KR20180044151A

KR20180044151A - 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법

Info

Publication number: KR20180044151A
Application number: KR1020160137897A
Authority: KR
Inventors: 김성배; 이재식
Original assignee: 김성배
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-05-02
Also published as: KR101888140B1

Abstract

본 발명은 폐 중소형전자제품을 분쇄-철분리-비철금속분리-플라스틱분리 공정을 거쳐 철, 비철금속을 분리하고, 이어서 혼합 폐플라스틱을 성분별/색상별로 선별하여 재활용가치를 대폭 증대시키는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 폐 중소형전자제품을 소정의 크기 범위로 분쇄하는 분쇄공정: (B) 분쇄물을 자력선별기로 철금속을 분리하는 철분리공정: (C) 잔류하는 분쇄물을 정전선별기로 비철금속을 분리하는 비철금속분리공정: (D) (a) 잔류하는 여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물을 흑색상과 비흑색상로 분리하는 1차분리단계; 및 (b) 1차분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 마찰대전기와 정전선별기에 통과시켜 폐플라스틱 성분별로 분리하는 2차분리단계;를 포함하는 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 플라스틱분리공정:을 포함하며, 상기 공정(D)의 단계(b)에 사용되는 마찰대전기는, ① 작동 시에 회전수단에 의해 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 중심축이 수평축과 소정 각도(θ)를 이루며, 투입구와 상기 투입구보다 아래에 형성된 배출구를 포함하고 있는 회전하우징; 및 ② 상기 회전하우징의 내부에 회전하우징의 중심축과 동축이며, 작동 시에도 회전하지 않는 주축;을 포함하며, 상기 회전하우징의 내주면과 상기 주축의 외주면 중 최소한 어느 하나에는 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있어서, 상기 회전하우징이 회전함에 따라 플라스틱편이 회전하우징의 내주면과 주축의 외주면 사이에 충진된 상태로 가압교반되어 마찰대전되면서 상기 배출구로 강제 이동되는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에 관한 것이다.

Description

폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법{Method for Separating Components based on Composition for Recycling Small and Medium Sized Electronics}

본 발명은 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐 중소형전자제품을 분쇄-철분리-비철금속분리-플라스틱분리 공정을 거쳐 철, 비철금속을 분리하고, 이어서 혼합 폐플라스틱을 성분별/색상별로 선별하여 재활용가치를 대폭 증대시키는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에 관한 것이다.

전자제품의 대량생산과 대량소비가 이루어지고 있는 동시에 교체주기가 짧아지고 있어 폐전자제품이 지속적으로 발생되므로 자원의 재활용 측면에서나 환경적 측면에서 큰 문제가 되고 있다.

정부에서는 폐전자제품 재활용의 중요성이 증대됨에 따라 대형기기, 통신·사무기기, 중형기기, 소형기기, 이동전화단말기 등 5개 유사제품군으로 분류된 총 27가지 품목에 대하여 폐전기·전자제품 재활용목표관리제를 도입하여 관리하고 있다.(전기·전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률; 아래 표 참조)

법률에 따르면 전기·전자제품 재활용의무생산자는 자신이 출고한 제품의 폐기물을 회수하여 폐기물 재활용업의 허가를 받은 자에게 인계하여 재활용하거나 전기·전자제품 재활용사업공제조합에 가입하여 공동으로 회수·인계·재활용할 의무가 있다.

본 발명에서는 대형기기를 제외한 통신·사무기기, 중형기기, 소형기기, 이동전화단말기 군에 속하는 제품들을 ‘중소형전자제품’으로, 특히 소형기기, 이동전화단말기 군에 속하는 제품들을 ‘소형전자제품’으로 칭하기로 한다.

앞서 설명하였듯이, 폐전자제품의 지속적 발생이 큰 문제가 되고 있는데 특히 중소형전자제품은 대형전자제품에 비해 제품의 종류가 다양하고 기능성 복합물질의 사용이 많아 이의 선별기술의 개발이 필요한 실정이다.

국내에서는 여러 기관과 대학에서 소형가전폐제품의 재활용과 관련하여 소형가전폐제품으로부터 유가금속 회수를 위한 상용화 기술개발, 소형가전폐제품 내 유가금속의 회수율 향상을 위한 파쇄/선별 기술개발, 소형가전폐제품의 효율적 재활용을 위한 해체/파쇄/선별공정 기술개발 등의 연구가 진행되고 있으나, 주로 금속을 회수하는 연구이고 그 중에서도 비철금속인 알루미늄, 구리 등과 같은 금속을 회수하는데도 한계를 보이고 있다. 특히 플라스틱은 색상도 다양하고 재질성분도 ABS, PP, PE, PS, PET, PVC 등 종류가 많기 때문에 제대로 선별하는 연구가 극히 저조한 상황이다(2015, J. of Korean Inst. Of Resources Recycling, Vol. 24, 38-49).

중소형전자제품에서 재활용할 수 있는 유가물은 크게 금속과 플라스틱으로 볼 수 있다. 예를 들면 비데, 공기청정기, 전기히터, 가습기, 청소기 등은 플라스틱의 비율이 50% 이상이며, 오디오나 비디오, 연수기, 선풍기, 믹서기 등은 철이나 비철이 35% 이상인 것으로 확인되고 있다. 따라서 폐기된 중소형전자제품에서 각 금속성분과 폐플라스틱을 재질별/색상별로 분류하는 것이 요구된다. 플라스틱은 색상도 다양하고 재질도 ABS, PP, PS, PVC 등 종류가 많기 때문에 선별과정을 거칠수록 유가물의 가치가 올라간다. 특히 PVC는 연소시 염소가스를 배출하기 때문에 따로 처리가 필요하다.

그런데 플라스틱의 재활용(리사이클)은 일반적으로 종류가 다른 다양한 폐플라스틱들이 서로 혼합되어 있어 분리선별이 선행되지 않으면 재활용 시에 성형성 및 물성 저하 등의 문제가 발생한다. 따라서 예를 들면, 폐냉장고의 파쇄선별 후 생산된 플라스틱은 색상이 대체로 흰색~회색 계열이며 재질도 비슷하여 재활용가치가 높아 단가가 높게 책정되지만, 폐 중소형전자제품에서 얻어진 플라스틱은 색상과 재질이 다양하여 단일 색상/단일 재질의 것에 비해 가격이 30%밖에 미치지 못하고 있는 것이 현실이다.

공개특허 10-2002-0016577에는 수지 성형품별로 개별 분쇄하여 수용주머니에 보관한 상태에서 광조사법으로 분쇄수지의 종류를 판별하여 종류별로 분별하는 수지 재활용 시스템이 개시되어 있다. 그러나 이에 의하면 '수지 성형품' 단위 즉, 플라스틱 형태가 유지된 상태로 분쇄/보관해야 하기 때문에 수집해서 처리공장으로 운송하는데 부피가 커서 어려움이 있고, 하나의 '수지 성형품'에 다양한 수지 종류가 복합되어 있는 것이 대부분인데, 이를 구분할 수 없는 한계가 있다.

등록특허 10-1036948에는 수거한 폐플라스틱을 재활용할 수 있도록 분쇄, 이물제거, 선별과정 등을 거쳐 분말원료로 만드는 폐플라스틱의 재활용 처리시스템 및 재활용 처리방법이 개시되어 있지만, 건물을 철거할 때 생기는 폐플라스틱, 특히 건물의 창호, 창틀, 문과 같은 폐플라스틱 즉, 수거단계에서 사전에 선별되어 일정성분으로 된 재료를 이용한다는 점에서 매우 제한적이다.

기타 폐플라스틱을 전처리하거나, 폐플라스틱을 선별하기 위해 FT-IR 화학분석기를 사용하거나, 친화성이 있는 플라스틱 신재료 또는 보강제나 개질제 또는 고품질의 재료를 첨가하여 물성을 향상시키거나(등록특허 10-1271250, 일본특개평05-004228), 평균 분자량 또는 FT-IR 분석 성분을 관리하여 품질 안정화를 기하려 하고 있다.

전자제품, 특히 중소형전자제품은 대형전자제품에 비해 제품의 종류가 다양하고 기능성 복합물질의 사용이 많으며, 구성부품이 다르고 사이즈와 디자인, 색상도 각각 다르기 때문에 이의 파쇄-분리-선별기술의 개발이 필요한 실정이다. 그러나 종래기술에는, 제품의 종류가 다양하고 색상과 재질이 다양한 플라스틱의 사용이 많은 폐 중소형전자제품으로부터 금속성분을 분리하고, 잔류하는 다양한 재질의 폐플라스틱이 불균일하게 혼합되어 있는 파쇄물로부터 균일하면서도 유해하지 않은, 안전한 재생플라스틱 원재료로 만들고자 하는 실질적인 사례는 발견되지 않고 있다.

이러한 중소형전자제품은 흑색 플라스틱이 많은데, 흑색 폐플라스틱이 많이 함유된 혼합폐플라스틱 입자를 종래의 방법으로 분광기를 이용하여 성분별로 분리하는 경우 분광기가 흑색 입자에 대해서는 작동하지 않기 때문에 흑색 입자가 무작위로 다양한 성분의 플라스틱 부분으로 혼입되어 들어가는 문제가 있었다. 이렇게 되면 선별분리된 플라스틱의 재활용가치가 매우 낮아지기 때문에 업계에서는 플라스틱 파쇄물 공급업체로부터 공급받는 원료 폐플라스틱 파쇄물 중에서 흑색상이 어느 정도 이상이면 입고를 거부하게 된다. 따라서 흑색상이 많이 포함된 폐플라스틱 파쇄물은 이종수지의 미분리로 인하여 소량으로 혼합되어 소진되거나 용도를 찾지 못한 경우에는 리사이클 되기 보다는 소각에 의해 처리되는 것이 보통이었다.

이렇듯, 종래의 방법에 따라 분쇄 및 파쇄에 의해 제조된 혼합폐플라스틱(대부분 상당량의 흑색 입자를 포함하고 있음) 입자를 종래의 선별기술로 분리하여 재활용하기가 매우 어려웠다.

공개특허 10-2002-0016577 등록특허 10-1036948 등록특허 10-1271250 일본특개평05-004228 공개특허 제10-2001-0033844호 등록특허 제10-0459996호

2015, J. of Korean Inst. Of Resources Recycling, Vol. 24, 38-49

본 발명은 특히 폐기되는 중소형전자제품을 리사이클링 하기 위하여 철, 비철금속을 분리한 후 불균일한 잔류 플라스틱을 성분별 분리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 폐기되는 중소형전자제품 유래의 흑색 폐플라스틱이 함유된 불균일한 폐플라스틱 파쇄물로부터 플라스틱 성분별로 용이하게 분리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 통상의 폐기 플라스틱으로부터 얻어진, 흑색 폐플라스틱이 함유된 불균일한 폐플라스틱 파쇄물로부터 플라스틱 성분별로 용이하게 분리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법으로서, (A) 폐 중소형전자제품을 소정의 크기 범위로 분쇄하는 분쇄공정: (B) 분쇄물을 자력선별기로 철금속을 분리하는 철분리공정: (C) 잔류하는 분쇄물을 정전선별기로 비철금속을 분리하는 비철금속분리공정: (D) (a) 잔류하는 여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물을 흑색상과 비흑색상로 분리하는 1차분리단계; 및 (b) 1차분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 마찰대전기와 정전선별기를 통과시켜 폐플라스틱 성분별로 분리하는 2차분리단계;를 포함하는 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 플라스틱분리공정:을 포함하며, 상기 공정(D)의 단계(b)에 사용되는 마찰대전기는, ① 작동 시에 회전수단에 의해 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 중심축이 수평축과 소정 각도(θ)를 이루며, 투입구와 상기 투입구보다 아래에 형성된 배출구를 포함하고 있는 회전하우징; 및 ② 상기 회전하우징의 내부에 회전하우징의 중심축과 동축이며, 작동 시에도 회전하지 않는 주축;을 포함하며, 상기 회전하우징의 내주면과 상기 주축의 외주면 중 최소한 어느 하나에는 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있어서, 상기 회전하우징이 회전함에 따라 플라스틱편이 회전하우징의 내주면과 주축의 외주면 사이에 충진된 상태로 가압교반되어 마찰대전되면서 상기 배출구로 강제 이동되는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에 관한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 단일 프로세스에서 폐 중소형전자제품으로부터 철, 비철금속을 순차적으로 분리하고 이후 잔류 혼합 플라스틱을 성분별/색상별로 선별할 수 있게 되므로 폐 중소형가전제품을 고가의 자원으로 재활용할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 폐 중소형가전제품의 리사이클링 효율을 높임으로써 관련산업의 부가가치를 증대시키고 환경보호에 대한 사회적 부담을 절감하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법의 예시적 흐름도.
도 2는 본 발명에 의한 분리방법의 중간단계에서 얻어진 폐플라스틱 파쇄물만 남은 예의 사진.
도 3은 본 발명에 의한 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에서 플라스틱분리공정의 구체적 일예를 보여주는 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치에서 배출구에 개폐부재가 추가된 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치의 측단면도 및 X-X' 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치에 탈착식 커버가 장착된 일례를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치에서 나선형 홈 또는 돌출스크류가 형성된 예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치에서 회전하우징과 주축의, 중심축 수직 단면 형상의 예를 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. 또한 청구범위의 구성요소에 도면부호가 병기되어 있는 경우, 이는 설명 위한 예시적인 것일 뿐 도면부호가 구성요소를 한정하려는 의도가 아님도 명백할 것이다.

(1) 폐 중소형전자제품 색상별/성분별 분리방법

전술하였듯이 본 발명은, 폐 중소형전자제품을 분쇄-철분리-비철금속분리-플라스틱분리 공정을 포함하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법에 대한 것이다. 도 1에 각 공정의 예시적 흐름도와 분리되는 성분들을 개념적으로 표시하였다.

본 발명에 의한 분리방법을 적용하기에 앞서 폐 중소형전자제품이 소정의 방법으로 수집된 후 예를 들면 전선을 분리하는 등 개략적으로 선별된 후 부피를 줄이기 위하여 롤러나 프레스로 압축될 수 있다. 이하에서는 압축되거나 압축되지 않은 것을 모두 포함하는 것으로 한다.

본 발명의 분쇄공정에서는 중소형전자제품을 구성하는 철금속과 비철금속, 유리나 종이, 플라스틱들이 상호 분리되고 취급하기 적절한 크기가 되도록 분쇄기(shredder)에 의해 폐 중소형전자제품이 분쇄된다. 분쇄물의 크기는 제한이 없으나 플라스틱 기준으로 대략 0.5~3cm 크기인 것이 취급하기 용이하다. 필요한 경우 2회 이상의 분쇄과정을 거칠 수도 있으며, 중간에 또는 분쇄 후에 PCB, 모터, 유해물질 등을 수작업으로 제거하는 과정을 거칠 수 있다.

본 발명의 철분리공정은 상기 분쇄물을 자력선별기에 통과시켜 철성분만을 제거하는 공정이며, 비철금속분리공정은 정전선별기를 이용하여 자력에 반응하지 않는 비철금속을 제거하는 공정이다. 이후에 폐 중소형전자제품의 특성에 따라서 필요한 경우 종이나 유리 등과 같이 금속이나 플라스틱이 아닌 성분을 분리하는 별도의 공정을 거칠 수 있다. 폐플라스틱 파쇄물만 남은 예의 사진을 도 2에 도시하였다.

본 발명의 플라스틱분리공정은 금속과 이물질이 분리 내지 제거된 후 잔류하는 여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물(이하 '폐플라스틱 파쇄물'을 단순히 '파쇄물'이라 칭하기도 함)로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 공정이다.

한편, 상기 플라스틱분리공정에서, 흑색상 폐플라스틱을 함유하고 있어 통상의 마찰대전기와 정전선별기를 이용하여 혼합 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 것이 그리 용이하지 않다. 따라서 본 발명에서는 흑색상과 비흑색상 플라스틱을 분리하여 취급하는 것이 좋다. 즉, 상기 플라스틱분리공정은 (a) 파쇄물을, 예를 들면 색상분리기를 이용하여 흑색상과 비흑색상로 분리하는 1차분리단계; 및 (b) 1차분리된 흑색상 파쇄물과 비흑색상 파쇄물 각각을 마찰대전기와 정전선별기를 통과시켜 폐플라스틱 성분별로 분리하는 2차분리단계;를 포함한다(도 3 참조).

한편, 단계의 성격상 상기 2차분리단계는 파쇄물이 마찰대전기와 정전선별기를 연속해서 통과하는 연속식이다. 또한 마찰대전에 의한 대전특성은 상호 마찰되는 대상물의 종류에 따라 다르게 나타난다. 예를 들면 위에 플라스틱은 [PS → PE → PP → PVC] 순서로 양극으로 대전되기 쉬운 즉, 음극으로 대전되기 어려운데, 이를 테면 PS와 PE가 반반인 경우 PE가 약하게 음극으로 대전되지만, PE와 PVC가 반반인 경우 PE는 오히려 강하게 양극으로 대전되는 것이다. 따라서 마찰대전기에 투입되는 파쇄물이 경시적으로 비교적 균일하지 않으면 단계의 순간순간마다 파쇄물 각 성분의 대전특성이 달라져서 동일한 성분의 파쇄물이라도 정전선별기를 통과할 때 다른 위치로 분리되는 현상이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 2차분리단계 전에, 분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 로트(lot) 단위로 균일하게 혼합하는 균일혼합단계가 추가되는 것이 바람직하다.

위와 비슷한 이유로, 1차분리된 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물을 분광기에 통과시켜 가분리한 후 상기 단계(b)를 통과시키는 것이 플라스틱의 성분별 분리를 더욱 효율적으로 되도록 한다.

한편, 공개특허 제10-2001-0033844호, 등록특허 제10-0459996호에 개시된 것과 같은 정전선별법에 적용되는 종전의 마찰대전기는, 투입된 플라스틱편이 눕혀진 원통형상의 교반용기의 저면에서 단순히 구르면서 마찰되므로 대전에 시간이 많이 소요되는 문제가 있다. 또한 사용 시 교반용기에서 플라스틱편이 쌓이는 저면 이외의 공간은 비어 있는 상태로 있으므로 공간 효율성이 떨어진다.

따라서 본 발명에 의한 분리방법에 사용되는 마찰대전기는(도 4~도 9 참조), ① 작동 시에 회전수단에 의해 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 중심축이 수평축과 소정 각도(θ)를 이루며, 투입구와 상기 투입구보다 아래에 형성된 배출구를 포함하고 있는 회전하우징; 및 ② 상기 회전하우징의 내부에 회전하우징의 중심축과 동축이며, 작동 시에도 회전하지 않는 주축;을 포함하며, 상기 회전하우징의 내주면과 상기 주축의 외주면 중 최소한 어느 하나에는 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있어서, 상기 회전하우징이 회전함에 따라 플라스틱편이 회전하우징의 내주면과 주축의 외주면 사이에 충진된 상태로 가압교반되어 마찰대전되면서 상기 배출구로 강제 이동/배출되도록 하는 것이다.

상기 회전하우징(10)의 형태는 긴 통이면서 양 말단에 각각 투입구(11)와 배출구(12)가 있는 형태인 것이 바람직하다. 이때 투입구(11)는 회전하우징(10)의 중심축에 수직인 단면 전체가 개방된 형태일 수 있다. 만약 회전하우징(10)의 중심축이 수평하거나 기울어진 각도(θ)가 작으면 투입구(11)로 투입된 플라스틱편이 투입구(11)를 역행하여 밖으로 흘러나올 수 있는데, 이 경우에는 투입구(11)의 일부를 막는 별도의 장치를 설치할 수 있다.

투입구(11)에 플라스틱편을 투입할 때는 마찰대전장치의 상부측면에 이격되어 있는 호퍼와, 상기 호퍼와 연결되어 있으면서 말단이 투입구(11)에 삽입된 연결관으로 이루어진 투입장치를 이용하는 것이 좋다(도 4 참조). 이때 연결관은 주축(20)을 교체할 때를 대비하여 탈착 가능한 것이 바람직하다.

배출구(12)는 회전하우징(10)의 중심축에 수직인 단면(즉 '관의 말단') 전체 또는 일부가 개방된 형태일 수 있다. 이때 배출구(12)를 개방된 상태로 두면 투입하는 플라스틱편의 양을 조절함으로써 배출량을 조절해야 하는 번거로움이 있으므로, 이를 해결하기 위해 상기 배출구(12)의 개폐를 조절하는 고정 개폐부재(30)가 추가될 수 있다(도 5의 (a) 참조). 여기서 개폐부재(30)가 고정되어 있다는 것은 회전하우징(10)은 회전하지만 개폐부재(30)는 회전하지 않는다는 것을 의미한다. 개폐부재(30)의 작동 방식은 유압실린더 등과 같은 작동수단(도시 생략)에 의해 개폐부재(30)가 배출구(12) 상부(또는 하부)로 슬라이딩되는 방식(도 5의 (b))일 수도 있고, 힌지결합된 개폐부재(30)가 회전운동하는 방식(도 5의 (c))일 수도 있다. 개폐부재(30)가 추가되면 개폐부재(30)의 열림정도(슬라이딩방식인 경우)나 개폐부재(30)에 부하되는 압력(힌지방식인 경우), 회전하우징(10)의 회전수에 의해 플라스틱편의 마찰대전정도와 배출량이 제어될 수 있다.

상기 주축(20)은, 그 직경 및 길이가 회전하우징(10)의 내주 직경 및 길이보다 작으면서 회전하우징(10)의 중심축과 평행하게 장착되는 관 또는 봉 형태인 것이 바람직하다. 도 4에는 상기 회전하우징(10) 및 주축(20), 호퍼와 연결관으로 이루어진 투입장치의 일례가 도시되어 있는데, 회전수단과 같이 마찰대전장치의 작동에 필요한 나머지 구성요소들은 도면에서 생략되었다.

본 발명에 의한 분리방법에 적용될 수 있는 마찰대전장치를 이용한 폐플라스틱편의 선별 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 먼저 플라스틱편이 투입구(11)에 투입되면, 회전하우징의 내주면과 주축의 외주면 중 최소한 어느 하나에 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있기 때문에, 회전하우징(10)이 회전함에 따라 플라스틱편이 회전하우징(10)의 내주면과 주축(20)의 외주면 사이 공간(교반 공간)에서 압축/축적된 상태로 교반된다. 이로 인해 압축/축적된 플라스틱편의 입자간의 충돌이 발생하고 회전하우징(10)의 내주면 및 주축(20)의 외주면과도 충돌이 발생하여 마찰대전이 이루어진다. 이와 동시에 플라스틱편은 투입구(11)에서 배출구(12) 쪽으로 이동하게 되고 최종적으로 배출구(12)로 배출된다.

플라스틱편 입자간의 충돌, 회전하우징(10)의 내주면 및 주축(20)의 외주면과의 충돌로 발생하는 마찰은 전단력(Shear force)에 비례하는데, 이때 전단력(Fz)은 다음 식에 의해 표현될 수 있다.

여기서 R은 회전하우징(10)의 중심축에 수직인 내주단면의 직경, ΔP는 플라스틱 입자가 밀려서 이동하는 압력, k는 주축(20)의 중심축에 수직인 외주단면의 직경 Ri와 R의 비(

)이다(도 5 참조). 이 식에 의하면 k값이 작을수록, ΔP값이 클수록 전단력이 커질 수 있으며, 이에 따라 마찰대전 효과도 증가될 수 있다.

한편, 회전하우징(10)이 배치될 때 중심축이 수평축과 이루는 각도(θ)는 0~90° 일 수 있다. 즉, 회전하우징(10)은 수평으로 배치될 수도 있고(θ=0°), 투입구(11)가 위를 향하도록 기울어져 배치될 수도 있으며,(0°<θ<90°), 수평축에 수직하여 배치될 수도 있다(θ=90°). 이때 회전하우징(10)이 대략 20° 이하의 각도로 기울어져 배치될 경우, 앞서 언급했듯이 플라스틱편이 투입될 때 투입구(11)를 역행하여 밖으로 흘러나올 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위한 별도의 장치가 필요하다. 이러한 장치의 일례로, 도 7에 도시된 것과 같이 투입구(11)의 하부를 덮는, 회전하지 않는 탈착식 커버를 장착할 수 있다. 그러나 '장치'를 추가적으로 제작하여 장착하는 것은 번거롭고, 장치로 인해 투입구(11)의 일부를 막게 되면 투입구(11)가 작아지며, 주축(20)을 용이하게 교체하기 어려운 문제가 발생하므로 적절하지 않다.

본 발명에 적용되는 마찰대전장치에는, 마찰대전 효과를 극대화하기 위해서 회전하우징(10)의 내주면과 상기 주축(20)의 외주면 중 최소한 어느 하나에는 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있다. 따라서 홈이나 돌출스크류(의 회전)에 의해 투입되는 플라스틱편이 후단으로 강제 이동되므로 회전하우징(10)의 중심축이 수평으로 배치되어도 큰 문제가 없다. 도 8에는 (a) 회전하우징(10)의 내주면에 나선형 홈이 형성된 경우, (b) 주축(20)의 외주면에 나선형 홈이 형성된 경우, (c) 회전하우징(10)의 내주면에 돌출스크류가 형성된 경우, (d) 주축(20)의 외주면에 돌출스크류가 형성된 경우가 도시되어 있다.

회전하우징(10)과 주축(20)의, 중심축에 수직인 단면 형상은 원형 또는 사각형 이상의 다각형 형상 등 다양하게 선택할 수 있는데, 어떠한 형상을 선택하느냐에 따라 마찰대전 효과가 달라질 수 있다. 그 일례로 도 9의 (a)에 도시된 것 같이 중심축 수직 단면이 회전하우징(10)과 주축(20) 모두 원형인 경우, 도 9의 (b), (c)에 도시된 것과 같이 중심축 수직 단면이 회전하우징(10)은 다각형이고 주축(20)은 원형인 경우 또는 그 반대인 경우, 도 9의 (d)에 도시된 것과 같이 중심축 수직 단면이 회전하우징(10)과 주축(20) 모두 다각형인 경우가 있다. 이때 도 9의 (b), (c), (d)의 경우에는 회전하우징(10)이 회전하면 교반 공간의 간격이 반복적으로 좁아졌다 넓어지고 플라스틱 조각이 다각형의 각부에서 저항을 받게 되며, 이에 따라 플라스틱편이 대류되어 마찰대전 효과가 커질 수 있다.

한편, 회전이 가능하지만 고정되어 있는 회전하우징(10)과는 달리, 상기 주축(20)은 마찰대전장치가 작동하는 동안에 정지된 상태로 있지만, 작동을 멈추고 교체하는 것이 가능하다. 주축(20)의 중심축 수직 단면의 형상 및 크기, 나선형 홈 또는 돌출스크류가 있을 경우에는 나선형 홈 또는 돌출스크류의 형상, 구조, 크기, 피치의 간격 등이 다른 복수개의 주축(20)을 준비하여 필요에 따라 교체할 수 있다. 이렇게 함으로써, 처리될 플라스틱편의 특성에 따라 교반 공간의 크기 및 나선형 홈 또는 돌출스크류의 형상 등을 해당 플라스틱이 가장 효과적인 것으로 선택하여 교체함으로써 마찰대전이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다. 앞서 투입구(11) 설명에서도 언급했듯이, 주축(20)을 교체할 때는 회전하우징(10)의 투입구(11)에 별도의 구성요소가 연결되어 있지 않아야 교체가 용이하므로 호퍼 및 연결관으로 이루어진 투입장치는 탈착 가능한 것이 바람직하다.

(2) 일반적인 폐플라스틱 파쇄물에서 색상별/성분별로 분리하는 방법

또 다른 본 발명은, 여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 (A) 폐플라스틱 파쇄물을 색상분리기를 이용하여 흑색상과 비흑색상로 분리하는 1차분리단계; (B) 1차분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 로트(lot) 단위로 균일하게 혼합하는 균일혼합단계; 및 (C) 균일혼합된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 마찰대전기와 정전선별기를 통과시켜 폐플라스틱 성분별로 분리하는 2차분리단계;를 포함하는, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 방법에 관한 것이다.

이때 본 발명은 전술한 발명(1)에서 언급한 마찰대전기를 활용한다.

"여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 방법" 및 그에 활용될 수 있는 마찰대전기 등에 대해서는 전술한 발명(1)에 대한 설명에서 충분히 기재되어 있으므로 이에 대한 추가적인 설명을 생략한다.

10. 회전하우징 11. 투입구 12. 배출구
20. 주축 30 개폐부재

Claims

폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법으로서,
(A) 폐 중소형전자제품을 소정의 크기 범위로 분쇄하는 분쇄공정:
(B) 분쇄물을 자력선별기로 철금속을 분리하는 철분리공정:
(C) 잔류하는 분쇄물을 정전선별기로 비철금속을 분리하는 비철금속분리공정:
(D) (a) 잔류하는 여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물을 흑색상과 비흑색상로 분리하는 1차분리단계; 및 (b) 1차분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 마찰대전기와 정전선별기를 통과시켜 폐플라스틱 성분별로 분리하는 2차분리단계;를 포함하는 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 플라스틱분리공정:을 포함하며,
상기 공정(D)의 단계(b)에 사용되는 마찰대전기는,
① 작동 시에 회전수단에 의해 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 중심축이 수평축과 소정 각도(θ)를 이루며, 투입구와 상기 투입구보다 아래에 형성된 배출구를 포함하고 있는 회전하우징; 및
② 상기 회전하우징의 내부에 회전하우징의 중심축과 동축이며, 작동 시에도 회전하지 않는 주축;을 포함하며,
상기 회전하우징의 내주면과 상기 주축의 외주면 중 최소한 어느 하나에는 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있어서, 상기 회전하우징이 회전함에 따라 플라스틱편이 회전하우징의 내주면과 주축의 외주면 사이에 충진된 상태로 가압교반되어 마찰대전되면서 상기 배출구로 강제 이동되는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 단계(a)와 (b) 사이에,
분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 로트(lot) 단위로 균일하게 혼합하는 균일혼합단계;가 추가되는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공정(D)의 단계(a)는,
색상분리기를 이용하는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전하우징과 주축의, 중심축에 수직인 단면은 원형 또는 사각형 이상의 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 주축은 교체가능한 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전하우징의 배출구에는, 상기 배출구의 개폐를 조절하는 고정 개폐부재가 추가되는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
여러 가지 종류가 혼합되어 불균일하며, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 방법에 있어서,
(A) 폐플라스틱 파쇄물을 색상분리기를 이용하여 흑색상과 비흑색상으로 분리하는 1차분리단계;
(B) 1차분리된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 로트(lot) 단위로 균일하게 혼합하는 균일혼합단계; 및
(C) 균일혼합된 흑색상 폐플라스틱 파쇄물과 비흑색상 폐플라스틱 파쇄물 각각을 마찰대전기와 정전선별기에 통과시켜 폐플라스틱 성분별로 분리하는 2차분리단계;를 포함하며,
상기 공정(C)에 사용되는 마찰대전기는,
① 작동 시에 회전수단에 의해 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 중심축이 수평축과 소정 각도(θ)를 이루며, 투입구와 상기 투입구보다 아래에 형성된 배출구를 포함하고 있는 회전하우징; 및
② 상기 회전하우징의 내부에 회전하우징의 중심축과 동축이며, 작동 시에도 회전하지 않는 주축;을 포함하며,
상기 회전하우징의 내주면과 상기 주축의 외주면 중 최소한 어느 하나에는 나선형 홈(groove) 또는 돌출스크류가 형성되어 있어서, 상기 회전하우징이 회전함에 따라 플라스틱편이 회전하우징의 내주면과 주축의 외주면 사이에 충진된 상태로 가압교반되어 마찰대전되면서 상기 배출구로 강제 이동되는 것을 특징으로 하는, 흑색상을 함유하고 있는 혼합 폐플라스틱 파쇄물로부터 폐플라스틱을 성분별로 분리하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 회전하우징과 주축의, 중심축에 수직인 단면은 원형 또는 사각형 이상의 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제7항에 있어서,
상기 주축은 교체가능한 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.
제7항에 있어서,
상기 회전하우징의 배출구에는, 상기 배출구의 개폐를 조절하는 고정 개폐부재가 추가되는 것을 특징으로 하는 폐 중소형전자제품 리사이클을 위한 성분별 분리방법.