KR102115985B1 - 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치 - Google Patents
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Abstract
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐촉매 파우더 및 알칼리제가 포함되는 원료를 투입하기 위해 제공되는 호퍼부; 상기 원료를 소정 위치로 이송하기 위해 제공되며, 일단부가 상기 호퍼부에 연결되는 이송 유닛; 상기 이송 유닛의 타단부에 복수 개가 제공되며, 상기 원료에 열을 가하여 용융액으로 만드는 발열 유닛; 및 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되어 상기 원료를 수용하며, 상기 발열 유닛에 의해 용융된 상기 용융액이 저장되는 용융 유닛;을 포함하고, 상기 용융 유닛은, 상기 원료 및 상기 용융액을 저장 가능하도록 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되는 용탕; 및 상기 용탕에 적어도 한 개 이상 제공되며, 상기 용탕의 상기 용융액에 외부의 기체를 공급하여 상기 용융액을 유동시키는 버블러;를 포함하는, 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐촉매 파우더 및 알칼리제가 포함되는 원료를 투입하기 위해 제공되는 호퍼부; 상기 원료를 소정 위치로 이송하기 위해 제공되며, 일단부가 상기 호퍼부에 연결되는 이송 유닛; 상기 이송 유닛의 타단부에 복수 개가 제공되며, 상기 원료에 열을 가하여 용융액으로 만드는 발열 유닛; 및 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되어 상기 원료를 수용하며, 상기 발열 유닛에 의해 용융된 상기 용융액이 저장되는 용융 유닛;을 포함하고, 상기 용융 유닛은, 상기 원료 및 상기 용융액을 저장 가능하도록 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되는 용탕; 및 상기 용탕에 적어도 한 개 이상 제공되며, 상기 용탕의 상기 용융액에 외부의 기체를 공급하여 상기 용융액을 유동시키는 버블러;를 포함하는, 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치가 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용탕(도가니)의 용융액에 외부 기체를 공급하여 유가금속 성분과 알칼리제의 화학 반응 효율을 높이고 잔류 알칼리제와 CO, CO2 가스의 용존량을 최소화한 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치에 관한 것이다.
일반적으로 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료가 연소될 때 질소산화물(NOx)이 다량 함유되어 있는 연소 가스가 발생하게 된다. 이러한, 질소산화물은 화석연료의 사용량에 따라 그 발생량도 비례적으로 증가하는 바, 미세먼지, 산성비 및 광화학적 스모그 등의 문제를 발생시키는 대표적인 원인으로 지적되고 있다.
이에 따라, 대기 오염물질인 질소산화물의 대기 방출을 감소시키기 위한 목적의 일환으로 탈질 촉매가 사용되고 있는데, 탈질 촉매의 메커니즘은 연소가스에 암모니아(NH3)를 주입해 탈질 촉매가 장착된 SCR(Selective Catalytic Reduction) 반응기에 주입하면, SCR 반응기의 내부에서 NOx와 NH3가 촉매 표면에서 화학 작용하여 질소 분자(N2)와 수증기 분자(H2O)로 환원시켜 상기 질소산화물의 농도를 저감시켜 주는 역할을 수행하게 된다.
상기 SCR 촉매 등의 탈질 촉매는 대략 2만 5천 시간 동안의 사용 연한을 갖는 촉매로서, 현재 탈질 촉매는 화석연료를 사용하는 대부분의 장치에서 대량으로 활용되기 때문에, 일정 사용 연한이 경과하게 되면 다량의 폐탈질 촉매가 발생되고 이는 2차 폐기물이 발생되는 환경적인 문제를 유발하게 된다.
이에, 상기한 바와 같은 환경적 문제가 개선되도록, 최근에는 상기 폐탈질 촉매에 함유된 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V) 등과 같은 고가의 유가 금속을 회수하여 폐탈질 촉매에 의한 2차 폐기물의 환경 오염을 최소화할 수 있는 기술들이 제안되고 있다.
본 발명의 실시예들은, 폐탈질 촉매로부터 유가 금속을 회수하기 위한 목적의 일환으로 폐촉매와 알칼리제가 혼합되어 용융된 용융액에서 유가금속 성분과 알칼리제의 화학 반응 효율을 높이고, 품질을 저해하는 CO, CO2가스 등 기포의 용존량은 최소화하기 위한 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐촉매 파우더 및 알칼리제가 포함되는 원료를 투입하기 위해 제공되는 호퍼부; 상기 원료를 소정 위치로 이송하기 위해 제공되며, 일단부가 상기 호퍼부에 연결되는 이송 유닛; 상기 이송 유닛의 타단부에 복수 개가 제공되며, 상기 원료에 열을 가하여 용융액으로 만드는 발열 유닛; 및 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되어 상기 원료를 수용하며, 상기 발열 유닛에 의해 용융된 상기 용융액이 저장되는 용융 유닛;을 포함하고, 상기 용융 유닛은, 상기 원료 및 상기 용융액을 저장 가능하도록 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되는 용탕; 및 상기 용탕에 적어도 한 개 이상 제공되며, 상기 용탕의 상기 용융액에 외부의 기체를 공급하여 상기 용융액을 유동시키는 버블러;를 포함하는, 폐탈질 촉매 용융장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 발열체는, 상기 용융 유닛의 상방에 제공되며, 상기 용융액의 이동 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 수평 히팅부; 및 상기 용융액이 생성되기 시작하는 상기 용융 유닛의 상류측 상방에 소정 간격 이격되며, 상기 용융 유닛에 대한 높이 방향으로 배치되어 상기 용융 유닛의 상류 측에 열을 제공하는 수직 히팅부;를 포함할 수 있다.
또한 상기 수평 히팅부는, 상기 용융 유닛에 대하여 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수의 층으로 제공될 수 있다.
또한 상기 수평 히팅부는, 상기 복수 층의 수평 히팅부 중에서 상층의 수평 히팅부는 하층의 수평 히팅부 사이에 배치될 수 있다.
또한 상기 버블러는, 상기 용탕의 양측면에 상기 용탕의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공되며, 상기 버블러의 일단부는 상기 용탕의 외부로 노출되고, 상기 버블러의 타단부는 상기 용탕의 상기 용융액 내부에 위치하도록 연장될 수 있다.
또한 상기 버블러는 외부로부터 비활성가스, 산소, 공기 중 적어도 어느 하나를 공급받아 상기 용융액에 제공할 수 있다.
또한 상기 버블러는 상기 용융액으로 공급되는 기체가 가열되도록 예열수단을 포함할 수 있다.
상기 버블러는, 상기 용융액의 유동이 상기 용탕 내에서 서로 충돌하지 않도록 상기 용탕의 양측면에서 서로 마주보지 않고 어긋나게 배치될 수 있다.
또한 상기 용융 유닛은, 상기 이송 유닛의 타단부에서 제일 먼 상기 용탕의 끝단에 제공되어 상기 용융액을 상기 용탕의 외부로 배출시키는 용출구;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 이송 유닛은 상기 호퍼부에 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공되고, 상기 용출구는 상기 용탕의 끝단에 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 의하면, 버블러를 통해 용융액 속으로 소정의 기체를 공급하여 용융액을 강제로 유동시킴에 따라 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 알칼리 합성 반응 효율이 증대되어 용융물이 전체적으로 균일하게 화학 반응할 수 있고, 그 결과 고품질의 균일한 알칼리 화합물을 얻을 수 있으며, 이 유가금속의 회수율 또한 향상시킬 수 있다.
둘째, 용융액에서 유가금속과 알칼리제의 혼합율이 증대되기 때문에 화학 반응에 참여하지 못하고 용융액에 잔존하는 미혼합 잔류 알칼리제의 양을 최소화할 수 있다.
셋째, 원료가 가열에 의해 용융액으로 변화되는 용융액의 생성 초기에 발생하는 다량의 기포 용존량을 감소시켜 용융 효율을 향상시키고 용융액의 흐름성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 "A-A"선을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 "B-B"선을 나타낸 단면도로서, 용탕의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4를 "C" 방향에서 바라본 용탕의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 "A-A"선을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 "B-B"선을 나타낸 단면도로서, 용탕의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4를 "C" 방향에서 바라본 용탕의 측면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐를 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2의 "A-A"선을 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 2의 "B-B"선을 나타낸 단면도로서, 용탕의 구조를 도시한 도면이며, 도 5는 도 4를 "C" 방향에서 바라본 용탕의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치(10)는 호퍼부(100), 이송 유닛(200), 발열 유닛(300) 및 용융 유닛(400)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예가 위에서 나열된 구성들을 포함한다는 의미는 이들 구성으로만 이루어진다는 뜻이 아니라 이들 구성을 기본적으로 포함한다는 뜻으로, 이외에도 다른 구성(예컨대, 용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치에서 널리 알려진 공지기술)을 포함할 수 있다는 의미이지만, 공지기술에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
호퍼부(100)는 폐촉매 파우더 및 알칼리제가 포함된 혼합물 형태의 원료를 투입하기 위해 제공되는 구성이다.
호퍼부(100)에 투입되는 원료 중에서 폐촉매 파우더는 폐탈질 촉매에 함유된 티타늄, 텅스텐, 바나듐과 같은 고가의 유가금속을 용융과 침출 과정을 통해 용이하게 회수할 수 있도록 가루 형태의 미립자로 만든 것을 의미한다.
폐촉매 파우더는 다양한 방법으로 생산할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 의하면 폐탈질 촉매에 소정의 알칼리제를 혼합하고 이를 분쇄기에서 분쇄하는 방법을 통해 생산할 수 있다. 이렇게 미립자 형태로 생산된 원료를 호퍼부(100)에 투입한다.
여기서, 폐탈질 촉매에 함께 혼합되는 알칼리제는 탄산나트륨(Na2CO3)또는 수산화나트륨(NaOH)과 같은 나트륨계 알칼리제가 사용될 수 있으며, 필요에 따라 다른 성분의 알칼리제를 사용할 수 있다.
참고로, 폐탈질 촉매로부터 티타늄, 텅스텐 및 바나듐과 같은 유가금속을 회수할 때 나트륨계 알칼리제와 유가금속 산화물이 반응하여 침출율을 증가시키기 때문에 유가금속의 회수율을 높이기 위해서 알칼리제가 폐탈질 촉매에 혼합될 수 있다.
호퍼부(100)는 상기한 바와 같은 원료의 투입이 용이하도록 상부는 넓고 하부로 갈수록 좁아지는 구조로 제공될 수 있다. 호퍼부(100)의 상부에는 원료가 투입되는 투입구(110)가 형성되고 하부에는 원료가 호퍼부(100)의 외부로 배출되기 위한 토출구(120)가 형성될 수 있다.
또한, 호퍼부(100)는 하나로 제공될 수도 있지만 필요에 따라 복수 개로 구획 분리되는 것도 가능하다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이 상부의 투입구(110)는 하나로 형성될 수 있고, 하부의 토출구(120)는 복수 개로 구획 분리되어 호퍼부(100)에서 배출되는 원료를 균등하게 분배하여 배출할 수 있다. 이에 따라 후술할 용융 유닛(400)에 전달되는 원료의 공급 속도가 증가될 뿐만 아니라 원료가 용융 유닛(400)의 어느 한 지점에 과적되지 않고 균등하게 적재되도록 하여 원료의 용융 성능을 개선할 수 있다.
한편, 이송 유닛(200)은 호퍼부(100)에 저장된 원료를 소정의 위치로 이송하기 위해 제공되는 구성이다. 이송 유닛(200)의 일단부는 호퍼부(100)에 위치하여 호퍼부(100)에서 배출되는 원료를 전달받을 수 있으며, 이송 유닛(200)의 타단부는 원료의 이송이 필요한 지점(예컨대, 용탕의 상류측 상부)까지 연장될 수 있다.
구체적으로, 이송 유닛(200)은 원료의 이송을 위해 도 1에 도시된 바와 같이 동력 발생부(210) 및 피딩 스크류(220)를 포함할 수 있다.
동력 발생부(210)는 피딩 스크류(220)에 회전력을 제공하기 위한 구성으로서, 회전력을 발생시킬 수 있는 엔진이나 구동 모터로 이루어질 수 있고, 필요에 따라 다른 형태의 동력원이 사용되는 것도 가능하다.
피딩 스크류(220)는 동력 발생부(210)에 연결되어 회전 가능하게 구성되며, 회전축과 그 회전축에 나선 방향으로 감긴 베인부를 포함할 수 있다. 피딩스크류(220)는 일반적으로 널리 알려져 있으므로 그 상세 구조에 대한 도면의 도시와 설명은 생략한다.
동력 발생부(210)가 동작하면 피딩 스크류(220)가 회전되면서 피딩 스크류(220) 내의 원료를 소정 위치까지 이송할 수 있다. 이때, 피딩 스크류(220)의 일단부는 호퍼부(100)의 토출구(120)의 하부에 위치되어 호퍼부(100)의 원료를 제공받을 수 있다.
또한, 이송 유닛(200)은 단일 개로 제공될 수도 있으나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 호퍼부(100)에 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공될 수도 있다.
이송 유닛(200)이 복수 개로 제공되면 원료의 이송량을 증가시켜 원료가 용융 유닛(400)에 원활하게 공급되도록 할 수 있으며, 원료가 용융 유닛(400)의 어느 한 지점에 과도하게 쌓이지 않고 균등하게 분배되어 적재되기 때문에 앞에서 설명한 바와 같이 원료의 용융 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 복수의 이송 유닛(200)은 상술한 바와 같이 호퍼부(100)에서 구획 분리된 복수의 토출구(120)에 각각 대응되게 배치되어 원료를 용융 유닛(400)의 복수의 지점까지 복수의 경로로 이송할 수 있다.
발열 유닛(300)은 이송 유닛(200)에 의하여 용융 유닛(400)의 일측에 적재되는 원료에 열을 가하여 이 원료를 용융액으로 만들기 위해 제공되며, 이송 유닛(200)의 타단부에 복수 개가 제공될 수 있다.
구체적으로, 발열 유닛(300)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 발열체(310)를 포함할 수 있다.
발열체(310)는 원료가 용융되는데 필요한 열을 용융 유닛(400) 쪽으로 발산하도록 구성된다. 이에 따라 용융 유닛(400)에 적재된 미립자 형태의 고체 원료가 발열체(310)에 의해 가열되면서 녹아 액상의 용융액으로 상 변화될 수 있다. 이때, 발열체(310)는 용융 유닛(400)에 열을 균일하게 가할 수 있도록 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
원료가 용융되면 원료 속에 포함된 폐촉매 파우더와 알칼리제가 화학 반응하면서 후공정에서 폐촉매 파우더에 함유된 유가금속의 침출이 용이해지기 때문에 유가금속의 회수율을 높일 수 있다.
폐촉매 파우더에 함유된 유가금속 중에서 예컨대, 텅스텐과 바나듐이 알칼리제의 일종인 수산화나트륨과 반응하는 식을 표현하면 아래와 같다.
WO3+2NaOH=Na2WO4(소디움텅스테이트) + 2H2O
V2O5+2NaOH=2NaVO3(소디움바나데이트) + 2H2O
이때, 알칼리제는 수산화나트륨 대신에 필요에 따라 탄산나트륨(Na2CO3)이 사용될 수도 있는 바, 이는 실시자의 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
구체적으로, 발열체(310)는 상기한 유가금속이 함유된 미립자 형태의 원료를 용융액으로 상 변화시키는데 많은 열이 필요하므로, 수평 히팅부(311)와 수직 히팅부(312)를 포함할 수 있다.
수평 히팅부(311)는 용융 유닛(400)의 길이 방향을 따라 열을 용융 유닛(400)에 전체적으로 균일하게 배분하기 위해 용융 유닛(400)의 상방에 소정 간격 이격되게 제공될 수 있다.
이때 수평 히팅부(311)는 용융 유닛(400)(구체적으로, 용탕(410))에 저장되어 어느 일 방향으로 흐르는 용융액의 이동 방향과 동일 방향을 따라 소정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다.
이송 유닛(200)으로부터 낙하하여 용융 유닛(400)에 적재된 미립자 형태의 원료는 발열 유닛(300)에 의해 가열되면서 액상의 용융액으로 변화되기 시작하는데, 이와 같이 용융이 시작되어 용융 유닛(400)(용탕(410))의 일측부(이하, "상류측"이라 한다)에 존재하는 용융액은 용융액의 생성량이 증가함에 따라 용융 유닛(400)의 길이 방향을 따라 흐르면서 이송 유닛(200)에서 멀리 떨어져 있는 용융 유닛(400)의 끝단부(이하, "하류측"이라 한다)로 이동하게 된다.
즉, 용융 유닛(400)의 상류측으로부터 하류측으로 흐르는 용융액은 용융 유닛(400)의 상방에 설치되어 용융액의 이동 방향(구체적으로 용탕(410)의 길이 방향)과 동일한 방향을 따라 배치된 수평 히팅부(311)에 의해 지속적으로 가열되면서 원료 속에 함유된 폐촉매 파우더와 알칼리제의 화학 반응이 촉진될 수 있다.
이때, 수평 히팅부(311)는 도 1에서 보듯이 용융 유닛(400)에 대하여 수평하게 배치되는 발열체(310)가 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수의 층으로 제공될 수 있다. 도 1에서는 수평 히팅부(311)가 상, 하 2층으로 배열된 것으로 도시되었으나, 이는 필요에 따라 증가할 수 있다.
수평 히팅부(311)가 복수의 층으로 제공되는 경우, 상층의 수평 히팅부(311)는 하층의 수평 히팅부(311) 사이에 배치되어 상층의 열이 하층의 수평 히팅부(311)에 의해 차단되지 않고 용융 유닛(400)으로 다량 전달될 수 있도록 한다.
또한, 수직 히팅부(312)는 미립의 원료를 용융액으로 만들기 위해 많은 열을 필요로 하는 용융 유닛(400)의 상류측의 상부에 설치될 수 있는 바, 수직 히팅부(312)는 수평 히팅부(311) 만으로 부족할 수 있는 열원을 추가 공급하기 위해 제공될 수 있다.
용융 유닛(400)의 상류측에 열원의 추가 공급이 필요한 경우, 단순히 수평 히팅부(311)의 밀도와 개수를 증가시키는 방법을 생각할 수 있으나, 용융 유닛(400)의 상류측은 이송 유닛(200)에서 낙하한 미립자의 원료가 적재되는 부위이므로, 이 위치에서 상방으로 비산된 미세 원료 입자 및 분진이 용융 유닛(400)에 대하여 수평 방향으로 놓여 있는 수평 히팅부(311)의 외표면에 쌓여 수평 히팅부(311)의 열 발산율을 저하시킬 수 있다.
이에 용융 유닛(400)의 상류측에는 비산된 미세 원료 입자 및 분진이 쌓이는 것을 최소화할 수 있도록 용융 유닛(400)에 대하여 높이 방향으로 배치되는 수직 히팅부(312)가 제공될 수 있다.
수직 히팅부(312)는 도 1에 도시된 바와 같이 용융액의 생성이 시작되는 용융 유닛(400)의 상류측 상방에 용융 유닛(400)의 폭 방향 및 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
이때, 수직 히팅부(312)는 용융 유닛(400)에서 비산된 미세한 원료 입자 및 분진이 외표면에 쌓이기 어렵도록 수평 히팅부(311)에 교차하는 방향(즉, 용융 유닛(400)에 대한 높이 방향)으로 배치되어 용융 유닛(400)의 상류측에 추가적인 열을 제공할 수 있다.
이와 같이 수직 히팅부(312)는 용융 유닛(400)에 대하여 높이 방향으로 직립하는 구조이기 때문에 수평 히팅부(311)에 비해 비산된 원료 및 분진이 외표면에 쌓이기 어려워 열 발산 효율이 개선될 수 있다. 참고로, 용융 유닛(400)의 상류 측을 벗어나면 원료가 용융액으로 전량 변하므로 이곳에서는 비산되는 물질이 거의 없어 수평 히팅부(311) 만으로도 충분한 열을 제공할 수 있다.
여기서, 수평 히팅부(311)와 수직 히팅부(312)는 고온의 열수를 이용하여 가열될 수도 있고, 열선을 이용한 전기 히터가 사용될 수도 있는 바, 이는 실시자의 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
한편, 용융 유닛(400)은 이송 유닛(200)으로부터 이송되어 낙하하는 원료를 수용하기 위해 이송 유닛(200)의 타단부의 하방에 제공되는 구성이다. 용융 유닛(400)은 이송 유닛(200)에서 낙하한 미립 형태의 원료를 수용할 뿐만 아니라 이 원료가 발열 유닛(300)에 의해 용융되어 생성되는 용융액을 함께 저장할 수 있다.
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면 용융 유닛(400)은 용탕(410) 및 버블러(420)를 포함할 수 있고, 여기에 용출구(411)를 더 포함할 수 있다.
용탕(410)은 원료 및 용융액을 저장할 수 있도록 상부는 개방된 용기 형태로 구성될 수 있으며, 발열 유닛(300)의 하방에 위치될 수 있다. 또한, 용탕(410)은 이송 유닛(200)의 타단부의 하방으로부터 시작하여 이송 유닛(200)에서 멀어지는 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다.
따라서, 용탕(410)은 이송 유닛(200)에서 낙하한 원료를 1차 수용하고, 그 원료가 상방에 있는 발열 유닛(300)에 의해 용융액으로 변화되면 그 용융액을 2차로 저장하며, 이 용융액이 연속적으로 생성되어 다른 곳으로 흐를 수 있도록 이송 유닛(200)의 타단부의 하방(즉, 용탕(410)의 상류측)으로부터 이송 유닛(200)에서 멀어지는 방향을 향해 소정 길이로 연장 형성된다.
한편, 버블러(420)는 용탕(410)에 저장된 용융액에 외부의 기체를 공급하여 용융액을 강제로 유동시키기 위한 구성이다.
고체 상태의 원료(m)가 가열되어 생성된 액상의 용융액(f)에는 상술한 바와 같이 유가금속과 알칼리제가 함께 함유되어 있는데, 용융액(f)의 점성으로 인해 유동성이 떨어지기 때문에 유가금속과 알칼리제는 서로 잘 혼합되지 않아 유가금속의 회수율이 저하될 수 있다.
참고로, 용융액에 함유된 유가금속과 알칼리제는 상대적으로 비중이 큰 유가금속이 용융액의 하부에 분포하고 상대적으로 비중이 작은 알칼리제가 용융액의 상부에 반응이 일어나지 않은 상태로 분포하여 토출되어, 그 비중 차이로 인해 자연적인 혼합이 어려울 수 있다.
이에, 버블러(420)에서 용융액(f) 속으로 소정의 기체를 공급하여 용융액을 강제로 유동시킴에 따라 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 유가금속과 알칼리제의 혼합 효율이 증대되어 용융물이 전체적으로 균일하게 화학 반응할 수 있고, 그 결과 고품질의 유가금속을 얻을 수 있으며, 이 유가금속의 회수율 또한 향상시킬 수 있다.
둘째, 용융액에서 유가금속과 알칼리제의 혼합율이 증대되기 때문에 화학 반응에 참여하지 못하고 용융액에 잔존하는 미혼합 잔류 알칼리제의 양을 최소화할 수 있다.
셋째, 원료가 가열에 의해 용융액으로 변화되는 용융액의 생성 초기에는, 용융액에 다량의 CO 및 CO2를 포함하는 기포가 발생할 수 있는데, 이 기포는 용융 효율(즉, 용융액의 품질과 생산성)을 저해할 뿐만 아니라 용융되더라도 용융액의 흐름성을 저하시킬 수 있는 바, 버블러(420)에 의하여 용융액이 강제 유동됨에 따라 기포의 용융액 내 잔존량이 감소될 수 있다. 이는 탄산수를 막대로 저어주어 탄산수를 강제 유동시키면 탄산수에 잔존하는 탄산가스의 용존량이 감소하는 원리와 동일하다.
상기한 버블러(420)는 용탕(410)에 적어도 한 개 이상 제공될 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 용탕(410)의 양측면에 용탕(410)의 길이 방향(즉, 용융액의 흐름 방향)을 따라 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공될 수 있다.
용탕(410)의 양측면에 제공되는 버블러(420)는 서로 마주보도록 배치될 수도 있다. 또한 기체에 의한 용융액(f)의 유동이 용탕(410) 내에서 서로 충돌하지 않도록 서로 어긋나게 배치될 수도 있는 바, 이는 실시자의 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
여기서, 버블러(420)는 외부의 기체 공급기(421)와 연결 가능하도록 그 일단부는 용탕(410)의 외부로 노출되고, 그 타단부는 용탕(410)에 저장된 용융액(f)의 내부에 위치하도록 길게 연장될 수 있다.
따라서, 용탕(410)의 외부로부터 공급된 기체는 버블러(420)를 통해 용융액 속으로 공급되면서 용융액을 강제 유동시킬 수 있다. 이때, 버블러(420)는 외부로부터 비활성가스(예컨대, 질소), 산소, 공기 중 적어도 어느 하나를 공급받아 소정 압력(예컨대, 2kg/cm2)으로 용융액에 제공할 수 있다. 기체의 공급 압력은 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
또한, 버블러(420)는 상대적으로 온도가 낮은 기체를 고온의 용융액에 공급하기 때문에 상대적 저온의 기체가 상대적으로 고온인 용융액의 온도를 저하시키는 것을 방지하고, 고온의 용융액이 버블러(420)에 응고되어 버블러(420)가 막히는 것을 방지하기 위하여 버블러(420)는 용융액으로 공급되는 기체를 가열시키는 예열수단(422)을 포함할 수 있다.
예열수단(422)은 버블러(420)의 기체 통로(420a)의 외주면에 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 구성될 수 있으며, 예열수단(422)이 외부로 노출되지 않도록 외부커버(420b)에 의해 보호될 수 있다.
예열수단(422)은 열선이 사용될 수 있으며, 버블러(420)의 온도에 따라 동작이 제어될 수 있다. 따라서, 버블러(420)의 온도가 기 설정 온도 이하인 경우 예열수단(422)은 작동되어 버블러(420)를 가열함으로써 용융액 속으로 공급되는 기체를 예열할 수 있고, 용융 공정이 상당히 진행되어 용융액에 의한 열 전도에 의하여 버블러(420)가 가열된 상태에서는 예열수단(422)은 작동을 중지할 수 있다.
또한, 용출구(411)는 이송 유닛(200)의 타단부로부터 제일 먼 용탕(410)의 끝단(용탕(410)의 하류측)에 제공되는 구성으로서, 용출구(411)는 용탕(410)에 저장된 용융액을 용탕(410)의 외부로 배출시키기 위해 제공될 수 있다.
용출구(411)는 필요에 따라 선택적으로 개폐가 조절될 수 있으며, 그 개폐량에 따라 용융액의 용출량이 제어될 수 있다. 또한, 용출구(411)는 도 2에 도시된 바와 같이 용탕(410)에 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수의 용출구(411)는 용탕(410)의 끝단에 용탕(410)의 폭 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 용출구(411)가 복수 개로 제공되면 용융액의 용출 속도가 증가되어 용탕(410) 내에서 용융액의 흐름성이 개선될 수 있다. 또한, 용출구(411)가 복수 개로 제공되면, 용탕(410)에서 용융액이 배출된 후 유가금속의 침출 과정에 필요한 냉각 공정에서 용융액의 온도를 침출에 필요한 소정 온도로 냉각 제어하기 위한 냉각성이 개선될 수 있다.
100 : 호퍼부 110 : 투입구
120 : 토출구 200 : 이송 유닛
210 : 동력 발생부 220 : 피딩 스크류
300 : 발열 유닛 310 : 발열체
311 : 수평 히팅부 312 : 수직 히팅부
400 : 용융 유닛 410 : 용탕
411 : 용출구 420 : 버블러
420a : 기체통로 420b : 외부커버
421 : 기체 공급기 422 : 예열수단
m : 원료 f : 용융액
120 : 토출구 200 : 이송 유닛
210 : 동력 발생부 220 : 피딩 스크류
300 : 발열 유닛 310 : 발열체
311 : 수평 히팅부 312 : 수직 히팅부
400 : 용융 유닛 410 : 용탕
411 : 용출구 420 : 버블러
420a : 기체통로 420b : 외부커버
421 : 기체 공급기 422 : 예열수단
m : 원료 f : 용융액
Claims (10)
- 폐촉매 파우더 및 알칼리제가 포함되는 원료를 투입하기 위해 제공되는 호퍼부;
상기 원료를 소정 위치로 이송하기 위해 제공되며, 일단부가 상기 호퍼부에 연결되는 이송 유닛;
상기 이송 유닛의 타단부에 복수 개가 제공되며, 상기 원료에 열을 가하여 용융액으로 만드는 발열 유닛; 및
상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되어 상기 원료를 수용하며, 상기 발열 유닛에 의해 용융된 상기 용융액이 저장되는 용융 유닛;을 포함하고,
상기 용융 유닛은,
상기 원료 및 상기 용융액을 저장 가능하도록 상기 이송 유닛의 타단부의 하방에 제공되는 용탕; 및
상기 용탕에 적어도 한 개 이상 제공되며, 상기 용탕의 상기 용융액에 외부의 기체를 공급하여 상기 용융액을 유동시키는 버블러;를 포함하며,
상기 발열 유닛은 발열체를 포함하고,
상기 발열체는,
상기 용융 유닛의 상방에 제공되며, 상기 용융액의 이동 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 수평 히팅부; 및
상기 용융액이 생성되기 시작하는 상기 용융 유닛의 상류측 상방에서 상기 용융 유닛의 폭 방향 및 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되어 상기 용융 유닛의 상류 측에 열을 추가로 제공하되, 비산된 미세 원료 입자 및 분진이 외표면에 쌓이는 것이 방지되도록 상기 수평 히팅부와 교차하며 상기 용융 유닛에 대한 높이 방향으로 배치되는 수직 히팅부;를 포함하는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 수평 히팅부는, 상기 용융 유닛에 대하여 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수의 층으로 제공되는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 수평 히팅부는, 상기 복수 층의 수평 히팅부 중에서 상층의 수평 히팅부는 하층의 수평 히팅부 사이에 배치되는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 버블러는, 상기 용탕의 양측면에 상기 용탕의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공되며,
상기 버블러의 일단부는 상기 용탕의 외부로 노출되고, 상기 버블러의 타단부는 상기 용탕의 상기 용융액 내부에 위치하도록 연장되는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 버블러는 외부로부터 비활성가스, 산소, 공기 중 적어도 어느 하나를 공급받아 상기 용융액에 제공하는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 버블러는 상기 용융액으로 공급되는 기체가 가열되도록 예열수단을 포함하는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 버블러는, 상기 용융액의 유동이 상기 용탕 내에서 서로 충돌하지 않도록 상기 용탕의 양측면에서 서로 마주보지 않고 어긋나게 배치되는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 용융 유닛은,
상기 이송 유닛의 타단부에서 제일 먼 상기 용탕의 끝단에 제공되어 상기 용융액을 상기 용탕의 외부로 배출시키는 용출구;를 더 포함하는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 이송 유닛은 상기 호퍼부에 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공되고,
상기 용출구는 상기 용탕의 끝단에 소정 간격 이격되게 복수 개로 제공되는,
용융액의 혼합 성능이 개선된 폐탈질 촉매 용융 장치.
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2019
- 2019-12-10 KR KR1020190164096A patent/KR102115985B1/ko active IP Right Grant
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