KR102658327B1 - 복합 폐기물 소스를 처리하기 위한 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

복합 폐기물 소스를 처리하기 위한 방법, 장치 및 시스템 Download PDF

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Abstract

전자 폐기물과 같은 복합 폐기물 소스를 처리하기 위한 방법, 장치 및 시스템이 개시된다. 복합 폐기물 소스는 플라스틱, 금속 및 세라믹과 같은 낮은 융점 성분, 중간 융점 성분 및 높은 융점 성분을 포함할 수 있다. 낮은 융점 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물은 제1 온도 영역에서 가열된다. 중간 융점 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물은 후속하여 제2 높은 온도 영역에서 가열된다. 적어도 부분적으로 열적으로 변형된 성분 중 적어도 일부는 회수될 수 있다. 개시된 방법, 장치 및 시스템은 물질의 회수 및 재사용을 위해 제공할 수 있으며, 그렇지 않으면 상기 물질은 매립을 위해 보내지거나 소각된다.

Description

복합 폐기물 소스를 처리하기 위한 방법, 장치 및 시스템
본 발명은 복합 폐기물 소스를 처리하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 상기 방법, 장치 및 시스템은 복합 폐기물 소스로부터의 금속 및 금속 합금의 회수에 특히 적용될 수 있으며, 복합 폐기물을 재활용하기 위한 간단한 방법, 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
국제적으로, 전자 제품의 처리에 대한 문제가 증가하고 있다. 텔레비전, 컴퓨터, 태블릿, e-리더 및 모바일(셀)폰과 같은 대부분의 전자 제품은 정기적인 간격으로 그리고 전자 분야에서의 강렬한 마케팅으로 새로운 디자인 및 기술의 출현과 함께 정보 기술의 빠른 채택으로 인해 생산 후 약 3년 이내에 폐기된다. 풍요로운 국가에서 그리고 심지어 개발 도상국에서도 소비자 수요가 높아지기 때문에 전자 업계의 장비 제조 및 판매가 매년 1조 달러에 이르며 해마다 전세계 폐기 장비가 3천-5천만 톤이 된다. 세탁기, 냉장고, 전자 레인지 등과 같은 큰 가정용 전기 제품은 전자 제품보다 수명이 길 수 있지만 재활용하기가 어렵다.
이러한 전자 및 전기 제품(일반적으로 전자 폐기물(e-waste)이라고 함)은 플라스틱, 금속 및 세라믹을 주성분으로 최대 1000개의 다른 물질을 포함할 수 있는 다양한 조성으로 인해 재활용하기가 어렵다. 전자 폐기물은 또한 납, 카드뮴, 안티몬 및 지하수로 침투할 수 있는 난연제와 같은 독성 물질의 존재로 인해 재활용하기가 어렵거나 그렇지 않으면 매립시 처분하기가 어렵다. 또한, 매립시 전자 폐기물에 존재하는 탄소는 메탄 및 이산화탄소와 같은 온실 가스를 포함하는 유해한 부산물의 배출을 초래할 수 있다.
현재 전자 폐기물을 재활용하는 한 가지 방법은 전자 폐기물을 해체 및 파쇄, 분쇄 또는 세절시키고, 밀도 및/또는 자기 분리를 통한 다양한 성분을 분리하는 것과 같은 기계적인 공정을 이용하는 것이다. 이후에 분리된 전자 폐기물은 화학 처리를 거칠 수 있다. 그러나, 전자 폐기물의 복잡성과 광범위하게 다른 조성 때문에 전자 폐기물의 물질 함량이 명확하고 정확하게 알려지지 않았으며 보편적인 재활용 방법이 사용될 수 없다.
현재 전자 폐기물을 재활용하는 다른 방법은 열분해, 수화 및 야금 공정과 같은 열처리를 포함하여 귀금속 또는 구리를 추출하는 화학 및 습식 제련 장치를 사용하는 것이다. 재활용에는 전자 폐기물의 소각, 플라스틱 칩핑 및 용해, 구리 회수를 위한 와이어 연소, 산 및 시안화 염 침출이 포함될 수 있다. 이러한 재활용 공정은 중금속 및 난연제가 있는 먼지 입자를 대기로 방출할 수 있다. 연소 활동에 의해 발생하는 흄(fume), 재 및 입자는 토양, 지하수 및 대기에 다이옥신, 퓨란 및 납과 같은 유독성 오염 물질에 의해 분진을 분해하는 것과 유사하다. 이러한 재활용 방법은 제한적인 성공을 거두었으며, 많은 양의 2차 폐기물을 생산하는 많은 공정 단계를 사용한다.
전자 폐기물은 일반적으로 불순한 폐기물 자원으로 취급되기 때문에, 금속 회수를 위해 광석(최대 10-15%)과 함께 금속 제련소에서 처리된다. 그러나, 전자 폐기물의 대부분의 금속은 이미 정제된 상태로 존재하기 때문에 전자 폐기물의 조성은 일반적인 광석과 현저히 다르다. 광석과 함께 이들 정제된 금속을 재활용하는 것은 이들의 산화 및 후속 제련, 환원 및 정제를 포함한다. 다량의 광석으로부터 원하는 원소를 경제적이고 효율적으로 추출하기 위해 최적화된 종래의 야금 공정은 전자 폐기물 물질을 처리하기에 적합하지 않을 수 있다. 전자 폐기물의 연소는 일반적으로 산화 조건 하에서 수행되어서, 관심 있는 금속에 접근할 수 있도록 하기 위해 플라스틱을 태워 없애고, 이는 슬래그 상(phase)(용융 산화물)에서 금속 성분을 손실시키며, 이후에 회수하기 어렵다.
이트륨, 네오디뮴, 디스프로슘, 란탄 및 세륨과 같은 몇몇 희토류 원소들은 일반적으로 소형 자석, 자기 브레이크, 고성능 배터리, 전기 자동차, 스마트폰 및 LCD 스크린의 형태와 같은 전자 폐기물에 존재한다. 이러한 구성 요소는 유기 바인더와 함께 제 위치에 접착되며 재활용 중에 물리적으로 분리하기가 매우 어렵다. 이러한 가치 있는 원소들은 일반적으로 금속 제련소에서 전자 폐기물을 재활용하는 동안 슬래그 상에서 손실된다. 매우 낮은 농도와 높은 온도가 요구되기 때문에, 이들의 회수는 지금까지 경제적으로 가능하지 않았다.
귀금속 및 기타 금속의 회수가 전자 폐기물을 재활용하는 주요 경제 동력이며, 플라스틱 및 세라믹을 포함하는 비-금속 성분(NMF)들은 연소 또는 매립으로 처리된다. NMF들의 연소는 매우 유독한 가스의 형성을 일으키는 것으로 알려져 있고, 매립은 중금속 및 난연제가 지하수로 침출하여 2차 오염을 일으킬 수 있다. 따라서, 전자 폐기물의 주된 위험 요소 중 하나는 중금속, 잔류성 유기 오염 물질, 난연제 및 기타 잠재적 유해 물질의 존재로 인해 발생한다.
본원 명세서에서 선행 기술에 대한 참조는 선행 기술이 당업자의 통상의 일반적인 지식의 일부를 형성하는 것을 승인하는 것이 아니며 본원 명세서에 개시된 방법, 장치 및 시스템의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
본 발명의 목적은 복합 폐기물 소스를 처리하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
제1 양태에서, 복합 폐기물 소스를 처리하는 방법이 개시된다. 본원 명세서의 문맥에서, "복합 폐기물 소스" 또는 "복합 폐기물"이란 용어는 잠재적으로 플라스틱, 금속, 세라믹 및/또는 기타 미량의 불순물을 포함하는 폐기물 소스를 나타낸다. 이 점에서 플라스틱은, 에폭시 및 페놀 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 고 충격 폴리스티렌(HIPS), 폴리아세테이트(PA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 열경화성 플라스틱 및 기타 중합체를 포함할 수 있다. 금속은, 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 아연 및 철 등과 같은 비금속; 금,은, 팔라듐 및 백금 등과 같은 귀금속; 베릴륨, 탄탈럼 및 인듐 등과 같은 희귀 금속; 이트륨, 디스프로슘, 네오디뮴, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴 등과 같은 희토류 금속; 및 납, 카드뮴 및 안티모니와 같은 독성 중금속을 포함할 수 있다. 세라믹은 실리카, 알루미나 및 산화 납과 같은 산화물; 및 알루미나-실리케이트 등을 포함할 수 있다.
예시적인 복합 폐기물 소스는 소위 전자 폐기물(또는 전자 폐기물(e-waste))을 포함할 수 있으며, 플라스틱, 금속 및 세라믹이 주성분으로 최대 1000개의 상이한 물질을 함유할 수 있다. 이와 같은 전자 폐기물은, 텔레비전, DVD 플레이어 및 증폭기와 같은 소비자/엔터테인먼트 전자 제품; 컴퓨터, 중앙 처리 유닛(CPU), 모니터, 노트북, 키보드, 팩스, 전화기 및 모바일(셀)폰, 프린터 및 복사기(토너 및 카트리지 포함)와 같은 사무실, 정보 및 통신 기술 장비; 냉장고, 세탁기 및 전자 레인지를 포함한 가전 제품; 책상 램프 및 형광등을 포함하는 조명 장치; 전동 드릴과 같은 전동 공구; 운동 기구 및 RC카와 같은 스포츠 및 레저 장비를 포함할 수 있다. 주로 다양한 전기 부품들을 연결하고 유지하는데 사용되는 인쇄 회로 기판(PCB)들은 개시된 방법에 사용하기에 적합한 언급된 전기 제품의 부품 중 하나로서, 본원 명세서에 기재된 바와 같이 이들 전자 폐기물을 복합 폐기물의 소스로 한다. 다양한 전기 및 전자 제품에 존재할 수 있는 스파크 플러그, 트랜지스터 및 캐패시터와 같은 다른 품목도 본원 명세서에 기재된 바와 같이 복합 폐기물 소스로서 사용하기에 적합하다.
이러한 양태에서, 복합 폐기물 소스는 낮은 융점 성분, 중간의 융점 및 높은 융점 성분을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 이와 같은 낮은 융점 성분은 플라스틱을 포함할 수 있고, 또한 납 또는 주석과 같은 낮은 융점 금속을 포함할 수 있다. 중간 융점 성분은 구리, 알루미늄, 아연, 금, 은 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 높은 융점 성분은 실리카 등과 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
상기 방법은 복합 폐기물의 낮은 융점 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 제1 온도 영역에서 가열하는 단계를 포함한다. 이와 관련하여, 낮은 융점 성분은 용융, 합금 형성, 용해 및/또는 상 분리에 의해 열적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 주석 및/또는 납이 존재하면, 이들은 용융되거나 합금을 형성하여 회수될 수 있다. 반면에 플라스틱은 열적으로 파괴가 시작될 수 있다. 본 발명의 방법은 형성된 낮은 융점 성분의 합금을 회수할 수 있다. 합금이 형성되면 나머지 복합 폐기물과 합금은 상 분리된다. 예를 들어, 복합 폐기물 소스는 메쉬 컨베이어 벨트 상에 위치될 수 있고, 낮은 융점 성분의 합금은 예를 들어, 수집기에서의 회수를 위해 메쉬를 관통하여 떨어질 수 있지만, 높은 융점 성분 및 메쉬를 통과하기에 점성이 너무 높은 이들의 성분은 컨베이어 벨트 상부에 남아있게 된다.
상기 방법은 중간 융점 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 제1 온도 영역의 복합 폐기물을 제2 높은 온도 영역에서 가열하는 단계를 포함한다. 금속과 같은 중간 융점 성분은 용융, 합금 형성 및/또는 용해에 의해 적어도 부분적으로 열적으로 변형될 수 있다. 이는 또한 생성된 용융 금속 또는 중간 융점 성분의 금속 합금의 회수를 허용할 수 있다. 예를 들어, 복합 폐기물 소스가 메쉬 컨베이어 벨트 상에 위치될 때, 중간 융점 성분의 합금은 예를 들어, 수집기에서의 회수를 위해 메쉬를 관통하여 떨어질 수 있지만, 높은 융점 성분 및 메쉬를 통과하기에 점성이 너무 높은 이들의 성분은 컨베이어 벨트 상부에 남아있게 된다. 반면에, 플라스틱은 일산화탄소와 수소 및 고체 탄소와 같은 가스로 변하면서 열 변환을 지속할 수 있다. 또한, 복합 폐기물 소스를 제1 온도 영역으로부터 제 2 온도 영역까지 신속하게 가열함으로써, 다이옥신 및 퓨란과 같은 독성 가스의 생성이 최소화될 수 있다. 생성된 독성 가스가 결코 완전히 제거되지는 않을 것이지만, 현재 개시된 방법은 그 생성을 최소화할 수 있다. 또한, 공지된 세정(scrubbing) 또는 포획 기술은 이러한 가스가 환경 또는 대기로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 채용될 수 있다.
높은 융점 성분 중 적어도 일부는 상당히(reasonably) 불활성인 상태로 유지될 수 있다. 이와 관련하여, 실리카 유리 섬유와 같은 고 융점 성분 중 적어도 일부는 상대적으로 불활성 상태로 유지될 수 있고, 메쉬 컨베이어 벨트의 상부에 잔류하게 된다.
상기 방법은 중간 융점 성분의 벌크가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 제2 온도 영역의 복합 폐기물을 제3 높은 온도 영역에서 가열하는 단계를 또한 포함한다. 예를 들어, 제3 온도 영역이 대략 1100℃의 온도에 해당하면, 임의의 남아 있는 구리 용융(구리의 융점은 1085℃임)이 발생한다. 이는 상대적으로 불활성인 실리카 유리 섬유와 같은 높은 융점 성분을 계속 남겨 두게 된다. 상기 유리 섬유는 계속해서 메쉬 컨베이어 벨트의 상부에 남아 있고, 나머지 다른 고체와 함께 수집될 수 있다.
임의의 산화된 구리가 존재하면, 산화된 구리는 CO 및 H2와 같은 가스 및 제2 온도 영역에서 생성된 고체 탄소에 의해 환원될 수 있다.
개시된 방법은 물질의 회수 및 재사용을 허용할 수 있으며, 그렇지 않으면 상기 물질은 매립을 위해 보내지거나 소각된다. 다른 온도-시간 체제에서 중요한 열 변환 단계들에 의해, 전자 폐기물 성분의 단계적인 상 분리, 분배 및 광범위한 복합 폐기물 소스에 대한 고부가 가치 제품의 형성이 개시된다. 이와 관련하여, 전자 폐기물을 포함하는 복합 폐기물의 미세(micro)-재활용 방법이 개시되어 있다. 예를 들어, 중합체 변형 및 주석-납과 같은 낮은 융점 금속 합금의 형성은 제1 온도 영역에서 일어나고, 구리의 용융 및 구리의 원소 용해, 휘발성 및 기체 물질 방출 및 플라스틱의 탄소 형성은 제2 온도 영역에서 일어나며, 예를 들어, 실리카와 같은 상대적으로 높은 융점 성분이 컨베이어 벨트에서 불활성으로 유지되면서 구리의 용융의 완료가 제3 온도 영역(예를 들어, 대략 최대 1250℃)에서 발생한다. 각각의 온도 영역은 해당 온도 구역에 특정한 용융 금속 및 합금을 별도로 포집 및 회수할 수 있게 한다. 이는 벌크 전자 폐기물을 액상에 첨가하거나 충전시키는 현재의 전자 폐기물 재활용 방법론과는 상반된다. 공지된 노(furnace)는 다른 온도 영역에서 점진적으로 금속 및 합금을 회수할 수 있는 능력을 제공하지 않으며, 회수된 금속 및 합금은 구역의 온도 및 그 온도에서 복합 폐기물 소스가 유지되는 시간에 직접적으로 의존한다.
복합 폐기물 소스가 메쉬 컨베이어 벨트 상에 위치될 때, 초 고융점 성분 및 너무 점성이 높아서 메쉬를 통과하지 못하는 성분은 벨트 상에 남아있게 된다. 이러한 성분들은 제2/제3 온도 영역에서 생성된 고체 탄소, 유리 섬유 및 실리카와 알루미나와 같은 산화물을 포함하는 세라믹 및 알루미나-실리케이트 등과 같은 기타 초 고융점 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복합 폐기물 소스가 메쉬 컨베이어 벨트 상에 위치될 때, 낮은 융점 성분 및 중간 융점 성분의 합금은 수집기에서의 회수를 위해 메쉬를 통해 떨어질 수 있지만, 높은 융점 및 초 고융점 성분 및 점성이 너무 커서 메쉬를 통과하지 못하는 성분은 컨베이어 벨트 상부에 계속 남아있게 된다. 또한, 남아 있는 복합 폐기물 소스의 나머지 높은 융점 성분과 초 고융점 성분 및 점성 성분은 추후 처리를 위해 수집 및/또는 회수될 수 있다.
예컨대, 금속이 금속 함유 제품의 제조에 재사용할 수 있도록 추가적인 정제 공정을 수행하는 것과 같이, 수집된 각각의 금속 또는 금속 합금은 금속 등의 사용 가능한 형태를 얻기 위해 추가로 가공될 수 있다.
제2 양태에서, 복합 폐기물을 처리하는 방법이 개시된다. 복합 폐기물은 플라스틱 성분, 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함한다. 상기 방법은 복합 폐기물 내의 플라스틱 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 제1 온도 영역에서 빠르게 가열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 복합 폐기물 내의 금속 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 제2 온도 영역에서 가열하는 단계를 또한 포함한다. 세라믹 성분은 상당히 불활성인 상태로 유지된다.
상기 방법은 복합 폐기물 내의 세라믹 성분이 메쉬 컨베이어 벨트의 상부에서 상당히 불활성인 상태로 유지되는 동안에 적어도 일부 금속 성분의 열 변형이 효과적으로 완료되도록 복합 폐기물을 제3 온도 영역에서 가열하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
플라스틱 성분은 제1 온도 영역에서 열적으로 파괴되기 시작할 수 있고, 제2 및/또는 제3 온도 영역에서 가스 및 고체 탄소로의 열적 변형이 발생한다. 산화된 구리가 존재하는 경우에, 제 2 온도 영역에서 생성된 CO 및 H2와 같은 가스 및 고체 탄소는 산화된 구리의 환원을 도울 수 있다.
금속 성분은 용융, 합금 형성, 용해 및/또는 확산을 통해 열적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 용매로서 구리와 함께 주석, 납 및 니켈과 같은 다양한 금속의 친화성은 추가 정제 및 가공을 위한 농축된 금속 고체 용액으로서의 추출을 위해 이용될 수 있다.
각각의 온도 영역은 해당 온도 구역에 특정한 용융 금속 및 합금을 별도로 포집 및 회수할 수 있게 한다. 이는 단순히 제련 공정에 전자 폐기물을 첨가하는 공지된 기술과는 상반되며, 상기 성분들은 액상의 일부가 된다.
복합 폐기물을 제1 온도 영역으로 신속하게 가열하기 전에, 복합 폐기물은 전-처리 온도 영역으로 예열될 수 있으므로, 낮은 융점 금속 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열 변형되어서 금속 또는 금속 합금이 형성될 수 있다. 이러한 낮은 융점 금속은 납 및 주석을 포함할 수 있다. 다시, 이들 낮은 융점 합금은 다른 생성된 용융 금속 또는 금속 합금에 대해 개별적으로 회수될 수 있다.
전술한 방법들의 다양한 양태에서, 복합 폐기물은 하나 이상의 추가 온도 영역으로 가열될 수 있으며, 상기 온도 영역 각각은 선행 온도 영역보다 온도가 더 높다. 예를 들어, 추가 온도 영역은 전술한 제1 온도 영역, 제2 온도 영역, 제3 온도 영역 또는 전-처리 온도 영역 이전에, 그 사이에 또는 그 후에 포함될 수 있다. 이와 같이, 온도 영역의 온도는 점진적으로 증가한다. 이와 관련하여, 특정 최종 제품이 회피되거나 목표로 될 수 있다. 예를 들어, 상이한/특정 구리 합금 등의 형성은 상이한 온도 영역에서 목표로 될 수 있지만, 상기 영역 내의 온도는 증기화된 납(즉, 1250℃를 초과) 등과 같은 위험한 물질의 생성을 최소화하도록 제어될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 상기 온도 영역 또는 각각의 온도 영역에서 적어도 부분적으로 열적으로 변형된 성분 중 적어도 일부를 수집하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 복합 폐기물이 가열되는 각각의 특정 온도에서 상이한/특정 합금이 회수될 수 있다. 이와 관련하여, 상이한 온도 영역들로부터 점진적으로 금속 및 합금을 회수하는 능력을 제공하지 않는 공지된 방법과 대조적으로, 다양한 합금들의 제어된 회수를 가능하게 하는 방법이 제공되며, 회수된 금속 및 합금들은 상기 영역의 온도 및 해당 온도에서 복합 폐기물 소스가 유지되는 시간에 직접적으로 의존한다.
전술한 방법들의 다양한 양태에서, 복합 폐기물의 가열은 불활성 조건 하에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 복합 폐기물은 가열 단계의 지속 기간 동안 아르곤 또는 다른 불활성 가스로 퍼지된(purge) 노에서 가열될 수 있다. 불활성 조건은 노 내에 존재하는 금속, 희토류 및 합금의 산화를 방지할 수 있으며, 이에 의해 열화, 화학적 변형을 제한하고 귀중한 자원(예컨대, 금속)이 슬래그 상으로 손실되는 것을 현저하게 감소시킨다. 이는 제1 또는 제2 온도 영역에서 생성된 가스 및 고체 탄소의 존재에 의해 추가로 보조될 수 있다.
전술한 방법들의 다양한 양태에서, 복합 폐기물은 가열 이전에 대략적으로 절단, 파쇄 또는 더 작은 조각으로 분해될 수 있다. 이는 완전히 필요하지는 않지만 복합 폐기물을 보다 균일한 방식으로 가열하는데 도움이 될 수 있다. 또한, 컴퓨터 또는 전자 레인지의 하우징과 같은 복합 폐기물의 큰 부분은 별도의 재활용을 위해 먼저 제거되거나 분해될 수 있다. 이러한 방식으로, 전통적으로 재활용하기 어려운 복합 폐기물의 부분(예컨대, 인쇄 회로 기판)은 가치 있는 금속 및 합금의 우선 회수를 위해 분리될 수 있다. 구리선 및 인쇄 회로 기판 상의 반도체와 같은 구성 요소는 신속하게 가열될 수 있는 높은 표면적을 갖는 복합 폐기물 소스를 제공한다.
전술한 방법들의 다양한 양태에서, 복합 폐기물은 가열 이전에 그 성분을 결정하도록 분석될 수 있다. 이와 관련하여, 다양한 성분 및 다양한 성분의 비율이 공지되어 있다면, 선택된 금속 및 합금의 표적화된 회수가 가능할 수 있다. 이는 목표 금속 및 합금, 따라서, 온도 영역 및 가열 시간이 복합 폐기물의 이용 가능한 물질에 기초하여 선택되도록 한다.
전술한 방법들의 다양한 양태에서, 각각의 온도 영역의 온도는 복합 폐기물의 성분 또는 회수 대상 금속 합금에 따라 달라질 수 있다. 유사하게는, 각각의 온도 영역에서 복합 폐기물이 유지되는 시간은 복합 폐기물의 성분에 따라 달라질 수 있다. 이와 관련하여, 복합 폐기물의 성분의 정확한 조성이 알려지지 않았더라도 복합 폐기물의 일반적인 유형이 알려져 있다면, 존재할 수 있는 성분의 유형을 상정하는 것이 여전히 가능할 수 있다. 예를 들어, 복합 폐기물이 단면 인쇄 회로 기판인 경우에, 이는 구형 전자 부품에 사용되었던 구세대 기판이며, 상대적으로 종이가 풍부하다. 반면에, 다층 인쇄 회로 기판은 신세대의 전자 부품에 사용되며, 구세대 기판보다 세라믹 및 중합체가 풍부하다. 이러한 지식은 주어진 방법에서 사용되는 시간 및 온도 특성을 결정하는데 유용할 수 있다.
전술한 방법들의 다양한 양태에서, 복합 폐기물은 미세-재활용 노에서 가열될 수 있다. 상기 온도 영역들은 미세 노의 상이한 구역들일 수 있다. 미세-재활용 노는 급속 가열 능력, 예를 들어, 대략 50-100℃/분 또는 그 이상의 속도로의 가열 능력을 포함할 수 있다. 미세-재활용 노는 또한 노의 상이한 영역을 상이한 온도로 가열하는 능력을 포함할 수 있다. 이는 노 내의 상이한 온도 영역으로부터의 금속 및 금속 합금의 선택적이고 점진적인 제거 및 회수를 가능하게 한다. 미세-재활용 노는 수평 노 또는 수평 튜브 노와 유사할 수 있으며, 예를 들어, 필요시 복합 폐기물을 온도 영역 사이로 이동시킬 수 있는 컨베이어 벨트를 포함할 수 있다. 유사하게는, 수평 또는 다른 적절한 노는 현재 개시된 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
컨베이어 벨트는 바람직하게는 용융된 금속 및/또는 금속 합금의 성분이 예를 들어, 수집기에서의 회수를 위해 메쉬를 통해 떨어지도록 할 수 있는 메쉬 컨베이어 벨트의 형태일 수 있지만, 높은 융점 성분 및 메쉬를 통과하기에 너무 점성이 있는 성분은 컨베이어 벨트의 상부에 남아있게 된다. 컨베이어 벨트는 수동으로 작동되거나 자동화될 수 있다. 미세-재활용 노의 각각의 온도 영역은 상이한 금속 및/또는 금속 합금의 개별적인 회수를 위한 분리된 수집기를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 이러한 미세-재활용 노는 전자 폐기물을 고 부가 가치 금속 및/또는 합금으로 가공하기 위해 국부적으로 배치될 수 있는 상대적으로 소형의 휴대 가능하고 비용 효율적인 노를 제공할 수 있다. 이는 먼 거리로 대량의 복합 폐기물을 대규모의 고비용으로 운송하며, 충분한 양을 회수하지 못할 수 있는 현재의 관행을 피할 수도 있다. 금속 및/또는 합금은 틈새 시장이므로, 소규모로 금속 및/또는 합금을 재활용 및 회수할 수 있어서, 고 부가 가치 제품, 전자 폐기물의 적당한 양은 경제적으로 실용적이다.
또한, 현재 개시된 방법은 사용 가능한 노 구조 및 다른 경제적 실행 가능성 요소에 따라 단지 하나 이상의 금속 또는 금속 합금을 회수하도록 구성될 수 있음을 알아야 한다.
다른 양태에서, 복합 폐기물 소스로부터 금속 합금을 생성하는 방법이 개시된다. 복합 폐기물 소스는 플라스틱 성분, 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함한다. 상기 방법은, 복합 폐기물의 적어도 일부 플라스틱 성분이 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 제1 온도 영역에서 신속하게 가열하는 단계 및 복합 폐기물의 적어도 일부 금속 성분이 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 제2 온도 영역에서 가열하는 단계를 포함하는 다-단계 가열 공정을 포함한다. 상기 양태에서, 금속 성분 중 일부는 하나 이상의 금속 합금으로 변형될 수 있다.
일 형태에서, 복합 폐기물 소스의 금속 성분이 구리를 포함할 때, 생성된 금속 합금은 구리-기반 금속 합금일 수 있다. 상기 방법은 복합 폐기물의 남아 있는 구리가 용융되고, 세라믹 성분이 상당히 불활성인 상태로 유지되도록 복합 폐기물을 제3 온도 영역에서 가열하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
플라스틱 성분은 가스 및 고체 탄소로 열적으로 변형될 수 있으며, 제2 및/또는 제3 온도 영역에서 구리 산화물과 같은 산화물의 환원을 촉진시키는데 도움을 줄 수 있다.
복합 폐기물을 제1 온도 영역에서 신속하게 가열하기 전에, 복합 폐기물은 전-처리 온도 영역에서 예열될 수 있으므로, 금속 또는 금속 합금을 형성하도록 낮은 융점 금속이 용융된다. 이러한 낮은 융점 금속은 납 및 주석을 포함할 수 있다. 다시, 이들 낮은 융점 합금은 다른 생성된 용융 금속 또는 금속 합금에 대해 개별적으로 회수될 수 있다.
상기 방법은 상기 양태에 개시된 바와 다르게 될 수 있다.
다른 양태에서, 복합 폐기물 소스로부터 금속을 생성하는 방법이 개시된다. 복합 폐기물 소스는 플라스틱 성분, 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함한다. 상기 방법은, 복합 폐기물의 플라스틱 성분 및 낮은 용융 온도 금속 성분 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 적어도 제1 온도 영역에서 신속하게 가열하는 단계 및 복합 폐기물의 중간 용융 온도 금속 성분 중 적어도 일부가 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 복합 폐기물을 제2 온도 영역에서 가열하는 단계를 포함하는 다-단계 가열 공정을 포함한다. 낮은 용융 온도 금성 성분 및 중간 용융 온도 금속 성분 중 적어도 일부는 용융 금속 및/또는 금속 합금으로서 개별적으로 회수된다.
상기 방법은 예컨대, 구리의 용융이 본질적으로 완료되고, 실리카와 같은 상대적으로 높은 융점 성분이 컨베이어 벨트 상에 불활성 상태로 유지되도록 복합 폐기물을 제3 온도 영역에서 가열하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 양태에 개시된 바와 다르게 될 수 있다.
플라스틱 성분, 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함하는 복합 폐기물 소스의 처리 장치가 또한 개시된다. 상기 장치는 복합 폐기물 소스를 상기 장치를 통해 진행시키기 위한 메쉬 컨베이어 벨트를 포함한다. 상기 장치는 또한 복합 폐기물 소스를 제1 온도로 가열하기 위한 제1 온도 영역 및 제1 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트 아래에 위치되는 제1 회수 수집기를 포함한다. 제1 회수 수집기는 제1 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트를 통해 떨어지는 용융 금속 또는 금속 합금을 수집 및 회수한다. 상기 장치는 또한 복합 폐기물 소스를 제2 온도로 가열하며, 제1 온도 영역보다 높은 온도를 갖는 제2 온도 영역 및 제2 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트 아래에 위치되는 제2 회수 수집기를 포함한다. 제2 회수 수집기는 제2 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트를 통해 떨어지는 용융 금속 또는 금속 합금을 수집 및 회수한다.
상기 장치는 미세-재활용 노로서 사용하기에 적합하며, 공지된 노와 달리, 증가하는 온도에서 전자 폐기물과 같은 복합 폐기물 소스로부터 금속 합금의 제어되며 점진적인 제거를 가능하게 한다.
상기 장치는 복합 폐기물 소스를 적어도 하나의 추가 온도로 가열하기 위한 적어도 하나의 추가 온도 영역을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가 온도 영역은 전술한 제1 온도 영역과 제2 온도 영역 사이에, 상기 온도 영역 이전에 또는 상기 온도 영역 이후에 포함될 수 있다. 적어도 하나의 추가 온도 영역은 선행 온도 영역보다 높은 온도이다. 이와 관련하여, 상기 장치를 통해 이동하는 온도 영역에서 온도가 점진적으로 증가한다. 또한, 각각의 추가 온도 영역에 대한 추가 회수 수집기가 제공된다. 상기 추가 회수 수집기 또는 각각의 추가 회수 수집기는 추가 온도 영역에서 용융 금속 또는 금속 합금을 수집 및 회수하는 추가 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트 아래에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 메쉬 컨베이어 벨트의 속도는 가변적일 수 있다. 이는 복합 폐기물 소스의 특정 온도 영역을 따라 이동하여 변화될 수 있는 시간 길이를 허용할 수 있다. 이는 또한 특정 금속 합금을 우선적으로 형성하기 위해 주어진 온도에서 복합 폐기물 소스를 유지하는 것을 도울 수 있다.
일 실시예에서, 메쉬 컨베이어 벨트의 작동은 자동화될 수 있다. 일 실시예에서, 메쉬 컨베이어 벨트는 수동으로 작동될 수 있다. 이를 통해 기존의 노에 적어도 하나의 금속 합금의 회수와 함께 복합 폐기물 소스를 처리할 수 있도록 적절한 장비를 설치하여 재설비할 수 있다. 또한, 메쉬 컨베이어 벨트는 기존의 노가 개조되는 개발 구역에 유용할 수 있으며, 자동화된 장치 및/또는 컨베이어 벨트를 구현하는데 매우 많은 비용이 들 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치 내의 각각의 온도 영역의 가열 속도는 가변적일 수 있다. 가열 속도는 특정 온도 범위를 피해야하는지 여부에 따라 중간 정도 또는 급격한 온도 상승을 달성할 수 있게 한다. 예를 들어, 다이옥신과 퓨란의 생성을 최소화하기 위해, 대략 350℃ 내지 850℃의 온도 범위는 피해야 할 수도 있다. 제2 온도 영역에서 제3 온도 영역(약 1250℃)으로 천이할 때보다 제1 온도 영역(약 350℃까지)에서 제2 온도 영역(약 850℃)으로 천이할 때 높은 가열 속도가 사용될 수 있으며, 임의의 온도를 피해야 할 필요가 없지만(즉, 약 850℃ 내지 1250℃ 사이의 온도를 피해야 할 필요가 없음), 납의 증기화를 최소화하려면 1250℃를 초과하는 온도를 피해야 한다.
일 실시예에서, 각각의 온도 영역의 온도는 가변적일 수 있다. 가변적일 수 있는 온도 영역을 제공함으로써, 목표로 하는 금속 합금이 가변적일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 장치 내의 각각의 온도 영역은 천연 가스에 의해 가열될 수 있다. 이는 가열 속도와 온도를 정확하게 제어할 수 있게 한다. 일부 형태에서, 각각의 온도 영역은 메쉬 컨베이어 벨트 위에서 가열될 수 있다.
일부 형태에서, 상기 장치는 최종 온도 영역에서 가열이 완료된 후에 메쉬 컨베이어 벨트 상에 남아있는 고형물을 회수하기 위한 고형물 회수 수집기를 또한 포함할 수 있다. 이는 복합 폐기물 소스의 남아 있는 초고온 성분이 추후 처리를 위해 회수될 수 있게 한다.
일부 형태에서, 상기 장치는 불활성 조건 하에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 상기 장치는 다양한 온도 영역에서 가열 단계의 지속 기간 동안 아르곤 또는 다른 불활성 가스로 퍼지될 수 있다. 불활성 조건은 노 내에 존재하는 금속, 희토류 및 합금의 산화를 방지할 수 있으며, 이에 의해 열화, 화학적 변형을 제한하고 귀중한 자원(예컨대, 금속)이 슬래그 상으로 손실되는 것을 현저하게 감소시킨다.
개시된 장치는 전술한 방법을 수행하는데 사용될 수 있다.
플라스틱 성분, 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함하는 복합 폐기물 소스의 처리 시스템이 또한 개시된다. 상기 시스템은 시스템의 적어도 제1 및 제2 온도 영역을 통해 복합 폐기물 소스를 진행시키기 위한 메쉬 컨베이어 벨트 및 적어도 제1 및 제2 회수 수집기를 포함한다. 각각의 수집기는 제1 및 제2 온도 영역에서 용융 금속 및/또는 금속 합금의 수집 및 회수를 위해 제1 및 제2 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트 아래에 각각 위치된다. 제2 온도 영역은 제1 온도 영역보다 높은 온도를 갖는다. 상기 시스템은 전자 폐기물과 같은 복합 폐기물 소스의 재활용에 있어서 미세-재활용 노로서 사용하기에 적합하다. 공지된 시스템과는 달리, 현재 개시된 시스템은 노에만 복합 폐기물 소스를 고체 상태로 첨가함으로써 증가하는 온도에서 금속 또는 금속 합금의 제어되고 점진적인 제거를 가능하게 한다.
일부 형태에서, 상기 시스템은 복합 폐기물 소스를 가열하기 위한 적어도 하나의 추가 온도 영역을 또한 포함할 수 있다. 추가 온도 영역은 전술한 제1 온도 영역 또는 제2 온도 영역 이전에, 그 사이에 또는 그 이후에 포함될 수 있다. 적어도 하나의 추가 온도 영역은 상기 시스템의 선행 온도 영역보다 높은 온도일 수 있다. 이와 관련하여, 상기 시스템을 통해 이동하는 온도 영역에서 온도가 점진적으로 증가한다. 각각의 개별적인 추가 온도 영역을 위한 추가 회수 수집기가 또한 제공될 수 있으며, 추가 온도 영역에서 용융 금속 또는 금속 합금을 수집 및 회수하는 각각의 추가 온도 영역에서 메쉬 컨베이어 벨트 아래에 위치될 수 있다. 추가 온도 영역 및 추가 회수 수집기를 포함하는 것은 목표로 하는 추가 금속 및/또는 금속 합금의 회수를 도울 수 있다.
일부 형태에서, 메쉬 컨베이어 벨트의 속도는 가변적일 수 있다. 이는 복합 폐기물 소스가 변화될 특정 온도 영역을 통해 이동하는데 걸리는 시간을 허용할 수 있으며, 특정 금속 또는 합금을 우선적으로 형성하기 위해 특정 온도에서 복합 폐기물 소스를 유지하는 것을 도울 수 있다.
일부 형태에서, 메쉬 컨베이어 벨트의 작동은 자동화될 수 있다. 다른 실시예에서, 메쉬 컨베이어 벨트는 수동으로 작동될 수 있다. 이를 통해 기존의 노에 적어도 하나의 금속 합금의 회수와 함께 복합 폐기물 소스를 처리할 수 있도록 적절한 장비를 설치하여 재설비할 수 있다. 또한, 메쉬 컨베이어 벨트는 기존의 노가 개조되는 개발 구역에 유용할 수 있으며, 자동화된 장치 및/또는 컨베이어 벨트를 구현하는데 매우 많은 비용이 들 수 있다.
상기 시스템의 일부 실시예들에서, 각각의 온도 영역의 가열 속도는 가변적일 수 있다. 상기 장치와 관련하여 설명된 것과 유사한 방식으로, 가열 속도는 특정 온도 범위를 피해야하는지 여부에 따라 중간 정도 또는 급격한 온도 상승을 달성할 수 있게 한다.
상기 시스템의 일부 실시예들에서, 각각의 온도 영역의 온도는 가변적일 수 있다. 가변 온도 영역을 제공하는 것은 회수 대상 금속 합금을 다양하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 시스템 내의 각각의 온도 영역은 천연 가스에 의해 가열될 수 있다. 이는 가열 속도와 온도를 정확하게 제어할 수 있게 한다. 일부 형태에서, 각각의 온도 영역은 메쉬 컨베이어 벨트 위에서 가열될 수 있다.
일부 형태에서, 상기 시스템은 최종 온도 영역에서 가열이 완료된 후에 메쉬 컨베이어 벨트 상에 남아있는 고형물을 회수하기 위한 고형물 회수 수집기를 또한 포함할 수 있다. 이는 복합 폐기물 소스의 남아 있는 초고온 성분이 추후 처리를 위해 회수될 수 있게 한다.
일부 형태에서, 상기 시스템은 불활성 조건 하에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 다양한 온도 영역에서 가열 단계의 지속 기간 동안 아르곤 또는 다른 불활성 가스로 퍼지될 수 있다. 불활성 조건은 노 내에 존재하는 금속, 희토류 및 합금의 산화를 방지할 수 있으며, 이에 의해 열화, 화학적 변형을 제한하고 귀중한 자원(예컨대, 금속)이 슬래그 상으로 손실되는 것을 현저하게 감소시킨다.
전술한 장치는 개시된 시스템에 채용될 수 있다. 유사하게는, 개시된 시스템은 전술한 방법을 수행하는데 사용될 수 있다.
요약서에 설명된 바와 같은 방법, 장치 및 시스템의 범위 내에 있을 수 있는 임의의 다른 형태에도 불구하고, 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 특정 실시예가 설명될 것이다.
도 1은 개시된 방법, 시스템 및 장치의 실시예에 따라 사용되는 미세-재활용 노를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2g는 개시된 방법, 시스템 및 장치의 실시예에 따라 사용시에 도 1의 미세-재활용 노를 개략적으로 도시한다.
미세-재활용 노(10)의 개략적인 다이어그램이 도 1에 도시되어 있다. 미세-재활용 노(10)는 복합 폐기물 소스가 노 내의 낮은 온도 영역에서 높은 온도 영역으로 이동할 수 있게 하는 컨베이어 벨트(12)를 포함한다. 일부 형태에서 복합 폐기물 소스가 컨베이어 벨트(12) 상에 직접 배치될 수 있다는 것을 이해해야 하지만, 컨베이어 벨트가 메쉬이거나 또는 컨베이어 벨트의 일부가 메쉬 또는 체(sieve)인 경우에, 미세-재활용 노(10)는 복합 폐기물 소스를 유지하기 위한 고온 작업 스테이지와 같은 용기(receptacle)(14)를 또한 포함한다.
용기(14)는 체 또는 메쉬 베이스(16)를 포함할 수 있으며, 이는 적절한 경우 수집 및 후속 처리를 위해 용융된 물질이 용기를 통과하게 할 수 있다. 도 1의 미세-재활용 노(10)는 상기 목적을 위해 3개의 회수 수집기(18, 20 및 22)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 수집기는 2개만 존재할 수도 있거나 또는 추가 수집기(도시되지 않음)가 있을 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
도시된 미세-재활용 노(10)는 컨베이어 벨트(12)가 노(10) 내의 상이한 온도 영역으로 용기(14)를 이동시키도록 컨베이어 벨트(12)를 자동으로 작동시키는 자동화된 모션 시스템(24)을 포함한다. 컨베이어 벨트(12)의 자동화는 컨베이어 벨트 속도 또는 컨베이어 벨트가 특정 온도 영역에서 유지되는 시간의 길이와 같은 특정 파라미터에 여전히 종속될 수 있고, 이들 파라미터가 자동화된 모션 시스템에 대한 제어 프로그램에 입력될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적인 형태에서, 컨베이어 벨트(12)는 수동으로 작동될 수 있어서, 도시된 자동화 모션 시스템(24)이 필요 없다는 것을 이해해야 한다.
상기 노(10)의 사용 중에 생성된 가스 방출을 제거하기 위해 가스 세정기(scrubber)(26)를 갖는 미세-재활용 노(10)가 또한 도시되어 있다.
이제, 사용시 미세-재활용 노(10)의 몇몇 예시적인 순차 단계가 도시되어 있는 도 2a 내지 도 2g가 참조된다. 도 2a는 노(10)의 낮은 온도 영역에 위치된 용기(14)의 체 베이스(16)상에 복합 폐기물(30)이 있는 도 1의 미세-재활용 노(10)를 도시한다. 낮은 온도 영역에서 시간 주기 이후에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 용융된 물질(32)은 체 베이스(16)를 통과하여 제1 회수 수집기(18)에 수집된다.
이후에 컨베이어 벨트(12)는 용기(14)를 높은 온도 영역의 제1 위치로 이동시킨다. 상기 제1 위치의 온도는 낮은 온도 영역의 온도보다 높다. 용융된 물질(32)의 회수로 인해, 복합 폐기물(30)의 체적은 도 2c의 용기(14)에 도시된 복합 폐기물(30B)의 체적으로 감소된다. 높은 온도 영역의 제1 위치에서 시간 주기 이후에, 도 2d에 도시된 바와 같이, 용융된 물질(34)은 체 베이스(16)를 통과하여 제2 회수 수집기(20)에 수집된다.
컨베이어 벨트(12)는 다시 용기(14)를 높은 온도 영역의 제2 위치로 이동시킨다(도 2e 참조). 높은 온도 영역의 제2 위치에서의 온도는 높은 영역의 제1 위치에서의 온도보다 높고, 낮은 온도 영역에서의 온도보다 높다. 높은 온도 영역의 제2 위치에서 시간 주기 이후에, 도 2f에 도시된 바와 같이, 복합 폐기물(30C)로부터 용융된 물질(36)은 체 베이스(16)를 통과하여 제2 회수 수집기(22)에 수집된다.
일단 회수 공정이 완료되면, 컨베이어 벨트(12)는 선택된 온도 영역에서 용융되지 않은 용기(14) 내에 유지되어 있는 임의의 다른 남은 물질(38)과 함께 용기(14)를 다시 이동시킬 수 있다. 상기 남은 물질(38)은 또한 예를 들어, 폐기, 처분 또는 수집 및 추가 처리를 위해 수집될 수 있다. 미세-재활용 노(10)는 독성 폐기물 및 금속을 또한 함유하는 복합 폐기물을 처리하기 위한 안전하고 지속 가능한 해결책을 제공한다.
납 또는 주석과 같은 낮은 융점 물질은 상대적으로 낮은 온도 영역에서 합금(32) 또는 용융 금속을 형성할 수 있다. 또한, 납과 같은 낮은 융점 물질은 상대적으로 중간 온도 영역에서 합금(34)을 형성할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 상이한 납 합금(예컨대, 납-주석 또는 구리-납)이 다양한 온도(각각 대략 250℃-350℃ 및 350℃-1250℃)에서 형성될 수 있지만, 특정 합금이 시스템에서 납을 제거하기 위해 선호될 수 있다. 예를 들어, 구리의 반응성이 높거나 또는 납이 기화될 가능성이 높을 때, 낮은 온도에서 납을 제거하고 높은 온도에서 시스템의 납의 양을 최소화하기 위해, 250℃-350℃에서 납-주석 합금을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 합금 형태에서 납의 제거 및 회수는 잠재적인 환경 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 온도 영역, 가열 속도 및 다양한 온도에서 소비되는 시간을 선택함에 있어서, 하나의 목표는 예를 들어, 상대적으로 낮은 온도와 중간 정도의 온도 영역에서 상당 부분의 납을 제거하고, 납 합금을 별도로 회수하며, 납이 구리와 같은 회수되는 다른 합금의 일부가 되는 것을 최소화하는 것임을 알아야 한다. 이와 관련하여, 복합 폐기물 소스로부터 대부분의 납을 제거하기 위해 중간 정도의 온도 영역에서 상대적으로 낮은 특정 온도에서 소비되는 시간을 증가시킬 필요가 있을 수 있다. 이와 같이, 복합 폐기물 소스는 상대적으로 높은 납 함유량을 갖는 소스(예컨대, 구형 인쇄 회로 기판)가 동시에 처리되도록 적절하게 선택될 수 있다.
당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 낮은 온도 영역 및 중간 온도 영역에서 가능한 많은 납을 제거하는 이유는 노 온도가 납이 증기화되는 온도로 증가될 때 복합 폐기물 소스(30)에 남아있는 납의 양을 최소화하려는 것이다. 그러나, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 이러한 가스가 환경 또는 대기로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있는 세정 또는 포획 기술이 알려져 있으며, 이러한 기술은 증기를 유도해야 한다. 예를 들어, 가스 세정기(26)는 미세-재활용 노(10)와 함께 사용될 수 있어서, 처리 중에 발생된 방출 가스를 제거할 수 있다.
온도 영역, 가열 속도 및 다양한 온도 영역에서 소비되는 시간을 선택함에 있어서, 다른 목표는 예를 들어, 구리의 반응성을 최대화시키는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 상기 목표는 구리가 용융되는 것을 방지하여서, 시스템에 납이나 주석이 있으면, 이들이 물질(34)로서 회수된 물질과 같이, 구리와 합금을 형성할 수 있다. 온도 영역을 조정함으로써, 예를 들어, 구리 합금 내의 주석의 비율이 변경될 수 있다.
온도 영역, 가열 속도 및 다양한 온도 영역에서 소비되는 시간을 선택함에 있어서, 다른 목표는 예를 들어, 다이옥신과 퓨란과 같은 독성 가스의 생성을 최소화시키는 것일 수 있다.
중간 온도에서, 복합 폐기물 소스의 플라스틱은 또한 휘발성 및 가스 방출 및 고체 탄소 형성과 함께 상 변화를 계속할 것이다.
유리 섬유의 형태로 실리카와 같은 높은 융점 성분은 온도가 더 증가함에 따라 일반적으로 불활성인 채로 유지되고, 임의의 남아있는 구리는 용융된다. 이와 관련하여, 유리 섬유는 메쉬 컨베이어 벨트의 상부에 남아 있고 또한 선택된 온도 영역에서 용융되지 않은 다른 남은 물질(38)의 일부가 되는 반면, 구리는 물질(36)로서 컨베이어 벨트(12)의 메쉬/체 베이스(16)를 통과하도록 용융될 것이다.
남은 물질(38)은 폐기, 또는 추가 사용이나 가공을 위해 회수될 수 있다. 예를 들어, 남은 물질(38)에 탄소 함량이 높으면, 남은 물질은 다른 야금 공정(예를 들어, 철-합금(ferro-alloy) 생산 또는 제련)을 위한 탄소 소스로 사용될 수 있다. 남은 물질(38)이 사용될 수 없더라도, 남은 물질(38)의 양은 시작하는 복합 폐기물 소스(30)보다 현저히 작을 것이며, 결과적으로 벌크 물질이 매립되기까지 상당히 감소할 것이다.
또한, 물질들(32, 34 및 36)의 회수는 희귀하거나 비싸거나 그렇지 않으면 환경적인 위험을 초래할 수 있는 귀중한 자원의 재생을 가능하게 한다. 또한, 일반적으로 금속 및 금속 합금의 재활용은 에너지 효율이 높으며, 재활용시 광석으로부터 금속을 제조하는 것과 비교할 때 금속 제조시 에너지 소비가 감소된다. 이와 관련하여, 본원 명세서에 개시된 방법, 시스템 및 장치는 국부적인 처리 및 금속을 함유하는 독성 복합 폐기물에 대한 안전하고 지속 가능한 해결책을 제공하는 폐기물로부터 자원 생성을 위한 "미세-공장"으로 간주될 수 있다.
예시적인 방법
이제 복합 폐기물 소스의 처리를 위한 비-제한적인 예시 방법이 도 1을 참조하여 설명된다. 상기 예시적인 방법에서, 복합 폐기물 소스는 모바일(셀)폰, e-리더, DVD 플레이어 및 텔레비전과 같은 전자 부품의 혼합물을 포함한다. 다양한 금속 합금의 회수를 증가시키기 위해, 처리 중에 금속의 희석을 최소화하도록 전자 부품의 커버 및 케이스가 제거되어야 하는 것이 결정된다. 이와 관련하여, 분쇄기(fragmenter)가 모바일(셀)폰, e-리더, DVD 플레이어 및 텔레비전을 분리하는데 사용되어서, 플라스틱 케이싱을 회로 기판 및 장치의 기타 회수 가능한 부품으로부터 분리시킨다. 플라스틱 케이싱은 공지된 기술을 사용하여 별도의 공정으로 재활용될 수 있다.
그런 다음 인쇄 회로 기판 및 장치의 기타 회수 가능한 부품은 기판 및 부품의 작은 덩어리로 분해시켜서 복합 폐기물 소스(30)를 형성한다. 복합 폐기물 소스(30)는 컨베이어 벨트(12) 상에 있는 용기(14)의 메쉬 베이스(16) 상에 배치되며, 제1 온도 영역은 약 325℃로 가열되고, 상기 온도로 약 60분 동안 유지된다. 용기(14)의 메쉬 베이스(16)를 통해 용융된 물질(32)이 떨어지는 것이 관찰되고, 용융된 물질(32)은 제1 회수 수집기(18)에 수집된다.
약 60분 후에, 컨베이어 벨트(12)는 남아있는 복합 폐기물 소스(30B)가 제2 온도 영역에 위치되도록 이동된다. 제2 온도 영역의 온도는 약 900℃ 초과하여 급속히 증가되고, 상기 온도로 약 30분 동안 유지된다. 약 350-850℃의 온도에서 발생하는 다이옥신 및 퓨란의 생성을 최소화하기 위해 온도는 약 50-100℃/분 이상의 속도로 증가된다. 용융된 물질(34)이 용기(14)의 메쉬 베이스(16)를 통해 떨어지는 것이 다시 관찰되고, 용융된 물질(34)은 제2 온도 영역에 위치되는 제2 회수 수집기(20)에 수집된다. 가스의 형성 또한 관찰된다. 가스 세정기(26)는 공정 중에 미세-재활용 노(10)에서 생성된 가스를 제거한다.
약 30분 후에, 컨베이어 벨트(12)는 남아있는 복합 폐기물 소스(30C)를 갖는 용기(14)가 제3 온도 영역에 위치되도록 다시 이동된다. 제3 온도 영역의 온도는 약 1100℃로 증가되고, 상기 온도로 약 30분 동안 유지된다. 용기(14)의 메쉬 베이스(16)를 통해 용융된 물질(36)이 떨어지는 것이 다시 관찰되고, 용융된 물질(36)은 제3 온도 영역에 위치되는 제3 회수 수집기(22)에 수집된다.
회수된 물질들(32, 34 및 36)은 별도로 제거되어 금속 합금의 재활용 및 정제를 완료하기 위한 추가 공정에 이용된다. 남은 물질(38)도 또한 제거되어 귀중한 물질을 회수하도록 처리된다.
개시된 고체 상태 공정이 많은 상이한 유형의 물질의 수동 분리 또는 공지된 공정의 제련 기술의 사용을 필요로 하지 않으면서 복합 폐기물 소스의 미세-재활용을 위한 간단한 방법을 제공한다는 것을 알게 된다. 상기 공정은 독성 복합 폐기물 함유 물질의 재활용을 위한 안전하고 지속 가능한 해결책을 제공하는 효과를 가질뿐만 아니라 그 폐기물에서 자원을 생성하고 회수할 수 있는 미세-공장이 된다.
다수의 특정 실시예가 설명되었지만, 상기 방법, 장치 및 시스템은 많은 다른 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 복합 폐기물 소스를 원하는 온도 영역에서 가열하는데 사용되는 가열 속도가 변경될 수 있다; 수평 노와 같은 다른 유형의 노가 사용될 수 있다; 특정 금속 또는 금속 합금의 회수가 선호될 수 있으며 이는 온도 영역의 선호되는 온도를 변경할 수 있다; 어떤 물질이 회수의 대상이 되는지에 따라 추가 또는 더 적은 온도 영역이 사용될 수 있다; 특정 온도에서 요구되는 시간 길이는 복합 폐기물 소스에 존재하는 성분 또는 회수 대상 물질에 따라 달라질 수 있다.
다음의 청구항 및 전술한 설명에서, 명시적인 언어 또는 필요한 의미로 인해 문맥이 달리 요구하는 경우를 제외하고, "포함하다(comprise)" 및 "포함하다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"과 같은 변형은 포괄적인 의미로 사용되며, 즉, 언급된 특징들의 존재를 특정 하지만 본원 명세서에 개시된 방법, 장치 및 시스템의 다양한 실시예들에서 다른 특징들의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다.

Claims (46)

  1. 플라스틱 성분, 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함하는 전자 폐기물을 처리하는 방법으로,
    상기 방법은,
    - 전자 폐기물을 제1 온도 영역에서 최대 350℃의 제1 온도로 가열하는 단계; 및
    - 전자 폐기물 내의 적어도 일부 금속 성분이 용융, 합금 형성 및/또는 용해를 통해 적어도 부분적으로 열적으로 변형되도록 제1 온도 영역으로부터의 전자 폐기물을 제2 온도 영역에서 적어도 850℃의 제2 온도로 50℃/분 이상의 속도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 성분 중 적어도 일부는 제2 온도 영역에서 가스 및 고체 탄소로 적어도 부분적으로 열적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 성분 중 적어도 일부는 용융된 금속 및/또는 금속 합금으로서 회수되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 성분 중 적어도 일부는 금속 합금으로 변형되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 성분이 구리를 포함하는 경우에, 생성되는 금속 합금은 구리-기반 금속 합금인 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 온도로 전자 폐기물을 가열하기 전에, 전자 폐기물은 전-처리 온도 영역에서 제1 온도보다 낮은 전-처리 온도로 예열되고, 이에 의해 적어도 일부 금속 성분이 적어도 부분적으로 열적으로 변형되어서 금속 또는 금속 합금을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    전-처리 온도 영역에서 납 및 주석으로부터 선택된 적어도 일부 낮은 융점 금속 성분이 금속 합금으로 변환되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    전자 폐기물을 제3 온도 영역에서 제3 온도로 가열하는 단계를 또한 포함하며, 상기 제3 온도 영역의 제3 온도는 제2 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 불활성 조건 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전자 폐기물은 가열 이전에 절단, 파쇄되거나 조각들로 해체되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 폐기물은 가열 이전에 전자 폐기물의 성분들을 결정하도록 분석되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    각각의 온도 영역에서 전자 폐기물이 유지되는 시간은 전자 폐기물의 성분에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전자 폐기물은 노 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    각각의 온도 영역은 노의 다른 영역인 것을 특징으로 하는 전자 폐기물 처리 방법.
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