KR100803706B1 - 순환골재와 탄산가스를 이용한 침강성 탄산칼슘 생산방법및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄산가스과 순환골재를 이용하여 침강성 탄산칼슘을 생산할 수 있도록 하는 것으로,

더욱 상세하게는 순환골재(습식, 건식) 생산과정 중 세척수에 탄산가스를 주입시키므로 순환골재의 석회성분을 제거하여 순환골재의 품질을 좋게 하는 과정에서, 세척수과 탄산가스를 공급하는 과정에서 순환골재의 석회성분이 세척수에 녹아 수산화석회가 된 후에 탄산가스에 의해 침강성 탄산칼슘 탄산칼슘을 생산방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 건설폐기물의 폐목 및 가연성 폐기물을 소각하는 보일러에서 발생하는 탄산가스를 탄산가스 흡입구로 흡입하여 공급하는 탄산가스 공급기와;

상기 탄산가스 공급기에 연결된 배관을 통하여 탄산가스를 공급하여 강한 알카리성 세척수를 중성화시키는 충전탑과;

상기 충전탑의 내부 상측에 약 입구와 연결되어 액을 고르게 분포하는 액 분포기와;

상기 액 분포기의 하측에 설치되어 있는 액용 분포판과 그 하측으로 설치한 충전물 지지판과;

상기 충전탑에서 중성화된 세척수를 물 공급관으로 공급하며, 물 공급관과 연결하는 침강성 탄산칼슘이 침전되는 침전조와;

상기 침전조에서 발생한 침전물을 공급하여 건조시켜 침강성 탄산칼슘을 생 산하는 건조기와;

상기 침전조와 연결한 물 공급관의 하측에 설치된 분사구에서 세척수가 분사되는 물 분사장치와;

상기 물 분사장치가 설치되며 메쉬에 공급되는 순환골재에 재생된 세척수를 분사시키는 과정을 반복하여 석회성분이 제거된 순환골재가 생산되는 분사 세척장치가 설치됨을 특징으로 하는 것이다.

순환골재, 탄산가스, 충전탑, 침강성 탄산칼슘, 건조기

Description

순환골재와 탄산가스를 이용한 침강성 탄산칼슘 생산방법 및 그 장치{A precipitation calcium calbonate production method using carbonic acid gas and revival aggregate and that device}

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 설치상태도

도 2 는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 설치상태도

도 3 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 설치상태도

도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 설치상태도

도 5 는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 설치상태도

도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 설치상태도

도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 설치상태도

도 8 은 본 발명의 보일러와 충전탑에 탄산가스 공급상태를 나타낸 평면도

도 9 는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 평면도

도 10 은 본 발명의 물 분사장치에 대한 정면도

도 11 은 본 발명의 혼합 세척장치에 대한 평면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 보일러 11, 12 : 온수관

20 : 탄산가스 공급기 21 : 탄산가스 흡입구

22 : 분배기 23 : 밸브

24 : 배관 32 : 물 공급관

40 : 분사 세척장치 41 : 물 분사장치

42 : 메쉬 43 : 분기관

44 : 연결구 45 : 공급관

46 : 분사구 49 : 본체

50 : 순환골재 생산장치 60 : 혼합 세척장치

100 : 충전탑 102, 112 : 액분포기

103 : 충전물 104 : 액용 분포판

105 : 충전물 지지판 110 : 분무탑

120 : 사이클론 스크레버 121 : 액적 분산판

130 : 벤추리 스크레버 131 : 탱크

140 : 제트 스크레버 142 : 고압 노즐

150 : 흡수탑 152 : 스프리터

160 : 원판 회전장치 162 : 분무판

170 : 침전조 180 : 건조기

본 발명은 탄산가스를 공급하여 물을 중성화해 순환골재의 탄산칼슘을 생산할 수 있도록 하는 것으로,

더욱 상세하게는 순환골재(습식, 건식)의 석회성분을 제거하는 물과 탄산가스를 공급하는 과정에서 부산물로 침강성 탄산칼슘을 생산할 수 있도록 하고, 세척수의 PH를 중성화하여 순환골재에서 석회성분을 제거할 수 있도록 하는 탄산가스를 이용한 침강성 탄산칼슘 생산방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 순환골재는 재생골재라고도 불리며 건축 폐기물이나 폐 콘크리트를 파쇄하고 선별하여 재사용할 수 있도록 제조된 골재는 말하는 것이다.

폐 콘크리트의 주 구성물은 천연골재이므로 골재에 부착된 몰타르를 효과적으로 제거하기만 한다면 천연골재와 유사한 용도인 구조용 골재로 사용할 수 있게 된다.

천연골재와 유사한 용도로 사용할 수 있다면 순환골재의 이용범위는 크게 확대될 것이고 매립 등으로 인한 매립지 부족난 해소, 환경오염원의 원천적 제거가 가능하며, 궁극적으로 국내 부족한 골재자원의 확대효과와 부가가치 창출 효과가 기대된다.

그동안 국내, 외에서 개발 및 시행되고 있는 기술들을 살펴보면, 국내에서는 파쇄 후 입도 분리를 통하여 순환골재를 생산하고 있으며, 이러한 기술은 대량생산이 가능하다는 단점이 있으나 시멘트 몰타르의 제거가 효과적으로 이루어지지 않아 구조물용 골재로서의 사용이 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 시멘트 몰타르를 제거하기 위하여 순환골재가 공급되는 과정에서 세척수를 공급하여 세척하는 방법을 사용하고 있으나, 세척수를 사용한 후 물탱크에 모아 재사용하는 것이므로 물에 석회성분이 많이 포함되어 있는 강한 알칼리성이므로 세척의 횟수를 늘리는 경우에도 몰타르의 제거가 용이하지 못하였으며, 석회성분이 포함되지 않은 물을 사용하는 경우에는 비용의 소모가 너무 커서 적용이 어려운 결점이 있었다.

미국 및 일본 등의 외국에서는 폐 콘크리트에 300℃의 열을 가한 후 골재에 물리적인 충격을 가하여 골재를 생산하는 방법, 밀봉된 수조에 골재를 채운 후 진공, 감압을 통하여 재생골재 내부로 수분을 완전히 침투시킨 후 콘크리트용 골재로 사용하는 방법, 회전식 드럼에 골재를 투입하여 드럼을 회전시켜 골재 표면에 부착된 몰타르를 제거하는 방법, 파쇄된 골재를 수조에 침전시키고 하부에서 공기방울을 대량으로 불어 넣어 몰타르와 골재의 밀도차이를 이용하여 분리하는 방법 등 다양한 방법이 개발 및 시도되고 있다.

순환골재로부터 강한 알칼리성을 중화시켜 석회성분을 제거하는 방법으로, 출원인이 탄산가스를 이용한 순환골재의 석회성분 제거 방법 및 장치이라는 명칭으로 2005년 5월 31일 출원하여 2005년 11월 3일에 등록(10-0527832)하였으며, 석회성분 제거 장치에 대한 여러 가지 장치들을 2006년 6월 29일 출원(10-2006-0059585)하고 있으나, 석회성분과 탄산가스와의 반응에서 생긴 탄산칼슘을 순환골재에서 나오는 미분 슬러지와 함께 슬러지로 배출하여 이용되지 못하고 있었다.

침강성 탄산칼슘 제조방법에 대해서는 석회석을 이용한 방법, 폐각을 이용한 침강성 탄산칼슘 제조방법(10-0284943), 스테인레스강 정련공정의 부 원료 분진을 이용한 탄산칼슘 제조방법(10-0401986)등이 있으나, 폐 콘크리트를 이용한 탄산칼슘 제조방법은 없었다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 습식 또는 건식으로 생산되는 순환골재를 공급하면서 폐목 및 가연성 폐기물을 소각할 때 발생하는 탄산가스를 물과 함께 또는 다양한 방법으로 공급하여 세척수를 만들어 강한 알칼리성을 중성화시켜 순환골재에 공급함으로써 석회성분을 제거하여 구조물용으로 재활용할 수 있는 천연 모래와 순환골재를 생산하는 과정에서 석회 성분과 탄산가스의 화학반응에 의해 침강성 탄산칼슘이 생긴 것을 침전시키는 침전조와 침강성 탄산칼슘 건조기를 설치하여 부산물인 침강성 탄산칼슘을 얻을 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 보일러(10)를 설치하여 건설폐기물의 폐목 및 가연성 폐기물을 공급하여 태울 수 있도록 하며, 물을 순환시켜 발생하는 온수를 온수관(11, 12)에 공급할 수 있도록 한다.

상기 보일러(10)에서 발생하는 탄산가스는 하나 또는 다수의 탄산가스 흡입 구(21)를 통하여 탄산가스 공급기(20)에 포집된 후 분배기(22)를 통하여 각각의 밸브(23)에서 배관(24)으로 분기 되거나 하나의 배관(24)으로 공급되도록 한다.

배관(24)으로 공급되는 탄산가스는 충전탑(100)의 내부에 충전되어 있어서 액 입구(101)를 통하여 공급된 후 액 분포기(122)에서 공급하는 재활용수를 중성화하는 것이다.

상기 충전탑(100)에 공급되는 세척수는 순환골재를 세척한 후 사용한 세척수로 강한 알칼리성(pH 12~13)을 나타내므로 탄산가스 발생기에서 발생되는 탄산가스와 접촉시켜 아래의 수학식 1, 2와 같이 중성화하는 것이다.

[수학식 1]

C + O₂ →CO₂

[수학식 2]

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂o

Ca(OH)₂ (수산화석회)는 물 1ℓ당 1.5g 녹아서 석회수를 만들고 나머지는 석회로 있어 물이 적어질 때에 스스로 굳어 버린다.

CaCO₃(탄산석회)는 물에 녹지 않기 때문에 침전된다. 세척수가 보관되는 충전탑(100)은 상측으로 가스출구(106)가 형성되고 그 하측으로 액 입구(101)와 연결한 액 분포기(122)가 설치되며 그 하측으로 액용 분포 판(104)이 설치되어 있고 그 하측에는 충전물 지지판(105)이 설치되어 있어서 공급되는 재활용수가 충전탑(100)의 내부에서 일정시간 동안 머물면서 공급하는 탄산가스와 접촉시간을 최대한 높이 는 것이 좋다.

충전탑(100)의 내부에는 충전제를 공급하는 것이 바람직하며, 단위용적에 대하여 표면적이 크고 압력손실이 작으며 충전밀도가 크고 내식성 역시 크고 분포가 균일하게 유지될 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 충전탑(100)에서 중성화된 재활용수는 물 공급관(32)을 통하여 침전조(170)에 공급하게 되어 부산물을 자연 침전시켜 침전물을 건조기(180)에 공급하여 80~110℃의 온도에서 수분함량이 5% 이하가 되도록 건조하면 침강성 탄산칼슘을 얻을 수 있는 것이다.

상기 소각로(180)에서 소각 시에 아황산가스와 염소가스가 제거되며, 얻어지는 침강성 탄산칼슘은 백색 수성페인트 원료, 종이 충진재 원료로 재활용할 수 있는 것이다.

상기 침전조(170)에서는 물 공급관(32')을 통하여 분사 세척장치(40)와 혼합 세척장치(60)에 공급되어 순환골재의 석회성분을 제거하는 것이다.

상기 분사 세척장치(40)는 순환골재 생산장치(50)에서 생산된 순환골재가 공급벨트(47)를 통하여 공급되도록 한다.

공급벨트(47)를 통하여 공급되는 순환골재는 본체(49)의 내부에 벨트형태로 메쉬(42)가 설치되어 회전되면서 공급된다.

메쉬(42)에 순환골재가 공급되면 물 공급관(32)에는 다수의 분기관(43)이 연결되고 이 분기관(43)에 연결구(44)를 통하여 하측으로 일정한 간격에 다수의 분사구(46)가 설치되어 있어서 메쉬(42)로 공급되는 순환골재를 향하여 재활용수를 분 사시키는 물 분사장치(41)가 설치된다.

물 분사장치(41)의 분사구(46)를 통하여 공급되는 재활용수는 물탱크(30)에서 중성화된 상태로 공급되므로 석회성분을 제거할 수 있는 것이다.

상기 분사 세척장치(40)를 통과하면서 석회성분이 제거된 순환골재는 하측의 혼합 세척장치(60)에 공급되는 것으로,

혼합 세척장치(60)는 공급장치(61)가 설치되어 순환골재를 호퍼(62)에 공급한 후 탱크(64)로 공급한다.

탱크(64)에는 세척수가 공급되어 있으며 회전축(63)에 설치된 다수의 교반날개(65)를 통하여 재활용수에 잠긴 상태로 교반되면서 순환골재 중에 포함된 석회성분이 제거되는 것이다.

본 발명은 분사 세척장치(40)와 혼합 세척장치(60)를 연속 설치하여 순환골재를 공급하거나, 독립되게 설치하여 세척수를 공급하여 순환골재에 포함된 석회성분을 제거하여 흡수율을 해결하고 천연 골재(모래)화가 가능한 것이다.

상기 보일러(10)는 건설폐기물의 폐목 및 가연성 폐기물을 공급하여 소각시키게 되며, 이때 발생하는 탄산가스를 충전탑(100)에 공급하므로 건설폐기물의 소각 시에 발생하는 공해의 발생 원인이 해소되는 것이며, 순환골재 생산 시에 사용되는 응집재를 현저하게 절약할 수 있는 것이다.

또한, 습식 시스템의 경우에는 동절기에 가동이 어려우며, 가동 시에는 온수가 필요하므로 보일러(10)에서 발생되는 온수를 온수 관(11, 12)을 통하여 공급하므로 습식 시스템의 단점을 해결할 수 있는 것이다.

본 발명은 탄산가스 발생원인 폐목이나 가연성 폐기물이 없는 경우에는 유류, 가스 등을 활용할 수 있는 것이다.

도 1의 충전탑(100)은 탄산가스의 속도를 0.5~1.5m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비는 2~3ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 100~250mmH₂O 정도이다.

충전탑(100)의 액 분포기(122)는 전체 면에 골고루 분포되도록 하는 것이며, 액용 분포 판(104) 역시 액이 충전탑(100)의 내부에서 일정하게 분포되어 최대한 오래 머물러 있도록 하고, 하측의 충전물 지지 판(105)도 충전물이 탄산가스에 최대한 오래 접촉하면서 천연 모래와 순환골재를 생산할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 충전탑(100)을 대신하여 설치한 분무탑(110)은 액 입구(111)와 연결된 내부에 액 분포기(112)를 설치하여 미세한 액적으로 분무하여 탄산가스와의 접촉으로 액속에 있는 알칼리성 세척수를 중성화하여 순환골재의 석회성분을 제거하는 것이다.

상측에는 가스출구(113)가 형성되어 있고, 충전탑(100)에 비하여 구조가 간단하고 설비비와 유지비가 적게 들지만 침전물이 많은 경우 효과적이며, 탄산가스의 속도를 1~2m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비는 0.5~1.5ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 10~50mmH₂O 정도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 충전탑(100)을 대신하여 설치한 사이클론 스크레버(120)는 액입구(122)의 상측으로 액적 분산 판(121)이 설 치되어 있고, 상측으로 가스출구(123)를 설치하여 원통상의 내부를 선회하며 상승하는 탄산가스와 액적 분산 판(121)에 의하여 벽 쪽으로 분무되는 액적과의 접촉에 의하여 탄산가스와의 접촉으로 액속에 있는 알칼리성 세척수를 중성화하여 순환골재의 석회성분을 제거하는 것이다.

탄산가스의 속도를 1~3m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비는 0.5~1.5ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 10~50mmH₂O 정도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 충전탑(100)을 대신하여 설치한 벤추리 스크레버(130)는 탱크(131)의 상측으로 액입구(132)가 설치되며 동시에 탄산가스가 공급되고 한 부분으로 가스출구(134)가 설치되어 고속으로 공급되는 탄산가스와 소량의 액적이 접촉하도록 하므로 흡수효율이 대단히 양호한 것이다.

탄산가스의 속도를 60~90m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비는 0.3~1.5ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 300~800mmH₂O 정도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 충전탑(100)을 대신하여 설치한 제트 스크레버(140)는 고압노즐(142)을 상측에 설치하여 액적이 분무되도록 하고 흡인된 탄산가스와 접촉시키는 것이며, 한 부분에 가스출구(143)가 설치되어 있어서 탄산가스의 저항이 적고 수량이 많기 때문에 동력비가 많이 소모되는 것이다.

탄산가스의 속도를 10~20m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비 는 10~50ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 0~ -150mmH₂O 정도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 충전탑(100)을 대신하여 설치한 흡수탑(150)은 액입구(151)의 내부에 스프리터(152)를 설치하여 상측으로 가스출구(154)를 설치하여 액이 스프레이 상태로 공급될 때 하측에서 탄산가스를 공급하여 유동층을 형성하여 액과 향류로서 접속하도록 하는 것이다.

탄산가스의 속도를 1~5m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비는 1~10ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 60~80mmH₂O 정도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 충전탑(100)을 대신하여 설치한 원판 회전장치(160)는 액 입구(161)의 하측으로 모터(163)와 연결되어 고속으로 회전되는 분무판(162)을 설치하고 한 부분에 가스출구(164)를 설치한 것이어서 분무판(162)의 고속회전으로 발생하는 원심력을 이용하여 물방울을 고속으로 운동시킴과 동시에 기류를 회전시켜 흡수하는 장치이다.

탄산가스의 속도를 2~3m/sec 의 속도로 처리하는 것이 좋으며, 액·가스비는 0.5~5ℓ/㎥를 사용하고, 압력손실은 50~130mmH₂O 정도이다.

본 발명은 습식 또는 건식으로 생산되는 순환골재를 공급하면서 폐목 및 가연성 폐기물을 소각할 때 발생하는 탄산가스가 충전된 상태에서 세척수를 분무 공급하여 강한 알칼리성을 중성화시켜 순환골재에 공급함으로써 석회성분을 제거하여 구조물용으로 재활용할 수 있는 천연 모래화 또는 순환골재를 생산할 수 있도록 한다.

본 발명은 건설폐기물을 폐목 및 가연성 폐기물을 소각시키면서 발생하는 탄산가스를 공급하므로 공해가 전혀 발생하지 않도록 하는 것이다.

본 발명은 소각시킬 때 발생하는 열원을 이용하여 물을 온수 화시켜 겨울철에 물탱크의 물이 얼지 않도록 공급하여 동절기에도 습식 시스템에 용이하게 적용할 수 있는 것이다.

본 발명은 순환골재 생산 시스템의 응집재를 현저히 절약하고, 유기물로 인한 거품 제거효과가 탁월한 것이다.

본 발명은 다양한 방법으로 순환골재를 생산할 수 있도록 적용하는 것이 가능하므로 현장여건과 조건에 따라서 다양하게 적용할 수 있는 것이다.

본 발명은 순환골재의 생산과정에서 생긴 침강성 탄산칼슘을 침전시킬 수 있는 침전조와 침강성 탄산칼슘 건조기를 설치하여 침전물질인 침강성 탄산칼슘을 건조하여 백색 수성페인트 원료, 종이의 충진재 원료 등으로 사용되는 침강성 탄산칼슘을 생산하여 재활용할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 선별하여 입도 별로 생산한 순환골재와 탄산가스를 이용한 탄산칼슘을 생산하는 방법에 있어서,

   상기 순환골재를 공급하는 과정과;

   건설폐기물의 폐목 및 가연성 폐기물을 소각하는 보일러에서 발생하는 탄산가스를 흡입하여 충전탑에 공급하는 과정과;

   충전탑의 내부에 설치한 약분포기에서 약액을 분무하여 충전물을 충전시키는 과정과;

   충전탑에 공급되는 탄산가스를 충전탑의 내부에 충진하여 강한 알카리성 세척수를 중성화시키는 과정과;

   중성화된 세척수에 포함되어 있는 침강성 탄산칼슘을 침전시키기 위하여 침전조에 공급하여 침전하는 과정과;

   침강성 탄산칼슘인 침전물을 건조기에 공급하여 침강성 탄산칼슘을 생산하는 과정과;

   침전조에서 중성화된 세척수를 물 분사장치에 공급하여 공급되는 순환골재에 분사시키는 과정을 반복하여 석회성분이 제거된 순환골재가 얻어짐을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 침강성 탄산칼슘 생산방법.
2. 폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 선별하여 입도 별로 생산한 순환골재와 탄산가스를 이용한 탄산칼슘을 생산하는 장치에 있어서,

   건설폐기물의 폐목 및 가연성 폐기물을 소각하는 보일러에서 발생하는 탄산가스를 탄산가스 흡입구로 흡입하여 공급하는 탄산가스 공급기와;

   상기 탄산가스 공급기에 연결된 배관을 통하여 탄산가스를 공급하여 강한 알카리성 세척수를 중성화시키는 충전탑, 분무탑, 사이클론 스크레버, 벤추리스크레버, 스프리터, 원판 회전장치와;

   상기 충전탑의 내부 상측에 약 입구와 연결되어 액을 고르게 분포하는 액 분포기와;

   상기 액 분포기의 하측에 설치되어 있는 액용 분포판과 그 하측으로 설치한 충전물 지지판과;

   상기 충전탑에서 중성화된 세척수를 물 공급 관으로 공급하며, 물 공급 관과 연결하는 침강성 탄산칼슘이 침전되는 침전조와;

   상기 침전조에서 발생한 침전물을 공급하여 건조시켜 침강성 탄산칼슘을 생산하는 건조기와;

   상기 침전조와 연결한 물 공급관의 하측에 설치된 분사구에서 재사용이 가능한 세척수가 분사되는 물 분사장치와;

   상기 물 분사장치가 설치되며 메쉬에 공급되는 순환골재에 세척수를 분사시키는 과정을 반복하여 석회성분이 제거된 순환골재가 제공되는 분사 세척장치가 설치됨을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 침강성 탄산칼슘 생산 장치.
3. 제1항에 있어서, 침강성 탄산칼슘을 생산하는 과정은 건조기를 80~110℃의 온도로 건조하여 5%이하의 수분을 함유함을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 침강성 탄산칼슘 생산방법.

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