KR20230011989A - 폐기물로부터 브리켓을 제조하는 방법 및 폐기물로 제작된 브리켓 - Google Patents

폐기물로부터 브리켓을 제조하는 방법 및 폐기물로 제작된 브리켓 Download PDF

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쿠르트 베르네거
베른하르드 하누슈
더크 베르만
파르자드 사레히
토마스 브로이어
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베르네거 게엠베하
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Abstract

본 발명은 브리켓(1) 제조 프로세스, 폐기물(2)로 제작된 브리켓(1) 및 본 발명에 따른 프로세스에서 브리켓(1)의 사용에 관한 것이다. 상기 프로세스는 적어도 하나의 금속(3) 및 적어도 하나의 유기 재료(4)를 포함하는 폐기물(2)을 제공하기 위해 제공된다. 상기 프로세스는 폐기물(2)의 단일 단계 또는 다단 기계적 정밀검사를 수행하는 단계 및 폐기물(2)에서 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 분리하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 포함하는 브리켓 혼합물(6)이 생산된다. 여기서, 적어도 하나의 제1 분획물(5)의 발열량은 0 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏이다. 브리켓 혼합물(6)의 발열량은 적어도 제1 분획물(5)을 변화시킴으로써 조절된다. 브리켓 혼합물(6)이 브리켓팅 장치(7) 내로 도입되어 그 안에서 브리켓(1)으로 압축된다. 이렇게 함으로써 브리켓(1)의 발열량이 5 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏으로 되고, 최대 구리 함량이 1.0 중량% 내지 20 중량%로 된다.

Description

폐기물로부터 브리켓을 제조하는 방법 및 폐기물로 제작된 브리켓
본 발명은 폐기물로부터 브리켓을 제조하는 방법, 폐기물로부터 제조된 브리켓 및 반응기에서 이러한 브리켓의 사용에 관한 것이다.
다양한 종류의 폐기물이 예를 들어 분쇄기 설비에서 기계적으로 처리되고, 재사용 및/또는 재활용 가능한 분획물로 분리될 수 있다. 이렇게 생성된 분획물 즉 분쇄기 경량 분획물(SLF: shredder light fraction) 및 분쇄기 중량 분획물(SHF: shredder heavy fraction)는 재활용 가능한 재료 스트림으로 분리될 수 있으며, 이는 처리 공정에서 후속해서 처리되어 재활용 사이클로 되돌아간다.
그러나 상대적으로 재활용이 가능한 함량이 낮은 잔류물, 특히 금속 함량이 낮은 잔류물이 항상 SLF 및 SHF에서 남게 된다. 이러한 분쇄 잔류물을 처리하기 위한 처리 방법이 당업자에게 공지되어 있다. 그러나 이러한 방법은 경제적인 측면에서 그다지 만족스럽지 못하다. 이는 특히 분쇄 잔류물 조성물의 품질 및 함량 측면에서 크게 변동하기 때문이다. 이러한 이유로 분쇄기 잔류물은 일반적으로 열 재활용 공장(TVA)에서 소각되거나 매립된다.
지금까지 분쇄기 경량 분획물은 매립지 건설, 광산 백필 또는 광산에서 많은 비율의 유기 및 미네날 성분과 작은 비율의 금속 성분을 포함하는 중금속 또는 기타 폐기물을 포함하는 분쇄기 공장의 잔류물의 폐기물 소각장에서 처리되었다. 그러나 이러한 방식으로 이 폐기물 내에 있는 귀한 성분 중 일부를 회수하고 재활용하는 것은 불가능하다.
그러나 이러한 솔루션은 지속 가능한 경제의 의미에서 부분적으로만 만족스럽다. 특히 회수하지 않으면 주로 많은 비용을 들여 추출해야 하는 금속이 재활용 주기로 돌아가기 위해 소각 및 매립을 통해 영원히 손실된다.
이러한 폐기물에 포함된 원재료를 부분적으로 또는 완전히 재활용할 수 있으려면, 이러한 원재료를 폐기물에서 가능한 한 순수하게 선택적으로 분리해야 하며, 이는 원자재를 재료 사이클로로 되돌리기 위해 특히 중금속, 특히 귀금속에 적용된다. 지금까지 사용된 처리 방법, 특히 폐기물 소각 설비는 이에 적합하지 않다. 구조적으로 폐기물 소각의 결과는 성분의 분리를 허용하지 않는다.
야금 설비에서 1차 및 2차 원료 공급원으로부터 금속을 추출하는 방법이 일반적으로 알려져 있지만, 공지된 방법으로는 많은 투입 흐름과 비교적 낮은 금속 함량을 갖는 폐기 분획물을 생태학적으로 그리고 경제적으로 만족스러운 방식으로 처리하는 것이 불가능하다. 이는 소량의 금속 또는 포함된 금속이 미세한 재료인 경우에 특히 그러하다. 예를 들어 기사용된 전기 및 전자 제품의 처리 과정에서 발생하는 분쇄기 잔여물(소위 3차 폐기물, 즉 여러 단계 처리 조작을 거친 후에 남아 있는 잔류물 및/또는 잔여물을 형성하는 폐기물)과 같이 금속 함량이 낮고 특히 결정립이 작고 강하게 상호 성장한 잔류물을 현재 만족스럽게 회수할 수 없다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 극복하고, 생태학적 처리 및 또한 귀한 재료의 경제적 회수를 가능하게 하는 특성을 갖는 브리켓의 제조 방법 및 브리켓을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항에 따른 방법, 브리켓 및 브리켓의 용도에 의해 달성된다.
본 발명은 폐기물로부터 브리켓을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따르면, 하나 이상의 금속 및 하나 이상의 유기 재료를 포함하는 폐기물이 제공된다. 폐기물은 예를 들어 전기 및 전자 스크랩 또는 분쇄기 잔류물과 같이 하나 이상의 금속을 포함하는 기계적 처리의 잔류물일 수 있다. 유기 재료는, 예를 들어, 임의의 유형의 플라스틱, 임의의 비퇴비화 유기 재료, 뿐만 아니라 목재 또는 천연 섬유와 같은 임의의 유형의 셀룰로오스-함유 재료일 수 있다. 유기 재료는 예를 들어 전자 스크랩의 컴포넌트일 수 있는 에폭시 수지일 수도 있다.
더욱이, 폐기물은 하나 이상의 단계에서 기계적으로 처리되고, 적어도 하나의 제1 분획물이 폐기물로부터 분리된다. 제1 분획물은 재활용 재료의 함량이 비교적 낮은 분쇄기 잔류물의 분획물일 수 있다. 재활용 가능한 재료 및/또는 적어도 하나의 금속의 세립, 상호 성장 특성으로 인해, 제1 분획물의 특성은 분쇄기 경량분획물 또는 분쇄기 중량 분획물에 포함된 금속의 특성과는 다르다.
다른 방법 단계에서, 적어도 하나의 제1 분획물을 함유하는 브리켓 혼합물이 생성된다. 적어도 하나의 제1 분획물은 0 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏의 발열량을 갖는다.
브리켓 혼합물의 발열량은 적어도 하나의 제1 분획물의 양을 변화시킴으로써 조정된다. 이 공정 중에, 원하는 및/또는 요구되는 발열량은 연속적으로 조정되거나 변경될 수 있으므로, 후속 처리 공정 및/또는 연소 공정에 적합하거나 심지어 이상적인 발열량을 갖는 브리켓이 항상 브리켓 혼합물로부터 생성될 수 있다. 이러한 맥락에서, 브리켓 혼합물의 발열량을 적절한 간격으로 연속적으로 또는 불연속적으로 측정하거나 확인하는 것이 유용할 수 있다. 이는 예를 들어 중앙 제어, 규제 및 측정 시스템을 통해 수행할 수 있다.
브리켓 혼합물이 브리켓 장치에 도입되고, 브리켓 혼합물이 브리켓으로 압축되어, 발열량이 5 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏이고 최대 구리 함량이 0.1 중량% 내지 20 중량%인 브리켓이 생성된다. 일반적으로, 브리켓 장치는 상이한 기하학적 구조를 갖는 브리켓, 예를 들어 원형 브리켓, 구멍이 있는 브리켓, 원통형 브리켓 등을 제조할 수 있는 종래 기술에 따른 기계 또는 플랜트일 수 있다. 브리켓(briquette)이라는 용어는 미세한 입자의 재료를 압착하여 성형한 조각을 의미하는 것으로 당업계에 잘 알려져 있으므로, 여기서는 그 정의를 자세히 설명하지 않는다. 이러한 맥락에서도 품질, 즉 특히 발열량 및 구리 함량을 적절한 간격으로 연속적으로 또는 불연속적으로 측정하거나 확인하는 것이 편리할 수 있다. 이러한 지속적인 품질 관리는 예를 들어 제어, 규제 및 측정 시스템의 도움으로 수행할 수 있다.
이 시점에서 개별 방법 단계와 해당 시간 순서가 반드시 나열된 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니지만 다른 시간 순서도 가능하다는 점을 언급해야 한다. 그러나, 언급된 방법 단계의 연속적이고 따라서 연속적인 연대순 순서가 발생하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은 브리켓이 정의된 발열량 및 정의된 화학 조성 및 정의된 재활용 재료 함량, 즉 정의된 구리 함량으로 생산되어, 본 방법에 따른 브리켓이 가능한 최선의 방식으로 임의의 후속 절차 요건을 충족시키고 및/또는 그러한 후속 처리 공정에서 최선의 가능한 방식으로 처리될 수 있게 하는 이점이 있다. 브리켓의 정확한 조성과 품질이 알려져 있고, 브리켓 혼합물의 발열량이 조정 및/또는 수정될 수 있기 때문에, 제어되고 신뢰할 수 있는 공정으로 이에 따라 가장 경제적인 방식으로 임의의 후속 처리 및/또는 용융 공정에서 브리켓이 사용될 수 있다. 특히, 제1 분획물이 주로 작은 결정립 재료로 구성되고 후속해서 연소 및/또는 반응기 내에서의 용융을 위해 준비되어야 하는 경우, 제1 분획물을 브리켓으로 가공하는 것이 유리할 수 있다. 이는, 브리켓의 취급이 용이하고 간단한 방식으로 투여 가능하기 때문이기도 하다. 특히, 브리켓 처리되지 않은 제1 분획물에 비해 브리켓은 분진가 감소된 상태로 반응기에 도입되어 결과적으로 공정 공간에 남을 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 분획물이 최대 입자 크기가 15㎜ 미만, 바람직하게는 10㎜ 미만인 성분을 주로 갖는 미세 분획물로 제공되거나 미세 분획물을 포함하는 경우 편리할 수 있다. 일반적으로, 적어도 하나의 제1 분획물은 단일 분획물, 즉 단일 미세 분획물로만 구성되지 않고 원칙적으로 여러 분획물의 혼합물일 수도 있다고 생각할 수 있다. "미세 분획물(fine fraction)"이라는 용어는 폐기물의 기계적 처리에서 알려져 있으며, 1단계 또는 다단계 기계적 폐기물 처리 과정에서 생성되는 모래 및 미세 재료의 분획물을 나타낸다. 미세 분획물은 이에 따라 일반적으로 예를 들어 유리, 세립 철, 얇은 구리 케이블, 납과 아연을 함유한 분진, 플라스틱 입자, 린트 및 래커 잔류물의 혼합물이다. 미세 분획물은 일반적으로 비교적 가볍기 때문에, 저장 및 운송을 위해 많은 공간이 필요하다. 미세 분획물의 발열량은 일반적으로 5 MJ/㎏ +/- 5 MJ/㎏ 범위이다. 또한, 미세 분획물은 후속 용융 공정에서 슬래그 형성 물질로 작용할 수 있는 산화 물질을 많이 포함할 수 있다. 미세 분획물은 최대 20 중량%의 철 함량을 가질 수 있다. 또한 미세 분획물에는 최대 5 중량%의 비철금속(예컨대, 구리, 아연, 금 등)이 포함될 수 있다. Austrian List of Wastes Ordinance 및/또는 OENORM S 2100 "폐기물 목록"의 표 1의 아이템 5의 분류에 따르면, 미세 분획물은 기계 처리의 잔류물에 대한 코드 넘버 SN 91103에 해당한다. 이 분류는 오스트리아 외부의 이러한 유형의 재료에도 적용되며, 재료가 폐기물로 분류되지 않는 경우에도 적용된다.
그러나, 적어도 하나의 제1 분획물이 린트 분획물로서 제공되는 것도 가능하다. "린트 분획물(lint fraction)" 또는 "린트(lint)"라는 용어는 폐기물의 기계적 처리에 알려져 있으며, 1단계 또는 다단계 기계 폐기물 처리 과정에서 생성되는 경량, 다공성 및/또는 섬유질 원재료(직물 섬유, 발포체, 목재 및/또는 셀룰로오스, 포일 등)의 혼합물을 가리킨다. 린트 분획물의 발열량은 일반적으로 22.5 MJ/㎏ +/- 10 MJ/㎏ 범위에 있으므로, 일반적으로 미세 분획물의 발열량보다 훨씬 높다. 린트 분획물에 납, 아연 및/또는 염소 화합물이 포함될 수도 있다. 린트 분획물은 최대 6 중량%의 철 함량을 가질 수 있다. 또한, 플라스틱 분획물은 최대 5 중량%의 비철 금속(예컨대, 구리, 아연, 금 등)의 함량을 가질 수 있다. Austrian List of Wastes Ordinance 및/또는 OENORM S 2100 "폐기물 목록"의 표 1의 아이템 5의 분류에 따르면, 미세 분획물은 기계 처리의 잔류물에 대한 코드 넘버 SN 91103에 해당한다. 이 분류는 오스트리아 외부의 이러한 유형의 물질에도 적용되며 물질이 폐기물로 분류되지 않는 경우에도 적용된다.
더욱이, 제1 분획물과 상이한 발열량을 갖는 적어도 하나의 제2 분획물이 브리켓 혼합물에 첨가되는 것이 제공될 수 있다. 유리하게는, 제1 및 제2 분획물은 주로 세립 성분을 가질 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 제2 분획물은 분쇄기 플랜트로부터의 플라스틱 분획물과 같은 플라스틱 분획물일 수 있다. 플라스틱 분획물에는 일반적으로 본 발명에 따른 폐기물의 기계적 처리에서 발생하는 고체 및 덩어리 재료 및/또는 둥근 조각이 포함된다. 플라스틱 분획물의 발열량은 일반적으로 18.5 MJ/㎏ +/- 10 MJ/㎏ 범위이다. 또한 플라스틱 분획물에는 높은 비율의 염소 화합물이 포함되어 있을 수 있다. 플라스틱 분획물은 최대 5 중량%의 철 함량을 가질 수 있다. 또한 플라스틱 분획물은 최대 5 중량%의 비철 금속(예: 구리, 아연, 금 등)의 함량을 가질 수 있다. 제2 분획물로 플라스틱 분획물을 사용하면, 브리켓 혼합물의 발열량을 보다 쉽고 유연하게 조정할 수 있다.
또한, 제2 분획물은 린트 분획물이거나 린트 분획물을 포함하는 것으로 제공될 수 있다. 일반적으로, 제2 분획물은 단일 분획물, 즉 단일 린트 분획물로만 구성되는 것이 아니라 일반적으로 여러 분획물의 혼합물일 수도 있다고 생각할 수 있다. 제1 분획물로서 미세 분획물에 더하여 제2 분획물로서 린트 분획물을 사용하면 브리켓 혼합물의 발열량을 조정하는 것이 더 쉽고 유연해질 수 있다.
또한, 폐기물 재료가 적어도 하나의 미네날 재료를 포함하는 것이 제공될 수 있는 실시형태가 유리하다. 특히, 폐기물로부터 생성된 브리켓이 반응기, 특히 용해로에서 산화되거나 연소되는 경우, 미네날 재료의 성분이 유리할 수 있다. 폐기물 내 미네날성 미네날의 존재는 반응기 내에서 적절한 점도를 갖는 슬래그 상의 형성을 촉진할 수 있어서 금속 상으로부터의 분리 조작에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
추가 개발에 따르면, 8 MJ/㎏ 내지 25 MJ/㎏, 바람직하게는 11 MJ/㎏ 내지 18 MJ/㎏의 발열량을 갖는 브리켓을 생산하는 것이 가능하다. 이 발열량은 자동 열 연소, 즉 추가 연료를 추가하지 않는 연소가 이루어지기 때문에, 반응기에서 정확하고 효율적인 공정 제어에 특히 유용한 것으로 입증되었다.
또한, 브리켓이 0.3 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%의 최대 구리 함량으로 제조된다면 편리할 수 있다. 이 구리 함량은 반응기에서 정확하고 효율적인 공정 제어에 특히 유용한 것으로 입증되었다.
또한, 브리켓은 가압 후 가열 또는 냉각되도록 제공될 수 있다. 브리켓의 조성 성분과 물성에 따라, 가열 또는 냉각 조작은 브리켓의 치수 안정성과 강도에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
또한, 브리켓이 브리켓 장치로부터 반응기로 연속적으로 또는 불연속적으로 가져오는 것이 제공될 수 있다. 이것은 직접, 즉 실질적으로 인-라인(virtually in-line)으로 또는 중간 저장 및/또는 운송 단계를 통해 수행될 수 있다.
특정 실시형태에 따르면, 브리켓 혼합물은 그 안에 포함된 적어도 하나의 금속이 다른 연료를 부가하지 않고 또는 에너지를 투입하지 않고서도 다른 브리켓과 함께 진행 중인 공정 동안 반응기에서 용해되도록 있도록, 그 안에 포함된 폐기물의 발열량이 높게 구성될 수 있다. 이것은 자열 반응(autothermal reaction)을 가능하게 하고, 반응기에서 정확하고 효율적인 공정 제어를 촉진한다. 그러나 브리켓 외에도, 추가의 조대한 분획물이 반응기에 추가되는 것도 가능하며, 여기서 그 안에 포함된 적어도 하나의 금속이 다른 연료를 부가하지 않고 또는 에너지를 투입하지 않고서도 다른 브리켓과 함께 진행 중인 공정 동안 반응기에서 용해되도록 있도록, 이 재료의 발열량이 높을 수 있다. 폐기물의 조대한 분획물은 예를 들어 금속, 특히 비철 금속의 비율이 비교적 높은 분쇄기 사전 분류에서 얻어지는 분획물일 수 있다. 조대한 분획물은 또한 예를 들어 전자 스크랩, 고철 및/또는 플라스틱 분획물일 수 있다.
유리한 개발에 따르면, 브리켓 혼합물의 조성 또는 브리켓 혼합물의 발열량이 반응기의 공정 매개변수에 따라 연속적으로 수정되는 것이 제공될 수 있다. 공정 매개변수는 예를 들어 반응기 하류의 후-연소 플랜트의 온도, 반응기 또는 후-연소 플랜트 내의 공정 가스의 산소 함량 및/또는 반응기 또는 후-연소 플랜트 내의 공정 가스의 배기 가스 조성이다.
그러나, 이와는 독립적으로, 본 발명의 목적은 또한 폐기물로 만들어진 브리켓에 의해 달성된다. 폐기물은 하나 이상의 금속과 하나 이상의 유기 재료를 포함한다. 브리켓은 바람직하게는 청구항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된다. 이러한 맥락에서, 브리켓은 폐기물의 적어도 제1 분획물을 함유하는 브리켓 혼합물로부터 생산되며, 적어도 제1 분획물은 0 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏의 발열량을 가지며, 브리켓은 발열량은 5 MJ/㎏ ~ 30 MJ/㎏, 최대 구리 함량은 0.1 내지 20 중량%이다. 불필요한 반복을 피하기 위해 설명 및 이점에 관한 이전 부분을 참조한다.
본 발명에 따른 브리켓은 정의된 발열량 및 재사용 재료의 정의된 함량, 즉 정의된 비율의 구리를 갖는다는 이점이 있다. 브리켓의 조성 성분과 품질이 정확하게 정의되고 알려져 있기 때문에, 브리켓은 모든 후속 처리 또는 용융 공정에서 다른 브리켓과 함께 제어되고 신뢰할 수 있는 제어된 프로세스로 매우 경제적인 방식으로 사용될 수 있다. 제1 분획물을 브리켓으로 가공하는 것은 특히 제1 분획물이 주로 세립 물질로 구성되고 후속적으로 처리, 소각 또는 반응기에서의 용융을 위해 의도되는 경우 유리할 수 있다. 브리켓의 취급이 용이하고 간편한 투여도 가능하기 때문이기도 하다. 특히, 브리켓은 브리켓 처리되지 않은 제1 분획물에 비해 분진가 감소된 상태로 반응기에 도입되어 결과적으로 공정 공간에 남을 수 있다. 발열량과 재활용 가능한 재료 함량이 정확하게 정의되어 있기 때문에 슬래그 형성 성분의 비율도 정확하게 설정할 수 있으며 이는 후속 처리 또는 용융 공정에서도 유리한 영향을 미칠 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 분획물은 주로 15㎜ 미만, 바람직하게는 10㎜ 미만의 최대 입자 크기를 갖는 성분을 갖는 미세 분획물이거나 미세 분획물을 포함하는 것으로 제공될 수 있다.
또한, 브리켓 혼합물이 제1 분획물과 다른 발열량을 갖는 제2 분획물을 함유하는 것이 제공될 수 있다.
또한 제2 분획물이 린트 분획물이거나 린트 분획물을 포함하는 것이 제공될 수 있는 실시형태가 유리하다.
한 개발에 따르면, 미세 분획물 대 린트 분획물의 비율은 최대 0.1 내지 6, 바람직하게는 최대 0.3 내지 5, 특히 바람직하게는 최대 0.5 내지 3일 수 있다. 이러한 혼합 비율로 제조된 브리켓은 연소 또는 반응기, 특히 용해 반응기에서의 용융에 이상적인 특성을 갖는다. 이러한 특성에는 무엇보다도 발열량, 재활용 가능한 재료의 함량, 특히 금속 및/또는 구리의 함량, 용융물의 점도가 포함된다.
또한, 폐기물이 적어도 하나의 미네날 재료를 포함하는 것이 편리할 수 있다.
또한, 8 MJ/㎏ 내지 25 MJ/㎏, 바람직하게는 11 MJ/㎏ 내지 18 MJ/㎏의 발열량을 갖는 브리켓이 제공될 수 있다.
또한, 최대 구리 함량이 0.3 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%인 브리켓이 제공될 수 있다.
특정 실시형태에 따르면, 다른 연료를 추가하지 않거나 에너지를 투입하지 않고서도 진행 중인 공정 동안 다른 브리켓과 함께 브리켓 혼합물 안에 포함된 적어도 하나의 금속이 반응기에서 연소되어 용해될 수 있도록, 페기물 내에 포함된 폐기물의 발열량이 높도록, 브리켓의 혼합물이 구성된다.
유리한 개발에 따르면, 폐기물은 적어도 하나의 추가 금속을 함유하고 브리켓 혼합물에서 금속의 총 비율은 최대 35 중량%, 바람직하게는 최대 25 중량%, 특히 바람직하게는 대부분의 20% 중량이 되게 제공될 수 있다. 대안적으로, 구리 및 원소 주기율표에 따라 구리보다 더 귀한 금속으로 이루어진 금속의 총 비율이 최대 25 중량%, 특히 바람직하게는 최대 15 중량%인 경우 유리할 수 있으며, 특히 바람직하게는 최대 10중량%이다. 1차 및 2차 원재료의 야금학적 처리에 비해 폐기물의 금속 함량이 낮기 때문에, 발열량이 높은 브리켓이 제공될 수 있다. 이들은 브리켓 연소 중에 폐열의 열량 사용에 특히 적합하다.
특히, 브리켓이 400℃의 온도까지 열안정성이 있는 것이 유리할 수 있다. 이러한 맥락에서, "열안정성(thermostable)"이란 브리켓이 저장, 운송 및 반응기에 공급하기에 충분할 정도로 긴 시간 동안 안정하지만, 반응기 내에서는 브리켓이 빠르게 분해, 연소 및 용융될 수 있도록 너무 안정하지 않은 것을 의미한다. 이것은 지정된 온도로 보장될 수 있다.
또한, 브리켓은 바람직하게는 적어도 본질적으로 원통형이고, 브리켓의 길이와 직경은 적어도 본질적으로 동일한 크기이거나, 또는 브리켓은 바람직하게는 적어도 본질적으로 입방체이고, 브리켓의 길이 및 너비는 적어도 실질적으로 동일한 크기로 제공될 수 있다. 브리켓의 측면 길이(들) 및/또는 브리켓의 직경은 10㎜ 내지 200㎜, 바람직하게는 20㎜ 내지 150㎜, 특히 바람직하게는 50㎜ 내지 120㎜일 수 있다. 또한 브리켓의 직경에 대한 브리켓의 길이의 비 또는 브리켓의 폭에 대한 브리켓의 길이의 비가 최대 0.3 내지 5, 바람직하게는 최대 0.5 내지 3, 특히 바람직하게는 최대 0.7 내지 2인 것이 유리할 수 있다.
이와 독립적으로, 본 발명의 목적은 또한 하나 이상의 액체 슬래그 상 및 하나 이상의 액체 금속-함유 상으로 용융하기 위해 반응기에서 브리켓을 사용함으로써 달성된다. 브리켓은 청구항들 중 하나에 따른 브리켓이고 및/또는 브리켓은 청구항들 중 하나에 따른 방법으로 제조된다. 불필요한 반복을 피하기 위해 설명 및 이점에 관한 이전의 설명을 참조한다.
본 발명은 특히 금속을 회수하기 위해 예를 들어 폐기물이 분쇄기 경질 분획물과 같은 린트 등의 형태인 경우 금속 및 기타 물질을 함유하는 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
이러한 배경에 대하여, 본 발명의 목적은 폐기물이 금속 및 기타 물질을 함유하는 폐기물, 특히 린트 등의 형태, 예를 들어 분쇄기 경질 분획물의 형태일 때 귀금속 회수에 적합한 폐기물 처리 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 구성은 종속항에 기인한다.
이러한 금속 및 기타 물질을 포함하는 폐기물을 처리하여 금속을 회수하는 방법에서, 폐기물은 브리켓으로 압축되고, 이어서 용융 반응기에 투입되어, 제련로에서 적어도 2개의 상으로 용융된다.
일반적으로, 개별 원재료를 포함하는 다양한 상을 선택적으로 또는 원재료 그룹으로 결합하여 생성하기 위해 폐기물이 용융될 수 있는 용융 반응기를 사용하는 것이 공지되어 있다.
그러나 이러한 용융 반응기를 가동하기 위해서는 공기를 포함한 반응 재료의 조성을 최대한 정밀하게 결정하고 조절하는 것이 필요하다. 이것은 이전에 분쇄기 경질 분획물 또는 유기 및 미네날 성분의 비율이 높고 금속 성분의 비율이 적은 유사한 구조의 폐기물에서는 가능하지 않았다.
초기에 브리켓으로 압축하면, 브리켓을 용융 반응기로 정의된 장입 속도로 연속적으로 장입할 수 있게 한다. 또한, 브리켓으로 압축하면 용융 반응기 내에서 폐기물의 전환 반응이 양호하게 그리고 확실하게 제어될 수 있는 상태로 일어날 수 있다. 즉, 브리켓으로 압축하면, 용융 반응기에 투입되는 재료, 특히 자열 반응에 필요한 원료 혼합물을 정밀하게 조정할 수 있고, 이에 따라 용융 반응기 내부의 폐기물, 열분해 가스 및 공기의 반응 혼합물을 정밀하게 조절할 수 있다. 이러한 방식으로, 개별 반응물의 서로에 대한 정확한 비율, 특히 폐기물 대 공기의 비율이 용융 반응기에서 효율적이고 쉽게 제어될 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로, 폐기물에 함유된 에너지의 대부분은 폐기물에 함유된 금속을 회수할 가능성을 배제할 필요 없이 자열 용융 반응에 의한 용융 공정 동안 사용될 수 있게 된다. 이는 특히 에너지 효율적인 방식으로 회수할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 금속, 특히 비철 및 귀금속 외에도, 경우에 따라 폐기물 내에 존재할 수 있는 미네날 성분, 예를 들어 분쇄기 경량 분획물의 미네날 분획물이 재활용될 수 있다.
브리켓은 바람직하게는 피스톤 컴프레서로 설계된 프레스에서 폐기물을 압축하여 생산된다. 브리케팅 프레스라고도 하는 이러한 장치는 원칙적으로 알려져 있다. 폐기물을 압축하는 다른 방법과 비교할 때, 이것은 대량의 연속 작업에서도 쉽고 안정적으로 수행할 수 있다.
폐기물의 금속은 바람직하게는 귀금속 뿐만 아니라 구리, 납, 주석, 아연, 니켈 및 철을 포함한다. 이러한 금속의 경우, 여기에 설명된 방법을 안정적으로 수행할 수 있지만 다른 금속도 폐기물로부터 회수하기 위해 여기에 설명된 방식으로 회수할 수 있다.
폐기물의 다른 물질은 바람직하게는 유기 및/또는 미네랄 물질을 포함한다. 폐기물은 특히 바람직하게는 높은 비율의 유기 및 미네랄 성분과 낮은 비율의 금속, 특히 중금속 성분을 포함한다. 이러한 유형의 폐기물은 여기에 설명된 방법을 사용하여 특히 안정적이고 유리하게 처리될 수 있다.
브리켓은 고온 공정 가스가 생성될 수 있게 공기를 부가함으로써 용융 반응기 내에서 자열적으로 재순환되는 것이 바람직하다. 폐기물 재료를 브리켓으로 압축하는 것은 여기서 특히 유리한데, 그 이유는 브리켓이 폐기물을 다른 형태로 용융 반응기에 도입하지 않는 공정에 비해 폐기물을 용융 반응기에 지속적이고 정확하게 계량된 장입을 크게 용이하게 하기 때문이다. 이는, 반응 파트너들이 반응을 위해 더 이상의 에너지 공급이 필요하지 않은 방식으로 구성될 수 있다는 것을 의미한다.
고온 공정 가스는 바람직하게는 열 회수 보일러에서 적어도 부분적으로 증기를 생성한다. 증기는 예를 들어 발전 등을 위해 증기 터빈에 공급될 수 있다. 그러나 고온 공정 가스, 특히 고온 공정 가스의 열 에너지는 예를 들어 지역 난방 시스템과 같은 다른 방식으로 사용될 수도 있다.
고온 공정 가스는 또한 반응에 열 에너지를 공급함으로써 용융 반응기에서 폐기물이 용융되는 데에 적어도 부분적으로 기여할 수 있다. 이것은 고온 공정 가스가 폐기물 내의 금속 및 미네날 성분을 용융시킨다는 것을 의미한다.
유리하게는, 용융 반응기 내 분위기의 적절한 제어는 유용 금속이 적은 바람직하게는 유용 금속이 없는 특히 구리, 납, 주석, 아연, 니켈, 철 및/또는 귀금속이 적은 바람직하게는 이들 금속이 없는 슬래그 상을 생성한다. 슬래그 상이 유용 금속을 0.7 중량% 이하로 함유하면, 슬래그 상에 유용 금속이 적은 것으로 간주한다. 슬래그 상이 유용 금속을 0.5 중량% 이하로 함유하면, 슬래그 상에 유용 금속이 본질적으로 없는 것으로 간주한다. 또한, 다른 중금속, 특히 납, 주석, 아연, 니켈 및 귀금속이 풍부한 액체 금속 상, 특히 액체 구리 상이 생성된다. 슬래그 상 및 농축된 액체 구리 상은 폐기물로부터 개별 성분을 비교적 쉽게 선택적으로 회수할 수 있게 한다.
브리켓의 형태로 폐기물을 공급함으로써 용융 반응기의 분위기가 특히 연속적으로 특히 잘 제어될 수 있다.
용융된 폐기물은 바람직하게는 슬래그 상 및 금속 상이 분리되는, 특히 중량에 의해 분리가 이루어지는 분리 노(separation furnace)로 이송된다.
본 발명 목적은 또한 금속을 회수하기 위해 금속 및 기타 물질을 포함하는 폐기물을 처리하는 방법을 수행하도록 설계된 산업 플랜트에 의해 이와 독립적으로 달성된다. 산업 플랜트는 폐기물을 브리켓으로 압축하기 위한 바람직하게는 피스톤 압축기로 설계된 프레스 및 브리켓을 2개 이상의 상으로 용융시키기 위한 용융 반응기를 포함한다.
본 발명의 추가 이점 및 진전은 전체 청구범위 및 다음의 상세한 설명으로부터 비롯된다.
본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 아래에서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도면들 각각은 상당히 단순화 되어 도식적으로 표현된다.
도 1은 대략적인 공정 흐름도를 도시한다.
도 2는 바람직한 방법이 수행될 수 있는 시스템의 단순화된 개략도이다.
먼저, 개시되어 있는 다양한 실시형태에서, 동일한 부분에는 동일한 참조 번호 및/또는 동일한 구성요소 명칭이 제공되며, 설명 전체에 포함된 개시 내용은 동일한 참조 번호 및/또는 동일한 구성요소 명칭을 갖는 동일한 부분에 적용되는 것이 가능하다는 점에 유의해야 한다. 또한, 상부, 하부, 측면 등 설명에서 선택된 위치 정보는 직접 설명하여 도시한 도면과 관련이 있으며, 이러한 위치 정보는 위치 변경 시 새로운 위치로 옮겨지게 된다.
아래에서 "특히"라는 용어는 객체 또는 방법 단계의 가능한 더 구체적인 실시형태 또는 더 상세한 사양일 수 있음을 의미하는 것으로 이해되지만, 반드시 동일하거나 주된 절차의 필수의, 선호되는 실시형태를 나타내는 것은 아니다.
본 명세서에서, "포함하는", "포함하다", "구비하는", "함유하는", "함유하다"는 용어들은 모두 비-배타적이다.
도 1은 가장 중요한 방법 단계들의 방법 흐름도 및 재료의 흐름을 개략적으로 도시한다. 아래에 설명되고 및/또는 도시된 플랜트 파트와 재료의 흐름이 반드시 모두 필요한 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 아래에 설명되고 및/또는 도시된 플랜트 파트와 재료의 흐름 외에도, 추가의 플랜트 파트와 재료의 흐름이 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 방법 및/또는 그 안에서 생산된 브리켓(1)은 본질적으로 2개의 주요 플랜트 영역 - 하나 이상의 브리케팅 장치(7)를 구비하여, 브리켓을 생산하기 위한 브리켓 플랜트(15) 및 후속 반응기 플랜트(20)에 브리켓을 장입하기 위한 장입 플랜트(16)를 포함한다. 또한, 폐기물(2)의 처리 및 사전 분류를 위한 폐기물 처리 플랜트(25)가 제공될 수 있으며, 그 폐기물 처리 플랜트(25)는 전체 설비에 통합되거나 구조적으로 독립적으로 제공될 수 있다.
도시된 예시적인 실시형태에서, 브리케팅 플랜트(15) 및 장입 플랜트(16)는 하나의 전체 플랜트에 통합되어 있다. 전체 플랜트는 기본적으로 첨가제(17)를 위한 주 운반 경로와 폐기물(2)을 위한 주 운반 경로를 통해 공급된다. 브리케팅 플랜트(15) 및 장입 플랜트(16)는 브리켓(1)을 생산하고, 선택적으로 또한 특히 폐기물(2) 또는 다른 및/또는 추가 폐기물(19)로부터의 덩어리 재료, 특히 조대한 분획물(18)을 저장, 혼합 및 제공하는 데 사용된다. 폐기물의 조대한 분획물은 예를 들어, 금속, 특히 비철금속의 비율이 비교적 높은 분쇄기 사전 공정에서 나오는 부분이다. 다른 폐기물(19)의 조대한 분획물은 예를 들어 전자 스크랩, 기사용 금속 및/또는 플라스틱 분획물일 수 있다. 도시된 예에 따르면, 브리켓(1) 및 선택적으로 조대 분획물(18)과 같은 다른 성분을 포함하는 재료 플럭스는 이어서 전체 플랜트로부터 반응기(12)가 있는 반응기 플랜트(20)로 연속적으로 또는 불연속적으로 공급될 수 있다. 그러나, 도면에 도시되어 있지 않지만, 브리켓(1)의 생산이 구조적으로 또는 공간적으로 분리된 브리케팅 플랜트(15)에서 이루어지고, 브리켓(1)이 단지 후속 장입 시스템(16)에 저장되고 그곳에서 그리고 필요하다면 반응기 플랜트(20)로 운송된다. 장입 플랜트(16)는 또한 반응기 플랜트(20)의 일부로서 설계될 수 있다.
브리케팅 플랜트(15) 및 장입 플랜트(16)는 복수의 운송 수단(21) 및 저장 수단(22), 예를 들어 스크루 컨베이어, 체(sieve), 파이프, 서지 벙커, 사일로, 예를 들어 브리켓 프레스(23)로 구성된 하나 이상의 브리케팅 장치(7), 로드 셀(24)이 장착된 하나 이상의 컨테이너)들) 및 컨베이어 벨트를 포함한다. 로드 셀(24)에 의해, 반응기 플랜트(20) 및/또는 반응기(12)에 브리켓(1)이 정확하게 투입되는 방식으로 공급될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 조대 분획물(18) 및 첨가제(17)를 위한 저장 사일로가 로드 셀(24)과 함께 설계될 수 있다.
도 1에 도시된 방법에서, 폐기물(2)이 먼저 제공되는데, 이 폐기물(2)은 적어도 하나의 금속(3), 특히 구리, 및 적어도 하나의 유기 재료(4)를 포함한다. 폐기물(2)은 또한 적어도 하나의 미네날 재료(11)를 포함할 수 있다. 폐기물(2)은 또한 브리켓 혼합물(6) 내의 금속의 총 비율이 최대 35 중량%, 바람직하게는 최대 25 중량%, 특히 바람직하게는 최대 20 중량%인 적어도 하나의 다른 금속을 함유할 수 있다. 대안적으로, 구리 및 원소 주기율표에서 구리보다 더 귀한 것으로 나열된 금속으로 이루어진 금속의 총 비율은 최대 25 중량%, 바람직하게는 최대 15 중량%, 특히 바람직하게는 최대 10 중량%이다.
그 다음, 폐기물(2)은 하나 이상의 단계에서 기계적으로 처리된다. 특히, 이러한 두 단계는 폐기물 처리 플랜트(25), 예를 들어 분쇄기 플랜트에서 수행될 수 있다. 폐기물 처리 플랜트(25)는 또한 구조 또는 공간 면에서 브리케팅 플랜트(15) 및 장입 플랜트(16)와 별도로 건설될 수 있다. 폐기물 처리 플랜트(25)는 또한 다른 폐기물(19)을 처리하는데 사용될 수 있다. 제1 분획물(5) 외에, 제2 분획물(9)이 또한 폐기물 처리 플랜트(25)에서 생산될 수 있다. 물론 폐기물 처리 플랜트(25)가 전체 플랜트의 일부인 경우도 생각할 수 있다. 또한, 폐기물 처리 플랜트(25) 및/또는 브리케팅 플랜트(15)에서, 적어도 제1 분획물(5)이 폐기물(2)로부터 분리된다. 서두에 언급한 바와 같이, 도 1에 도시된 재료의 흐름은 단지 개략적적이고 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 폐기물(2)의 유형 및 폐기물 처리 플랜트(25)에서의 분리에 따라, 브리케팅 플랜트(15)는 재료 흐름을 적절하게 분리하는 데 사용할 수 있는 하나 이상의 스크린 또는 스크류 컨베이어를 구비하게 설계되는 것이 유용할 수 있다. 도 1에 도시된 운송 수단(21) 또는 컨베이어 스크루의 구조는 단지 예로서 이해되어야 한다. 컨베이어(21)의 실제 구조는 운송되는 재료의 유형 및 특성에 의존하고, 당업자의 기술 범위 내에 있다. 그러나 도면에 도시되어 있지는 않지만, 폐기물 처리 플랜트(25)가 브리케팅 플랜트(15)가 아니라 재료의 충분한 분리에 유용할 수 있는 하나 이상의 스크린 또는 스크류 컨베이어로 설계되는 것도 가능하다.
이어서, 즉 도시된 바와 같이 스크류 컨베이어로 설계된 운송 수단(21) 및/또는 폐기물 처리 플랜트(25)에 이어서, 발열량이 0 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏인 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 함유하는 브리켓 혼합물(6)이 생성된다. 이 맥락에서, 브리켓 혼합물(6)의 발열량은 적어도 제1 분획물(5)을 변화시킴으로써 생성된다. 이러한 변형은 예를 들어 운송 수단(21)에 의해 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 제1 분획물(5)은 주로 15㎜ 미만, 바람직하게는 10㎜ 미만의 최대 입자 크기를 갖는 성분을 갖는 미세 분획물(8)로서 제공될 수 있다. 또한, 제1 분획물(5)과 다른 발열량을 갖는 적어도 하나의 제2 분획물(9)이 브리켓 혼합물(6)에 첨가될 수 있다. 제2 분획물(9)은 마찬가지로 폐기물 처리 플랜트(25)로부터 나올 수 있다. 제2 분획물(9)은 린트 분획물(10)일 수 있다. 린트 분획물(10)에 대한 미세 분획물(8)의 비율은 최대 0.1 대 6, 바람직하게는 최대 0.3 대 5, 특히 바람직하게는 0.5 대 3 이다.
브리켓 혼합물(6) 및 미리 혼합된 브리켓 혼합물(6)에 대한 분획물(5, 9) 모두는 적절한 저장 수단(22)에, 예를 들어 사일로에 저장된다. 또한, 브리켓 혼합물(6)은 운송 수단(21)에 의해 브리케팅 장치(7) 및/또는 브리케팅 프레스(23)로 이송된다. 브리케팅 프레스(23)는 예를 들어 피스톤 압축기 및/또는 편심 드라이브를 갖는 압출기로 설계될 수 있다. 이러한 맥락에서, 4개의 브리켓 프레스(23)가 도 1에 예시로 도시되어 있는데, 실제 수량은 플랜트 크기 또는 플랜트 용량에 따라 달라짐은 물론이다. 브리케팅 프레스(23)는 병렬로 또는 교대로 작동될 수 있다. 전체 플랜트의 상세한 설계는 전문가의 기술 범위 안에 있음은 물론이다. 이어서, 브리켓 혼합물(6)은 브리케팅 장치(7) 또는 브리케팅 프레스(23)에서 브리켓(1)으로 압축되어, 발열량이 5 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏이고 최대 구리 함량이 0.1 중량% 내지 20 중량%인 브리켓(1)이 된다. 특히, 브리켓(1)은 8 MJ/㎏ 내지 25 MJ/㎏, 바람직하게는 11 MJ/㎏ 내지 18 MJ/㎏의 발열량을 가질 수 있다. 또한, 상기 브리켓(1)의 최대 구리 함량은 0.3 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%일 수 있다. 브리켓(1)은 바람직하게는 400℃의 온도까지 열적으로 안정하다. 브리켓(1)은 또한 바람직하게는 적어도 본질적으로 원통형일 수 있다. 브리켓(1)의 길이와 브리켓(1)의 직경은 바람직하게는 본질적으로 동일한 크기이다. 그러나, 브리켓(1)은 또한 바람직하게는 적어도 본질적으로 입방체일 수 있으며, 바람직하게는 브리켓(1)의 길이 및 폭은 바람직하게는 본질적으로 동일한 크기이다. 브리켓(1)의 측면 길이(들) 및/또는 브리켓(1)의 직경은 10㎜ 내지 200㎜, 바람직하게는 20㎜ 내지 150㎜, 특히 바람직하게는 50㎜ 내지 120㎜일 수 있다. 또한, 브리켓(1)의 직경에 대한 브리켓(1)의 길이 및/또는 브리켓(1)의 폭에 대한 브리켓(1)의 길이의 비가 최대 0.3 내지 5, 바람직하게는 최대 0.5 내지 3, 특히 바람직하게는 최대 0.7 내지 2인 것이 유리할 수 있다.
완성된 브리켓(1)은 브리케팅 프레스(23)로부터 로드 셀(24)을 구비하게 설계된 하나 이상의 저장 수단(22) 또는 사일로로 운반될 수 있다. 브리켓(1)은 이러한 사일로로부터 또는 브리켓 장치(7)로부터 반응기 플랜트(20)의 반응기(12) 내로 연속적으로 또는 불연속적으로 이송된다. 물론, 브리켓(1)이 브리켓 장치(7)로부터 반응기(12)로 직접, 즉 중간 저장없이 운반되는 것도 생각할 수 있다. 브리켓(1)은 가압 후 가열 또는 냉각될 수 있다. 이러한 가열 또는 냉각 조작은 브리케팅 장치(7)와 저장 수단(22) 사이의 플랜트 영역에서 또는 저장 수단(22)과 반응기(12) 사이의 운반 경로에서 발생할 수 있다. 브리케팅 장치(7) 및 반응기(12) 사이의 모든 그리고 임의의 플랜트 영역에서 가열 또는 냉각되는 것도 상정할 수 있다. 브리켓(1)에 추가하여, 다양한 첨가제(17) 및 조대한 분획물(18)도 반응기(12)에 장입될 수 있다. 반응기(12) 및/또는 반응기(12) 하류의 분리 노(40)에서, 브리켓(1), 첨가제(17) 및 조대 분획물(18)은 액체 슬래그 상(13) 및 액체 금속 함유 상(14)으로 용융된다.
다른 연료의 추가 없이 또는 추가 에너지의 투입 없이, 폐기물(2) 안에 포함된 적어도 하나의 금속(3)이 다른 브리켓(1)과 함께 진행 중인 공정 동안 반응기(12)에서 연소될 수 있도록, 브리켓 혼합물(6)은 그 안에 포함된 폐기물(2)의 발열량이 높게 구성된다. 브리켓 혼합물(1)의 조성 또는 브리켓 혼합물(6)의 발열량은 반응기(12)의 공정 매개변수에 따라 연속적으로 수정된다. 공정 매개변수는 예를 들어 반응기(12) 하류의 후-연소 플랜트에서 연도 가스의 온도, 이 연도 가스의 산소 함량, 또는 이 연도 가스의 조성일 수 있다. 이러한 공정 매개변수의 연속적인 측정은 물론, 공정 파라미터에 기초한 공정의 제어는 컨트롤러(26)의 도움으로 이루어질 수 있다. 전체 플랜트는 개별 플랜트 영역의 모니터링, 측정, 제어 및 규제를 가능하게 하는 중앙 컨트롤러(26)를 구비하게 설계될 수 있다. 그러나 주요 플랜트 영역 또는 개별 플랜트 영역에 별도의 및/또는 특별한 제어(26)가 있는 경우도 있을 수 있다.
도 2는 바람직한 방법이 수행될 수 있는 시스템의 추가 단순화된 개략도를 도시한다. 본 방법에 따라 생산된 브리켓(1)이 반응기 플랜트(20)에서 어떻게 사용되거나 처리되는지가 전체 프로세스 또는 전체 시스템에서 보여진다.
금속(3) 및 기타 물질을 포함하는 폐기물(2)의 본 예로서 분쇄기 경량 분획물(금속 함량이 대부분 회수됨)은 스톡 벙커(27)에서 추가 처리를 위해 먼저 스톡 벙커(27)로 유입된다. 폐기물(2)은 스크류 컨베이어(28) 등을 통해 스톡 벙커(27)로부터 피스톤 압축기(29)로 설계된 브리케팅 프레스(23)로 공급되고, 여기서 폐기물(2)은 브리켓(1)으로 압축된다. 금속(3) 측면에서, 분쇄기 경량 분획물은 특히, 구리, 납, 주석, 아연, 니켈 및/또는 귀금속을 포함될 수 있다.
예를 들어, 특정 플랜트에서 피스톤 압축기(29)로 설계된 4개의 브리케팅 프레스(23)는 시간 당 약 10톤의 분쇄기 경량 분획물을 압축하고 브리켓팅할 수 있다.
그 다음, 브리켓(1)은 장입 랜스(32)를 통해 용융 반응기(33) 내로 도입되기 위해, 스케일(30)을 통해 투입 벙커(31)로 운송된다. 브리켓(1) 외에, 공기(43)도 용융 반응기(33) 내부에서 반응성 혼합물을 생성하기 위해 용융 반응기(33)에 도입된다. 브리켓(1)은 배치로, 즉 단계 별로 도입된다.
브리켓(1)이 용융 반응기(33) 내로 도입되기 전에, 용융 반응기(33)는 예를 들어 최대 1200℃ 내지 1250℃로 가열된다. 폐기물(2)을 브리켓(1)으로 압축함으로써, 용융 반응기(33)의 내부로 도입되는 유기 재료(4)의 양이 매우 정밀하게 조절될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 도입된 질량의 35% 내지 50% 유기 재료(4)의 비율이 별도의 압축 공기 랜스(34)를 통해 공급되는 공기 및 열분해 가스의 참여로 자열 반응하기 위해 성공적이라는 것이 입증되었다.
자열 반응(autothermal reaction)은 공급되는 공기 및 열분해 가스의 양을 조절함으로써 안정화될 수 있으며, 이를 위해서는 반응에 관여하는 유기 재료(4)가 용융 반응기(33)에 얼마나 존재하는지를 아는 것이 필수적이다. 용융 반응기(33)에서 반응이 일어나기에 충분한 공기, 즉 유기 재료(4) 및 열분해 가스가 연소하기에 충분한 공기만이 공급된다. 다만, 모든 열분해 가스가 직접 연소되지 않고, 용융 반응기(33)가 과열되지 않도록 공기의 공급을 제한한다. 이 반응은 용융 반응기(33)에서, 예를 들어 외부 소성 없이 5 내지 5.5 시간에 걸쳐 일어날 수 있고, 이러한 방식으로 액체 슬래그(13) 및 액체 금속(14)의 욕(bath)이 용융 반응기(33) 내부에 형성된다.
자열 반응은 뜨거운 공정 가스(44)를 생성하며, 이 뜨거운 공정 가스(44)는 배출 후드(35)를 통해 추출되어 후-연소 챔버(36)를 통해 보일러(37)로 공급되며, 보일러(37)에서는 증기가 일반적인 방식으로 생성될 수 있으며, 이 증기는 터빈(38)을 통해 전기 에너지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 대안으로 그리고 추가로, 증기는 지역 및 장거리 난방 네트워크에서 사용할 수 있다.
용융 반응기(33)에서의 반응이 가능한 한 완전히 일어난 후에, 용융 반응기(33)가 쏟아질 수 있고 그 액체 내용물은 수송 경로(39)를 통해 추가로 운반될 수 있다. 따라서, 액체 슬래그(13) 및 액체 금속(14)의 욕은 바람직하게는 예를 들어 드럼 노로서 실현될 수 있고 예를 들어 1200℃ 내지 1250℃의 내부 온도가 유지되는 분리 노(40)에 공급된다. 용융 반응기(33)와 달리, 분리 노(40)는 그 온도에 도달하고 유지하기 위해 외부에서 연소되는데, 그 이유는 내부에서 더 이상의 반응이 일어나서는 안 되기 때문이다. 용융 반응기(33)가 비워진 후, 용융 반응기는 폐기물(2)의 또 다른 배치로 채워질 수 있다.
분리 노(40)에서, 슬래그 상(13)은 예를 들어 5 내지 5.5 시간의 기간에 걸쳐 금속 상(14)으로부터 분리될 수 있다. 슬래그 상(13)의 밀도가 약 3 t/㎥ 내지 3.5 t/㎥인 반면 금속 상(14)의 밀도는 약 8 t/㎥이므로 중량 분리가 이에 적합하다. 이 값은 예시일 뿐이며 재료에 따라 변하는 것은 물론이다. 2개 이상의 상의 밀도가 상이한 경우, 2개 이상의 상은 분리 노(40)에서 층으로 서로 분리될 것이다.
분리 노(40)에서, 슬래그는 예를 들어 3시간 내지 4 시간의 기간에 걸쳐 조정되고, 예를 들어 2시간 내지 3 시간의 기간에 걸쳐 슬래그가 과립으로 될 수 있으며, 슬래그 배출 라인(41)을 통해 분리로(40)로부터 제거될 수 있다.
그 다음, 금속(3)은 바람직하게는 금속 배출 라인(42)을 통해 분리 노(40)로부터 제거되어, 회수될 수 있다. 금속(3)은 예를 들어 액체 금속 상(14), 예를 들어 구리 상으로서 존재할 수 있으며, 이는 납, 주석, 아연, 니켈 및/또는 귀금속과 같은 다른 금속 또는 중금속이 풍부할 수 있다.
예시적인 실시형태는 가능한 변형을 보여주며, 이러한 측면에서, 본 발명은 본 발명의 구체적으로 예시된 변형으로 제한되기 보다는 개별 실시형태 변형의 다양한 조합이 서로 가능하고, 본 발명에 의해 제공된 기술적 조치에 대한 교시로 인해 이러한 변형의 가능성은 이 기술 분야에 속하는 전문가의 능력 범위에 있다는 점에 주목해야 한다.
보호 범위는 청구 범위에 따라 결정된다. 그러나 설명과 도면은 청구범위를 해석하는 데 사용되어야 한다. 도시되고 설명된 상이한 예시적인 실시형태로부터의 개별 특징들 또는 특징의 조합은 독립적인 발명 솔루션을 나타낼 수 있다. 독립적인 발명 솔루션의 기반이 되는 목적은 설명에서 찾을 수 있다.
본 설명에서 값 범위에 대한 모든 정보는 모든 하위 범위도 포함하는 방식으로 이해되어야 한다. 예를 들어 1 내지 10의 기재는 하한 1에서 시작하여 상한 10까지에 속하는 모든 하위 범위를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 모든 하위 범위는 1 이상의 하한에서 시작하고 10 이하의 상한으로 종료한다. 예를 들어, 1 내지 1.7, 또는 3.2 내지 8.1, 또는 5.5 내지 10.
마지막으로, 명확성을 위해 일부 요소는 구조에 대한 더 나은 이해를 위해 축척에 따라 및/또는 확대 및/또는 축소되지 않은 것으로 표시되었음에 주목해야 한다.
1 브리켓(briquette)
2 폐기물(waste material)
3 금속(metal)
4 유기 재료(organic material)
5 제1 분획물(first fraction)
6 브리켓 혼합물(briquette mixture)
7 브리케팅 장치(briquetting device)
8 미세 분획물(fine fraction)
9 제2 분획물(second fraction)
10 린트 분획물(lint fraction)
11 미네날 재료(mineral material)
12 반응기(reactor)
13 슬래그 상(slag phase)
14 금속 함유 상(metal-containing phase)
15 브리케팅 플랜트(briquetting plant)
16 장입 플랜트(charging plant)
17 첨가제(additive)
18 조대 분획물(coarse fraction)
19 기타 폐기물(other waste material)
20 반응기 플랜트(reactor plant)
21 운송 수단(conveying means)
22 저장 수단(storage means)
23 브리케팅 프레스(briquetting press)
24 로드 셀(load cell)
25 폐기물 처리 플랜트(waste preparation plant)
26 제어(control)
27 스톡 벙커(stock bunker)
28 컨베이어 스크류(conveyor screw)
29 피스톤 컴프레서(piston compressor)
30 스케일(scale)
31 투입 벙커(dosing bunker)
32 장입 랜스(charging lance)
33 용융 반응기(melting reactor)
34 압축-공기 랜스(compressed-air lance)
35 배기 후드(extraction hood)
36 후-연소 챔버(post-combustion chamber)
37 보일러(boilers)
38 터빈(turbine)
39 운송 루트(transport route)
40 분리 노(separation furnace)
41 슬래그 배출 라인(slag discharge line)
42 금속 배출 라인(metal output line)
43 공기(air)
44 공정 가스(process gas)

Claims (24)

  1. 폐기물(2)로부터 브리켓(1)을 제조하는 방법으로,
    - 적어도 하나의 금속(3) 및 적어도 하나의 유기 재료(4)를 포함하는 폐기물(2)을 준비하는 단계,
    - 1단 이상으로 폐기물(2)을 기계적으로 처리하는 단계 및 폐기물(2)로부터 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 분리하는 단계,
    - 발열량이 0 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏인 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 포함하는 브리켓 혼합물(6)을 생성하는 단계,
    - 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 변화시킴으로써 브리켓 혼합물(6)의 발열량을 조정하는 단계,
    - 발열량이 5 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏이고, 최대 구리 함량이 0.1 중량% 내지 20 중량%인 브리켓(1)을 제조하도록, 브리켓 혼합물(6)을 브리케팅 장치(7) 내로 도입하는 단계 및 브리켓 혼합물(6)을 브리켓(1)으로 프레싱 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제1 분획물(5)은 미세 분획물(8)로서 제공되거나, 미세 분획물(8)을 포함하되, 이 미세 분획물(8)은 주로 최대 입자 크기가 15 ㎜ 미만인 성분, 바람직하게는 10㎜ 미만인 성분인 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  3. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 분획물(5)과 발열량이 다른 적어도 하나의 제2 분획물(9)이 브리켓 혼합물(6)에 첨가되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제2 분획물(9)은 린트 분획물(10)이거나 린트 분획물(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  5. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 폐기물(2)이 적어도 하나의 미네랄 재료(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓(1)이 8 MJ/㎏ 내지 25 MJ/㎏, 바람직하게는 11 MJ/㎏ 내지 18 MJ/㎏의 발열량으로 제조되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓(1)은 0.3 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%의 최대 구리 함량을 구비하게 제조되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 프레싱 후에 브리켓(1)이 가열 또는 냉각되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓 장치(7)로부터 브리켓(1)을 반응기(12) 내로 연속적으로 또는 불연속적으로 가져오는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 브리켓 혼합물(6)은, 진행 중인 공정 중에 다른 연료를 추가하거나 에너지를 추가하지 않고 브리켓 혼합물(6) 안에 포함된 적어도 하나의 금속(3)이 반응기(12)에서 다른 브리켓(1)과 함께 용융될 수 있을 정도로 그 안에 포함된 폐기물(2)의 발열량이 높게 구성되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 브리켓 혼합물(1)의 조성 성분 또는 브리켓 혼합물(6)의 발열량이 반응기(12)의 공정 매개변수에 따라 연속적으로 수정되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조 방법.
  12. 적어도 하나의 금속(3) 및 적어도 하나의 유기 재료(4)를 포함하는 폐기물(2)로 제작된 브리켓(1)으로, 상기 브리켓(1)은 바람직하게는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제작되는 브리켓에 있어서,
    발열량이 0 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏인 폐기물(2)의 적어도 하나의 제1 분획물(5)을 포함하는 브리켓 혼합물(6)로부터 브리켓(1)이 제작되고, 및
    브리켓(1)의 발열량은 5 MJ/㎏ 내지 30 MJ/㎏이고, 최대 구리 함량은 0.1 중량% 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 브리켓.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 제1 분획물(5)은 미세 분획물(8)이거나 미세 분획물(8)을 포함하며, 이 미세 분획물(8)은 주로 최대 입자 크기가 15㎜ 미만, 바람직하게는 10㎜ 미만인 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 브리켓.
  14. 제13항에 있어서, 브리켓 혼합물(6)은 제1 분획물(5)과 발열량이 다른 제2 분획물(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브리켓.
  15. 제14항에 있어서, 제2 분획물(9)은 린트 분획물(10)이거나 린트 분획물(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브리켓.
  16. 제15항에 있어서, 미세 분획물(8) 대 린트 분획물(10)의 비율이 최대 0.1 내지 6, 바람직하게는 최대 0.3 내지 5, 특히 바람직하게는 최대 0.5 내지 3인 것을 특징으로 하는 브리켓.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 폐기물(2)이 적어도 하나의 미네랄 재료(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브리켓.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓(1)의 발열량이 8 MJ/㎏ 내지 25 MJ/㎏, 바람직하게는 11 MJ/㎏ 내지 18 MJ/㎏인 것을 특징으로 하는 브리켓.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓(1)의 최대 구리 함량이 0.3 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%인 것을 특징으로 하는 브리켓.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓 혼합물(6)은, 진행 중인 공정 중에 다른 연료를 추가하거나 에너지를 추가하지 않고 브리켓 혼합물(6) 안에 포함된 적어도 하나의 금속(3)이 다른 브리켓(1)과 함께 반응기(12)에서 연소되어 용융될 수 있을 정도로 그 안에 포함된 폐기물(2)의 발열량이 높은 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 브리켓.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 폐기물(2)은 적어도 하나의 금속을 포함하고, 브리켓 혼합물(6) 내 금속의 전체 함량이 최대 35 중량%, 바람직하게는 최대 25 중량%, 특히 바람직하게는 최대 20 중량%이거나 구리 및 원소 주기율표에서 구리보다 더 귀한 금속을 포함하는 금속의 전체 함량이 최대 25 중량%, 바람직하게는 최대 15 중량%, 특히 바람직하게는 최대 10 중량%인 것을 특징으로 하는 브리켓.
  22. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 400℃까지 열적으로 안정적인 것을 특징으로 하는 브리켓.
  23. 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 브리켓은 바람직하게는 적어도 본질적으로 원통형이고, 브리켓(1)의 길이와 직경이 적어도 본질적으로 동일하거나, 브리켓은 바람직하게는 본질적으로 입방체이고, 브리켓(1)의 길이와 폭이 적어도 본질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 브리켓.
  24. 반응기(12) 내에서 적어도 하나의 액체 슬래그 상(13)과 적어도 하나의 액체 금속-함유 상(14)으로 용융시키기 위한 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제작된 브리켓(1) 및/또는 제12항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 브리켓(1)의 용도.
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