KR100703587B1 - 탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법 - Google Patents

탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산가스를 이용하여 폐주물사를 재생하는 방법에 관한 것으로 좀더 상세히는 폐주물사의 규산나트륨(물유리)을 제거하기 위하여 분쇄한 폐주물사를 물로 세척하는 과정에서 물속에 탄산가스를 주입하여 폐주물사에 남아 있는 규산나트륨(물유리)과 탄산가스를 반응시켜 탄산나트륨의 생성을 유도함으로써 폐주물사의 규산나트륨(물유리)이 탄산나트륨으로 전화하여 물에 용해되므로 폐주물사의 규산나트륨이 제거되어 재사용이 가능한 주물사를 생산하는 방법과 그 부산물로 탄산나트륨을 생산하는 방법에 관한 것이다.
폐주물사, 재생

Description

탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법{A method for reproduction waste molding sand}
도 1은 본 발명의 방법으로 규산나트륨(물유리)을 사용한 폐주물사를 재생하는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 방법으로 가연성 점결제인 덱스트린, 퓨란수지, 페놀수지를 사용한 폐주물사를 재생하는 공정도이다.
본 발명은 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 이용하여 폐주물사를 재생하는 방법에 관한 것으로 좀더 상세히는 규산나트륨(물유리)을 사용한 폐주물사는 폐주물사에 부착되고 있는 규산나트륨(물유리), 수산화나트륨, 탄산나트륨을 제거하기 위하여 분쇄한 폐주물사를 물로 세척하는 과정에서 세척수 속에 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 주입하여 폐주물사에 부착되고 있는 규산나트륨(물유리), 수산화나트륨, 탄산나트륨과 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 반응시켜 탄산나트륨의 생성을 유도함으로써 폐주물사에 부착되고 있는 규산나트륨(물유리), 수산화나트륨, 탄산나트륨이 물에 잘 녹는 탄산나트륨으로 전환하여 폐주물사에 부착되고 있는 규산나트륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨가 제거되어, 재사용이 가능한 주물사를 생산하는 방법과 가연성 점결제인 덱스트린, 퓨란수지, 페놀수지를 사용한 폐주물사를 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 열을 이용하여 재사용이 가능한 주물사를 생산하는 방법과 그 부산물로 탄산나트륨을 생산하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 주조(鑄造)에 사용되는 주형의 재료로 가장 널리 사용되는 것은 내화성이 우수한 규사를 주성분으로 하는 주물사로서, 20~70메시 안팎의 입도(粒度)를 가진 모래에 규산나트륨(물유리)과 같은 점결제와 수분을 첨가하여 성형용 주물사를 제작하여 원형(原型-pattern)이 놓인 주조 틀의 내부에 넣어 여러 가지 방법을 적용하여 잘 다져 굳힘으로서 하나의 분할된 주형이 완성되는 것이다.
상기와 같이 제작된 주형을 사용하여 주물제품을 주조하면, 주물사는 용융금속의 높은 온도와 주형에 사용된 점결제 등에 인하여 폐주물사가 된다. 이렇게 한번 사용한 폐주물사를 재사용하면 내화성, 통기성, 성형성이 저하되어 재사용에 문제가 되어 폐주물사를 재사용할 수 있도록 처리하는 다양한 기술들이 개발되고 있다.
종래의 폐주물사 재생방법은 크게 습식 재생방법과, 건식 재생방법 및 가열 소성방법으로 분류할 수 있다.
주형의 재료인 주물사와 점결제인 규산나트륨(물유리-Na2OㆍnSiO2)을 섞어서 주조틀에 넣어 잘 다져 굳히는 공정은 다음 반응식 1, 2와 같은 반응에 의해 실시된다.
Na2OㆍnSiO2+H2O ----→ 2NaOH +nSiO2
mSi+2NaOH +H2O ----→ Na2OㆍmSiO2+H2
상기 주물사와 규산나트륨을 섞을 때에 물을 혼합하여 사용하는데, 물이 반응하는데 없어질 때까지 반응하여 점성이 높아지게 되어 굳혀진다. 상기 반응식 1, 2를 이용하는 굳혀짐 공정의 경우는 시간이 오래 걸리는 문제가 있으므로, 하기 반응식 3(이산화탄소 굳힘 공정)과 같은 굳혀짐 공정이 개발되었다.
Na2OㆍnSiO2+CO2 ----→ Na2CO3+SiO2
규산나트륨이 탄산가스과 반응하여 탄산나트륨이 생기면서 굳는다. 이렇게 사용한 주물사는 반응이 완료된 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨이 주물사에 부착되므로 재사용하면 내화성, 통기성, 성형성이 현저히 떨어지게 됩니다. 이렇게 사용된 폐주물사는 폐CO2주물사라고 한다.
따라서, 폐주물사에 부착되고 있는 규산나트륨(물유리), 수산화나트륨, 탄산나트륨을 제거하여 주물사를 재생하는 방법이 다양하게 개발되고 있으며, 이 중 건식 생산방식을 사용하였으나 수산화나트륨, 규산나트륨, 탄산나트륨 등이 완전히 제거하지 못하기 때문에 내화성, 통기성, 성형성을 높이기 위하여 새로운 모래(新沙)와 혼합하여 재이용을 하고 있다.
가열 소성방법은 모래의 회수율은 높지만 처리비용의 고가로 상업적 부가가치가 낮아 채택되지 못하였으며, 건식 재생방법은 모래를 단단한 물체에 충돌시켜 모래 표면의 점결제를 박리시키는 충격식과 연마석에 낙하시켜 표면 부착물을 박리시키는 연마식 및 모래 입자 간의 마찰을 유도하여 표면 부착물을 마멸시키는 마찰식 등이 있다. 그러나, 박리시킨 표면 부착물의 처리 곤란성이 있어 습식방법으로 처리하여 알카리성 폐수를 중성 폐수로 변환시켰지만 중성 폐수도 처리곤란성에 의해 채택되지 못하고 있다.
습식 재생방법은 폐주물사를 처리할 때에는 가장 좋은 재생 주물사(모래)가 생산될 수 있으나, 수산화나트륨, 규산나트륨, 탄산나트륨 등이 물에 녹아 강한 알카리성 폐수를 생성하고 점결제 등에 의해 환경을 오염시키는 알카리성 폐수가 발생되므로 이러한 폐수의 처리곤란성에 의해 채택되지 못하고 있다. 또한 가열 소성방법은 모래의 회수율은 높지만 가열 소성의 처리비용의 고가로 상업적 부가가치가 낮아 채택되지 못하고 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 습식재생방식을 이용하여 종래의 점결제에 의해 환경을 오염시키는 알카리성 폐수, 중성 폐수를 발생되는 것을 폐수가 생기지 않게 하여 폐수의 처리 곤란을 해결하여 양질의 재생 주물사(모래)를 생산하는 방법을 제공하는 것과 부산물로 생성되는 탄산나트륨를 생산하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적은 달성하기 위하여 본 발명의 발명자는 폐주물사의 재생을 위하여 습식 공정을 채택하여 물로 세척하는 동안 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 공급하여 폐주물사에 부착되고 있는 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨을 수용성의 탄산나트륨으로 전환시켜 재생 주물사와 부산물로 탄산나트륨을 제조하였습니다.
본 발명은 폐주물사로부터 재생주물사를 생산하는 방법에 있어서, 폐주물사에서 이물질을 선별한 후 분쇄하는 공정; 분쇄한 폐주물사를 세척탱크에 넣는 투입하고 물과 함께 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 공급하는 공정; 세척탱크 내에서 폐주물사에 부착되어 있는 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨과 투입되는 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스와의 화학반응이 유도하기 위하여 교반하는 공정; 및 반응이 끝난 폐주물사와 탄산나트륨을 함유한 용액을 분리하고 반복 세척하여 나트륨성분이 없는 재생 주물사를 수득하는 공정;을 포함하는 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 반응이 끝난 후 분리된 부산물인 탄산나트륨을 용해도 차이를 이용하여 얻은 부산물인 고체 탄산나트륨을 생산하는 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법에 관한 것이다.
상기 부산물인 고체 탄산나트륨에 남아있는 물을 건조할 시에 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스 발생기에서 생성된 에너지를 이용하여 건조할 수 있으며 이로부터 에너지를 절감할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명은 상기 세척공정과정에서 세척시는 세척조 온도를 50~80℃로 유지하는 것과 탄산나트륨을 분리 할 때의 세척조 온도를 10~30℃ 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 폐주물사에 부착하고 있는 수산화나트륨, 규산나트륨, 탄산나트륨 등에 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 주입하므로써 상기 반응물들을 모두 탄산나트륨으로 전환하여 폐수 생성을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 공정에서 유도되는 반응은 하기 반응식 4, 5와 같다.
2NaOH + CO2 ----→ Na2CO3 + H2O
Na2OㆍnSiO2 + CO2 ----→ Na2CO3 + SiO2
즉, 상기 반응식 4, 5에서와 같이 습식 생산방법을 채택하여 폐주물사를 물이 함유된 탱크에서 세척과 함께 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 계속 주입하여 주물사에 부착되어 있는 모든 성분들을 탄산나트륨으로 변환시키게 된다.
탄산나트륨은 탄산소다, 소다라고 하며, 무수물(無水物), 1수화물, 7수화물, 10수화물이 있다고 알려져 있으며 무수물은 소다회, 10수화물은 세탁소다라고 하는데, 100g의 물에 0℃에서는 7.1g, 100℃에서는 45.5g이 용해한다.
폐주물사에 부착되어 있는 성분들을 제거하기 위하여 50~80℃의 물에 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 주입하게 되면 폐주물사에 부착되어 있는 성분들은 모두 탄산나트륨으로 변환되고 탄산나트륨은 높은 온도의 물에 잘 용해되어 주물사에 부착되어 있던 성분이 주물사에서 분리하여 순수한 주물사(모래)를 생산할 수 있다.
또한, 상기 50~80℃의 물로 폐주물사를 처리하면 탄산나트륨이 잘 용해된 물로 수득되는데 용해 된 세척수를 10~30℃의 물로 낮추면 탄산나트륨의 용해도의 차이에 따라 고체 탄산나트륨이 석출된다. 석출된 고체 탄산나트륨을 분리하여 고체 탄산 나트륨에 남아 있는 물을 증발시키면 순수한 고체 탄산나트륨을 수득한다.
본 발명에서는 사용되는 탄산가스를 발생시키는 방법으로는 가연성 폐기물을 소각하여 얻는 방법이 있다. 폐기물 중에는 가연성 폐기물이 상당히 포함되어 있어 가연성 폐기물은 다른 용도로 이용하지 않고 대부분 소각하여 처리하고 있다. 가연성 폐기물 소각시에 발생하는 유해가스 중 염소가스, 아황산가스 등이 다량 함유되어 있으므로 탄산가스를 포함한 이들 가스는 본 발명의 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스 투입시에 첨가하면 별로의 정제장치가 필요없이 폐주물사에 부착되고 있는 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨에 의하여 염소가스는 염화나트륨으로 아황산가스는 황산나트륨으로 전화되어 공기 오염을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가연성 물질의 소각시에 발생하는 열은 석출된 고체 탄산나트륨을 분리하여 고체 탄산 나트륨에 남아 있는 물을 증발시키는데 사용하여 고체 탄산나트륨을 생산하는데 이용할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 가연성 폐기물의 소각시 발생하는 탄산가스는 폐주물사에 부착되어 있는 나트륨 성분을 제거하는데 이용하게 하고, 열에너지는 고체 탄산 나트륨에 남아 있는 물을 증발시키는데 이용하여 에너지 비용을 줄일 수 있도록 하였다.
그리고, 점결제 중에 가연성 점결제인 덱스트린, 퓨란수지, 페놀수지 등을 사용하는 주물사들은 가열 소성방법으로 점결제를 제거하면 모래의 회수율은 높지만 처리비용의 문제로 적용에 어려움이 있었으나, 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스 발생기에서 탄산가스를 발생시킬 뿐만 아니라, 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스 발생기에서 발생되는 열을 이용하여 가연성 점결제인 덱스트린, 퓨란수지, 페놀수지 등을 사용하는 주물사들을 가열 소성하여 도 2의 방법에 의하여 이물질을 제거한 후에 본 발명의 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 이용한 공정을 적용하면 처리비용을 감소시킬 수 있는 폐주물사 제생방법을 제공하였다.
본 발명은 습식공정을 채택하여 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 투입하여 간단한 방법으로 폐주물사를 재생 주물사로 재생하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 재생 주물사를 분리한 세척수용액으로부터 간단한 방법으로 탄산나트륨을 수득할 수 있으며, 이로 인하여 폐수 발생을 거의 없애는 공정을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 가연성 폐기물을 소각할 때에 발생되는 가스와 열에너지를 모두 활용하여 폐기물의 재활용 범위를 넓일 수 있다.

Claims (3)

  1. 규산나트륨(물유리)을 사용한 폐주물사로부터 재생주물사를 생산하는 방법에 있어서,
    폐주물사로부터 이물질을 선별한 후 분쇄하는 공정;
    분쇄한 폐주물사를 세척탱크에 넣는 투입하고, 세척수과 함께 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 공급하는 공정;
    세척탱크 내에서 폐주물사에 부착되어 있는 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨과 투입된 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스와의 화학반응이 유도하기 위하여 교반하는 공정;
    반응이 끝난 폐주물사와 탄산나트륨이 함유된 용액을 분리하고 반복 세척하여 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨이 없는 재생 주물사를 수득하는 공정;을 포함하는 가연성 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 이용한 폐주물사 재생방법.
  2. 상기 제1항의 반응이 끝난 폐주물사와 탄산나트륨이 함유된 용액을 분리하고 반복 세척하여 탄산나트륨과 규산나트륨, 수산화나트륨이 없는 재생 주물사를 수득하는 공정에 있어서, 세척수에 용해되어 있는 탄산나트륨을 온도에 따른 용해도 차이를 이용하여 고체 탄산나트륨을 분리하여 수득하는 부산물인 고체 탄산나트륨를 생산 하는 방법
  3. 삭제
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