KR102274386B1 - 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법 - Google Patents
불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 공정폐수 재활용방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 삼불화질소 가스 제조공정 등에서 발생되는 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성/추출하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법에 관한 것이다.
본 발명은, 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법으로서, 상기 공정폐수 및 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 상기 공정폐수에 포함된 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 금속제거단계와; 상기 금속제거단계에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘을 가하여 불화칼슘포함오니를 형성하는 불화칼슘오니형성단계와; 상기 불화칼슘오니형성단계에 의하여 형성된 불화칼슘포함오니를 분리하여 회수하는 불화칼슘오니회수단계를 포함하는 공정폐수 재활용방법을 개시한다.
본 발명은, 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법으로서, 상기 공정폐수 및 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 상기 공정폐수에 포함된 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 금속제거단계와; 상기 금속제거단계에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘을 가하여 불화칼슘포함오니를 형성하는 불화칼슘오니형성단계와; 상기 불화칼슘오니형성단계에 의하여 형성된 불화칼슘포함오니를 분리하여 회수하는 불화칼슘오니회수단계를 포함하는 공정폐수 재활용방법을 개시한다.
Description
본 발명은 공정폐수 재활용방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 삼불화질소 가스 제조공정 등에서 발생되는 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성/추출하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법에 관한 것이다.
삼불화질소(NF3) 가스는, 반도체, LCD, 태양전지 등의 제조를 위한 제조장비에서 강력한 반응성을 이용하여 세정공정, 기판에칭공정 등 다양한 공정에 사용되고 있다.
특히 4차산업혁명 등에 의하여 반도체, 디스플레이 수요가 급증하고, 대체에너지 수요 증가로 태양전지의 수요가 급증하면서, 삼불화질소(NF3) 가스의 사용량 또한 급증하고 있다.
한편 현재 알려져 있는 삼불화질소(NF3) 제조방법은 무수불산(HF)을 전기분해하여 불소(F2)를 제조하는 불소전기 분해조에 암모니아(NH3) 가스를 첨가하여 불소 가스와 암모니아 가스를 직접 반응시켜서 NF3를 얻는 소위 "전해법"과 불소 가스와 암모니아를 불산과 암모니아의 혼합용액 중에서 습식 반응시켜 NF3 가스를 발생시키고 이 NF3를 분리 정제하여 제조하는 소위 "화학법"이 있다.
상기의 "화학법"은 그 수율이 높지 않기 때문에 다량의 반응 부산물이 공정폐수로로 발생하게 되는 문제점이 있다.
즉, 상기와 같은 삼불화질소(NF3) 제조방법의 수행에 위하여 유해금속 및 미반응 NH3, HF가 포함된 공정폐수가 발생되는 문제점이 있다.
이에 공정폐수 내에 존재하는, 유해금속 및 미반응 NH3, HF는, 독성이 매우 높은 유해물질인바 정화처리 후에 외부로 배출될 필요가 있다.
NF3 제조공정에서 부생되는 공정폐수를 정화처리하는 방법으로서 현재까지 알려져 있는 방법은, 공해물질의 폐기 차원에서 공정폐수을 소석회(Ca(OH)2)나 탄산칼슘(CaCO3)에 흡수시켜 중화처리하고 중화반응 결과 침전물로 얻어지는 형석(CaF2)은, 매립처리하고 암모니아 등이 함유된 상등액은 일반적인 산업폐수 정화장치를 이용하여 폐기 처분하고 있다.
이때 소석회 처리 결과로 얻어지는 형석(CaF2)은, 매우 낮은 용해도를 갖고 있어 매립처리시 토양을 오염시킬 염려가 낮기 때문에 소석회가 많이 이용되고 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 공정폐수 정화처리방법은, 소석회를 매립하는 경우에도 소석회 내에 미량의 불화수소 등의 존재로 여전히 유해물질로 폐기처리가 곤란한 문제점이 있다.
한편 특허문헌 1은, 공정폐수에 수산화칼슘 투입에 의하여 회수된 불화금속염에 황산과 고온으로 반응시켜 불화수소를 수득하여 삼불화질소, 즉 NF3 생산용 원료 재사용에 관한 기술을 제시하고 있다.
그러나 특허문헌 1에 개시된 기술은, 삼불화질소, 즉 NF3 생산용 원료 재사용하는데 이점이 있으나, 위험물질인 황산의 추가 사용함에 따라서 불화수소 추출 후 남은 폐수 및 물질에 대한 재처리의 문제점이 여전히 남는다.
한편 불화수소를 포함하는 가스는, 삼불화질소 제조공정 이외에 반도체 공정에서도 사용되는바, 반도체 공정 수행과정에서도 불화수소를 포함하는 공정폐수가 발생되는바 이에 대한 효율적인 처리를 요한다.
(특허문헌 1) KR10-2018-0064753 A
본 발명의 목적은, 불화수소(HF)를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘으로 재생산함에 있어서, 산업용도로 재활용될 수 있도록 재처리하여 불화수소를 사용하는 가스 제조과정에서 발생되는 유해물질을 최소화하는 한편 부산물을 산업용도로 재활용함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법으로서, 상기 공정폐수 및 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 상기 공정폐수에 포함된 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 금속제거단계와; 상기 금속제거단계에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘을 가하여 불화칼슘포함오니를 형성하는 불화칼슘오니형성단계와; 상기 불화칼슘오니형성단계에 의하여 형성된 불화칼슘포함오니를 분리하여 회수하는 불화칼슘오니회수단계를 포함하는 공정폐수 재활용방법을 개시한다.
본 발명에 따른 공정폐수 재활용방법은, 불화칼슘오니회수단계에 의하여 회수된 불화칼슘오니를 미리 설정된 양의 물에 투입하여 교반하여 혼합하는 불화칼슘교반단계와; 불화칼슘포함오니가 투입된 물에 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 잔류금속제거단계와; 상기 잔류금속제거단계의 수행 후 고액분리에 의하여 불화칼슘포함오니를 추출하여 미리 설정된 수거용기(10)에 수거하는 오니수거단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 공정폐수 재활용방법은, 본 발명에 따른 불화칼슘블록성형방법으로서, 상기 금속제거단계 내지 상기 불화칼슘오니수거단계는, 불화칼슘포함오니 추출라인에서 수행되며, 상기 수거용기(10)로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 가열챔버(100)와, 상기 가열챔버(100)로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합부(200)와, 상기 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록성형부(300)를 포함하는 불화칼슘블록 성형라인에 의하여 수행되며, 상기 불화칼슘블록 성형라인은, 상기 불화칼슘포함오니 추출라인과 공간적으로 분리되며, 상기 오니수거단계에 의하여 불화칼슘포함오니가 담긴 수거용기(10)를 상기 불화칼슘포함오니 추출라인으로부터 상기 불화칼슘블록 성형라인으로 이송하는 이송단계(S310)와; 상기 불화칼슘블록 성형라인으로 이송된 수거용기(10)로부터 상기 가열챔버(100) 내부로 불화칼슘포함오니를 공급하는 오니공급단계(S320)와; 상기 가열챔버(100)를 외부와 격리된 상태로 수거용기(10)로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 가열단계(S330)와; 상기 가열챔버(100)로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합단계(S340)와; 상기 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록성형단계(S350)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법은, 불소를 포함하는 가스, 예를 들면 삼불화질소(NF3) 가스의 제조과정에서 발생되는 공정폐수로부터 불화칼슘으로 재생산함에 있어서, 산업용도, 특히 타 산업용도로 재활용될 수 있도록 재처리하여 삼불화질소(NF3) 가스 제조과정에서 발생되는 유해물질을 최소화하는 한편 부산물을 산업용도로 재활용함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
더 나아가 본 발명에 따른 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법은, 불소를 포함하는 가스를 이용하여 공정을 수행, 예를 들면 반도체 공정에서 발생되는 공정폐수로부터 불화칼슘으로 재생산함에 있어서, 산업용도, 특히 타 산업용도로 재활용될 수 있도록 재처리하여 불소 포함 가스 제조과정에서 발생되는 유해물질을 최소화하는 한편 부산물을 산업용도로 재활용함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는, 도 1의 공정폐수 재활용방법 중 불화칼슘블록성형방법의 수행을 위한 불화칼슘블록 성형라인을 일예를 보여주는 개념도이다.
도 3은, 도 2의 불화칼슘블록 성형라인 중 블록성형부의 일예를 보여주는 개념도이다.
도 4는, 도 2의 불화칼슘블록 성형라인 중 가열챔버의 일예를 보여주는 개념도이다.
도 2는, 도 1의 공정폐수 재활용방법 중 불화칼슘블록성형방법의 수행을 위한 불화칼슘블록 성형라인을 일예를 보여주는 개념도이다.
도 3은, 도 2의 불화칼슘블록 성형라인 중 블록성형부의 일예를 보여주는 개념도이다.
도 4는, 도 2의 불화칼슘블록 성형라인 중 가열챔버의 일예를 보여주는 개념도이다.
이하 본 발명에 따른 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 공정폐수 재활용 방법으로서, 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법으로서, 불화수소를 포함하는 공정폐수는 아래에서 설명하는 삼불화질소(NF3) 가스 제조공정은, 물론 불소를 포함하는 제조공정, 예를 들면 반도체 공정 수행에 따라 발생되는 공정폐수로서, 불화수소를 포함하는 공정폐수이면 모두 적용이 가능하다.
즉, 본 발명의 일 실시예로서, 본 발명은, 불소를 포함하는 가스, 예를 들면 삼불화질소(NF3) 가스 제조공정은 물론 불소를 포함하는 제조공정, 예를 들면 반도체 공정 수행에 따라 발생되는 공정폐수로부터 불화칼슘(CaF2)을 형성하여 산업분야에 재활용할 수 있도록 함에 있다.
특히 상기 불화칼슘(CaF2)은, 제철 및 제강공정에서 강에 함유된 불순물을 제거하는데 사용되는바, 삼불화질소(NF3) 가스 제조공정 등에서 발생된 공정폐수 등, 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘(CaF2)을 형성하여 제철 및 제강공정에 사용하는 경우 삼불화질소(NF3) 가스 제조공정, 반도체 공정 등 불화수소를 포함하는 공정폐수를 발생시키는 제조공정에서 발생되는 유해물질을 최소화하는 한편 부산물을 산업용도로 재활용함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
그러나 삼불화질소(NF3) 가스 제조공정에서 발생된 공정폐수는, 독성이 강한 불화수소(HF)는 물론 Cu, Fe, Ni, Zn 등의 금속물질을 포함하는바 공정폐수로부터 불화칼슘(CaF2)을 형성하는 경우 독성이 강한 불화수소(HF)는 물론 Cu, Fe, Ni, Zn 등의 금속물질이 포함되어 제철 및 제강공정에 사용할 수 없는 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 타 산업용도, 특히 제철 및 제강용도로 사용될 수 있는 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명에 따른 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법은, 공정폐수 및 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 공정폐수에 포함된 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 금속제거단계(S10)와; 금속제거단계(S10)에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 가하여 불화칼슘포함오니를 형성하는 불화칼슘오니형성단계(S20)와; 불화칼슘오니형성단계(S20)에 의하여 형성된 불화칼슘포함오니를 분리하여 회수하는 불화칼슘오니회수단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속제거단계(S10)는, 공정폐수 및 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 공정폐수에 포함된 하나 이상의 금속을 추출, 즉 공지의 유기용매법에 의하여 공정폐수에서 금속물질을 제거하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
여기서 상기 공정폐수는, Cu, Fe, Ni, Zn 등의 금속물질을 포함하는바, 제거될 금속물질의 종류에 적합한 유기용매이 선택되어 사용될 수 있다.
그리고 상기 금속제거단계(S10)는, 제거될 금속물질의 종류가 다양한바 제거될 금속물질의 종류에 대응되는 유기용매를 사용하여, 제거될 금속물질의 숫자에 따라서 복수의 단계를 거쳐 수행될 수 있다.
한편 상기 금속제거단계(S10)는, 최종 불화칼슘이 제철, 제강 제조용으로 사용되는 경우 철성분의 제거가 불필요한바 철(Fe)의 제거단계를 생략할 수 있다.
한편 상기 금속제거단계(S10)는, 유기용매법의 원리에 따라 금속물질이 포함된 유기용매 및 수용액의 분리를 통하여 금속물질이 제거된다.
상기 불화칼슘오니형성단계(S20)는, 금속제거단계(S10)에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 가하여 불화칼슘포함오니를 형성하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
특히 상기 불화칼슘오니형성단계(S20)는, 금속제거단계(S10)에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 가하게 되면 화학반응에 의하여 불화칼슘(CaF2)가 형성하게 된다.
구체적으로, 상기 금속제거단계(S10)에 의하여 금속이 제거된 공정폐수는, 금속물질이 제거되는바, 불화수소 및 암모니아가 용해된 수용액으로 변화된다.
이에 상기 불화칼슘오니형성단계(S20)는, 금속제거단계(S10)에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 가하고, 화학반응에 의하여 불화칼슘(CaF2)가 형성한다.
여기서 수산화 칼슘(Ca(OH)2)의 투입량은, 실험 등을 통하여 공정폐수에 포함된 불화수소의 양에 의하여 결정될 수 있다.
그리고 상기 수산화 칼슘(Ca(OH)2)의 투입 후 교반에 의하여 불화칼슘(CaF2)의 형성을 위한 화학반응을 촉진할 수 있다.
상기 불화칼슘오니회수단계(S30)는, 불화칼슘오니형성단계(S20)에 의하여 형성된 불화칼슘포함오니를 분리하여 회수하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 회수할 수 있다.
예를 들면 상기 불화칼슘오니회수단계(S30)는, 형성된 불화칼슘(CaF2)은 물에 녹지 않은 성질을 이용하여 수행될 수 있으며, 물리적 분리방법으로서 필터부재를 이용하여 분리하거나, 침전 등에 의하여 분리할 수 있다.
한편 상기 금속제거단계(S10) 내지 불화칼슘오니회수단계(S30)를 포함하는 1차 처리단계(S100)의 수행에 의하여 회수되는 불화칼슘오니는, 대량의 공정폐수를 처리함에 따라서 제철, 제강용에 사용되는 정도로 불화수소의 순도가 적합하지 못한 문제점이 있다.
더 나아가 1차 처리단계(S100)의 수행에 의하여 회수되는 불화칼슘오니는, 금속제거단계(S10)에 의하여 해당 금속물질의 충분히 제거되지 못하여 제철, 제강용에 사용되는 경우 불측의 불순물의 추가로 제철, 제강공정의 불량을 야기할 수 있는 문제점이 있다.
더 나아가 상기 금속제거단계(S10) 내지 불화칼슘오니회수단계(S30)를 포함하는 1차 처리단계(S100)의 수행에 의하여 수거되는 불화칼슘오니는, 독성이 강한 불화수소, 유해 금속물질을 여전히 존재하여 폐기물의 재활용 내지 재처리가 불가능한 상태로서 산업적 재활용이 불가능한 문제점이 있다.
이에 본 발명에 따른 재활용방법은, 1차 처리단계(S100), 즉 불화칼슘오니회수단계(S30)에 의하여 회수된 불화칼슘오니를 미리 설정된 양의 물에 투입하여 교반하여 혼합하는 불화칼슘교반단계(S210)와; 불화칼슘포함오니가 투입된 물에 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 잔류금속제거단계(S220)와; 잔류금속제거단계(S230)의 수행 후 고액분리에 의하여 불화칼슘포함오니를 추출하여 미리 설정된 수거용기(10)에 수거하는 오니수거단계(S230)를 포함하는 2차 처리단계(S200)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 불화칼슘교반단계(S210)는, 불화칼슘오니회수단계(S30)에 의하여 회수된 불화칼슘오니를 미리 설정된 양의 물에 투입하여 교반하여 혼합하는 단계로서, 후술하는 잔류금속제거단계(S220)의 수행을 위한 단계이다.
여기서 물의 투입량은, 후술하는 잔류금속제거단계(S220)의 수행이 가능한 정도의 양으로서, 교반에 의하여 불화수소가 용해된 상태가 된다.
상기 잔류금속제거단계(S220)는, 불화칼슘포함오니가 투입된 물에 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
여기서 상기 잔류금속제거단계(S220)는, 앞서 설명한 금속제거단계(S10)와 유사한바 자세한 설명은 생략한다.
다만, 상기 잔류금속제거단계(S220)는, 잔류하는 금속물질이 미량인바 앞서 설명한 금속제거단계(S10)에 비교하여 소량의 유기용매를 사용하여 수행될 수 있다.
한편 상기 잔류금속제거단계(S220)는, 실험 들을 통하여 제철, 제강용으로 사용될 정도의 허용되는 금속함유량 이하로 잔류 금속물질을 제거한다.
상기 오니수거단계(S230)는, 잔류금속제거단계(S230)의 수행 후 고액분리에 의하여 불화칼슘포함오니를 추출하여 미리 설정된 수거용기(10)에 수거하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
여기서 상기 수거용기(10)는, 잔류금속제거단계(S230)의 수행 후 고액분리에 의하여 추출된 불화칼슘포함오니가 담기는 용기로서, 용기 내에는 수분의 완전 제거가 어려운 점을 고려하여 일부 수분이 함유된 상태로 수거한다.
한편 앞서 설명한 바와 같이, 금속제거단계(S10) 내지 불화칼슘오니수거단계(S230), 즉 1차 처리단계(S100) 및 2차 처리단계(S200)는, 그 수행과정에서 독성이 강한 불화수소가 배출되는 등 유해공정을 포함하는바 제한된 공간 내에서 수행될 필요가 있다.
이를 위하여 상기 금속제거단계(S10) 내지 불화칼슘오니수거단계(S230), 즉 1차 처리단계(S100) 및 2차 처리단계(S200)는, 제한된 공간, 예를 들면 그 수행과정에서 배출되는 불화수소가 외부로 누출되는 것을 방지하는 격리된 플랜트 내에서 수행되어야 한다.
즉, 상기 금속제거단계(S10) 내지 불화칼슘오니수거단계(S230), 즉 1차 처리단계(S100) 및 2차 처리단계(S200)는, 불화수소가 외부로 누출되는 것을 방지하는 격리된 플랜트 내에 설정된 불화칼슘포함오니 추출라인에서 수행됨이 바람직하다.
한편 상기 1차 처리단계(S100) 및 2차 처리단계(S200)에 의하여 수거된 불화칼슘오니는, 제철, 제강용에 사용될 수 있을 정도로 적절히 가공될 필요가 있다.
참고로, 제철, 제가용 사용시 불화칼슘이 정량으로 사용될 필요가 있는바, 불화칼슘이 브리켓 등의 소정량의 블록으로 성형되는 것이 바람직하다.
이에 본 발명에 따른 재활용방법은, 불화칼슘블록성형방법으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 수거용기(10)로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 가열챔버(100)와, 가열챔버(100)로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합부(200)와, 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록성형부(300)를 포함하는 불화칼슘블록 성형라인에 의하여 수행될 수 있다.
여기서 상기 불화칼슘블록 성형라인은, 제철, 제강용 등 산업용도로 사용될 수 있도록 블록을 형성하는 라인으로서, 가열챔버(100), 바인더혼합부(200) 및 블록성형부(300)가 적절하게 배치된다.
상기 가열챔버(100)는, 수거용기(10)로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 가열챔버(100)는, 수거용기(10)에 의하여 불화칼슘포함오니가 투입될 수 있도록 도어에 의하여 개폐가능한 투입구가 형성되고, 불순물(HF 및 NH3 및 수분) 제거 후 불화칼슘 분말을 배출하는 배출구가 하측에 형성되는 챔버로 구성될 수 있다.
이때 상기 가열챔버(100)는, 가열시 증발되는 수분 및 불화수소를 회수하기 위하여 밀폐된 상태에서 불순물 제거공정이 수행되며, 증발되는 수분 및 불화수소가 배출되어 회수될 수 있도록 배기구가 결합된다.
상기 배기구는, 증발되는 수분 및 불화수소가 배출되는 배기구로서, 유해물질인 불화수소를 제거하기 위한 스크러버가 결합되는 배기관과 연결된다.
상기 스크러버는, 불화수소를 제거한 후 수증기를 외부로 배출하기 위한 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 가열챔버(100)는, 가열시 불화칼슘이 고화되어 후술하는 블록성형에 방해될 수 있는바, 내부에 교반부가 설치될 수 있다.
상기 교반부는, 축방향의 회전축이 가열챔버(100)에 결합되며 내부에 불화칼슘포함오니가 담긴 상태에서 회전되어 가열시 불화칼슘오니가 분말 상태의 불화칼슘으로 형성할 수 있다.
여기서 불화칼슘의 평균 입도(SIZE)는, 1mm 이하의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
한편 상기 가열챔버(100)는, 불화칼슘포함오니의 투입, 건조 및 배출을 일련의 공정으로 수행할 수 있도록, 로터리 킬른 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 가열챔버(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 수평방향으로 설치되며 일측 상부에 불화칼슘포함오니의 투입을 위한 투입구(111)가 형성되고 하부에 불화칼슘포함오니 배출을 위한 배출구(112)가 형성된 원통형 실린더(110)와, 원통형 실린더(111) 내에 설치되어 회전에 의하여 투입구(111)를 통하여 유입된 불화칼슘포함오니를 배출구(112) 측으로 이동시키는 스크류부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 원통형 실린더(110)는, 수평방향으로 설치되며 일측 상부에 불화칼슘포함오니의 투입을 위한 투입구(111)가 형성되고 하부에 불화칼슘포함오니 배출을 위한 배출구(112)가 형성된 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 원통형 실린더(110)는, 내부에 불화칼슘포함오니가 투입되는 공간을 형성하고 가열을 위한 공간을 형성하는 구성으로서, 투입구(111) 및 배출구(112)의 형성구조에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 투입구(111)를 통하여 불화칼슘포함오니가 투입될 때는 배출구(112)가 폐쇄된 상태를 유지하며, 가열 중에는 배출구(112) 및 투입구(111) 모두 폐쇄되며, 배추 중에는 배출구(112)가 개방되어 불화수소 등이 제거된 불화칼슘포함오니가 외부로 배출될 수 있다.
한편 상기 원통형 실린더(110)는, 내부로 투입된 불화칼슘오함오니에 포함된 수분 및 불화수소를 가열에 의하여 외부로 배출될 수 있도록 외주면에는 가열히터(141)가 설치될 수 있다.
상기 가열히터(141)는, 내부로 투입된 불화칼슘오함오니에 포함된 수분 및 불화수소를 가열에 의하여 외부로 배출될 수 있도록 원통형 실린더(110)의 외주면에 설치되는 구성으로서, 가열방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 가열히터(141)는, 면상발열히터로 구성될 수 있으며, 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 가열히터(141)의 외측에는 단열부재가 설치될 수 있다.
한편 상기 원통형 실린더(110)는, 회전에 의하여 투입구(111)를 통하여 유입된 불화칼슘포함오니를 길이방향으로 이동시키는 스크류부(130)가 길이방향으로 설치될 수 있다.
상기 스크류부(130)는, 회전에 의하여 투입구(111)를 통하여 유입된 불화칼슘포함오니를 길이방향으로 이동시키는 구성으로서, 원통형 실린더(110)의 일단에 외부에 설치된 회전구동부(150)에 의하여 회전되는 구동축부(131) 및 구동축부(131)의 외주면에 설치된 스크류부분(132)를 포함할 수 있다.
한편 상기 원통형 실린더(110)의 내부에 투입된 불화칼슘포함오니의 가열효과를 높이기 위하여, 구동축부(131)의 내측에는 구동축부(131)을 가열시키기 위한 가열수단을 추가로 구비할 수 있다.
상기 가열수단은, 원통형 실린더(110)의 내부에 투입된 불화칼슘포함오니의 가열효과를 높이기 위하여, 구동축부(131)을 가열시키기 구동축부(131)의 내측에 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면 상기 가열수단은, 구동축부(131) 내부에 고온의 유체가 흐르는 유로로서 구성되거나, 내부에 설치된 전기히터로 구성될 수 있다.
한편 상기 원통형 실린더(110)의 내부에서 증발된 기체는, 불화수소 등 유해한 가스를 포함하는바 스크러버(160)를 거처 외부로 배출될 수 있다.
여기서 상기 가열수단이 구동축부(131) 내부에 고온의 유체가 흐르는 유로로서 구성되는 경우 원통형 실린더(110)의 내부에서 증발된 기체를 재유입시켜 원통형 실린더(110)의 내부를 가열하는데 열을 재활용할 수 있다.
그리고 상기 스크러버(160)를 통과한 기체는, 스트레이너를 통하여 수분 제거후 외부로 배출될 수 있다.
상기 바인더혼합부(200)는, 가열챔버(100)로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 바인더혼합부(200)는, 불화칼슘분말 및 바인더가 담기는 용기와, 용기에 설치되어 회전에 의하여 불화칼슘분말 및 바인더를 교반하는 교반부로 구성될 수 있다.
한편 상기 불화칼슘분말과 혼합되는 바인더는, 후술하는 불화칼슘블록이 성형될 정도의 비율로 배합되며, 바인더의 물성은 블록성형단계(S350)의 수행 후 잔류하는 불순물을 최소화할 수 있는 물성을 가짐이 바람직하다.
예로서, 상기 바인더는, 전분이나 녹말가루 타피오카 등 유기질 점결제와 규산소다(Sodium Silicate)나 가성소다(Caustic Soda) 등 무기질 점결제를 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 블록성형부(300)는, 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 블록성형부(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 면접하는 외주면에 다수의 블록성형홈(320)이 형성되며 가열히터가 내장된 한 쌍의 실린더부재(310)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 실린더부재(310)는, 서로 면접하는 외주면에 다수의 블록성형홈(320)이 형성되고, 면접하는 실린더부재(310)의 외주면에 형성된 블록성형홈(320)이 쌍을 이루어 불화칼슘블록을 형성하기 위한 블록형성공간(321)을 형성하는 실린더부재로서, 회전축이 수평을 이루어 설치될 수 있다.
한편 상기 실린더부재(310)는, 블록형성공간(321)을 활용하여 불화칼슘블록을 형성할 수 있도록 적절한 온도로 가열할 수 있는 히터가 내부에 설치된다.
상기 히터는, 블록형성공간(321)을 활용하여 불화칼슘블록을 형성할 수 있도록 적절한 온도로 가열하는 구성으로서, 가열방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 불화칼슘블록 성형라인은, 공정 수행시 불화칼슘포함오니 추출라인에 비하여, 특수처리 없이 외부로 배출되어도 무방한 수준으로 유해물질 배출이 미량인바, 고가의 비용이 투자되는 플랜트의 외부에 설치됨이 바람직하다.
특히 상기 불화칼슘블록 성형라인이 고가의 비용이 투자되는 플랜트 내부에 설치되는 경우 설비비용을 증가시켜 공정폐수의 재처리 비용을 급증시키는데 반하여, 불화칼슘포함오니 추출라인과 분리하여 불화칼슘블록 성형라인을 공간적으로 분리된 별도 공간에 설치함에 따라서 공정폐수의 재처리 비용을 절감할 수 있다.
더 나아가 상기 불화칼슘포함오니 추출라인은, 유해물질이 배출되는 공정을 포함하는바 삼불화수소 제조공정을 수행하는 주체에 의하여 수행되고, 불화칼슘블록 성형라인은, 특수처리 없이 외부로 배출되어도 무방한 수준으로 유해물질 배출이 미량인바, 불화칼슘포함오니 추출라인과 독립적으로 별도의 주체에 의하여 수행될 수 있다.
한편 상기와 같은 구성을 가지는 불화칼슘블록 성형라인은, 도 1에 도시된 바와 같이, 불화칼슘블록성형방법으로서, 오니수거단계(S230)에 의하여 불화칼슘포함오니가 담긴 수거용기(10)를 불화칼슘포함오니 추출라인으로부터 불화칼슘블록 성형라인으로 이송하는 이송단계(S310)와; 불화칼슘블록 성형라인으로 이송된 수거용기(10)로부터 가열챔버(100) 내부로 불화칼슘포함오니를 공급하는 오니공급단계(S320)와; 가열챔버(100)를 외부와 격리된 상태로 수거용기(10)로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 가열단계(S330)와; 가열챔버(100)로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합단계(S340)와; 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록성형단계(S350)를 포함할 수 있다.
상기 이송단계(S310)는, 오니수거단계(S230)에 의하여 불화칼슘포함오니가 담긴 수거용기(10)를 불화칼슘포함오니 추출라인으로부터 불화칼슘블록 성형라인으로 이송하는 단계로서, 불화칼슘포함오니 추출라인 및 불화칼슘블록 성형라인 사이의 위치관계 및 수거용기(10)의 이송방식에 따라서 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
예를 들면 상기 불화칼슘포함오니 추출라인은, 유해물질 배출차단구조가 설치된 플랜트 내에 설치되고, 불화칼슘블록 성형라인은 플랜트 외부에 설치되는바, 이송단계(S310)는, 컨베이어벨트 등을 활용하여 수거용기(10)의 순환구조를 이용하여 수거용기(10)를 이송할 수 있다.
상기 오니공급단계(S320)는, 불화칼슘블록 성형라인으로 이송된 수거용기(10)로부터 가열챔버(100) 내부로 불화칼슘포함오니를 공급하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
예로서, 상기 가열챔버(100)의 상측에 형성된 개폐구를 통하여 수거용기(10)를 부어 가열챔버(100) 내부로 불화칼슘포함오니를 공급할 수 있다.
이때 상기 가열챔버(100)는, 후술하는 가열단계(S330)의 수행시 불화수소가 배출되는 바 밀폐를 의하여 도어의 의하여 투입구가 개폐된다.
상기 가열단계(S330)는, 가열챔버(100)를 외부와 격리된 상태로 수거용기(10)로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
이때 상기 가열챔버의 가열온도는, 불화칼슘포함오니에 포함된 HF 및 NH3 및 수분을 제거하는데 목적이 있는바, 기화점 온도가 NH3 , HF, 수분인 점을 가열하여, 각 기화점 온도를 기준으로 순차적으로 가열하여 NH3 , HF, 수분을 순차적으로 가열할 수 있다.
또한 기화점 온도가 NH3 , HF, 수분 순이고 수분, 즉 물의 기화점이 100℃인 점을 고려하여 100℃ 이상으로 가열하여 NH3 , HF, 수분을 한꺼번에 제거할 수 있다.
상기 바인더혼합단계(S340)는, 가열챔버(100)로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 단계로서, 앞서 설명한 바인더혼합부(200)에 의하여 수행될 수 있다.
상기 블록성형단계(S350)는, 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 단계로서, 앞서 설명한 블록성형부(300)에 의하여 수행될 수 있다.
한편 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은, 앞서 설명한 바와 같이, 불화수소를 포함하는 공정폐수 모두에 적용이 가능하며, 삼불화질소(NF3) 가스 제조공정은 물론 반도체 제조공정에서 발생되는 공정폐수 중 불화수소를 포함하는 공정폐수도 적용이 가능함은 물론이다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 수거용기 100 : 가열챔버
Claims (3)
- 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법으로서,
상기 공정폐수 및 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 상기 공정폐수에 포함된 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 금속제거단계와;
상기 금속제거단계에 의하여 금속이 제거된 공정폐수에 수산화 칼슘을 가하여 불화칼슘포함오니를 형성하는 불화칼슘오니형성단계와;
상기 불화칼슘오니형성단계에 의하여 형성된 불화칼슘포함오니를 분리하여 회수하는 불화칼슘오니회수단계를 포함하는 1차 처리단계와;
상기 불화칼슘오니회수단계에 의하여 회수된 불화칼슘오니를 미리 설정된 양의 물에 투입하여 교반하여 혼합하는 불화칼슘교반단계와;
불화칼슘포함오니가 투입된 물에 미리 설정된 유기용매를 혼합하여 하나 이상의 금속을 추출하여 제거하는 잔류금속제거단계와;
상기 잔류금속제거단계의 수행 후 고액분리에 의하여 불화칼슘포함오니를 추출하여 미리 설정된 수거용기에 수거하는 오니수거단계를 포함하는 2차 처리단계와;
상기 오니수거단계에 의하여 불화칼슘포함오니가 담긴 수거용기로부터 가열챔버 내부로 불화칼슘포함오니를 공급하는 오니공급단계와;
상기 가열챔버를 외부와 격리된 상태로 수거용기로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF, NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 가열단계와;
상기 가열챔버로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합단계와;
상기 바인더혼합단계에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록성형단계를 포함하는 불화칼슘블록 성형단계를 포함하며,
상기 불화칼슘블록 성형단계에 의하여 형성된 다수의 불화칼슘블록들은, 제철 및 제강공정에 사용되며,
상기 금속제거단계 및 상기 잔류금속제거단계는, Cu, Ni 및 Zn을 제거하며,
상기 1차 처리단계 및 상기 2차 처리단계는, 불화칼슘포함오니 추출라인에서 수행되고, 상기 불화칼슘블록 성형단계는, 불화칼슘블록 성형라인에서 수행되며,
상기 불화칼슘블록 성형라인은, 상기 불화칼슘포함오니 추출라인과 공간적으로 분리되며,
상기 불화칼슘포함오니 추출라인은, 불화수소가 외부로 누출되는 것을 방지하는 플랜트 내에 설정되며, 상기 불화칼슘블록 성형라인은, 상기 플랜트 외부에 설정되며,
상기 불화칼슘블록 성형단계는, 상기 오니수거단계에 의하여 불화칼슘포함오니가 담긴 수거용기를 상기 불화칼슘포함오니 추출라인으로부터 상기 불화칼슘블록 성형라인으로 이송하는 이송단계를 포함하며,
상기 불화칼슘블록 성형라인은,
상기 수거용기로부터 공급받은 불화칼슘포함오니를 가열하여 HF 및 NH3 및 수분을 제거하여 불화칼슘분말을 형성하는 가열챔버와,
상기 가열챔버로부터 불화칼슘분말을 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 분화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합부와,
상기 바인더혼합부에 의하여 형성된 분화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록성형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정폐수 재활용방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열챔버는,
상기 수거용기에 의하여 불화칼슘포함오니가 투입될 수 있도록 도어에 의하여 개폐가능한 투입구가 형성되고, HF, NH3 및 수분 제거 후 불화칼슘 분말을 배출하는 배출구가 하측에 형성된 것을 특징으로 하는 공정폐수 재활용방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 가열챔버는, 가열시 불화칼슘이 고화되어 후블록성형에 방해되는 것을 방지하기 위한 교반부가 내부에 설치되며,
상기 교반부는, 축방향의 회전축이 상기 가열챔버에 결합되며 내부에 불화칼슘포함오니가 담긴 상태에서 회전되어 가열시 불화칼슘오니가 분말 상태의 불화칼슘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 공정폐수 재활용방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20150021577A (ko) * | 2012-06-25 | 2015-03-02 | 실리코르 머티리얼즈 인코포레이티드 | 칼슘 플루오라이드의 정제 방법 |
| KR20180064753A (ko) * | 2016-12-06 | 2018-06-15 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 삼불화질소(nf3) 가스 제조 공정의 폐수처리 방법 |
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