KR20060081281A - 폐알루미늄캔의 재생처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선별, 분쇄, 유기물 제거공정을 거친 폐알루미늄조각을 알루미늄 용융로에서 용융 후 냉각시켜 폐알루미늄 캔으로부터 금속알루미늄을 회수하는 방법에 있어서, 알루미늄 용융로중의 알루미늄 용융액에 와류를 형성시키고 와류를 나타내고 있는 알루미늄 용융액중으로 폐알루미늄조각을 투입용융시켜 폐알루미늄캔으로부터 금속알루미늄을 회수하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 폐알루미늄캔으로부터 높은 회수율로 금속알루미늄을 회수할 수 있는 효과가 있다.

폐알루미늄캔, 재생처리, 와류용탕, 알루미늄 잉고트

Description

폐알루미늄캔의 재생처리 방법{Recycling Method of Waste Aluminium Can}

도1은 본 발명의 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도2는 본 발명에서 알루미늄 용탕에 소용돌이를 일으키고 이 소용돌이 속으로 알루미늄을 투입하여 용융시키는 알루미늄 용융로의 단면도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 알루미늄 용융장치

2 : 용융챔버(Melting chamber)

3 : 투입대(Charge well)

4 : 와류용탕

5 : 반사로

6 : 펌프

7 : 출탕파이프

8 : 이송장치

9 : 알루미늄 용융액

10, 11 : 가스배출구

본 발명은 폐알루미늄캔의 재생처리 방법에 관한 것이다.

알루미늄(Al)은 가볍고 내식성, 가공성이 좋으며 전기 및 열의 전도도가 높고 색도 미려하므로 냉장고, 세탁기등의 가정용품 및 자동차, 항공기등의 소재로 사용될 뿐 아니라, 음료수의 용기를 비롯하여 포장재 등 그 사용용도가 광범위하며 철강 제련시 탈산제로 사용되기도 한다. 알루미늄은 고가의 금속이므로 사용 후 폐기되는 알루미늄 제품은 회수되어 재활용되고 있다.

폐알루미늄 제품의 재활용에 관한 연구는 폐기물의 재활용에 따른 경제적인 이점 뿐만 아니라 환경 오염을 방지하는 측면에서도 매우 유용한 과제이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0232863호(등록일자 1999.9.8.)에는 알루미늄 스크랩을 480~530℃로 가열하여 부착물, 도료 등의 알루미늄 표면에 부착된 유기 물질을 분해한 후 100℃이하로 냉각하고 충격파쇄기로 파쇄하여 생성된 산화물을 분리한 후 10mm이하의 세분을 제거하고 프레스기로 최대중량 7Kg 부피비중 2.4 ~ 2.65이고 성형체의 체적/표면적 비가 적어도 1.85인 가압성형체로 만든 알루미늄 스크랩을 반사로 용해 원료로 처리하여 금속 알루미늄으로 회수하는 방법에 대하여 개시하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0227317호(등록일자 1999.8.2)에는 산소농도가 10용량%이하로 된 분위기이고 온도가 300~600℃범위로 된 로내에서 금속알루미늄함 유물질 중 가연물질을 탄화시키고 냉각 후 체로 치거나 자석을 이용하여 탄화물을 분리하는 금속알루미늄 함유물질로부터 알루미늄을 회수하는 방법에 대하여 개시하고 있다.

그 밖에도 알루미늄 폐기물로부터 회수된 알루미늄을 불순물제거 등의 선별처리한 후 용융시켜 알루미늄괴(Al ingot)로 만들어 각종 알루미늄 제품의 원료로 공급되고 있다.

폐 알루미늄캔으로부터 알루미늄을 회수하는 방법에서는 회수된 알루미늄을 반사로나 도가니로 등의 알루미늄 용융로에 넣고 약700℃정도로 가열용해시킨 후 냉각시켜 알루미늄괴로 만들어 회수하고 있다.

그러나 폐알루미늄캔을 용융시켜 알루미늄괴로 회수하는 방법에서는 폐알루미늄캔이 용해되기 전 가열된 상태에서 상당한 시간동안 공기와 접촉을 하게 되는데 가열된 상태의 알루미늄은 공기중에서 쉽게 산화반응을 일으키는 성질이 있어 공기와의 접촉시간이 길어지게 되면 알루미늄의 산화로 인한 손실량이 커져 회수율이 떨어지게되어 회수율이 70%이하로 낮다는 문제가 있다.

또한 알루미늄캔 표면에 잔존하는 수분 및 도료 등의 이물질이 기화(gasification)되면서 NOx, SOx 등의 가스를 발생시키고 이들이 공기중의 산소와 함께 알루미늄과 반응하여 알루미늄 용해재(dross)를 만들게되어 알루미늄 회수율에 나쁜 영향을 주기도 한다.

따라서 이 분야에서는 알루미늄의 회수율을 높여줄 수 있는 폐알루미늄의 재생처리방법의 개발이 필요한 실정에 있다.

본 발명의 목적은 높은 회수율로 폐알루미늄캔으로부터 금속 알루미늄을 회수하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명자들은 폐알루미늄캔을 파쇄하여 300~100mm크기로 절단한 알루미늄캔 조각을 알루미늄의 융점(660℃)보다 낮은 온도로 가열하여 표면에 부착된 가연성물질을 탄화시키고, 이를 냉각시킨 후 2~15mm크기로 분쇄한 후 이를 알루미늄 용융로에서 용융시켜 알루미늄괴로 회수하는 금속알루미늄 회수방법에서, 2~15mm크기의 알루미늄조각을 알루미늄 용융로에서 용융시킬 때, 용융로중의 알루미늄 용융액이 와류현상을 나타내도록하고 와류현상을 나타내고 있는 알루미늄 용탕 중으로 알루미늄조각을 투입하는 방법으로 알루미늄을 용융시켜주면, 투입된 알루미늄 조각이 알루미늄의 와류용탕 중으로 신속하게 빨려들어가면서 용융되게 되어 알루미늄 조각과 공기와의 접촉시간을 단축시켜 줄 수 있어 용융과정에서 알루미늄의 손실량이 억제되어 알루미늄의 회수율을 높여줄 수 있는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 폐알루미늄캔으로부터 알루미늄을 높은 수율로 회수하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 충격식 해체기로 알루미늄 캔 가압성형체를 낱캔상태로 해체하는 공정과 해체된 폐알루미늄 캔으로부터 알루미늄 선별 장치에 의해 철분과 비닐, 흙 등 쓰레기를 제거하여 폐알루미늄캔 만을 선별하는 공정과 절단기에 의해 선별된 폐알루미늄 캔을 30~100mm으로 절단하는 공정과 : 절단 선별된 폐알루미늄 캔을 회전 반응기에 투입하여 고온 공기 발생기로부터 공급된 고온 가스에 의하거나 또는 버너 화염에 의한 직접 가열에 의해 저산소 농도 및 알루미늄 용융 온도 보다 낮은 400~750 ℃ 온도 범위에서 가열하여 절단된 폐알루미늄 제품의 표면에 부착된 도료 및 잔존 음료등 유기물질을 연소 시키는 공정과 : 도료 및 유기물을 연소시킨 폐알루미늄 캔과, 산화물 및 연소잔사를 분리, 선별하면서 동시에 충격파쇠기로 2~15mm 크기로 분쇄·입자화하는 공정과; 반사로에서 이미 용융된 알루미늄 용융액에 용탕와류현상(Vortex)을 강제적으로 발생시키고 입자화된 폐알루미늄캔 분쇄물을 상기 와류용탕 중으로 투입·용해시킨 후 주조기로 알루미늄괴로 제조하는 공정으로 구성된다.

이하에서는 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 공정을 개략적으로 나타내는 공정도인 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 가압성형체 형태로 유통되는 폐 알루미늄 캔 가압성형체를 충격식 해체기에 (Impact Breaker) 의하여 낱캔 상태로 해체 한다.

알루미늄 캔 가압성형체는 상기 대한민국 등록특허공보 제10-0232863호에 기재된 바와 같이 회수된 알루미늄 캔들을 프레스로 가압하여 부피를 줄인 성형체를 말한다.

이어서, 낱캔 상태로 해체된 폐알루미늄 캔 제품은 롤러 컨베이어와 같은 이송 기구를 통해 선별기 (Separator)로 이송하고 선별기에서 전자석 (Magnetic)을 이용하여 폐캔 수집 유통과정에서 혼입되는 철 성분을 제거한 후 유리 플라스틱 등은 비중차이와 자력에 대한 반발력(Eddy Current)을 이용하여 제거하여 폐알루미늄 캔만을 선별한다.

선별된 폐알루미늄 캔 제품을 절단기(Cutter 또는 Shredder)를 이용하여 30 ~100mm로 절단하여 폐알루미늄 캔 표면에 부착된 유기물질 및 도료 등이 연소용 고온가스와 접촉하는 면적을 증대시킨다.

선별 / 절단된 폐알루미늄 캔은 롤러 컨베이어와 같은 이송기구를 통해 회전 반응기 (Rotary Kiln)에 투입하여 고온가스 발생기로부터 공급된 고온 가스로 가열하거나 버너화염으로 직접 가열하여 폐알루미늄 캔 표면에 부착된 유기물질 및 도료 등을 연소 시킨다.

고온가스발생기(Hot gas generator)는 버너화염으로 공기를 400~750℃로 가열하여 가열된 공기를 공급하는 장치이다.

유기물질 연소 공정은 폐알루미늄 제품을 용융시키지 않고 표면에 부착된 유기물질만을 고온 가스에 의해 가열 연소시켜 주기 위해 회전 반응기 입구의 분위기 온도를 알루미늄의 용융 온도 보다 낮은 400~750 ℃로 유지시킨다. 회전반응기 입구의 온도를 상기와 같은 온도 범위로 유지하는 것은 연료를 연소시켜 고온 가스를 생산하는 고온 가스 공급기로부터 생산된 고온 가스를 공급 받아 이루어지거나 버 너 화염에 의한 직접가열에 의해 이루어지며 고온 가스는 절단된 폐알루미늄 제품이 회전반응기에 투입되는 방향에서 병류식으로 공급되면, 이를 통해 순간적으로 폐알루미늄 제품 표면에 부착된 도료등의 고분자 유기물질을 알루미늄을 용융시킴 없이 연소제거시킨다.

상기 공정에서 회전 반응기 내부는 알루미늄 용융 온도(660℃) 보다 낮은 온도 범위로 유지되고 출구 온도는 350~600℃정도로 유지된다. 출구 온도로 상기 범위로 제어하는 것은 폐알루미늄 캔의 표면에 부착된 페인트나 합성 수지등의 연소에 의해 반응기 내부 온도가 상승하더라도 알루미늄 용융 온도에 도달하지 못하도록 하기 위함이다.

또한 상기 공정를 수행하기 위해 공급되는 고온 가스는 배출가스중의 산소 농도가 6~8 부피% 정도가 되도록 고온가스 발생기 (Hot Gas Generator)에서 투입 산소 농도를 조절하여 공급되는데, 강제 송풍기를 통해 일반 공기를 고온 가스 발생기에 공급하여 배출가스중의 산소 농도를 조절한다. 산소 농도를 상기 범위로 제어하는 것은 산소가 너무 과량으로 공급되면 폐알루미늄 제품 표면에 부착된 가연물이 순간적으로 전량 연소되어 회전 반응기내 온도가 급상승하여 회전반응기의 온도가 통제되지 못하고 또한 잉여 산소에 의한 알루미늄의 산화반응이 일어나 최종적인 회수율 저하의 원인이 되기 때문이며, 반면 미량일 경우 연소에 의한 유기물질 제거 효과가 불충분하므로 유기물질이 서서히 완전 연소되도록 하기 위함이다.

또한 상기 공정에서 회전반응기의 내부 압력은 5mmHg 이하로 유지되며 폐알루미늄 캔 제품을 적절하게 처리하도록 5~8rpm의 회전수로 회전된다. 회전반응기를 상기 회전수 범위로 회전시킴으로써 회전 반응기 내부에서 폐알루미늄 제품을 적절하게 교반하여 표면에 부착된 유기물질의 연소를 효과적으로 진행시키며, 폐알루미늄 제품의 체류 시간을 20~40분으로 하는 것과 관계된다.

상기와 같은 공정을 통해 폐알루미늄 표면에 부착된 유기물질이 제거된 폐알루미늄 제품(Flake)을 냉각기(Cooling Chamber)로 배출된후, 유기물질이 제거된 폐알루미늄 제품은 냉각기에서 70~200℃로 냉각된다. 상기 온도 범위로 폐알루미늄 제품을 냉각 시키는 것은 분쇄기에서의 분쇄중에 열이 발생하여 분쇄기의 베어링부가 과열되거나 분쇄열로 인한 알루미늄의 분쇄기 내부의 알루미늄의 용융 융착등을 방지하기 위함이다.

분쇄기에 투입된 알루미늄은 입경 2~15mm 의 알갱이로 잘게 분쇄된 후 팬(Fan)에 의해 분체 이송되며 분진, 산화물등의 연소잔사를 원심력 싸이클론(Cyclone)을 이용해 비중차를 이용해 선별, 이송중 분진등을 제거하면서 저장조(Storage Hopper)로 이송되며 연소잔사 및 분진이 제거된 폐알루미늄 제품의 분쇄물은(Granule) 저장조에 저장된다. 폐알루미늄 제품을 2~15mm로 분쇄하는 것은 과도히 미세하게 분쇄시 손실율이 높아지고 폭발의 위험성이 있으며, 너무 큰 경우 성형시 비중이 감소되어 곤란하므로 상기 범위로 제어한다.

저장조의 폐알루미늄 제품 분쇄물은 재차 컨베이어와 같은 이송기구에 의해 압착성형기(Press)로 이송되어 원통형태(Cylinder Type)의 알루미늄괴나 알루미늄 그래뉼(Granule)로 제조되거나 산소농도를 제어하기 위해 로의 기밀을 유지시킨 반사로 형태의 로에 투입, 용융시킨 후 알루미늄괴로 제조된다.

상기 설명한 바와 같이 폐알루미늄 캔으로부터 제조된 알루미늄괴는 순도96~97%의 알루미늄괴를 제조할 수 있는데, 적용 공정에 따라 그 형태는 그래뉼 형태 또는 괴 형태로 할 수 있다.

본 발명에서는 상기 회전반응기에서 처리된 도료 및 유기물질이 제거된 알루미늄 캔 (Flake)이나, 분쇄되어 입자화된 알루미늄 캔 (Granule)를 반사로에 별도의 용해소재 투입대(Charge well)에 와류용탕현상(Vortexer)을 강제적으로 발생시켜서 발생된 와류에 의하여 강제적으로 용탕에 침강시켜 용해시킨다.

이때 용탕 와류 속으로 용해소재를 연속 투입하여 침강(Submerge) 시켜 용해하는 목적은 반사로의 버너 직화에 의한 산화로스를 배제하면서 용해시킬수 있으며, 용해소재의 용해속도가 빨라지므로 용해효율이 상대적으로 증가하게 되고, 부재료(Flux) 사용량 감소 및 집진기(Dust Colletor)의 처리 용량의 감소등의 부수적 효과도 얻을 수 있다.

본 발명에서 와류용탕을 이용하여 알루미늄을 용해시켜주는 이유는 아래와 같다.

일반적으로 수집된 폐알루미늄 캔을 알루미늄 용융로에서 용융시켜 금속알루미늄괴로 제조하는 공정은 원료의 투입부터 제품의 회수까지가 연속공정으로 이루어지고 있다.

따라서 알루미늄 용융공정은 진공이나 무산소상태에서 이루어질 수가 없고 알루미늄은 융점부근의 고온에서 산소와 쉽게 반응하여 산화 알루미늄을 형성하는 성질이 있어 고온에서 산소와의 접촉시간이 길어지게 되면 금속 알루미늄으로 회수 되는 회수율이 떨어지게 된다.

그러나 고체 알루미늄을 알루미늄 와류용탕에 투입하는 방식으로 용해시켜주면 알루미늄 와류는 고온의 알루미늄 용융액이 빠른속도로 흐르는 것이므로 단위부피당 열용량이 증가하게되며 따라서 고체 알루미늄과 액체 알루미늄간의 열교환이 빠르게 일어나게 되어 고체 알루미늄의 용해속도가 빨라지게 된다.

펌프를 사용하여 가압시킨 알루미늄 용융액을 일정크기의 원통형 용기내로 유입시켜 주게되면 알루미늄 용융액은 용기벽을 타고 회전하면서 와류를 일으키게 되고, 이 와류를 일으킨 알루미늄 와류용탕 중으로 알루미늄 조각을 투입하여주면 투입된 알루미늄 조각은 알루미늄 용융액 중으로 신속하게 빨려들어가면서 열교환이 일어나 용융되게 된다.

그 결과 산소와의 반응시간이 감소하게 되고 산화반응에 따른 연소물의 발생도 감소되기 때문에 환경설비인 집진기의 처리용량도 감소하게 되며, 알루미늄 드로스의 발생량도 감소하게 되므로 알루미늄 드로스중의 알루미늄을 회수하는데 사용되는 프럭스(Flux)의 사용량도 감소하게 되는 등의 이점이 따른다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 1

도1에 도시한 공정에 따라 도2에 도시한 알루미늄 용융장치에서 폐알루미늄 캔을 알루미늄 잉고트로 회수하였다.

시간당 1,000Kg의 가압성형체로 형성된 폐알루미늄 캔 제품을 낱캔 상태로 해체한후 선별기에 의하여 철 및 유리와 플라스틱을 선별 분리한후, 50mm정도로 절단하여 절단된 폐알루미늄 캔 제품을 회전반응기에 투입하였다. 고온가스발생기에 발생된 630℃의 고온가스를 회전반응기에 공급하여 폐알루미늄 제품 표면에 부착된 유기물질을 가열 연소 제거하였다. 유기물질을 제거한 알루미늄조각을 80℃정도로 냉각시킨 후 분쇄기를 사용하여 입경 10mm내외로 분쇄하였다. 이 알루미늄 분쇄물을 스크류 컨베이어와 같은 정량 연속 이송장치(8)에 의하여 용융챔버(Melting chamber)(2)의 투입대(Chrage Well)(3)하부에 형성시킨 와류용탕(Vortex)(4)속으로 연속투입하여 침강(Submerge)시켜서 용융한 후 주조기로 성형하여 알루미늄 괴로 주조하였다. 회수된 알루미늄 괴는 시간당 870Kg(회수율 87%)이었으며, 알루미늄 순도는 97.12%이었다.

알루미늄 용융장치(1)는 도2에 도시한 바와 같다. 도2에서 (5)는 반사로이다. 여기에는 별도 준비된 알루미늄을 용융시켜 알루미늄 용융액을 준비한다. (6)은 알루미늄 용융액 이송용 펌프이다. 이 펌프를 이용하여 알루미늄 용융액을 투입대 방향으로 가압공급하면 투입대 하부에 구성된 원통형 용융챔버에서 알루미늄 용융액의 와류용탕이 형성된다. 본 실시예에서는 와류용탕(4)을 형성시켜주기 위해서 내경 4˝인 용융알루미늄 이송파이프를 사용하여 1m/sec의 유속으로 알루미늄 용융액(9)을 직경 60cm의 용융챔버(2)로 투입하였다. 여기에서 용융된 알루미늄 용융액은 출탕파이프(7)를 통하여 반사로(5)로 공급된다. 반사로중의 알루미늄 용융액(9)을 취출하여 주조성형하면 알루미늄 잉고트를 얻을 수 있다. 도 1에서 (10),(11)은 가스배출구이고, "→"표는 알루미늄 용융액의 이송방향을 나타낸 것이다.

실시예 2

시간당 1,000Kg의 폐알루미늄 캔 제품을 낱캔 상태로 해체한후 선별기에 의하여 철 및 유리와 플라스틱을 선별 분리한후, 50mm정도로 절단하여 절단된 폐알루미늄 캔 제품을 회전반응기에 투입하였다. 고온가스발생기에서 발생된 고온가스를 회전반응기에 공급하여 온도 630℃ 정도로 폐알루미늄 제품 표면에 부착된 유기물질을 가열 연소 제거한후, 냉각기에 유기물질이 제거된 폐알루미늄 캔을 이송하여 150℃ 정도로 냉각후, 분쇄기로 이송하여 5mm정도의 크기로 분쇄후 팬(Fan)으로 이송, 원심력 싸이클론(Cyclone)에 의하여 분진 및 산화물을 제거후 저장조로 이송하여 저장하고 이후 반사로에 용해소재 투입대(Chrage Well)에 용탕와류(Vortex)속으로 용해소재를 연속투입하여 침강(Submerge) 시켜서 용해하여 알루미늄괴로 주조, 제조하였다. 회수된 알루미늄 괴는 시간당 880Kg(회수율 88%)이었으며, 알루미늄 순도는 97.12%이었다. 와류용탕의 형성방법은 실시예1과 같다.

비교예

시간당 1,000Kg의 폐알루미늄 캔 제품을 낱캔 상태로 해체한후 선별기에 의하여 철 및 유리와 플라스틱을 선별 분리한후, 50mm정도로 절단하여 절단된 폐알루미늄 캔 제품을 회전반응기에 투입하였다. 고온가스발생기에서 발생된 고온가스를 회전반응기에 공급하여 온도 630℃ 정도로 폐알루미늄 제품 표면에 부착된 유기물질을 가열 연소 제거한후, 냉각기에 유기물질이 제거된 폐알루미늄 캔을 이송하여 150℃ 정도로 냉각후, 분쇄기로 이송하여 5mm정도의 크기로 분쇄후 팬(Fan)으로 이송, 원심력 싸이클론(Cyclone)에 의하여 분진 및 산화물을 제거후 저장조로 이송하여 저장하고 이후 반사로(5)에 투입하고 반사로(5)온도를 720℃로 유지하여 용융한 후 주조기로 주조하여 알루미늄 괴로 제조하였다. 얻어진 알루미늄괴는 650Kg/Hr로 회수율이 65%이었으며, 알루미늄 순도는 96.45%이었다.

본 발명 방법에 의하면 알루미늄 회수율이 종래 70%이하에서 87~88%이상으로 향상되며, 얻어진 알루미늄 순도도 96-97%로 향상되었다. 연료 사용량이 대폭 절감되어 CO₂ 가스 발생량도 감소됨을 알 수 있었다.

본 발명의 방법은 폐알루미늄캔으로부터 높은 회수율로 금속알루미늄을 회수할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 선별, 분쇄, 유기물 제거공정을 거친 폐알루미늄조각을 알루미늄 용융로에서 용융 후 냉각시켜 폐알루미늄 캔으로부터 금속알루미늄을 회수하는 방법에 있어서, 알루미늄 용융로중의 알루미늄 용융액에 와류를 형성시키고 와류를 나타내고 있는 알루미늄 용융액중으로 폐알루미늄조각을 투입용융시켜 폐알루미늄캔으로부터 금속알루미늄을 회수하는 방법.

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