KR20230091459A - 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법 - Google Patents

폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230091459A
KR20230091459A KR1020210180586A KR20210180586A KR20230091459A KR 20230091459 A KR20230091459 A KR 20230091459A KR 1020210180586 A KR1020210180586 A KR 1020210180586A KR 20210180586 A KR20210180586 A KR 20210180586A KR 20230091459 A KR20230091459 A KR 20230091459A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass
foam
glass beads
foaming
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020210180586A
Other languages
English (en)
Inventor
이철태
Original Assignee
(주)피톤치드연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)피톤치드연구소 filed Critical (주)피톤치드연구소
Priority to KR1020210180586A priority Critical patent/KR20230091459A/ko
Publication of KR20230091459A publication Critical patent/KR20230091459A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/10—Forming beads
    • C03B19/108—Forming porous, sintered or foamed beads
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/02—Pretreated ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/02—Pretreated ingredients
    • C03C1/024—Chemical treatment of cullet or glass fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/02—Pretreated ingredients
    • C03C1/026—Pelletisation or prereacting of powdered raw materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20—Waste processing or separation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/60—Glass recycling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/82—Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정, 및 상기 분리·회수된 유리질 성분을 원료로 사용하여 발포유리비드를 생산하는 공정을 포함하는 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법에 관한 것으로서, 태양광패널의 재활용 과정에서 발생된 오염된 유리질 성분의 태생적인 한계점을 극복할 수 있는 하나의 방안으로 가능한 적은 형태의 발포체를 제조하며, 이 적은 형태의 발포체로서 밀도 0.15 ~ 0.3 g/㎤의 특성을 갖는 소형다포체인 발포유리비드를 제조할 수 있는 방안을 고안하고 이 발포유리비드의 제조공정을 기존의 태양광 패널의 자원화공정과 결합함으로서 새로운 환경친화적인 폐 태양광 패널의 자원화 플랫폼을 구축할 수 있다.

Description

폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법{METHOD FOR PREPARING FO FOAMED GLASS BEAD USING RECYCLING SYSTEM OF WASTE SOLAR PHOTOVOLTAIC PANEL}
본 발명은 폐 태양광 패널 재활용 공정에서 파생될 수 있는 태양광 패널용 폐유리를 발포유리비드의 제조 원료로 재활용하는 방법 및 이 제조 공정이 접목된 환경친화적인 폐 태양광 패널 재활용 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 화학적 전처리 없이 물리적 분리 기술을 기반으로 태양광 패널을 구성하는 금속류, 고분자, 유리 등의 성분을 분리 선별 회수하며 특히 태양광 패널 재활용에 가장 큰 장애가 되고 있는 유리질 성분을 발포화시켜 건축 토목용, 수처리용 등의 다양한 용도를 갖는 경량의 다포체인 발포유리비드로 제조하는 공정을 포함하는 폐 태양광 패널 재활용 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법에 대한 것이다.
전 세계적으로 신재생에너지의 하나인 태양광 산업 부문이 급속한 성장을 거듭하고 있다. 또한 설치된 태양광 패널은 패널 내 태양전지 자체의 수명과 태양 빛에 의한 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA) 수지의 분해 및 외부 충격에 의한 내부 물질이나 강화유리 파괴 등으로 인해서 폐 태양광 패널의 발생은 필연적이며 그 발생량도 급속히 증가 되고 있다.
따라서 폐기되는 태양광 모듈의 처리가 매우 중요한 이슈로 부각되었다. 이에 2014년 2월, 태양광 산업 부분의 선진국인 EU는 폐 태양광 패널의 무분별한 배출을 사전에 방지하고 이를 체계적으로 관리하기 위해 폐 태양광 패널을 전기전자장비 폐기물로 분류하고 WEEE의 규제 대상에 포함 시켜 폐 태양광 패널의 회수 및 재활용을 의무화하는 등 이에 대한 관리체계를 강화하였다. 우리나라도 폐 태양광 패널을 생산자책임재활용제(EPR) 대상품목에 포함시키고 폐 태양광 패널의 관리 및 재활용에 대한 노력을 기울이고 있다.
태양광발전설비의 태양광 모듈은 강화유리, EVA, 태양전지 셀 및 백시트 등으로 구성되어 있다. 미국을 비롯한 유럽 및 일본에서는 폐 태양광 모듈을 파ㆍ분쇄하여 미분화시켜 각 각의 원소를 선별하는 방법으로 자원화를 시도하였다. 독일의 Deutsche Solar사의 경우 열처리 공법 및 화학처리 공법에 의해, 일본의 Sharp사, AIST, Asahi사의 경우 산성용액을 통한 웨이퍼 추출기술 및 용매처리기술에 의해 각각 폐 태양전지로 부터 금속 소재 회수를 기반으로 하는 재활용기술의 상용화를 시도한 바 있다. 그 외에도 BP Solar Soltech의 경우 산성용액을 이용한 웨이퍼 재활용기술, Pilkington Solar international의 경우 열처리 공법 등에 의해 실험실적 수준으로 폐 태양광 패널의 재활용을 시도하였다. 그러나 이러한 형태의 재활용 공정이 연구되고 제안되었음에도 상업적으로 실용화된 공정이라고 평가되지 않는다.
국내 폐 태양광 패널의 재활용 기술개발은 폐 태양광 모듈 내 다양한 유가물을 회수 및 고순도화 하기 위한 연구개발이 진행되어 오고 있으나, 아직은 성공적으로 이루어진 상용화 실적은 없다. 대부분의 기술개발이 습식방법인 에칭이나 식각을 통하여 불순물 제거 및 고순도화 공정을 진행하고 있어 폐수 발생 및 처리에 대한 환경적, 경제적인 문제점이 추가로 야기되고 있다.
현재까지 제안된 폐 태양광 패널의 재활용 공정은 일반적으로 알루미늄 프레임과 접속 박스(junction box)를 제거한 후 모듈의 분쇄로 시작된다. 이 과정의 시작에서 문제가 되는 것이 EVA이다. EVA는 강화유리와 실리콘 태양전지, 또는 백 시트(Back sheet)와 실리콘 태양전지를 안정되게 결합시키는 접착제이므로 유리 등 접착된 재료들의 표면에 매우 강하게 부착되어 있어 이들의 분리가 용이 하지 않다는 문제가 있다.
이 분야의 국내 선행기술을 살펴보면, 한국등록특허공보 제10-1986837호의 "태양광 폐모듈 자원화 시스템"은 태양광 폐모듈의 각 구성을 재활용하기 위한 자원화 시스템에 있어서, 태양광 모듈의 프레임이 분리된 태양광 모듈의 셀과 강화유리를 가열된 커팅날에 의해 분리시키는 셀분리 장치를 포함하고, 이 셀분리장치에 EVA를 절단하여 제거하는 커팅날과, 상기 커팅날의 내부에 형성되어 열을 발생시키는 발열 수단 및 관련 발열체, 전류를 공급하는 전력선 등을 포함하는 태양광 폐모듈 자원화 시스템을 제안하고 있다. 그러나 이 역시 EVA에 기인하는 근본적인 문제를 효율적으로 해결하지는 못하고 있다.
현재까지 전 세계적으로 폐 태양광 패널의 자원화를 위해 제안된 재활용 공정이 성공적으로 이루어지지 못하고 있는 이유는 여러 가지가 있을 수 있다. 핵심적인 가장 큰 이유는 태양광 모듈을 구성하는 소재의 성분 중 유리의 중량이 모듈 자체 중량의 60∼79%에 이름에도 이 유리 성분의 재활용 방안이 효과적이지 못함에 있다.
이에 태양광 패널의 자원화를 위해 유리의 회수에 중점을 두는 추세로 변하고 있다. 폐 태양광 패널 재활용을 위한 세계적 단체인 PV CYCLE은 설립 초기엔 결정 실리콘 또는 유가 금속의 회수에 중점을 두었으나 현재는 경제적으로 뛰어나다는 판단에서 유리 재활용(리사이클)을 중시하고 있다.
폐 태양광 모듈 중 유리의 재활용 방안으로 제안된 것은 태양광 패널용 유리생산을 위한 cullet로 회수하는 것이며 이의 실용화를 위한 시도가 이루어지고 있다. 독일의 Reiling Marienfeld 사는 연간 20만 톤 규모의 폐 태양광 패널을 기계적 공정에 의해 강화유리만 재활용하고 있으며, 네덜란드의 Maltha 사도 PV Cycle과 연계하여 주로 강화유리 재활용에 치중하고 있다. 일본의 경우 다른 유가 금속의 회수와 함께 cullet의 형태로 유리의 재활용 공정을 제안하였다.
폐 태양광 패널 중의 유리를 cullet으로 회수하는 재활용 공정은 회수된 cullet의 청결을 유지해야 하는 까닭에 조업의 까다로움은 물론 세척 공정이 필요하여 이에 따른 폐수 발생이라는 2차 환경오염을 피할 수 없다.
또 이 cullet으로의 재활용은 패널 중량의 60~79중량%를 차지하는 유리의 일부만이 회수될 뿐이어서 WEEE에서 정한 전자폐기물 재활용율 70중량% 이상이라는 규정에 이르기 쉽지 않다. 그러므로 cullet로 재활용하는 방법과는 다른 효과적인 태양광 패널 폐유리의 재활용 방안이 요구되나 현재까지는 또 다른 재활용 방안이나 연구 또는 사례를 찾아보기 어렵다.
태양광 패널용 유리는 강화유리이지만 화학적 조성으로는 소다석회 유리이므로, 소다 석회유리의 재활용 공정 중 가장 경제성이 높은 공정으로 평가되는 유리의 발포화에 의해 발포유리제조의 원료로 사용할 수 있다면, 폐 태광광 패널로부터 발생되는 유리의 새로운 재활용 방안이 될 수 있으며 이는 궁극적으로 폐 태광광 패널의 성공적인 자원화 시스템의 기반이 될 수 있을 것이다.
그러나 기존의 유가물의 분리공정에서 얻어질 수 있는 유리 성분의 처리를 위한 유리의 발포화 공정을 기존의 태양광 패널 자원화 공정에 단순한 추가 결합으로는 문제의 해결에 이르기 어렵다.
통상적으로 발포유리는 특별한 물리적 특성 및 화학적 조성을 갖는 발포유리제조용 원료유리 분말을 일차 만든 다음, 여기에 탄소재를 기반으로 하는 발포 조제를 혼합하고 이 혼합분말을 거푸집에 담아 터널 킬른(Tunnel Kiln)에서 500~600℃ 온도 조건으로 1차 예열후, 800~900℃의 소성온도에서 발포한 후, 550~650℃ 조건 하에 급냉 안정화 한 다음, 거푸집과 발포체를 분리한다. 이후 그 발포체를 12~24시간 동안 서냉 열처리함으로서 블록 형태의 발포유리를 생산한다. 그러므로 폐 태양광 패널로부터 회수되는 유리질을 대상으로 발포유리 제조공정은 원료분말 유리의 까다로운 화학조성과 매우 민감한 발포 공정을 맞추어야하는 까닭에 정상적인 발포유리 블럭의 생산은 결코 용이하지 않다.
현재까지 제안되어 사용 중인 태양광 패널의 자원화 공정로부터 발생되는 유리질은, 폐 태양광 패널중의 유리를 cullet으로 회수하는 청결한 유리질과는 달리, 폐 태양광 패널의 자원화를 위한 물리적 분리공정, 파쇄, 분쇄, 자력선별, 광학선별 등 분리 과정에서 EVA로 결합된 금속 등 유가 성분의 선별 및 회수율을 높이기 위해 필연적으로 진행되는 강화유리의 미분쇄 과정에서 발생되는 오염된 유리질이다. 그러므로 이러한 유리질 성분을 대상으로 발포화 공정을 결합하여 발포유리 블럭을 제조하는 것은 불가능하다. 그러므로 단순히 기존의 분리공정에서 얻어지는 유리질을 발포유리의 원료로 이용하는 공정 결합은 그 적용이 불가능하다.
또한 상기한 바와 같이, 발포유리 제조과정인 소성 발포 후 발포체의 서냉과정은 12~24 시간이 소용되는바 태양광 패널의 자원화공정과 직접적으로 연결되는 일관 공정으로 운영하기에는 많은 문제점이 발생하게 되며 이의 조절을 위한 추가적인 장치 및 저장 공간이 소요되는 등 극복해야 할 많은 문제점이 발생하게 된다.
즉 태양광 패널 유리가 화학 조성상 소다석회 유리인 바 발포화 공정을 이용하여 이를 발포유리 블럭의 제조 원료로 사용하는 시도는 매우 바람직한 아이디어일지라도 현재의 태양광 패널의 자원화 또는 재활용 공정에서 발생되는 유리질을 원료로 사용하는 경우 통상적인 보온단열재로 사용가능한 밀도 0.15 ~ 0.3 g/㎤의 특성을 갖는 발포유리의 제조는 불가능할 만큼 어렵다.
발포유리 제조공정의 난이도는 최종적으로 발포되는 발포체의 크기에 지수적으로 비례하여 높아진다.
이 분야의 국내 선행기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허 10-1110265에서는 혼상의 패 액정표시유리는 정제된 상태의 유리가 아닌 바 발포유리 블럭을 직접 제조하기 어렵기 때문에 먼저 초소형의 발포체인 발포유리비드를 제조한 다음, 이 발포유리 비드를 거푸집에 담아 열융착을 통해 초 소형발포유리비드가 서로 결합되게 하여 발포유리 블럭을 제조하였다.
상기 특허에서, 발포유리 비드는 먼저 폐 LCD 유리를 평균 직경 50㎛이하로 습식 미분쇄 한다. 이 유리 미분말을 구상의 성형체로 만들기 위한 성형결합제로서 PVA, 전분, 물유리, 카오린 분말, 현무암 분말, 벤토나이트분말 중의 적어도 어느 하나를 사용하며, 발포조제로서 결정성 흑연 탄소재(graphitic carbon), 황산염(sulfate), 탄산염(carbonate), 전부 또는 그 일부를 첨가하고, 성형 결합제로서 클레이, 벤토나이트, 등을 첨가한 후 압출하여 구상으로 조립하거나 또는 디스크 성형기에서 구형 성형체를 만든 다음 이를 로타리 킬른에서 소성 발포하고 서냉 열처리하여 발포유리비드(구상의 소형 유리발포체)를 제조한다.
또한 상기 발포유리비드의 제조를 위한 발포소성공정 중 발포된 발포체들 사이의 부착 또는 발포체가 로타리 킬른 벽에 부착되는 것을 막기 위해서 구상 성형체 외부면에 마그네시아 분말, 알루미나 분말, 탄소분말 중 적어도 어느 하나 이상의 이형제를 도포하는 것을 특징으로 하는 방안을 제안하였다. 제조된 상기 발포유리비드의 평균밀도는 0.61g/㎤ 이다.
또한, 대한민국 등록특허 10-2069187에서는 소다석회 유리 또는 붕규산 유리 또는 이들의 혼합유리를 이용하여 과립형 발포유리를 만들고자 하였다. 상기 특허에서는 별도의 발포형성제의 첨가 없이도 발포유리의 제조가 가능하도록 소듐-실리케이트(sodium*?*silicate) 또는 보로알루미노-실리케이트(boroalumino-silicate) 조성의 폐유리를 스크밀, 볼밀 등의 분쇄장치에서 물, 에틸알코올, 메틸알코올을 용매로 사용하여 습식 분쇄하여 유리분말을 제조한 다음, 이 유리분말에 메틸셀룰로스(methyl cellulose) 또는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)을 결합제로 사용하여 압출성형 하여 과립형을 만든다. 이 과립 형태의 성형체를 800 내지 1100℃에서 1 내지 4 시간 동안 소성하여 과립형 발포유리 즉 발포유리비드를 제조할 수 있었다. 이렇게 제조된 과립형 발포유리의 평균밀도는 0.7122g/㎤ 이다.
또한, 대한민국 등록특허 10-1438661에서는 종래의 발포유리에 비해 우수한 강도를 나타내는 발포유리 블럭을 제조하기 위해서, 먼저 발포유리비드(발포유리제조용 성형체)를 먼저 제조한 후 이 발포유리비드에 퍼라이트(perlite), 철광석, 플라이 애시(Fly ash), 혈암, 규조토 및 제올라이트판로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 코팅하고 이 코팅된 발포유리비드를 건조후 열간압연(hot rolling) 방식 또는 몰드(mold) 성형 방식으로 700 내지 1000℃의 온도에서 융착하여 발포체를 제조한다.
상기 특허에서 발포유리 비드는 판유리, 백유리, 병유리 또는 기타 폐유리 등을 대상으로 발포제로서 석회석, 석화(굴), 탄산칼슘, 탄산나트륨, 톱밥, 목분 및 카본류로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 첨가하고 여기에 추가 첨가제로서 붕사 또는 물유리(water glass)를 첨가하고 이를 -200mesh로 미분쇄한 후 이 분쇄혼합물을 펠리타이저(Pelletizer)를 이용하여 펠릿형태로 성형하여 펠릿형 발포체를 만든 다음 700℃ 내지 800℃에서 발포유리비드(발포유리제조용 성형체)를 제조하였다. 이렇게 제조된 발포유리는 0.35 ~ 0.6 g/㎤의 밀도를 갖는다.
그러나, 상기한 선행 연구 결과에서 제시된 바와 같이 오염된 혼상의 폐 소다석회 유리질을 대상으로 이를 발포유리비드를 제조하는 경우 발포소성 전 성형체로의 성형을 위해 다양한 형태의 성형 결합제가 필요하고 또한 발포조제는 발포화를 위한 핵심 사항이다.
기존의 선행 기술의 경우 사용된 성형결합제 및 발포조제는 제조된 유리발포체 내에 그 상태로서 잔존하여 발포체의 밀도 증가의 요인이 될 수 있어 선행 연구에서 이루어진 연구의 결과에 근거하여 통상적인 보온단열재로 사용 가능한 밀도 0.15 ~ 0.3 g/㎤의 특성을 갖는 발포유리 비드를 제조할 수 없다.
그러므로 태양광 패널의 유리를 재활용하여 발포유리 비드를 제조하는 공정을 유가 금속 성분의 분리를 목적으로 진행되는 기존의 폐 태양광 패널 재활용 공정과 단순히 결합하여 환경 친화적인 폐 태양광 패널 재활용 시스템의 구축은 기대하기 어렵다.
KR 10-1986837 B1 KR 10-1110265 B1 KR 10-1438661 B1 KR 10-2069187 B1
본 발명은 기존의 폐 태양광 패널 자원화 공정의 문제점을 해결하기 위하여, 함유된 금속 등 유가 성분을 회수함과 아울러 폐 태양광 패널의 60~79% 중량을 차지하고 있는 유리 성분을 2차 공해를 유발하지 않는 환경친화적인 물리적 선별 방법으로 분리 회수하고, 이 유리질 성분을 대상으로 발포유리 블럭 제조의 어려움 및 까다로움을 극복할 수 있는 최소형의 발포체인 발포유리비드로 제조하는 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 환경 친화적인 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법은 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정, 및 상기 분리·회수된 유리질 성분을 원료로 사용하여 발포유리비드를 생산하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정은: 제1-1공정: 폐 태양광 패널로부터 알루미늄 프레임을 분리·해체시키는 단계, 제1-2공정: 상기 알루미늄 프레임이 분리된 폐 태양광 패널을 1차 파쇄 및 1차 크기별로 유리질 성분을 선별하는 단계, 제1-3공정: 1차 및 2차 광학선별기로 유리와 기타 이물질을 분리하는 단계, 제1-4공정: 상기 1-2공정의 1차 크기별로 유리질 성분의 선별하는 단계에서 분리된 20㎜ 초과의 대형 파쇄물로부터 실리콘 및 미분 유리를 선별하는 단계, 제1-5공정: 상기 1-2공정의 1차 크기별로 유리질 성분의 선별하는 단계에서 분리된 10㎜ 미만의 소형 파쇄물로부터 고철과 비철금속 분리 및 미분 유리분을 선별하는 단계, 및 제1-6공정: 잔재물 처리 및 회수된 유리성분을 수집 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리 회수된 유리질 성분을 원료로 사용하여 발포유리비드를 생산하는 공정은: 제2-1공정: 회수된 태양광 패널 유리의 미분쇄 및 저장 단계, 제2-2공정: 상기 미분쇄된 태양광 패널 유리에 "액상 발포성형 복합제"를 첨가하여 발포유리비드 제조용 원료혼합분말을 조립화하는 단계, 제2-3공정: 발포유리비드 제조용 원료분말을 구상의 입자로 성형 단계, 제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 구상의 형태를 유지하면서 발포화시켜 발포체로 소성시키는 단계, 제2-5공정: 발포체의 서냉 및 표면처리하여 발포유리비드를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2-1공정: 회수된 태양광 패널 유리의 미분쇄 및 저장 단계에서 회수된 태양광 패널 유리의 90중량% 이상을 입자 크기 100 마이크론 이하 되게 미분쇄하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2-2공정의 "액상 발포성형 복합제"는 발포유리비드 제조 시 유리의 발포화제 및 유리 분말을 성형체로 성형하는 성형결합제로서 두 가지 기능을 발현하는 액상의 복합조제로서, 액상 규산염(M2O·nSiO2·xH2O, 여기서 M= Na 또는 K, n은 2.5~4.8이고, x는 1.0~7.0이다.) 40~70중량%, 글리세린 2~15 중량% 그리고 물 10~30중량%의 조성으로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 상기 "액상 발포성형 복합제"에 포함되는 액상 규산염(M2O·nSiO2·xH2O, 여기서 M= Na 또는 K, n은 2.5~4.8이고, x는 1.0~7.0이다.)은 SiO2/M2O 의 몰비(Molar ratio)가 2.5 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 "액상 발포성형 복합제"에 포함되는 글리세린은 PVA 또는 셀루로스로 대체할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2-3공정: 발포유리비드 제조용 원료분말을 접시형 성형기에서 1차 성형한 구상 성형체로서, 상기 접시형 성형기의 출구부에서 규격에 맞지 않는 성형체는 리턴 Conveyor를 통해 파쇄기에서 파쇄시킨 후 다시 접시형 성형기로 보내어 성형불량품을 재순환 사용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 발포유리비드로 발포화하는 소성 단계는 성형공정을 통해 완성된 성형체를 건조, 예열, 소성발포화시키는 단계로서, 소성로의 온도구배 분포는 300~1000℃의 범위에서 조절 작동되는 로타리 키른을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 로타리 키른은 전기 히터(Heater)를 사용한 외부 가열 방식으로 된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 발포체로 발포화하는 소성 단계에서는 소성 발포화 과정중 성형체의 융착을 방지하기 위하여 비알칼리성 이형제를 함께 투입시키는 것이 바람직하다.
상기 로타리 키른은 그 소성 키른(Kiln) 본체의 형상을 나팔관 구조를 가짐으로써 구상으로 성형된 성형체의 소성 중 이동을 원활히 하고, 소성시간의 조정을 위한 본체의 회전수와 기울기 각도를 조정할 수 있도록 한 것일 수 있다.
또한, 상기 로타리 키른은 소성 키른(Kiln) 가열실 본체 2개소의 온도를 감지하여 자동으로 전기 히터의 전류를 조절하여 로타리 키른이 일정한 온도로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2-5공정: 발포체의 서냉 및 표면처리하여 발포유리비드를 얻는 단계는 소성 키른(Kiln)과 서냉 냉각기를 단열 슈트로 직접 투입이 가능한 구조로 연결하여 설치하여 기계적 물성을 강화시키고 발포시 생성되는 열응력을 최소화시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 태양광 패널의 재활용 과정에서 발생된 오염된 유리질 성분의 태생적인 한계점을 극복할 수 있는 하나의 방안으로 가능한 적은 형태의 발포체를 제조하며, 이 적은 형태의 발포체로서 밀도 0.15 ~ 0.3 g/㎤의 특성을 갖는 소형다포체인 발포유리비드를 제조할 수 있는 방안을 고안하고 이 발포유리비드의 제조공정을 기존의 태양광 패널의 자원화공정과 결합함으로서 새로운 환경친화적인 폐 태양광 패널의 자원화 플랫품을 구축할 수 있다.
또한, 본 발명은 현재 널리 설치되고 있는 태양광 발전소의 태양광 모듈(태양광 패널)이 일정 시간이 지나면 수명을 다하여 교체해야 하므로 다수의 모듈로 이루어진 폐 태양광 패널을 분해 및 파쇄 후 재료별로 선별하여 이를 재활용할 수 있도록 자원화 함으로써 폐기에 따른 환경오염을 방지하고, 폐 태양광 패널의 폐기처리를 위한 막대한 경제적 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 폐 태양광 모듈을 재활용을 위해 세척 등 어떠한 형태의 전처리 과정이 필요 없으므로 폐수 발생이 없으며, 가연성의 EVA를 분리 회수하기 위한 방법으로 용해성의 용매를 사용하지 않으므로 폐 용액이 발생되지 않으며 EVA를 절단하기 위한 추가적인 에너지가 소요되지 않는 재활용 공정이다.
뿐 만 아니라, 다른 유가 금속성분의 회수를 위한 산 또는 알칼리가 사용되는 습식야금공정을 취하지 않는 바 공정상 어떠한 형태로도 폐수가 방류되지 않는다.
실리콘의 회수, EVA의 분리를 위해 열처리를 하지 않으며, 발생되는 모든 미세분말은 발포유리의 제조공정에 도입되는 바 어떠한 형태의 폐가스나 미세먼지도 방출되지 않는다.
폐 태양광 패널의 자원화 재활용에 있어 가장 심각한 장애가 되고있는 태양광패널 용 유리는 화학적으로 단일종의 유리질 성분인바 건축 토목용 소재로서 우수한 특성을 갖는 고급의 발포유리 또는 발포유리비드의 제조 원료로 재활용되며 또한 제조된 발포유리비드을 기반으로 하는 다양한 제품화를 통한 Up-cycling이 이루어지는 효과가 있다.
발포유리비드 기반의 고부가 제품으로서는 소음 흡음 차음 패널, 화열 차단제(thermal protection), 불연 패널(fire protection panels), 고온가스 배기 연통 또는 굴뚝의 라이닝제, 차량의 구조제(construction of vehicles), 충격 흡수제(crash absorber), 열 차단제(Thermal protection), 경량골재, 경량벽돌, 산배수로측구 등 토목자재용, 담체 및 수처리용 여재 등의 수질정화용, 미세플라스틱의 발생을 유발하고 있는 스티로폼 대체 부표로서의 용도가 개발될 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 태양광 패널을 구성하고 있는 모든 소재가 전부 재활용이 이루어지는 공정이며, 어떠한 형태의 폐가스, 폐수, 폐액 등 2차 폐기물이 발생되지 않으므로 이를 처리하기 위한 별도의 추가적인 공정이나 매립도 요구되지 않는 재활용공정으로서 No Effluent, No Emission, No Landfill인 생태환경 친화적인 획기적인 세계 최초의 태양광 패널 자원화 시스템이다.
도 1은 폐 태양광 패널을 자원화하기 위한 전체공정을 나타낸 시스템 블록도이고,
도 2는 태양광 패널을 대상으로 건식분쇄기술에 의해 유리질 성분을 중심으로 하는 고도 분리 회수 시스템 블록도이고,
도 3은 폐 태양광 패널 재활용 유리 기반의 발포유리비드 생산 공정 장치 배열도이고,
도 4는 폐 태양광 패널로부터 본 발명의 물리적 건식 분리공정으로 회수된 유리질 성분, 금속 및 플라스틱류의 사진이고,
도 5는 폐 태양광 패널로부터 회수된 유리질 성분을 원료로 제조된 경량의 다포체인 발포유리비드 (밀도 0.15 ~ 0.3 g/㎤) 사진이다.
이하 본 발명의 실시하기 위한 발명의 구체적인 내용 및 실시 예를 실시 공정에 따라 상세히 설명하면 아래와 같다.
본 발명의 폐 태양광 패널의 자원화 시스템은 폐 태양광 패널 유리를 이용하여 발포유리비드를 제조하는 "유리 발포화 장치"에 분리·회수된 태양광 패널 유리질 성분을 공급하는 시스템으로 구성된다. 이 과정에서 태양광 패널의 구성성분들인 은, 동, 실리콘, 플라스틱 등의 유가 성분이 함께 회수되게 되는 바 기존의 폐 태양광 패널의 문제점이 해결되는 환경친화적인 전 순환 자원화 시스템이 구성된다.
그러므로 본 발명의 폐 태양광 패널의 유리를 발포유리비드의 제조 원료로 재활용하는 폐 태양광 패널의 자원화 시스템은, 공정 진행 순서상, 1)"건식 분쇄기술기반을 기반으로 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정"과 2)"회수된 유리질 기반의 발포유리비드 생산 시스템"으로 구성될 수 있으며, 이하에서 이를 상세히 설명한다. 다음 도 1은 폐 태양광 패널을 자원화하기 위한 전체공정을 나타낸 시스템 블록도이다.
1. 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정
상기 "건식분쇄기술기반을 기반으로 유리질 성분을 중심으로 하는 태양광 패널 구성소재의 고도 분리 회수 시스템"은 "도 2"에 제시된 바와 같이 다음과 같은 공정으로 구성된다.
제1-1공정: 폐 태양광 패널로부터 알루미늄 프레임을 분리·해체시키는 단계
수거된 폐 태양광패널로부터 알루미늄 프레임과 접합 박스(junction box)를 분리하는 단계이다.
제1-2공정: 상기 알루미늄 프레임이 분리된 폐 태양광 패널을 1차 파쇄 및 1차 크기별로 유리질 성분을 선별하는 단계
이 단계에서는 상기 알루미늄 프레임이 분리된 폐 태양광 패널을 1차 파쇄기에서 파쇄시키고, 이를 1차 크기별로 유리질 성분을 선별기로 선별하여 과정이다.
상기 1차 파쇄기에서 파쇄된 유리질 파쇄물을 선별하여 10㎜∼25㎜의 파쇄물 유리는 광학선별기로 분리하고, 10㎜ 미만의 소형 유리질 파쇄물은 소형 물질 선별시스템의 자석벨트로, 25㎜ 초과의 대형 파쇄물은 단축분쇄기로 분리 이동되도록 1차 크기 선별기로 선별하는 단계이다.
제1-3공정: 1차 및 2차 광학선별기로 유리와 기타 이물질을 분리하는 단계
상기 1-2 공정에서 분리된 10㎜∼25㎜의 유리질 파쇄물을 1차 및 2차 광학선별기로 유리질 성분과 기타 이물질을 분리하고 유리질을 얻는 단계이다.
상기 1차 크기 선별기에서 선별된 유리는 1차 광학선별기에서 2차 광학선별기로 이송되고, 상기 유리질 파쇄물에 포함된 이물질은 소형물질 선별시스템의 3차 크기 선별기로 이송되며, 선별되지 않은 유리는 다시 1차 광학 선별기로 리턴시키는 과정을 거친다.
또한 1-3 공정은 상기 1차 광학선별기에서 선별된 유리를 선별 수거하고, 유리가 붙은 이물질은 해머밀 분쇄기로 이송 분리하는 2차 광학선별기로 선별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1-4공정: 상기 1-2공정에서 선별된 25㎜ 초과의 대형 파쇄물과 상기 해머밀 파쇄기를 거쳐 2차 크기 선별기로 이송된 물질로부터 실리콘 및 미분 유리를 선별하는 단계
상기 1-2공정에서 25㎜ 초과의 대형 파쇄물과 상기 해머밀 파쇄기를 거쳐 2차 크기 선별기로 이송된 물질을 단축분쇄기로 분리시켜 실리콘을 포함하는 10mm 초과의 물질, 2mm 미만의 미분, 및 2~10mm의 것으로 선별하고 2~10mm의 것은 잔재물 처리 시스템으로 이송하는 단계임을 특징으로 한다.
제1-5공정: 상기 1-2공정의 1차 사이즈 선별공정에서 분리된 10㎜ 미만의 소형 파쇄물로부터 고철과 비철금속 분리 및 미분 유리분을 선별하는 단계
상기 1차 크기 선별기에서 선별된 소형 폐기물을 소형폐기물(소형물질) 선별시스템에서 금속과 비철금속으로 선별 분리회수하는 단계로서 전기적 특성을 이용하여 비철금속 성분을 분리하는 와류 선별 공정과 자기적 특성을 이용하여 철분 금속 성분을 분리하는 자력선력 공정이 이루어진다.
특히, 상기 소형물질선별시스템은 1차 크기 선별기에서 선별된 10㎜ 미만의 소형 폐기물은 1차 크기 선별기와 연결된 자석벨트에서 철과 비철금속 및 이물질로 분리하는 단계;
상기 자석벨트에서 분리된 비철금속 및 이물질을 와류선별기에서 비철금속과 이물질을 분리 선별하는 단계;
상기 와류선별기에서 선별된 이물질은 3차 크기 선별기에서 2㎜ 미만의 미분은 별도의 수거함으로 모아지고, 2㎜∼10㎜의 폐기물은 비중선별기로 이송하는 단계;
상기 선별된 2㎜∼10㎜의 폐기물은 비중선별기에서 중량물과 경량물로 선별 분리하여 수거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제1-6공정: 잔재물 처리 및 회수된 유리성분을 수집 저장하는 단계;
미세 크기의 성분을 비중 특성을 이용하여 경량물 및 중량물로 구분하여 분리하는 잔재물 처리단계이자 회수된 태양광 패널 유리질 성분을 모두 수거하여 발포유리비드제조를 위한 원료유리로 준비하는 단계이다.
상기 잔재물 처리시스템은, 상기 2차 크기 선별기에서 선별된 2㎜ 초과 폐기물을 볼밀파쇄기로 이송시켜 분쇄시키고, 분쇄된 폐기물을 4차 크기 선별기에서 2㎜∼10㎜의 폐기물을 선별분리한 후 비중선별기에서 5㎜이상의 중량물과 5㎜미만의 경량물로 분리 수거하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2차 광학선별기에서 회수되는 유리를 비롯하여 상기 소형물질선별시스템의 3차 크기 선별기에서 회수된 유리성분의 미분, 2차 크기 선별기에서 회수되는 모든 유리 성분의 미분을 발포유리비드 제조를 위한 원료유리로 사용하기 위해 저장탱크에 저장된다.
상기 "회수된 유리질 성분"은 발포유리 제조의 원료로 이용되며 발포유리 제조공정에서 발생될 수 있는 문제점의 극복을 위해 본 발명에서는 발포유리를 비드화한 즉, 발포유리비드를 생산하는 방안을 이용하는 것이 바람직하다.
2. 분리 회수된 유리질 성분을 원료로 사용하여 발포유리비드 생산 공정
발포 유리 제조의 난이도는 생산되는 발포유리의 실질적 크기에 비례하여 지수적으로 증대된다. 그러므로 폐 유리를 이용하여 발포유리를 제조하는 방법은 생산되는 발포유리의 실질적인 크기를 소형화함으로 극복할 수 있다.
이러한 방식으로 폐 유리의 발포화를 통한 실용화가 이루어진 대표적인 경우가 일본 및 러시아 등에서 진행되는 방식으로, 자갈 모양의 파쇄된 발포체를 생산하는 방식이 있다. 이는 발포화 공정으로 발포체의 생성이 까다로운 서냉 조건이 요구되는 바, 발포화 이후 언어진 발포체를 열충격으로 파쇄시켜 발포체의 크기를 소형화함으로서 일정크기 이상의 발포유리에서 발생하는 균열 등 단점을 극복하는 방식이다.
현재 조업 중인 발포유리 제조 공정의 치명적인 단점은 발포화될 유리분말을 거푸집 용기에 담아야 하는 것이다. 이것은 발포유리제조의 메카니즘 상으로 볼 때 피할 수 없는 조건이다. 발포유리 제조의 메카니즘은 발포제를 둘러싸고 있는 유리분말 입자들이 융점 부근에서 서로 녹아 달라붙게 되었을 때 거의 동시에 유리입자들로 둘러 싸여져 있는 발포제가 자체 분해 또는 유리의 성분과 반응하여 가스 생성물을 발생하고, 이 가스 생성물이 팽창됨에 따라 유리가 부풀어 올라 발포화가 진행된다.
발포화가 진행되는 이 상태의 유리는 융점에 이른 상태로서 유리는 흘러내리게 된다. 그러므로 만약 발포화가 진행될 때 유리분말이 거푸집이라는 용기에 담겨져 있지 않다면 유리의 발포화는 계속 진행이 불가능할 뿐 아니라 일정한 발포체의 형태를 가질 수 없게 된다. 실제 발포유리제조 공정에서 원료유리분말이 거푸집에 담기어진 유리분말 층의 두께는 15 ~ 25 cm 정도이다.
이러한 까닭에 거푸집을 사용하지 않는 파쇄형 발포유리의 생산은 터넬형 소성키른의 철판 벨트위에 발포될 유리분말의 두께를 1~3cm로 하여 융점 상태에 있는 유리의 흐름을 최대한 억제하며 발포화시키고 그 발포체의 두께가 4cm 미만으로 이루어진 것을 급냉하여 열충격으로 균열되게 함으로 이루어진다. 이러한 방식으로 발포화가 이루어진 유리발포체는 급냉으로 인한 열충격이 발포체에 계속 남아 있어 취성이 매우 심하며 기계적 강도가 매우 낮게 되는 치명적인 단점을 갖는다.
발포유리비드 제조의 경우도 거푸집을 사용치 않는다. 그리고 유리의 발포화를 진행하는 방법으로 발포화 및 열처리가 용이한 소형의 크기로 3cm 이하의 크기를 갖는 구상의 발포체를 생산하는 것이다. 이 발포화 공정에는 여러 가지 극복해야 할 많은 문제가 존재한다.
먼저 거푸집을 사용치 않는 공정의 문제를 극복하기 위해 발포화 공정 전에 발포될 유리 분말을 적절한 결합제를 사용하여 발포 소성 전에 구상으로 성형체를 만들어야 하며, 둘째는 제조된 성형체가 구상을 유지한 체 발포가 이루어져야 하며, 셋째는 발포가 이루어지는 상태의 온도는 유리의 융점 이상이므로 성형체가 서로 융착되어 발포가 진행될 수 없는 심각한 조업 중단상태가 발생되지 않도록 해야 한다. 이러한 각각 단계의 문제점을 기술적으로 해결될 수 방안이 마련되어야 발포유리비드의 제조가 가능해진다.
이러한 상기 발포유리제조에 대한 기술적인 이유로 본 발명에서는 "회수된 유리질 기반의 발포유리비드 생산 시스템"은 구체적으로 다음과 같은 연결 단계 공정으로 구성된다.
제2-1공정: 회수된 태양광 패널 유리의 미분쇄 및 저장 단계
상기 "건식분쇄, 광학선별 및 비중선별 기술에 의해 폐 태양광 패널로부터 선택적으로 분리 회수된 모든 유리질 성분을 발포유리 비드 제조의 원료유리로 사용하기 위해 100㎛ 미만으로 미분쇄하며 이를 별도의 저장고에 저장하는 단계이다.
유리질 성분의 입자 크기는 최종적으로 제조되는 발포유리 비드의 밀도에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 유리질 성분의 입자 크기가 100㎛ 이상으로 되는 경우 특별한 형태의 발포제와 성형결합제를 사용하더라도 최종적으로 제조되는 발포유리 비드의 밀도를 0.3g/㎤ 이하로 조절하기가 어렵기 때문에 바람직하지 못하다.
제2-2공정: 미분쇄된 태양광 패널 유리에 "액상 발포성형 복합제"를 첨가하여 발포유리비드 제조용 원료혼합분말을 조립화하는 단계
상기 제2-1공정의 미분쇄기에서 미분화된 유리질 성분에 목표하는 특성을 갖는 발포유리비드 제조에 적합한 발포제(foaming agent)와 성형결합제(binder)가 혼합된 "액상 발포성형 복합제"를 첨가하고 혼합하는 단계로서, 조립화된 발포유리비드 제조용 원료 분말을 구상으로 성형하기 위한 준비 단계이다.
본 발명에서의 상기한 "액상 발포성형 복합제"는 액상 규산염 및 글리세린을 기본으로 구성된 액상 제재이다. 상기 액상 규산염은 M2O·nSiO2·xH2O(여기서 M= Na 또는 K, n은 2.5~4.8이고, x는 1.0~7.0이다)로 표현되는 "액상 규산소다"또는 "액상 규산 칼륨"이며 둘 중의 어느 하나 또는 둘의 혼합물을 사용하여도 전혀 문제 되지 않으며 사용자의 여건에 따라 임의적으로 선택 사용할 수 있다. 경제적인 측면에서 저가의 액상 규산소다를 사용하는 것을 권장하지만 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
그리고 상기 "액상 발포성형 복합제"의 구성 성분의 하나로서 글리세린이 가장 효과적이나 경우에 따라서는 PVA 또는 셀루로스의 첨가로도 대체 사용이 가능하다.
기존의 발포유리비드 제조를 위해 제안된 공정에서는 발포제와 성형결합제를 별도로 사용하며 본 발명에서와 같이 발포체와 성형결합제를 혼합하며 액상화한 "액상 발포성형 복합제" 사례는 없다.
기존 제안된 공정에서 가장 범용으로 사용하는 발포조제는 탄소를 기반으로 한 것이다. 또한 탄소 외에도 추가적인 발포제로서 석회석, 석화(굴), 탄산칼슘, 탄산나트륨, 톱밥, 목분 또는 황산염 등을 사용하고 있다. 탄소를 기반으로 하는 고상의 발포조제는 사용 시 화재발생의 위험성, 그리고 성형체 제조 시 혼합으로 인한 심각한 분진 발생 등 작업 시 심각한 환경적인 문제를 가지고 있다. 그리고 추가적인 탄산칼슘 등의 탄산염 또는 황산염은 발포 시 기체 발생을 통해 발포공정에 효과를 기대할 수 있으나 기체 발생 후 남게 되는 금속 성분은 산화물의 형태로 그대로 유리질 속에 남게 되어 종국에는 발포유리비드의 밀도 증가에 기여하게 된다. 이러한 단점을 극복하기 위해 유기계 결합제로서 메틸셀룰로스(methyl cellulose) 또는 폴리비닐알코올(PVA)을 사용하기도 한다.
또한 발포유리비드 제조를 위한 구상 성형체 형성을 위해 성형결합제로서 제안된 것은 고체 분말상의 카오린, 전분, 현무암, 벤토나이트, 점토 등 이들 중의 적어도 어느 하나를 사용하며, 추가첨가제로서 물유리, 또는 붕사를 사용하기도 한다. 그러나 선행 기술의 경우 물유리는 높은 점성으로 인해 오히려 미세한 유리분말상의 균일한 혼합을 유도하기가 매우 어렵기 때문에 오히려 분말상의 결합제보다 사용이 불편하다. 그리고 고체 분말상을 성형 결합제로 사용하는 경우도 분산 효과가 낮아 성형 결합 전에 유리 분말에 충분히 혼합을 시켜야 하므로 성형 작업 중 심각한 분진 발생으로 불편함을 초래한다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 기존의 발포제 및 성형결합제의 문제점을 극복할 수 있는 방안으로 종래 사용된 고상의 발포제 및 성형 결합제를 사용하지 않고 1회 첨가사용으로 성형 결합 및 발포의 기능을 함께 할 수 있는 "액상 발포성형 복합제"를 고안하였다. 선행 기술의 경우 물유리는 높은 점성으로 인해 오히려 미세한 유리분말상의 균일한 혼합을 유도하기가 매우 어렵기 때문에 이러한 물유리의 결점을 극복하기 위해서 본 발명의 "액상 발포성형 복합제"의 구성성분의 하나인 액상 규산염((M2O·nSiO2·xH2O, 여기서 M= Na 또는 K, n은 2.5~4.8이고, x는 1.0~7.0이다)을 SiO2/M2O 의 몰비(Molar ratio) 2.5 이상인 것을 농도가 40~70중량 % 되게 물로 희석하여 사용한다.
여기에 발포제로서 기능을 발현토록 글리세린을 2 ~ 15 중량 % 되게 첨가하여 사용한다.
본 발명에서 바람직한 액상 규산염(M2O·nSiO2·xH2O)의 경우 SiO2/M2O 의 몰비(Molar ratio) 2.5 이상인 액상 규산염의 점도가 500 cps 이하로 조정되나 SiO2/M2O 의 몰비(Molar ratio) 2.5 미만인 경우 점도 1500 cps 까지 급격히 증가되어 고점성으로 분말과의 혼합이 용이하지 않게 되기 때문이다. 여기서 SiO2/M2O 의 몰비(Molar ratio) 2.5 미만인 규산염을 사용하는 경우 물의 첨가량을 늘리거나 규산염의 농도를 20중량 % 이하로 낮추는 것을 고려할 수 있으나, 이 경우 규산염의 농도를 낮추는 경우 결합력이 상대적으로 낮아 성형이 용이하지 않으며 또 성형 후 쉽게 성형체가 깨어진다. 그리고 수분의 함량을 높이는 경우는 성형 후 건조에 장시간이 소요되는 공정상의 문제를 발생하게 된다.
그러므로 본 발명에서의 "액상 발포성형 복합제"는 규산염 40 ~ 70 중량%, 글리세린 2 ~ 15 중량%, 물 10 ~ 30 중량%로 구성되게 하는 것이 바람직하다. 그리고 "액상 발포성형 복합제"로서 발포기능 성분은 상기한 바와 같이 글리세린의 사용이 가장 바람직하나 글리세린의 공급이 여의치 못한 경우 PVA, 셀루로스 등을 2 ~ 15중량%로 대체 사용할 수 있다.
발포화 기능제로 사용된 글리세린의 첨가량이 2 wt % 미만이면 발포기능이 약하며 15 wt%를 초과하는 경우 과발포화가 진행될 뿐 아니라 경제적인 의미가 없다. 특히 글리세린의 사용이 바람직한 이유는 규산염 결합제로 사용한 경우 규산염 자체가 본질적으로 유리의 특성을 지니고 있는바 성형체가 충격에 매우 취약하여 성형이 잘 이루어지더라고 쉽게 부서지는 치명적이 약점이 있다. 그러므로 본 발명에서 특히 글린세린을 사용하는 경우 PVA나 셀루로스를 사용하는 것에 비해 상대적으로 성형체의 탄성을 증가시켜 성형체의 깨어짐을 억제하는 효과를 부여하는 특별한 장점이 발현된다.
따라서 제 2-2 공정에서는 상기한 조성으로 준비된 "액상 발포성형 복합제"를 100㎛ 미만으로 미분쇄된 태양광 폐유리분말 100중량부에 대하여 30 ~ 50 중량부 되도록 가하여 유리분말과 "액상 발포성형 복합제"가 잘 혼합되고 버무려져 유리분말이 조립된 상태에 이르게 한다.
제2-3공정; 발포유리비드 제조용 원료분말을 구상의 입자로 성형 단계
상기 제2-2공정에서 준비된 버무린 상태의 조립화된 발포유리비드 제조용 원료분말을 디스크형 성형기에서 원하는 크기의 직경을 갖는 구상체로 성형하는 단계이다.
보다 구체적으로 상기 발포 성형 복합제가 혼합된 버무린 상태의 발포유리비드 제조용 원료분말을 디스크형 조립 성형기에서 계획하는 크기의 입자로 1차 성형체를 만들고 이 성형체의 강도를 향상시키기 위해서 개질기에서 성형체의 강도를 향상시킨 다음 규격에 맞지 않는 성형체는 해쇄기로 회송하여 분쇄한 다음 다시 개질기로 도입하는 일련의 일관된 성형체 제조 단계임을 특징으로 한다.
제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 발포화하는 소성 공정 단계
상기 구상으로 성형된 성형체를 소성 발포화하는 단계로서 이는 300 ~ 1000℃의 온도 구배를 갖는 로타리 킬른에서 이루어지는 성형체의 건조 예열, 발포화 및 발포체의 안정화 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
특히 발포유리비드 제조의 핵심단계인 발포화 단계는 유리의 융점 이상에서 진행되는 바 유리질 성형체의 상호간 융착이 일어나므로 성형체 입자상호간 용착하는 것을 방지하기 위하여 발포화 단계에는 적절한 이형제를 투입하는 것이 바람직하다.
상기 이형제는 최소한 950℃ 이상의 융점을 갖거나 또는 분해되지 않는 분말상의 물질이면 모두 사용이 가능하다. 또한 유리의 표면특성이 알칼리성을 갖고 있는 시멘트와의 사용을 위해 중성이면 더욱 바람직하다. 상기 가능한 이형제로서는 퍼라이트(perlite), 철광석, 플라이 애시(Fly ash), 혈암, 규조토 및 제올라이트판, 및 카오린으로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 복합적으로 사용할 수 있다.
상기 이형제는 외부에서 Ton Bag으로 구매 반입하고 Hoist 301를 이용하여 이형제 Tank 302에 투입 보관하여 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 입자 크기 100㎛ 이하의 크기로 미분쇄된 카오린 분말을 성형체 중량 기준 5~10%로 사용하는 것이 바람직하나, 카오린으로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 소성에 사용되는 소성로는 에너지 효율과 최적의 소성조건 관리를 위하여 전기 히터 방식의 외열식 Rotary Kiln 방식으로 하고, 소성발포 온도와 Kiln 내부에서의 정체시간 즉 열처리(소성)시간 조정이 가능한 소성로임을 특징으로 한다.
이 경우 건조과정을 위한 별도의 로타리 킬른 및 발포화을 위한 로타리 킬른의 2대를 연결하여 진행할 수도 있으며 1대의 로타리 킬른으로 온도구배를 조정하여 도입부 건조와 중반부에서 발포 이후 안정화로 진행할 수 도 있다.
제2-5공정: 발포체의 서냉 및 표면처리하여 발포유리비드를 얻는 단계
상기 발포 소성되어 얻어진 구상의 발포체를 서냉 열처리하여 발포과정에서 생긴 열충격 및 열변형을 제거하여 얻어지는 발포유리비드의 기계적 강도를 증대시키며 또한 발포체의 표면처리를 통해 발포체의 융착 억제를 위해 도입된 이형제를 회수하는 것을 특징으로 하는 발포유리비드 제조를 위한 최종단계이다.
소성 로타리 Kiln 출구에서의 급냉 방지를 위하여 소성 로타리 Kiln과 서냉을 위한 서냉로를 최대한 가깝게 직접 투입이 가능한 구조로 하고, 냉각기에서의 냉각을 입구부에서는 표피냉각을 위해 500~550℃로 급냉시키고, 이후 서냉로에서 중간 부분에서는 내부까지의 동일 냉각조건을 주기 위하여 40~50℃까지 서냉시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 발포 소성시 사용된 이형제의 회수를 위하여 이형제 분리회수를 위한 Screen을 냉각기 출구부에 설치하는 것을 특징으로 하며, 이형제를 제거한 최종 제품은 제품 보관장에 설치된 제품 Screen 으로 이송함으로써 제조된 발포유리비드 최종 제품이 용도별 소, 중, 대의 크기로 생산되며 폐 태양광 패널 중량의 60~79%을 차지하는 유리질 성분의 재활용은 물론 폐 태양광 패널의 자원화를 위한 성공적인 전 순환시스템이 구축된다.
본 실시 예는 발포유리비드로 제조하는 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 환경 친화적인 태양광 패널의 자원화 시스템을 조업 운영하는 실시 예에 대한 것으로 이 조업의 실시 예는 본 발명의 범위를 국한 하는 것이 아니다. 상기한 바와 같이 운용 조업 실시되는 이 태양광 패널 자원화 시스템은 폐 태양광 패널로부터 유리의 발포화를 위해 우선적으로 유리를 회수하는 과정이 진행되고 이어 회수된 폐 유리를 발포화시켜 발포유리비드를 생산하는 단계로 진행 실시된다.
< 실시예 1>
1. 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분의 분리 및 회수 공정
제1-1공정: 태양광 패널 수거 및 유리질 분리를 위한 알루미늄 프레임 분리 해체단계
수거된 폐 태양광 패널은 강화유리와 백시트 사이에 다수의 태양전지 셀을 위치시키고, 셀이 매립되도록 EVA를 충진하여 압착된 상태를 알루미늄 프레임으로 지지되도록 형성되어 있다.
이와 같이 된 폐 태양광 패널을 파쇄하기 위해서는 구성품을 지지하고 있는 알루미늄 프레임 및 junction box를 먼저 분리시켰다.
상기 알루미늄 프레임은 프레임 분리기에 의해 분리되며 분리 시 알루미늄 프레임의 사면에 걸림 장치가 걸리도록 하여 유압 또는 기타 동력장치에 의해 당겨지도록 하여 폐 태양광 패널로부터 알루미늄 프레임이 분리되도록 하였다.
본 공정에서 실시되는 알루미늄 프레임의 프레임 분리기는 어느 하나를 특별히 한정하는 것이 아니고 여러 종의 프레임 분리기 중 어느 하나를 선택하여 실시할 수 있다.
제1-2공정: 1차 파쇄 및 1차 사이즈 선별단계
본 공정은 폐 태양광 패널을 화학물질, 열 등 고온에너지, 용매로 처리하는 것이 아니라 건식 분리방업으로서 파쇄기(12)로 파쇄하여 재료를 각각 분리할 수 있도록 하는 전처리 단계이다. 상기 제1공정에서 알루미늄 프레임을 프레임분리기(11)에서 분리하면 알루미늄 프레임에 의해 고정되고 있던 강화유리와 백시트, 태양전지 셀, 셀을 매립 고정시킨 EVA가 분리되는데 이때 알루미늄 프레임을 제외한 모든 구성품을 파쇄기(12)로 파쇄한다. 상기 본 발명의 파쇄기(12)는 이중 롤구조로 투입물을 원활하게 파쇄할 수 있도록 한 것으로 폐 태양광 패널의 알루미늄 프레임을 제외한 모든 구성품을 파쇄할 수 있는 것을 특징으로 한다.
따라서 알루미늄 프레임을 제외한 파쇄되지 않은 백시트 및 케이블 등은 단축파쇄기(16)로 바로 이송되고, 강화유리와 셀 및 EVA, 금속류 등은 파쇄기(12)로 1차 파쇄한 후 1차 사이즈 선별기(13)에 의해 10㎜ 미만인 소형 폐기물은 소형물질 선별시스템(20)의 자석벨트(21)로 이송되고, 20㎜ 초과의 대형폐기물은 단축파쇄기(16)로 이송되며, 10㎜∼20㎜ 사이의 파쇄물은 1차 광학선별기(14)로 이송된다. 상기 단축파쇄기(16)는 로터에 칼날을 부착하여 로터의 칼날로 투입물을 파쇄할 수 있도록 한 것으로 강력한 트윈 기어박스 드라이브와 2단 유압 퓨셔가 장착되어 처리 효율을 극대화한 것이다.
제1-3공정 : 분리된 유리질 파쇄물로 부터 광학선별기로 유리질을 얻는 단계
상기 1차 사이즈 선별기(13)에서 선별된 10㎜∼20㎜ 사이의 파쇄물은 1차 광학선별기(14)에서 유리와 이물질로 분리 선별되어 유리파쇄물은 2차 광학선별기(15)로 이송되고 유리와 분리된 이물질은 소형물질선별시스템의 3차 사이즈 선별기(23)로 이송된다.
이때 1차 광학선별기(14)에서 선별된 유리는 다시 1차광학선별기로 리턴되어 재차 선별된 후 2차 광학선별기로 이송되고, 유리가 없는 이물질은 소형 물질선별시스템(20)의 3차 사이즈 선별기(23)로 이송된다. 상기 1차, 2차 광학선별기(14)(15)는 케메라 센서를 기반으로 다양한 종류의 유리를 빠르게 인식하여 정확하게 선별하고, 기계 내부에 설치된 카메라로 선별대상물질을 구분한 뒤 공기로 밀어내는 선별방식이다.
상기 2차 광학선별기로 이송된 유리 파쇄물은 별도의 수거 용기로 모아지고, 유리가 붙은 이물질은 일측의 해머밀 파쇄기(17)로 이송된다
또한 1차 광학선별기(14)에서 선별된 유리는 다시 2차 광학선별기(15)를 통과한 후 유리수집 용기로 수거된다. 얻어진 유리 파쇄물은 도 4의 (a)와 같은 것이다.
제1-4공정 : 사이즈 선별공정에서 분리된 대형폐기물로부터 실리콘 및 유리분을 선별하는 단계
상기 1-2공정의 1차 사이즈 선별공정에서 분리된 20㎜ 이상의 대형 폐기물로부터 실리콘 및 미분 유리를 선별하는 단계로, 파쇄기(12)에서 1차 파쇄되기 전 선분리된 백시트, 프라스틱류, 케이블과 1차 사이즈 선별기(14)에서 선별된 20㎜ 이상의 대형 폐기물은 단축파쇄기(16)로 파쇄한다.
상기 단축파쇄기(16)에서 파쇄된 파쇄물과 상기 2차 광학선별기(15)에서 선별된 유리가 붙은 이물질은 헤머밀 파쇄기(17)로 이송되어 파쇄된다. 상기 헤머밀 파쇄기(17)는 내부에 회전하는 헤머를 이용하여 투입물에 충격을 가하여 파쇄하는 방식을 특징으로 한다.
상기 헤머밀 파쇄기(17)에서 파쇄된 파쇄물은 2차 사이즈 선별기(18)에서 실리콘 등의 10㎜ 초과의 폐기물과 2㎜ 미만 파쇄물은 선별하여 별도의 수거함으로 이송되고, 2㎜∼10㎜의 파쇄물은 잔재물질처리시스템(30)의 볼밀파쇄기(31)로 이송된다.
상기 2차 사이즈 선별기(18)에서 10㎜ 초과의 폐기물과 2㎜ 미만 파쇄물은 분리수거한 다음, 2㎜∼10㎜의 파쇄물은 잔재물처리시스템(30)의 볼밀파쇄기(31)에서 파쇄한다.
상기 2차 사이즈 선별기(18)에서 선별된 실리콘 등의 10㎜ 초과 파쇄물은 대부분 실리콘과 플라스틱 폐기물이며, 2㎜ 미만 파쇄물은 미세한 합성수지류의 미세한 분말이므로 소각장에서 환경오염 없이 소각할 수 있으며, 10㎜ 초과의 실리콘류 및 플라스틱류는 합성수지 재생원료로 사용할 수 있다. 얻어진 실리콘류 및 플라스틱류는 도 4의 (d)와 같은 것이다.
제1-5공정: 고철과 비철금속 분리 회수 및 유리분을 선별하는 단계
상기 1차 사이즈 선별기(13)에서 선별된 10㎜ 미만 폐기물은, 1차 사이즈 선별기(13)와 연결된 소형물질선별시스템(20)의 자석벨트(21)에서 고철을 선별하고 나머지 폐기물은 와류선별기(22)로 이송된다. 상기 본 발명의 자석벨트(21)는 영구자석을 활용하여 고철 등을 선별하는 벨트형 자력선별기이다.
상기 와류선별기(22)는 자석벨트(21)에서 고철을 분리한 나머지 파쇄물 중에서 비철금속과 그외 이물질을 분리한다. 본 발명의 와류선별기(22)는 편심 와류기술을 통해 작고 가벼운 비철금속(구리, 알루미늄)을 선별하는 것으로 각도조절이 가능한 강력한 자석이 장착되어 있어 선별 범위를 보다 넓게 할 수 있는 것을 특징으로 한다. 도 4의 (C)는 이 과정단계에서 얻어지는 비철금속류의 집합물이다.
상기 와류선별기(22)에서 비철금속이 선별되고 남은 파쇄물은 일측의 1차 광학선별기(14)에서 유입된 이물질과 함께 3차 사이즈 선별기(23)에서 미분파쇄물이 선별 수거되고, 나머지 10㎜ 미만의 파쇄물은 비중선별기(24)를 통과면서 5㎜ 이상의 중량물과 5㎜ 미만의 경량물 파쇄물로 분리선별되어 회수된다. 이 과정단계에서 얻어지는 5mm이상 중량물은 거의 대부분이 유리질로서 도 4의 (b)와 같은 것이다.
이와 같이 재료별로 선변된 파쇄물은 재활용할 수 있도록 함으로 자원화는 물론 폐기처리에 의한 환경 오염을 방지할 수 있게 된다.
제1-6공정: 잔재물 처리 및 회수된 전체 유리성분을 수집 저장하는 단계
본 공정은 단축파쇄기(16)에서 파쇄된 파쇄물을 헤머밀 파쇄기(17)로 다시 한번 파쇄한 후 2차 사이즈 선별기(18)에서 선별 이송된 2㎜~10㎜의 파쇄물을 잔재물처리시스템(30)의 볼밀파쇄기(31)로 이송하여 파쇄 한다. 상기 볼밀 파쇄기(31)는 알루미늄재질의 투입물을 내부의 강한 힘으로 공처럼 파쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기 볼밀파쇄기(31)에서 파쇄된 파쇄물은 4차 사이즈 선별기(32)에서 10㎜ 이하의 파쇄물을 비중선별기(33)를 통과하면서 5㎜이상의 중량물과 5㎜ 미만의 경량물로 분리 선별하여 회수된다.
본 발명의 1차, 2차, 3차, 4차 사이즈 선별기(13)(18)(23)(32)는 투입물의 사이즈 차이를 이용하여 선별할 수 있도록 한 것이다.
상기 사이즈 선별기는 스크린매트의 분리된 움직임을 통하여 투입물을 효과적으로 선별하고, 스크린의 홀 사이즈를 변경하여 다양한 결과물을 얻을 수 있다.
본 발명의 비중선별기(24)(33)는 투입물의 비중차이를 이용하여 중량물과 경량물을 선별하고 테이블의 진동과 기울기, 풍량 등을 조절하여 비중에 따라 물질을 선별 하며 선별된 각 물질별로 수거 집합하고 특히 유리질 성분도 별도로 집합 회수한다.
2. 유리질 성분을 이용한 발포유리비드의 제조
본 발명의 이하의 공정은 다음 도 3에 나타낸 폐 패양광 패널 재활용 유리 기반의 발포유리비드 생산 공정 장치 배열도를 참조로 상세히 설명한다.
제2-1공정: 회수된 태양광 패널 폐 유리를 발포유리비드 제조용으로 미분화 및 저장 단계
본 공정은 상기 1-6)공정까지 이르기까지 폐 태양광 패널의 파쇄 및 선별, 회수 시스템에서 회수된 잔재물의 유리 (또는 필요시 회수되는 전체 유리 모두)를 저장탱크 (100)에 저장하여 미분쇄기(110)로 도입하기 위한 준비를 함으로써 진행된다.
상기 저장탱크(100)에 저장된 회수된 태양광 패널 유리를 미분쇄기(110)로 도입하여 전체 유리 90 중량부 이상이 입자 크기 100 마이크론 이하 되게 분쇄하고 분쇄장치 중의 Cyclon (111)과 백필터(112)를 거쳐 공기수송장치(113)에 의해 원료 저장 탱크(203)로 이송하고 발포유리비드 제조를 위한 원료유리로 보관 저장한다.
상기 미분쇄기(110)는 분쇄 및 자동 입도 선별까지 가능하고 분쇄효율이 뛰어난 Roller Mill Type의 미분쇄기를 사용한다. 그러나 이 형태의 미분쇄기를 제한하는 것이 아니며 다른 형태의 미분쇄기를 사용할 수 있다.
제2-2공정: 미분화된 태양광패널 유리분말에 "액상 발포성형 복합제"를 첨가하여 발포유리비드 제조용 원료혼합분말을 조립화하는 단계
먼저 발포유리비드의 생산에 적합하게 물로 희석 처방된 액상 규산소다(SiO2/M2O 의 몰비= 2.5인 것임)55 중량%, 글리세린 10 중량%, 물 35 중량% 조성을 기반으로 하는 액상의 "액상 발포성형 복합제"를 제조하여 Hoist 201을 이용하여 Binder Tank 202에 저장한다.
상기 원료 저장탱크(203)에 보관된 미분화된 원료유리 100중량부 기준, 설계된 액상의 "발포성형 복합제"를 40 중량부 되게 계량기(204)에서 계량하여 고속혼합기(205)에 투입하여 완전히 분산 혼합되도록 혼합 조립화 한 후 발포유리비드 성형체의 제작을 위한 혼합물 저장 탱크(207)에 저장한다.
상기 액상의 "액상 발포성형 복합제"는 외부로부터 규산소다를 1Ton tank로 반입하고 Hoist 201를 이용하여 물 및 글리세린을 혼합한 다음 Biner Tank 202에 투입 저장하여 사용한다. 도입되는 미분화된 원료유리 공급 속도에 ??추어 일정한 비율로 계량기 204로 1회 혼합할 양만큼 유리분말 100중량부 기준 40중량부되게 자동 계량하여 고속혼합기 205에 투입한다.
상기 혼합기는 주원료인 미분쇄된 태양광 패널 유리의 량에 비하여 소량의 발포조제 및 성형결합제 Binder를 짧은 시간에 완전히 혼합될 수 있도록 리본형의 날개와 별도의 고속분산기가 설치된 2중 혼합 방식을 사용하는 특수구조의 혼합기를 사용한다.
제2-3공정; 조립화된 발포유리비드 제조용 원료혼합분말을 구상의 입자로 성형하는 단계
상기 발포유리비드 성형체의 제작을 위한 혼합물 저장탱크(207)에 저장된 조립화된 혼합 원료는 저장 탱크 하부에 설치된 배출 Feeder에 의하여 성형기(208)에 일정량을 연속으로 공급한다.
이 공정은 성형기(208)에서 1차 성형한 성형물을 개질기(211)에서 2차로 개질 작업을 하는 공정이다. 1차로 성형된 성형물에 접착력과 강도향상을 위하여 일정 시간 성형 운동과 유사하나 외력을 가하여 입자를 완성하고, 개질기(211)의 출구부에서 적정 성형물과 큰입자를 동일공정기기에서 선별분리 하여 성형이 완성되는 것을 특징으로 한다.
상기 성형기에 공급된 원료유리 분말은 별도로 공급되는 액상 "발포성형 복합제" 또는 수분과 함께 혼합되면서 구형으로 성형물이 생산된다. 성형물은 목적에 따른 크기로 운전자가 기계를 조작 임의의 크기로 제조한다.
개질기(211)의 출구부에서 선별 후 적정 입자는 소성Kiln 투입Conveyor(214)를 이용하여 소성 Kiln(304)으로 보내고 적정 규격 이상의 성형체는 리턴 Conveyor(212)를 이용하여 1차성형물 이송 Conveyor(210) 중간 Conveyor상부에 설치되어있는 해쇄기(213)에 투입한다. 적정 규격 이상의 성형체는 해쇄기 (213)에서 작게 분쇄되어 성형물 이송 Conveyor (210)를 이용 성형물과 함께 개질기(211)에 재투입되어 지는 것을 특징으로 한다. 성형 불량품을 재순환 사용함으로서 성형능률향상과 공정손실을 최소화하는 일관 공정(System)이다.
상기 성형기는 성형 입도 관리가 쉽고 생산성이 높은 접시형 성형기를 사용하고 성형을 위한 액상 "발포성형 복합제" 또는 수분 공급과 성형기의 회전수를 운전자가 운전실에서 관찰하여 가면서 원격 조절할 수 있도록 한다. 성형기는 골재 특성상 작은 크기의 입자 생산을 주도하고 가동 중 정비를 고려하여 중형크기의 성형기로 2 Line을 설치 운영할 수 있다.
상기 해쇄기(213)는 별모양의 PinPlate를 여러 겹으로 한 Pim Hammer와 고정 핀을 갖는 특수형상의 파쇄기로서 강도가 약한 덩어리진 물건을 파쇄하는데 적합한 구조로 되어있다. 해쇄기 213에서 파쇄 분쇄된 분해물은 1차 성형물 이송 Conveyor(210)을 이용하여 1차 성형물과 함께 개질기(211)에 투입되어 성형물과 동일 형상과 개질을 동시에 이루어지게 하는 기능을 갖는 것을 특성으로 한다.
도 5 (a)는 상기의 실시 예를 통해 제조되어 소성로에 투입되기 직전의 성형체의 사진이다.
제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 발포유리비드로 발포화하는 소성 공정 단계
원료분말의 성형이 완성된 구상의 성형체를 Conveyor(214)를 이용하여 450 ~ 950oC의 온도 범위로 조절된 소성 키른에 도입하여 발포화를 시키는 공정이다. 이 공정은 유리의 융점보다 높은 고온에서 진행되는 바 유리질인 성형체의 융착은 필연적으로 진행된다. 그러므로 소성 중 성형체 입자상호간 용착하는 것을 방지하기 위하여 소성 Kiln 투입 Conveyor(214)중간 부분에 이형제를 적정량 투입하여 소성Kiln (304)에는 성형체와 이형제가 반드시 함께 투입되는 것을 특징으로 하는 단계이다.
상기 이형제는 외부에서 Ton Bag으로 구매 반입하고 Hoist 301를 이용하여 이형제 Tank 302에 투입 보관하여 사용한다. 본 실시 예에서는 입자 크기 100마이크론 이하의 크기로 미분쇄된 카오린 분말을 성형체 중량기준 5 wt %로 사용하였다.
상기 이형제는 이형제 공급(Feeder 303)를 이용하여 소성 Kiln 투입 Conveyor 중간부에서 투입하고 이형제가 성형물 상부에 고루고루 살포하기 위하여 이형제 공급 Feeder(303)의 선단부에 다공판의 경사형 Feeder 구조로 하여 이형제가 Conveyor가 진행하는 중에 Conveyer 상면에 넓게 고루고루 산포 될 수 있도록 하는 구조적 특징을 갖는다.
상기 소성 로타리 Kiln(304)은 가열을 위한 열공급원으로 GAS나 Oil을 사용할 경우도 가능하나, 본 실시 예에서는 연소 GAS에 의한 영향과 배기 폐열로 인한 열손실을 방지하고 최적의 소성조건 관리를 위하여 전기 Heater 방식의 외열식 Rotary Kiln 방식을 사용하였다. 그러나 이를 국한하는 것은 아니며 상황에 따라 화석연료를 연소하는 직접 방식의 Rotary Kiln도 사용가능 하다.
또한 본 실시 예에 사용된 전기 히터방식의 외열식 로타리 킬른은 가열필요면적에 비하여 짧은 소성 시간과 소성 중 성형물의 표면용융에 의한 용착(부착)현상을 예방하기 위하여 나팔관 형상의 본체(Shell)구조로 설계 하였다. 2차적으로는 본체의 회전수를 임의로 원격조정 할 수 있도록 하여 Kiln 내부의 소성물의 흐름에 변화를 주어 소성시간(열처리시간)을 조절할 수 있도록 하였다. 3차적으로 소성시간을 조정하기 위하여 기울기 조정장치을 설치하여 필요시 소성 Kiln(304) 전체의 기울기 각도를 조정할 수 있도록 하였다.
상기 외열식 로타리 킬른은 성형체가 킬른에 도입된 후 예열과정, 소성발포과정 및 안정화과정의 3개 zone으로 이동되며 공정이 진행에 따라 킬른 내의 온도분포가 450 ~ 950oC의 온도 범위에서 3개 zone으로 작동되는 특징을 갖는다. 또한 각 zone의 온도와 Kiln 내부에서의 정체시간 즉 열처리(소성)시간 조정이 가능하게 설계하였다. 이러한 특징을 갖는 발포화 소성용 로타리 킬른에서 진행된다.
소성 발포화된 성형체는 구상의 형태를 안정적으로 유지할 수 있도록 로타리 킬른 내의 마지막 단계 zone인 안정화 zone에서 급냉되어야 하며 이후 로타리 킬른의 출구로 토출되게 되며 열충격에 의한 발포체의 기계적 강도 등 품질변화를 예방하기 위하여 서냉하는 단계로 도입되게 된다.
제2-5공정: 발포체의 서냉 및 이형제의 탈리 등 표면처리하여 발포유리비드를 얻는 단계
상기 서냉 열처리는 최종 제품인 발포유리비드의 균열방지와 품질의 안전성을 향상시키기 위해 소성로타리 키른 출구에서 토출되는 발포체의 급냉을 방지하고 냉각속도를 조절하여 발포체의 열손상을 최소화하기 위하여 공정이다. 이는 소성 로타리키른 출구에서 토출되는 발포체를 냉각기(305)에 도입함으로써 진행된다.
상기 서냉을 위한 냉각기(305)는 서냉 열처리를 위하여 소성Kiln (304)과 최대한 가깝게 연결, 직접투입이 가능한 구조로 하고, 냉각기(305)에서의 냉각을 입구부에서는 표피냉각을 시키고, 중간 부분에서는 내부까지의 동일 냉각조건을 주기 위하여 서냉을 시키는 것을 특징으로 진행하였다.
상기 냉각기(305)는 냉각기(305)의 입구부 2~3m 구간에서는 표면의 냉각을 유도하여 소성 로타리 킬른에 함께 투입한 이형제의 분리현상을 향상 시키고 중간 부분의 40~50% 구간은 단열보온을 하여 소성물의 내외부가 서서히 동시 냉각하도록 하여 제품의 균열방지와 품질의 안전성을 향상시키는 특성으로 진행하였다.
소성 중 용융부착 방지를 위하여 투입한 이형제는 냉각기(305)출구에 설치된 버켓 엘리베이터(306)을 이용하여 이형제회수 Tank(308) 상부에 있는 Screen(307)에 투입하여 Screen의 진동을 이용하여 입자 외부에 묻어있는 이형제를 분리시킨 후 이형제 회수Tank (308)에 투입하여 저장한다. 여기서 버켓 엘리베디터를 이용하는 것은 발포소성체의 기계적 외력에 의한 손상을 막기 위함이다.
상기 Screen(307)은 소성시 함께 투입하였던 이형제를 분리하여 이형제 회수Tank (308)에 투입하고 제품만 제품 이송Conveyor(309)을 이용 제품 보관장으로 이송한다. 이송된 제품은 보관장에 설치된 Screen 310을 이용하여 크기를 소, 중, 대로 선별하여 출하할 수 있게 진행하였다.
이상의 실시 예를 통해 도 5 (b)에 제시된 바와 같이 최대 크기 평균 직경 10mm 미만의 제조된 발포유리비드를 얻으며, 도 5 (c)는 이렇게 제조된 발포유리비드의 단면을 관찰한 사진으로 독립된 기포가 균일하게 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 상기한 실시과정을 통해 얻어진 발포유리비드의 평균 밀도는 0.17 ~ 0.28 g/cm3 값을 갖는 것으로 확인되었다.
10: 폐 태양광 패널 11: 프레임 분리기
12: 파쇄기 13: 1차 사이즈 선별기
14: 1차 광학선별기 15: 2차 광학선별기
16: 단축파쇄기 17: 헤머밀 파쇄기
18: 2차 사이즈 선별기 20: 소형물질선별시스템
21: 자석벨트 22: 와류선별기
23: 3차 사이즈 선별기 24, 33: 비중선별기
30: 잔재물처리시스템 31: 볼밀파쇄기
32: 4차 사이즈 선별기
101: 회수된 폐 태양광패널 유리 저장탱크 및 미분쇄기투입 호퍼
110: 미분쇄기 111: Cyclon
112: Bag Filter 113: 공기수송장치
201: Hoist 202: Binder Tank
203: 원료 Tank 204: 계량기
205: 고속혼합기 206 : 혼합물 배출 Conveyor
207 : 혼합물 저장 Tank 208: 접시형 성형기
209: 성형기 배출 Conveyor 210: 1차 성형물 이동 Conveyor
211: 개질기 212: over sign 리턴 Conveyor
213: 해쇄기 214: 소성 Kiln 통합 Conveyor
301: Hoist 302: 이형제 Tank
303: 공급 Feeder 304: 소성 Kiln
305: 냉각기 306: 버켓 엘리베이터
307: Screen 308: 이형제회수Tank
309: 제품이동 Conveyor 310: 제품 Screen

Claims (14)

  1. 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정, 및
    상기 분리·회수된 유리질 성분을 원료로 사용하여 발포유리비드를 생산하는 공정을 포함하는 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐 태양광 패널로부터 유리질 성분을 분리·회수하는 공정은:
    제1-1공정: 폐 태양광 패널로부터 알루미늄 프레임을 분리·해체시키는 단계,
    제1-2공정: 상기 알루미늄 프레임이 분리된 폐 태양광 패널을 1차 파쇄 및 1차 크기별로 유리질 성분을 선별하는 단계,
    제1-3공정: 1차 및 2차 광학선별기로 유리와 기타 이물질을 분리하는 단계,
    제1-4공정: 상기 1-2공정의 1차 크기별로 유리질 성분의 선별하는 단계에서 분리된 20㎜ 초과의 대형 파쇄물로부터 실리콘 및 미분 유리를 선별하는 단계,
    제1-5공정: 상기 1-2공정의 1차 크기별로 유리질 성분의 선별하는 단계에서 분리된 10㎜ 미만의 소형 파쇄물로부터 고철과 비철금속 분리 및 미분 유리분을 선별하는 단계, 및
    제1-6공정: 잔재물 처리 및 회수된 유리성분을 수집 저장하는 단계를 포함하는 것인 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서
    상기 분리 회수된 유리질 성분을 원료로 사용하여 발포유리비드를 생산하는 공정
    제2-1공정: 회수된 태양광 패널 유리의 미분쇄 및 저장 단계,
    제2-2공정: 상기 미분쇄된 태양광 패널 유리에 액상 발포성형 복합제를 첨가하여 발포유리비드 제조용 원료혼합분말을 조립화하는 단계,
    제2-3공정: 발포유리비드 제조용 원료분말을 구상의 입자로 성형 단계,
    제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 구상의 형태를 유지하면서 발포화시켜 발포체로 소성시키는 단계
    제2-5공정: 발포체의 서냉 및 표면처리하여 발포유리비드를 얻는 단계를 포함하는 것인 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2-1공정: 회수된 태양광 패널 유리의 미분쇄 및 저장 단계에서 회수된 태양광 패널 유리의 90중량% 이상을 입자 크기 100 마이크론 이하 되게 미분쇄하는 것인 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2-2공정의 액상 발포성형 복합제는 발포유리비드 제조 시 유리의 발포화제 및 유리 분말을 성형체로 성형하는 성형결합제로서 두 가지 기능을 발현하는 액상의 복합조제로서,
    액상 규산염(M2O·nSiO2·xH2O, 여기서 M= Na 또는 K이고, n은 2.5~4.8이고, x는 1.0~7.0이다) 40~70중량%, 글리세린 2~15 중량%, 및 물 10~30중량%의 조성으로 이루어진 것인 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액상 발포성형 복합제에 포함되는 액상 규산염은 SiO2/M2O의 몰비(Molar ratio)가 2.5 이상인 것인 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 액상 발포성형 복합제에 포함되는 글리세린은 PVA 또는 셀루로스로 대체할 수 있는 것인 제조방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2-3공정: 발포유리비드 제조용 원료분말을 구상의 입자로 성형 단계는 발포유리비드 제조용 원료분말을 접시형 성형기에서 1차 성형한 구상 성형체로서,
    상기 접시형 성형기의 출구부에서 규격에 맞지 않는 성형체는 리턴 컨베이어를 통해 파쇄기에서 파쇄시킨 후 다시 접시형 성형기로 보내어 성형불량품을 재순환 사용하는 것인 제조방법.
  9. 제 3 항에 있어서
    상기 제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 발포유리비드로 발포화하는 소성 단계는 성형공정을 통해 완성된 성형체를 건조, 예열, 소성발포화시키는 단계로서,
    소성로의 온도구배 분포는 300~1000℃의 범위에서 조절 작동되는 로타리 키른을 사용하는 것인 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서
    상기 로타리 키른은 전기 히터(Heater)를 사용한 외부 가열 방식으로 된 것인 제조방법.
  11. 제 3 항에 있어서
    상기 제2-4공정: 구상으로 성형된 성형체를 발포체로 발포화하는 소성 단계에서는 소성 발포화 과정 중 성형체의 융착을 방지하기 위하여 비알칼리성 이형제를 함께 투입시키는 것인 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서
    상기 로타리 키른은 그 소성 키른(Kiln) 본체의 형상이 나팔관 구조를 가짐으로써 구상으로 성형된 성형체의 소성 중 이동을 원활히 하고, 소성시간의 조정을 위한 본체의 회전수와 기울기 각도를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서
    상기 로타리 키른은 소성 키른(Kiln) 가열실 본체 2개소의 온도를 감지하여 자동으로 전기 히터의 전류를 조절하여 로타리 키른이 일정한 온도로 유지되도록 하는 것인 제조방법.
  14. 제 3 항에 있어서
    상기 제2-5공정: 발포체의 서냉 및 표면 처리하여 발포유리비드를 얻는 단계는 소성 키른(Kiln)과 서냉 냉각기를 단열 슈트로 직접 투입이 가능한 구조로 연결하여 기계적 물성을 강화시키고 발포 시 생성되는 열응력을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
KR1020210180586A 2021-12-16 2021-12-16 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법 KR20230091459A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210180586A KR20230091459A (ko) 2021-12-16 2021-12-16 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210180586A KR20230091459A (ko) 2021-12-16 2021-12-16 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230091459A true KR20230091459A (ko) 2023-06-23

Family

ID=86993688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210180586A KR20230091459A (ko) 2021-12-16 2021-12-16 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230091459A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102705115B1 (ko) * 2023-09-25 2024-09-12 주식회사 상산쎄라믹 폐 태양광 유리 분말 및 페라이트 슬러지 혼합물을 포함하는 점토 벽돌 및 이의 제조 방법
US12103887B1 (en) 2023-08-21 2024-10-01 Revitri, LLC Foamed glass beads and process of making same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101110265B1 (ko) 2009-09-21 2012-02-15 설용건 폐 액정표시장치 유리를 발포화하여 저열팽창성 고강도를 지닌 발포체를 제조하는 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 저열팽창성 고강도의 발포체
KR101438661B1 (ko) 2012-12-05 2014-09-12 주식회사 원진 발포유리 제조용 성형체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 발포유리의 제조 방법
KR101986837B1 (ko) 2017-09-26 2019-06-10 (주)대은 태양광 폐모듈 자원화 시스템
KR102069187B1 (ko) 2015-09-09 2020-01-22 강릉원주대학교산학협력단 과립형 발포유리 및 발포유리 코팅층의 형성 방법 및 이를 이용한 불연성 단열재

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101110265B1 (ko) 2009-09-21 2012-02-15 설용건 폐 액정표시장치 유리를 발포화하여 저열팽창성 고강도를 지닌 발포체를 제조하는 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 저열팽창성 고강도의 발포체
KR101438661B1 (ko) 2012-12-05 2014-09-12 주식회사 원진 발포유리 제조용 성형체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 발포유리의 제조 방법
KR102069187B1 (ko) 2015-09-09 2020-01-22 강릉원주대학교산학협력단 과립형 발포유리 및 발포유리 코팅층의 형성 방법 및 이를 이용한 불연성 단열재
KR101986837B1 (ko) 2017-09-26 2019-06-10 (주)대은 태양광 폐모듈 자원화 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12103887B1 (en) 2023-08-21 2024-10-01 Revitri, LLC Foamed glass beads and process of making same
KR102705115B1 (ko) * 2023-09-25 2024-09-12 주식회사 상산쎄라믹 폐 태양광 유리 분말 및 페라이트 슬러지 혼합물을 포함하는 점토 벽돌 및 이의 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230091459A (ko) 폐 태양광 패널의 자원화 시스템을 이용한 발포유리비드의 제조방법
CN103769287B (zh) 生活垃圾焚烧炉渣破碎、分选及再利用工艺
CN106414360A (zh) 通过使用细砂(fS/FSa)和/或圆砂形式的砂作为起始物料的热处理来生产人工压碎砂的方法和装置
KR20130060708A (ko) 태양광 발전 폐설비 재활용 방법
CN104962744A (zh) 一种废弃crt锥玻璃脱铅无害化制备玻璃微珠的方法
CN102775130A (zh) 一种用生活垃圾焚烧飞灰与磷矿尾矿制成的烧结砖及其制备方法
CN102850064A (zh) 一种钢包用后废铝镁碳砖及铝尖晶石碳砖的回收工艺
CN113891945A (zh) 生产聚合物产品的方法
CN102303381A (zh) 一种用于垃圾塑料的免水洗回收方法及专用设备
JP2002087857A (ja) 再資源化骨材の製造方法
JP2015189023A (ja) 廃プラスチック粉砕物の製造方法
KR20140033936A (ko) 폐 스티로폼을 폴리스티렌 잉곳 펠릿 또는 발포성 잉곳 펠릿으로 재생하는 폐 스티로폼 재생 방법 및 장치 그리고 그 잉곳 펠릿
KR20190115605A (ko) 고주파히팅부를 구비한 이종수지 재생장치와 이를 이용한 재생방법
JP3074624B1 (ja) ガラス廃材利用材の製造方法
FR3105975A1 (fr) Élaboration de matériaux céramique fabriqués à partir de déchets réfractaires pour applications de stockage d’énergie thermique à température élevée
KR101110265B1 (ko) 폐 액정표시장치 유리를 발포화하여 저열팽창성 고강도를 지닌 발포체를 제조하는 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 저열팽창성 고강도의 발포체
RU2162825C2 (ru) Способ изготовления гранулированного пеностекла из стеклобоя
JP4724521B2 (ja) 化学原料用廃棄プラスチック粒状化物の成形方法
JP3745618B2 (ja) 化学原料用廃棄プラスチック粒状化物の成形方法
CN216337329U (zh) 大修渣灰回收装置
CN106430982A (zh) 一种微晶玻璃材料的再生利用方法
Pandey et al. Preparation and characterization of high-strength insulating porous bricks by reusing coal mine overburden waste, red mud and rice husk
CN110252779B (zh) 一种利用矿化垃圾进行木塑板材一体化生产的工艺
CN211941585U (zh) 一种高效利用沉水片料的改性塑料造粒系统
CN108483925B (zh) 一种综合利用城市固废高效制备高强韧微晶玻璃的方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right