KR20090093085A - 폐슬러리 재생 방법 및 장치 - Google Patents
폐슬러리 재생 방법 및 장치Info
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Abstract
폐슬러리를 재활용할 수 있는 슬러리 재생 방법 및 장치가 제공된다.
폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하면서, 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 폐슬러리를 가열하도록 1 차 가열하고, 가열된 폐슬러리의 연마재 입자와 Si 를 분리하기 위해 초음파 처리를 수행하고, 1 차 가열 단계에서 가열된 폐슬러리를 제 1 절삭유과 연마재로 원심분리하도록 1 차 원심분리를 수행하고, 제 1 절삭유를 제 2 절삭유과 Si 로 원심분리하는 2 차 원심분리를 수행하고, 1 차 원심분리 단계에서 추출된 연마재와 2 차 원심분리 단계에서 추출된 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산하는 폐슬러리 재생 방법 및 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼의 평탄화에 사용된 폐슬러리의 재생 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 제조공정 중에 발생하는 연마재, 절삭유, 및 Si 분말이 포함된 폐슬러리를 재생하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 평탄화 작업에 있어서, 슬러리는 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 수행하여 웨이퍼의 평탄도를 높이기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 유용성으로 인해, 반도체 공정이 미세 공정화될수록 반도체 평탄화 공정에서 필수적으로 사용되는 핵심 소재이다.
일반적으로, 반도체 실리콘 웨이퍼의 제작공정에서는 노 (furnace) 내에서 실리콘 (Si) 단결정 성장을 통하여 잉고트 상태로 고순도의 실리콘을 뽑아내어 이를 규격에 맞게 연마하고, 줄톱 (Wire Saw) 을 이용하여 웨이퍼를 절단한다. 이러한 잉고트 상태의 실리콘 덩어리를 절단하는 과정에서는 경도가 우수한 실리콘카바이드 (SiC) 를 연마재로 사용하고 있고, 다량의 절삭유를 공급해 가면서 인고트를 절단하여 웨이퍼를 생산한다. 이러한 절단 공정에 있어서 절삭분, 연마재 및 절삭유와 같은 부산물들이 발생하고, 이러한 부산물들은 이후에 세정과정을 통해 반도체 웨이퍼로부터 제거된다. 따라서, 반도체 웨이퍼 제조에 따라 발생하는 폐슬러리 내에는, 연마재와 Si 성분인 절삭분이 절삭유에 분산된 형태로 존재한다.
이러한 폐슬러리는 절삭분과 절삭유를 함유하므로 단순히 소각 처리할 수 없으며, 또한 단순 매립의 경우 절삭유에 의한 심각한 토양오염이 우려된다. 따라서, 폐슬러리를 시멘트로 고형화하여 매립 처리하는 특수한 처리 방법을 사용하였다. 다만, 최근에는 폐슬러리를 고형화하여 매립 처리하는 대신, 폐슬러리 내에 포함되어 있는 연마재, 절삭분 및 절삭유를 회수하여 재사용하는 방안이 많이 사용되고 있다.
이러한 종래의 폐슬러리 재생 방법은 솔벤트 추출에 의한 방법과 원심분리에 의한 방법이 있다. 다만, 솔벤트 추출에 의한 방법에서는, 폐슬러리가 물이나 솔벤트에 의해 쉽게 용해되어 절삭유가 분리될 수 있으나, 건조나 증류 과정에서 절삭유에 포함된 유화첨가제가 변화되어 재사용시 연마재가 분산되지 않고 침전되는 문제점이 있었다. 따라서, 솔벤트 추출에 의한 방법보다는 통상 원심분리법이 많이 적용되고 있다.
원심분리는 통상 2 단계에 걸쳐 이루어지는데, 1 차 분리 단계에서는 연마재를 회수하고, 2 차 분리 단계에서는 절삭유를 회수한다. 그러나, 폐슬러리 내에는 Si 성분의 절삭분이 포함되어 있으므로, 폐슬러리는 높은 점도값을 갖게 되고, 폐슬러리가 일정 정도 이상의 점도값을 갖는 경우에는 원심분리가 극히 어려워질 수도 있다. 따라서, 종래의 2 단계 원심분리에 의해 폐슬러리를 재생하는 방법에서는 소정의 절삭액을 첨가하거나 일정한 온도 범위로 폐슬러리를 가열하여 원심분리 공정을 수행하였다.
다만, 슬러리의 경우에는 제조사별로 조성된 성분에 차이가 있고, 연마한 대상에 따라서 폐슬러리의 상태가 각각 상이할 수 있다. 따라서, 이러한 폐슬러리마다 조건이 상이할 수 있다는 요건을 고려하지 않고, 일률적으로 소정의 절삭액을 첨가하거나 일정한 온도 범위로 가열하는 것은 폐슬러리를 재생하는 방법에 있어서 효율성을 최적화하지 못하고, 균일한 품질의 재생 슬러리를 제공하지 못한다는 문제점이 있다.
따라서, 절삭액 첨가 및 일정한 온도로의 가열 조건을 만족시키기 위해 추가적으로 발생하는 비용을 고려할 때, 보다 효율적인 폐슬러리의 재생을 위해 폐슬러리의 상태에 따라 적절한 조건으로 변경하여 폐슬러리 재생 공정을 수행할 수 있는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐슬러리의 재생 방법 및 장치에 있어서, 보다 효율적인 방식으로 폐슬러리를 재생하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 슬러리 내에 있는 연마재에 응집된 이물질을 분리하여 보다 향상된 품질을 갖는 재생 슬러리를 제공하는 폐슬러리 재생 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 유입된 폐슬러리의 비중 값의 변화에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시킴으로써, 분리 효율을 극대화할 수 있는 폐슬러리 재생 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 실행하기 위하여, 본 발명은 원심분리의 효율에 있어서 가장 큰 영향을 갖는 요소인 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하여, 일정한 범위 내의 점도를 얻기 위해 폐슬러리를 처리하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 재생 슬러리 품질의 향상을 위해 초음파를 이용하여 폐슬러리 내에 있는 연마재 (SiC) 에 응집된 Si 및 기타 이물질을 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 분리 효율을 극대화하기 위해, 폐슬러리의 비중 값의 변화에 따라 원심 분리기의 원심효과 (G) 값을 가변하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 폐슬러리를 재생하는 방법으로서, 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도 값을 얻을 때까지 폐슬러리를 가열하는 1 차 가열 단계, 가열하는 단계에서 가열된 폐슬러리를 제 1 절삭유와 연마재로 원심분리하는 1 차 원심분리 단계, 제 1 절삭유를 제 2 절삭유와 Si 로 원심분리하는 2 차 원심분리 단계, 및 1 차 원심분리 단계에서 추출된 연마재와 상기 2 차 원심분리 단계에서 추출된 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산하는 단계를 포함하는 폐슬러리 재생 방법을 제공한다.
또한, 본원 발명은 재생 슬러리를 생산하는 폐슬러리 재생 장치로서, 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도 값을 얻을 때까지 폐슬러리를 가열하는 수단; 가열된 폐슬러리를 제 1 절삭유와 연마재로 원심분리하는 1 차 원심분리 수단; 제 1 절삭유를 제 2 절삭유와 Si 로 원심분리하는 2 차 원심분리 수단; 및 1 차 원심분리 수단으로부터 추출된 연마재와 2 차 원심분리 수단에서 추출된 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산하는 수단을 포함하는 폐슬러리 재생 장치를 제공한다.
바람직하게는, 1 차 원심분리 단계 이후 및 2 차 원심분리 단계 이전에, 제 1 절삭유의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 가열하는 2 차 가열 단계를 더 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 1 차 가열 단계 이후 및 1 차 원심분리 단계 이전에, 가열된 폐슬러리의 연마재 입자와 Si 를 분리하기 위해 초음파 처리를 하는 초음파 처리 단계를 더 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 1 차 원심분리 단계는 분리효율을 극대화하기 위해 폐슬러리의 비중 값에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시킬 수도 있다.
바람직하게는, 2 차 원심분리 단계는 분리효율을 극대화하기 위해 폐슬러리의 비중 값에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시킬 수도 있다.
바람직하게는, 소정 범위의 점도값은 50 내지 200 cP 이 될 수도 있다.
바람직하게는, 폐슬러리는 수용성 슬러리일 수도 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 실제와는 상이할 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 장치 또는 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 폐슬러리로부터 연마재, 절삭유를 분리하고 폐슬러리를 재생하는 재생 설비의 개략 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 폐슬러리로부터 연마재, 절삭유를 분리하고 폐슬러리를 재생하는 과정을 순차적으로 도식화한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 폐슬러리 비중차에 의한 점도 변화를 표시하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 자동 점도 제어 장치의 실시예를 상세히 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 초음파를 이용하여 연마재로부터 이물질을 분리하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3 차 원심분리기를 포함하는 폐슬러리 재생 설비의 개략 구성도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
110: 교반 탱크 120, 150: 자동 점도 제어 시스템
130, 160: 초음파 시스템 140: 1 차 원심분리기
170: 2 차 원심 분리기 180: 슬러리 재생 탱크
184: 재생 슬러리 저장 탱크 410: 중앙 제어 장치
420: 히터 430: 점도계
440: 점도 제어기 450: 히터 제어기
680: 3 차 원심 분리기
이하, 본 발명의 실시예에 의한 폐슬러리 재생 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 폐슬러리로부터 연마재, 절삭유를 분리하고 폐슬러리를 재생하는 재생 설비의 개략 구성도이다. 본 발명의 폐슬러리 재생 설비는 자동 점도 제어 시스템 (120, 150) 을 포함하는 교반 탱크 (110), 초음파 시스템 (130, 160), 1 차 원심분리기 (140), 2 차 원심분리기 (170), 연마재 저장탱크 (142), 제 1 절삭유 저장탱크 (144), 제 2 절삭유 저장탱크 (174) 및 이물질 저장 탱크 (172), 슬러리 재생 탱크 (180), 및 재생 슬러리 저장 탱크 (184) 등을 구비한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 폐슬러리로부터 연마재, 절삭유를 분리하고 폐슬러리를 재생하는 과정을 순차적으로 도식화한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐슬러리 재생 설비에 있어서, 개략적인 공정 순서를 살펴보면, 먼저, 교반 탱크 (110) 에 수거된 폐슬러리가 투입된다 (S10). 각각의 폐슬러리는 재생 회수, 보관 기간, 폐슬러리 온도 등 회수시 상태에 따라 연마재 농도가 변화하기 때문에 투입된 폐슬러리는 교반 탱크 (110) 내에서 균일하게 교반되어야 한다. 교반 탱크 (110) 에서는 원심분리 단계 이전에 폐슬러리의 원심분리가 용이하도록 폐슬러리를 가열한다 (S20). 폐슬러리의 점도값이 소정 범위에 도달하였는지 판정하여 (S30) 소정 범위에 도달할 때까지 폐슬러리를 가열하도록 한다. 교반 탱크 (110) 에서 교반 및 가열된 이후, 폐슬러리에서 연마재와 절삭유를 분리하고, 재생 슬러리를 얻기 위해서는 2 단계의 원심분리 과정을 거쳐야 한다. 1 차 원심분리기 (140) 에서의 원심분리를 통해 폐슬러리가 연마재 (SiC) 와 제 1 절삭유로 분리된다 (S40). 2 차 원심분리기 (170) 에서의 원심분리를 통해 제 1 절삭유에서 미분 (微粉) 의 절삭분 (Si) 을 제거하고 제 2 절삭유를 추출한다 (S50). 1 차 원심분리 단계에서 얻어진 연마재와 제 2 차 원심분리 단계에서 얻어진 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산한다 (S60). 즉, 슬러리 재생 탱크 (180) 에서는 2 차 원심분리 단계로부터 얻어지고 슬러리 재생 탱크 (180) 로 이송되어 온 제 2 절삭유와 1 차 원심분리 단계로부터 얻어지고 슬러리 재생 탱크 (180) 로 이송되어 온 연마재와 혼합하여 재사용 가능한 재생 슬러리로 환원한다.
원심분리 단계에 있어서, 원심분리의 효율과 밀접한 관계를 갖는 요소는 폐슬러리의 점도이다. 폐슬러리의 점도가 높을 경우, 원심분리에 의한 분리가 어려워지고, 이는 분리효율의 저하를 초래한다. 따라서, 원심분리의 처리용량을 증가시키는 방법은 원심분리기의 용적을 증가시키는 방법, 원심분리기의 회전속도를 증가시키는 방법 등이 있으나, 원심분리기의 용적과 운전조건이 고정된 상태에서 원심분리의 처리용량을 증가시키는 가장 효율적인 방법은 원심분리 대상의 점도를 낮추는 것이다. 다만, 사용된 공정이 각각 상이한 폐슬러리를 일률적으로 동일한 온도로 가열하도록 설정하는 방식은 폐슬러리의 재생 효율을 극대화하지 못할 뿐 아니라, 균일한 품질의 재생 슬러리를 얻지 못하는 문제점이 존재한다.
도 3 은 본 발명의 폐슬러리 비중차에 의한 점도 변화를 표시하는 도면이다.
폐슬러리는 사용된 공정에 따라 함유된 미분의 양이 상이하고, 이에 따라, 폐슬러리가 갖는 비중 값이 다르며, 이러한 상이한 비중 값은 폐슬러리의 점도에 영향을 준다. 예를 들어, 도 3 에서 도시된 바와 같이 폐슬러리의 온도가 같은 경우에도, 비중이 높은 경우에는 폐슬러리의 점도 또한 높아지므로 원심분리기를 이용한 분리 방식에서 분리 효율이 낮아진다. 따라서, 사용된 공정이 상이한 슬러리를 동일한 방식, 즉 동일한 정도의 가열 등으로 처리하고 원심분리를 하여 얻어진 연마재와 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산할 경우, 상이한 품질의 재생 슬러리를 얻게 될 수 있다.
즉, 사용되었던 슬러리의 종류 및 연마한 재료의 종류에 따라 폐슬러리의 상태는 각각 상이하므로, 미리 설정된 일정한 시간동안의 가열 또는 미리 설정된 일정한 온도로의 가열만으로는 개별 폐슬러리에 따라 최적화된 분리효율을 획득할 수 없다. 또한, 기존의 온도를 기준으로 한 폐슬러리 재생 방법으로는 균일한 품질의 재생 슬러리를 제공할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는, 1 차 원심분리 단계 이전에 교반 탱크 (110) 에서 자동 점도 제어 시스템 (120) 을 통해 폐슬러리의 점도를 조절한다. 본 발명의 일 실시예에서, 자동 점도 제어 시스템 (120) 은 교반 탱크 (110) 에 장착된 히터 (420), 점도계 (430), 및 측정된 점도에 따라 가열 동작을 조절하는 중앙 제어 장치 (410) 로 이루어진다. 점도계 (430) 는 폐슬러리의 점도를 측정하여, 측정된 점도값을 중앙 제어 장치 (410) 로 전달하고, 전달된 점도값이 사용자가 원하는 일정한 범위의 점도값에 이르지 못했을 경우, 중앙 제어 장치 (410) 는 교반 탱크 (110) 의 폐슬러리를 가열하도록 히터 (420) 를 동작시킨다. 가열 중에 폐슬러리의 측정된 점도값이 사용자가 원하는 일정한 범위의 점도값에 도달하면 중앙 제어 장치 (410) 는 가열을 중단하도록 히터 (420) 를 제어한다. 이러한 공정을 통해, 폐슬러리의 점도가 원심분리의 수행에 적합하게 되면, 폐슬러리는 원심분리기로 전달된다.
본 발명의 자동 점도 제어 시스템의 실시예를 상세히 보여주는 도면인 도 4 를 참조하여, 자동 점도 제어 시스템을 구비한 교반 탱크 (110) 에서의 공정을 보다 상세히 살펴본다.
수거되어 운반된 폐슬러리가 교반 탱크 (110) 에 투입되면 교반 탱크 (110) 는 예컨대 구동모터에 의해 회전하도록 구성된 로우터 등과 같은 교반 수단으로 폐슬러리를 교반하여 폐슬러리에 침전된 절삭분과 이물질을 고루 분산시킨다. 또한, 교반 탱크 (110) 의 외주면에 설치된 히터 (420) 가 폐슬러리를 연화시켜 연마재와 오일이 쉽게 분리될 수 있는 점도를 갖도록 교반 탱크 (110) 내부의 폐슬러리에 열을 가한다. 이 때, 교반 탱크 (110) 의 내부에는 폐슬러리의 점도를 측정할 수 있는 점도계 (430) 가 설치되어 있다. 히터 (420) 및 점도계 (430) 는 중앙 제어 장치 (410) 에 연결되어 있다. 중앙 제어 장치 (410) 는 미리 설정된 점도 범위에 따라서, 점도계 (430) 를 통해 획득한 폐슬러리의 점도값에 기초하여, 폐슬러리의 점도값이 점도 목표 범위에 도달하도록 히터 (420) 를 동작시킨다. 본 발명의 이러한 점도계 (430), 히터 (420) 및 중앙 제어 장치 (410) 를 통하여 폐슬러리의 비중값 변화에 관계없이 일정한 점도값을 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 바람직한 제어 점도 범위는 50 내지 200 cP 로 설정될 수 있다.
폐슬러리가 소정 범위 내의 점도값을 가지도록 가열하는 단계 이후에, 초음파 시스템 (130) 을 이용하여 폐슬러리 내에 있는 연마재 (SiC) 에 응집된 Si 및 기타 이물질이 분리되도록 하는 초음파 처리단계를 포함할 수도 있다. 이러한, 초음파 처리단계로 보다 향상된 품질의 재생 슬러리를 생산할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 초음파를 이용하여 연마재로부터 이물질을 분리하는 초음파 시스템 (130) 을 예시하는 도면이다.
단결정 또는 다결정 실리콘 (Si) 을 줄톱 (Wire Saw) 으로 절삭하는 과정에서 연마재인 SiC 에 절삭 마찰에 의해 Si 가 응집된다. Si 와 같은 이물질이 응집된 연마재를 포함한 재생된 슬러리를 사용하여 연마를 수행할 경우, 웨이퍼 상에 스크래치를 남기거나 다른 부작용을 일으킬 수 있다. 따라서, 원심분리만으로는 분리된 SiC 에 응집된 Si 로 인해 재생 슬러리의 품질이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은 초음파 시스템 (130) 을 통하여 내부에 설치된 초음파 발생기 (510) 에 의해 폐슬러리에 초음파를 적용함으로써, SiC 에 응집된 Si 등 이물질을 SiC 로부터 분리시키도록 하는 구성을 포함한다.
초음파 시스템 (130) 의 이러한 효과는 초음파의 캐비테이션 현상에 의해 이루어진다. 캐비테이션 현상은 초음파가 용액 중으로 전파될 때 초음파의 큰 압력변화에 의해 미세기포군이 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력을 동반한다. 이 압력은 수백 분의 1 초에서 수천 분의 1 초 단위의 짧은 시간동안 발생한다. 캐비테이션 기포가 폭발하여 이물질 사이에 틈을 만들고, 그 틈으로 기포들이 침투하여 폭발함으로써 완전하게 이물질을 탈착하게 된다. 따라서, 이러한 초음파 시스템 (130) 에 의해 이물질을 분산 및 분해시키는 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.
전술된 바와 같은 초음파 처리를 거친 폐슬러리를 원심 분리기로 전달하여 원심분리를 할 경우, Si 및 기타 이물질이 포함되지 않은 순수한 연마재 SiC 를 분리해낼 수 있다. 따라서, 초음파 처리된 연마재 SiC 와 절삭유를 혼합하면 보다 향상된 품질의 재생 슬러리를 생산할 수 있다.
초음파 시스템 (130) 에 의해 초음파 처리된 연마재는 연마재 저장 탱크 (142) 에 임시로 저장되고, 1 차 원심분리 단계로부터 추출된 제 1 절삭유는 2 차 원심분리기 (170) 로 이송된다. 전술된 자동 점도 제어 시스템 및 초음파 시스템은 2 차 원심분리기로 이송되기 전, 제 1 절삭유에 적용될 수도 있다. 2 차 원심분리기 (170) 에서의 원심분리를 통해 제 1 절삭유에 잔존하는 미분 (微粉) 의 절삭분 (Si) 이 제거되어 제 2 절삭유가 추출된다. 1 차 원심분리 단계에서 얻어진 연마재와 2 차 원심분리 단계에서 얻어진 제 2 절삭유는 슬러리 재생 탱크 (180) 로 이송된다. 슬러리 재생 탱크 (180) 에서는 2 차 원심분리 단계로부터 추출된 제 2 절삭유와 1 차 원심분리 단계로부터 얻어진 연마재를 혼합하여 재사용 가능한 재생 슬러리로 환원한다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 3 차 원심분리기를 더 포함하는 폐슬러리 재생 설비의 개략 구성도이다.
1 차 원심분리기 (140) 에서 분리된 제 1 절삭유의 미분 함량에 따라 2 차 원심 분리기 (170) 에서 분리해낸 제 2 절삭유의 품질이 영향을 받을 수 있다. 이러한 경우, 1 차와 2 차 원심분리기로만 구성되어 있는 종래 재생 설비에서는 리턴 밸브를 통해 제 2 절삭유를 다시 2 차 원심분리기 (170) 로 전달함과 동시에 2 차 원심분리기 (170) 의 원심효과를 높여주기 위한 속도 제어를 다시 설정해야한다. 또한, 슬러리의 특성상 원심분리기에 빠른 마모를 발생시키므로, 원심분리기의 잦은 정비로 인한 공정에서의 손실 시간이 증가하여 원활한 공정 운영을 어렵게 한다.
상기 문제점을 개선하기 위해 3 차 원심분리기 (680) 를 재생 설비에 추가한다. 본 실시예에서는, 제 2 절삭유에 문제가 있을 경우, 2 차 원심분리기로 다시 전달하지 않고 3 차 원심분리기로 제 2 절삭유를 전달함으로써, 다른 원심효과를 갖는 3 차 원심분리기 (680) 를 통해 공정이 진행되어 재생 슬러리의 생산 수율과 품질을 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 하나의 원심분리기에 문제가 발생하는 경우 1 차와 2 차 또는 1 차와 3 차 원심분리기를 사용하여 문제가 발생한 원심분리기를 수리하는 동안에도 공정을 진행할 수 있다.
본 발명의 원심분리기의 동작효율에 있어서, 원심분리기의 G 값을 변화시킴으로써 분리효율을 극대화할 수 있다. 원심력장에서의 고체 입자의 침강 속도식을 참조하면,
이다.
여기서, Vc (m/sec) 는 원심력장에서의 고체 입자의 침강 속도이고, G 는 원심효과, p1 (kg/m3) 은 고체 입자의 비중이고, p2 (kg/m3) 는 액체 입자의 비중이고, d (m) 는 고체 입자가 침강하는 한계 입자경이고, u (kg/m·sec) 는 점성 계수이고, g (m/sec2) 은 중력 가속도를 나타낸다.
상기 식 1 에서와 같이 원심분리기의 원심력장에서 고체 입자의 침강속도를 높이기 위해서는 점성계수값을 낮게 해줘야 한다. 즉, 점성도를 기준으로 조절함으로써, 상이하게 폐슬러리에서도 분리효율을 일정하게 조절할 수 있다. 그러나, 기존 온도 제어방식의 경우 폐슬러리의 비중 값 변화에 능동적으로 대처할 수 없어 분리 효율이 일정하지 않을 수 있다. 따라서, 전술된 바와 같은 점도 제어 방식을 통해 이를 개선할 수 있다. 점도 제어 방식의 경우, 폐슬러리 내에 함유된 미분의 양에 관계없이 최적의 점도 환경을 만들어 원심분리기의 분리능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 원심효과 G 의 식을 참고하면,
이다.
여기서, G 는 원심효과이고, r (m) 은 등속 원운동을 하고 있는 물체의 회전 반경이고, w (rad/s) 는 각속도이고, N (rpm) 은 등속 원운동을 하고 있는 물체의 회전수를 나타낸다.
따라서, 상기 식 2 에 의거하여 폐슬러리의 비중의 차이에 따라 원심분리기의 G 값을 변화시킴으로써 분리효율을 극대화할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 1 차 원심분리기의 바람직한 G 값은 200 ~ 350 (G) 이며, 2 차 원심분리기의 바람직한 G 값은 1500 ~ 2500 (G) 이다.
또한, 본 발명은 수용성 슬러리에 적용될 수 있다.
수용성 오일의 경우, 제조사별로 조성된 성분에 큰 차이가 있으므로, 점도를 낮추기 위해 무리하게 가열하는 경우 수용성 오일의 특성을 변화시킬 수도 있다. 따라서, 본 발명과 같이 점도를 기준으로 하여 각각의 폐슬러리의 경우에 따라, 필요한 정도까지만 점도를 조절하는 경우 이러한 문제점을 회피할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 폐슬러리 재생 방법 및 장치에 따르면, 사용된 조건 및 회수 조건이 상이한 폐슬러리에서도 최적의 점도 환경을 만들어 원심분리시 분리능력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 원심분리 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명은 슬러리 내에 있는 연마재에 응집된 Si 및 기타 이물질을 분리하여 향상된 품질을 갖는 재생 슬러리를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명은 폐슬러리의 비중 값의 변화에 따라 원심 분리기의 G 값을 가변하여 분리 효율을 극대화할 수 있다.
Claims (16)
- 폐슬러리를 재생하는 방법으로서,폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 가열하는 1 차 가열 단계;상기 1 차 가열 단계에서 가열된 폐슬러리를 제 1 절삭유와 연마재로 원심분리하는 1 차 원심분리 단계;상기 제 1 절삭유를 제 2 절삭유와 Si 를 포함하는 이물질로 원심분리하는 2 차 원심분리 단계; 및상기 1 차 원심분리 단계에서 추출된 연마재와 상기 2 차 원심분리 단계에서 추출된 제 2 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산하는 단계를 포함하는, 폐슬러리 재생 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 1 차 원심분리 단계 이후 및 상기 2 차 원심분리 단계 이전에,상기 제 1 절삭유의 점도를 자동으로 측정하며, 상기 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 가열하는 2 차 가열 단계를 더 포함하는, 폐슬러리 재생 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 1 차 가열 단계 이후 및 상기 1 차 원심분리 단계 이전에,상기 가열된 폐슬러리에 초음파 처리를 하는 초음파 처리 단계를 더 포함하는, 폐슬러리 재생 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 1 차 원심분리 단계는 폐슬러리의 비중 값에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시키는, 폐슬러리 재생 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 2 차 원심분리 단계는 상기 제 1 절삭유의 비중 값에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시키는, 폐슬러리 재생 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 1 차 가열 단계에서 소정 범위의 점도값은 50 내지 200 cP 인 것을 특징으로 하는, 폐슬러리 재생 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 2 차 가열 단계에서 소정 범위의 점도값은 50 내지 200 cP 인 것을 특징으로 하는, 폐슬러리 재생 방법.
- 재생 슬러리를 생산하는 폐슬러리 재생 장치로서,폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도 값을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 가열하는 1 차 가열 수단;가열된 폐슬러리를 제 1 절삭유와 연마재로 원심분리하는 1 차 원심분리 수단;상기 제 1 절삭유를 제 2 절삭유와 Si 를 포함하는 이물질로 원심분리하는 2 차 원심분리 수단; 및상기 1 차 원심분리 수단으로부터 추출된 연마재와 상기 2 차 원심분리 수단에서 추출된 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산하는 수단을 포함하는 폐슬러리 재생 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 절삭유의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 가열하는 2 차 가열 수단을 더 포함하는, 폐슬러리 재생 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 가열된 폐슬러리에 초음파 처리를 수행하는 수단을 더 포함하는, 폐슬러리 재생 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 1 차 원심분리 수단은 폐슬러리의 비중 값에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시키는, 폐슬러리 재생 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 2 차 원심분리 수단은 상기 제 1 절삭유의 비중 값에 따라 원심 분리기의 원심효과 값을 변화시키는, 폐슬러리 재생 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 1 차 가열 수단에 의한 가열에서 소정 범위의 점도값은 50 내지 200 cP 인 것을 특징으로 하는, 폐슬러리 재생 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 2 차 가열 수단에 의한 가열에서 소정 범위의 점도값은 50 내지 200 cP 인 것을 특징으로 하는, 폐슬러리 재생 장치.
- 재생 슬러리를 생산하는 폐슬러리 재생 장치로서,폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도 값을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 가열하는 1 차 가열 수단;가열된 폐슬러리를 절삭유와 연마재로 원심분리하는 1 차 원심분리 수단;절삭유로부터 Si 를 포함한 이물질을 원심분리하는 2 차 원심분리 수단;절삭유로부터 Si 를 포함한 이물질을 원심분리하는 3 차 원심분리 수단; 및상기 1 차 원심분리 수단으로부터 추출된 연마재와 상기 2 차 또는 3 차 원심분리 수단 중 하나에서 추출된 절삭유를 혼합하여 재생 슬러리를 생산하는 수단을 포함하는 폐슬러리 재생 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 2 차 원심분리 수단 및 상기 3 차 원심분리 수단의 이상 여부를 판단하여,상기 2 차 원심분리 수단에 이상이 있는 경우, 상기 1 차 원심분리 수단으로부터 추출된 절삭유를 상기 3 차 원심분리 수단으로 전달하고,상기 3 차 원심분리 수단에 이상이 있는 경우, 상기 1 차 원심분리 수단으로부터 추출된 절삭유를 상기 2 차 원심분리 수단으로 전달하고,상기 2 차 및 3 차 원심분리 수단 모두 이상이 없는 경우, 상기 1 차 원심분리 수단으로부터 추출된 절삭유를 상기 2 차 원심분리 수단으로 전달하고, 상기 2 차 원심분리 수단으로부터 추출된 절삭유를 상기 3 차 원심분리 수단으로 전달하도록 제어하는 수단을 더 포함하는, 폐슬러리 재생 장치.
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