KR102652429B1 - 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘을 제조하는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불화칼슘 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘을 제조하는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조시스템으로서, 슬러지를 투입하는 투입부(1)와; 상기 투입부(1)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조부(2)와; 상기 건조부로(2)로부터 상기 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각부(3)와; 상기 냉각부(3)에서 냉각된 상기 파우더를 배출하는 배출부(5)와; 상기 건조부(2)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거부(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템을 개시한다.
본 발명은, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조시스템으로서, 슬러지를 투입하는 투입부(1)와; 상기 투입부(1)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조부(2)와; 상기 건조부로(2)로부터 상기 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각부(3)와; 상기 냉각부(3)에서 냉각된 상기 파우더를 배출하는 배출부(5)와; 상기 건조부(2)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거부(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 불화칼슘 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘을 제조하는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템에 관한 것이다.
플루오린(F)는, 할로겐족 원소로서 강한 반응성으로 인하여, 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, 기판처리시 식각용액인 BOE(Buffered Oxide Etchant) 등과 같이 플루오린의 사용량 또한, 급증하고 있다.
그런데, 반도체 등의 기판처리 공정을 수행하면서 플루오린 포함 용액이 사용량이 급증하면서, NH3, HF와 같은 플루오린을 포함하는 공정폐수 또한 급증하고 있다.
이에 NH3, HF 등의 독성이 매우 높은 유해물질이 공정폐수 내에 존재하는바, 공정폐수에서 플르오린 등의 유해물질을 제거하는 정화처리 후에 외부로 배출될 필요가 있다.
공정폐수에서 플루오린을 제거하는 정화처리방법으로서 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 원료를 재사용하는데 이점이 있으나, 위험물질인 황산을 추가로 사용함에 따라서 불화수소 추출 후 남은 폐수 및 물질에 대한 재처리의 문제점이 여전히 남는다.
이에 본 출원의 발명자는, 특허문헌 3과 같은 슬러지 재활용시스템을 발명한 바 있다.
한편, 불화수소를 포함하는 공정폐수를 정화처리함에 있어서, 특허문헌 2는, 질산칼슘(Ca(NO3)2)과 같은 칼슘염을 이용하여 암모늄염 용액, 불화칼슘 및 유리산을 1차로 제조 하는 단계, 소석회(Ca(OH)2), 탄산칼슘(CaCO3), 생석회(CaO) 등을 이용하여 유리산 중화 및 불화칼슘을 제조하는 단계 등을 거쳐 질산암모늄(NH4(NO3)2)과 같은 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로 분리하고, 분리된 슬러지를 재활용 가능한 불화칼슘으로 제조하는 불화칼슘 제조방법을 제시하고 있다.
그런데 특허문헌 2는, 분리된 슬러지를 재활용 가능한 불화칼슘으로 제조함에 있어서 가열에 의하여 질산암모늄, 수분 등을 제거함으로써 고순도의 불화칼슘을 제조하는데, 가열과정에서 대표적인 대기오염물질인 질소산화물(N0x)가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 질산암모늄, 불화칼슘, 수분 등이 포함된 슬러지는 점성이 높아 컨베이어 벨트 등을 이용한 대량 이송이 원활하지 못한 문제점이 있다.
(특허문헌 1) KR 10-2018-0064753 A
(특허문헌 2) KR 10-2320475 B1
(특허문헌 3) KR 10-2274386 B1
본 발명의 목적은, 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘으로 재생산함에 있어서, 발생되는 유해물질을 최소화하는 한편, 부산물을 산업용도로 재활용함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조시스템으로서, 슬러지를 투입하는 투입부(1)와; 상기 투입부(1)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조부(2)와; 상기 건조부로(2)로부터 상기 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각부(3)와; 상기 냉각부(3)에서 냉각된 상기 파우더를 배출하는 배출부(5)와; 상기 건조부(2)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거부(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템을 개시한다.
상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)이 될 수 있다.
상기 건조부(2)는, 일단에 상기 투입부(1)로부터 슬러지가 투입되는 투입구(1251)가 구비되고 타단에 건조된 파우더가 낙하되어 배출되는 배출구(1252)를 포함하는 건조실린더(1211)를 포함할 수 있다.
상기 냉각부(3)는 상기 건조부(2)로부터 낙하된 파우더를 1차로 냉각하면서 상기 냉각부(3)로 전달하는 냉각전달부(1300)를 포함할 수 있다.
상기 냉각전달부(1300)는, 일단에 상기 건조부(2)로부터 건조된 파우더가 투입되는 투입구(1311)가 구비되며 타단에 1차로 냉각된 파우더가 낙하되는 배출구(1316)가 구비된 전달실린더(1317)와; 상기 전달실린더(1317)에 설치되어 회전에 의하여 파우더를 상기 투입구(1311)로부터 상기 배출구(1316)로 전달하는 스크류부(1314)와; 상기 전달실린더(1317)를 둘러싸도록 설치되며 내부의 파우더를 냉각하기 위하여 상기 전달실린더(1317)를 냉각시키는 제1냉매가 흐르는 열전달공간(S21)를 형성하는 냉각실린더(1312)를 포함할 수 있다.
상기 스크류부(1314)의 축 내부를 제2냉매가 흐르는 냉매유로가 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조방법으로서, 슬러지를 투입하는 슬러지 투입단계(S10)와; 상기 슬러지 투입단계(S10)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조단계(S20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조방법을 개시한다.
상기 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각단계(S30)와; 상기 냉각단계(S30)에서 냉각된 파우더를 배출하는 배출단계(S32)와; 상기 건조단계(S20)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거단계(S33)를 포함할 수 있다.
상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)이고, 상기 질소 포함가스는, 질산(HNO3) 가스 및 암모니아(NH4) 가스 중 적어도 하나이며, 상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 질소 포함가스를 제거할 수 있다.
상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 질소 포함가스를 질산암모늄 수용액으로 회수할 수 있다.
기존에는 불소를 포함하는 가스, 예를 들면 삼불화질소(NF3) 가스의 제조과정에서 발생되는 공정폐수가 버려져 환경오염은 물론 정화비용이 추가로 소요되었으나, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템은, 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 이점이 있다.
한편, 특허문헌 2와 같이 불화수소(HF)를 포함하는 공정폐수로부터 회수된 슬러지는 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유되며, 슬러지에서 암모늄염 및 수분을 제거하는 과정에서 발생되는 질소산화물과 같은 유해물질이 발생되는 문제점이 있다.
이에 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템은, 슬러지를 건조실린더 내에서 이송하고 슬러지의 이송구간을 따라 가열온도를 제어하여 유해물질의 발생을 방지 내지 최소화하여, 환경오염을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템은, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 포함된 슬러지에서 불화칼슘을 회수하여 제철 및 제강공정 등에서 재활용하고, 더 나아가 질소 포함가스를 질산암모늄 수용액으로 회수하여 비료 등으로 재활용하는 등, 부산물을 산업용도로 재활용함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법의 일예를 보여주는 순서도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조시스템을 보여주는 개념도이다.
도 3은, 도 2의 불화칼슘 제조시스템을 구성하는 건조부의 일예를 보여주는 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는, 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ방향의 단면도의 예들이다.
도 5은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 가열실린더를 펼친 전개도이다.
도 6는, 도 2의 불화칼슘 제조시스템에서 건조부 및 냉각부 사이에서 파우더를 전달하기 위한 냉각전달부의 단면을 보여주는 종단면도이다.
도 7은, 도 6에서 Ⅲ-Ⅲ방향의 단면도이다.
도 8은, 도 2의 제조시스템의 냉각부를 보여주는 측면도이다.
도 9는, 도 2의 불화칼슘제조시스템에서 투입부로부터 건조부로 슬러지가 전달되는 개념을 도시한 개념도이다.
도 10은, 도 9에서 투입부의 일예를 보여주는 평면도이다.
도 11은, 도 10에서 A-A방향의 단면도이다.
도 12는, 도 10의 투입부 중 슬러지를 분쇄하는 분쇄부의 일예를 보여주는 횡단면도이다.
도 13은, 도 10의 투입부 중 분쇄부의 일예를 보여주는 사시도이다.
도 14는, 도 13의 분쇄부의 일부가 분해된 상태의 사시도이다.
도 15는, 도 3에 도시된 건조부의 개념 및 변형례를 보여주는 개념도이다.
도 16은, 도 2의 불화칼슘 제조시스템의 블록성형부의 일예를 보여주는 개념도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조시스템을 보여주는 개념도이다.
도 3은, 도 2의 불화칼슘 제조시스템을 구성하는 건조부의 일예를 보여주는 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는, 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ방향의 단면도의 예들이다.
도 5은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 가열실린더를 펼친 전개도이다.
도 6는, 도 2의 불화칼슘 제조시스템에서 건조부 및 냉각부 사이에서 파우더를 전달하기 위한 냉각전달부의 단면을 보여주는 종단면도이다.
도 7은, 도 6에서 Ⅲ-Ⅲ방향의 단면도이다.
도 8은, 도 2의 제조시스템의 냉각부를 보여주는 측면도이다.
도 9는, 도 2의 불화칼슘제조시스템에서 투입부로부터 건조부로 슬러지가 전달되는 개념을 도시한 개념도이다.
도 10은, 도 9에서 투입부의 일예를 보여주는 평면도이다.
도 11은, 도 10에서 A-A방향의 단면도이다.
도 12는, 도 10의 투입부 중 슬러지를 분쇄하는 분쇄부의 일예를 보여주는 횡단면도이다.
도 13은, 도 10의 투입부 중 분쇄부의 일예를 보여주는 사시도이다.
도 14는, 도 13의 분쇄부의 일부가 분해된 상태의 사시도이다.
도 15는, 도 3에 도시된 건조부의 개념 및 변형례를 보여주는 개념도이다.
도 16은, 도 2의 불화칼슘 제조시스템의 블록성형부의 일예를 보여주는 개념도이다.
이하 본 발명에 따른 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘을 제조하는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용 하기 위한 기술로서, 특허문헌 2 및 3을 개선함에 특징이 있다.
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 특징이 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.
본 발명의 일실시예에 따른 불화칼슘 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조방법으로서, 슬러지를 투입하는 슬러지 투입단계(S10)와; 상기 슬러지 투입단계(S10)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조단계(S20)를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법은, 공정폐수에 대하여 특허문헌 2이 제시한 방법에 의하여, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지를 그 처리 대상으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법은, 특허문헌 2의 S4 단계의 수행에 의하여 분리된 슬러지를 그 대상으로 한다.
상기 특허문헌 2의 S4 단계의 수행에 의하여 분리된 슬러지는, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 상태이다.
특히 상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)이 될 수 있다.
상기 슬러지 투입단계(S10)는, 슬러지를 투입하는 단계로서, 슬러지의 투입방식 및 후술하는 건조부(2)로의 슬러지 전달방식에 따라서 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
상기 건조단계(S20)는, 상기 슬러지 투입단계(S10)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
한편, 건조 대상인 슬러지는, 질산암모늄(NH4(NO3)2)과 같은 암모늄염을 포함하여 건조과정에서 대기오염물질과 같은 유해물질인 질소산화물이 발생될 수 있다.
이에 상기 건조단계(S20)는, 질소산화물이 발생되지 않거나 그 발생을 최소화화여 수행될 필요가 있다.
이에 상기 건조단계(S20)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 건조실린더(1211)를 이용하여 수행함에 있어서, 슬러지가 투입되는 투입구(1251) 및 슬러지가 건조되어 형성된 파우더가 배출되는 배출구(1252)를 기준으로 미리 설정된 2개 이상의 가열구간(T1~T3)을 나누어 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 온도구간(T1~T3)은, 건조실린더(1211) 중 투입구(1251)에 인접하여 설정되는 초기가열구간(T1)과, 배출구(1252)에 인접하여 설정되는 최종가열구간(T3)를 포함할 수 있다.
상기 초기가열구간(T1)은, 건조실린더(1211) 중 투입구(1251)에 인접하여 설정되는 구간으로서, 가열구간(T1~T3)의 수에 따라서 건조실린더(1211)의 길이방향으로 그 길이가 적절히 선택될 수 있다.
특히 상기 초기가열구간(T1)은, 암모늄염 및 수분의 함량이 많음을 고려하여 200℃ 이하의 온도로 유지됨이 바람직하다.
암모늄염 및 수분의 증발을 고려하여, 상기 초기가열구간(T1)은, 암모늄염 및 수분의 함량이 많음을 고려하여 150℃~200℃ 온도로 유지됨이 보다 바람직하다.
상기 150℃~200℃ 온도로 유지되는 경우, 암모늄염, 예를 들면 질산암모늄(NH4(NO3)2)은, 질소산화물의 발생없이 HNO3 및 NH3로 분해될 수 있다.
이에 본 발명은, 상기 150℃~200℃ 온도로 유지되는 초기가열구간(T1)에서 질산암모늄(NH4(NO3)2)인 암모늄염의 대부분을 증발시켜 제거함으로써, 고온 구간인 후술하는 상기 최종가열구간(T3)에서 유해물질인 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있다.
상기 최종가열구간(T3)은, 배출구(1252)에 인접하여 설정되는 구간으로서, 가열구간(T1~T3)의 수에 따라서 건조실린더(1211)의 길이방향으로 그 길이가 적절히 선택될 수 있다.
특히 상기 최종가열구간(T3)은, 암모늄염 및 수분이 초기가열구간(T1)에서 충분히 제거되었음을 고려하여 200℃ 이상의 온도가 바람직하며, 300℃~400℃ 온도로 유지됨이 보다 바람직하다.
상기 300℃~400℃ 온도로 유지되는 경우, 암모늄염, 예를 들면 질산암모늄(NH4(NO3)2)은, NO2, O2, H2O로 분해될 수 있다.
그러나 앞서 설명한 바와 같이, 암모늄염은 초기가열구간(T1), 더 나아가 중간가열구간(T2)에서 충분히 제거되어 질소산화물은 거의 발생되지 않게 된다.
한편, 암모늄염 및 수분의 안정적 제거를 위하여, 상기 온도구간(T1~T3)은, 초기가열구간(T1)의 온도 및 최종가열구간(T3)의 온도 사이의 온도로 유지되는 중간가열구간(T2)가 초기가열구간(T1) 및 최종가열구간(T3) 사이에 하나 이상으로 설정될 수 있다.
상기 중간가열구간(T2)은, 초기가열구간(T1) 및 최종가열구간(T3) 사이에 하나 이상으로 설정되어 초기가열구간(T1)의 온도 및 최종가열구간(T3)의 온도 사이의 온도로 유지되는 구간으로서, 설정온도에 따라서 다양한 설정이 가능하다.
예로서, 상기 중간가열구간(T2)은, 하나로 설정되고 200℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃~300℃의 온도로 유지되는 것이 보다 바람직하다.
상기 200℃~300℃ 온도로 유지되는 경우, 암모늄염, 예를 들면 질산암모늄(NH4(NO3)2)은, N2O(200~230℃의 경우) 및/또는 NO2(230~300℃의 경우), H2O로 분해될 수 있다.
이에 상기 중간가열구간(T2), 특히 중간가열구간(T2) 중 초기가열구간(T1)에 인접한 구간에서는 200~230℃로 유지시켜 유해물질인 NO2의 발생량을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 온도구간(T1~T3)을 초기가열구간(T1), 중간가열구간(T2), 최종가열구간(T3)로 나누어 설정되는 것으로 설명하였으나, 건조실린더(1211) 중 배출구(1252)를 설치된 일단으로부터 타단으로 가면서 온도가 연속적으로 가변하도록 설정될 수 있다.
구체적으로, 상기 건조실린더(1211)는, 배출구(1252) 부근에 설치된 가열부, 예를 들면 버너(1220)에 의하여 가열된 가스가 건조실린더(1211)의 일단으로부터 투입구(1251) 부근에 설치된 증기배출구(1219)가 설치된, 즉 타단으로 흐른다.
즉, 상기 건조실린더(1211)의 일단이 최고온도, 타단이 최저온도로 설정되며, 건조실린더(1211) 내부는 최고온도로부터 최저온도로 연속적으로 변화되게 된다.
이때 상기 최고온도는, 350℃~600℃가 바람직하며, 400℃가 보다 바람직하다.
그리고 상기 최저온도는, 100℃~250℃가 바람직하며, 200℃가 보다 바람직하다.
한편, 상기 건조실린더(1211) 내부에서의 슬러지의 체류시간은 1~3시간으로, 건조속도 및 온도상승 속도를 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 2시간이 가장 바람직하다.
이때 상기 건조실린더(1211)의 타단에서 일단으로 가면서 슬러지가 자연스럽게 이동되도록 일단으로 가면서 하향 경사지게 설치됨이 바람직하며, 경사각도(θ)는 적절히 선택될 수 있으며, 1°~3°가 바람직하며, 1°가 보다 바람직하다.
실시예에 따르면, 건조실린더(1211)의 길이를 18m로 하고, 최고온도, 즉 버너 측 온도는 약 400℃로 하고 버너 측에 대향되는 투입구 측 최저온도를 약 200℃로 하면서 건조실린더(1211) 내 슬러지의 이동속도를 9m/hr로 하였다.
상기와 같은 조건에 따르면, 상기 건조실린더(1211) 내 암모늄염이 HNO3, NH3, N2O로 배출시킴으로써, 유해물질인 질소산화물(NOx)의 발생을 최소화하여 환경오염을 최소화 할 수 있다.
즉, 상기 건조실린더(1211)는, 배출구 측으로부터 투입구 측으로 가면서 온도가 하강하도록 가열하고, 투입구 측에서 상대적으로 저온으로 형성함으로써, 유해물질인 질소산화물(NOx)의 발생을 최소화하면서 HNO3, NH3, N2O로 배출시켜 슬러지 내에 잔존하는 암모늄염, 즉 질산암모늄(NH4(NO3)2)을 제거할 수 있다.
한편, 상기 건조단계(S20)의 수행에 의하여 상기 슬러지를 가열하여 증발된 증기에 질소 포함가스, 특히 질산(HNO3) 가스 및 암모니아(NH4)의 불순물이 포함되는바 이를 제거할 필요가 있다.
이에 상기 건조단계(S20)는, 상기 건조단계(S20)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거단계(S33)를 포함할 수 있다.
상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 건조단계(S20)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
한편, 상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)이고, 상기 질소 포함가스는, 질산(HNO3) 가스 및 암모니아(NH4) 가스 중 적어도 하나이며, 상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 질소 포함가스를 제거할 수 있다.
이때 상기 상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 질소 포함가스를 질산암모늄 수용액으로 회수할 있으며, 회수된 질산암모늄 수용액은 비료의 원료 등으로 재활용될 수 있다.
한편, 상기 건조단계(S20)는, 불화칼슘, 질산암모늄, 수분 등이 함유된 슬러지에서 질산암모늄 및 수분을 제거하여 불화칼슘으로 이루어진 파우더가 결과물로서 형성하여 배출구(1252)를 통하여 배출된다.
이후, 상기 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각단계(S30)와; 상기 냉각단계(S30)에서 냉각된 파우더를 배출하는 배출단계(S32)가 추가로 수행될 수 있다.
상기 냉각단계(S30)는, 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 단계로서, 후술하는 냉각부(3)에 의하여 수행하는 등 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
특히 상기 냉각단계(S30)는, 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시켜 파우더에 잔존하는 불순물을 증기로서 제거할 수 있다.
상기 배출단계(S32)는, 상기 냉각단계(S30)에서 냉각된 파우더를 배출하는 단계로서, 후술하는 블록성형, 포장 등을 위하여 배출하는 단계로서, 파우더의 후속처리에 따라서 다양하게 수행될 수 있다.
한편, 상기 건조단계(S20), 더 나아가 배출단계(S32)의 수행에 의하여 배출된 파우더는, 재활용의 편의를 위하여 블록으로 성형될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법은, 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 불화칼슘성형물을 형성하는 바인더혼합단계(S40)와, 바인더혼합부(200)에 의하여 형성된 불화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 블록형성단계(S50)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 바인더혼합단계(S40)는, 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 공급받아 고형화를 위한 바인더와 혼합하여 불화칼슘성형물을 형성하는 단계로서, 다양한 방법에 의하여 의하여 수행될 수 있다.
상기 블록성형단계(S50)는, 바인더혼합단계(S40)의 수행에 의하여 형성된 불화칼슘성형물을 가열 및 가압에 의하여 다수의 불화칼슘블록을 형성하는 단계로서, 도 16에 도시된 블록성형부(300)에 의하여 수행될 수 있다.
예로서, 상기 블록성형부(300)는, 도 16에 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 바인더혼합단계(S40) 및 상기 블록성형단계(S50)는, 특허문헌 3에 개시된 방법에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 불화칼슘 제조방법은, 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘으로 재생산함에 있어서, 건조실린더(1211)에 대하여 복수의 온도구간을 나누어 설정하여 가열함으로써 질소산화물 등의 유해물질의 생성없이 불화칼슘을 제조할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 불화칼슘 제조시스템에 관하여 상세히 설명한다.
한편, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조시스템은, 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조시스템으로서, 본 발명에 따른 불화칼슘 제조시스템은, 도 3 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 슬러지를 투입하는 투입부(1)와; 상기 투입부(1)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조부(2)와; 상기 건조부로(2)로부터 상기 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각부(3)와; 상기 냉각부(3)에서 냉각된 상기 파우더를 배출하는 배출부(5)와; 상기 건조부(2)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거부(8)를 포함한다.
상기 투입부(1)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 슬러지를 투입하는 구성으로서, 다른 공간에서 형성되어 이송된 슬러지를 전달받아 건조부(2)로 전달하기 위한 구성으로서, 컨베이어 벨트(6) 등으로 구성될 수 있다.
이때 상기 투입부(1)의 일단은, 트럭 등의 슬러지 운반수단에 의하여 적정량의 슬러지를 컨베이어 벨트 상에 낙하되도록 하는 낙하수단이 구비될 수 있다.
그리고 상기 낙하수단(7)은, 슬러지가 컨베이어 벨트(6) 상에 낙하될 때 후술하는 건조부(2)에서의 건조효율을 높이기 위하여 분쇄하여 낙하시킴이 바람직하며, 퍼그밀(pugmil) 등이 사용될 수 있다.
일예로서, 상기 낙하수단(7)은, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 상측이 개방되며 하측에 컨베이어 벨트(6)로 슬러지를 낙하하기 위한 배출구(830)가 형성된 하우징(890)과, 상기 하우징(890)에 설치되어 슬러지를 상기 배출구(830)으로 이송하는 슬러지이송부(810)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(890)은, 상측이 개방되며 하측에 컨베이어 벨트(6)로 슬러지를 낙하하기 위한 배출구(830)가 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다
상기 슬러지이송부(810)는, 상기 하우징(890)에 설치되어 슬러지를 상기 배출구(830)으로 이송하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다
예로서, 상기 슬러지이송부(810)는, 일측에서 상기 배출구(830)으로 이송하도록 회전되는 회전스크류부(812)와, 상기 회전스크류부(812)를 회전구동하기 위한 제1회전구동부(811)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 슬러지이송부(810)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 이송되는 슬러지의 양에 따라서 2개 이상으로 설치될 수 있다.
한편, 상기 슬러지이송부(810)에 의하여 이송된 슬러지는 점성에 의하여 배출구(830)에서 낙하되지 않아 낙하수단(7)의 작동이 원활하지 못하게 되는 문제점이 있다.
이에 상기 낙하수단(7)은, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 배출구(830)에 설치되어 회전에 의하여 슬러지를 하측으로 강제이동하는 하측이송부(822)과, 상기 하측이송부(820)을 회전구동하는 제2회전구동부(821)를 포함하는 강제이송부(820)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 하측이송부(822)는, 상기 배출구(830)에 설치되어 회전에 의하여 슬러지를 하측으로 강제이동하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 하측이송부(822)는, 제2회전구동부(821)에 의하여 회전되는 회전축(822a)과, 상기 회전축(822a)에 결합되어 회전에 의하여 슬러지를 하측으로 이동시키는 다수의 패들부(paddle, 840)을 포함할 수 있다.
여기서 상기 다수의 패들부(840)는, 회전시 슬러지의 점도에 따라서 회전부하가 크게 작용하는바 구조적으로 보강되어야 하며, 회전시 슬러지를 하측으로 이동 가능한 구조를 가짐이 바람직하다.
이에 상기 패들부(840)는, 용접에 의하여 회전축(822a)에 고정결합되는 축고정부(841)와, 상기 축고정부(841)에 결합되며 슬러지 이송효과를 높이기 위하여 1회 이상 절곡된 절곡패들(842)를 포함할 수 있다.
상기 축고정부(841)는, 용접에 의하여 회전축(822a)에 강하게 고정결합되도록 상대적으로 두껍게 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 축고정부(841)는, 절곡패들(842)의 끝단부가 삽입되는 삽입부(845)가 형성되고, 볼트(843)에 의하여 나사결합되도록 나사결합공이 형성되어 볼트(841)에 의하여 절곡패들(842)의 일단이 삽입고정됨으로써, 절곡패들(842)의 끝단부와의 견고한 결합을 이룰 수 있다. 여기서 상기 절곡패들(842)에도 볼트(841)가 삽입되는 볼트삽입공(846)이 형성된다.
한편 상기 절곡패들(842)는, 일단이 상기 축고정부(841)의 삽입부(845)에 삽입되어 고정되고 타단은 절곡됨으로써 슬러지의 이송효과를 극대화할 수 있다.
이때 상기 절곡패들(842)는, 각 위치에 따라서 불규칙적으로 절곡됨으로써 회전에 의한 슬러지 이송효과를 극대화할 수 있다.
상기 건조부(2)는, 상기 투입부(1)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 구성으로, 앞서 설명한 바와 같은 로터리 킬른 등 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 건조부(2)는, 도 3 및 도 15에 도시된 바와 같이, 일단에 상기 투입부(1)로부터 슬러지가 투입되는 투입구(1251)가 구비되고 타단에 건조된 파우더가 낙하되어 배출되는 배출구(1252)를 포함하는 건조실린더(1211)를 포함할 수 있다.
상기 건조실린더(1211)는, 투입된 슬러지가 투입구(1251)로부터 배출구(1252)에 이르는 과정에서 수분 증발을 위하여 충분하게 가열될 수 있는 가열공간(S1)을 형성하며, 다양한 직경 및 길이를 가질 수 있다.
또한, 상기 건조실린더(1211)는, 제조상의 편의를 위하여 복수의 실린더가 연결되어 구성될 수 있다.
그리고 상기 건조실린더(1211)는, 투입된 슬러지의 가열 및 건조를 위하여 복수의 패들부재(1213, 1214)들이 내주면에 설치될 수 있다.
그리고 상기 복수의 패들부재(1213, 1214)들은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 간격을 두고 형성되며, 회전방향을 기준으로 꺾인 구조를 가질 수 있다.
이때 상기 패들부재(1213, 1214)는, 금속재질을 가지는 것이 바람직하며, 도 4a의 구조 및 도 4b의 구조 중 적어도 하나의 구조를 포함하여 구성될 수 있다.
특히 도 4b에 도시된 패들부재(1214)는, 건조실린더(1211)의 내주면에 고정되는 기저부(c)와, 상기 기저부(c)의 양측 중 적어도 일측에서 건조실린더(1211)의 내측으로 돌출된 제1부분(b)과 상기 제1부분(b)으로부터 절곡된 제2부분(a)을 포함할 수 있다.
상기 기저부(c)는, 용접 또는 별도의 고정수단에 의하여 건조실린더(1211)의 내주면에 고정되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 기저부(c)는, 건조실린더(1211)의 내주면에 접하도록 건조실린더(1211)의 내주면의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 것이 바람직하다.
그리고 상기 기저부(c)는, 건조실린더(1211)의 내주면에서의 견고한 결합을 위하여 건조실린더(1211)를 관통하는 볼트결합부(c)가 결합될 수 있다.
한편, 상기 건조실린더(1211)를 관통하는 볼트결합부(c)는, 너트에 의하여 결합되너 건조실린더(1211)에 고정결합될 수 있다.
여기서 상기 볼트결합부(c)가 건조실린더(1211)를 관통할 때 내부의 증기가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 용접 등에 의하여 밀폐됨이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 패들부재(1213, 1214)들은, 도 5에 도시된 바와 같이, 건조실린더(1211)의 길이방향으로 나선방향을 이루도록 건조실린더(1211)의 길이방향, 즉 X축방향으로 사선을 이루어 배치될 수 있다.
한편, 상기 건조실린더(1211)는, 가열 및 회전에 의하여 증발되는 증기를 외부로 배출하기 위한 하나 이상의 증기배출구(1219)들이 연결된다.
상기 증기배출구(1219)는, 배출되는 증기 내에 유해가스가 잔존할 수 있는바, 후술하는 불순물제거부(8)로 배출된다.
여기서 상기 증기배출구(1219)는, 가열방식에 따라서 다양한 구성이 가능하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 건조실린더(1211)의 길이방향을 따라서 복수로 설치될 수 있다.
특히 상기 건조실린더(1211)가 길이방향을 따라서 온도를 가변시켜 가열하는 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 증기배출구(1219)는, 상기 건조실린더(1211) 중 투입구(1251)가 형성된 쪽에만 형성됨이 바람직하다.
한편, 상기 건조부(2)는, 건조실린더(1211)의 가열가스를 공급하기 위한 가열수단을 구비하며, 가열수단은, 가열방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 가열수단은, 일단, 특히 배출구(1252) 측의 일단에 결합되어 고온의 가열가스를 형성하는 버너(1220)를 포함할 수 있다.
상기 버너(1220)는, 연소에 의하여 형성된 고온의 가열가스를 형성하는 구성으로서, LPG 등의 연소가스를 연소시켜 고온의 가열가스-연소가스-를 형성하도록 구성될 수 있다.
한편 상기 버너(1220)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 건조실린더(1211) 내부에서 이동되는 슬러지의 가열효과를 높이기 위하여 가열가스를 상기 건조실린더(1211) 내부로 분사되도록 구성될 수 있다.
상기 버너(1220)에 의한 연소가스를 상기 건조실린더(1211) 내부로 분사되는 경우 보다 높은 온도의 가스를 상기 건조실린더(1211) 내부로 분사할 수 있다.
한편, 상기 버너(1220)에 의한 연소가스의 공급시 온도제어가 어려운바, 상기 버너(1220)에 인접하여 공기를 상기 건조실린더(1211) 내부로 유입시키는 하나 이상의 블로어(1218)이 설치될 수 있다.
상기 블로어(1218)는, 상기 버너(1220)에 인접하여 공기를 상기 건조실린더(1211) 내부로 유입시키는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 건조실린더(1211)는, 외주면에 열을 방열되는 것을 방지하기 위하여 단열재에 의하여 피복될 수 있다.
그리고 상기 건조실린더(1211는, 지지프레임(123))에 사선으로 배치되어 회전에 의하여 슬러지가 투입구(1251)로부터 배출구(1252)로 자연스럽게 이동되도록 설치될 수 있다.
이때 상기 지지프레임(123)은, 건조실린더(1211)를 복수의 롤러(1243)들에 의하여 회전가능하게 지지하며, 건조실린더(1211)의 회전구동을 위한 회전구동부(1240)가 설치될 수 있다.
상기 회전구동부(1240)는, 지지프레임(123)에 설치되어 건조실린더(1211)를 회전시키기 위한 구성으로서, 건조실린더(1211)의 회전구동방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 회전구동부(1240)는, 상기 건조실린더(1211)에 설치된 기어와 기어물림된 구동기어를 회전시키는 구동모터로 구성될 수 있다.
상기 냉각부(3)는, 상기 건조부로(2)로부터 파우더를 전달받아 파우더를 냉각시키는 구성으로, 냉각방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 냉각부(3)는, 앞서 설명한 건조실린더(1211)와 유사하게 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각부(3)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 일단에 상기 건조부(2)에서 건조된 파우더를 전달받아 투입되는 투입구(1411)가 구비되고, 타단에 냉각된 파우더를 배출하는 배출구(1412)가 구비된 냉각실린더(1413)를 포함할 수 있다.
상기 냉각실린더(1413)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 일단에 상기 건조부(2)에서 건조된 파우더를 전달받아 투입되는 투입구(1411)가 구비되고, 타단에 냉각된 파우더를 배출하는 배출구(1412)가 구비되는 구성으로서, 냉각 효율을 높이기 위하여 회전됨이 바람직하며 복수의 패들부재(1417)들이 내주면에 설치되는 것이 보다 바람직하다.
그리고 상기 복수의 패들부재(1417)들은, 원주방향으로 간격을 두고 형성되며, 회전방향을 기준으로 꺾인 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 복수의 패들부재(1417)들은, 도 6에 도시된 바와 유사하게, 냉각실린더(1413)의 길이방향으로 나선방향을 이루도록 도 5에 유사하게, 냉각실린더(1413)의 길이방향으로 사선을 이루어 배치될 수 있다.
한편, 상기 냉각실린더(1413)는, 회전구동부(1416)에 의하여 회전가능하게 지지프레임(1415)에 지지되어 설치될 수 있다.
또한, 상기 냉각실린더(1413)는, 분진음 물론 냉각과정에서도 증기가 배출될 수 있는바, 증기 내에 유해가스가 배출될 수 있는바, 하나 이상의 불순물배출부(1419)가 구비되어 후술하는 불순물제거부(9)로 배출됨이 바람직하다.
한편, 상기 건조부(2)에서 냉각부(3)로 파우더가 전달될 때 파우더가 고온 상태로서 증기가 증발되는 등 유해물질이 외부로 배출되는 문제점이 있다.
이에, 유해물질의 배출을 최소화하기 위하여, 상기 냉각부(3)는 상기 건조부(2)로부터 낙하된 파우더를 1차로 냉각하면서 상기 냉각부(3)로 전달하는 냉각전달부(1300)에 의하여 건조된 파우더를 전달받을 수 있다.
상기 냉각전달부(1300)는, 상기 건조부(2)로부터 낙하된 파우더를 1차로 냉각하면서 상기 냉각부(3)로 전달하는 구성으로서, 전달방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 냉각전달부(1300)는, 일단에 상기 건조부(2)로부터 건조된 파우더가 투입되는 투입구(1311)가 구비되며 타단에 1차로 냉각된 파우더가 낙하되는 배출구(1316)가 구비된 전달실린더(1317)와; 상기 전달실린더(1317)에 설치되어 회전에 의하여 파우더를 상기 투입구(1311)로부터 상기 배출구(1316)로 전달하는 스크류부(1314)와; 상기 전달실린더(1317)를 둘러싸도록 설치되며 내부의 파우더를 냉각하기 위하여 상기 전달실린더(1317)를 냉각시키는 제1냉매가 흐르는 열전달공간(S21)를 형성하는 냉각실린더(1312)를 포함할 수 있다.
상기 전달실린더(1317)는, 일단에 상기 건조부(2)로부터 건조된 파우더가 투입되는 투입구(1311)가 구비되며 타단에 1차로 냉각된 파우더가 낙하되는 배출구(1316)가 구비되는 구성으로서, 상기 건조부(2)로부터 상기 냉각부(3)에 도달할 수 있는 길이의 실린더로 구성될 수 있다.
한편, 상기 전달실린더(1317)는, 냉각과정에서도 분진, 증기 등이 배출될 수 있는바, 배출물질 내에 유해물질이 배출될 수 있는바, 후술하는 불순물제거부(9)로 배출됨이 바람직하다.
상기 스크류부(1314)는, 상기 전달실린더(1317)에 설치되어 회전에 의하여 파우더를 상기 투입구(1311)로부터 상기 배출구(1316)로 전달하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 스크류부(1314)는, 상기 전달실린더(1317)를 관통하는 회전축부재(1314a)와, 회전축부재(1314a)의 외주면에 나선형상으로 형성된 블레이드(1314b)를 포함할 수 있다.
상기 회전축부재(1314a)는, 상기 전달실린더(1317)를 관통하여 설치되어 외측에 설치된 회전구동부(1319)에 의하여 회전되는 회전축부재(1314a)이다.
특히 상기 회전축부재(1314a)는, 전달실린더(1317)를 통과하는 슬러지를 냉각하기 위하여 일단(1315a)에 냉각수와 같은 제2냉매가 유입되고 타단(1315b)에 제2냉매가 배출될 수 있도록 관부재로 구성될 수 있다.
즉, 상기 스크류부(1314)의 축, 즉 상기 회전축부재(1314a)는, 내부가 제2냉매가 흐르는 냉매유로가 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 회전축부재(1314a)는, 전달실린더(1317)가 고정된 상태로 회전될 수 있도록 하나 이상의 베어링부재에 의하여 회전가능하게 지지될 수 있다.
한편, 상기 회전구동부(1319)는, 상기 회전축부재(1314a)를 회전시키는 구성으로서, 회전모터로 구성될 수 있다.
상기 블레이드(1314b)는, 회전축부재(1314a)의 외주면에 나선형상으로 형성되는 구성으로서, 나선 형상 등 다양한 구성이 가능하며 열전달이 용이한 금속재질을 이룸이 바람직하다.
상기 냉각실린더(1312)는, 상기 전달실린더(1317)를 둘러싸도록 설치되며 내부의 파우더를 냉각하기 위하여 상기 전달실린더(1317)를 냉각시키는 물과 같은 제1냉매가 흐르는 열전달공간(S21)를 형성하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
이때 상기 냉각실린더(1312)는, 복수의 브리지(1319)에 의하여 상기 전달실린더(1317)와 연결될 수 있다.
상기 배출부(5)는, 상기 냉각부(3)에서 냉각된 슬러지를 재활용 가능한 형태로 외부로 배출하기 위한 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 배출부(5)는, 상기 냉각부(3)에서 냉각된 슬러지를 컨베이어 벨트 등을 이용하여 호퍼 등에 저장하여 배출할 수 있다.
또한, 상기 배출부(5)는, 상기 냉각부(3)에서 냉각된 슬러지를 컨베이어 벨트 등을 이용하여 미리 설정된 크기의 포대에 담아 배출할 수 있다.
또한, 상기 배출부(5)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 블록형상으로 성형하여 외부로 배출할 수 있다.
한편, 상기 배출부(5)는, 체를 구비하여 미리 설정된 입도 기준으로 외부로 배출될 수도 있다.
상기 불순물제거부(8)는, 상기 건조부(2)에서 발생된 유해물질을 제거한 후 외부로 배출하는 구성으로서, 유해가스 제거방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 불순물제거부(8)는, 유해물질 및 분진을 제거하는 하나 이상의 스크러버(81, 82)와, 상기 스크러버(81, 82)를 거친 배출물질 중 수분을 제거하는 수분제거부(83), 상기 수분제거부(83)에서 회수된 수분이 저장되는 폐수탱크(84)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 냉각부(3) 및 냉각전달부(1300)에서 배출된 기체는, 분진이 포함되는바, 앞서 설명한 불순물제거부(8)를 통과하기 전에 분진을 제거하는 싸이클론(91) 및 집진기(92)를 포함하는 제2의 불순물제거부(9)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
여기서 상기 싸이클론(91) 및 집진기(92)를 거친 기체 내에 유해물질이 포함될 수 있는바 앞서 설명한 스크러버(81, 82)를 거친 후 외부로 배출될 수 있다.
한편 상기 불순물제거부(8)는, 상기 건조부(2)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.
예로서, 상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)이 될 수 있으며, 상기 불순물제거부(8)는, 상기 질소 포함가스를 질산암모늄 수용액으로 회수할 수 있다.
그리고 회수된 질산암모늄 수용액은, 비료의 원료로 재활용될 수 있다.
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.
1 : 투입부 2 : 건조부
3 : 냉각부 4 : 배출부
5 : 불순물제거부
3 : 냉각부 4 : 배출부
5 : 불순물제거부
Claims (19)
- 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조시스템으로서,
슬러지를 투입하는 투입부(1)와;
상기 투입부(1)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조부(2)와;
상기 건조부로(2)로부터 상기 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각부(3)와;
상기 냉각부(3)에서 냉각된 상기 파우더를 배출하는 배출부(5)와;
상기 건조부(2)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거부(8)를 포함하며,
건조실린더(1211)는, 가열 및 회전에 의하여 증발되는 증기를 외부로 배출하기 위한 하나 이상의 증기배출구(1219)들이 연결되며,
상기 증기배출구(1219)는, 상기 불순물제거부(8)와 연결되며,
상기 건조부(2)는,
일단에 상기 투입부(1)로부터 슬러지가 투입되는 투입구(1251)가 구비되고 타단에 건조된 파우더가 낙하되어 배출되는 배출구(1252)를 포함하는 건조실린더(1211)를 포함하며,
상기 건조실린더(1211)는, 상기 투입구(1251) 및 상기 배출구(1252)를 기준으로 미리 설정된 2개 이상의 가열구간(T1~T3)을 가지며,
상기 온도구간(T1~T3)은, 상기 건조실린더(1211) 중 상기 투입구(1251)에 인접하여 설정되는 초기가열구간(T1)과, 상기 배출구(1252)에 인접하여 설정되는 최종가열구간(T3)을 포함하며,
상기 초기가열구간(T1)은, 150℃~200℃ 온도로 유지되며,
상기 최종가열구간(T3)은, 300℃~400℃ 온도로 유지되는 것을 특징으로 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)인 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 냉각부(3)는 상기 건조부(2)로부터 낙하된 파우더를 1차로 냉각하면서 상기 냉각부(3)로 전달하는 냉각전달부(1300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 냉각전달부(1300)는,
일단에 상기 건조부(2)로부터 건조된 파우더가 투입되는 투입구(1311)가 구비되며 타단에 1차로 냉각된 파우더가 낙하되는 배출구(1316)가 구비된 전달실린더(1317)와;
상기 전달실린더(1317)에 설치되어 회전에 의하여 파우더를 상기 투입구(1311)로부터 상기 배출구(1316)로 전달하는 스크류부(1314)와;
상기 전달실린더(1317)를 둘러싸도록 설치되며 내부의 파우더를 냉각하기 위하여 상기 전달실린더(1317)를 냉각시키는 제1냉매가 흐르는 열전달공간(S21)를 형성하는 냉각실린더(1312)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 스크류부(1314)의 축 내부를 제2냉매가 흐르는 냉매유로가 형성된 것을 특징으로 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 건조실린더(1211)는, 타단에서 일단으로 가면서 슬러지가 자연스럽게 이동되도록 일단으로 가면서 하향 경사지게 설치되며, 상기 건조실린더(1211)의 경사각도(θ)는 1°~3°인 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 암모늄염, 불화칼슘 및 수분이 함유된 슬러지로부터 수분 및 암모늄염을 제거하여 불화칼슘을 형성하는 불화칼슘 제조방법으로서,
슬러지를 투입하는 슬러지 투입단계(S10)와;
상기 슬러지 투입단계(S10)로부터 슬러지를 전달받아 가열에 의하여 수분 및 질산암모늄을 제거하여 파우더를 형성하는 건조단계(S20)를 포함하며,
상기 건조단계(S20)는, 건조실린더(1211)를 이용하여 수행하고, 슬러지가 투입되는 투입구(1251) 및 슬러지가 건조되어 형성된 파우더가 배출되는 배출구(1252)를 기준으로 미리 설정된 2개 이상의 가열구간(T1~T3)을 나누어 수행하며,
상기 온도구간(T1~T3)은, 상기 건조실린더(1211) 중 상기 투입구(1251)에 인접하여 설정되는 초기가열구간(T1)과, 상기 배출구(1252)에 인접하여 설정되는 최종가열구간(T3)을 포함하며,
상기 초기가열구간(T1)은, 150℃~200℃ 온도로 유지되며,
상기 최종가열구간(T3)은, 300℃~400℃ 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 건조단계(S20)에서 형성된 파우더를 전달받아 상기 파우더를 냉각시키는 냉각단계(S30)와;
상기 냉각단계(S30)에서 냉각된 파우더를 배출하는 배출단계(S32)와;
상기 건조단계(S20)에서 증발된 증기에서 질소 포함가스를 제거한 후 외부로 배출하는 불순물제거단계(S33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 암모늄염은, 질산암모늄(NH4(NO3)2)이고, 상기 질소 포함가스는, 질산(HNO3) 가스 및 암모니아(NH4) 가스 중 적어도 하나이며,
상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 질소 포함가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 불순물제거단계(S33)는, 상기 질소 포함가스를 질산암모늄 수용액으로 회수하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조방법. - 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 온도구간(T1~T3)은, 상기 초기가열구간(T1)의 온도 및 상기 최종가열구간(T3)의 온도 사이의 온도로 유지되는 중간가열구간(T2)이 상기 초기가열구간(T1) 및 상기 최종가열구간(T3) 사이에 하나 이상으로 설정되며,
상기 중간가열구간(T2)은, 200℃~300℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조방법. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 건조실린더(1211)는, 투입된 슬러지의 가열 및 건조를 위하여 복수의 패들부재(1214)들이 내주면에 설치되며,
상기 복수의 패들부재(1214)들은, 원주방향으로 간격을 두고 형성되며, 회전방향을 기준으로 꺾인 구조를 가지며,
상기 패들부재(1214)는, 상기 건조실린더(1211)의 내주면에 고정되는 기저부(c)와, 상기 기저부(c)의 양측 중 적어도 일측에서 상기 건조실린더(1211)의 내측으로 돌출된 제1부분(b)과 상기 제1부분(b)으로부터 절곡된 제2부분(a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 건조실린더(1211)는, 타단에서 일단으로 가면서 슬러지가 자연스럽게 이동되도록 일단으로 가면서 하향 경사지게 설치되며, 상기 건조실린더(1211)의 경사각도(θ)는 1°~3°인 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 투입부(1)의 일단은, 슬러지 운반수단에 의하여 적정량의 슬러지를 컨베이어 벨트 상에 낙하되도록 하는 낙하수단이 구비되며,
상기 낙하수단(7)은, 상측이 개방되며 하측에 컨베이어 벨트(6)로 슬러지를 낙하하기 위한 배출구(830)가 형성된 하우징(890)과, 상기 하우징(890)에 설치되어 슬러지를 상기 배출구(830)으로 이송하는 슬러지이송부(810)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 14에 있어서,
상기 슬러지이송부(810)는, 일측에서 상기 배출구(830)으로 이송하도록 회전되는 회전스크류부(812)와, 상기 회전스크류부(812)를 회전구동하기 위한 제1회전구동부(811)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 15에 있어서,
상기 낙하수단(7)은,
상기 배출구(830)에 설치되어 회전에 의하여 슬러지를 하측으로 강제이동하는 하측이송부(822)과, 상기 하측이송부(822)을 회전구동하는 제2회전구동부(821)를 포함하는 강제이송부(820)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 16에 있어서,
상기 하측이송부(822)는, 상기 제2회전구동부(821)에 의하여 회전되는 회전축(822a)과, 상기 회전축(822a)에 결합되어 회전에 의하여 슬러지를 하측으로 이동시키는 다수의 패들부(paddle, 840)을 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 17에 있어서,
상기 패들부(840)는, 용접에 의하여 상기 회전축(822a)에 고정결합되는 축고정부(841)와, 상기 축고정부(841)에 결합되며 슬러지 이송효과를 높이기 위하여 1회 이상 절곡된 절곡패들(842)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템. - 청구항 18에 있어서,
상기 축고정부(841)는,
상기 절곡패들(842)의 끝단부가 삽입되는 삽입부(845)가 형성되고, 볼트(843)에 의하여 나사결합되도록 나사결합공이 형성되어 볼트(841)에 의하여 상기 절곡패들(842)의 일단이 삽입고정되는 것을 특징으로 하는 불화칼슘 제조시스템.
Priority Applications (1)
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| KR1020220187571A KR102652429B1 (ko) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘을 제조하는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템 |
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| KR1020220187571A KR102652429B1 (ko) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 암모늄염 및 불화칼슘이 포함된 슬러지로부터 불화칼슘을 제조하는 불화칼슘 제조방법 및 제조시스템 |
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| KR102652429B1 true KR102652429B1 (ko) | 2024-03-28 |
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ID=90482622
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR (1) | KR102652429B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200035072A (ko) * | 2018-01-18 | 2020-04-01 | 아우디 아게 | 내연 기관으로부터의 오염 물질의 활용 |
| KR102274386B1 (ko) * | 2020-09-21 | 2021-07-12 | 주식회사 엠투알 | 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법 |
-
2022
- 2022-12-28 KR KR1020220187571A patent/KR102652429B1/ko active IP Right Grant
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| KR102274386B1 (ko) * | 2020-09-21 | 2021-07-12 | 주식회사 엠투알 | 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법 |
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