KR101554226B1 - 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 폐촉매로부터 백금족금속을 회수하기 위한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기에 관한 것으로서,
양단부 중앙에 각각 투입구 및 배출구를 갖고, 지면과 수평으로 배치되는 원통형의 반응조; 상기 반응조의 양단부에 각각 배치되어 반응조를 회전 가능하게 지지하는 서포트유닛; 상기 반응조에 장착된 히팅유닛; 및 상기 반응조의 하측에 설치되어 상기 투입구가 상기 배출구보다 상측에 배치되도록 반응조를 기울이게 되는 틸팅유닛;을 포함하여 이루어진 회전식 침출반응기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 침출반응기의 침출효율 및 작업효율성이 향상되고, 따라서 폐촉매에 함유된 백금족금속의 회수율이 향상되는 효과가 있다.

Description

폐촉매 침출용 회전식 침출반응기{Rotary reactor for leaching of spent catalyst}

본 발명은 자동차 폐촉매로부터 백금족금속을 회수하기 위한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 침출효율 및 작업효율성을 향상시킴으로써 폐촉매에 함유된 백금족금속의 회수율이 향상될 수 있도록 한 회전식 침출반응기에 관한 것이다.

최근 생활수준의 향상과 더불어 자동차 사용량이 급격히 증가하고 이로 인해 자동차배기가스의 대기 방출로 인한 대기오염이 심각해짐에 따라 대기오염방지에 위한 법적규제가 강화되고 있다.

이에 엔진에서 발생되는 배기가스를 정화하기 위한 공기정화장치(catalytic converter)의 장착이 미국, 유럽 및 일본을 필두로 중국 및 개발도상국으로 확대되어 가고 있는 실정이다.

공기정화장치의 구성은 스틸커버와 내부에 벌집모양의 세라믹담체로 이루어져 있고 담체 내부에는 스트로 모양의 홀이 수백개 형성되어 벌집모양의 구조를 하고 있다. 이 스트로모양의 홀 표면에 미립의 백금족금속(Pt, Pd, Rh) 입자가 약 0.2% 정도분포되어 홀로 통과하여 지나가는 배기가스를 무해화시키는 촉매 역활을 한다.

이에 따라 자동차 촉매 사용량이 지속적으로 증가하고 공기 정화 성능 향상을 위해 촉매에 함유되는 백금족금속의 함유량 증가에 따라 백금족금속 사용량이 지속적으로 증가하고 있다.

그러나 백금족금속의 부존량이 많지 않고 생산 또한 일부 국가에 한정되어 있어 가까운 시일에 공급 부족현상이 예상되며 아울러 가격 앙등 등 백금족 자원 확보가 어려워질 것으로 예상된다.

또한, 국내에서는 백금족금속 부존자원이 없고 백금족금속이 전혀 생산되지 않아 전량 외국으로부터 수입해서 사용하는 실정이므로 백금족금속이 함유된 폐자원에서 백금족금속을 재활용하는 것은 매우 중요하다.

국내에서 폐차되는 대수는 연간 약 60만대이며 각 폐차 1대당 1kg정도의 촉매가 사용되고 있고, 자동차 폐촉매의 연간 발생량은 약 600톤이고, 백금족금속이 함유된 석유화학 폐촉매는 연간 1000톤 정도 배출되고 있다.

이 중 약 50%가 국내 제련업체에 의해 처리되고 있고 50% 정도는 외국의 제련업체에 의해 처리되고 있다.

자동차 폐촉매를 제련하는 종래의 기술로는 스틸커버를 수작업으로 분리 제거시키고 분리된 폐촉매를 분쇄기를 사용하여 미세하게 분쇄한 후 포집금속과 함께 고온 용융로에 장입하여 고온 용융 처리한다. 고온 용융처리공정에서 산화물의 복합체인 슬래그와 백금족금속을 함유한 포집금속으로 분리되고 분리된 포집금속을 로 외부로 출탕한 후 냉각시킨다.

백금족금속이 함유된 포집금속을 백금족 제련 공정으로 보내어져 고순도 백금, 팔라듐, 로듐 금속으로 생산된다.

그러나 이러한 건식처리방법은 습식처리법에 비해 높은 온도를 유지하기 위한 에너지소모가 과다하고 초기 시설투자비용이 과대하기 때문에 중소기업에서 생산설비를 구축하기는 매우 어려운 실정이다.

이에 초기 생산설비 투자비용이 적게 들고 에너지 소모가 적은 습식처리방법에 대한 관심이 높아져서 습식처리 연구가 많이 수행되었으나 일부 백금족금속에 대한 낮은 침출율과 비효율적 침출방법으로 인해 금속회수율이 낮은 이유로 현재까지 상용화가 되고 있지 않은 실정이다.

습식처리기술 개발의 주요 내용으로는 주로 침출제 개발, 백금족을 분리하기 위한 유기용매제 개발, 환원제개발 및 공정개발이 주를 이루고 있으나 고효율 침출 장치에 대한 개발은 많지 않다.

또한, 자동차 폐촉매 침출장치로 주로 원통형 이중 자켓 타입의 반응조를 구비하되, 증기 또는 오일을 사용하여 침출용액을 가열하고 침출속도를 높이기 위해 기계식 교반기를 사용하는 방식이 개시되어 있다.

이러한 방식은 원료 투입은 상부에서 하고 침출 후 하부에 설치된 배출구를 통해 침출용액을 배출하는 방법으로 작업이 이루어지는데, 배출작업 시 배출구 막힘 및 배출구에 끼인 잔사 제거 작업 등이 어려운 단점이 있다.

한편, 폐촉매에 함유된 백금족 금속을 회수하기 위한 회전식 침출반응기에 관한 기술로는 [대한민국 공개특허공보 제10-2000-0073145호(2000.12.05.공개, 이하 '선행기술'이라고 함) "귀금속 추출장치 및 귀금속 추출방법"]이 제시되어 있다.

상기 선행기술은 회전수단에 의해 자체 회전하도록 설치된 반응조를 구비함으로써, 종래의 추출장치와 동일한 효율의 추출반응을 유도하면서 반응기의 제조비용을 절감할 수 있도록 하고는 있으나, 반응물 투입구 및 배출구가 반응조의 외주면에 돌출된 형태로 구비됨에 따라, 반응조의 회전이 원활하지 못한 문제가 있으며, 이를 해소하기 위하여 투입구 및 배출구를 위한 별도의 탈착수단 및 반응조 폐쇄수단이 구비되어야 하는 문제가 있다.

또한, 상기 선행기술은 리프팅수단을 구비하여 반응조의 투입구 측을 들어올림으로써 반응물이 용이하게 배출되도록 하고는 있으나, 이와 같은 구조에 의하면 리프팅수단을 반응조의 상측에 배치하기 위하여 반응조의 상측에 리프팅수단의 고정을 위한 별도의 프레임이 설치되어야하는 등, 장치의 구성이 복잡해지고, 프레임 및 리프팅수단이 반응물의 투입 및 배출작업 시 거치적거리게 되는 문제가 있다.

또한, 상기 선행기술은 반응조의 외주면에 감긴 열선으로 이루어진 복수의 전기히터를 구비함으로써 반응조의 내부를 가열할 수 있도록 하고는 있으나, 이와 같은 구성에 의하면 전기히터가 반응조를 통하여 반응물을 간접적으로 가열하는 구조를 갖게 됨에 따라, 반응물에 대한 열전달속도가 떨어지고, 열손실이 증대됨으로써 장치의 효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

장치의 구조를 개선하여 침출효율 및 작업효율성을 향상시킴으로써 폐촉매에 함유된 백금족금속의 회수율이 향상될 수 있도록 한 회전식 침출반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기는,

양단부 중앙에 각각 투입구 및 배출구를 갖고, 지면과 수평으로 배치되는 원통형의 반응조;

상기 반응조의 양단부에 각각 배치되어 반응조를 회전 가능하게 지지하는 서포트유닛;

상기 반응조에 장착된 히팅유닛; 및

상기 반응조의 하측에 설치되어 상기 투입구가 상기 배출구보다 상측에 배치되도록 반응조를 기울이게 되는 틸팅유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 반응조는 양단부에 각각 형성된 두 소경부, 상기 각 소경부와 동일한 중심을 갖도록 각 소경부 사이에 형성되어, 상기 반응조의 내부로 투입된 반응물이 위치하게 되는 대경부, 그리고 상기 각 소경부와 상기 대경부를 연결하는 두 중계부를 포함하여 이루어지고,

상기 히팅유닛은 상기 대경부의 내주면에 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응조의 내부에는 온도센서가 장착되되,

상기 온도센서는 상기 두 중계부 측에 각각 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기는,

틸팅유닛이 반응조의 하측에 배치되어 반응조를 기울이게 됨으로써 구조가 단순화될 수 있으며, 반응물의 투입 및 배출 작업이 용이한 효과가 있다.

또한, 반응조의 내부로 투입된 반응물이 반응조의 대경부에 위치하게 됨에 따라 침출반응 시 투입구 및 배출구를 통한 반응물의 누출을 방지할 수 있으며, 상기 대경부의 내주면에 장착된 히팅유닛이 반응물을 직접 가열하게 됨으로써 장치의 효율이 증대되는 효과가 있다.

또한, 반응조 내부의 두 중계부 측에 각각 온도센서가 장착됨에 따라 반응물의 온도를 더욱 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기의 정면 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기의 측면 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

'도 1' 및 '도 2'에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기는 크게 반응조(100), 서포트유닛(200), 히팅유닛(300), 틸팅유닛(400) 및 온도센서(500)로 이루어진다.

반응조(100)는 기다란 원통형으로 이루어져 지면과 수평으로 배치되며, 양단부 중앙에 각각 투입구(110) 및 배출구(120)를 갖는다.

도시된 바에 의하면, 반응조(100)는 양단부에 각각 형성된 두 소경부(小徑部, 130), 각 소경부(130)와 동일한 중심을 갖도록 각 소경부(130) 사이에 형성된 대경부(大徑部, 140), 그리고 각 소경부(130)와 대경부(140)를 연결하는 두 중계부(150)를 포함하여 이루어진다.

두 소경부(130)는 상호 동일한 직경으로 이루어지며, 일측 소경부(130)에 상기 투입구(110)가 형성되고, 타측 소경부(130)에 상기 배출구(120)가 각각 형성된다. 그리고 각 소경부(130)에는 투입구(110) 및 배출구(120)의 개폐를 위한 투입밸브(160) 및 배출밸브(170)가 각각 설치된다.

대경부(140)는 각 소경부(130)보다 큰 직경을 갖도록 형성된다. 이와 같은 구조에 의하여, 반응조(100) 내부로 투입된 반응물은 대경부(140)의 내측 하부에 위치하게 되고, 따라서 침출반응 시 투입구(110) 및 배출구(120)를 통하여 반응물이 누출되는 것이 방지될 수 있다.

두 중계부(150)는 각 소경부(130) 측에서 대경부(140) 측으로 갈수록 단면적이 확장되는 경사형 구조로 이루어진다. 이에 따라 반응조(100) 내부로 투입된 반응물은 각 중계부(150)에 의하여, 투입구(110)에서 대경부(140)로, 대경부(140)에서 배출구(120)로 원활하게 유동될 수 있다.

서포트유닛(200)은 반응조(100)의 양단부에 각각 배치되어 반응조(100)를 회전 가능하게 지지하게 된다.

서포트유닛(200)은 '도 1'에 도시된 바와 같이 반응조(100)의 각 소경부(130)를 감싸는 베어링(210)을 포함하여 이루어지거나, '도 2'에 도시된 바와 같이 각 소경부(130)의 하부를 받치는 롤러(220)를 포함하여 이루어지는 등, 반응조(100)를 회전 가능하게 지지하는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있다.

그리고 서포트유닛(200)은 후술될 틸팅유닛(400)에 의해 반응조(100)가 기울어질 수 있도록, 일부 또는 전부가 반응조(100)와 분리 가능하게 연결되거나, 바닥에서 상방으로 이격 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 도시되지는 않았지만 본 발명의 침출반응기에는 반응조(100)가 서포트유닛(200)에 지지된 상태에서 반응조(100)를 회전시키기 위한 구동수단이 구비된다.

구동수단은 공지의 모터, 또는 모터 및 전동(傳動)장치를 포함하여 이루어져, 반응조(100)를 대략 20 내지 60 rpm으로 회전시키게 된다.

예를 들어, 구동수단은 모터, 그리고 이 모터와 반응조(100)를 연결하는 밸트 또는 체인을 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고 서포트유닛(200)이 반응조(100)를 받치는 롤러(220)를 포함하여 이루어질 경우, 구동수단은 롤러(220)에 연결된 모터로 이루어져, 롤러(220)의 회전에 의해 반응조(100)를 회전시키는 구조로 이루어질 수도 있을 것이다.

히팅유닛(300)은 반응조(100)에 장착되어 반응조(100) 내부로 투입된 반응물을 가열하게 된다.

도시된 바에 의하면, 히팅유닛(300)은 반응조(100)의 대경부(140) 내주면에 장착된다. 이에 의하면, 히팅유닛(300)이 반응조(100) 내에서 반응물이 위치하게 되는 구간에만 배치되어 반응물을 직접 가열하는 구조를 갖게 됨에 따라, 열손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 반응물을 신속하게 가열할 수 있어 장치의 효율이 증대된다.

틸팅유닛(400)은 반응조(100)의 하측에 설치되는 것으로서, 반응조(100)의 투입구(110)가 배출구(120)보다 상측에 배치되도록 반응조(100)를 기울이게 된다.

즉, 틸팅유닛(400)은 반응조(100) 내부로 반응물을 투입하거나 배출할 때에 반응조(100)를 기울임으로써 반응물이 용이하게 투입 및 배출될 수 있도록 한다.

따라서 틸팅유닛(400)은 반응조(100)를 수직으로 배치할 수 있는 구조로 이루어지는 것이 가장 바람직하며, 최소한 대경부(140)의 내부에 위치한 반응물이 중계부(150)를 타고 흘러 배출구(120)로 배출될 수 있는 각도까지 반응조(100)를 기울일 수 있어야 한다.

예를 들어, 틸팅유닛(400)은 반응조(100)의 투입구(110) 측 소경부(130) 하측에 설치된 실린더로 이루어질 수 있다. 즉, 틸팅유닛(400)은 실린더의 로드가 전진하며 반응조(100)의 투입구(110) 측 소경부(130)를 밀어올림으로써 반응조(100)를 기울이게 되는 구조로 이루어질 수 있다.

또는, 필요에 따라 틸팅유닛(400)은 반응조(100)의 대경부(140) 외주면 중앙을 클램프와 같은 형태로 감싸 고정한 후, 반응조(100)를 들어올려 회전시킴으로써 반응조(100)를 수직으로 배치하게 되는 구조로 이루어질 수 있을 것이다.

결국, 본 발명에서 틸팅유닛(400)은 반응조(100)의 하측에 설치되어 반응조(100)를 기울일 수 있는 범위 내에서 다양한 구조로 구현될 수 있을 것이다.

온도센서(500)는 반응조(100)의 내부에 장착되어 반응물의 온도를 측정하게 된다.

도시된 바에 의하면, 온도센서(500)는 두 개가 구비되어 반응조(100)의 두 중계부(150) 측에 각각 배치된다.

결국, 온도센서(500)는 히팅유닛(300)에서 다소 이격되어 대경부(140)의 내측 하부에 위치한 반응물과 접촉할 수 있도록 배치되는데, 이에 따라 온도센서(500)는 히팅유닛(300)에서 이격된 상태에서 반응물의 온도를 두 곳에서 측정하게 됨으로써 반응물의 온도를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.

한편, 도시된 바와 같이 본 발명의 침출반응기에는 구동수단(미도시), 히팅유닛(300), 틸팅유닛(400) 및 온도센서(500)와 연결되는 컨트롤러(600)가 구비된다.

컨트롤러(600)는 구동수단과 틸팅유닛(400)의 동작을 제어하게 되고, 온도센서(500)로부터 반응물의 온도 측정값을 수신하여 히팅유닛(300)의 온도를 제어하게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "폐촉매 침출용 회전식 침출반응기"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100 ; 반응조
110 ; 투입구 120 ; 배출구
130 ; 소경부 140 ; 대경부
150 ; 중계부 160 ; 투입밸브
170 ; 배출밸브
200 ; 서포트유닛
300 ; 히팅유닛
400 ; 틸팅유닛
500 ; 온도센서
600 ; 컨트롤러

Claims (4)

1. 양단부 중앙에 각각 투입구(110) 및 배출구(120)를 갖고, 지면과 수평으로 배치되는 원통형의 반응조(100);
   상기 반응조(100)의 양단부에 각각 배치되어 반응조(100)를 회전 가능하게 지지하는 서포트유닛(200);
   상기 반응조(100)에 장착된 히팅유닛(300);
   상기 반응조(100)의 하측에 설치되어 상기 투입구(110)가 상기 배출구(120)보다 상측에 배치되도록 반응조(100)를 기울이게 되는 틸팅유닛(400); 및
   상기 반응조(100)의 내부에 장착된 온도센서(500);를 포함하되,
   상기 반응조(100)는
   양단부에 각각 형성된 두 소경부(130);
   상기 각 소경부(130)와 동일한 중심을 갖도록 각 소경부(130) 사이에 형성되어, 상기 반응조(100)의 내부로 투입된 반응물이 위치하게 되는 대경부(140); 그리고
   상기 각 소경부(130)와 상기 대경부(140)를 연결하는 두 중계부(150);를 포함하여 이루어지고,
   상기 히팅유닛(300)은 상기 대경부(140)의 내주면에 장착되며,
   상기 온도센서(500)는 상기 두 중계부(150) 측에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 폐촉매 침출용 회전식 침출반응기.
   
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