KR20010020352A - 폐기물 및 잔류물로부터 원료를 재생하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 예컨대 크롬과 같은 특히 중금속을 폐기물 및 잔류물로부터 분리함으로써 원료를 재생하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는 액체의 또는 점성의 출발 혼합물 및/또는 분쇄된 기본 성분으로 구성된 출발 혼합물을 먼저 준비한다. 본 발명은 원료가 화학적 열처리에 의해 분리되는 것을 특징으로 한다. 액체의, 점성의 및/또는 고체의 출발 혼합물은 먼저 상기 혼합물의 조성에 따라 첨가물과 혼합된 다음 오븐내에서 열처리된다. 출발 혼합물은 오븐 분위기에서 관류되며, 자체 형성되는 부유 물질은 플레이크 혹은 먼지의 형태로 오븐으로부터 다단식 필터 장치를 통해 이송되어 폐가스로부터 분리되며, 이 경우 상기 제 1 필터는 고온 필터로서 설계된다. 그 다음에 폐가스는 냉각되고, 적어도 하나의 제 2 필터를 관류하여 예열된 다음에 고온에서 연소된다.
Description
제조 방법을 실행할 때, 특히 상이한 생성물을 제조할 때에는 대부분 재료 혼합물의 형태로 된 폐기물 또는 생산에 의한 잔류물이 형성되며, 상기 재료 혼합물은 크롬, 아연, 니켈, 구리, 납 등과 같은 중금속을 특히 유기 물질과 함께 함유하며, 이 때에는 일반적으로 크롬의 함량이 우세하다.
값비싼 원료를 재생하기 위한 상기 재료 혼합물의 분리는 바람직하지만, 상기 재료 혼합물의 화학적 특성의 상이함 때문에 매우 어렵다. 예를 들어 액체의, 점성의 또는 고체의 분해된 폐기물 또는 잔류물내에는 크롬-VI-산화물 또는 크롬-III-산화물(Cr2O3) 또는 아연도 함유될 수 있다.
중금속의 재생은 매우 복잡하고 비교적 비경제적이기 때문에, 중금속을 함유하는 폐기물이 예를 들어 화학적-물리적 장치내에서 처리됨으로써 유해 물질이 줄어든다. 즉, 비활성화되어 용리하기 어렵게 된다. 그 다음에 이 때 형성되는 필터 케이크(filter cake)가 특수 폐기물-저장소내에 최종 저장될 수 있다.
예를 들어 바이에르 악티엔게젤샤프트에 의해 공지된, 크롬을 재생하기 위한 방법은 고농축 영역에서 이루어지며, 이 때에는 크롬 금속을 처리하기 위한 첨가제로서 사용된, 정해진 오염을 가지며 고유의 방법에서 형성되는 소정 용액만이 사용된다. 이 경우 중금속은 액체 상태로부터 고체 상태로 결합된다. 즉, 크롬을 함유하는 고농축 폐기물이 파괴되는 화학적 처리가 먼저 이루어지며, 이 때에는 슬러지가 형성된다. 이 슬러지를 건조한 다음에는 폐기물이 야금술 설비내에서 계속 처리될 수 있다.
고농도 폐기물은 적합하고 엄격한 환경 규정에 상응하게 용기내에 포장되어 바람직하게는 지하-저장소에 최종 저장된다.
소정의 최소 연소가를 갖는 오염되기 쉬운 폐기물의 경우에는, 상기 폐기물을 쓰레기 소각 장치내에서 연소시키는 가능성이 존재한다. 플라이애시(fly-ash) 및 부유물과 같은 연소시 형성되는 잔류물은 물론 상승된 중금속 함량 때문에 특수 폐기물-저장소에 저장되어야 한다. 추가적으로, 예컨대 다이옥신과 같은 유기 물질의 제 1 연소시 생성되는 유해 물질을 배출 공기로부터 제거하기 위해서는 쓰레기 소각 장치 뒤에 또 하나의 재연소 장치가 연결되어야 한다. 이 목적을 위해 재연소 장치내에서는 원래의 쓰레기 소각 장치내에서의 온도 보다 훨씬 더 높은 온도가 도달되어야 한다. 이 경우의 단점은, 상기와 같은 높은 온도로 인해 제 1 열처리시에 형성되는 크롬-III-산화물이 용해되기 쉬운 크롬-VI-산화물로 변환되고 그 다음에 심지어 상기 장치가 조절되지 않은 채로 중단될 수 있다는 점이다. 유사한 효과는 아연의 경우에서도 나타난다.
예외의 경우에는 제한된 조성을 갖는 적은 량의 잔류물이 상응하는 예비 처리 후에 야금술 설비내에서 첨가제로서 사용될 수 있다.
상기 예는, 값비싼 중금속이 다만 극도로 적은 량으로 재사용된다는 것을 보여준다. 잔류물 및 폐기물로부터 얻어지는 더 큰 부분의 중금속을 특수 폐기물-저장소내에 최종 저장하는 것은 경제적이지만 환경 보호적인 이유에서는 가장 바람직하지 않은 변형예이다.
본 발명은 예컨대 크롬과 같은 특히 중금속을 폐기물 및 잔류물로부터 분리하는 방식으로 원료를 재생하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 방법에서는 먼저 액체의 또는 점성의 출발 혼합물 및/또는 분쇄된 기본 성분으로 구성된 출발 혼합물이 준비된다.
본 발명의 목적은, 간단한 수단으로 실현될 수 있고, 높은 신뢰성으로 작동되며, 가급적 더이상의 폐기물 또는 잔류물이 형성되지 않고 이미 저장된 잔류물 및 폐기물도 또한 처리할 수 있도록 구성된, 폐기물 및 잔류물로부터 원료를 재생 및 분리하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
서문에 언급된 방식의 방법에서 원료의 분리는 본 발명에 따라, 액체의 또는 점성의 출발 혼합물 및/또는 분쇄된 기본 성분으로 구성된 출발 혼합물을 상기 혼합물의 조성에 따라 먼저 첨가제와 혼합한 다음에 열처리하는 방식으로 공기에 의해 관류되는 오븐내에서 화학적으로 열처리함으로써 이루어지며, 이 때 출발 혼합물은 오븐 분위기에서 관류되며, 자체 형성되는 부유 물질은 플레이크(flake) 혹은 먼지의 형태로 오븐으로부터 다단식 필터 장치를 통해 이송되어 폐가스로부터 분리되며, 이 경우 상기 제 1 필터는 고온 필터로서 형성된다. 그 다음에 폐가스는 냉각되고, 적어도 하나의 제 2 필터를 관류하여 예열된 다음에 고온에서 연소된다.
첨가제로서는 알루미늄 함유, 철 함유, 클로르 함유 또는 유황 함유 재료, 및 분해된 플라스틱 혹은 환원제로서의 플라스틱 과립이 고려된다. 크롬을 함유하는 내화 벽돌에 사용하기 위해서는 첨가제로서 세라믹 혼합물내의 산화 알루미늄 또는 산화 철이 특수 합금으로 고려된다.
열처리는 환원 분위기/산화 분위기에서 350℃ 내지 700℃ 이상의 온도에서 개별 출발 혼합물에 따라 이루어진다. 개별 경우에 필수적인 오븐 온도는, 어떤 중금속이 재생되어야 하고 상기 출발 혼합물이 어떤 조성을 가지며, 어떤 최종 생성물(미네랄화 온도)이 형성되어야 하는지에 의존한다. 따라서, 크롬-III-산화물 또는 산화 혼합물로서의 크롬의 경우에는 500 - 900℃의 오븐 온도가 필요하다. 산화 아연의 경우에는 550 - 1250℃의 온도에서 가장 유리하다. 또한, 크롬을 함유하는 잔류물로부터 크롬-III-산화물을 재생하기 위해서는 환원 분위기가 필요하고, 아연을 함유하는 잔류물로부터 산화 아연을 재생하기 위해서는 산화 분위기가 필요하다.
공기 조성 및 온도에 의존하여 형성되는 비교적 낮은 밀도의 플레이크는 오븐내에서 설정된 공기의 유동 속도에 의해 필터 장치의 적어도 하나의 필터를 통과하여 필터에서 재생된다. 산소 함량, 화학 반응 속도 및 자체 형성되는 플레이크의 밀도는 고려될 프로세스 파라미터이고, 개별 경우에 필요한 오븐내에서의 유동 속도를 결정한다. 그밖에 유동 속도는 재생될 중금속의 유동 속도에 의존하고, 회전 튜브 오븐 또는 유체화 층 오븐이 사용되는지에도 의존한다.
각각 제 1 필터는 가스 상태에서의 추가 반응을 피하기 위해 고온 필터로서 형성되며, 뒤에 배치된 필터는 저온 필터로서 설계될 수 있다.
제 1 필터내에서의 온도는 약 800℃에 달한다. 상기 제 1 필터를 통과하는 폐가스는 다음 필터에 도달되기 전에 약 200℃로 냉각될 수 있다.
CO2, SO2, CL2등을 함유할 수 있는 형성되는 연도 가스는 통상의 연도 가스 정화 장치내에서의 필터링 후에 염산 및 아황산 재생하기 위해 재처리된다.
클로르가 없는 시스템에서는 크롬-III-산화물의 형성이 크롬을 함유하는 물질의 분해를 통해서 및 크롬의 환원/산화를 통해서 이루어진다.
클로르를 함유하는 시스템에서는 크롬-III-산화물의 형성이 크롬을 함유하는 및 클로르를 함유하는 물질의 분해를 통해서, 염화크로밀(CrO2CL2)의 형성을 통해서, 염화크로밀의 분해를 통해서 및 크롬-III-산화물의 형성을 통해서 이루어진다.
복잡한 조성을 갖는 폐기물로부터 크롬을 크롬-III-산화물로서 재생하는 것은, 중간 물질로서 염화크로밀을 형성하여 클로르를 추출함으로써 이루어진다.
상기 방법은 크롬, 아연, 구리, 납, 니켈 등과 같은 임의의 중금속을 재생하기 위해 사용될 수 있으며, 이 경우에는 다만 방법 파라미터만 상응하게 매칭되면 된다.
본 발명에 따른 방법은 필터 장치 바로 뒤에 연결된 열반응기에 의해 최상으로 실현될 수 있으며, 이 때 전술한 재연소 챔버는 폐가스의 흐름 방향으로 볼 때 필터 장치 뒤에 연결되거나, 먼지 분리 후에 배치된다.
상기 열반응기는 바람직하게는 회전 튜브 오븐 또는 유체화 층 오븐이다.
필터 장치내에서의 원하지 않는 화학 반응을 피하기 위해 필터는 다단식으로 형성되며, 이 경우 먼지 또는 플레이크의 분리는 제 1 필터내에서 800℃의 온도에서 실시되며, 연도 가스 또는 폐가스는 크롬-VI-산화물의 재생을 방지하기 위해 추가 필터에 도달되기 전에 냉각된다. 필터 장치로서는 예를 들어 고온용 사이클론 또는 세라믹 필터(제 1 필터로서) 또는 저온용 직물 필터(제 2 필터로서)와 같은 공지된 모든 필터가 고려되며, 이 때 폐가스는 직물 필터에 도달되기 전에 약 200℃로 냉각된다.
유기 화합물의 연소 또는 분해를 위해서는 재연소 챔버가 매우 높은 온도에 도달될 수밖에 없기 때문에, 결과적으로 재연소 챔버는 예를 들어 CO2, NO2또는 SO2와 같은 비유해 물질만을 배출한다. 이와 같은 이유에서, 폐가스가 재연소 챔버내에 잠깐 머무르는 시간 동안 필요한 고온에 도달되도록 하기 위해 필터 장치와 재연소 챔버 사이에 가열 장치를 배치하는 것이 바람직하다.
폐기물 및 잔류물로부터 원료를 재생하기 위한 본 발명에 따른 방법의 장점은, 프로세스 파라미터 및/또는 첨가제의 조성이 간단히 변동됨으로써 화학적 열처리가 출발 물질의 상이한 조성에 간단히 매칭될 수 있다는 것이다. 그밖에, 생산으로부터 기인되는 폐기물 이외에는 추가의 잔류물이 생성되지 않는다. 재생된 원료를 상이한 입자 크기 및 밀도를 갖는 플레이크의 형태로 재사용 준비하기 위해서는, 화학적 열처리 후에 다만 분해 프로세스 및 여과 프로세스가 더 필요하다. 즉, 재생된 중금속은 구매자에 의해 분말 형태로 이용된다.
또한 본 발명에 따른 방법은 본 방법의 종결시에 환경을 손상시키는 물질이 전혀 생성되지 않거나 배출되지 않기 때문에 매우 환경 친화적이다.
공급 에러시에는 프로세스가 새롭게 진행될 수 있는데, 이것은 예를 들어 최종 생성물, 말하자면 플레이크에서 지나치게 높은 크롬-VI-함량이 검출되는 경우에 필요하다. 이 경우에는 프로세스가 여러번 진행될 수 있으며, 상기 프로세스 실행시에는 환원제의 첨가에 의해 생성물의 질이 보호된다.
본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치는, 원료의 화학적 열처리를 위해 열반응기가 제공되고, 상기 반응기 바로 뒤에 필터 장치가 연결되는 것을 특징으로 하며, 이 경우 재연소 챔버는 폐가스의 흐름 방향으로 볼 때 필터 장치 뒤에 연결되거나 또는 먼지 분리 후에 배치된다.
열반응기가 바람직하게 회전 튜브 오븐 또는 유체화 층 오븐으로 형성됨으로써, 첨가제와 혼합된 폐기물 및 잔류물이 열반응기내에서 충분한 시간 동안 머무르게 된다.
필터 장치는 또한 다단식으로 형성되며, 이 때 제 1 필터 뒤에는 냉각 장치가 접속된다. 원치 않는 화학 반응을 피하기 위해 제 1 필터의 온도는 약 800℃에 달한다. 즉, 제 1 필터는 고온 필터로서 형성된다.
제 1 필터 뒤에 접속된 제 2 필터는 직물 필터로서 형성되며, 약 200℃의 온도에서 작동된다.
제 2 필터로부터 배출되는 폐가스가 매우 낮은 온도를 가지기 때문에, 필터 장치와 재연소 챔버 사이에 폐가스를 예열하기 위한 가열 장치가 배치되면 바람직하다. 그럼으로써, 재연소 챔버내의 폐가스가 필요한 높은 온도에 도달하게 된다.
본 발명은 하기 실시예에서 더 자세하게 설명된다.
출발 재료는 예를 들어 하기의 조성을 갖는 크롬-VI-산화물 함유 용액으로부터 유래된다:
CrO3100 - 250 g
Cr3+ 20 - 40 g
Fe 10 - 30 g
Al 1 - 5 g
F 1 - 5 g
Si 1 - 2 g
H2SO41 - 10 g
플루오르를 AlF3에 결합시키는 동시에 출발 재료의 레서피(recipe)를 보정하기 위해 상기 출발 재료는 알루미늄을 함유하는 용액 또는 수산화 알루미늄-슬러지와 혼합된다. 추가로 석영 모래 또는 실리콘 함유 폐기물이 혼합된다.
이와 같이 제조된 출발 혼합물은 플라스틱 과립과 함께 회전 튜브 오븐내에 공급되어 상기 오븐내에서 화학적 열처리된다. 이 목적을 위해 750℃ 및 800℃의 오븐 온도 및 오븐의 환원 분위기가 설정된다. 플라스틱 과립은 임의의 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 오븐내에서 필요한 환원 분위기를 형성하기 위해 환원제로서 이용된다.
회전 튜브 오븐에서는 공급된 혼합물이 상기 오븐 분위기에서 관류하며, 이 때 형성되는 크롬-III-플레이크는 공기 흐름에 의해서 뒤에 연결된 제 1 먼지 필터 내부로 이송된다. 상기 먼지 필터내에서는 플레이크가 폐가스로부터 분리된 다음에 냉각된다.
예를 들어 크롬-III-산화물로부터 크롬-VI-산화물로의 산화와 같은 원치 않는 화학 반응을 방지하기 위해, 제 1 먼지 필터는 800℃에서 작동된다. 먼지 필터의 냉각은 구리 또는 니켈의 재생시에 이루어지는 것이 바람직하며, 그와 달리 크롬, 아연 또는 납의 재생시에는 약 800℃의 필터 온도가 적당하다.
폐가스를 부유 물질(플레이크, 먼지)로부터 완전히 분리하기 위해서, 제 1 먼지 필터 뒤에는 직물 필터의 형태로 된 제 2 먼지 필터가 연결된다. 제 2 필터에 도달되기 전에 폐가스를 약 200℃의 온도 이하로 냉각시키기 위해 2개의 필터 사이에는 냉각 장치가 배치된다.
배출 공기는 먼지 필터를 통과한 후에 재차 가열되어 재연소 챔버 내부로 유입되며, 상기 재연소 챔버내에서 예를 들어 다이옥신과 같은 배출 공기의 유기 성분이 CO2, NO2, SO2와 같은 비유해 물질로 연소된다.
연소 챔버를 통과한 후에는 상기 연소 챔버내에서 형성된, CO2, SO2, Cl2등을 함유할 수 있는 연도 가스가 연도 가스 정화 장치내에 제공되며, 그 다음에 상기 정화 장치에 의해 염산 및 아황산이 재생될 수 있다.
클로르를 함유하는 시스템에서는, 먼저 클로르를 함유하는 및 크롬을 함유하는 물질의 분해에 의해 염화크로밀을 제조한 다음에 상기 염화크로밀을 Cl2및 Cr2O3로 분해하는 2단계 방식으로 크롬-III-산화물이 형성된다.
전술한 방법은 크롬, 아연, 구리, 납, 니켈 등과 같은 임의의 중금속을 재생하기에 적합하며, 이 경우에는 다만 방법 파라미터만을 변경시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 하기의 잔류물이 사용된다:
주물질:
상기 주물질은 재생용 중금속을 함유하는 잔류물이다. 주물질은 중금속 함유 용액, 슬러지 또는 분말이며, 이 때 상기 중금속은 화학적으로 결합되거나 또는 금속 형태로 존재할 수 있다.
첨가 물질:
상기 첨가 물질은 한편으로는 화학적 열처리시에 환원되는 특성(크롬 침전물내에 있는 플라스틱) 또는 산화되는 특성(산화 아연 침전물내에 있는 과산화물)을 갖는 잔류물로서의 생성 물질이고, 다른 한편으로는 레서피를 보정하기 위해 필요한 부가제이다. 상기와 같은 부가제는 예컨대 산화 알루미늄, 산화 철, 산화 실리콘 또는 산화 마그네슘이다.
본 방법을 실시하기 위한 장치는 원료를 화학적 열처리하기 위한 열반응기(회전 튜브 오븐 또는 유체화 층 오븐)로 이루어지며, 상기 반응기 바로 뒤에는 다단식 필터 장치가 연결된다. 필터 장치는 약 800℃에서 작동되는 제 1 고온 필터(세라믹 필터, 사이클론) 및 상기 제 1 필터 뒤에 연결되고 약 200℃에서 작동되는 제 2 필터(직물 필터)로 이루어지며, 이 경우 2개의 필터 사이에는 냉각 장치가 배치된다.
필터 장치의 배출 공기 출구는, 필요에 따라 연도 가스 정화 장치와 결합될 수 있는 통상의 재연소 챔버에 연결된다. 효과적인 재연소에 도달하기 위해, 필터 장치로부터 배출되는 공기는 예열되어 재연소 챔버에 제공된다.
Claims (17)
- 먼저 액체의 또는 점성의 출발 혼합물 및/또는 분쇄된 기본 성분으로 이루어진 출발 혼합물을 제조함으로써, 폐기물 및 잔류물로부터 원료, 특히 중금속을 재생하기 위한 방법에 있어서,액체의, 점성의 및/또는 고형의 출발 혼합물을 상기 혼합물의 조성에 따라 먼저 첨가물과 혼합한 다음에 오븐에서 열처리하는 화학적 열처리 방식에 의해 원료를 분리하며, 이 때 출발 혼합물은 오븐 분위기에서 관류되고 자체 형성되는 부유 물질은 플레이크 또는 먼지의 형태로 오븐으로부터 다단식 필터 장치내로 이송되어 폐가스로부터 분리되며, 각각 제 1 필터는 고온 필터로서 형성되며,그 다음에 상기 폐가스를 냉각하고, 적어도 하나의 제 2 필터를 관류한 후에는 예열 후에 고온에서 연소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 열처리를 환원/산화 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 분해된 플라스틱 또는 플라스틱 과립을 환원제로서 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리를 350℃ 내지 700℃ 이상의 온도에서 개별 출발 혼합물에 따라 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 조성 및 온도에 따라 형성되는 비교적 낮은 밀도의 플레이크를 오븐내에서 설정된 공기의 유동 속도를 이용하여 필터 장치를 통과시키며, 상기 필터 장치에서 재생하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 가스 상태에서의 추가 반응을 피하기 위해 필터 장치의 제 1 필터를 고온 필터로서 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 필터 장치의 온도를 200℃ 내지 800℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, CO2, SO2, CL3등을 함유할 수 있는 형성되는 연도 가스를 필터링 후에 연도 가스 정화 장치내에서 염산 및 아황산을 재생하기 위해 재처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 크롬을 함유하는 물질의 분해를 통해 및 크롬의 환원/산화를 통해 클로르를 함유하지 않는 시스템에서 크롬-III-산화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 크롬을 함유하는 및 클로르를 함유하는 물질의 분해를 통해, 염화크로밀(CrO2CL2)의 형성을 통해, 염화크로밀의 분해를 통해 및 크롬-III-산화물의 형성을 통해 클로르를 함유하는 시스템에서 크롬-III-산화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 물질로서 염화크로밀을 형성하고 클로르를 추출함으로써 복잡한 조성을 갖는 폐기물로부터 크롬을 크롬-III-산화물로서 재생하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,원료를 화학적 열처리하기 위한 열반응기가 제공되며,상기 열반응기 바로 뒤에 필터 장치가 연결되고, 재연소 챔버가 폐가스의 흐름 방향으로 볼 때 필터 장치 뒤에 연결되거나 먼지 분리 후에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 열반응기가 회전 튜브 오븐 또는 유동체 층 오븐인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 필터 장치가 다단식으로 형성되며, 제 1 필터 뒤에 냉각 장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 14항에 있어서, 제 1 필터 장치의 온도가 약 800℃에 달하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 12항 또는 제 14항에 있어서, 제 2 필터가 직물 필터로서 형성되고, 약 200℃의 온도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 12항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 장치와 재연소 챔버 사이에 폐가스를 예열시키기 위한 가열 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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