 도 2에 도시한 분쇄,혼합,건조기(200)를 통해 분쇄,혼합,건조하고 도 3에 도시한 Cl가스혼합기(210)를 통해 교반시키는 단계이다.
상기 혼합단계(S100)를 통해 형성된 혼합물을 도 2에 도시한 분쇄,혼합,건조기(200)의 챔버(201) 내부에 투입한다.
상기 분쇄,혼합,건조기(200)는 모터에 의해 블레이드(202)가 강하게 회전하고 있는 상태인데, 이러한 챔버(201) 투입구(미도시)에 혼합물을 투입하면 혼합물이 챔버(201) 내부를 낙하하다가 블레이드(202)에 충돌하면서 1차 분쇄되고, 블레이드(202)와 충돌한 입자가 비산하다가 챔버(201) 내벽과 충돌하면서 2차로 분쇄된다.
또한, 입자가 블레이드(202) 및 챔버(201) 내벽과 충돌하는 과정에서 입자가 소정 크기 이하의 입자로 분쇄되면서 동시에 입자들이 고르게 혼합되고, 입자가 블레이드(202) 및 챔버(201) 내벽과 충돌하면서 입자에 포함된 수분이 증발하면서 입자가 건조된다.
상기와 같이 블레이드(202) 및 챔버(201) 내벽과 충돌하면서 180메시 이하로 분쇄된 입자는 제1팬(203) 및 제2팬(204)의 송풍에 의해 아웃덕트(205)를 통해 싸이클론 분리기(206)로 이송되고, 싸이클론 분리기(206)에서는 공기와 입자를 분리하여 공기(미세한 입자포함)는 인덕트(205)를 통해 챔버(201) 내부로 재공급되고 싸이클론 분리기(206)에 의해 분리 포집된 입자는 도 3에 도시한 Cl가스혼합기(210)로 이송된다.
이때, 상기 제1팬(203) 및 제2팬(204)의 송풍압을 조절함으로써 챔버(201)에서 분쇄되어 싸이클론 분리기(206)로 이송되는 혼합물 입자의 크기를 조절할 수 있다. 상기 제1,2팬(203,204)의 풍압을 세게 하면 큰 크기의 입자도 싸이클론 분리기(206)로 이송될 수 있는 반면에, 제1,2팬(203,204)의 풍압을 약하게 하면 작은 크기의 입자만 싸이클론 분리기(206)로 이송되고 큰 입자 혼합물은 작은 크기의 입자로 분쇄될 때까지 챔버(201) 내부를 순환하게 된다.
상기와 같이 분쇄,혼합,건조기(200)의 싸이클론 분리기(206)에서 포집된 혼합물 입자는 도 3에 도시한 Cl가스혼합기(210)로 이송된다.
Cl가스혼합기(210)로 이송된 혼합물 입자는 Cl가스혼합기(210)의 몸체(211) 내부로 투입되고, Cl가스탱크(216)에서 몸체(211) 내부로 Cl가스가 살포되고 C.S.L.탱크(215)에서는 C.S.L.(Corn Steep Liquor)이 몸체(211) 내부로 살포되며 Na2CO3탱크(213)에서는 Na2CO3가 몸체(211) 내부로 살포되어 모터에 의해 회전하는 교반날개(212)를 통해 고르게 교반된다.
Cl가스혼합기(210) 내부에 투입된 혼합물 입자에는 Fe2O3, TiO2 및 여러가지 비자성 물질이 혼합되어 있는 상태인데 상기와 같이 Cl가스혼합기에서 Cl가스를 혼합하면 이후의 1차소성단계에서 Cl가스와 Fe2O3가 반응하면서 Fe2 +가 Fe3 +로 급속산화하면서 10여가지 비자성 물질과도 쉽게 분리되어 티타늄의 추출이 용이해진다.
또한, 혼합물이 Na2CO3와 반응하면서 비자성 물질인 맥석, 녹니석, 작섬석, 청정석, 흑섬석, 결석, 남석, 사장석, 활석, 석영, 휘석 등의 광물과 티타늄의 분리 추출이 용이해진다.
그리고 C.S.L.(Corn Steep Liquor)은 일정한 점성을 가진 액상의 물질로서 혼합물 분말의 중량비 20중량%로 투입되어 혼합물 분말이 성형하기 좋은 형태로 반죽되도록 한다.
상기 Cl가스혼합기(210)에서 교반된 혼합물은 배출구(218)를 통해 배출되어 성형기로 이송된다.
성형단계( S300 )
상기 Cl가스혼합기(210)에서 이송된 혼합물은 점성을 가진 C.S.L.과 혼합되어 반죽형태인데, 이러한 혼합물 반죽을 성형기(미도시)에 투입하여 혼합물을 펠릿(pellet)형태로 성형하고 건조시킨다.
1차소성단계( S400 )
상기 성형단계(S300)를 통해 펠릿 형태로 성형된 혼합물을 도 4에 도시한 환원소성기(400)로 이송하여 환원소성시킨다.
혼합물 펠릿을 환원소성기(400)의 공급호퍼(411)에 투입하면 펠릿이 이송스크류(412)를 타고 환원소성기(400) 내부로 투입되고, 환원소성기(400) 내부로 투입된 혼합물 펠릿은 버너(408)에 의한 화염에 의해 고온으로 소성된다.
이때, 혼합물 분말 내부에 혼합된 우드칩, 코크스분말, 무연탄분말 및 C.S.L.은 6,000kcal 이상의 열량을 발생시킴으로서 혼합물 분말 내부에 포함된 티탄자철광은 600~900℃의 온도에서 일차 환원하여 이후의 선별단계(S500)를 통해 티타늄을 용이하게 분리 추출할 수 있다.
이때, 도 4에 도시한 바와 같이 환원소성기(400) 내부에 직립되고 홀(407)이 다수 천공된 송풍파이프(406)를 통해 팬(405)으로 공기를 송풍시킴으로써 환원소성기(400) 내부의 티탄자철광이 더욱 원활하게 환원되도록 한다.
상기와 같이 환원소성기(400) 내부의 회분 형태인 혼합물은 회전격자(410)를 통과하여 이송스크류(413)를 통해 분쇄기(414)로 이송되어 미분쇄된다.
선별단계( S500 )
상기 1차소성단계(S400)를 거친 회분 형태인 혼합물 분말에는 Fe2O3, TiO2 Al2O3 및 10여 가지 비자성 광물이 혼재하고 있다.
이러한 혼합물을 도 5에 도시한 풍력선별기(500)를 이용하여 티타늄을 분리 선별하는 선별단계(S500)를 실시한다.
모터에 의해 회전하는 블레이드(502)가 내부에 구성된 탱크(501) 내부에 혼합물을 넣으면 블레이드(502)에 의해 혼합물입자가 미세하게 분쇄되면서 팬(503)으로부터 송풍되는 공기를 타고 혼합물입자가 입자가 상향으로 일정 각도 경사진 이송관(504)으로 이송된다.
상기 이송관(504)에는 제1,2,3저장구(505,506,507)가 형성되고, 이송관(504)의 단부에는 싸이클론 분리기(508)가 설치된다.
혼합물 내부에는 철, 티탄 및 다양한 비자성 광물입자가 혼재되어 있는 상태이다.
이 중에서 철은 비중이 7.87g/㎤이고, 티타늄은 4.54g/㎤이며, 나머지 비자성 광물은 3.0 이하이다. 이러한 각 광물의 비중 차이를 이용하여 티타늄을 선별한다.
도 5의 풍력선별기(500)에서 팬(503)의 가동에 의해 탱크(501) 내부의 혼합물이 이송관(504)을 따라 이송할 때 비중이 큰 철과 티타늄은 제1저장구(505)에 저장이 되고, 제2저장구(506)에는 티타늄과 비자성 광물들이 저장되며, 제3저장구(507)에는 비자성 광물들이 저장된다.
그리고 이송관(504)의 단부에는 싸이클론 분리기(508)를 통해 공기 중의 혼합물 입자를 포집하여 분리한다.
티타늄은 제1저장구(505)에 가장 많은 양이 저장되고 제2저장구(056), 제3저장구(507) 및 싸이클론 분리기(508)에서 포집된 혼합물 분말에도 일부 존재한다. 그러나 제1저장구(505)에 가장 많은 티타늄 입자가 저장되므로 제1저장구(505)에 저장된 혼합물 입자로부터 티타늄을 분리한다.
본 발명에서는 도 5에 도시한 풍력선별기(500)를 이용하여 제1저장구(505)에 저장된 티타늄과 철이 혼합된 혼합물을 이후 2차소성단계(S600)로 이송할 수 있지만, 보다 고순도의 티타늄을 선별하기 위하여 풍력선별기(500)의 제1저장구(505)에서 선별된 혼합물을 자력선별 및 부력선별하는 것이 바람직하다.
자력선별은 2단계의 자석을 이용하여 상기 풍력선별기(500)의 제1저장구(505)에 저장된 혼합물로부터 철과 티타늄을 분리하는 단계이다.
자력선별은 상기 제1저장구(505)로부터 추출한 혼합물 분말을 컨베이어벨트로 이송시키고 컨베이어벨트 상부에 각각 240가우스 자석과 7,500가우스 자석을 설치함으로써 티타늄과 철을 분리하는 선별단계이다.
혼합물은 컨베이어벨트를 타고 이송하다가 240가우스 자석에 의해 대부분의 철이 분리되고, 7,500가우스 자석에 의해 미세한 철이 분리되어 고순도의 티타늄이 분리된다.
상기 자력선별을 통해 걸러진 혼합물은 대부분이 티타늄이고 미세하게 철과 비자성광물이 혼재되어 있는 상태인데, 이러한 상태의 혼합물을 부력선별에 의해 더욱 고순도의 티타늄을 선별하도록 한다.
부력선별은 티타늄 비중이 4.54g/㎤이고, 철 비중이 7.87g/㎤인데 두 성분의 비중차이를 이용하여 선별하는 단계이다.
상기 부력선별은 세척탱크 내에 물과 올래인산, DOP (di-octyl-phthalate)을 혼합한 액체을 넣고 혼합물을 투입하면 혼합물 중 비중이 2.6~3.3 이하인 비자성 광물은 혼합액체의 부력에 의해 뜨게 되고 세척탱크로 연속 투입되는 액체에 의해 세척탱크 외부로 배출된다.
2차 소성단계( S600 )
상기 선별단계(S500)를 거친 철과 티타늄 혼합물을 건조와 환원시키는 단계이다.
정련단계
상기 2차 소성단계(S600)를 거쳐 건조된 철과 티타늄 분말을 도 6에 도시한 아크 도가니(700)에 넣고 용융시켜 철과 티타늄을 분리하는 단계이다.
상기 도가니(700)의 몸체 (701)일측에 버너(702)를 설치하고 버너(702)를 이용하여 도가니 몸체(701)를 가열함으로써 전력소비를 감소시키도록 구성한다.
상기 도가니(700)에 철과 티타늄의 혼합분말을 넣고 용융시키면서 도가니(700)의 몸체(701) 하부에 회전하는 교반자석(706)을 이용하여 몸체(701) 내부의 용탕을 교반시킨다.
상기와 같이 교반자석(706)을 이용하여 용탕을 교반하면 자성물질인 철이 혼합된 용탕이 몸체(701) 내부에서 회전하면서 철과 티타늄이 분리된다.
이때, 상기 몸체(701) 내벽에는 소정간격으로 선별턱(705)이 돌출되도록 구성함으로써 철과 티타늄의 분리가 더욱 원활하게 이루어지도록 구성한다.
도가니 몸체(701) 내부에서 혼합물이 전부 용융되면 배출구(707)를 열어 용탕이 흘러나오도록 한다.
상기 용탕은 각기 다른 높이로 형성된 제1저장부(708) 및 제2저장부(709)로 흐르면서 티타늄과 철로 분리된다.
즉, 배출구(707)로 배출되는 용탕 중에서 비중이 큰 철은 제1저장부(708)의 바닥에 깔리고 철보다 비중이 작은 티타늄은 제1저장부(708)를 넘쳐 흐르면서 제2저장부(709)로 저장되면서 제1저장부(708)에는 철이 분리 저장되고, 제2저장부(708)에는 티타늄이 분리 저장된다.
상기와 같이 본 발명은 음식물쓰레기를 이용하여 고형연료를 만드는 시스템을 이용하여 음식물 쓰레기에 자철광을 분쇄혼합하여 고형연료로 제조하고, 생산된 고형연료를 연소시키면서 생성된 자철광 분말로부터 고순도의 티타늄을 분리 추출하는 것으로서 별도로 고가의 티타늄 정련설비를 설치할 필요없이 기존의 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료를 제조하는 장치를 이용하여 저렴하게 고순도의 티타늄을 생산할 수 있다.
S100 : 혼합단계
S200 : 분쇄,혼합,건조단계
S300 : 성형단계
S400 : 1차소성단계
S500 : 선별단계
S600 : 2차소성단계
S700 : 정련단계
200 : 분쇄,혼합,건조기
201 : 챔버
202 : 블레이드
203 : 제1팬
204 : 제2팬
205 : 아웃덕트
206 : 싸이클론 분리기
207 : 인덕트
210 : Cl가스혼합기
211 : 몸체
212 : 교반날개
213 : Na2CO3탱크
214 : 이송스크류
215 : C.S.L.탱크
216 : Cl가스탱크
217 : 공급구
218 : 배출구
400 : 환원소성기
401 : 소성로
402 : 공급파이프
403 : 배출파이프
404 : 냉각수
405 : 팬
406 : 송풍파이프
407 : 홀
408 : 버너
409 : 배기구
410 : 회전격자
411 : 공급호퍼
412 : 이송스크류
413 : 이송스크류
414 : 분쇄기
500 : 풍력선별기
501 : 탱크
502 : 블레이드
503 : 팬
504 : 이송관
505 : 제1저장구
506 : 제2저장구
507 : 제3저장구
508 : 사이클론 분리기
700 : 도가니
701 : 몸체
702 : 버너
703 : 진공펌프
704 : 공급기
705 : 배출구
706 : 교반자석
707 : 배출구
708 : 제1저장부
709 : 제2저장부

Claims (16)

  1. 우드칩 40~55중량%, 코크스분말 20~30중량%, 무연탄분말 20~30중량% 및 NaCl 2~8중량%를 혼합하고, 상기 혼합물과 음식물쓰레기와 직경이 3~5mm인 자철광을 중량비로 1 : 0.8~1.2 : 1.8~2.2의 비율로 혼합하는 혼합단계;
    상기 혼합단계에서 혼합된 혼합물에 Cl가스를 분사하는 상태에서 바인더로서 C.S.L.(Corn Steep Liquor)를 혼합하여 분쇄,건조,혼합기에서 분쇄하고 건조 및 미세혼합하는 분쇄,혼합,건조단계;
    상기 분쇄,혼합,건조단계를 거친 혼합물을 펠릿(pellet)형태의 고형연료로 성형하는 성형단계;
    상기 성형단계를 통해 성형된 고형연료를 환원소성로에서 연소시키는 1차소성단계;
    상기 1차소성단계를 통해 연소된 고형연료의 재로부터 풍력을 이용하여 고하중인 철, 티타늄을 분리하는 선별단계;
    상기 선별단계로부터 분리된 철, 티타늄을 가열 건조하는 2차소성단계;
    상기 철, 티타늄을 도가니에 투입하여 용융시켜 철과 티타늄을 분리 수거하는 정련단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄,혼합,건조단계에서,
    혼합물에 Na2CO3를 더 혼합하되, 혼합물 90~95중량%와, Na2CO3 5~10중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선별단계는,
    풍력선별을 거친 후 고순도의 티타늄을 선별하기 위한 자력선별을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자력선별은 강자력 및 약자력의 2단계 자력선별로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 풍력선별을 거친 후 고순도의 티타늄을 선별하기 위한 부력선별을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부력선별은,
    물, 올래인산, DOP (di-octyl-phthalate)를 혼합한 액체에 혼합물 분말을 투입하여 티타늄을 분리하도록 구성한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련방법.
  8. 우드칩, 코크스분말, 무연탄분말을 혼합하는 혼합기;
    혼합물을 내부에 투입한 상태에서 Cl가스를 분사하면서 혼합물에 C.S.L.을 혼합하여 혼합물을 분쇄,건조 및 혼합하는 혼합,분쇄,건조기;
    상기 혼합,분쇄,건조기를 거친 혼합물에 Cl가스, Na2CO3 및 C.S.L.을 투입하여 혼합물과 교반하는 Cl가스혼합기;
    혼합물을 펠릿(Pellet)형태의 고형연료로 성형하는 성형기;
    상기 고형연료를 환원연소시키고 연소된 고형연료를 분쇄하는 분쇄기를 구비한 환원소성기;
    풍력을 이용하여 상기 환원소성기를 거친 혼합물을 철 및 티타늄과 비자성 광물을 분리하는 풍력선별기;
    철과 티타늄을 용융하여 분리시키는 도가니;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혼합,분쇄,건조기는,
    챔버;,
    모터의 구동에 의해 상기 챔버 내부에서 회전하는 블레이드;
    상기 챔버와 아웃덕트 및 인덕트로 연결되는 싸이클론 분리기;
    상기 챔버의 일측에서 챔버 내부로 가변 송풍하는 제1팬;
    상기 챔버의 블레이드 하부위치로 챔버 일측에서 챔버 내부로 가변 송풍하는 제2팬;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 Cl가스혼합기는,
    싸이클론 분리기에서 포집된 혼합물을 투입하는 탱크형태의 몸체;
    상기 몸체 내부에 Cl가스를 공급하는 Cl가스탱크;
    상기 몸체 내부에 C.S.L.을 공급하는 C.S.L.탱크;
    상기 몸체 내부에 Na2CO3를 공급하는 Na2CO3탱크; 및
    몸체 내부를 교반하는 교반날개;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 환원소성기는,
    일측에서 내부로 화염을 분사하는 버너를 구비한 소성로;
    혼합물을 성형한 고형연료를 소성로 내부로 투입하는 공급호퍼 및 이송스크류;
    상기 소성로 바닥에 형성되어 환원소성되어 소정 크기 이하로 분쇄된 혼합물을 하부의 이송스크류로 거르는 회전격자;
    상기 이송스크류를 통해 이송된 혼합물을 분쇄하는 분쇄기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소성로의 내부 중심에는 직립하는 형태로 다수의 홀이 형성된 송풍파이프가 형성되고, 상기 송풍파이프로 공기를 공급하는 팬이 설치된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 풍력선별기는,
    모터의 구동에 의해 회전하는 블레이드가 내부에 설치되고, 탱크 내부로 공기를 송풍하는 팬이 구비된 탱크;,
    상기 탱크 내부와 연통되고, 소정 각도로 상향 경사지고 하부에 2개 또는 3개의 저장구가 형성된 이송관;,
    상기 이송관과 연결되어 미세한 혼합물 입자를 포집하는 싸이클론 분리기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 풍력선별기를 통해 추출한 철과 티타늄이 대부분인 혼합물을 철입자를 1차선별하는 약자석과 미세한 철입자가 밀착된 티타늄입자를 2차선별하는 강자석의 2단계 자력으로 철과 티타늄을 분리하도록 구성된 자력선별기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자력선별기를 통해 추출한 티타늄이 대부분인 혼합물을 물, 올래인산, DOP를 혼합하여 구성된 액체에 담구어 비중의 차이에 의해 철과 티타늄입자만을 분리하는 부력선별기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 도가니는,
    내부에 선별턱이 돌출 형성된 몸체;
    상기 몸체를 가열하는 버너;
    상기 몸체 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프;
    상기 몸체의 하부에 형성되고 몸체 내부의 용탕을 교반하는 교반자석;
    몸체의 배출구에서 배출되는 흐르는 용탕을 받아 티타늄과 철로 분리하도록 구성된 제1저장부 및 제2저장부로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 티타늄 정련장치.
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