KR101728879B1 - 알루미늄 그래뉼 제조시스템 - Google Patents

알루미늄 그래뉼 제조시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 재질로 된 폐병뚜껑을 자동으로 선별하고, 높은 알루미늄 그래뉼 회수율과 불순물 제거 효율로 폐병뚜껑을 일정 크기의 미립자로 분쇄하여 제조할 수 있는 알루미늄 그래뉼 제조시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템은, 알루미늄 폐기물과 함께 투입된 이물질에 공기를 송풍하여 풍력으로 이물질의 일부를 분리하여 제거하는 풍력선별기와; 상기 풍력선별기로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질을 분리하여 제거하는 와류선별기와; 상기 와류선별기로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 비금속 이물질을 분쇄하여 일정 크기 범위의 알루미늄 그래뉼을 제조하는 분쇄기와; 상기 분쇄기에서 이송된 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질을 비중분리법으로 분리하여 비금속 이물질을 최종적으로 제거하는 습식선별기와; 상기 습식선별기에서 이송된 알루미늄 그래뉼을 가열하여 건조하는 가열건조기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 그래뉼 제조시스템{System for Manufacturing Aluminum Granule}
본 발명은 알루미늄 그래뉼을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 폐기물, 특히 알루미늄 재질로 된 폐병뚜껑을 일정 크기의 미립자로 분쇄하여 불순물이 제거된 순도 높은 알루미늄 그래뉼을 제조할 수 있는 알루미늄 그래뉼 제조시스템에 관한 것이다.
산업 인프라의 발달과 함께 다양한 원자재를 활용한 제품들이 대량으로 생산됨에 따라 산업폐기물의 수량 또한 급격히 증가하고, 이러한 산업폐기물은 환경오염 및 폐기비용 발생 등과 같은 문제를 발생시키기 때문에 이를 해결하기 위한 다양한 기술이 연구 개발되고 있다.
특히 비철금속의 경우 한정된 자원으로서 폐기된 제품을 가공하여 필요한 자원을 추출하여 재사용하는 도시광산의 재자원화 산업에 대한 관심이 높아지고 있다.
비철금속 중 알루미늄은 내식성과 가공성이 우수하여 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 니켈(Ni) 등의 다양한 원소들에 결합되어 활용성이 큰 합금을 만들거나 특수강의 2차 소재로 활용되는 등의 다양한 사용성으로 인해 철강과 함께 가장 수요량이 높은 원자재이므로 폐알루미늄을 리사이클링 하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
통상적으로 폐알루미늄 원자재 리사이클링 공정으로는 폐알루미늄 원자재를 작은 크기로 파쇄한 후 파쇄물들을 540℃로 가열시키는 연소법과, 폐알루미늄 원자재를 용융시킨 후 진공 상태에서 분무하여 냉매를 통해 분말을 제조하는 분무법이 연구되어 실제 사용되고 있으나, 연소법은 파쇄 및 분쇄 후 열을 가할 때 표면에 급격하게 발생되는 산화현상으로 인해 회수율 및 순도가 저하되고, 분무법은 냉매로 사용되는 가스(아르곤, 질소가스)의 원가 인상으로 인해 제조비용이 증가하고 폐알루미늄 캔을 리사이클링 하지 못하는 단점을 갖는다.
특히 폐알루미늄 원자재 중 알루미늄으로 된 폐병뚜껑은 알루미늄 캔 등에 비하여 상대적으로 크기가 현저하게 작고, 병뚜껑에 장착된 PE, PP 등의 플라스틱 실링재가 분쇄되면서 생성된 불순물이 혼합될 가능성이 높아서 처리 비용이 높아 재활용이 미미한 실정이다.
공개특허 제10-2010-0011252호 공개특허 제10-2002-0095489호 등록특허 제10-0655775호 공개특허 제10-2003-0051502호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 알루미늄 재질로 된 폐병뚜껑을 자동으로 선별하고, 높은 알루미늄 그래뉼 회수율과 불순물 제거 효율로 폐병뚜껑을 일정 크기의 미립자로 분쇄하여 제조할 수 있는 알루미늄 그래뉼 제조시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템은, 알루미늄 폐기물과 함께 투입된 이물질에 공기를 송풍하여 풍력으로 이물질의 일부를 분리하여 제거하는 풍력선별기와; 상기 풍력선별기로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질을 분리하여 제거하는 와류선별기와; 상기 와류선별기로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 비금속 이물질을 분쇄하여 일정 크기 범위의 알루미늄 그래뉼을 제조하는 분쇄기와; 상기 분쇄기에서 이송된 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질을 비중분리법으로 분리하여 비금속 이물질을 최종적으로 제거하는 습식선별기와; 상기 습식선별기에서 이송된 알루미늄 그래뉼을 가열하여 건조하는 가열건조기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 알루미늄 그래뉼 제조시스템은, 풍력선별기와 와류선별기를 통해 다량의 이물질이 제거된 알루미늄 폐기물을 분쇄기에서 분쇄하여 일정 크기의 미립자로 된 알루미늄 그래뉼을 제조할 수 있으며, 분쇄된 알루미늄 그래뉼에 섞인 비금속 이물질을 습식선별기에서 비중분리법으로 완전히 분리할 수 있으므로 이물질이 제거된 고순도의 알루미늄 그래뉼을 얻을 수 있다.
특히 본 발명의 알루미늄 그래뉼 제조시스템은 분쇄기의 분쇄드럼 내에 구성된 회전부재가 챔버의 중심축에 대해 일정 거리만큼 편심된 회전축을 중심으로 회전하게 구성함에 따라 챔버의 좌우측에서 분쇄날의 끝단과 요철 간의 간격을 다르게 형성할 수 있으며, 이를 통해 알루미늄 폐기물, 특히 알루미늄 폐병뚜껑의 분쇄 시 불순물 제거 효율을 증대시키고, 알루미늄 그래뉼의 회수율을 증대시킬 있는 이점이 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템의 풍력선별기의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템의 분쇄기의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 분쇄기의 정면에서 본 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 분쇄기의 측면에서 본 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 분쇄기의 주요부분에 대한 단면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 분쇄기의 분쇄날과 요철 간의 간격 변화에 따른 알루미늄 그래뉼의 회수율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 3에 도시된 분쇄기의 분쇄날과 요철 간의 간격 변화에 따른 분순물 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 3에 도시된 분쇄기의 분쇄날과 요철 간의 간격 변화에 따른 시간당 폐병뚜껑 처리량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템의 습식선별기의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 10의 습식선별기의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템의 가열건조기의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템을 나타낸 것으로, 이 실시예의 알루미늄 그래뉼 제조시스템은 알루미늄 폐기물로서 알루미늄 재질로 된 폐병뚜껑을 처리하여 알루미늄 그래뉼을 제조하는데 적합하게 구성된 예이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 그래뉼 제조시스템은, 알루미늄 폐기물(이 실시예에서 알루미늄 재질의 폐병뚜껑)과 함께 투입된 이물질에 공기를 송풍하여 풍력으로 비닐이나 라벨 등의 가벼운 이물질을 분리하여 제거하는 풍력선별기(100)와, 상기 풍력선별기(100)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질을 분리하여 제거하는 1차 와류선별기(210) 및 2차 와류선별기(220)와, 상기 2차 와류선별기(220)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 비금속 이물질을 분쇄하여 일정 크기 범위의 알루미늄 그래뉼을 제조하는 분쇄기(300)와, 상기 분쇄기(300)에서 이송된 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질을 비중분리법으로 분리하여 비금속 이물질을 최종적으로 제거하는 습식선별기(400)와, 상기 습식선별기(400)에서 이송된 알루미늄 그래뉼을 가열하여 건조하는 가열건조기(500)를 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 풍력선별기(100)는, 전방면과 후방면이 개방된 원통형의 그물망으로 이루어져 개방된 후방면을 통해 알루미늄 폐기물과 이물질이 투입되는 메쉬드럼(110)(mesh drum)과, 상기 메쉬드럼(110)을 회전시키는 드럼회전수단과, 상기 메쉬드럼(110)의 전방에 설치되어 메쉬드럼(110)의 전방에서 후방으로 공기를 송풍하여 경량의 이물질을 후방으로 날려서 제거하는 송풍유닛(120)과, 상기 메쉬드럼(110)의 후방면 외측에 설치되어 송풍유닛(120)에 의해 날려서 메쉬드럼(110)의 개방된 후방면을 통해 배출되는 이물질을 포집하는 후방포집부(140)와, 상기 메쉬드럼(110)의 구멍을 통해 낙하하는 이물질을 포집하는 하부포집부(150)를 포함한다.
상기 메쉬드럼(110)은 후방에서 전방을 향해 일정 각도로 하향 경사진 축을 중심으로 회전하도록 설치되어, 후방면을 통해 투입된 알루미늄 폐기물과 이물질을 점차적으로 전방으로 이송한다. 상기 메쉬드럼(110)(mesh drum)의 구멍은 알루미늄 폐기물이 통과하지는 않을 정도의 크기를 갖도록 되어, 알루미늄 폐기물은 아래로 빠지지 않고 흙이나 모래 등 크기가 작은 이물질은 메쉬드럼(110)의 구멍으로 빠져서 낙하하여 하부포집부(150)에 모이게 된다.
상기 드럼회전수단은 메쉬드럼(110)을 일방향으로 회전시킴으로써 메쉬드럼(110) 내로 투입된 알루미늄 폐기물과 이물질을 점차적으로 전방으로 이송하는 작용을 한다. 상기 드럼회전수단은 예를 들어 모터(131)와, 모터(131)의 축에 결합되는 풀리(132)와, 상기 풀리(132)와 메쉬드럼(110)의 외주면에 감겨져 풀리(132)의 회전력을 메쉬드럼(110)으로 전달하는 동력전달벨트(133)를 포함한다.
상기 송풍유닛(120)은 메쉬드럼(110)의 전방에 회전 가능하게 설치된 송풍팬(121)과, 상기 송풍팬(121)을 회전시키는 송풍모터(122)를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 1차 와류선별기(210)는 상기 풍력선별기(100)와 인접하게 설치되어 상기 풍력선별기(100)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질 및 먼지 등의 기타 이물질을 분리하여 제거한다. 그리고 상기 2차 와류선별기(220)는 상기 1차 와류선별기(210)의 끝단부에 연접하게 배치되어 상기 1차 와류선별기(210)로부터 이송된 잔여 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질 및 먼지 등의 기타 이물질을 분리하여 제거한다.
이러한 1차 와류선별기(210)와 2차 와류선별기(220)는 공지의 와류선별기를 이용하여 구성할 수 있다. 이 실시예에서 상기 1차 와류선별기(210)와 제2차 와류선별기(220)는, 알루미늄 폐기물과 이물질을 일방향으로 이송하는 선별컨베이어(211, 221)와, 상기 선별컨베이어(211, 221)의 끝단에 회전 가능하게 설치되어 금속 재질의 이물질을 자력으로 부착하여 분리하는 자석으로 된 선별드럼(212, 222)을 구비하고 있으며, 선별드럼(212, 222)에 의해 분리된 금속 이물질을 하측으로 분리할 수 있도록 스크레이퍼(213, 223)가 상기 선별컨베이어(211, 221)의 하부면에 연접하게 설치된다.
또한 상기 1차 와류선별기(210)와 제2차 와류선별기(220)는 각각의 선별컨베이어(211, 221)로부터 튕겨져 나와 분리된 알루미늄 폐기물과 잔여 비금속 이물질을 분쇄기(300)로 이송하는 제1이송컨베이어(214) 및 제2이송컨베이어(224)를 구비한다.
상기 분쇄기(300)는 상기 1차 와류선별기(210)와 제2차 와류선별기(220)의 제1이송컨베이어(214) 및 제2이송컨베이어(224)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 비금속 이물질을 일정 크기 이하의 미립자로 분쇄하여 알루미늄 그래뉼을 만든다. 이 실시예의 분쇄기(300)는 알루미늄 그래뉼의 회수율을 높일 수 있으며, PE, PP 등의 플라스틱 이물질의 제거 효율이 높일 수 있도록 도 6에 도시된 것처럼 분쇄날(330)이 설치된 회전부재(320)가 분쇄드럼(310)의 챔버(311)의 중심축에 대해 일정 거리만큼 편심된 위치에서 회전하게 구성된다.
좀 더 구체적으로, 도 3 내지 도 6에 도시된 것과 같이 이 실시예의 분쇄기(300)는, 원통형의 챔버(311)를 구비한 분쇄드럼(310)과, 상기 챔버(311)의 상부에 돌출되게 형성된 복수의 요철(315), 상기 챔버(311) 내부에 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 수평 방향으로 일정 거리(e) 편심된 회전축(O2)을 중심으로 회전하는 회전부재(320), 상기 회전부재(320)에 길이방향을 따라 배열되어 회전부재(320)와 함께 회전하면서 상기 챔버(311) 내부로 투입된 알루미늄 폐기물을 분쇄하는 복수개의 분쇄날(330), 상기 챔버(311)의 하부에 설치되어 분쇄된 알루미늄 그래뉼을 하측으로 배출하는 그래뉼배출판(340), 상기 회전부재(320)를 회전시키는 구동부를 포함한다.
상기 분쇄드럼(310)은 상부면에 알루미늄 폐기물이 투입되는 투입구(312)가 형성되어 있으며 전체적으로 일정한 내경을 갖는 원통형의 챔버(311)를 구비한다. 상기 분쇄드럼(310)의 하단부에는 상기 그래뉼배출판(340)을 통해 배출되는 알루미늄 그래뉼이 모이는 그래뉼포집부(313)가 설치된다. 상기 그래뉼포집부(313)는 분쇄드럼(310)의 외측 및 내측으로 인출 및 인입될 수 있게 구성됨이 바람직하다.
상기 분쇄드럼(310)은 상기 챔버(311)의 하부면을 이루는 곡면판 형태의 그래뉼배출판(340)이 설치되는 드럼 본체(310a)와, 상기 드럼 본체(310a)의 상부에 힌지축(미도시)을 중심으로 상하로 회전 가능하게 설치되며 상기 챔버(311)의 상부를 이루는 드럼커버(310b)로 구성될 수 있다.
상기 챔버(311)의 상부를 이루는 드럼커버(310b)의 내측면에는 상기 요철(315)이 반경방향 내측으로 돌출되게 형성된다. 상기 요철(315)은 챔버(311)의 길이방향으로 길게 연장되게 형성되고, 복수개가 챔버(311)의 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열된다. 상기 요철(315)은 상기 분쇄날(330)과 상호 작용하여 알루미늄 폐기물(알루미늄 폐병뚜껑)을 분쇄하는 작용을 한다. 상기 요철(315)의 돌출 높이는 대략 15㎜ 인 것이 바람직하다.
상기 회전부재(320)는 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 수평 방향으로(이 실시예에서는 도 6의 우측 방향) 일정 거리(e)만큼 편심된 회전축(O2)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 따라서 회전부재(320)에 설치된 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 내측면 간의 간격은 좌우가 서로 다르게 된다. 이와 같이 회전부재(320)를 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 수평하게 편심되게 배치하여 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 좌우 측면 간의 간격을 다르게 하면 알루미늄 그래뉼의 회수율을 높일 수 있으며, PE, PP 등의 플라스틱 불순물의 제거 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. 이에 대해서는 아래에 더욱 상세히 설명할 것이다.
상기 회전부재(320)는 상기 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 일정 거리 편심된 위치에서 상기 챔버(311)의 축방향을 따라 연장되게 설치되며 그 중심에 상기 회전축(O2)이 배치되는 회전샤프트(321)와, 상기 회전샤프트(321)에 축방향을 따라 일정 간격으로 배열되는 원반형으로 된 복수의 서포트디스크(322)와, 상기 복수의 서포트디스크(322)의 가장자리 부분을 관통하도록 설치되며 상기 분쇄날(330)이 일정 간격으로 장착되는 봉 형태의 홀더샤프트(323)를 포함하며, 상기 분쇄날(330)은 상기 서포트디스크(322) 사이사이에 배치된다.
상기 회전샤프트(321)의 일단부는 상기 분쇄드럼(310)의 일측면 외측으로 연장되게 설치되며, 상기 구동부와 연결되어 구동부로부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 회전샤프트(321)의 양단부와 분쇄드럼(310)의 양측면 사이에는 분쇄드럼(310)에 대해 회전샤프트(321)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(326)이 설치된다.
상기 서포트디스크(322)는 원반형으로 되어 회전샤프트(321)의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배열되어 분쇄날(330)의 간격을 유지하는 작용과 더불어 모멘트를 증대시키는 웨이트(weight)로서 기능하여 파쇄 효과를 증대시키는 작용을 한다.
상기 홀더샤프트(323)는 복수개(이 실시예에서 4개)가 상기 서포트디스크(322)를 관통하도록 설치된다. 상기 4개의 홀더샤프트(323)는 서포트디스크(322)에 원주방향을 따라 90도 간격으로 배열되며, 원형 봉 형태로 되어 상기 분쇄날(330)이 회전이 자유롭게 설치된다. 상기 홀더샤프트(323)의 양단부는 볼트(325)에 의해 양쪽 끝단의 서포트디스크(322)에 지지된다.
상기 분쇄날(330)은 대략 직사각형의 판 형태를 가지며, 상기 각각의 서포트디스크(322) 사이에서 일단부가 상기 홀더샤프트(323)에 회전이 자유롭게 설치된다. 따라서 상기 회전샤프트(321) 및 서포트디스크(322)가 고속으로 회전하게 되면 분쇄날(330)이 서포트디스크(322)의 내측으로 접혀져 있다가 홀더샤프트(323)를 중심으로 회전하여 외측으로 펼쳐지면서 알루미늄 폐기물을 타격하여 분쇄하게 된다.
상기 분쇄날(330)이 홀더샤프트(323)에 대해 원활하게 회전하고 분쇄날(330)의 마모를 방지할 수 있도록 하기 위하여 상기 홀더샤프트(323)에는 상기 각각의 분쇄날(330) 및 서포트디스크(322)와 연접하는 마모방지 링(324)이 설치된다. 상기 마모방지 링(324)은 부싱을 이용하여 구성할 수 있다.
상기 회전부재(320)를 회전시키는 구동부는 분쇄드럼(310)의 외부에 설치되는 모터(351)와, 상기 모터(351)의 축과 회전부재(320)의 회전샤프트(321) 끝단을 연결하여 모터(351)의 회전력을 전달하는 벨트(352)를 포함하여 구성된다.
한편 상기 그래뉼배출판(340)은 상기 챔버(311)의 곡률반경과 동일한 곡률반경을 갖는 반원통형의 곡면판으로 이루어져 상기 챔버(311)의 하부면을 이룬다. 상기 그래뉼배출판(340)은 일정 크기를 갖는 다수의 배출공(341)이 격자 형태로 배열되어 상기 배출공(341)을 통해 일정 크기 이하로 분쇄된 알루미늄 그래뉼을 하부로 배출한다.
여기서 상기 배출공(341)의 직경은 4~6㎜ 정도의 크기인 것이 바람직한데, 이 실시예에서 배출공(341)의 직경은 6㎜ 이다. 상기 배출공(341)의 직경이 4㎜ 미만으로 더 작게 형성되면 PE, PP 등의 불순물은 효과적으로 제거되지만 1㎜ 이하의 알루미늄 그래뉼이 모래 등의 불순물과 결합된 형태로 생성되어 상기 습식선별기(400)에서 비중분리법에 의해 알루미늄 그래뉼을 회수할 때 알루미늄 그래뉼의 회수율이 30% 이상 감소하게 되는 결점이 있다. 또한 상기 배출공(341)의 직경이 6㎜ 보다 더 크게 형성되면 PE, PP 등의 불순물의 제거가 원활하지 않아 원하는 품질의 알루미늄 그래뉼을 생산하기 어려운 결점이 있다.
이와 같이 구성을 갖는 분쇄기(300)의 작동에 대해 설명하면, 상기 분쇄드럼(310) 상부면의 투입구(312)를 통해 알루미늄 폐기물을 투입하고, 모터(351)에 전원을 인가하여 모터(351)를 작동시키면, 모터(351)의 동력이 벨트(352)를 통해 회전샤프트(321)에 전달되어 회전샤프트(321)가 그 중앙의 회전축(O2)을 중심으로 일방향(도 5에서 시계 방향)으로 고속으로 회전하게 된다.
상기 회전샤프트(321)가 회전축(O2)을 중심으로 고속으로 회전함에 따라 서포트디스크(322) 및 홀더샤프트(323)가 함께 회전하게 되고, 분쇄날(330)이 서포트디스크(322) 사이 공간에 접혀진 상태로 있다가 원심력에 의해 홀더샤프트(323)를 중심으로 회전하여 외측으로 펼쳐져 챔버(311) 하부에 모여 있는 알루미늄 폐기물을 타격하면서 상측으로 끌고 올라가 분쇄하게 된다.
이와 같이 회전부재(320)와 분쇄날(330)이 연속으로 고속 회전하면서 알루미늄 폐기물이 분쇄되어 만들어진 알루미늄 그래뉼은 6㎜ 미만이 되면 챔버(311) 하측의 그래뉼배출판(340)의 배출공(341)을 통해서 아래로 낙하하여 배출되고, 그래뉼포집부(313)에 포집된 후 이후 습식선별기(400)에서 비중분리법에 의해 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질(불순물)이 분리되어 순수한 알루미늄 그래뉼만 회수된다.
한편 상술한 것과 같이 알루미늄 뚜껑 폐기물을 분쇄하여 알루미늄 그래뉼을 제조할 때, 상기 회전샤프트(321)의 회전축(O2)은 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 도면상 우측으로 일정 거리(e) 만큼 편심된 위치에 위치하기 때문에 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 좌우 측면 간의 거리가 서로 달라지게 된다. 즉, 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 우측면 간의 거리가 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 좌측면 간의 거리보다 좁아지게 된다.
상기 챔버(311)의 중심축(O1)과 상기 회전부재(320)의 회전축(O2) 사이의 편심 거리(e)는 10~15㎜ 로서, 상기 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 일측면(도면의 우측면)에 형성된 요철(315) 간의 수평 거리(W1)는 10~15㎜이고, 상기 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 다른 일측면(도면의 좌측면)에 형성된 요철(315) 간의 수평 거리(W2)는 35~40㎜인 것이 바람직하다.
상기와 같이 회전부재(320)가 챔버(311)의 중심축(O1)에 대해 일정 거리만큼 편심된 위치에서 회전함에 따라 불순물 제거 효율을 증대시키고 알루미늄 그래뉼의 회수율을 높일 수 있음이 확인되었다.
도 7은 상기 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 양 측면 중 상대적으로 간격이 좁은 측면(도면의 우측면)에 형성된 요철(315) 간의 간격(W1) 변화에 따른 알루미늄 그래뉼의 회수율을 나타낸 것으로, 상기 간격(W1)이 10㎜보다 작은 3㎜ 및 6㎜일 경우에는 알루미늄 그래뉼의 회수율이 각각 대략 25% 및 30% 정도로서 회수율이 낮고, 상기 간격(W1)이 15㎜보다 큰 20㎜인 경우에도 알루미늄 그래뉼의 회수율이 대략 40% 정도로서 회수율이 비교적 낮다. 반면에 상기 간격(W1)이 10㎜ 및 15㎜에서는 알루미늄 그래뉼의 회수율이 대략 60% 및 65% 정도로 회수율이 대폭 상승함을 볼 수 있다.
또한 도 8은 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 양 측면 중 상대적으로 간격이 좁은 측면(도면의 우측면)에 형성된 요철(315) 간의 간격(W1) 변화에 따른 불순물(PE 및 PP 등의 수지 불순물)의 제거율을 나타낸 것으로, 상기 간격(W1)이 15㎜ 이하에서는 모두 불순물 제거율이 90% 이상으로서 제거율이 높지만, 상기 간격(W1)이 20㎜에서 불순물 제거율이 대략 50% 정도로 급격히 감소하였다. 이는 상기 간격(W1)이 20㎜ 이상에서는 PE 나 PP 등의 수지가 알루미늄 뚜껑 폐기물이 말리면서 내부에 그대로 남게 되기 때문이다.
또한 도 9에 도시한 것과 같이, 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 양 측면 중 상대적으로 간격이 좁은 측면(도면의 우측면)에 형성된 요철(315) 간의 간격(W1)이 10㎜ 보다 작을 경우에는 회전부재(320) 및 분쇄날(330)에 과부하가 걸려서 시간당 뚜껑 폐기물 처리량이 50% 이상 감소하는 것으로 나타났다. 상기 간격(W1)이 20㎜ 이상에서는 10~15㎜인 경우와 비교하여 처리량에 거의 변화가 없다.
따라서 처리 대상 알루미늄 폐기물이 알루미늄 재질의 폐병뚜껑일 경우, 우수한 알루미늄 회수율 및 불순물 제거율, 시간 당 처리량을 얻을 수 있는 분쇄날(330)과 요철(315) 간의 최소 간격은 10~15㎜ 인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 알루미늄 그래뉼 제조시스템을 구성하는 습식선별기(400)는 상기 분쇄기(300)와 인접하게 배치되어 분쇄기(300)에서 생성된 알루미늄 그래뉼과 이에 섞여 있는 비금속 이물질을 비중분리법으로 분리하여 비금속 이물질을 최종적으로 제거한다.
이를 위한 습식선별기(400)는 도 10 및 도 11에 도시한 것과 같이, 양 측면(411)이 직각으로 절곡되고 후단부에 일정 높이로 단턱(412)이 형성되어 있는 평판 형태를 가지며 상기 분쇄기(300)에서 이송된 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질이 투입되는 선별욕조(410)와, 상기 선별욕조(410)의 상측에서 후방으로 하향 경사지게 물을 분사하는 물분사노즐(420)과, 상기 물분사노즐(420)에 물을 공급하는 물공급유닛과, 상기 선별욕조(410)의 후단부 외측에 설치되어 선별욕조(410)의 후단부 외측으로 배출되는 물에서 이물질을 분리하여 포집하는 그물망 형태의 포집망(440)과, 상기 선별욕조(410)를 측방으로 진동시켜 선별욕조(410)에 투입된 알루미늄 그래뉼을 선별욕조(410)의 전방으로 이송하여 배출하는 진동유닛을 포함한다.
상기 물공급유닛은 물이 저장된 수조(431)와, 상기 수조(431)의 물을 펌핑하여 상기 물분사노즐(420)로 이송하는 펌프(432) 등을 포함한다.
상기 진동유닛은, 일단이 상기 선별욕조(410)의 일 측면(411)에 연접하게 설치되어 선별욕조(410)에 측방으로 탄성력을 가하는 탄성부재(450)와, 상기 탄성부재(450)에 측방향으로 진동을 가하는 진동모터(미도시)를 포함한다.
상기 가열건조기(500)는 상기 습식선별기(400)를 통과하여 이물질이 완전히 제거된 알루미늄 그래뉼을 일방향으로 이송하면서 가열하여 건조하도록 구성된다. 도 12를 참조하면, 이 실시예에서 상기 가열건조기(500)는 내주면에 알루미늄 그래뉼을 후방에서 전방으로 이송하기 위한 스크류날개(511)가 길이 방향을 따라 나선형으로 설치되어 있는 건조드럼(510)과, 상기 건조드럼(510)을 회전시키기 위한 모터(521)와, 상기 모터(521)의 회전력을 상기 건조드럼(510)으로 전달하도록 모터(521)의 축과 건조드럼(510)의 외면에 감겨진 벨트(522)와, 상기 건조드럼(510) 내측으로 화염을 제공하는 버너(530)와, 상기 건조드럼(510)의 전단부 하측에 배치되어 건조드럼(510)의 전단부를 통해 배출되는 알루미늄 그래뉼을 포집하는 단단한 박스 또는 포대자루 등으로 된 그래률수거함(540)을 포함한다.
다음으로 상기와 같이 구성된 본 발명의 알루미늄 그래뉼 제조시스템의 작동에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
알루미늄 폐기물(이 실시예에서 알루미늄 폐병뚜껑)과 각종 이물질이 섞인 혼합물을 투입컨베이어(10)를 통해 풍력선별기(100)의 메쉬드럼(110)의 후방면을 통해 메쉬드럼(110) 내측으로 투입한다(도 2 참조).
상기 메쉬드럼(110)이 드럼회전수단에 의해 회전하면, 메쉬드럼(110)이 전방으로 하향 경사져 있으므로 메쉬드럼(110) 내측의 알루미늄 폐기물과 각종 이물질은 전방으로 점진적으로 이동하게 된다. 이 때, 송풍유닛(120)의 송풍팬(121)을 통해서 강한 압력으로 공기가 송풍되어 무게가 가벼운 비닐이나 모래, 라벨 등 경량의 이물질은 날려서 메쉬드럼(110)의 후방면을 통해 외부로 배출되고, 후방포집부(140)에 포집되어 추후 버려진다.
상기 메쉬드럼(110)을 통과하여 배출된 흙이나 자갈, 유리, 금속 등의 중량 이물질은 알루미늄 폐기물과 함께 1차 와류선별기(210)의 선별컨베이어(211)의 후방으로 낙하하고, 선별컨베이어(211)를 따라 전방으로 이동하게 된다.
상기 선별컨베이어(211)의 전방으로 이송된 알루미늄 폐기물과 이물질 중 비교적 크기가 큰 알루미늄 폐기물은 제1이송컨베이어(214)로 튕겨져 나가고 금속 이물질은선별컨베이어(211)의 끝단에 설치된 선별드럼(212)에 자력에 의해 부착된 상태로 하측으로 이동하다가 선별컨베이어(211) 하측의 스크레이퍼(213)에 의해 분리되어 2차 와류선별기(220)의 선별컨베이어(221) 후단부에 낙하하고, 먼지 등의 기타 이물질은 선별컨베이어(211) 끝단에서 수직하게 낙하하여 분리된다.
이 때, 1차 와류선별기(210)에 의해 미처 분리되지 않은 비교적 크기가 작은 알루미늄 폐기물과 비금속 이물질, 금속 이물질은 2차 와류선별기(220)의 선별컨베이어(221)를 따라 이동하다가 알루미늄 폐기물은 제2이송컨베이어(224)로 튕겨져 나가고, 금속 이물질만 선별드럼(222)에 부착되어 선별컨베이어(221)의 하측면으로 이송되다가 스크레이터(223)에 의해 선별컨베이어(221)에서 떨어져서 금속이물질포집부(225)에 포집되고, 먼지 등의 기타 이물질은 선별컨베이어(221) 끝단에서 수직하게 낙하하여 분리된다.
상기 제1이송컨베이어(214)와 제2이송컨베이어(224)에 의해 이송되는 알루미늄 폐기물과 비금속 이물질(예를 들어 PE, PP 등의 플라스틱 이물질)은 분쇄기(300)의 분쇄드럼(310) 내측으로 투입된 후, 전술한 것과 같이 분쇄드럼(310) 내에 편심 배치된 분쇄날(330)에 의해 잘게 분쇄되어 그래뉼배출판(340)을 통해 하측으로 낙하하여 그래뉼포집부(313)에 모여진다(도 3 내지 도 6 참조).
상기 그래뉼포집부(313)에 모인 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질은 분쇄기(300)의 그래뉼포집부(313)와 습식선별기(400) 사이에 설치되는 그래뉼컨베이어(20)(도 1 참조)를 통해 습식선별기(400)의 선별욕조(410) 내측으로 투입된다.
상기 선별욕조(410) 내에는 상측의 물분사노즐(420)에서 물이 분사되어 전방에서 후방으로 흘러가게 된다. 따라서, 상기 선별욕조(410) 내로 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질이 투입되면, 상대적으로 비중이 큰 알루미늄 그래뉼은 가라 앉고 비금속 이물질은 물에 부유하여 후방으로 흘러가서 포집망(440)에 걸려서 포집된다.
이 때, 진동모터(미도시)가 탄성부재(450)에 주기적으로 측방향으로 진동을 가하게 되면, 탄성부재(450)의 탄성력에 의해 선별욕조(410)가 측방으로 진동하게 되고, 선별욕조(410)의 바닥에 가라앉은 알루미늄 그래뉼은 전방으로 점진적으로 이동하여 선별욕조(410)의 개방된 전단부를 통해 외부로 배출된다. 상기 선별욕조(410)의 후단부에는 단턱(412)이 소정의 높이로 형성되어 있으므로 물에 부유한 이물질은 물과 함께 상기 단턱(412)을 통과하여 포집망(440)에 포집되고, 알루미늄 그래뉼은 단턱(412)에 의해 후방으로 진행하지 못하고 걸린 후 선별욕조(410)의 진동에 의해 점차적으로 전진하게 된다.
상기 습식선별기(400)의 선별욕조(410)의 전단부에서 배출된 알루미늄 그래뉼은 습식선별기(400)의 전단부와 가열건조기(500)의 후단부 사이에 설치된 컨베이어(30)를 통해 가열건조기(500)의 건조드럼(510) 내측으로 투입된다. 상기 건조드럼(510) 내측으로 투입된 알루미늄 그래뉼은 건조드럼(510) 내주면의 스크류날개(511)에 의해 전방으로 이송되면서 버너(530)의 열기에 의해 가열되어 표면에 묻은 습기가 제거되어 건조된 후, 건조드럼(510) 전단부의 그래뉼수거함(540)으로 낙하하여 포집되어 출하된다.
이와 같이 본 발명의 알루미늄 그래뉼 제조시스템은, 풍력선별기(100)와 1,2차 와류선별기(210, 220)를 통해 다량의 이물질이 제거된 알루미늄 폐기물을 분쇄기에서 분쇄하여 일정 크기의 미립자로 된 알루미늄 그래뉼을 제조할 수 있으며, 분쇄된 알루미늄 그래뉼에 섞인 비금속 이물질을 습식선별기(400)에서 비중분리법으로 완전히 분리할 수 있으므로 이물질이 제거된 고순도의 알루미늄 그래뉼을 얻을 수 있다.
특히 본 발명은 분쇄기(300)의 분쇄드럼(310) 내에 구성된 회전부재(320)가 챔버(311)의 중심축(O1)에 대해 일정 거리만큼 편심된 회전축(O2)을 중심으로 회전하게 구성함에 따라 챔버(311)의 좌우측에서 분쇄날(330)의 끝단과 요철(315) 간의 간격을 다르게 형성할 수 있으며, 이를 통해 알루미늄 폐기물, 특히 알루미늄 폐병뚜껑의 분쇄 시 불순물 제거 효율을 증대시키고, 알루미늄 그래뉼의 회수율을 증대시킬 있는 이점이 있음이 확인되었다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 풍력선별기 110 : 메쉬드럼
120 : 송풍유닛 121 : 송풍팬
131 : 모터 132 : 풀리
133 : 동력전달벨트 140 : 후방포집부
150 : 하부포집부 210 : 1차 와류선별기
211, 221 : 선별컨베이어 212, 222 : 선별드럼
213, 223 : 스크레이퍼 214, 224 : 제1,2이송컨베이어
225 : 금속이물질포집부 300 : 분쇄기
310 : 드럼 311 : 챔버
312 : 투입구 313 : 그래뉼포집부
315 : 요철 320 : 회전부재
321 : 회전샤프트 322 : 서포트디스크
323 : 홀더샤프트 324 : 마모방지 링
330 : 분쇄날 340 : 그래뉼배출판
341 : 배출공 351 : 모터
400 : 습식선별기 410 : 선별욕조
420 : 물분사노즐 432 : 펌프
440 : 포집망 450 : 탄성부재
500 : 가열건조기 510 : 건조드럼
511 : 스크류날개 530 : 버너
540 : 그래뉼수거함 O1 : 챔버의 중심축
O2 : 회전부재의 회전축 e : 편심 거리
W1, W2 : 분쇄날의 끝단과 좌,우측 요철의 간격

Claims (10)

  1. 알루미늄 폐기물과 함께 투입된 이물질에 공기를 송풍하여 풍력으로 이물질의 일부를 분리하여 제거하는 풍력선별기(100)와;
    상기 풍력선별기(100)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질을 분리하여 제거하는 와류선별기(210, 220)와;
    상기 와류선별기(210, 220)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 비금속 이물질을 분쇄하여 일정 크기 범위의 알루미늄 그래뉼을 제조하는 분쇄기(300)와;
    상기 분쇄기(300)에서 이송된 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질을 비중분리법으로 분리하여 비금속 이물질을 최종적으로 제거하는 습식선별기(400)와;
    상기 습식선별기(400)에서 이송된 알루미늄 그래뉼을 가열하여 건조하는 가열건조기(500);
    를 포함하고,
    상기 분쇄기(300)는,
    상측에 알루미늄 폐기물이 투입되는 투입구(312)가 형성되어 있으며, 일정한 내경을 갖는 원통형의 챔버(311)를 구비한 분쇄드럼(310)과;
    상기 챔버(311)의 상부에 돌출되게 형성된 복수의 요철(315)과;
    상기 챔버(311) 내부에 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 수평 방향으로 일정 거리 편심된 회전축(O2)을 중심으로 회전하는 회전부재(320)와;
    상기 회전부재(320)에 길이방향을 따라 배열되어 회전부재(320)와 함께 회전하면서 상기 챔버(311) 내부로 투입된 알루미늄 폐기물을 분쇄하는 복수개의 분쇄날(330)과;
    상기 챔버(311)의 하부면을 이루며, 일정한 크기를 갖는 다수의 배출공(341)이 배열된 다공판으로 되어 분쇄된 알루미늄 그래뉼을 하측으로 배출하는 그래뉼배출판(340)과;
    상기 회전부재(320)를 회전시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 풍력선별기(100)는,
    전방면과 후방면이 개방된 원통형의 그물망으로 이루어져 개방된 후방면을 통해 알루미늄 폐기물과 이물질이 투입되며, 후방에서 전방을 향해 일정 각도로 하향 경사진 축을 중심으로 회전하도록 설치되어 알루미늄 폐기물을 점차적으로 전방으로 이송하는 메쉬드럼(110)(mesh drum)과;
    상기 메쉬드럼(110)을 회전시키는 드럼회전수단과;
    상기 메쉬드럼(110)의 전방에 설치되어 메쉬드럼(110)의 전방에서 후방으로 공기를 송풍하여 이물질의 일부를 후방으로 날려서 제거하는 송풍유닛(120)과;
    상기 메쉬드럼(110)의 후방면 외측에 설치되어 송풍유닛(120)에 의해 날려서 메쉬드럼(110)의 개방된 후방면을 통해 배출되는 이물질을 포집하는 후방포집부(140)와;
    상기 메쉬드럼(110)의 구멍을 통해 낙하하는 이물질을 포집하는 하부포집부(150);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 와류선별기는,
    상기 풍력선별기(100)로부터 이송된 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질을 분리하여 제거하는 1차 와류선별기(210)와;
    상기 1차 와류선별기(210)로부터 이송된 잔여 알루미늄 폐기물과 잔여 이물질 중 금속 재질의 이물질을 분리하여 제거하는 2차 와류선별기(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전부재(320)는, 상기 챔버(311)의 중심축(O1)으로부터 일정 거리 편심된 위치에서 상기 챔버(311)의 축방향을 따라 연장되게 설치되며 그 중심에 상기 회전축(O2)이 배치되는 회전샤프트(321)와, 상기 회전샤프트(321)에 축방향을 따라 일정 간격으로 배열되는 원반형으로 된 복수의 서포트디스크(322)와, 상기 복수의 서포트디스크(322)의 가장자리 부분을 관통하도록 설치되며 상기 분쇄날(330)이 일정 간격으로 장착되는 봉 형태의 홀더샤프트(323)를 포함하며,
    상기 분쇄날(330)은 상기 서포트디스크(322) 사이사이에 배치되며, 상기 홀더샤프트(323)에는 상기 각각의 분쇄날(330) 및 서포트디스크(322)와 연접하는 마모방지 링(324)이 설치된 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 분쇄날(330)은 상기 홀더샤프트(323)에 대해 회전 가능하게 설치되어 회전부재(320)가 회전하지 않을 때 서포트디스크(322) 내측으로 접혀진 상태를 유지하다가 회전부재(320)가 회전할 때 서포트디스크(322)의 외측으로 펼쳐지면서 폐기물을 타격하여 파쇄하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 챔버(311)의 중심축(O1)과 상기 회전부재(320)의 회전축(O2) 사이의 편심 거리는 10~15㎜ 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 일측면에 형성된 요철(315) 간의 수평 거리(W1)는 10~15㎜이고, 상기 분쇄날(330)의 끝단과 챔버(311)의 다른 일측면에 형성된 요철(315) 간의 수평 거리(W2)는 35~40㎜인 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 습식선별기(400)는,
    양 측면(411)이 직각으로 절곡되고 후단부에 일정 높이로 단턱(412)이 형성되어 있는 평판 형태를 가지며 상기 분쇄기(300)에서 이송된 알루미늄 그래뉼과 비금속 이물질이 투입되는 선별욕조(410)와;
    상기 선별욕조(410)의 상측에서 후방으로 하향 경사지게 물을 분사하는 물분사노즐(420)과;
    상기 물분사노즐(420)에 물을 공급하는 물공급유닛과;
    상기 선별욕조(410)의 후단부 외측에 설치되어 선별욕조(410)의 후단부 외측으로 배출되는 물에서 이물질을 분리하여 포집하는 그물망 형태의 포집망(440)과;
    상기 선별욕조(410)를 측방으로 진동시켜 선별욕조(410)에 투입된 알루미늄 그래뉼을 선별욕조(410)의 전방으로 이송하여 배출하는 진동유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 진동유닛은, 일단이 상기 선별욕조(410)의 일 측면(411)에 연접하게 설치되어 선별욕조(410)에 측방으로 탄성력을 가하는 탄성부재(450)와, 상기 탄성부재(450)에 측방향으로 진동을 가하는 진동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 제조시스템.
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