KR101121569B1 - 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐타이어의 열분해 후 생성되는 카본블랙을 자석식 분리기 및 비중 분리기 등을 이용하여 철심 및 섬유질을 제거한 후, 미분쇄, 가열 및 산처리를 통해 카본블랙의 고품위화를 유도하는 것이다.

본 발명의 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법은, 폐타이어의 열분해를 통해 얻어진 카본블랙을 산용액으로 처리하여 카본블랙 중의 무기물이 무기염으로 생성되도록 하는 무기염 생성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

폐타이어, 열분해, 카본블랙, 고품위, 산처리, 무기염

Description

폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법.{Product Manufacturing Method for Upgrading Carbon Black}

본 발명은 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐타이어의 열분해 후 생성되는 카본블랙을 자석식 분리기 및 비중 분리기 등을 이용하여 철심 및 섬유질을 제거한 후, 미분쇄, 가열 및 산처리를 통해 카본블랙의 고품위화를 유도하는 것이다.

타이어의 제조시에 사용되는 카본블랙은 타이어의 주성분인 고무의 결합력을 증가시키는 필수 첨가재로서 99% 이상의 고순도를 요구한다.

그리고 폐타어어로부터 카본블랙을 회수하는 방법 및 장치가, 국내실용공개 제20-1997-0049594호(폐타이어 분해장치의 카본블랙 자동배출장치), 국내특허등록 제0473763호(폐타이어 자동연속식 유화, 카본블랙, 와이어코어 재생장치), 국내특허등록 제021416호(폐타이어로부터의 카본블랙제조방법 및 그 제조장치) 등을 통해 제안되었다.

그러나 상기한 방법 및 장치들은 모두 폐타이어로부터 카본블랙을 회수하기 위해서는 열분해 과정을 거쳐야 하는데, 상기 열분해 과정을 통해 얻어지는 카본블 랙은 타이어 제조시에 사용되는 기타 첨가재들로 인하여 카본블랙의 품위가 78～82% 정도의 순도로 저하되게 된다.

상기 카본블랙의 품위를 저하시키는 원인은 열분해 과정에서 유입된 잔류 휘발성물질과 첨가재로 사용된 무기물 첨가재인 바, 상기 주요 무기물 첨가재로는 유황, 산화아연(ZnO), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO₂), 탄산칼슘(CaCO₃), 산화철(Fe₂O₃) 등이다. 아울러 유황분은 주로 탄화수소와 결합된 유기유황의 형태로 존재하며 탈황에는 많은 비용이 소요되기 때문에 탈황에 의한 품위 향상은 시도하기 어려운 현실이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 폐타이어로부터 회수된 카본블랙을 고품위화하기 위한 것으로, 폐타이어 열분해 카본블랙의 가공을 통해 잔류 휘발성 물질 및 무기물 첨가재를 제거함으로써, 폐타이어 열분해 카본블랙을 고품위화 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법은, 폐타이어의 열분해를 통해 얻어진 카본블랙을 자석분리 및 비중분리하여 카본블랙 중의 철심 및 섬유질을 제거하는 철심 및 섬유질 제거단계와,
상기 철심 및 섬유질이 제거된 카본블랙을 미분쇄하는 미분쇄단계와,
상기 미분쇄된 카본블랙을 가열하여 휘발성 물질을 제거하는 휘발분 제거단계와,
상기 휘발분이 제거된 카본블랙을 산용액으로 처리하여 카본블랙 중의 무기물이 무기염으로 생성되도록 하는 무기염 생성단계와,
상기 생성된 무기염을 카본블랙과 분리하기 위하여, 이를 여과 및 세척함으로써 무기염과 카본블랙을 분리하는 여과 및 세척단계와,
상기 여과 및 세척단계를 통해 분리된 무기염을 응집제로 응집하는 무기염 응집단계를 포함하여 이루어지며,
상기 여과 및 세척단계 시 산용액과 세척수를 각각 회수하고, 상기 회수된 산용액은 무기염 생성단계로 재투입하고, 상기 회수된 세척수는 세척수로서 재사용되고,
상기 산용액은 0.05 ～ 0.5 N 농도의 희석염산인 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면 폐타이어 열분해 카본블랙의 가공을 통해 잔류 휘발성 물질 및 무기물 첨가재를 제거함으로써, 폐타이어 열분해 카본블랙을 고품위화하여 재이용이 가능하도록 하는 효과를 제공한다.

또한 염산 용액을 이용하여 산처리함으로써, 카본블랙 중의 무기물을 쉽게 용출하며, 폐수 배출시에도 가성소다의 중화에 의해 염화나트륨 형태의 배출이 가능하도록 하여 폐수처리의 부담이 적어지게 된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 타이어의 제조시 사용되는 무기질 첨가재 중 실리카를 제외한 대부분의 무기물이 산처리에 의해 물에 용출 가능한 염으로 전환할 수 있으므로 제안된 기술이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 개략적인 공정구성도 및 공정도로서, 카본블랙의 철심 및 섬유질 제거단계, 미분쇄 단계, 휘발분 제거단계, 무기염 생성단계, 여과 및 세척단계, 건조단계, 무기염 응집단계 등을 포함하여 이루어진다.

먼저, 폐타이어의 열분해 후 생성되는 카본블랙에는 타이어의 제조시에 첨가되는 철심 및 섬유질(나일론 섬유 등)이 함유되어 있는 바, 이의 제거를 위해 자석분리 및 비중분리하여 폐타이어의 열분해 후 생성되는 철심 및 섬유질을 제거한다.

이때 상기 자석분리 및 비중분리는 비중 및 자석식 분리기를 이용할 수 있으나, 이를 반드시 제한하는 것은 아니며, 자석분리를 통해 철심이 제거되고 비중분리를 통해 섬유질을 제거할 수 있는 것은 당연한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 자석 및 비중분리가 완료되면, 상기 철심 및 섬유질이 제거된 카본블랙을 미분쇄하고, 상기 미분쇄된 카본블랙을 가열하여 휘발성 물질을 제거한다. 상기 미분쇄과정은 카본블랙 중에 함유된 무기물과 카본블랙의 분리효율을 높이기 위한 과정으로서 그 분쇄입도를 제한하지 않는다. 그리고 상기 카본블랙 고품위화를 위해서는 열분해과정 중 발생되는 잔류 휘발물질을 제거하여야 하는 바, 이를 위해 약 500℃의 온도로 가열하여 휘발분을 제거하도록 한다. 아울러 상기 가열을 통해 휘발분의 제거는 물론 보관과정 중에 카본블랙에 흡수된 수분 역시 제거되는 것인 바, 수분을 충분히 제거하여 카본블랙의 고품위화가 용이하게 이루어지도록 한다. 이때 상기 가열시간은 제한하지 않는 바, 휘발분이 충분히 제거되고 카본블랙의 건조가 완료되었다고 판단될 경우 가열을 멈추도록 한다.

다음으로 상기 휘발분이 제거된 카본블랙을 무기염 용출조로 유입시켜 산용액으로 처리함으로써 휘발분이 제거된 카본블랙 중의 무기물이 무기염으로 생성되도록 한다. 이때 상기 무기조 용출조에는 휘발분이 제거된 카본블랙이 유입되기 전 산용액이 공급된 상태에서 교반이 우선 이루어지며, 그 이후에 휘발분이 제거된 카본블랙을 유입시켜 무기염을 생성하며, 그 교반 반응시간은 30분～60분 이내로 하며 충분한 교반에 의하여 반응이 이루어지도록 한다.

여기서 상기 산용액으로는 희석염산을 사용할 수 있는 바 ,상기 희석염산은 무기염을 형성할 때 용해도가 높아 카본블랙 중의 무기물을 쉽게 용출할 수 있으며, 폐수 배출시에도 가성소다의 중화에 따른 염화나트륨 형태의 배출이 가능하기 때문에 폐수처리에 부담이 비교적 적기 때문이다. 아울러, 상기 산용액으로서 희석염산을 사용할 경우 생성되는 무기염은 염화아연(ZnCl₂), 염화마그네슘(MgCl₂), 염 화칼슘(CaCl₂), 염화철(FeCl₂) 등인 바, 용해도가 높아 물에 의하여 세척이 가능하여 카본블랙의 순도를 높이는 것이 가능하게 되는 것이다.

이때 상기 산용액의 투입량은 무기염의 함량에 따라 결정하도록 하며, 그 농도는 0.05 ～ 0.5 N임이 바람직하다.

상기와 같이 무기염이 생성되면, 상기 생성된 무기염을 카본블랙과 분리하기 위하여, 이를 여과 및 세척한다. 상기 여과 및 세척을 통해 무기염이 물속에 용출된 상태로 배출되게 되는 데, 상기 여과 및 세척공정은 용출이 대부분 완료될 때까지 2회 이상, 더욱 바람직하게는 2～3회 정도 반복한다.

그리고 상기 여과 및 세척공정을 통해 용출된 무기염, 즉 물속에 용출된 상태로 배출되는 무기염에 응집제를 투입하여 응집함으로써 무기염을 응집물의 형태로 제거하고, 여분의 폐수는 가성소다 등을 이용하여 중화 후 배출하도록 한다. 그리고 상기 무기염이 제거된 카본블랙은 건조과정을 거쳐 정제된 카본블랙, 즉 고품위화된 카본블랙으로 회수한다.

한편, 상기 여과 및 세척단계 시 산용액, 즉 희석염산은 여과를 통해 회수하여 무기염 생성공정으로 재투입하여 반복 사용하며, 염산의 농도가 일정 수준보다 낮아지면 희석염산을 보충하여 염산의 농도를 조절한다.

아울러, 상기 여과 및 세척단계 시 사용되는 세척수 역시 회수하여 세척수로 반복사용되도록 하는 데, 세척수의 반복 사용을 통해 무기염의 농도가 높아지면 응집제를 투여하여 무기염을 응집함으로써, 전제적인 가공비용을 감소시키도록 한다.

이하 하기의 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.

(실시예)

폐타이어 열분해 카본블랙 20 g을 0.05 N, 0.1 N, 0.2 N의 염산 용액 100 ml을 사용하여 상온에서 30분 동안 교반하면서 처리하였다.

그리고 처리완료된 카본블랙을 회수하여 탄소의 함량과 수소의 함량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

탄소화 수소의 함량 측정 결과

시료 종류		탄소 함량(%)	수소 함량(%)
원시료		84.00	1.57
염산 처리시료	0.05 N	85.60	1.37
	0.1 N	86.85	1.48
	0.2 N	87.60	1.55

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 염산처리시료의 탄소함량이 증가하는 것으로 나타나 염산에 의한 무기염 용출이 이루어짐을 확인하였으며, 염산 농도가 높을수록 탄소함량이 증가하였는 바, 0.2 N 염산으로 처리할 경우 탄소함량의 증가분이 3.6%로 가장 높음을 확인하였다.

이상에서와 같이 본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명하였지만, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 개략적인 공정구성도.

도 2는 본 발명에 따른 개략적인 공정도.

Claims (9)

1. 폐타이어의 열분해를 통해 얻어진 카본블랙을 자석분리 및 비중분리하여 카본블랙 중의 철심 및 섬유질을 제거하는 철심 및 섬유질 제거단계와,

   상기 철심 및 섬유질이 제거된 카본블랙을 미분쇄하는 미분쇄단계와,

   상기 미분쇄된 카본블랙을 가열하여 휘발성 물질을 제거하는 휘발분 제거단계와,

   상기 휘발분이 제거된 카본블랙을 산용액으로 처리하여 카본블랙 중의 무기물이 무기염으로 생성되도록 하는 무기염 생성단계와,

   상기 생성된 무기염을 카본블랙과 분리하기 위하여, 이를 여과 및 세척함으로써 무기염과 카본블랙을 분리하는 여과 및 세척단계와,

   상기 여과 및 세척단계를 통해 분리된 무기염을 응집제로 응집하는 무기염 응집단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 여과 및 세척단계 시 산용액과 세척수를 각각 회수하고, 상기 회수된 산용액은 무기염 생성단계로 재투입하며, 상기 회수된 세척수는 세척수로서 재사용하고,

   상기 산용액은 0.05 ～ 0.5 N 농도의 희석염산인 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법.
2. 삭제
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4. 삭제
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6. 제 1항에 있어서,

   상기 여과 및 세척단계를 통해 분리된 카본블랙을 건조하는 건조단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 여과 및 세척단계는 2회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 카본블랙의 고품위화를 위한 가공방법.
9. 삭제

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