KR20130116496A - 폐인조대리석으로부터 мма와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버려지는 폐인조대리석을 열분해하여 인조대리석에 사용된 원료를 분리하고 이를 회수하여 재활용할 수 있도록 구성된 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법에 관한 것이다. 본 발명은 수산화알루미늄과 MMA(Methyl methacrylate)를 함유한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하기 위하여 폐인조대리석을 분쇄기를 이용하여 분말화하는 분말화부와; 분말화부에서 분말화 된 상기 폐인조대리석을 열분해하는 열분해로와; 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 MMA를 추출하여 회수하는 MMA 회수부와; 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 알루미나를 추출하여 회수하는 알루미나 회수부;로 구성되며, MMA 회수부는 MMA를 추출하기 위한 분별증류부를 포함하며, 분별증류부에서는 MMA이외의 물질을 제거하기 위하여 산성 용액을 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법이다.
Description
본 발명은 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버려지는 폐인조대리석의 스크랩과 분진을 열분해 하여 MMA회수단계 및 알루미나 회수단계를 거쳐 폐인조대리석의 대부분을 차지하는 성분인 MMA와 알루미나를 회수하여 재사용함으로써 원료비용 및 폐기물 발생을 줄이는 폐 인조대리석으로부터 MMA와 알루미나의 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법에 관한 것이다.
주방, 욕실, 병원, 은행 등 인조대리석은 실내외 마감재로 다양하게 시공되고 있다. 해외에서는 실내는 물론 외벽에도 이를 적용하며 건축의 미를 더하는 아이템으로 사용하고 있다. 아직까지 국내의 경우는 주방 상판으로 적용되는 경우가 대부분이다. 인조대리석 중에서도 가장 많이 사용되는 자재는 MMA(Methyl Methacrylate)소재 제품이다. MMA 인조대리석은 천연의 광석분을 열가소성 아크릴계 수지로 경화시킨 후 압축해 판상으로 제조한다. 더욱 상세하게는, 일반적으로 열경화성 불포화 폴리에스테르 및 열가소성 MMA(Methyl Methacrylate), PMMA(Poly Methyl Methacrylate)와 같은 수지제와 수산화알루미늄, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 실리카, 화강암 및 어영(御影) 석분과 같은 충전제와 표면처리제, 가교제, 경화제, 분산제, 착색제와 같은 첨가제를 첨가하고 경화시킨 후 압축 프레스로 성형하여 천연대리석과 유사한 인조대리석을 만들게 된다. 이 제품은 무공질 소재로 뛰어난 방수성, 내오염성, 내화학성을 지니고 있으며 무엇보다 일반 목공구로 가공이 가능할 정도로 가공성이 뛰어나다. 통계청에서 발표한 인조대리석 품목 자료에 따르면 2007년 이후 국내 인조대리석 생산량이 지속적인 발전을 보여 온 것으로 나타났다. '07년 생산량 11만 6,905톤을 보인 인조대리석 시장은 '08년 12만톤 규모로 성장했다. 이후 '09년 15만 4,400톤으로 3만톤 가량 증가했고, '10년 16만 2,994톤으로 더욱 규모가 커졌다.
위와 같이 매년 인조대리석의 생산량이 급증하게 되면서 생산시에 발생하는 폐인조대리석 스크랩과 분진 또한 발생량이 급증하고 있는 추세이다. 이와 같은 부산물인 스크랩과 분진은 다른 제품화에 사용할 수 없어 거의 대부분이 단순매립하거나 또는 소각에 의해 폐기처분하고 있지만 매립비용의 확보와 매립 후 지반이 불안정할 뿐만 아니라 2차적으로 토양오염이 유발되고, 소각할 경우에는 유해 가스나 악취의 발생 및 이산화탄소의 발생으로 대기 환경의 오염을 유발하고 있다.
한편, 신소재 아크릴 원료인 메틸메타아크릴레이트(methyl methacylate; 이하 'MMA'라 함)는 생활용품(접착제, 페인트, 잉크, 섬유용 실, 악세사리 제품, 전자 사무용품, 판재 등) 및 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있다. 그러나 그 수요에 비해 국내 생산량이 부족하여 내수시장이 원활하지 못하며, 일부는 수입에 의존하고 있는 실정이다.
또한, 최근 원유가격의 폭등으로 인해 에너지 생산 및 석유관련 제품의 원가가 상승되어 국내 산업 전반에 악영향을 미치고 있다. 이러한 석유관련 제품 중의 하나인 아크릴 또한 그 영향을 받고 있다.
따라서, 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 추출하여 재활용하는 문제는 자원이 부족한 우리나라의 경우, 에너지 비용 절감과 자원 재활용 및 환경적 측면에서 그 필요성이 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 창출된 것으로서, 본 발명의 제1목적은 폐인조대리석에 함유된 MMA와 알루미나의 회수율을 높일 수 있는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법을 제공하는 데 있다.
또한, 제2목적은 친환경적이면서도 인체에 무해한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 회수방법을 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은, 수산화알루미늄과 MMA(Methyl methacrylate)를 함유한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치에 있어서, 폐인조대리석을 분쇄기를 이용하여 분말화하는 분말화부와; 분말화부에서 분말화 된 상기 폐인조대리석을 열분해하는 열분해로와; 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 MMA를 추출하여 회수하는 MMA 회수부와; 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 알루미나를 추출하여 회수하는 알루미나 회수부와; MMA 회수부는 MMA를 추출하기 위한 분별증류부를 포함하며, 분별증류부에서는 MMA이외의 물질을 제거하기 위하여 산성 용액을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 열분해로의 온도는 200~600℃ 범위이며, 상기 열분해로 내에서 상기 분말화 된 폐인조대리석이 산화되지 않도록 상기 열분해로 내부는 질소기체 또는 불활성기체로 충전되고, 상기 열분해로 내부에 스크류가 설치되며, 상기 열분해로가 회전하는 것을 특징으로 한다.
이때, 열분해로에서 이송된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 응축시키기 위한 제1응축기를 포함하며, 상기 제1응축기를 이용하여 응축한 MMA를 포함한 혼합물을 MMA를 포함한 유기물질과 폐수로 분리하기 위한 유수분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 분별증류부에서 발생한 기체상태의 MMA를 응축시키기 위한 제2응축기를 포함하며, 상기 제2응축기에서 응축된 MMA를 저장하는 MMA저장조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 MMA 회수부는, MMA저장조에 보관된 MMA에 알칼리 용액을 첨가하기 위한 알칼리용액첨가부를 포함하며, 알칼리용액이 첨가된 MMA에 포함된 불순물을 제거하기 위한 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, MMA 회수부는, 분별증류부에서 증류하고 남은 잔유물이 이송되어 재증류되는 재증류부를 포함하며, 상기 재증류부에서 발생한 MMA를 포함한 유기물질을 상기 분별증류부로 순환시키는 순환이송관과 제3응축기을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치를 이용하여 수산화알루미늄과 MMA를 함유한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법은 폐인조대리석을 분쇄기를 이용하여 분말화하는 분말화단계와; 분말화단계에서 분말화 된 상기 폐인조대리석을 열분해하는 열분해단계와; 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 MMA를 추출하여 회수하는 MMA 회수단계와; 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 알루미나를 추출하여 회수하는 알루미나 회수단계와; MMA 회수단계는 MMA를 추출하기 위한 분별증류단계를 포함하며, 분별증류단계에서는 MMA이외의 물질을 제거하기 위하여 산성용액을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 열분해단계에서, 열분해로의 온도는 200~600℃ 범위이며, 상기 열분해로 내에서 상기 분말화 된 폐인조대리석이 산화되지 않도록 상기 열분해로 내부는 질소기체 또는 불활성기체로 충전되고, 상기 열분해로 내부에 스크류가 설치되며, 상기 열분해로가 회전하는 것을 특징으로 한다.
더불어, MMA 회수단계는, 열분해로에서 이송된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 제1응축기에서 응축시키기 위한 제1응축단계를 포함하며, 제1응축기에서 응축된 MMA를 포함한 혼합물을 MMA를 포함한 유기물질과 폐수로 분리하기 위한 유수분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, MMA 회수단계는, 분별증류단계에서 발생한 기체상태의 MMA를 제2응축기에서 응축시키기 위한 제2응축단계를 포함하며, 상기 제2응축단계에서 응축된 MMA를 MMA저장조에 저장하는 MMA저장단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, MMA저장단계에서 MMA저장조에 보관된 MMA에 알칼리 용액을 첨가하는 알칼리용액첨가단계를 포함하며, 알칼리 용액이 첨가된 MMA에 포함된 불순물을 제거하기 위한 필터링단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 MMA 회수단계는, 분별증류단계에서 증류하고 남은 잔유물이 이송되어 재증류되는 재증류단계를 포함하며, 재증류단계에서 발생한 MMA를 포함한 유기물질을 분별증류부로 순환시키는 순환단계와 제3응축기를 이용한 제3응축단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 페인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치 및 이를 이용한 방법은, 버려지는 폐인조대리석을 열분해하여 MMA와 알루미나로 재생시켜 재활용할 수 있게 함으로써 버려지는 폐인조대리석에 의한 환경오염을 방지하고, 자원재활용에 따른 이익을 얻는 효과가 있다.
또한, 폐인조대리석을 폐기처분하지 않고 MMA와 알루미나를 회수함에 따라 순수한 MMA와 소성된 알루미나를 얻어 자원의 재활용을 극대화시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치를 보여주는 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법의 순서도이며,
도 3 내지 도 6은 도 2에 따른 단계별 세부 공정을 보여주는 순서도다.
도 2는 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법의 순서도이며,
도 3 내지 도 6은 도 2에 따른 단계별 세부 공정을 보여주는 순서도다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치를 보여주는 전체계통도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치(1)는 MMA가 주성분인 아크릴 수지에 방염효과가 있는 알루미늄 화합물을 혼합한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 추출하여 회수하는 장치를 구성한다.
폐인조대리석의 구성성분은 MMA 약 30~45중량%, 무기충진제 약 45~65중량% 및 극소량의 첨가제들로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 한편, 구성성분 중 무기충진제인 알루미늄 화합물은 인조대리석의 강도와 내마모도 증진 및 발색에도 좋은 특성을 갖고 있으므로 국내에서 생산되는 인조대리석 제품에는 대부분 수산화알루미늄을 무기충진제로 사용하고 있다.
본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치(1)는 크게 분말화부(11), 열분해로(22), MMA 회수부(3) 및 알루미나 회수부(4)로 구성되고 대기오염방지를 위한 세정탑(5)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 분말화부(11)는 상기 폐인조대리석을 분쇄기(미도시)를 이용하여 분말화시키는 구성으로, 상기 분쇄기에서 분쇄된 폐인조대리석을 저장하는 분말저장조(미도시)와, 상기 분쇄기를 통과한 분쇄물을 재통과시켜 크기를 선별하고 재차 분쇄기로 투입하거나 상기 분말저장조로 이송시키는 분말 스크린(미도시)을 포함하여 구성된다.
다음으로, 상기 분말저장조에 저장된 폐인조대리석 분말은 열분해로(22)로 공급되어 열분해가 이루어진다. 이때, 분말저장조로부터 열분해로(22)의 공급은 스크류피더에 의해 정량 공급이 이루어지도록 한다. 상기 열분해를 위한 열분해로(22)의 온도는 200~600℃를 유지하도록 한다. 상기 열분해로(22)의 온도가 200℃ 이하일 경우 유입된 폐인조대리석 분말의 열분해가 잘 이루어지지 않으며, 600℃ 이상일 경우 탄화되거나 열분해가스가 발화되어 폭발이 일어날 수 있으므로, 상기 범위 내에서 열분해하는 것이 바람직하다.
또한, 열분해로(22)의 가열방식은 열분해로에서 발생되는 열분해가스의 발화를 방지할 수 있는 간접가열방식을 적용하는 것이 바람직하며, 간접가열 방식 중에서는 전기가열을 예로 들 수 있다.
그리고 상기 열분해로(22)는 상기 열분해로(22) 내부가 질소 또는 불활성 기체로 충전되어 산화를 방지하도록 한다. 또한, 상기 열분해로(22)는 내부에 스크류가 형성되며, 열분해로(22)가 회전하여 상기 열분해로(22)에 투입된 폐인조대리석 분말이 유동되면서 고열에 의해 열분해가 이루어지도록 한다. 상기 분말화 된 폐인조대리석이 열분해로(22)의 내부에서 유동되는 공간의 부피와 열분해로의 회전속도는 투입되는 폐인조대리석 분말의 양에 따라 조정된다.
상기 열분해로(22)는, 끓는점의 차이에 따라 그대로 고체분말화 상태로 존재하는 알루미나와 기체상태가 된 MMA를 포함한 혼합물로 분류된다. 이때, 상기 고체분말화 상태로 존재하는 알루미나는 충진제인 수산화알루미늄이 열분해 된 산화알루미나를 지칭하며, 상기 기체상태가 된 MMA는 MMA를 포함하는 열분해로(22) 내부의 기체혼합물을 지칭한다. 상기 산화알루미늄은 공업적으로 알루미나를 지칭하므로 본 발명에서 기재한 알루미나는 산화알루미나와 같은 물질을 의미한다.
그리고 상기 수산화알루미늄은 열분해반응에 의해 산화알루미늄과 물로 분해되며, 이때 발생한 물은 고온에 의하여 기체상태가 되며 상기 기체상태가 된 MMA와 함께 기체이송덕트(23)로 이송된다. 또한, 상기 열분해로(22)에서 고체분말화 상태로 하부에 가라앉아 있는 알루미나는 하방으로 연통된 분말이송관(24)을 따라 소성로(41)에 공급된다.
이어서, 상기 MMA 회수부(3)는, 상기 열분해로(22)에서 분류된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 응축 및 증류를 반복하여 MMA를 회수하는 구성이다.
상기 MMA 회수부(3)는 열분해로(22)의 기체이송덕트(23)를 통해 이송된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 응축시키는 제1응축기(31)와, 상기 제1응축기(31)에서 이송된 MMA를 포함한 혼합물을 유수분리하는 유수분리기(32)와, 상기 유수분리기(32)에서 분리된 하층의 폐수가 이송되고 저장되는 폐수저장조(321)와, 상기 유수분리기(32)에서 분리된 상층의 MMA를 포함한 유기물질에 산성용액을 첨가하여 MMA를 분별증류하는 분별증류부(33)와, 상기 분별증류부(33)에서 증류하고 남은 잔유물이 이송되어 재증류되는 재증류부(331)와 상기 재증류부(331)에서 발생한 MMA를 포함한 유기물질을 상기 분별증류부(33)로 순환시키는 순환이송관 및 제3응축기(332)와, 상기 분별증류부(33)에서 발생한 기체상태의 MMA를 응축시키기 위한 제2응축기(34)와, 상기 제2응축기(34)에서 응축된 MMA를 저장하는 MMA저장조(35)와, 상기 MMA저장조(35)에 보관된 MMA에 알칼리용액을 첨가하기 위한 알칼리용액첨가부(36)와, 상기 알칼리용액첨가부(36)에서 알칼리용액이 첨가된 MMA에 포함된 불순물을 제거하기 위한 필터링부(37)와, 상기 필터링부(37)에서 필터링된 MMA를 저장하기 위한 최종저장소(38)를 포함하여 구성된다.
도 1을 참조하여, 보다 상세하게 상기 MMA 회수부(3)를 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1응축기(31)는 상기 기체이송덕트(23)으로부터 이송되는 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 액화시키는 구성이다. 상기 제1응축기(31)는 상기 고온의 기체상태인 MMA를 포함한 혼합물과 외부의 차가운 기체를 열교환시켜 상기 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 액화시킨다.
이와 같이 액화된 MMA를 포함한 혼합물은 유수분리기(32)로 이송되는데, 상기 유수분리기(32)는 수직타워에 응축액을 포집시켜 유수를 상하층으로 분리하는 구성이다. 상기 유수분리기(32)에서 하부에 분리된 폐수는 유수분리기(32)의 하부에 설치된 개폐밸브를 이용하여 유수분리기(32)와 연결된 폐수저장조(321)로 이송한다.상기 유수분리기(32)에서 폐수 배출을 완료하고 남은 MMA를 포함한 혼합물은 외부의 이송펌프 또는 높이차이로 인한 위치에너지를 이용하여 분별증류부(33)로 투입한다.
이때, 상기 분별증류부(33)는 MMA와 MMA를 제외한 다른 불순물을 분리하기 위한 구성으로 끓는점의 차이를 이용한 분별증류를 수행한다.
상기 분별증류부(33)에서 분별증류를 실행하기 전에 상기 MMA이외의 물질을 제거 및 더욱 순수한 MMA를 증류시키기 위하여 산성용액(황산, 질산, 염산)을 5~20wt% 첨가하고, 이 후에 온도범위 50~120℃로 증류시킨다. 상기 분별증류부(33)의 내부온도는 MMA(Methyal methacrylate)의 끓는점이 101℃이기 때문에 50℃이하일 경우 MMA의 분별증류가 잘 이루어지지 않으며, 120℃이상일 경우 MMA이외의 다른 물질들이 증류될 수 있기 때문에 50~120℃로 분별증류하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 분별증류부(33)에서 분별증류되고 남은 잔유물은 재증류부(331)로 이송되어 재증류된다.
상기 재증류부(331)는 상기 분별증류부(33)에서 분별증류되고 남은 잔유물에 포함된 MMA를 재증류하는 구성이다.
상기 분별증류부(33)에서 분별증류되고 남은 잔유물에는 MMA가 10~30중량%가 함유되어 있으며, 상기 10~30중량%의 MMA를 추출하기 위해 350~400℃로 재증류한다. 상기 350~400℃ 온도범위는 MMA의 끓는점(101℃)보다 높지만 최대한의 MMA를 증류하기위해 고온으로 가열한다. 상기 재증류부(331)에서 고온으로 재증류되어 기체화된 MMA를 포함한 유기물질은 순환이송관을 따라 이동하다가 제3응축기(332)에서 액화되어 분별증류부(33)로 이송된다.
상기 재증류부(331)에서는, 증류되지 못한 찌꺼기가 발생하는데 이 찌꺼기는 소각로(333)로 이송하여 제거한다. 상기 소각로(333)는 상기 세정탑(5)과 연통되어 있어, 상기 찌꺼기의 소각시 발생하는 대기오염물질이 세정탑(5)으로 이송되고 세정탑(5)에서 대기오염물질이 제거되어 대기 중으로 방출된다.
다음으로, 상기 분별증류부(33)에서 증류되어 발생한 기체상태의 MMA는 상기 제2응축기(34)로 이송된다. 상기 제2응축기(34)는 상기 제1응축기(31)과 같은 열교환의 원리를 이용한 구성으로 상기 분별증류부(33)에서 증류되어 발생한 기체상태의 MMA를 액화한다. 상기 제2응축기(34)에서 응축된 MMA는 상기 MMA저장조(35)에 이송되어 저장된다.
한편, 상기 MMA저장조(35)는 상기 제2응축기(34)에서 이송된 MMA를 저장하는 구성이다. 상기 MMA저장조(35)에 저장된 MMA는 분별증류부(33)에서 분별증류하기 전에 첨가한 산성용액으로 인하여 MMA와 산성물질이 혼합되어있다. 따라서 상기 MMA저장조(35)에 저장된 상기 일부 산성물질을 중화시켜 제거하기 위하여 알칼리용액첨가부(36)에서 알칼리용액을 첨가한다.
상기 알칼리용액첨가부(36)는 상기 MMA저장조(35)에 MMA와 함께 저장된 상기 일부 산성물질을 중화시키기 위한 구성이다. 상기 알칼리용액첨가부(36)에서 첨가되는 알칼리용액은 상기 분별증류부(33)에서 넣었던 산성용액의 종류와 상기 MMA저장조(35)에 저장된 MMA에서 측정된 pH(수소이온농도)를 고려하여 알칼리용액을 선택한다. 상기 알칼리용액의 종류로는 수산화나트륨용액, 수산화마그네슘용액, 수산화철용액, 수산화칼륨용액과 같은 알칼리용액을 예로 들 수 있다. 알칼리용액을 첨가하는 양은 상기 측정된 pH(수소이온농도) 및 상기 분별증류부(33)에서 넣었던 산성용액의 종류와 양을 고려하여 알칼리용액을 첨가한다.
상기 알칼리용액첨가부(36)에서 첨가한 알칼리용액이 상기 MMA와 함께 포함된 일부 산성용액과 중화반응을 일으켜 염을 생성하는데, 상기 생성된 염과 불순물을 제거하기 위해 필터링부(37)로 이송된다.
상기 필터링부(37)는 상기 염을 포함한 불순물을 제거하기 위한 구성이다.
상기 필터링부(37)에서 염과 불순물을 제거한 MMA를 최종적으로 MMA저장조(38)로 이송하고 저장한다.
상기 최종저장소(38)는 상기 필터링부(37)으로부터 이송되어 모인 MMA를 출하되기 전까지 저장하는 구성이다.
다음으로, 상기 알루미나 회수부(4)는, 상기 열분해로(22)에서 열분해되어 물이 제거된 상태로 분류된 고체 분말화 상태의 충진제(알루미나)와 첨가제를 소성로에서 가열하여 불순물 및 첨가제를 제거한 다음 상기 소성로에서 소성된 충진제(알루미나)를 회수하는 구성이다.
상기 소성로(41)는 상기 열분해로(22)에서 열분해되어 이송된 분말화상태의 알루미나를 소성(sintering)하는 구성이다.
상기 소성로(41)는 상기 열분해로(22)에서 상기분말이송관(24)을 통해 이송된 알루미나를 1600℃의 높은 온도로 가열하여 불순물과 첨가제를 제거하고 탈수시켜 결정상태의 소성된 알루미나를 추출한다. 상기 추출된 알루미나는 알루미나 저장조(42)로 이송되어 제품 출하시까지 저장된다.
한편, 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치(1)는 공정 중에 발생하는 대기오염물질을 제거하기 위한 세정탑(5)을 더 포함하여 이루어지는데, 상기 세정탑(5)은 상기 MMA 회수부(3)와 소성로(41)에서 발생한 대기오염물질을 제거하여 대기중으로 배기된다.
바람직하게, 상기 세정탑(5)은 상기 MMA 회수부(3)의 제1응축기(31), 제2응축기(34), 제3응축기(332), 소각로(333) 및 알루미나 회수부(4)의 소성로(41)에서 발생한 대기오염물질을 각각 연통되어 연결된 상기 세정탑(5)으로 이송하여 대기오염물질을 제거한다. 상기 세정탑(5)은 세정식집진기를 지칭하며 상기 세정탑은 전기집진기, 원심력집진기, 여과집진기와 같은 대기오염방지시설로 대체할 수 있다.
이어서, 이와 같이 이루어진 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치(1)를 이용한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법(도 2)을 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는장치를 이용한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법을 보여주는 공정순서도이고, 도 3 내지 도 6은 도 2에 따른 단계별 세부공정처리를 보여주는 공정순서도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법은 크게 다음과 같은 단계를 거쳐 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법은 폐인조대리석을 분쇄기를 이용하여 고체분말화시키는 분말화단계(S1)와, 상기 분말화단계(S1)에서 분말화된 폐인조대리석을 열분해하는 열분해단계(S2)와, 상기 열분해단계(S2)에서 분류된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 응축 및 증류를 반복하여 순수한 MMA로 회수하는 MMA 회수단계(S3)와, 상기 열분해단계(S2)에서 분류된 분말화 상태의 알루미나와 미량의 첨가제를 소성로(41)에서 가열하여 불순물 및 첨가제는 제거하고 소성된 알루미나를 회수하는 알루미나 회수단계(S4)를 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 MMA 회수단계(S3)와 상기 알루미나 회수단계(S4)에서 발생한 대기오염물질을 세정탑(5)을 이용하여 제거하고 정화시켜 대기중으로 배출하는 대기오염물질제거단계(S5)를 더 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 분말화단계(S1)는 상기 폐인조대리석을 분쇄기와 분말스크린을 이용하여 분말화시키는 단계(S11)와, 상기 분말화된 폐인조대리석을 이송하여 분말저장조에 저장하는 분말화 된 폐인조대리석 저장단계(S12)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 열분해단계(S2)는, 상기 분말저장조(미도시)에 저장된 분말화 된 폐인조대리석을 열분해로(22)로 투입하는 단계(S21)와, 상기 열분해로(22)에 열을 가하여 끓는점의 차이에 따라 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물과 고체분말상태의 알루미나로 열분해하는 폐인조대리석 열분해 단계(S22)와, 상기 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 이송하는 기체상태 MMA이송단계(S23)와, 상기 고체분말 상태의 알루미나를 이송하는 고체분말상태 알루미나이송단계(S24)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 폐인조대리석 열분해단계(S22)는 상기 분말화된 폐인조대리석 열분해로 투입단계(S21)로부터 투입된 상기 폐인조대리석 분말을 열분해 하는 단계로써, 상기 인조대리석분말을 상기 열분해로(22)에 투입하여 열을 가해 끓는점 차이에 따라 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물과 고체분말화 상태의 알루미나로 열분해하는 단계이다.
상기 열분해단계(S2)에서 상기 열분해로(22) 내부의 폐인조대리석은 열분해 되기 전 고체분말상태의 MMA + 수산화알루미늄 + 첨가제에서 열분해 후 고체분말과 기체상태의 알루미나(산화알루미늄,고체분말) + 물(기체상태) + MMA(기체상태)가 된다. 즉, 수산화 알루미늄은 가열하면 산화알루미늄과 물로 분해된다.
정리하면 충진제인 수산화알루미늄은 열분해에 의해 상기 열분해로(22) 내에서 산화알루미늄과 물을 생성하고, 상기 MMA와 물은 MMA와 물의 끓는점보다 높은 열분해로(22) 내부의 온도로 인해 기체상태가 되고, 알루미나(산화알루미늄)는 고체분말상태의 잔유물이 된다. 한편 이러한 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물과 고체분말상태의 알루미나에는 각각 미량의 기체화 된 첨가제와 분말상태를 유지하는 첨가제가 포함되어 있다.
상기 기체화된 MMA를 포함한 혼합물은 MMA회수단계(S3)의 MMA추출대상이 되고, 열분해 된 고체분말상태의 알루미나는 알루미나 회수단계(S4)의 알루미나 추출대상이 되어 소성로(41)에 투입된다.
이어서, 상기 MMA 이송단계(S23)는 상기 열분해단계(S22)에서 발생한 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물이 기체이송덕트(23)를 통해 이송하는 단계이다.
그리고 상기 고체분말알루미나 이송단계(S24)는 상기 열분해단계(S22)에서 고체분말상태로 남은 알루미나를 분말이송관(24)를 통해 이송하는 단계이다.
다음으로, 상기 MMA회수단계(S3)는, 상기 열분해단계(S2)에서 기체상태로 분류된 MMA를 포함한 혼합물을 응축 및 증류를 반복하여 불순물과 첨가제를 제거하여 순수MMA로 추출하는 단계이다.
상기 MMA회수단계(S3)는 상기 열분해단계(S2)에서 기체화된 MMA를 포함한 혼합물을 응축시키는 제1응축단계(S31)와, 상기 응축된 MMA를 포함한 혼합물을 유수분리기를 이용하여 유수분리하는 유수분리단계(S32)와, 상기 유수분리단계(S32)에서 폐수를 제거한 MMA를 포함한 유기물질에 산성용액을 첨가하여 분별증류하는 분별증류단계(S33)와, 상기 분별증류단계(S33)에서 증류되지 못한 잔류물을 재증류하는 재증류단계(S331)와, 상기 재증류단계(S331)에서 증류된 MMA를 포함한 유기물질을 상기 재증류단계(S331)로 순환하는 과정 중에 상기 MMA를 포함한 유기물질을 응축하는 제3응축단계(S332)와, 상기 분별증류단계(S33)에서 증류되어 기체화된 MMA를 응축시키는 제2응축단계(S34)와, 상기 제2응축단계(S34)에서 응축된 MMA를 저장하는 MMA저장단계(S35)와, 상기 MMA저장단계(S35)에서 저장된 MMA에 알칼리용액을 첨가하는 알칼리용액첨가단계(S36)와, 상기 알칼리용액이 첨가된 MMA를 필터링하는 필터링단계(S37)와, 상기 필터링 된 MMA를 최종적으로 저장하는 최종저장단계(S38)로 이루어진다. 한편, 상기 유수분리단계(S32)에서 유수분리기(32)에 의해 하층으로 분리된 폐수는 폐수저장조(321)에 모아서 별도 처리하며, 상기 재증류장치(331)에서 증류하고 남은 찌꺼기는 소각로(333)에 모아 제거하는 단계를 더 포함한다.
보다 상세하게 MMA회수단계(S3)를 살펴보면 다음과 같다.
먼저 상기 제1응축단계(S31)는 상기 열분해단계(S2)에서 기체화된 MMA를 포함한 혼합물을 응축시키는 단계이다.
이어서 상기 유수분리단계(S32)는 상기 제1응축단계(S31)에서 제1응축기(31)에 의해 응축된 MMA를 포함한 혼합물을 폐수와 MMA를 포함한 혼합물로 층분리하는 단계이다.
상기 폐수와 MMA를 포함한 혼합물은 밀도차이에 의해 층분리되며 하부에 위치한 폐수를 유수분리기(32)의 밑부분에 설치한 밸브의 개방으로 상기 폐수를 폐수저장조(321)로 이송시킬 수 있다. 한편, 상기 폐수가 폐수저장조(321)로 이송되고 남은 MMA를 포함한 혼합물은 외부의 펌프를 이용하거나 또는 유수분리기(32)와 분별증류부(33)의 높이차에 따른 위치에너지로 상기 분별증류부(33)로 이송할 수 있다.
상기 분별증류단계(S33)는 상기 유수분리기에서 이송된 MMA를 포함한 혼합물에 산성용액을 첨가하고 50~120℃ 범위로 분별증류하는 단계이다.
상기 분별증류부(33)에서 증류된 기체상태의 MMA는 상기 분별증류부(33) 상부에 설치된 기체이송관을 따라 제2응축기(34)로 이송되며, 상기 분별증류부에서 증류되지 못한 잔유물은 재증류부(331)로 이송된다.
상기 제2응축단계(S34)는 상기 분별증류부(33)에서 이송된 MMA를 포함한 유기물질을 외부의 차가운 기체를 이용하여 상기 뜨거운 MMA를 포함한 유기물질을 응축시키는 단계이다.
상기 MMA 저장단계(S35)는 상기 제2응축단계(S34)에서 제2응축기로 응축된 MMA를 상기 MMA저장조(35)에 저장하는 단계이다.
상기 알칼리용액첨가단계(S36)는 상기 MMA저장단계에서 상기 MMA저장조에 저장된 MMA에 알칼리용액을 첨가하는 단계이다.
상기 필터링단계(S37)는 상기 알칼리용액첨가단계(S36)에서 이송된 MMA속에 포함된 염과 불순물을 제거하는 단계이다.
상기 MMA저장단계(S38)은 상기 필터링단계(S37)에서 상기 필터링부(37)에 의해 염과 불순물이 제거된 MMA를 저장하는 단계이다.
그리고 상기 재증류단계(S331)는 상기 분별증류단계(S33)에서 증류되지 못한 잔유물을 고온으로 재증류하는 단계이다.
상기 제3응축단계(S332)는 상기 재증류단계(S331)에서 증류되어 기체상태가 된 MMA를 포함한 유기물질을 응축하는 단계이다.
다음으로 상기 알루미나회수단계(S4)는 상기 열분해단계(S2)에서 열분해되어 물이 제거된 상태로 분류된 고체 분말화 상태의 알루미나를 소성로(41)에서 가열하여 불순물 및 첨가제를 제거하는 단계이다.
상기 알루미나회수단계(S4)는 상기 소성로(41)에서 상기 알루미나와 불순물을 고온으로 가열하여 불순물을 제거하고 알루미나를 소성하는 상기 알루미나소성단계(S41)와, 상기 알루미나소성단계(S41)에서 소성된 알루미나를 저장하는 알루미나저장단계(S42)로 이루어진다.
상기 알루미나소성단계(S41)은 상기 열분해로(22)에서 이송된 알루미나와 불순물을 고온으로 가열하여 불순물을 제거하고 상기 알루미나를 소성하는 단계이다.
상기 소성(sintering)은 분말을 소결 형성하는 조작을 말한다.
상기 알루미나저장단계(S42)는 상기 알루미나소성단계(S41)에서 불순물이 제거되고 소성된 알루미나를 상기 알루미나 저장조(42)에 저장하는 단계이다.
상기와 같이 기술된 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치(1)를 이용한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법은 버려지는 폐인조대리석을 열분해하여 MMA와 알루미나로 회수하여 재활용할 수 있게 함으로써 버려지는 폐인조대리석에 의한 환경오염을 방지하고, 자원재활용에 따른 이익을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러방법으로 변경 가능하므로 전술한 방법 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
1: 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치
3: MMA 회수부
4: 알루미나 회수부
11: 분말화부
22: 열분해로
23: 기체이송덕트
24: 분말이송관
31: 제1응축기
32: 유수분리기
321: 폐수저장조
33: 분별증류부
331: 재증류부
332: 제3응축기
333: 소각로
34: 제2응축기
35: MMA저장조
36: 알칼리용액첨가부
37: 필터링부
38: 최종저장조
5: 세정탑
41: 소성로
42: 알루미나 저장조
3: MMA 회수부
4: 알루미나 회수부
11: 분말화부
22: 열분해로
23: 기체이송덕트
24: 분말이송관
31: 제1응축기
32: 유수분리기
321: 폐수저장조
33: 분별증류부
331: 재증류부
332: 제3응축기
333: 소각로
34: 제2응축기
35: MMA저장조
36: 알칼리용액첨가부
37: 필터링부
38: 최종저장조
5: 세정탑
41: 소성로
42: 알루미나 저장조
Claims (12)
- 수산화알루미늄과 MMA(Methyl methacrylate)를 함유한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치에 있어서,
상기 폐인조대리석을 분쇄기를 이용하여 분말화하는 분말화부;
상기 분말화부에서 분말화 된 상기 폐인조대리석을 열분해하는 열분해로;
상기 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 MMA를 추출하여 회수하는 MMA 회수부;
상기 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 알루미나를 추출하여 회수하는 알루미나 회수부;
상기 MMA 회수부는 MMA를 추출하기 위한 분별증류부를 포함하며,
상기 분별증류부에서는 MMA이외의 물질을 제거하기 위하여 산성 용액을 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 열분해로는,
상기 열분해로의 온도는 200~600℃ 범위이며, 상기 열분해로 내에서 상기 분말화 된 폐인조대리석이 산화되지 않도록 상기 열분해로 내부는 질소기체 또는 불활성기체로 충전되고, 상기 열분해로 내부에 스크류가 설치되며, 상기 열분해로가 회전하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 MMA 회수부는,
상기 열분해로에서 이송된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 응축시키기 위한 제1응축기를 포함하며, 상기 제1응축기를 이용하여 응축한 MMA를 포함한 혼합물을 MMA를 포함한 유기물질과 폐수로 분리하기 위한 유수분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 MMA 회수부는,
상기 분별증류부에서 발생한 기체상태의 MMA를 응축시키기 위한 제2응축기를 포함하며, 상기 제2응축기에서 응축된 MMA를 저장하는 MMA저장조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 MMA 회수부는,
상기 MMA저장조에 보관된 MMA에 알칼리 용액을 첨가하기 위한 알칼리용액첨가부를 포함하며, 상기 알칼리용액이 첨가된 MMA에 포함된 불순물을 제거하기 위한 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 MMA 회수부는,
상기 분별증류부에서 증류하고 남은 잔유물이 이송되어 재증류되는 재증류부를 포함하며, 상기 재증류부에서 발생한 MMA를 포함한 유기물질을 상기 분별증류부로 순환시키는 순환이송관과 제3응축기을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 장치.
- 수산화알루미늄과 MMA를 함유한 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법에 있어서,
상기 폐인조대리석을 분쇄기를 이용하여 분말화하는 분말화단계;
상기 분말화단계에서 분말화 된 상기 폐인조대리석을 열분해하는 열분해단계;
상기 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 MMA를 추출하여 회수하는 MMA 회수단계;
상기 열분해로에서 열분해 된 폐인조대리석으로부터 알루미나를 추출하여 회수하는 알루미나 회수단계;
상기 MMA 회수단계는 MMA를 추출하기 위한 분별증류단계를 포함하며,
상기 분별증류단계에서는 MMA이외의 물질을 제거하기 위하여 산성용액을 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 열분해단계에서,
상기 열분해로의 온도는 200~600℃ 범위이며, 상기 열분해로 내에서 상기 분말화 된 폐인조대리석이 산화되지 않도록 상기 열분해로 내부는 질소기체 또는 불활성기체로 충전되고, 상기 열분해로 내부에 스크류가 설치되며, 상기 열분해로가 회전하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 MMA 회수단계는,
상기 열분해로에서 이송된 기체상태의 MMA를 포함한 혼합물을 제1응축기에서 응축시키기 위한 제1응축단계를 포함하며, 상기 제1응축기에서 응축된 MMA를 포함한 혼합물을 MMA를 포함한 유기물질과 폐수로 분리하기 위한 유수분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 MMA 회수단계는,
상기 분별증류단계에서 발생한 기체상태의 MMA를 제2응축기에서 응축시키기 위한 제2응축단계를 포함하며, 상기 제2응축단계에서 응축된 MMA를 MMA저장조에 저장하는 MMA저장단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 MMA 회수단계는,
상기 MMA저장단계에서 상기 MMA저장조에 보관된 MMA에 알칼리 용액을 첨가하는 알칼리용액첨가단계를 포함하며, 상기 알칼리 용액이 첨가된 MMA에 포함된 불순물을 제거하기 위한 필터링단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 MMA 회수단계는,
상기 분별증류단계에서 증류하고 남은 잔유물이 이송되어 재증류되는 재증류단계를 포함하며, 상기 재증류단계에서 발생한 MMA를 포함한 유기물질을 상기 분별증류부로 순환시키는 순환단계와 제3응축기를 이용한 제3응축단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석으로부터 MMA와 알루미나를 회수하는 방법.
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