KR19990023385A - 용융 글래스 또는 용융 슬래그로 부터 금속을 감소시키기 위한방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속산화물 또는 기타 금속화합물을 포함하고 있는 용융 글래스 도는 용융 슬래그(9)로 부터 금속을 감소시키기 위하여 환원제 및 가열제로서 화석연료를 사용하는 한편 상기 화석연료가 개스형태로 이루어진 경우 용융표면(15) 하측의 상기 용융글래스 또는 용융슬래그(9) 내측으로 직접 송입하고 고체인 경우 운반개스에 의해 직접 송입하도록 하는 방법임.

Description

용융 글래스 또는 용융 슬래그로 부터 금속을 감소시키기 위한 방법 및 장치

본 발명은 청구항 1의 전제부에 다른 금속성분을 포함하고 있는 용융 글래스 또는 용융 슬래그로 부터 금속을 감소시키기 위한 방법과 청구항 13의 전제부에 따른 공정을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

쓰레기 소각 장치에서 나오는 소각 쓰레기중 약 20∼25%는 슬래그(slag)로 이루어져 있다. 이러한 슬래그는 주로 철이 많이 포함된 각종 금속을 대략 5∼10%정도 포함하고 있다. 또한 슬래그 뿐만 아니라 비산회나 보일러재 그리고 여과분진과 같은 보다 양질의 고형 잔류물이 생성된다. 이러한 생성물을 추가적으로 사용하거나 폐기하는 과정에서 수용성 중금속 화합물이 예컨대 수질오염과 같은 허용될 수 없는 문제를 야기시킬 수 있다.

이러한 환경오염을 중화시키기 위한 것으로, 예를들어 CH686,764에서는 쓰레기 소각 장치에서 발생되는 고형의 잔류물을 용해시켜 유리질 상태로 만들어 중금속 물질과 기타 환경오염물질들을 불용성 유리기질로 응결시키는 기술이 공개되어 있다.

상기 특허에는 도전성 전기 가열수단을 구비하고 있고 액성 용융물이 전기저항물질을 형성하는 환원 전극로에 대한 기술이 공개되어 있다. 상기 전기에너지는 용융액속에 잠겨져 있는 탄소 또는 흑연전극을 통해 용융액 속으로 유입된다. 그러나 상기 환원 전기로는 다소의 중금속이 용융 글래스 외측으로 분리되지 않고 불용성 유리기질속으로 응결된다는 단점을 가지고 있으며, 때문에 이와 같이 오염된 유리기질은 건축재로써 사용될 수 없다.

예를들어 추가적인 공정을 통해 상기 유리기질을 분쇄하여 미립자나 분말로 만든 경우 상기 유리기질속에 포함되어 있는 다소의 중금속을 다시 세정해야 될 가능성이 있다.

이 때문에 획득된 상기 유리는 통상적인 방법으로 처리되었다.

공지의 처리공정은 전기에너지의 사용에 의해 작동되는 비교적 고가의 환원전기로를 사용하는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 용융 글래스 또는 용융 슬래그에 포함된 금성성분을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공하고자 함에 있고, 또한 본 발명에서는 보다 경제성을 제고한 운용방법을 제공하고자 함에 있다.

상기 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 방법에 의하여 달성된다. 종속항 2 내지 11은 상기 방법의 또 다른 장점을 포함하는 구성에 관한 것이다. 또한 상기 목적은 청구항 12의 특징을 포함하는 장치에 의하여 달성된다. 종속한 13 내지 17은 상기 장치의 또 다른 장점을 포함하는 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 용융 글래스 또는 용융 슬래그로부터 금속을 감소시키기 위한 방법의 사용에 의하면 화석류와 같은 가연성 환원제는 개스형태의 경우 상기 용융물의 표면하측의 용융 글래스 또는 용융 슬래그속에 직접 송풍되고 고체형태의 경우 운반개스에 의해 송풍된다.

상기 환원제에는 미량의 산소가 포함되거나 전무하도록 하여 환원제가 공급되는 동안 환원이 발생되지 않고 용융 글래스 또는 용융 슬래그에서만 환원이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 방법으로 용융물속에 존재하는 금속산화물과 중금속 산화물이 그의 금속 형태로 환원된다.

상기의 방법은 주입된 환원제가 용융 글래스 또는 용융 슬래그의 혼합물에 작용함으로써 환원제가 용융 글래스를 통해 분산되며 그 결과 실질적으로 금속성분, 특히 산화 금속 화합물을 환원시킬 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 방법의 일실시예에서는 환원제의 내측송풍에 의해 용융물 속에서 난류를 발생시킨다.

용융 글래스의 금속성분은 주로 금속산화물과 순수 금속으로 환원될 기타 금속화합물을 포함하고 있다.

본 발명에 따른 방법의 구성상 장점은 용융 글래스 속으로 송입된 환원제가 용융 글래스의 자연 대류를 촉진시키기 때문에 특히 열공급원이 상기 용융물의 표면위에 배치되어 있는 경우 열방출에 의해 상기 용융물 속으로 유입되는 에너지의 유입과 분산을 증가시키는 것이다.

본 발명에 따른 방법의 구성상 장점은 용융 글래스 속으로 주입되는 환원제를 교반효과가 발생될 수 있는 속도로 주입함으로써 환원제가 용융 글래스의 모든 영역안으로 혼합되어 그 결과 실질적으로 금속산화물이 완전히 환원될 수 있다는 것이다. 환원제로서 화석가열제를 사용하는 것은 일산화탄소와 같은 반응생성물처럼 용융 글래스의 표면에 발생하는 과잉 환원제가 상기 용융물 위에 배치되고 산소나 공기 또는 산소와 공기의 혼합물을 공급하게되는 랜스에 의해 점화되어 연소되는 장점을 가지고 있다. 상기 용융물 상측에서의 후연소는 소요 에너지를 줄이면서 방사열 형태로 상기 용융물에 전달된다. 상기의 열은 한편으로는 용융 글래스를 가열하고 다른 한편으로는 용융 글래스의 온도를 유지할 수 있도록 하고 있다. 상기와 같이 방출되는 방사열은 주입되는 화석가열제의 양에 의해 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 구성상 장점은, 산소 및/또는 공기가 화학량론적 양이나 서브스토이키오메트릭(substoichiometry)양으로 상기 용융물의 표면위에 공급된다는 것이고 서브스토이키오메트릭 양의 경우에는 가연성 잔존량이 후처리단계에서 완전 연소된다는 것이다.

본 발명에 따른 방법의 다른 장점은 예컨대 실내온도에서 액체 상태인 중유와 같은 저급의 가열작용제를 사용할 수 있다는 것이며, 이러한 종류의 가열작용제는 용융 글래스로 공급되기 전에 가열되어 개스형태로 공급될 수 있다는 점이다.

본 발명에 따른 방법의 또다른 장점은 용융 글래스에 주입된 환원제의 기계적작용 그리고 특히 환원제의 균일한 분포에 기인하여 다수의 장소에서 환원작용이 이루어지고, 이로부터 상기 반응장치의 모든 단면에 걸쳐 응결되는 작은 물방울이 산화용융물 밖으로 유도된다는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 특히 슬래그와 같은 고형 쓰레기의 처리, 특히 쓰레기 소각결과 발생되는 슬래그를 유리기질로 용융시켜 금속성분을 외측으로 분리시키는 쓰레기 소각장치에 적합하다. 또한 예컨대 유리의 재활용을 위한 용융 유리의 정제에도 적합하다.

상기 환원제는 또한 석탄가루와 같은 고체 형태로서 불활성 운반개스에 의해 공급될 수도 있는 것이며, 예컨대 적합한 불활성 운반개스로는 질소가 이용된다.

도 1 은 금속감소장치의 종단면도,

도 2 는 금속감소장치의 다른 실시예에 대한 횡단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1..... 용융로, 2..... 가열실,

3..... 상부로, 4..... 트로프,

5..... 공급요소, 6..... 공급요소,

7..... 개스배기구 8..... 배출관,

9..... 용융 글래스(용융 슬래그) 10..... 금속성 침전물,

11..... 공간, 12..... 개스,

13..... 환원제, 14..... 고온개스,

15..... 용융표면, 16..... 포스트가이드장치.

이하 예시도면에 의거하여 본 발명에 따른 방법과 장치의 실시예에 대해 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 가열실(2)이 구비되어 있는 용융로(1)는 상단에 상부로(3)가 설치되어 있고 하단에는 트로프(trough)(4)가 구비되어 있다. 공급요소(5)는 가열실(2)의 중앙에 배치되어 가열실(2)의 벽에 대해 수직으로 연장됨과 아울러 하단부에 개구된 출구가 형성된 것인데, 이는 랜스(lance)형태로 설계되어 배출구가 용융 글래스(9)에 잠기도록 가열실(2) 내측에 배치된다. 상기 공급요소(5)는 내화성의 세라믹이나 흑연재로서 랜스형태로 설계하는 것이 바람직하다. 상기 공급요소(5)는 가열실(2)에 대해 편심되게 배치하거나 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 공급요소(5a,5b,5c)를 설치할 수도 있다. 상기 공급요소(5a,5,5c)는 가연성 환원제를 공급하는데 사용되는 것이며, 상기 가연성 환원제는 산소가 미량 포함되거나 전무한 것이 바람직하다.

가열실(2)의 상부에 하나이상의 공급요소(6)가 설치되고, 상기 공급요소(6)들은 외측에서 상부 로(3) 내측으로 개구되어 있으며 이는 랜스형태로 설계되어 산소, 공기 또는 산소와 공기의 혼합물로 구성된 개스(12)를 공급하는데 이용된다.

또한 개스배기관(7)이 가열실(2)의 상부 영역에 설치되어 있으며, 가열실(2)의 최하단에는 개폐가능한 배출구(8)가 구비되어 있다.

용융로(1)의 동작중에 산화금속과 중금속 화합물이 포함된 용융 글래스(9) 및/또는 상기 용융 글래스에 포함되어 있는 금속성분이 가열실(2)의 내측에 위치하게 되며, 환원된 금속화합물은 트로프(4)의 바닥에서 금속침전물(10) 또는 용융금속을 형성하게 된다. 용융 글래스(9)는 용융 표면(15)을 형성하게 되며, 상기용융표면(15)의 상부에 형성되는 상부로(3)의 공간(11)에는 고온의 개스물질을 포함하게 된다.

본 발명에 따른 용융로(1)는 예컨대 천연개스와 같은 화석 가열제가 환원제(13)처럼 공급요소(5)를 통해 용융 글래스에 직접 송입되도록 작동된다. 상기 용융 글래스 속의 상기 환원제(13)와 같은 반응물이 용융표면(15)을 향해 솟아 오르게 됨으로써 용융 글래스(9)의 자연대류를 지원하게 된다. 상기 환원제(13)는 용융 글래스(9)안에서 교반효과나 난류가 발생될 수 있도록 용융 글래스(9) 내측으로 송입되는 것이 바람직하다. 교반효과를 배가시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 공급요소(5a,5b,5c)를 설치할 수 있다.

상기 공급요소(5a,5b,5c)는 상기 환원제(13)가 가능한한 강한 교반효과를 발생시키거나 도 2에 도시된 바와 같이 용융 글래스(9)를 회전시키도록 분사된다. 또한 교반효과는 공급된 환원제(13)의 양 및/또는 공급속도에 영향을 받을 수 있다. 교반작용의 결과 상기 환원제는 용융 글래스(9)속에서 특히 균일하게 분포하게 됨으로써 용융 글래스(9)속에 포함된 금속 산화물이 가능한한 완전하게 환원하게 된다. 산소, 공기 또는 산소와 공기의 혼합물이 공급요소(6)를 통해 용융표면(15)위로 공급되고, 그 결과 용융 글래스(9)의 표면에 발생되는 반응생성물 CO와 같은 과잉 환원제가 연소된다. 상기의 방법에 있어서 에너지는 방사 열 형태로 방출되며, 이러한 열은 용융 글래스(9)를 가열하거나 용융 글래스(9)의 온도를 유지하는데 이용된다. 랜스형태로 설계된 공급요소(6)는 용융표면(15)위에서 균등하게 분배되어 배치되도록 설치하는 것이 바람직하다. 고온의 연소 개스(14)는 개스배기구(7)를 통해 배출된다.

환원제(13), 산소, 공기 또는 산소와 공기의 혼합물의 공급량과 공급속도의 조절에 의해 교반작용, 금속산화물의 환원 그리고 용융 글래스(9)의 온도제어가 가능하다. 이와 같이 예시된 방법에서는 사전에 설정된 온도를 유지하기 위한 방법으로서 센서를 사용하여 용융글래스의 온도를 측정하여 환원제(13)의 공급조절이 가능한 것이다.

상기 교반작용을 발생시키고 이를 유지하기 위해서는 최소량의 환원제(13) 공급이 필요하다. 용융 및 환원공정에서 필요로 하는 온도는 1300℃∼1500℃이다. 상기 용융로(1)에는 도시되지는 않았지만 가열실(2)의 내부 또는 외부에 설치되는 또다른 열원에 의해 열에너지가 추가로 공급될 수도 있는 것이다.

금속성 침전물(10)을 처리하기 위해서는 비교적 정적인 형태의 교반작용을 필요로 한다. 가열실(2)의 바닥에 축적된 금속성 침전물(10)이 배출구(8)를 통해 처리되는 바, 이때 환원제(13)의 공급은 감소되거나 중단된다.

랜스형태의 공급요소(5)는 용융로(1)가 작동되고 있는 동안 계속적으로 소모되며 오직 도 1에 상징적으로 도시되어 있는 바와 같이 포스트가이드장치(16)에 의해 하방향으로 자동 안내되므로써 용융로(1)가 작동되고 있는 동안 공급요소(5)의 배출구가 항상 일정하게 용융 글래스(9)에 잠겨 있게 된다. 공급요소(5)는 내부가 중공형상으로 된 랜스형태로 설계된 것이다. 예컨대 랜스는 세라믹 또는 흑연재로 제작된다. 세라믹재의 상기 랜스는 냉각시키지 않아도 거의 마멸되지 않으며 2000℃까지의 온도에서 사용될 수 있는 장점이 있다. 랜스는 가열실(2)의 외측에 위치하고 있는 랜스의 추가 부위에 새로운 추가부위를 부착시키는 것과 같은 방법으로 하방향으로 안내될 수 있도록 함으로써 가열실(2)의 내측에서 소모되고 있는 랜스(5)는 외측에서부터 계속 하방향으로 안내될 수 있도록 함으로써 가열실(2)의 내측에서 소모되고 있는 랜스(5)는 외측에서부터 계속 하방향으로 가이드될 수 있는 것이다. 구성상의 장점으로서, 가열실(2)의 내측으로 침투하는 복수의 랜스(5)를 설치함으로써 하나의 랜스(5)가 그의 기능을 다하게 되어 예컨대 그 랜스(5)에 새 것을 부착한다거나 랜스(5)를 교환하기 위해서 그 공정을 중단시킬 필요성이 없다는 것이다. 랜스(5)를 통해 송입되는 환원제(13)가 랜스(5)를 냉각시키기 때문에 랜스(5)의 작용수명이 증가되고 그리고/또는 마멸율이 감소된다.

가열실(2)에서는 상부 로(3)와 트로프(4)에 동일한 내화성 라이닝이 설치될 수 있는 것이다.

시동재는 액체 또는 고체형태로 용융로(1)안에 투입될 수 있는 것으로, 고체의 재료가 사용되는 경우 한 묶음형태로 투입될 수 있는 것이다. 용융작용은 상기 용융로(1)에 설치된 하나 이상의 상부 버너에 의해 이루어진다. 용융물이 생성된 이후에 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있다.

본 발명은 고품질의 금속감소를 위해 하나 이상의 가열실을 연속배치하여 직렬형태의 교반용기를 형성할 수 있는 장점이 있다.

Claims (17)

1. 금속성분을 포함하고 있는 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9)로 부터 금속을 감소시키기 위한 방법에 있어서,

   가연성 환원제(13)를 용융표면(15) 하측의 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9)속으로 직접 분사하여 금속성분을 감소시키도록 함과 아울러 상기 환원제(13)를 상기 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9) 외측에서 연소시켜 상기 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9)를 가열하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 상기 환원제(13)는 산소를 미량 포함하고 있거나 산소가 전무한 개스형태로 송입되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 상기 환원제(13)로는 개스, 액체 또는 고체 상태의 화석연료가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 상기 환원제(13)는 불활성 운반개스에 의해 석탄가루와 같은 고체형태로 송입되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제(13)는 용융조 전체에 걸쳐 균일하게 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제(13)는 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9)에서 교반 및/또는 회전이 이루어지도록 분사 그리고/또는 교반 및/또는 회전이 이루어질 수 있는 속도로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 및/또는 공기는 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9) 상측 특히 용융표면(15) 상측에 균일하게 분포할 수 있도록 공급하여 용융표면(15) 위로 떠오르는 과잉 환원제와 용융표면(15) 상측의 반응생성물인 일산화탄소를 연소시키도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 5항에 있어서, 과잉의 가연성 환원제(13)가 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9) 내측에 공급되고, 공급되는 열에너지가 환원제의 투입량과 연소에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 및/또는 공기는 화학량론적 양 또는 서브스토이키오메트릭양으로 용융표면(15)위로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제(13)의 공급은 금속 특히 용융금속의 배출시 중단 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9)는 쓰레기 소각장치로부터 배출되는 고형 쓰레기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 상기 용융 글래스 또는 용융 슬래그(9)는 재생용 유리를 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 가열실(2)과 상기 가열실(2) 내측으로 개구되어 가연성 환원제(13)를 공급하는 공급요소(5)를 포함하여 이루어지되, 상기 공급요소(5)는 가열실(2)의 작동중에 처리중인 용융 글래스(9) 내측으로 잠겨지도록 배치됨과 더불어 특히 내화성 세라믹 또는 흑연재로 랜스형태로 형성된 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 제 2항중 어느 한 항에 청구된 방법을 수행하는 장치.
14. 상기 랜스를 재위치시키기 위한 포스트가이드장치(16)는 가열실(2)이 동작중에 소모되는 상기 랜스를 상기 용융 글래스(9)를 향해 하방향으로 자동 안내하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
15. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열실(2)은 상부로(3)와 트로프(4) 그리고 특히 그 배출구가 상기 상부로(3) 내측으로 개구됨과 아울러 일정하게 배열되어 산소 또는 공기를 공급하도록 설치되어 있는 복수의 공급요소(6)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 15항에 있어서, 상기 상부로(3) 및 트로프(4)는 동일한 내화성 라이닝을 구비하고 잇는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 13항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 청구된 장치를 포함하여 이루어진 쓰레기 소각 장치 또는 폐기물재생장치.