KR102102809B1

KR102102809B1 - 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법

Info

Publication number: KR102102809B1
Application number: KR1020190031607A
Authority: KR
Inventors: 안호원; 고호선
Original assignee: 안호원
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-04-23

Abstract

본 발명은 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐전선을 카트리지에 개재하고, 제1용매가 공급되는 제1용해로에 투입하는 제1폐전선투입단계, 상기 제1폐전선투입단계를 통해 폐전선이 투입된 제1용해로에 제1용매를 공급하고 가열하면서 교반하는 용해로가열교반단계, 상기 용해로가열교반단계를 통해 용해된 용해물을 합성수지분리장치로 이송하고 온수를 공급하여 제1합성수지와 제1용매로 분리하는 제1합성수지분리단계, 상기 제1합성수지분리단계를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선을 회수하여 제2용매가 공급되는 제2용해로에 투입하는 제2폐전선투입단계, 상기 제2폐전선투입단계를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선이 투입된 제2용해로에 제2용매를 공급하고 가열하는 용해로가열단계, 상기 용해로가열단계를 통해 부피가 팽창된 제2합성수지를 수거하고 세척하는 제2합성수지분리단계 및 상기 제2합성수지분리단계를 통해 제2합성수지가 분리된 용해물에서 비철금속을 회수하는 비철금속회수단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 이루어지는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법 및 장치는, 합성수지와 비철금속을 분리 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 성분의 합성수지를 각각 회수하여 상품가치가 높은 상태로 재활용할 수 있도록 하는 효과를 나타낸다.

Description

폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법{METHOD FOR RECOVERING SYNTHETIC RESIN AND NONFERROUS METAL USING WASTE WIRE}

본 발명은 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성수지와 비철금속을 분리 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 성분의 합성수지를 각각 회수하여 상품가치가 높은 상태로 재활용할 수 있도록 하는 폐전선에 포함된 합성수지와 비철금속의 회수방법에 관한 것이다.

최근 미세먼지로 인해 에너지 및 환경문제가 관심이 고조되면서, 이에 따른 자원의 재활용에 대한 관심도 함께 증가하고 있다.

특히, 교토의정서가 발효되면서 온실가스 감축을 위한 각국정부 및 기업들은 대체기술 및 자원확보에 심혈을 기울이고 있으며, 비교적 상품가치가 높고 재활용이 용이한 폐전선 및 폐통신의 재활용에 대한 관심도 증가하고 있다.

폐전선 및 폐통신선은 합성수지와 비철금속의 복합 폐기물로서, 합성수지의 경우 그 용도에 따라 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고밀도폴리에틸렌 등이 이용되고 있으며, 비철금속은 구리, 알루미늄, 주석이 코팅된 구리 등이 주로 이용되고 있는 실정이다.

이러한 폐전선 및 폐통신선에서 합성수지 부분을 분리하는 방법으로는, 챠핑(chopping) 기계나 전선 탈피기 등을 이용하는 물리적인 분리방법과, 용매를 이용하여 분리하는 화학적 분리방법 이외에, 피복의 소각을 통하여 구리를 회수하는 방법이 있다.

그러나, 물리적인 분리방법의 경우 비철금속과 합성수지를 높은순도로 회수할 수 없기 때문에, 순도를 향상시키기 후공정을 필요로 하며, 상기에 기재된 화학적인 분리방법의 경우는 비철금속과 합성수지 성분을 높은 순도로 회수할 수 있으나, 서로다른 성분으로 여러겹 피복된 폐전선 및 폐통신선의 경우는 합성수지를 서로 분리하여 회수할 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 소각의 경우에는 합성수지는 재활용 할 수 없으며, 소각의 과정에서 비철금속의 표면이 산화되어 회수되는 비철금속의 상품성이 저하될 뿐만 아니라, 소각의 과정에서 인체에 유해한 염소 및 다이옥신 등의 유해가스가 다량 발생하는 문제점이 있었다.

한국특허등록 제10-0307933(2001.08.25) 한국특허등록 제10-0338471(2002.05.16)

본 발명의 목적은 합성수지와 비철금속을 분리 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 성분의 합성수지를 각각 회수하여 상품가치가 높은 상태로 재활용할 수 있도록 하는 폐전선에 포함된 합성수지와 비철금속의 회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 폐전선을 카트리지에 개재하고, 제1용매가 공급되는 제1용해로에 투입하는 제1폐전선투입단계, 상기 제1폐전선투입단계를 통해 폐전선이 투입된 제1용해로에 제1용매를 공급하고 가열하면서 교반하는 용해로가열교반단계, 상기 용해로가열교반단계를 통해 용해된 용해물을 합성수지분리장치로 이송하고 온수를 공급하여 제1합성수지와 제1용매로 분리하는 제1합성수지분리단계, 상기 제1합성수지분리단계를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선을 회수하여 제2용매가 공급되는 제2용해로에 투입하는 제2폐전선투입단계, 상기 제2폐전선투입단계를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선이 투입된 제2용해로에 제2용매를 공급하고 가열하는 용해로가열단계, 상기 용해로가열단계를 통해 부피가 팽창된 제2합성수지를 수거하고 세척하는 제2합성수지분리단계 및 상기 제2합성수지분리단계를 통해 제2합성수지가 분리된 용해물에서 비철금속을 회수하는 비철금속회수단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1용매는 시클로헥산 또는 자일렌 100 중량부에 메틸이소부틸케톤 100 내지 160 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 용해로가열교반단계는 40 내지 80℃의 온도에서 5 내지 15분 동안 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1합성수지분리단계를 통해 분리된 제1용매는 냉각응축기로 이송되어 액화되고, 용매저장조로 보내져 상기 용해로에서 재사용되는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1합성수지분리단계를 통해 분리된 제1합성수지는 상기 합성수지분리장치의 하부로 침전된 후에 상기 합성수지분리장치의 하부면에 구비된 스크류 배출기를 통해 배출되는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 트리에틸렌글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 용해로가열단계는 130 내지 280℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 이루어지는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 폐전선이 개재된 카트리지가 투입되는 제1용해로, 상기 제1용해로에 제1용매를 공급하는 제1용매저장조, 상기 제1용해로에서 이송된 용해물에 함유된 제1합성수지와 제1용매를 분리하는 합성수지분리장치, 상기 합성수지분리장치에서 분리된 제1용매를 회수하여 액화하는 냉각응축기, 상기 제1용해로에서 이송되는 제1합성수지가 제거된 폐전선이 개재된 카트리지가 투입되는 제2용해로, 상기 제2용해로에 제2용매를 공급하는 제2용매저장조 및 상기 제1용해로, 상기 제2용해로 및 상기 합성수지분리장치에 온수를 공급하는 온수공급장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수장치를 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 합성수지분리장치의 하부에는 스크류 배출기가 구비되는 것으로 한다.

본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법에 의하면, 합성수지와 비철금속을 분리 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 성분의 합성수지를 각각 회수하여 상품가치가 높은 상태로 재활용할 수 있도록 하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법을 나타낸 공정도이다.
도 6은 본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법에 사용되는 제1용해조를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법 중 폐전선압착단계에서 사용되는 압착롤러를 나타낸 계략도이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법은 폐전선을 카트리지(10)에 개재하고, 제1용매가 공급되는 제1용해로(100)에 투입하는 제1폐전선투입단계(S101), 상기 제1폐전선투입단계(S101)를 통해 폐전선이 투입된 제1용해로(100)에 제1용매를 공급하고 가열하면서 교반하는 용해로가열교반단계(S103), 상기 용해로가열교반단계(S103)를 통해 용해된 용해물을 합성수지분리장치(120)로 이송하고 온수를 공급하여 제1합성수지와 제1용매로 분리하는 제1합성수지분리단계(S105), 상기 제1합성수지분리단계(S105)를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선을 회수하여 제2용매가 공급되는 제2용해로(200)에 투입하는 제2폐전선투입단계(S107), 상기 제2폐전선투입단계(S107)를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선이 투입된 제2용해로(200)에 제2용매를 공급하고 가열하는 용해로가열단계(S109), 상기 용해로가열단계(S109)를 통해 부피가 팽창된 제2합성수지를 수거하고 세척하는 제2합성수지분리단계(S111) 및 상기 제2합성수지분리단계(S111)를 통해 제2합성수지가 분리된 용해물에서 비철금속을 회수하는 비철금속회수단계(S113)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법에 적용되는 회수장치는 아래 도 5에 도시된 바와 같이, 폐전선이 개재된 카트리지(10)가 투입되는 제1용해로(100), 상기 제1용해로에 제1용매를 공급하는 제1용매저장조(110), 상기 제1용해로(100)에서 이송된 용해물에 함유된 제1합성수지와 제1용매를 분리하는 합성수지분리장치(120), 상기 합성수지분리장치(120)에서 분리된 제1용매를 회수하여 액화하는 냉각응축기(121), 상기 제1용해로(100)에서 이송되는 제1합성수지가 제거된 폐전선이 개재된 카트리지(10)가 투입되는 제2용해로(200), 상기 제2용해로(200)에 제2용매를 공급하는 제2용매저장조(210) 및 상기 제1용해로(100), 상기 제2용해로(200) 및 상기 합성수지분리장치(120)에 온수를 공급하는 온수공급장치(300)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수장치로 이루어진다.

상기의 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수장치의 구성요소 중 상기 제1용해로(100), 상기 제2용해로(200) 및 상기 합성수지분리장치(120)에 상기 온수공급장치(300)로부터 온수가 공급되면, 상기 제1용해로(100)에 공급된 온수는 제1용해로(100)를 가열하는 열원과 제1용해로(100) 내에 잔존하는 폐전선 성분을 세척하는 용도로 사용되며, 상기 제2용해로(200)에 공급된 온수는 상기 제2용해로(200) 내에 잔존하는 성분의 세척용으로 사용된다.

상기 제1폐전선투입단계(S101)는 폐전선을 카트리지(10)에 개재하고, 제1용매와 온수가 공급되는 제1용해로(100)에 투입하는 단계로, 이때, 상기 폐전선은 특별히 한정되지 않지만, 심재가 구리로 이루어지고, 상기 심재를 감싸는 제1피복부가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어지며, 상기 제1피복부를 감싸는 제2피복부가 폴리비닐클로라이드로 이루어지는 통상의 폐전선을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폐전선은 일정한 크기로 절단하거나, 절단하지 않은 폐전선이 모두 사용가능하며, 상기 제1용해로(100) 및 제2용해로(200)의 크기를 고려하여 폐전선의 크기를 조절하는 것이 바람직하다.

상기 카트리지(10)는 용해된 용해물로부터 비철금속과 용해된 합성수지의 분리를 용이하게 하기 위해 사용되는데, 녹이 생성되지 않는 재질로 이루어지며, 3 내지 100 메쉬(mesh)의 분리 가능한 망의 형태로 적용되는 것이 바람직하고, 상기와 같은 망의 형태를 갖는 카트리지(10)에 폐전선을 개재하여 본 발명에 따른 회수방법을 진행하게 되면, 큰 중량의 폐전선과 같은 복합 폐기물을 투입하고 반응 후에는 제1용해로(100) 또는 제2용해로(200)로부터 반응이 완료된 폐전선을 배출하기가 용이하게 된다.

상기 용해로가열교반단계(S103)는 상기 제1폐전선투입단계(S101)를 통해 폐전선이 투입된 제1용해로(100)에 제1용매를 공급하고 가열하면서 교반하는 단계로, 상기 제1폐전선투입단계(S101)를 통해 폐전선이 투입된 제1용해로(100)를 40 내지 80℃의 온도에서 5 내지 15분 동안 가열하면서, 상기 제1용해로(100)에 구비된 교반장치(101)를 이용하여 10 내지 200rpm의 속도로 교반하는 과정으로 이루어진다.

상기의 제1용해로(100)는 아래 도 6에 나타낸 것처럼, 밀폐된 제1용해로(100)에서 물질의 이송시 압력이 조절되도록 기체가 이송될 수 있는 연결관 및 압력조절밸브(101), 상단에 설치되어 재용해 및 세정 등을 위해 사용되는 용매 분사기(102), 온도 측정을 위한 온도계(103), 압력 측정을 위한 압력계(104), 액위 측정을 위한 레벨게이지(105), 합성수지의 용해를 촉진하기 위한 교반기(106), 하부에 설치되어 용해된 용해물을 합성수지분리장치로 이송하기 위한 배출구(107) 등이 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1용해로(100)에는 내부에 수용된 폐전선과 제1용매를 가열하기 위한 열공급원이 구비되는데, 상기 열공급원은 예를 들어 직화형 또는 간접 가열형일 수 있고, 직화형의 경우 가열코일 또는 반응기 융용로 하부에 연소로 등을 설치하여 사용하며, 간접 가열의 경우 상기 온수공급장치(300)로부터 공급되는 가열된 온수, 가열된 오일, 스팀 및 열풍 등을 사용할 수 있다.

이때, 상기 제1용매는 시클로헥산 또는 자일렌 100 중량부에 메틸이소부틸케톤 100 내지 160 중량부를 혼합하여 이루어지는데, 상기 폐전선이 완전하게 침지될 수 있도록 상기 폐전선 100 중량부 대비, 200 내지 500 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1용매는 상기의 성분으로 이루어지는 것이 가장 바람직하나, 폐전선에 피복된 합성수지의 성분에 따라 가변적일 수도 있는데, 폐전선에 사용되는 합성수지로는 폴리비닐클로라이드(PVC, Polyvinyl Chloride), 고밀도폴리에틸렌(HDPE, High Density Polyethylene), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 합성고무류, 셀룰로오스 수지, 포르말린 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지 및 에폭시수지 등으로 이루어지며, 폐전선의 심재로 사용되는 비철금속은 구리, 알루미늄, 철, 주석으로 도금된 구리 및 주석으로 도금된 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 제1용매는 수지에 따라 아래와 같이 구분하여 사용할 수 있다. 예를 들어 THF(Tetra Hydro Furan, C4H8O)의 경우에는, PVC수지, ABS수지, PVA(Poly Vinyl Alcohol), 합성 고무류, 셀룰로오스 수지, 포르말린 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시수지 등을 상온 또는 열을 가하여 용해시킬 수 있다. 또한, PVC수지에 대한 용매로서 1-메틸-2-피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone)을 사용할 수 있다. 그리고 아세톤(Acetone, CH₃COCH₃), MEK(Methyl Ethyl Ketone CH₃COC₂H₅), MIBK(Methyl Isobutyl Ketone) 및 톨루엔(Toluene)의 경우에는, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 등을 각 용매의 비점 부근까지 가열하여 용해시킬 수 있다.

바람직하게는, PVC의 경우 THF를 열에너지를 가하지 않는 상태(상온)에서 사용하고, PE나 PP의 경우에는 톨루엔, 아세톤, MEK 및 MIBK 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합물을 비점까지 가열하여 사용하는 것이 좋으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 제1합성수지분리단계(S105)는 상기 용해로가열교반단계(S103)를 통해 용해된 용해물을 합성수지분리장치(120)로 이송하고 온수공급장치(300)를 통해 온수를 공급하여 제1합성수지와 제1용매로 분리하는 단계로, 상기 용해로가열교반단계(S103)를 통해 용해된 용해물에서 분리된 제1용매는 냉각응축기(121)로 이송되어 액화되는데, 상기와 같이 냉각응축기(121)로 보내져 액화된 제1용매는 상기 제1용매저장조(110)에 보관되다가, 상기 제1폐전선투입단계(S101)에서 제1용해로(100)에 투입되어 재사용될 수 있다.

이때, 상기 제1합성수지분리단계(S105)에서는 온수공급장치(300)를 통해 합성수지분리장치(120)에 70 내지 90℃의 온수, 바람직하게는 80℃의 온수를 공급하여 상기 제1용매와 상기 제1합성수지인 폴리염화비닐을 분리하는 과정이 진행되는데, 상기와 같이 온수가 공급된 상태에서 제1용매와 제1합성수지인 폴리염회비닐을 분리하는 과정을 진행하게 되면 상기 제1용매는 증발되어 상기 합성수지분리장치(120)에 구비된 회수관을 통해 냉각응축기(121)로 이송되어 액화되는데, 더욱 상세하게는 상기 합성수지분리장치(120)에서 이송되는 기체상태의 제1용매는 3단 형태의 냉각응축기(121)로 이송되며, 상기와 같이 3단 형태의 냉각응축기(121)에 구비된 분사기를 통해 분사되는 상온의 물과 접촉되어 냉각응축되기 때문에 액화될 수 있다. 상기 냉각응축기(121)의 하부에는 상온수 저장조를 설치하여 상기 분사기를 통해 상온의 물이 분사될 수 있도록 상온수를 채워놓는 것이 바람직하며, 상기의 과정에서 응축액화되는 제1용매는 자연 증발분을 보충하여 일정한 양을 유지할 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 제1합성수지분리단계(S105)를 통해 분리된 제1합성수지는 상기 폐전선에 가장 외표면에 피복되어 있던 폴리염화비닐 성분으로, 상기 합성수지분리장치(120)의 하부로 침전된 후에 상기 합성수지분리장치(120)의 하부면에 구비된 배출구(107)를 통해 스크류 배출기(122)로 이송되어 스크류의 압력을 통해 배출된다.

상기와 같이 합성수지분리장치(120)의 하부면에 구비된 배출수(107)에 연결된 스크류 배출기(122)를 통해 배출되는 폴리염화비닐의 비중은 약 1.16을 나타내기 때문에 상기 제1용매가 증발되고 나면, 상기 합성수지분리장치(120)에 투입되어 있는 온수의 하부면으로 침전되는데, 침전된 폴리염화비닐은 온수와 혼합되어 있는 상태로, 경화가 진행되기 전에 상기 스크류 배출기(122)를 통해 외부로 용이하게 배출될 수 있으며, 배출 후에는 건조 및 경화를 진행하여 재활용이 용이한 펠릿의 형태로 회수하는 것이 바람직하다.

이때, 상기와 같이 스크류 배출기(122)를 통해 외부로 배출된 폴리염화비닐에 함유되어 있던 온수는 상기 합성수지분리장치(120)로 회수하여 재사용하는 것이 바람직하다.

상기 제2폐전선투입단계(S107)는 상기 제1합성수지분리단계(S105)를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선을 회수하여 제2용매가 공급되는 제2용해로(200)에 투입하는 단계로, 이때, 상기 폐전선은 최외층에 피복되어 있던 폴리염화비닐 성분이 제거된 것으로, 심재가 구리로 이루어지고, 상기 심재를 감싸는 제1피복부가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폐전선은 일정한 크기로 절단하거나, 절단하지 않은 폐전선이 모두 사용가능하며, 상기 제2용해로(200)의 크기를 고려하여 폐전선의 크기를 조절하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2용해로(200)에 제1합성수지가 제거된 폐전선을 투입할 때는, 용해물로부터 비철금속과 용해된 합성수지의 분리를 용이하게 하기 위해 폐전선을 상기 제1폐전선투입단계(S101)에서 사용된 것과 동일한 카트리지(10)에 투입하여 사용하는 것이 바람직한데, 상기 카트리지(10)는 녹이 생성되지 않는 재질로 이루어지며, 3 내지 100 메쉬(mesh)의 분리 가능한 망의 형태로 적용되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 망의 형태를 갖는 카트리지(10)에 폐전선을 개재하여 본 발명에 따른 회수방법을 진행하게 되면, 큰 중량의 복합 폐기물을 투입할 수 있고, 반응 후에는 용해로로부터 반응이 완료된 폐전선을 배출하기가 용이하게 된다.

상기 용해로가열단계(S109)는 상기 제2폐전선투입단계(S107)를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선이 투입된 제2용해로(200)에 제2용매를 공급하고 가열하는 단계로, 상기 제2폐전선투입단계(S107)를 통해 제1합성수지가 제거되 폐전선이 투입된 제2용해로(200)에 제2용매를 공급하면서 130 내지 280℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 가열하여 이루어진다.

이때, 상기 제2용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 트리에틸렌글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 제1합성수지 성분이 제거된 폐전선이 완전하게 침지될 수 있도록 상기 폐전선 100 중량부 대비, 200 내지 500 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

상기의 과정으로 이루어지는 용해로가열단계(S109)를 진행하게 되면, 상기 제1합성수지가 제거된 폐전선을 구성하는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 성분의 부피가 팽창하면서 용융된다.

상기 제2합성수지분리단계(S111)는 상기 용해로가열단계(S109)를 통해 부피가 팽창 및 용융된 제2합성수지를 수거하고 세척하는 단계로, 상기 용해로가열단계(S109)를 통해 부피가 팽창 및 용융된 제2합성수지인 폴리에틸렌 또는 폴레프로필렌이 개재된 카트리지(10)를 10 내지 500rpm의 속도로 회전시켜 합성수지 성분의 결합이 끊어지면서 합성수지 성분 외에 비철금속은 침전되고, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 제2합성수지는 상기와 같이 부피가 팽창하고 용융되면서결합이 끊어지기 때문에, 비중이 낮아져 비중차이로 인해 용해로의 상부로 부상하게 되는데, 상기와 같이 용해로의 상부로 부상한 제2합성수지는 수거 후 세척장치로 이송하여 제2용매성분이 제거되도록 온수로 이루어진 세척수로 세척하게 된다. 이때, 상기 세척수는 세척수저장통에서 유수분리 또는 증발기를 통해 제2용매성분과 온수를 분리 후에 재사용 한다.

상기 비철금속회수단계(S113)는 상기 제2합성수지분리단계(S111)를 통해 제2합성수지가 분리된 용해물에서 비철금속을 회수하는 단계로, 상기 제2합성수지분리단계(S111)를 통해 제2용해로(200)의 하부로 침전된 비철금속은 온수로 고압세척하여 비철금속의 표면에 잔존하는 이물질이나, 합성수지 성분 및 용매 성분을 제거하고, 건조하여 회수하게 된다.

이때, 상기 제2합성수지분리단계(S111)를 통해 제2합성수지가 분리된 용해물에는 비철금속 외에도 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 과 같은 제2합성수지 성분 외에, 폐전선의 종류에 따라 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 및 고무 성분 등이 함유될 수 있는데, 상기의 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 및 고무 성분은 상기 제2용매와의 반응성이 높아 쉽게 팽창하지 않기 때문에, 비철금속과 함께 제2용해로(200)의 하부에 침전되게 된다. 상기와 같이 제2용해로(200)의 하부에 침전된 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 및 고부 성분 등은 온수로 세척하여 제2용매성분을 제거한 후에 회수하여 재활용 할 수 있다.

또한, 상기 제1폐전선투입단계(S101) 이전에는 폐전선을 압착하는 폐전선압착단계(S100)가 더 진행될 수 있는데, 폐전선을 압착롤러(1)에 통과시켜 압착하는 단계로 이루어진다.

상기와 같은 과정을 통해 진행되는 폐전선압착단계(S100)가 진행되면, 여러 가닥이 개재된 폐전선의 경우 가닥이 펼쳐지면서 비표면적이 증가하기 때문에, 상기 제1용해로에서 투입되는 제1용매와 반응성 및 반응시간이 향상된다.

이때, 상기 폐전선압착단계(S100)에서 사용되는 상기 압착롤러(1)의 표면은 압착과정에서 폐전선 성분이 롤러에 달라붙지 않도록 이형처리되는 것이 바람직하며, 이형처리는 이형제를 코팅하거나, 아래 도 7에 나타낸 것처럼 압착롤러의 표면에 요철(11)을 형성하는 방법을 이용할 수 있다. 이때, 상기 요철(11)은 톱니형상 및 엠보형상 등과 같은 다양한 형상을 적용할 수 있으며, 상기와 같이 요철이 형성된 롤러의 경우 이형효과 뿐만 아니라, 폐전선의 가닥을 펼치는 압착과정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 압착롤러(1)는 모터에 의해 회전되며, 두 개가 한 쌍을 이루며 회전되는데, 아래 도 7에 나타낸 것처럼 제1압착롤러(1-1)와, 상기 제1압착롤러(1-1)와 소정 간격을 두고 배치된 제2압착롤러(1-2)로 구성되며, 상기와 같이 제1압착롤러(1-1)와 제2압착롤러(1-2)를 한 세트로 하되, 다수의 세트를 포함하여 폐전선이 압착롤러(1)를 여러차례 통과할 수 있도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 비철금속회수단계(S113) 이후에는 상기 비철금속회수단계(S113)를 통해 회수된 비철금속을 곧게 편 후에, 선경(線徑)하는 비철금속가공단계(S115)가 더 진행될 수 있다.

상기 비철금속가공단계(S115)는 상기 비철금속회수단계(S113)를 통해 회수된 비철금속의 상품성과 재활용성을 향상시키기 위해 회수된 비철금속을 직선기 등에 투입하여 곧게 펴서 직선화하고, 직선화된 비철금속을 다이(Die)에 통과시켜 선경하는 과정으로 이루어진다.

더욱 상세하게는, 상기의 비철금속이 동선일 경우에 동선은 여러 가닥이 합본되어 꼬여져서 형성되므로 꼬여진 동선을 해체하는 공정을 진행하고, 개별 가닥으로 분리된 동선은 구부리진 상태기 때문에 상품성과 재활용성을 향상시키기 위해직선기(直線機) 등을 통해 곧게 펴는 과정을 진행하는데, 상기 직선기는 다수 개의 롤러가 구비되어 있으며, 상기 직선기에 구비된 다수의 롤러를 동선이 통과하면서 곧게 펴진다.

또한, 선경은 상기와 같이 직선기를 통과하면서 곧게 펴진 비철금속을 회수된 비철금속 보다 작은 홀이 형성된 다이(die)로 통과시켜 원하는 두께를 갖는 동선으로 가공하는 단계로, 인발기의 일종인 세심기를 사용하여 이루어진다.

상기 세심기는 일반적인 단조기계로 하우징의 중심에 동선을 죄는 2개의 조오가 구성되고 상기 조오의 외측에는 볼이 장착되며, 하우징의 내측면에는 상기 볼을 가압하는 다수 개의 볼이 리테이너에 의해 간격이 조정되어 하우징의 내측면을 따라 회전하도록 구성된다.

따라서, 상기 하우징의 내측면을 따라 회전하는 볼 들에 의해 조오에 장착된 양측 볼이 수축 및 팽창을 반복하게 되고, 이로 인해서 상기 조오도 내측방으로 수축했다가 팽창하는 작동을 반복하게 되기 때문에, 양측 조오 사이로 통과하는 비철금속은 조오에 의해 압축되어 원하는 직경으로 가공되게 된다.

이때, 상기와 같은 과정으로 이루어지는 선경의 과정은 2 내지 3회 반복하여 원하는 직경을 갖는 동선을 제조할 수 있는데, 일 예로 직경이 10mm인 동선을 3mm로 성형하고자 하는 경우에는 7mm로 1차 인발한 후에, 5mm로 2차 인발하고 다시 3mm 3차 인발하는 방법을 적용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과정으로 이루어지는 선경의 과정을 거친 비철금속인 동선은 표면이 이물질로 오염되어 있으므로 염산 100% 원액을 통과시켜 세척시키는 세척과정을 진행하는 것이 바람직하며, 세척이 완료된 비철금속은 건조 후에 보빈에 와인딩하여 보관하는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법 및 장치는 합성수지와 비철금속을 분리 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 성분의 합성수지를 각각 회수하여 상품가치가 높은 상태로 재활용할 수 있다.

S100 ; 폐전선압착단계
S101 ; 제1폐전선투입단계
S103 ; 용해로가열교반단계
S105 ; 제1합성수지분리단계
S107 ; 제2폐전선투입단계
S109 ; 용해로가열단계
S111 ; 제2합성수지분리단계
S113 ; 비철금속회수단계
S115 ; 비철금속가공단계
1 ; 압착롤러
1-1 ; 제1압착롤러
1-2 ; 제2압착롤러
11; 요철
10 ; 카트리지
100 ; 제1용해로
101 ; 연결관 및 압력조절밸브
102 ; 용매 분사기
103 ; 온도계
104 ; 압력계
105 ; 레벨게이지
106 ; 교반기
107 ; 배출구
110 ; 제1용매저장조
120 ; 합성수지분리장치
121 ; 냉각응축기
122 ; 스크류 배출기
200 ; 제2용해로
210 ; 제2용매저장조
300 ; 온수공급장치

Claims

폐전선을 카트리지에 개재하고, 제1용매가 공급되는 제1용해로에 투입하는 제1폐전선투입단계;
상기 제1폐전선투입단계를 통해 폐전선이 투입된 제1용해로에 제1용매를 공급하고 가열하면서 교반하는 용해로가열교반단계;
상기 용해로가열교반단계를 통해 용해된 용해물을 합성수지분리장치로 이송하고 80℃의 온수를 공급하여 제1합성수지와 제1용매로 분리하는 제1합성수지분리단계;
상기 제1합성수지분리단계를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선을 회수하여 제2용매가 공급되는 제2용해로에 투입하는 제2폐전선투입단계;
상기 제2폐전선투입단계를 통해 제1합성수지가 제거된 폐전선이 투입된 제2용해로에 제2용매를 공급하고 가열하는 용해로가열단계;
상기 용해로가열단계를 통해 부피가 팽창된 제2합성수지를 10 내지 500rpm의 속도로 회전시켜 수거하고 세척하는 제2합성수지분리단계; 및
상기 제2합성수지분리단계를 통해 제2합성수지가 분리된 용해물에서 비철금속을 회수하는 비철금속회수단계;로 이루어지며,
상기 제1합성수지분리단계를 통해 분리된 제1합성수지는 상기 합성수지분리장치의 하부로 침전된 후에 상기 합성수지분리장치의 하부면에 구비된 배출구를 통해 스크류 배출기로 이송되어 스크류의 압력을 통해 배출되며, 배출 후에는 건조 및 경화하여 펠릿의 형태로 회수되고,
상기 제1합성수지는 폴리염화비닐이며,
상기 제1용매는 시클로헥산 100 중량부에 메틸이소부틸케톤 100 내지 160 중량부를 혼합하여 이루어지고,
상기 제2용매는 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지며,
상기 제2합성수지분리단계를 통해 부피가 팽창하고 비중이 낮아져 용해로의 상부로 부상한 제2합성수지는 수거 후 세척장치로 이송하여 제2용매성분이 제거되도록 온수로 이루어진 세척수로 세척하여 회수되고,
상기 제1폐전선투입단계 이전에는 폐전선을 압착롤러에 통과시켜 압착하는 폐전선압착단계가 더 진행되며,
상기 비철금속회수단계 이후에는 상기 비철금속회수단계를 통해 회수된 비철금속을 곧게 편 후에, 선경하는 비철금속가공단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 용해로가열교반단계는 40 내지 80℃의 온도에서 5 내지 15분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1합성수지분리단계를 통해 분리된 제1용매는 냉각응축기로 이송되어 액화되고, 용매저장조로 보내져 상기 용해로에서 재사용되는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 용해로가열단계는 130 내지 280℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐전선을 이용한 합성수지와 비철금속의 회수방법.
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