KR20050076371A - 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법 - Google Patents

알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법 Download PDF

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임성철
박윤섭
정택균
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Abstract

알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법에 관하여 개시한다. 본 발명의 방법은, 알루미늄 스크랩을 건조시키는 단계와; 건조된 알루미늄 스크랩들을 압축하여 단괴를 형성하는 단계와; 단괴를 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 단괴 형태로 진행되는 단순한 공정에 의하여 회수율이 향상되어 산업계에서 적극적으로 사용할 수 있으므로 자원의 재활용이라는 시대적 요청에 부응할 수 있으며, 용이한 산화 방지 공정의 채용으로 종래에 비하여 회수율이 증가하는 등 생산성이 향상되고, 알루미늄 스크랩에 잔류하고 있는 기계가공유의 제거 및 회수로 인하여 불순물의 침투방지 뿐만 아니라 친환경적인 방법이라 할 수 있다.

Description

알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법{Method for recycling of Aluminium scrap}
본 발명은 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법에 관한 것으로서, 특히 단괴를 이용한 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 자원의 재활용에 대한 관심이 고조되고 있으며, 현실적으로 적용하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 특히, 사용한 알루미늄 음료용기, 알루미늄 라미네이트박을 비롯한 알루미늄 스크랩(Aluminium scrap)의 회수에 의한 리싸이클링(recycling)이 추진됨과 아울러 그에 따른 처리방법이 제안되고 있다.
그런데, 리싸이클링의 경우 동일한 재료라 할지라도 다양한 발생처로부터 수집되기 때문에, 최종적으로 생산되는 2차 지금(secondary ingots)의 성분이나 품질이 균일하게 보장되지 못하고 있었다. 그러나 현재는 스크랩의 엄격한 관리와 발생처별 스크랩의 분리수거로 고품질의 2차 지금을 생산하여 스크랩의 원자재로 다시 사용하는 "Product to Product"의 개념이 활성화되고 있다.
종래의 알루미늄 스크랩 처리기술에 의하면 알루미늄 스크랩은 전처리를 행한 후 용해를 하게 되는데, 저밀도이면서 비표면적이 높은 스크랩을 용탕에 장입시키면 용탕 내로 가라앉지 못하고 용탕 상부에 부유하여 급속도로 산화되므로 이로 인한 용해손실이 막대하여 특수한 용해법을 사용하고 있다. 따라서, 알루미늄의 재활용이 제대로 이루어지지 않고 있으며 알루미늄 완제품의 가공공정 중에 발생하는 상당한 양의 알루미늄 스크랩 및 알루미늄 산업폐기물의 재활용을 위해서는 적극적인 활용기술의 개발이 절실히 요구되어지고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 산업계에서 적극적으로 사용될 수 있는 효율적인 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법은: 알루미늄 스크랩을 건조시키는 단계와; 건조된 상기 알루미늄 스크랩들을 압축하여 단괴를 형성하는 단계와; 상기 단괴를 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 단괴를 용해시키는 단계는, 아르곤 또는 질소 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 단괴를 용해시키는 단계 이후에, 탈가스 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 용해에 의하여 마련된 알루미늄 스크랩 단괴 용탕에 Si가 포함되어 있으면, 상기 탈가스 공정 이후에 초정 또는 공정 Si의 개량처리제를 첨가하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 1을 참조하면 먼저, 알루미늄 스크랩들을 건조로(乾燥爐) 등에 장입하고 약 200∼250℃의 온도에서 10∼60분 동안 건조시키는 전처리를 실시한다. 따라서, 스크랩들 표면에 잔류하는 기계가공유와 같은 오일 및 수분 등의 액체 성분의 불순물이 제거되고, 스크랩들의 산화가 방지된다.
본 공정에서 알루미늄 스크랩 표면에 부착된 액체 성분의 불순물들이 90% 이상 제거되었다. 이렇게 제거된 기계가공유 등은 회수되게 된다.
다음에, 건조된 알루미늄 스크랩들을 압축(壓出)하여 단괴(團塊)를 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법에 사용되는 알루미늄 스크랩의 단괴제조기를 나타낸 개략도로서, 일측에 개폐용 출구가 형성된 컨테이너 실린더(Container cylinder)와, 실린더 내부에서 상하로 이동하는 메인 실린더(Main cylinder)를 포함하여 이루어진다.
알루미늄 스크랩은 컨테이너 실린더에 장입되면 메인 실린더의 이동에 의하여 압축되어 단괴로 형성된다. 이 때, 단괴의 이론밀도가 90∼99%가 되도록 압축압력과 단괴지름을 조절하여 압축한다.
표 1은 알루미늄 스크랩의 압축압력 및 단괴의 지름과 단괴의 이론밀도 사이의 관계를 나타낸 것이다.
압축압력 50kgf/㎠
단괴지름(mm) 70 50 30
단괴밀도 80% 92% 95%
따라서 표 1에 의하면, 압축압력이 50kgf/㎠인 경우에는 단괴가 30∼50mm의 지름을 갖도록 압축한다.
그 다음에, 마련된 단괴를 용해시킨다. 단괴의 용해는 아르곤 또는 질소 분위기가 형성되며 단괴가 용해되는 적정온도, 예컨대 720℃로 유지되는 로(爐)에서 진행된다. 이 때, 로의 내부를 아르곤 또는 질소 분위기로 유지하는 이유는 단괴의 산화 방지를 위한 것으로, 단괴의 장입 전에 미리 아르곤 또는 질소 분위기를 형성하여도 좋고, 용해 공정이 진행되는 동안 아르곤 또는 질소를 약 2ℓ/min 씩 주입하여 아르곤 또는 질소 분위기를 유지하여도 좋다. 그리고, 단괴는 적당한 크기로 분할하여 로에 장입한다. 예컨대, 1kg의 단괴인 경우에는 3등분하여 장입한다.
표 2는 단괴의 용해 조건에 따른 회수율을 나타낸 것이다.
Al-12wt%Si ingot 1kg(용탕)+Al scrap 단괴(1kg)
용해조건 건조된 단괴사용시 야적된 단괴사용시 건조된 단괴를 Ar 또는 N2 가스 분위기에서 용해시키는 경우
회수량 1921.57g 1902.01g 1951.25g
1933.43g 1890.23g 1962.07g
1950.52g 1895.77g 1965.21g
따라서 표 2에 의하면, 건조된 단괴를 사용하거나 야적된 단괴 사용시보다 본 발명에서와 건조된 단괴를 아르곤 또는 질소 분위기에서 용해시키는 경우에 회수율이 향상되었다. 특히, 종래의 방법에 비하여 회수율이 5∼10% 향상된 98%로 나타났다.
이어서, 마련된 알루미늄 스크랩 단괴 용탕에 탈가스 처리제, 예컨대 degassa 190을 투입하여 탈가스 공정을 실시한다. 탈가스 공정에 의하여 알루미늄 스크랩 단괴 용탕에 용해되어 있는 가스 및 산화물이 제거되어 산화가 방지될 뿐만 아니라 회수율이 증가되게 된다.
계속해서, 알루미늄 스크랩 단괴 용탕에 Si가 포함되어 있는 경우에는 Al-Ti 또는 Al-Sr와 같은 초정(pro- eutectic) 또는 공정(eutectic) Si의 개량처리제를 투입하면 용탕의 응고에 의하여 형성된 재활용 알루미늄 합금의 기계적 물리적 특성을 향상시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법을 이용하여 형성된 압출재와 다이캐스팅재의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법을 이용하여 형성된 압출재의 인장강도는 253Mpa로 나타났고, 다이캐스팅재의 인장강도는 171Mpa로 나타났다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 단괴 형태로 진행되는 단순한 공정에 의하여 회수율이 향상되어 산업계에서 적극적으로 사용할 수 있으므로 자원의 재활용이라는 시대적 요청에 부응할 수 있다.
또한, 용이한 산화 방지 공정의 채용으로 종래에 비하여 회수율이 증가하는 등 생산성이 향상된다.
나아가, 알루미늄 스크랩에 잔류하고 있는 기계가공유의 제거 및 회수로 인하여 불순물의 침투방지 뿐만 아니라 친환경적인 방법이라 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법을 설명하기 위한 공정도;
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법에 사용되는 알루미늄 스크랩의 단괴제조기를 나타낸 개략도; 및
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법을 이용하여 형성된 압출재와 다이캐스팅재의 인장강도를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 알루미늄 스크랩을 건조시키는 단계와;
    건조된 상기 알루미늄 스크랩들을 압축하여 단괴를 형성하는 단계와;
    상기 단괴를 용해시키는 단계를 포함하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 건조시키는 단계는 200∼250℃의 온도에서 10∼60분 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단괴를 형성하는 단계는 상기 단괴의 이론밀도가 90∼99%가 되도록 압축하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단괴를 용해시키는 단계는, 아르곤 또는 질소 분위기에서 진행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단괴를 용해시키는 단계 이후에, 탈가스 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 용해에 의하여 마련된 알루미늄 스크랩 단괴 용탕에 Si가 포함되어 있으면, 상기 탈가스 공정 이후에 초정 또는 공정 Si의 개량처리제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 초정 또는 공정 Si의 개량처리제는 Al-Ti 또는 Al-Sr인 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩의 리싸이클링 방법.
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