KR100444361B1

KR100444361B1 - 정전 분리법을 이용한 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소성분의 분리 방법

Info

Publication number: KR100444361B1
Application number: KR10-2002-0050736A
Authority: KR
Inventors: 오종기; 이화영
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-08-16
Also published as: KR20040018765A

Abstract

본 발명은 폐자동차를 슈레더(shredder)로 파쇄하고 이로부터 철 조각, 알루미늄, 구리 등의 금속 성분을 분리 회수하고 남은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 정전 분리법을 이용하여 염소 성분을 분리하는 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 방법은 폐자동차 파쇄 잔류물을 약 5 내지 약 10 mm 눈금 크기의 체로 입도 분급하여 체에 걸리는 산물을 얻는 단계, 입도 분급하여 얻은 산물을 풍력 선별하여 높은 열에너지의 가연성 산물을 얻는 단계, 가연성 산물을 입경 3 mm 이하의 입자로 분쇄하여 가연성 산물의 분쇄물을 얻는 단계, 및 분쇄물을 정전 분리하여 높은 열에너지의 가연성 산물을 얻는 단계를 포함한다.

상기 본 발명의 방법으로 폐자동차 파쇄 잔류물을 처리하는 경우 염소 성분을 초기 함량 대비 90％ 이상 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 다단계 복합 처리 공법을 통하여 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분이 제거된 높은 열에너지를 가지는 물질만을 효과적으로 농축하여 제품화할 수 있기 때문에 열에너지용 연료로 재활용할 수 있는 동시에 매립이나 소각으로 인한 환경 오염 문제를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 다단계 처리 공정은 모두 물리적인 방법만으로 구성되어 있기 때문에 종래의 고온 탈염소화법이나 용융법 및 용제류에 의한 용해법에 비해 에너지 비용을 크게 줄일 수 있는 동시에 2차 오염 문제를 전혀 야기시키지 않는다는 특징이 있다.

Description

정전 분리법을 이용한 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분의 분리 방법 {Separation of Chlorine Containing Materials from Shredder Dust of Old Car by Electrostatic Separation Method}

본 발명은 폐자동차를 슈레더(shredder)로 파쇄하고 이로부터 철 조각, 알루미늄, 구리 등의 금속 성분을 분리 회수하고 남은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 정전 분리법을 이용하여 염소 성분을 분리하는 방법에 관한 것이다.

자동차는 철, 비철 금속, 플라스틱, 고무 등의 다양한 재질로 제조한 각종 부품으로 구성되어 있으며, 대체로 10년 정도의 가용 연한이 지나면 폐차하게 된다. 현재, 국내에는 약 200여개의 폐차업체가 가동중에 있으며, 일단 폐차장에 들어온 폐자동차는 타이어, 연료/윤활유, 엔진 및 문짝 등을 해체하고 프레스(press)로 압축한 다음 슈레더 업체로 이송한다. 폐자동차의 파쇄 및 분리 공정은 슈레더 업체에 따라 다소의 차이가 있기는 하나 자력 선별(magnetic separation)과 와류 선별(eddy current separation)을 통한 철 및 비철 금속류의 금속 성분을 분리 회수하고 이외에 수작업을 통하여 전선, 모터 및 전자기판을 별도로 분리하는 과정으로 구성되어 있다.

상기와 같은 폐자동차 처리 과정을 통해 자동차의 주요 구성 물질인 철 및 비철 금속류는 거의 대부분 회수하여 재활용되고 있으나, 현재까지 플라스틱, 고무, 섬유 및 스폰지와 같은 비금속 물질들은 뚜렷한 재활용 방법이 부각되지 않고 있어 단순 매립 또는 소각 등의 방법으로 그대로 폐기하고 있는 실정이다. 그러나, 이들 폐자동차 파쇄 잔류물은 주지하는 바와 같이 가연성 물질로 구성되어 있기 때문에 열에너지원으로서의 활용이 크게 기대되고 있는 폐기물이며, 실제로 선진외국에서는 이들을 연료로 사용하여 소규모 발전소를 가동하고 있기도 하다.

상기 폐자동차 파쇄 잔류물을 열에너지원으로 사용하는데 있어서 가장 큰 문제점은 폐플라스틱류에 폴리염화비닐(PVC)을 비롯하여 염소 성분을 함유한 각종 플라스틱 재질이 포함되어 있다는 점이다. 폴리염화비닐을 비롯한 폐플라스틱을 별다른 조치없이 연소시키거나 또는 소각하는 경우 염화수소(HCl) 가스나 배기 가스에 섞여 대기로 방출되기 때문에 심각한 대기 오염 문제를 야기시키게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 고온 고압하에서 폐플라스틱을 열처리하여 탈염소화하는 방법, 소각 또는 연소시에 칼슘 또는 마그네슘 등을 첨가하여 염화수소 가스의 배출을 억제하는 방법, 아세톤, 케톤 및 크실렌 등의 용제류를 사용하여 폐플라스틱을 용해시켜 처리하는 방법, 풍력 선별 또는 비중 선별 등의 물리적 선별법으로 분리하는 방법 등이 시도되고 있으나, 현재까지 뚜렷하게 각광을 받는 해결 방법은 보고되어 있지 않다. 상기 기술과 관련하여 현재까지 발표된 자료로는 미국 특허 제6,346,220호, 동 제6,329,436호 및 일본 특허 제2002-128953호, 동 제2001-328120호, 동 제2001-300473호 등에 기재된 방법이 있다.

상기한 폴리염화비닐의 처리 방법 가운데 고온 고압하에서 열처리하여 탈염소화하는 방법은 폐플라스틱중의 염소 성분을 매우 효과적으로 제거할 수는 있으나, 시설비 및 처리 비용이 과다하게 요구된다는 단점이 있다. 또한, 소각 또는 연소시에 칼슘 또는 마그네슘 등을 첨가하여 염화수소 가스의 발생을 억제하는 방법은 비용이 저렴하기는 하나 염화수소 가스의 발생을 완전히 억제하기는 어렵다는 문제점이 있다. 한편, 용제류를 사용하여 폐플라스틱을 용해시키는 방법은 나중에 용제류를 다시 회수하여야 하는 번거로움과 함께 폐플라스틱 용해액으로부터 염소 성분을 분리하는 2차 공정을 필요로 한다는 단점이 있다.

본 발명자들은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염화수소 등의 염소 성분을 제거하여 가연성 물질을 열에너지원으로 이용하는데 있어서의 상기 종래의 문제점들을해결하고자 예의 연구를 거듭한 결과, 폐자동차 파쇄 잔류물을 풍력 선별법에 의해 1차 가공한 후 정전 분리시키는 경우 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분이 분리될 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분을 효과적으로 분리해내는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 다음의 바람직한 실시양태의 설명을 통해 보다 명백해질 것이다.

도 1은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분을 분리하는 방법을 나타내는 본 발명의 일 실시양태에 따른 처리 공정도.

도 2는 도 1의 처리 공정도에서 정전 분리 공정을 나타내는 모형도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 양전극 2: 음전극

3: 분리판 4: 정전 분리기

5: 투입구 6: 마이너스로 하전된 입자

7: 플러스로 하전된 입자 8: 전극 간격

본 발명의 목적은 폐자동차 파쇄 잔류물을 체로 입도 분급하여 체에 걸리는(oversize) 산물을 얻는 단계, 입도 분급하여 얻은 산물을 풍력 선별하여 높은 열에너지의 가연성 산물을 얻는 단계, 가연성 산물을 분쇄하여 가연성 산물의 분쇄물을 얻는 단계, 및 분쇄물을 정전 분리하여 높은 열에너지의 가연성 산물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐자동차 파쇄 잔류물로부터의 염소 성분의 분리 방법에 의해 달성할 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 폐자동차 파쇄 잔류물을 처리하게 되면 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 환경 오염을 야기하는 폐플라스틱 등에 존재하는 염소 성분을 저렴한 비용으로 분리할 수 있어, 현재 그대로 폐기되고 있는 폐자동차 파쇄 잔류물을 환경친화적으로 열에너지원으로 사용할 수 있게 된다.

본 명세서에서 사용되는 "폐자동차 파쇄 잔류물"이란 폐자동차를 슈레더 (shredder)로 파쇄하고 이로부터 철 조각, 알루미늄, 구리 등의 금속 성분을 분리회수하고 남은 잔류물을 의미한다. 본 발명의 처리 대상 물질인 폐자동차 파쇄 잔류물은, 슈레더 업체의 조업 방식이나 폐자동차의 종류에 따라서 그 구성 물질의 조성에 다소 차이가 있을 수는 있으나, 본 발명에서는 상기 처리 대상 물질을 특정한 성상이나 구성 비율을 갖는 폐자동차 파쇄 잔류물로 제한하지는 않는다.

본 발명의 방법의 일 실시양태에 따라 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분을 분리하는 방법의 처리 공정도를 도 1에 도시하고, 도 1의 처리 공정도에서 정전 분리 공정을 도 2에 모형도로서 도시한다. 이제, 본 발명에 따른 방법을 이하 도면을 참조하여 설명하고자 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 먼저 제1 단계로서, 폐자동차 파쇄 잔류물을 체, 바람직하게는 약 5 내지 약 10 mm 눈금 크기의 체를 사용하여 입도 분급하며, 이 과정에서 슈레더 업체에서 철 및 비철 금속류의 금속 성분을 분리 회수하기 위해 행한 자력 선별이나 와류 선별 과정에서 미처 분리되지 않은 상기 체를 통과한 조그만 금속 조각이나 토사를 1차로 분리할 수 있다. 이러한 입도 분급 단계에서 분리되는 상기 금속 조각이나 토사와 같은 크기가 작은 산물은 체의 눈금 크기에 따라 달라지기는 하나 대략 초기 중량의 10 내지 15％ 정도로서 대부분 비가연성 물질로 구성되어 있다.

상기 입도 분급 단계를 거쳐 얻은 체에 걸려진 산물은 제2 단계로서 풍력 선별, 바람직하게는 2단으로 또는 2차에 걸쳐 풍력 선별하며, 이와 같은 풍력 선별 단계가 요구되는 이유는 플라스틱 및 고무와 같이 높은 열에너지를 가지고 있는 물질이 가장 많이 농축되어 있는 부분을 얻기 위함이다. 즉, 다양하게 풍력 선별 시험을 행한 결과, 풍력 선별한 폐자동차 파쇄 잔류물중 비중이 작은 부분에는 중량에 비해서 부피가 큰 스폰지, 종이, 나무 조각 등이 주로 함유되어 있으며, 반대로 비중이 큰 부분에는 유리 조각 또는 금속 조각과 같이 비가연성 물질이 주로 함유되어 있었다. 상기 비중이 작은 부분에 함유되어 있는 물질들은 물론 가연성이기는 하나 열에너지가 높지 않고 상기 비중이 큰 부분에 함유되어 있는 물질들은 비가연성이어서, 후속 공정인 분쇄 및 정전 분리 단계에서의 처리물량만을 가중시키는 문제점이 있기 때문에, 본 발명에서는 풍력 선별을 통해 이들 성분을 미리 제거하게 된다. 따라서, 풍력 선별 단계를 통해 열에너지를 가장 많이 함유하는 상대적으로 중간 비중의 산물을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 상기 풍력 선별 단계에는 상용화되어 있는 어떤 종류의 풍력 선별기(air separator)를 사용하여도 무방하며, 특정한 형식의 풍력 선별기를 사용하는 것으로 제한하지는 않는다. 어떠한 종류의 풍력 선별기를 본 발명의 풍력 선별 단계에 사용하더라도, 예를 들어 1차 및 2차 풍력 선별을 실시함으로써 비중이 작은 부분과 큰 부분을 분리해냄으로써 풍력 선별 단계를 통해 얻고자 하는 상술한 중간 비중의 산물을 얻을 수 있다. 이 때, 중간 비중의 산물, 즉 풍력 선별하여 얻어진 높은 열에너지의 가연성 산물의 중량이 풍력 선별을 실시하는 초기 중량, 즉 풍력 선별 단계를 행하기 전의 입도 분급하여 체에 걸린 산물의 중량의 60 내지 80％가 되도록 풍력 선별 가동 조건을 조절하는 것이 바람직하다. 얻어지는 상기 중간 비중의 산물의 중량이 초기 중량의 60％ 미만인 경우 높은 열에너지를 갖는 가연성 물질의 양이 적어지게 되고, 초기 중량의 80％를 초과하는 경우 후속 공정인 분쇄 및 정전 분리 단계에서의 처리물량을 가중시키게 된다.

상술한 바와 같은 풍력 선별 단계를 통해 얻은 가연성 산물은 정전 분리에 앞서 분쇄기, 예를 들어 커팅 밀(cutting mill)을 이용하여, 바람직하게는 입경이 3 mm 이하가 되도록 잘게 분쇄하게 되며, 이는 후속 공정인 정전 분리 단계에서 정전 분리기(electrostatic separator)로의 투입을 용이하게 함과 동시에 분리 효율을 증대시키기 위함이며, 다양한 시험 결과 본 발명에서는 입경을 3 mm 이하로 분쇄하는 것이 가장 효과적임을 발견하였다.

입경 3 mm 이하의 분쇄물은 도 2에 나타낸 바와 같은 본 발명의 정전 분리 단계를 통해 염소 성분이 분리 제거된, 최종 목적하는 높은 열에너지의 가연성 산물로 된다. 도 2를 참조하면, 양전극(1)과 음전극(2)이 마주보도록 설치되고 밑부분에 분리판(3)을 설치한 정전 분리기(4)를 사용하여 입경 3 mm 이하로 분쇄한 원료를 투입구(5)에 투입한 다음 정전 분리를 실시한다. 이 때, 투입되는 원료 입자들은 서로 간의 충돌이나 투입구 내벽과의 마찰로 인하여, 재질의 종류에 따라서 플러스(+) 하전을 띠거나 혹은 마이너스(-) 하전을 띠게 되며 전기장내를 통과하면서 마이너스로 하전된 입자(6)는 양전극(1) 쪽으로, 또한 플러스로 하전된 입자(7)는 음전극(2)쪽으로 이동하여 각각 분리가 이루어지게 된다. 상기 정전 분리 공정의 분리 효율을 결정하는 변수로는 원료 입자의 표면 하전값, 전극 간격(8) 및 전극간 전압차가 매우 중요하며, 1회의 조업으로 끝내는 경우도 있으나, 보통은 1 내지 5회, 바람직하게는 3 내지 5회의 정전 분리를 행한다. 또한, 본 발명의 정전 분리 단계에서 전극 간격은 5 내지 10 cm 범위로, 전극간 전압차는 20 내지 40 kV범위로 조절하여 정전 분리를 수행하는 것이, 상기 정전 분리법을 통하여 염소 성분이 많은 물질을 매우 효과적으로 양전극쪽으로 분리 농축시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

이상과 같은 상기 본 발명의 방법으로 폐자동차 파쇄 잔류물을 처리하는 경우 폐플라스틱에 다량 함유된 염소 성분을 매우 저렴한 비용으로 효과적으로 제거할 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 본 발명의 입도 분급 공정, 풍력 선별 공정, 정전 분리 공정의 다단계 복합 처리 공법을 통하여 철 및 비철 금속 성분을 분리하고 남은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분이 제거된 높은 열에너지를 가지는 물질만을 효과적으로 농축하여 제품화할 수 있기 때문에 열에너지용 연료로 재활용할 수 있는 동시에 매립이나 소각으로 인한 환경 오염 문제를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 다단계 처리 공정은 모두 물리적인 방법만으로 구성되어 있기 때문에 종래의 고온 탈염소화법이나 용융법 및 용제류에 의한 용해법에 비해 에너지 비용을 크게 줄일 수 있는 동시에 2차 오염 문제를 전혀 야기시키지 않는다는 특징이 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예를 통해 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

슈레더 업체에서 발생한 폐자동차 파쇄 잔류물 100 kg을 제1 단계로 눈금 크기 5 mm 체로 입도 분급하여 조그만 금속 조각이나 토사를 분리하고 체에 걸린 산물 90 kg을 얻었다. 상기 제1 단계 공정을 거쳐 얻은 산물을 풍력 선별기에 투입하여 1차로 저비중 산물을 제거한 후 고비중 및 중간 비중 산물로 이루어진 산물을 2차로 풍력 선별기에 다시 투입하여 고비중 산물을 제거하여 중간 비중 산물을 얻었다. 상기 1차 풍력 선별 과정에서 부피가 큰 스폰지 또는 종이, 나무 조각 등이 분리 제거되고, 2차 풍력 선별 과정에서는 비중이 크고 비가연성 물질인 유리 조각 또는 금속 조각이 제거되었다. 이러한 풍력 선별에서 얻은 중간 비중 산물 54 kg을 커팅 밀을 사용하여 입경 3 mm 이하로 분쇄한 다음 도 2에 나타낸 바와 같이 정전 분리하였다. 도 2의 정전 분리기의 전극 간격은 5 cm로 조정하고 전극간 전압차는 20 kV가 되도록 하여 분쇄된 원료를 투입하였으며, 1회 정전 분리를 통해 얻은 음전극 산물을 수거하여 재차 동일한 조건에서 정전 분리기에 재투입하는 방법으로 총 3회의 정전 분리를 수행하였다. 1회 정전 분리후 1차 음전극 산물 45 kg을 얻고, 이를 다시 2회째 정전 분리하여 2차 음전극 산물 40 kg을 얻고, 이를 다시 3회째 정전 분리하여 3차 음전극 산물, 즉 최종 제품 37 kg을 얻었다. 이러한 정전 분리에 의한 최종 제품의 염소 함량은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 0.3 중량％로서, 초기 염소 함량 3.5 중량％에 대해 91.4％의 제거 효율을 나타내었다.

실시예 1에서의 정전 분리 결과
	중량(kg)	염소 함량(중량％)	염소 제거율(％)
초기 원료	54	3.5	-
1회 정전분리후	45	1.0	71.4
2회 정전분리후	40	0.5	85.7
3회 정전분리후	37	0.3	91.4
정전분리후의 중량은 음전극 산물의 중량을 말함.

<실시예 2>

실시예 1에서와 동일한 폐자동차 파쇄 잔류물 100 kg을 제1 단계로 눈금 크기 10 mm 체로 입도 분급하여 체에 걸린 산물 85 kg을 실시예 1과 동일한 방법으로 풍력 선별하였다. 이러한 풍력 선별에서 얻은 중간 비중 산물 68 kg을 커팅 밀을 사용하여 입경 3 mm 이하로 분쇄한 다음 도 2에 나타낸 바와 같이 정전 분리하였다. 도 2의 정전 분리기의 전극 간격은 10 cm로 조정하고 전극간 전압차는 40 kV가 되도록 하여 분쇄된 원료를 투입하였으며, 1회 정전 분리를 통해 얻은 음전극 산물을 수거하여 재차 동일한 조건에서 정전 분리기에 재투입하는 방법으로 총 5회의 정전 분리를 수행하였다. 이러한 정전 분리에 의한 최종 제품의 염소 함량은 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 0.2 중량％로서, 초기 염소 함량 3.7 중량％에 대해 94.6％의 제거 효율을 나타내었다.

실시예 2에서의 정전 분리 결과
	중량(kg)	염소 함량(중량％)	염소 제거율(％)
초기 원료	68	3.7	-
1회 정전분리후	56	1.5	59.5
2회 정전분리후	49	0.8	78.4
3회 정전분리후	44	0.5	86.5
4회 정전분리후	41	0.3	91.9
5회 정전분리후	39	0.2	94.6
정전분리후의 중량은 음전극 산물의 중량을 말함.

이들 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 본 발명의 방법으로 폐자동차 파쇄 잔류물을 처리하는 경우 염소 성분을 초기 함량 대비 90％ 이상 제거할 수 있다.

본 발명의 입도 분급 공정, 풍력 선별 공정, 정전 분리 공정의 다단계 복합 처리 공법을 통하여 철 및 비철 금속 성분을 분리하고 남은 폐자동차 파쇄 잔류물로부터 염소 성분이 제거된 높은 열에너지를 가지는 물질만을 효과적으로 농축하여 제품화할 수 있기 때문에 열에너지용 연료로 재활용할 수 있는 동시에 매립이나 소각으로 인한 환경 오염 문제를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 다단계 처리 공정은 모두 물리적인 방법만으로 구성되어 있기 때문에 종래의 고온 탈염소화법이나 용융법 및 용제류에 의한 용해법에 비해 에너지 비용을 크게 줄일 수 있는 동시에 2차 오염 문제를 전혀 야기시키지 않는다는 특징이 있다.

Claims

폐자동차 파쇄 잔류물을 약 5 내지 약 10 mm 눈금 크기의 체로 입도 분급하여 체에 걸리는 산물을 얻는 단계, 입도 분급하여 얻은 산물을 풍력 선별하여 높은 열에너지의 가연성 산물을 얻는 단계, 가연성 산물을 입경 3 mm 이하의 입자로 분쇄하여 가연성 산물의 분쇄물을 얻는 단계, 및 분쇄물을 정전 분리하여 높은 열에너지의 가연성 산물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐자동차 파쇄 잔류물로부터의 염소 성분의 분리 방법.
제1항에 있어서, 풍력 선별 단계가 1차로 스폰지, 종이, 나무 조각과 같은 가연성이나 열에너지가 낮은 물질을 제거하고 2차로 유리 및 금속 조각과 같은 비가연성 물질을 제거하는 단계를 포함하며, 풍력 선별하여 얻어진 높은 열에너지의 가연성 산물의 중량이 풍력 선별 단계를 행하기 전의 입도 분급하여 체에 걸린 산물의 중량의 60 내지 80％인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 정전 분리 단계가 정전 분리기의 전극 간격을 5 내지 10 cm 범위내로 하고 전극간 전압차를 20 내지 40 kV 범위내로 하여 3 내지 5회 정전 분리하는 것인 방법.