KR101724297B1

KR101724297B1 - 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치

Info

Publication number: KR101724297B1
Application number: KR1020160165584A
Authority: KR
Inventors: 김대동
Original assignee: 김대동
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-04-07

Abstract

본 발명은 램프 파쇄시 초래되는 수은을 완전하게 포집하여 환경오염 내지 위해요소로 작용하지 않게 할 뿐 아니라 일련의 모든 공정이 하나의 2중 챔버 내에서 이루어짐에 따라 램프 내 전극으로 사용되는 텅스텐 소재를 보다 쉽고 간편하게 회수하여 자원으로 재활용할 수 있게 되는바, 관련 구조의 개선으로 장비 부피의 축소는 물론 사용전력의 감소 등 현저히 차별화된 제반 효과가 발휘될 수 있는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치에 관한 것으로, 폐수은 램프(17)를 이동대차(13)의 내부에 다수개 정렬한 후, 외부로부터 밀폐 형성시킨 2중 챔버(20)로 내입 공급하여 2중 챔버(20) 내에 폐수은 램프(17)를 안착 수용되게 하는 이송부(10); 전면에 도어(21)가 차폐되면서 내부 공간을 외부로부터 차단 폐쇄하고, 상기 폐수은 램프(17)를 수용한 후 해당 내부가 진공펌프에 의해 진공 상태로 형성되는 2중 챔버(20); 상기 2중 챔버(20)의 상방에 설치된 실린더(31)의 상하 운용으로 실린더(31)의 하부에 일체형으로 결합되어 다수개의 폐수은 램프(17)를 동시 가압할 수 있는 분쇄로드(33)가 승하강되면서 폐수은 램프(17)를 가압하여 파쇄 실시하되, 상기 분쇄로드(33)는 폐수은 램프(17)의 형상을 고려한 인입부(33-1)가 형성되어 텅스텐 전극에 간섭되지 않는 범위 내에서 하향 이동되고, 2중 챔버(20) 상방에서 위치 가변됨에 따라 분쇄로드(33)의 위치가 임의 조절되는 파쇄부(30); 상기 폐수은 램프(17)의 파쇄 시 400∼600℃의 온도로 설정되어 유발된 수은을 2중 챔버(20) 내부에서 기화되게 하는 히터(70); 상기 2중 챔버(20)에 체결된 배관(5)을 통해 2중 챔버(20) 내에서 증발 유도된 기화 상태의 수은이 전달 유입되어 수은 가스를 액화시키는 응축기(40); 상기 응축기(40)의 연직 하방에 직결되어 액화 상태의 수은을 포집하는 포집부(50); 상기 2중 챔버(20)의 상방에서 히터를 정지 및 진공 해제하면서 냉각수를 순환시켜 냉각수의 흐름을 제어하여 2중 챔버(20)를 냉각하는 냉각부(60);를 포함하여 이루어져, 상기 2중 챔버(20)의 선단에서 후단으로 유입되는 질소가스 기류에 기인하여 기화 상태의 수은이 응축기로 유입되게 한 후 히터를 끄고 진공 해제하여 텅스텐 전극을 회수할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치{APPARATUS FOR EXTRACTING TUNGSTEN ELECTRODE FROM THE WASTED METAL LAMP}

본 발명은 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 램프 파쇄시 초래되는 수은을 완전하게 포집하여 환경오염 내지 위해요소로 작용하지 않게 할 뿐 아니라 일련의 모든 공정이 하나의 2중 챔버 내에서 이루어짐에 따라 램프 내 전극으로 사용되는 텅스텐 소재를 보다 쉽고 간편하게 회수하여 자원으로 재활용할 수 있게 되는바, 관련 구조의 개선으로 장비 부피의 축소는 물론 사용전력의 감소 등 현저히 차별화된 제반 효과가 발휘될 수 있는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치에 관한 것이다.

산업 전반에 걸쳐 생활에 유용한 전자제품을 생산하는, 예를 들어 디스플레이, 반도체, PCB, 광전자 등의 산업은 제품을 생산할 때 여러 공정을 거치게 된다. 특히 노광 장비, 세정 장비 등에는 반드시 에너지 효율이 높고 일정 파장을 방출하는 특수한 수은램프를 사용한다.

상기의 램프는 파장, 출력 등에 따라 교체가 이루어지는데 짧게는 1,000시간∼2,000시간 정도 사용한 후 폐기된다. 회수되는 폐 수은램프는 인체와 환경에 유해한 영향을 주는 수은이 폐기물 공정시험기준에 의한 용출시험 결과 용출액 1ℓ당 0.005㎎ 내외로 봉입되어 있다. 따라서 일반 생활폐기물과 구분하고 분리하여 처리하고 있다.

폐 램프 처리 시 램프 내에 함유된 수은과 같은 유해가스가 대기 중으로 배출되어 대기를 오염시키거나, 매립되어 토양과 수질에 치명적인 오염을 일으키고, 2차, 3차적으로 인체에 영향을 미치는 문제가 있어 폐 램프를 분리수집하여 폐기처리 하고 있다.

한국공개특허 제2001-0105676호에 도시된 폐형광등 분리 처리장치에 관하여 개략적으로 기술하면 다음과 같다.

종래의 폐형광등 처리장치는 폐형광등을 파쇄하여 수거하는 파쇄부와 이에 연통되어 수은가스를 수거하는 수거부로 구성된 폐형광등 처리장치에 있어서, 폐형광등을 투입하는 폐형광등 투입부(12), 폐형광등 계수부(14), 폐형광등 파쇄부(16)로 이루어져서 폐형광등을 투입 파쇄 처리하는 폐형광등 파쇄장치부(10)와 파쇄된 유리 파편을 수거하는 폐형광등 수거부(20), 형광물질을 분리 수거하는 형광물질 수거부(30), 유해가스인 수은을 여과 흡착처리하는 수은 가스 수거부(40)로 구성되어 폐형광등을 순차적으로 유리, 형광물질, 수은가스로 분리 수거 처리함을 특징으로 한다.

상술한 폐형광등 처리장치는 컨베이어 벨트를 타고 투입된 램프의 양 끝단을 커팅한 후 공기를 주입시켜 분진을 제거하고 유리를 파쇄하여 가열하는 방식이며, 이 과정에서 활성탄 필터를 사용한다. 단순히 수은 가스만을 분리할 수 있는 것으로 상온에서 액체로 존재하는 수은을 포집하기란 불가능하며, 유리(쿼츠)나 전극에 액체로 도포되어 있는 수은의 경우, 처리가 불가능한 단점이 있다.

또한, 이러한 폐형광등 처리장치의 경우 수은 가스 포집을 위한 활성탄 필터를 주기적으로 교체해 주어야 하며, 흡착된 수은의 폐기에 따른 2차적인 환경에 대한 영향과 경제성의 문제가 있다.

한편, 현재 고전압 램프에 사용되는 대부분의 전극은 고열을 동반하게 되어 램프 내부에 사용되는 전극의 손상으로 주기적으로 램프를 교체하여야 하며, 통상적으로 백열전구나 아크 램프에 사용되는 전극은 metal 중에서 녹는점이 가장 높은(약 3,400℃) 텅스텐을 사용하고 있다. 즉 통상의 전압을 고전압으로 출력해서 전구의 텅스텐 전극에 전달하여 텅스텐 전자가 램프 내부의 가스 및 금속 화합물과 충돌함으로써 밝은 빛을 내는 용도로 사용되고 있다.

국내에서 사용되는 텅스텐은 대부분 중국에서 채굴된 철망간중석이나 회중석을 중국이나 호주, 일본 등에서 고순도로 정제하여 전극으로 제조한 후 수입되거나 램프로 제조한 후 수입된다. 이러한 텅스텐 전극은 사용 후 고철 스크랩으로 처리되어 헐값으로 일본 등지로 팔리고 있으며, 일본에서 재가공하여 새로운 제품으로 생산하고 다시 제품으로 수입되고 있는 실정이다.

앞서 언급한 바와 같이, 램프 내에는 미량이지만 수은을 함유하고 있어 대량의 램프를 파쇄할 시 수은이 방출되어 환경오염뿐 아니라 사람에게 위해를 가할 수 있는바, 수은의 완전한 포집이 요구된다.

결과적으로 전술한 선행 문헌은 물론 종래 모든 기술사상에 의하면, 수은의 회수 방법은 건식과 습식 두 가지 방법으로 진행되고, 두 가지 모두 2차 오염이 발생할 수 있으며, 주기적으로 내부의 parts를 교체해야 하는 단점과 완전한 수은 회수를 위해 장시간의 시간과 설비가 복잡해지는 문제를 야기하고 있다.

한국공개특허 제2001-0105676호

본 발명은 위의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 폐수은 램프의 파쇄와 동시에 이로부터 유발되는 수은을 완전 포집하여 텅스텐 전극과 램프 유리만을 효율적으로 추출할 수 있는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치를 제공하는 것이 해결하고자 하는 과제이다.

아울러 본 발명에서는 회수하고자 하는 텅스텐 전극에 손상이 가지 않도록 보다 개선된 관련 구성을 제공하는 것이 다른 해결 과제이다.

위의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 폐수은 램프(17)를 이동대차(13)의 내부에 다수개 정렬한 후, 외부로부터 밀폐 형성시킨 2중 챔버(20)로 내입 공급하여 2중 챔버(20) 내에 폐수은 램프(17)를 안착 수용되게 하는 이송부(10); 전면에 도어(21)가 차폐되면서 내부 공간을 외부로부터 차단 폐쇄하고, 상기 폐수은 램프(17)를 수용한 후 해당 내부가 진공펌프에 의해 진공 상태로 형성되는 2중 챔버(20); 상기 2중 챔버(20)의 상방에 설치된 실린더(31)의 상하 운용으로 실린더(31)의 하부에 일체형으로 결합되어 다수개의 폐수은 램프(17)를 동시 가압할 수 있는 분쇄로드(33)가 승하강되면서 폐수은 램프(17)를 가압하여 파쇄 실시하되, 상기 분쇄로드(33)는 폐수은 램프(17)의 형상을 고려한 인입부(33-1)가 형성되어 텅스텐 전극에 간섭되지 않는 범위 내에서 하향 이동되고, 2중 챔버(20) 상방에서 위치 가변됨에 따라 분쇄로드(33)의 위치가 임의 조절되는 파쇄부(30); 상기 폐수은 램프(17)의 파쇄 시 400∼600℃의 온도로 설정되어 유발된 수은을 2중 챔버(20) 내부에서 기화되게 하는 히터(70); 상기 2중 챔버(20)에 체결된 배관(5)을 통해 2중 챔버(20) 내에서 증발 유도된 기화 상태의 수은이 전달 유입되어 수은 가스를 액화시키는 응축기(40); 상기 응축기(40)의 연직 하방에 직결되어 액화 상태의 수은을 포집하는 포집부(50); 상기 2중 챔버(20)의 상방에서 히터를 정지 및 진공 해제하면서 냉각수를 순환시켜 냉각수의 흐름을 제어하여 2중 챔버(20)를 냉각하는 냉각부(60);를 포함하여 이루어져, 상기 2중 챔버(20)의 선단에서 후단으로 유입되는 질소가스 기류에 기인하여 기화 상태의 수은이 응축기로 유입되게 한 후 히터를 끄고 진공 해제하여 텅스텐 전극을 회수할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치를 제공한다.

이때, 상기 히터는 2중 챔버(20)의 도어(21)를 비롯한 육면에 동시 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2중 챔버(20) 내부에는 선단에서 후단 방향으로 질소를 유입시켜 후단 상면에 위치한 배관(5)으로 배출되게 함으로써 질소 흐름으로 인한 기류에 의해 기화 상태의 수은이 배관을 통해 응축기(40)로 유입 유도되는 것을 특징으로 한다.

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위 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 폐 수은램프의 파쇄로부터 노출되는 수은을 완전히 포집하여 텅스텐 전극과 램프 유리(쿼츠)를 효율적으로 추출하고, 재가공하여 제품화함으로써 폐기물의 감량화(Reduce), 재사용(Reuse), 재활용(Recycling)의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 자연계의 자정능력 범위에서 폐기물을 배출시켜 환경에의 영향 감소와 이를 위한 기술발전 및 투입되는 자원과 에너지 절약에 크게 기여하는 이점이 기대된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 구성되는 텅스텐 전극 회수장치 사시도
도 2는 도 1의 요부 분해 사시도
도 3은 본 발명의 요부 중 하나인 파쇄부의 관련 구성을 상세 도시한 분해 사시도
도 4는 본 발명의 요부 중 하나인 2중 챔버의 관련 구성을 상세 도시한 분해 사시도
도 5는 본 발명의 요부 중 하나인 히터의 관련 구성을 상세 도시한 분해 사시도
도 6 내지 9는 본 발명에서 제안하는 텅스텐 전극 회수장치의 실시 양태를 개략적으로 순차 도시한 사용 상태도

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치에 관하여 개시된다.

무엇보다 본 발명에서는 램프 파쇄시 초래되는 수은을 완전하게 포집하여 환경오염 내지 위해요소로 작용하지 않게 할 뿐 아니라 일련의 모든 공정이 하나의 2중 챔버 내에서 이루어짐에 따라 램프 내 전극으로 사용되는 텅스텐 소재를 보다 쉽고 간편하게 회수하여 자원으로 재활용할 수 있게 되는바, 관련 구조의 개선으로 장비 부피의 축소는 물론 사용전력의 감소 등 현저히 차별화된 제반 효과가 발휘될 수 있는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치에 관련됨을 주지한다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 특징으로 제안하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치(1)는 폐수은 램프(17)를 다수개 정렬하여 외부로부터 밀폐 형성시킨 2중 챔버(20)로 공급하는 이송부(10); 전면에 도어(21)가 차폐되면서 내부 공간을 외부로부터 차단 폐쇄하고 상기 폐수은 램프(17)를 수용한 후 해당 내부가 진공펌프에 의해 진공 상태로 전환되는 2중 챔버(20); 상기 2중 챔버(20)의 상방에 설치된 실린더(31)의 상하 운용으로 실린더(31)의 하부에 일체형으로 결합된 분쇄로드(33)가 승하강되면서 폐수은 램프(17)를 가압하여 파쇄 실시하는 파쇄부(30); 상기 폐수은 램프(17)의 파쇄 시 유발된 수은을 2중 챔버(20) 내부에서 기화되게 하는 히터(70); 상기 2중 챔버(20)에 체결된 배관(5)을 통해 기화 상태의 수은이 전달되고 유입되어 수은 가스를 액화시키는 응축기(40); 상기 응축기(40)의 연직 하방에 직결되어 액화 상태의 수은을 포집하는 포집부(50); 상기 2중 챔버(20)의 상방에서 냉각수를 순환시켜 냉각수의 흐름을 제어하는 냉각부(60);를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 별도의 램프 이동 없이 밀폐된 한 공간 안(One Chamber)에서 파쇄가 이루어지고 노출되는 모든 수은은 가열되어 기체로 변한 후 공급되는 질소에 의한 기류를 따라 응축기를 통해 액상으로 포집되는 장비이다.

여기서 위 히터(70)는 2중 챔버(20)의 도어(21)를 비롯한 육면에 동시 적용되는 것을 포함한다.

특히 위 2중 챔버(20) 내부에는 선단에서 후단 방향으로 질소를 유입시켜 후단 상면에 위치한 배관(5)으로 배출되게 함으로써 질소 흐름으로 인한 기류에 의해 기화 상태의 수은이 배관을 통해 응축기(40)로 유입 유도되는 것을 포함한다.

그리고 위 배관(5)은 2중 챔버(20)로부터 유입된 수은 가스가 응축하지 않도록 히팅 처리되는 것을 포함한다.

특히 위 파쇄부(30)는 도 2 및 도 3에서와 같이 다수개의 폐수은 램프(17)를 동시 가압할 수 있는 분쇄로드(33)를 포함하되, 위 분쇄로드(33)는 텅스텐 전극에 간섭되지 않는 범위 내에서 하향 이동되게 하는 것을 포함한다.

이때 위 파쇄부(30)는 2중 챔버(20) 상방에서 위치 가변됨에 따라 분쇄로드(33)의 위치가 임의 조절되게 하는 것이 바람직하다.

미 설명부호 32는 에어 실린더(31)를 지지프레임(7) 상에서 위치 구속하는 수단이며, 도면부호 35는 가이드로서 에어 실린더로부터 인출되는 로드의 위치를 안정적으로 구속하는 수단이다. 또한, 본 발명에서의 분쇄로드(33)는 도면에서와 같은 형상의 인입부(33-1)가 더 형성될 수 있는바, 이는 폐수은 램프(17)의 형상을 고려한 것이다.

기타 도면부호 11은 이동성을 갖춘 트레이고, 도면부호 13은 폐수은 램프를 수용하여 직선 유동하는 이동대차이고, 도면부호 12는 이러한 이동대차를 안정적으로 쉽게 운용하기 위한 레일이다. 그리고 도면부호 14는 폐수은 램프를 개별 구분하여 안착할 수 있게 하는 거치대를 지칭한다.

이와 같은 공정 내지 장치에 의해 회수된 텅스텐 전극은 전극 팁 상태 등 전체적인 외관 검사를 거쳐 전극으로 재사용하거나 분쇄, 산화 및 환원을 통해 산화텅스텐 분말이나 텅스텐 분말로 제조할 수 있게 된다.

아울러 본 발명에서 텅스텐 회수는 텅스텐의 특성상 취성이 약하기 때문에 분쇄 시 분쇄로드(33)가 텅스텐 전극에 닫지 않도록 하며, 단차가 형성된 부분에서 높은 곳에서 낮은 곳으로 강제로 밀어 떨어뜨리지 않도록 하여 텅스텐 전극을 회수할 수 있다.

본 발명에서 파쇄된 glass는 미립자에서 큰 덩어리까지 다양한데 미립자가 진공에 의해 수은 가스와 함께 수은용기에 trap되는 것을 방지하기 위해 chamber 2차단에 미립자를 거를 수 있는 방진패드가 더 설치될 수 있으며, 이 경우 glass 미립자는 고체 상태로 방진패드에 걸러지고, 수은은 기화 후 액화되어 trap 부위로 자연스럽게 이동된다.

따라서 본 발명의 2중 챔버(20) 내부는 텅스텐 전극과 glass 파편만 존재하며, 수은은 완전히 수은용기에 trap되며, 2중 챔버를 열기 전 수은용기 1차 측 valve를 off한 후 히터를 off하고 2중 챔버 내부 진공을 해제한 후 2중 챔버를 열어 텅스텐 전극을 회수하게 된다.

한편, 본 발명에서 제안하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치(1)에 의한 텅스텐 전극 회수방법은, 외부로부터 밀폐 형성시킨 2중 챔버(20)에 폐수은 램프(17)를 다수개 내입하여 2중 챔버 내부를 진공으로 형성하고, 해당 폐수은 램프(17)를 압력으로 파쇄함에 따라 유발되는 수은을 히터에 의해 2중 챔버 내부에서 증발 유도하여 응축기(40)를 통해 포집하되, 2중 챔버 선단에서 후단으로 유입되는 질소 가스 기류에 기인하여 기화 상태의 수은이 응축기로 유입되게 한 후 히터를 끄고 진공 해제하여 텅스텐 전극을 회수할 수 있도록 구성된다.

이를 위해 본 발명에서의 텅스텐 전극 회수방법을 단계별로 구분하여 기술하면 하기와 같다.

[폐수은 램프 공급단계]

2중 챔버(20) 내에 폐수은 램프(17)를 다수개 안착 수용하되, 파쇄하고자 하는 폐수은 램프 개수를 설정하여 이동대차(13) 내부에서 정렬시켜 2중 챔버 내부로 투입한다.

[진공 형성단계]

이동대차(13)와 함께 2중 챔버(20) 내부로 투입된 폐수은 램프(17)를 위치 고정하고, 2중 챔버의 도어(21)를 닫은 후 진공펌프에 의해 2중 챔버 내부를 진공으로 형성한다.

2중 챔버(20)를 진공 상태로 전환하는 것은 수은의 온전한 추출과 텅스텐 전극의 산화를 방지하기 위함으로, 불활성 가스를 사용할 수 있으나 vent 시 불활성 가스와 함께 수은 가스가 함께 배기될 우려가 있으므로 진공 상태로 전환하는 것이 가장 적합하다.

[파쇄단계]

2중 챔버(20) 내부에서 에어 실린더(31)의 상하 운용으로 분쇄로드(33)가 폐수은 램프(17)를 가압하면서 파쇄 실시한다.

이를 위해 에어 실린더(31) 하부에는 소정 형상의 분쇄로드(33)가 일체형으로 결합되고, 이때 분쇄로드(33)는 폐수은 램프(17)의 형상을 고려하여 해당 램프가 유동되지 않도록 위치 구속할 수 있는 형상으로 제공되어야 한다.

또한, 2중 챔버 내부 벽면과 분쇄로드(33)는 수은에 반응 및 침식되지 않는 소재로 제작하는 것이 바람직하다.

[기화단계]

히터를 작동시켜 폐수은 램프 파쇄 시 유발되는 수은을 2중 챔버(20) 내부에서 기화 유도한다.

즉 파쇄 후 히터를 on 하여 2중 챔버 내부에 있는 수은이 기화하도록 온도를 올리는데, 이때 온도는 200 ~ 800℃의 범위 내에서 설정하며, 바람직하게는 400 ~ 600℃로 적용하여야 한다.

[포집단계]

히터를 통해 기화된 수은이 배관(5)을 타고 응축기(40)로 이동하여 포집부(50)에 포집된다. 아울러 포집단계는 수은 가스가 응축기(40)에 도달하기 전 배관(5)에서 응축되지 않도록 해당 배관을 히팅하는 것을 포함한다.

온도에 의해 기화된 수은은 진공펌프에 의해 배관을 타고 응축기로 이동하여 수은용기에 trap 된다.

더욱 바람직하게는, 수은 가스가 배관(5)에 응축되지 않도록 해당 배관 또한 히터에 의해 일정 수준으로 가열 유지하는바, 수은 가스는 응축기를 지나면서 기체에서 액체로 변하여 trap 용기에 자동으로 회수된다.

예컨대 Trap 용기는 2중 챔버 도어(21) ON/OFF 시와 용기 교체를 위해 2개의 밸브를 가질 수 있다.

[냉각단계]

히터 정지 및 진공 해제하면서 냉각수를 순환시켜 2중 챔버(20)를 냉각한다.

[회수단계]

2중 챔버 도어(21)를 개방하여 텅스텐 전극을 회수한다.

[질소퍼지단계]

본 발명에서는 위 2중 챔버(20) 내부에 잔존하는 대기성분을 진공과정에 의해 제거한 후 기화된 수은이 응축기(40)로 유도될 수 있도록 질소 퍼지가 연속적으로 이루어져야 하며, 이때 질소는 2중 챔버(20)의 전방에서 후방으로 공급하여 기류 형성을 도모함으로써 수은 가스의 배출이 유도될 수 있다.

[집진 및 배기단계]

공정가스로 사용하는 질소의 배기 시 2차적인 안전장치(활성탄소섬유 필터)를 구성하여 여과한 후 공기 중으로 배출한다.

수은의 화학적 특성을 이용하여 포집 탱크에 완전히 trap 후, 배기되는 질소 역시 집진설비를 통과하여 배출되게 함으로써 환경에 미치는 영향이 없도록 방지한다.

이하, 폐수은 램프의 텅스텐 적극 회수방법을 각 실시예에 의하여 살펴보기로 한다.

⑴ 진공 및 N2 퍼지

① 기능 : 진공과정을 통해 밀폐된 Chamber 내부에 존재하는 대기성분을 제거, 퍼지과정을 통해 N2 삽입

② 목적 : 환경과 인체에 피해가 발생하지 않도록 함과 동시에 수은의 완전한 추출이 가능한 상태를 조성

일반적인 대기 속에서 직접적인 가열을 통해 공정을 진행할 경우 산소와의 산화반응에 의한 제2차 수은산화물이 발생할 가능성이 있으며, 또한 탄소의 결합으로 인한 그을음이 발생하므로 상품가치를 구현할 수가 없다. 따라서 진공과정을 통해 chamber 내부의 대기성분을 제거한 후 반응성이 낮은 N2로 퍼지 함으로써 2차적인 수은 산화물 발생 및 재활용 구성품목 자체의 산화반응 그리고 탄화반응을 막을 수 있다.

⑵ 파쇄

① 기능 : 램프 파쇄

② 목적 : 램프 내 수은은 밀폐된 상태로 존재. 가열과정을 거쳐 기화를 시켜 포집하기 위해서는 노출이 되어야 함. 이를 위해 일정 압력으로 chamber 내에서 파쇄를 진행

⑶ 승온

① 기능 : chamber 내부의 온도를 약 500℃까지 상승시킴. 약 50분 소요

② 목적 : 수은을 끓여 증발시키기 위해 필요한 온도는 최소 357℃ 이상. 직접적인 연소가 아니라 전기로를 통한 전도 및 복사에 의한 가열 형식이므로 일정한 온도까지 상승시키는 시간 및 과정이 필요

⑷ 승온 유지

① 기능 : 500℃의 온도로 70분간 유지

② 목적 : 증발을 통한 램프 내에 존재하는 수은 제거. 5㎾ 램프 3개에 포함된 15~30g의 수은을 가열하여 완전히 증발시켜 포집하는데 소요되는 시간은 70분이 필요

⑸ 냉각

① 기능 : 500℃의 chamber 온도를 250℃로 떨어뜨림. 약 60분 소요

② 목적 : 500℃ 상태에서 chamber door를 열 경우 기체 상태로 존재하는 잔여 수은 증기가 외부로 노출될 수 있음을 우려. 또한, 작업자의 화상 및 기타 열상에 의한 부상을 방지하기 위해 250℃까지 냉각 진행

⑹ 공정간 특이사항

① 진공 후 N2 퍼지 시에는 약 80ℓ/min 으로 N2가 삽입되며, 파쇄가 끝남과 동시에는 약 18ℓ/min으로 공정이 끝나는 순간까지 연속적으로 N2가 삽입됨

② 증발된 수은의 포집부(응축기) 이동과정 : 장비 전면부에 위치한 4개의 N2 투입구에서 흘러나오는 N2는 chamber 내부 후면 상단에 위치한 응축기(40)로 통하는 배관(5)으로 흘러들어감. 이 과정에서 기류가 형성되고 이에 따라 기화 상태의 수은이 포집부(50)로 이동하게 됨

③ 공정간 소요되는 시간 및 최대 온도는 프로그램 설정을 통해 조작 가능

위 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 폐수은 램프의 파쇄와 동시에 이로부터 유발되는 수은을 완전 포집하여 텅스텐 전극과 램프 유리만을 효율적으로 추출할 수 있는 효과가 있다. 이렇듯 텅스텐 전극을 회수 후 재가공 과정을 거쳐 제품화하게 되므로 자원절약이나 에너지 절약, 폐기물 감량에 크게 기여하는 이점이 기대된다.

1 : 텅스텐 전극 회수장치 10 : 이송부
20 : 2중 챔버 30 : 파쇄부
40 : 응축기 50 : 포집부
60 : 냉각부 70 : 히터

Claims

폐수은 램프(17)를 이동대차(13)의 내부에 다수개 정렬한 후, 외부로부터 밀폐 형성시킨 2중 챔버(20)로 내입 공급하여 2중 챔버(20) 내에 폐수은 램프(17)를 안착 수용되게 하는 이송부(10);
전면에 도어(21)가 차폐되면서 내부 공간을 외부로부터 차단 폐쇄하고, 상기 폐수은 램프(17)를 수용한 후 해당 내부가 진공펌프에 의해 진공 상태로 형성되는 2중 챔버(20);
상기 2중 챔버(20)의 상방에 설치된 실린더(31)의 상하 운용으로 실린더(31)의 하부에 일체형으로 결합되어 다수개의 폐수은 램프(17)를 동시 가압할 수 있는 분쇄로드(33)가 승하강되면서 폐수은 램프(17)를 가압하여 파쇄 실시하되, 상기 분쇄로드(33)는 폐수은 램프(17)의 형상을 고려한 인입부(33-1)가 형성되어 텅스텐 전극에 간섭되지 않는 범위 내에서 하향 이동되고, 2중 챔버(20) 상방에서 위치 가변됨에 따라 분쇄로드(33)의 위치가 임의 조절되는 파쇄부(30);
상기 폐수은 램프(17)의 파쇄 시 400∼600℃의 온도로 설정되어 유발된 수은을 2중 챔버(20) 내부에서 기화되게 하는 히터(70);
상기 2중 챔버(20)에 체결된 배관(5)을 통해 2중 챔버(20) 내에서 증발 유도된 기화 상태의 수은이 전달 유입되어 수은 가스를 액화시키는 응축기(40);
상기 응축기(40)의 연직 하방에 직결되어 액화 상태의 수은을 포집하는 포집부(50);
상기 2중 챔버(20)의 상방에서 히터를 정지 및 진공 해제하면서 냉각수를 순환시켜 냉각수의 흐름을 제어하여 2중 챔버(20)를 냉각하는 냉각부(60);를 포함하여 이루어져,
상기 2중 챔버(20)의 선단에서 후단으로 유입되는 질소가스 기류에 기인하여 기화 상태의 수은이 응축기로 유입되게 한 후 히터를 끄고 진공 해제하여 텅스텐 전극을 회수할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 히터는 2중 챔버(20)의 도어(21)를 비롯한 육면에 동시 적용되는 것을 포함하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 2중 챔버(20) 내부에는 선단에서 후단 방향으로 질소를 유입시켜 후단 상면에 위치한 배관(5)으로 배출되게 함으로써 질소 흐름으로 인한 기류에 의해 기화 상태의 수은이 배관을 통해 응축기(40)로 유입 유도되는 것을 포함하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배관(5)은 2중 챔버(20)로부터 유입된 수은 가스가 응축하지 않도록 히팅 처리되는 것을 포함하는 폐수은 램프의 텅스텐 전극 회수장치.
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