KR20240055803A - 폐 모래의 재생 - Google Patents

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KR20240055803A
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유까 니에미넨
또니 베신
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리샌드 오와이
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Abstract

벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래의 재생 방법으로서, 상기 폐 모래를 열처리하여 상기 폐 모래 내의 벤토나이트 결합제로부터 탄소 및 흡수 수분을 제거하는 단계; 열처리된 상기 폐 모래를 기계적으로 처리하여 상기 벤토나이트 결합제로부터 모래를 기계적으로 분리하는 단계; 및 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래에 냉각 효과를 부여하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 또한, 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래의 재생 장치; 건축 산업 제품용 모래, 주물사 또는 발전소 보일러 모래; 재생된 모래의 건축 산업 제품, 주물사 또는 발전소 보일러 모래에서의 사용이 개시된다.

Description

폐 모래의 재생
본 발명은 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래의 재생 (reclamation) 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 기술의 방법에서, 주조 공장에서 사용되는 모래와 같은 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래는 보일러의 노의 바닥 부분으로부터 위쪽으로 강력한 공기 스트림이 공급되는 소위 유동층 보일러를 사용함으로써 열적으로 재생되었다. 공기 스트림으로 인해 폐 모래가 세정되고 재 및 가열에 사용되는 연료가 보일러의 노에 떠다니게 된다.
폐 모래 재생의 이점은 버진 (virgin) 자연 모래에 대한 필요성이 감소될 수 있다는 것이다. 그러나, 설명된 유동층 보일러-기반 재생 공정의 단점은, 각각의 세정된, 재생된 모래의 톤(ton)당 느린 공정, 높은 작동 비용, 및 높은 낭비이다.
생태적 의미에서 살펴볼 때, 버진 자연 모래의 필요를 더욱 줄이고, 재생 공정에서 사용되는 에너지의 소비를 줄일 수 있도록 재생 공정을 개발하는 것은 가치가 있을 것이다.
본 발명의 목적은 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래의 재생을 위한 새로운 방법 및 장치와, 건축 산업 제품 또는 주물사로서 재사용 가능한 청정 모래를 제공하는 것이다.
본 발명은 독립 청구항들의 구성들을 특징으로 한다.
본 발명은 모래를 재생하여 추가로 사용하도록 하기 위해 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래에 적용하는 열처리 효과와 기계적 처리 효과를 조합하는 아이디어에 기초한다.
본 발명의 이점은 세정되고 재생된 모래의 감소된 에너지 소비 및 증가된 수율이다.
본 발명의 일부 실시형태들은 종속 청구항들에 개시되어 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시형태들에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래 재생 장치의 일 실시형태의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 도 1 의 장치의 일부의 단부도를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 도 1 의 장치의 일부를 부분적으로 절개하여 본 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 도 1 의 장치의 일부를 부분적으로 절개하여 본 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 5 는 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래 재생 방법의 일 실시형태를 개략적으로 도시한다.
명확성을 위해, 도면들은 본 발명의 일부 실시형태들을 간소화된 방식으로 보여준다. 도면에서 유사한 도면 부호들은 유사한 요소들을 지칭한다.
도 1 은 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래 재생 장치(1)의 일 실시형태의 측면도를 개략적으로 도시한다. 따라서, 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래는 모래 알갱이로 이루어지고 모래 알갱이의 표면 상에 벤토나이트 결합제의 층이 형성된다. 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래는 예를 들어 주조에 사용된 주조 공장으로부터, 또는 유동층 보일러에서 베드 재료로서 사용된 발전소로부터 기원할 수 있다.
장치(1)는 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래를 열처리하여 폐 모래 내의 벤토나이트 결합제로부터 탄소 및 흡수 수분을 제거하기 위해 가열되는 회전가능 오븐(2)을 포함한다. 도 2 는 도 1 의 오븐(2)의 단부도를 개략적으로 도시한다. 오븐(2)은 적어도 하나의 회전 모터(3)에 의해, 예컨대 참조 부호 RD로 표시된 화살표에 의해 도 2 에 도시된 회전 방향으로 회전하도록 배치된다.
회전가능 오븐(2)은 대체로 원통형 형상을 갖고, 제 1 단부(2a) 및 제 1 단부(2a)에 대향하는 단부에 있는 제 2 단부(2b)를 포함하며, 오븐(2)의 제 1 단부(2a)와 제 2 단부(2b) 사이의 방향은 오븐(2)의 길이 방향을 한정한다. 오븐(2)은 제 1 단부(2a)로부터 제 2 단부(2b)를 향해 도 1 의 실시형태에서 그 길이 방향으로 오븐(2)의 실질적으로 중간 부분까지 연장되는 제 1 단부 부분(2a')을 포함하고, 따라서 제 1 단부 부분(2a')은 또한 오븐(2)의 제 1 단부(2a)를 포함한다. 오븐(2)은 제 2 단부(2b)로부터 제 1 단부(2a)를 향해 도 1 의 실시형태에서 그 길이 방향으로 오븐(2)의 실질적으로 중간 부분까지 연장되는 제 2 단부 부분(2b')을 더 포함하고, 따라서 제 2 단부 부분(2b')은 또한 오븐(2)의 제 2 단부(2b)를 포함한다. 오븐(2)은, 제 1 단부(2a)에서 또는 제 1 단부 부분(2a')에서, 참조 부호 FWS-IN 으로 표시된 화살표로 도시된 바와 같이 오븐(2) 내로 폐 모래를 공급하기 위한 적어도 하나의 입구(4)를 갖고, 제 2 단부(2b)에서 또는 제 2 단부 부분(2b')에서, 참조 부호 DTTWS-OUT 으로 표시된 화살표로 도시된 바와 같이 오븐(2) 내에서 열처리를 거친 폐 모래, 즉 벤토나이트 결합제를 포함하는 열적으로 처리된, 즉 열처리된 폐 모래를 추가 처리를 위해 오븐(2) 밖으로 배출하기 위한 적어도 하나의 출구(5)를 갖는다. 따라서, 드럼(2)의 내부 체적은 그 내부에서의 폐 모래의 유동을 위해 오븐(2)의 제 1 단부(2a)로부터 실질적으로 오븐(2)의 제 2 단부(2b)까지 적어도 부분적으로 개방된다.
회전가능 오븐(2)의 내부 원주, 회전가능 오븐(2)의 제 1 단부 부분(2a')의 적어도 일부 부분에는, 도 2 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회전가능 오븐(2)의 내부 원주로부터 그의 중심 부분을 향해 연장되는 다수의 리프터(6), 즉 하나 이상의 리프터(6)가 있다. 도 1 에서, 리프터들(6)은 참조 부호 6 으로 표시된 파선들로 매우 개략적으로 예시된다. 오븐(2)의 길이 방향으로, 적어도 하나의 리프터(6)는 오븐(2)의 제 1 단부(2a)로부터 오븐(2)의 제 2 단부(2b)를 향해 실질적으로 연장되도록 배열된다. 적어도 하나의 리프터(6)는, 도 1 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 오븐(2)의 제 2 단부 부분(2b')까지 그리고 심지어 오븐(2)의 제 2 단부(2b)까지 연장될 수 있다.
적어도 하나의 리프터(6)는, 도 2 에서 도면 부호 FA로 표시된 화살표로 개략적으로 개시된 방식으로, 오븐(2)의 바닥을 향해 다시 낙하할 때까지 오븐(2)의 내주 상에서 오븐(2)과 함께 이동하도록 오븐(2) 내로 공급된 폐 모래의 적어도 일부를 포획하도록 배열된다. 폐 모래가 오븐(2)의 바닥으로 낙하하면, 낙하하는 폐 모래, 즉 폐 모래의 알갱이들은 낙하 중에 도 2 에 개략적으로 도시된 수많은 도트들의 집합으로 표시된 일종의 모래 구름을 오븐(2) 내부에 형성한다. 리프터들(6) 사이의 폐 모래의 층들은 매우 개략적으로 예시되고 참조 부호 WS로 표시된다.
도 1 의 실시형태에서, 리프터들(6)은, 오븐(2)의 제 1 단부(2a)를 향하는 리프터(6)의 단부가 오븐(2)의 제 2 단부(2b)를 향하는 리프터(6)의 대향 단부에 대해 더 높은 위치에 있도록 경사진 위치들에 있다. 이러한 효과는 오븐(2)의 제 1 단부(2a)로부터 제 2 단부(2b)를 향한 오븐(2) 내의 폐 모래의 이동을 안내 및 향상시키는 것이다. 유사한 효과는 도 1 의 실시형태에 개략적으로 도시된 바와 같이, 오븐(2)의 제 1 단부(2a)가 오븐(2)의 제 2 단부(2b)에 대해 더 높은 위치에 있도록 경사진 위치에 오븐(2)을 배치함으로써 달성되거나 강화될 수 있다.
또한, 도 1 의 장치에는, 오븐(2)의 제 1 단부(2a)에 적어도 하나의 버너(7)가 있다. 대안적으로, 적용가능한 경우, 버너(7)는 오븐(2)의 제 1 단부 부분(2a') 내의 영역에서 오븐(2)의 내부 체적 내에 배치될 수 있다. 버너(7)는 오븐(2)의 내부 체적 및 오븐(2) 내로 공급되는 폐 모래를 가열하도록 배치된다. 버너(7)는 예를 들어 가스 버너, 응축 가스 버너 또는 임의의 다른 버너 또는 오븐(2)의 내부 체적 및 오븐(2) 내로 공급되는 폐 모래를 가열하기 위해 적용 가능한 일부 다른 가열 수단일 수 있다.
또한, 도 1 의 장치에는, 오븐(2)의 제 2 단부(2b)에 적어도 하나의 배기 장치(air exhauster: 8)가 있다. 대안적으로, 적용가능하다면, 배기 장치(8)는 오븐(2)의 제 2 단부 부분(2b') 내의 영역에서 오븐(2)의 내부 체적에 배열될 수 있다. 배기 장치(8)는 오븐(2)의 내부 체적에 나타나는 연도 가스 및 미분, 예컨대 분진을 오븐(2)의 외부로 배출하도록 배치된다. 배기 장치(8)는 연도 가스 및 미분을 오븐(2) 밖으로 배출시키는데 적용가능한 다른 수단으로 대체될 수 있다.
오븐(2) 및 이와 관련된 설비는 다음과 같이 작동된다.
벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래는 화살표 FWS-IN 으로 도 1 에 개략적으로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 입구(4)를 통해 오븐(2) 내로 공급된다. 폐 모래는 바람직하게는 버너(7)의 화염을 통해 오븐(2)의 바닥을 향해 낙하하도록 오븐(2) 내로 공급되며, 그럼으로써 폐 모래의 가열이 효과적으로 개시된다.
동시에 오븐(2)은 회전 모터(3)에 의해 회전되고, 그럼으로써 적어도 하나의 리프터(6)는 오븐(2) 내로 공급된 폐 모래의 적어도 일부를 포획하여 오븐(2)의 바닥 쪽으로 다시 낙하할 때까지 오븐(2)의 내주 상에서 오븐(2)과 함께 이동하도록 배치되며, 그럼으로써 모래 알갱이들이 오븐(2) 내부에 모래 구름을 형성한다. 이러한 모래 구름의 형성은 폐 모래가 오븐(2)의 체적 내에서 실질적으로 균일하게 가열될 수 있게 한다. 버너(7)는 폐 모래의 적어도 약 400℃, 바람직하게는 폐 모래의 적어도 약 400-700℃ 의 온도가 달성되는 방식으로 폐 모래를 가열하도록 등급화되고 작동된다. 오븐(2) 내부의 폐 모래의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 적용하여, 오븐(2) 내부의 폐 모래의 원하는 온도가 달성될 수 있음을 검증하기 위해, 오븐(2)의 내부 체적에서의 모래 구름의 형성 및 오븐(2) 내에서의 폐 모래의 전파 속도 모두에 영향을 미치는 버너(7)의 가열 효율 및/또는 오븐(2)의 회전 속도를 제어할 수 있다.
폐 모래의 가열은 오븐 내의 폐 모래에 열처리를 하여 흡수 수분이 벤토나이트 결합제로부터 증발되어 없어지도록 하는 효과를 갖는다. 흡수 수분이 벤토나이트 결합제로부터 증발될 때, 폐 모래에 적용되는 기계적 처리에 의해 모래 알갱이들의 표면으로부터 벤토나이트 결합제를 분리하는 것이 더 용이하며, 이는 아래에서 더 상세히 고려된다.
동시에, 오븐(2)의 회전에 의해, 적어도 하나의 리프터(6)에 의해 폐 모래의 적어도 일부가 포획되어 오븐(2)의 바닥을 향해 다시 낙하할 때까지 오븐(2)의 내주 상에서 오븐(2)과 함께 폐 모래가 이동하게 되고, 오븐(2)의 바닥으로의 낙하로 인해 모래 알갱이들에 가해지는 충격에 의해 가벼운 기계적 처리 효과가 폐 모래에 가해지게 된다. 이러한 가벼운 기계적 처리 효과는 탄소를 포함하는 분진이 벤토나이트 결합제로부터 분리되는 효과를 갖는다. 벤토나이트 결합제로부터 분리된 탄소가 오븐(2) 내의 온도에 의해서 연소하므로, 공정에서 발생하는 분진의 양을 저감시킬 수 있다.
오븐(2) 내에서 발생되거나, 예를 들어 폐 모래와 함께 오븐(2) 내로 유입되는 분진 등의 미분은 배기 장치(8)에 의해 오븐(2)의 외부로 배출된다. 오븐(2)에서 열처리 효과를 받은 폐 모래는, 이하에서 논의되는 바와 같이 폐모래에 적용될 기계적 처리 효과를 위해, 참조 부호 DTTWS-OUT 으로 표시된 화살표로 도시된 바와 같이, 개략적으로 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 출구(5)를 통해 오븐(2)의 외부로 추가로 배출된다.
도 1 의 장치(1)는 모래, 즉 모래 알갱이들을 폐 모래 내의 벤토나이트 결합제로부터 분리하기 위해 회전가능 오븐(2)으로부터 수용된 열적으로 처리된, 즉 열처리된, 폐 모래에 기계적 처리 효과를 부여하기 위한 회전가능 드럼(9)을 추가로 포함한다. 드럼(9)은 적어도 하나의 회전 모터(10)에 의해 회전하도록 배치된다.
회전가능 드럼(9)은 대체로 원통형 형상을 갖고, 제 1 단부(9a) 및 제 1 단부(9a)에 대향하는 단부에 제 2 단부(9b)를 포함하며, 드럼(9)의 제 1 단부(9a)와 제 2 단부(9b) 사이의 방향은 드럼(9)의 길이 방향을 한정한다. 드럼(9)은 제 1 단부(9a)로부터 제 2 단부(9b)를 향해 그리고 그 길이 방향으로 드럼(9)의 중간 부분까지 연장되는 제 1 단부 부분(9a')을 포함하며, 제 1 단부 부분(9a')은 따라서 드럼(9)의 제 1 단부(9a)를 포함한다. 드럼(9)은 제 2 단부(9b)로부터 제 1 단부(9a)를 향해 그리고 그 길이 방향으로 드럼(9)의 중간 부분까지 실질적으로 연장되는 제 2 단부 부분(9b')을 추가로 포함하며, 제 2 단부 부분(9b')은 따라서 드럼(9)의 제 2 단부(9b)를 포함한다. 드럼(9)은, 제 1 단부(9a) 또는 제 1 단부 부분(9a')에서, 참조 부호 FTTWS-IN 으로 표시된 화살표로 도시된 바와 같이 열처리된 폐 모래를 회전가능 오븐(2)으로부터 회전가능 드럼(9) 내로 공급하기 위한 적어도 하나의 입구(11)를 갖고, 제 2 단부(9b) 또는 제 2 단부 부분(9b')에서, 참조 부호 DCNS-OUT 으로 표시된 화살표로 도시된 바와 같이 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래, 즉 재생된 청정한 모래를 드럼(9) 밖으로 배출하기 위한 적어도 하나의 출구(12)를 갖는다. 장치(1)는, 예를 들어 재생된 모래의 패키징을 포함할 수 있는 추가 처리를 위해 재생된 청정한 모래를 운반하기 위해, 벨트 컨베이어(13) 또는 스크류 컨베이어와 같은 컨베이어를 더 포함할 수 있다.
회전가능 드럼(9)은, 적어도 제 1 단부 부분(9a')에서, 모래, 즉 모래의 알갱이들을 폐 모래 내의 벤토나이트 결합제로부터 기계적으로 분리하기 위해 열처리된 폐 모래에 기계적 처리 효과를 부여하기 위한 적어도 하나의 섹션(14)을 포함한다. 도 3 은 폐 모래에 기계적 처리 효과를 부여하기 위해 섹션(14)에서 부분적으로 절개되어 개방된 회전가능 드럼(9)의 일부의 측면도를 개략적으로 도시한다. 도 3 의 실시형태에서, 섹션(14)은, 드럼(9)이 회전 모터(10)에 의해 회전될 때, 벤토나이트 결합제로부터 모래를 분리하기 위해 폐 모래에 충격을 가하는 분쇄 볼들(15)을 포함하는 분쇄 섹션이다. 따라서, 섹션(14)은 벤토나이트 결합제로부터 모래를 분리하기 위해 열처리된 폐 모래에 기계적 처리 효과를 부여하기 위해 적용가능한 기계적 처리 수단을 제공한다. 모래 알갱이들에 가해지는 충격뿐만 아니라 모래 알갱이들의 상호 마모는, 벤토나이트 결합제가 모래 알갱이들의 표면으로부터 분리되게 하여, 벤토나이트 결합제 및 다른 미분을 포함하는 분진의 구름을 드럼(9) 내의 분쇄 섹션(14)에서 형성한다.
장치의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 유사한 섹션은 또한 도 1 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회전가능 오븐(2)의 제 2 단부 부분(2b')에 위치된 참조 부호 14 와 함께 회전가능 오븐(2) 내에 적어도 그의 제 2 단부 부분(2b')에 배치될 수 있다.
회전가능 드럼(9)의 내부 원주, 회전가능 드럼(9)의 제 1 단부 부분(9a') 또는 제 2 단부 부분(9b') 중 적어도 하나의 적어도 일부 부분에는, 회전가능 오븐(2) 및 도 2 와 관련하여 위에서 논의된 것과 유사한 방식으로 회전가능 드럼(9)의 내부 원주로부터 그의 중앙 부분을 향해 연장되는 다수의 리프터(16), 즉 하나 이상의 리프터(16)가 있을 수 있다. 도 1 에서, 리프터들(16)은 참조 부호 16 으로 표시된 파선들로 매우 개략적으로 예시된다.
회전가능한 드럼(9) 내의 적어도 하나의 리프터(16)는 도 2 에서 참조 부호 FA로 표시된 화살표로 개략적으로 개시된 것과 유사한 방식으로, 드럼(9)의 바닥을 향해 다시 낙하할 때까지 드럼(9)의 내주 상에서 드럼(9)과 함께 이동하도록 드럼(9) 내의 모래의 적어도 일부를 포획하도록 배열된다. 모래가 오븐(2)의 바닥을 향해 낙하할 때, 벤토나이트 결합제로부터 분리된 낙하하는 모래, 즉 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래 알갱이들, 뿐만 아니라 예를 들어 모래로부터 분리된 벤토나이트 결합제 및 다른 분진을 포함하는 미분이 회전가능 오븐(2) 및 도 2 와 관련하여 위에서 논의된 것과 같은 방식으로 드럼(9) 내부에 일종의 구름을 형성한다.
도 1 의 실시형태에서, 리프터들(16)은 또한, 드럼(9)의 제 1 단부(9a)를 향해 대면하는 리프터(16)의 단부가 드럼(9)의 길이방향으로 드럼(9) 내에서의 모래의 이동을 강화시키기 위해 드럼(9)의 제 2 단부(9b)를 향해 대면하는 리프터(16)의 대향 단부에 대해 더 높은 위치에 있도록 경사진 위치들에 있다. 도 1 의 실시형태에 개략적으로 도시된 바와 같이, 드럼(9)의 제 1 단부(9a)가 드럼(9)의 제 2 단부(9b)에 대해 더 높은 위치에 있도록 드럼(9)을 경사진 위치에 배치함으로써 유사한 효과가 달성되거나 강화될 수 있다.
또한, 도 1 의 장치에서, 드럼(9)의 제 1 단부(9a)에 적어도 하나의 배기 장치(17)가 있다. 대안적으로, 적용가능하다면, 배기 장치(17)는 드럼(9)의 제 1 단부 부분(9a')의 일부 다른 부분에서 드럼(9)의 체적에 배열될 수 있다. 배기 장치(17)는 드럼(9) 내부에서 공기 유동을 야기하도록 배열되며, 공기 유동의 방향은 드럼(9)의 제 2 단부(9b)의 방향으로부터 드럼(9)의 제 1 단부(9a)를 향하며, 공기 유동은 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래, 즉 모래 알갱이들의 냉각을 야기한다. 동시에, 배기 장치(8)는 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 냉각시키기 위한 이러한 공기 유동과 함께 드럼(9)의 내부 체적으로부터 분진과 같은 미분을 드럼(9) 밖으로 배출시킬 수 있다.
따라서, 배기 장치(17)는 드럼(9)의 내부 체적을 통한 미가열 공기 유동에 의해 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 냉각시키기 위한 일종의 냉각 수단을 제공한다. 미가열 공기 유동은 드럼(9)의 제 2 단부(9b) 또는 드럼(9)의 제 2 단부 부분(9b')의 일부 다른 부분에 배치된 적어도 하나의 공기 입구(18)를 통해 드럼(9)으로 진입하여, 냉각 공기가 주변 공기로부터 드럼(9) 내로 유동하게 된다. 배기 장치(17)의 구동 출력은, 모래 알갱이 및 다른 분진으로부터 분리된 벤토나이트 결합제를 포함하지만 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 포함하지 않는 미분이 드럼(9)을 유동하는 냉각 공기의 유동과 함께 드럼(9)의 외부로 제거될 수 있도록 제어된다. 장치(1)의 주변에서 이용 가능한 특별히 냉각된 공기가 있는 경우, 그 냉각된 공기는 또한 드럼(9)의 내부 체적을 통한 미가열 공기 유동을 위해 사용될 수 있다.
또한, 도 1 의 장치에서, 드럼(9)의 제 2 단부(9b')에는, 적어도 하나의 분류 장치(20)를 포함하는 적어도 하나의 섹션(19)이 있으며, 상기 분류 장치는 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 청정한 재생 모래 DCNS-OUT 로서 드럼(9)의 적어도 하나의 출구(12)를 통해 회전 드럼(9) 밖으로 배출될 수 있는 적어도 하나의 수용 분획물로 분류하고, 또한 추가 처리를 위해 드럼(9) 밖으로 배출되는 적어도 하나의 거부 분획물 RF 로 분류하며, 청정한 재생 모래 DCNS-OUT 및 거부 분획물 RF의 흐름은 도 1 및 도 4 에 각각의 화살표로 개략적으로 표시되어 있다. 도 4 를 참조하면, 도 1 의 드럼(9)의 섹션(19)의 측면도가 부분적으로 절개되어 개방된 것으로 개략적으로 도시되어 있으며, 메시(21)를 요동시킬 수 있는 요동기(22)를 구비한 메시(21)가 도시되어 있다. 여기서 메시(21)는 일종의 분류 장치(20)를 형성한다. 메시(21)의 메시 크기에 의해 한정되는 바와 같이, 모래의 적어도 일부, 즉 결정된 알갱이 크기 이하인 모래 알갱이들은 수용 분획물 DCNS-OUT 을 형성하기 위해 메시(21)의 개구를 통해 드럼(9) 내에서 처리된 모래로부터 분리되거나 여과된다. 이러한 수용 분획물, 즉 청정한 재생 모래는 이후에 논의되는 바와 같이 다양한 응용에서 재사용될 수 있다.
또한, 도 1 의 장치에서, 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래로부터 철 및 강 입자와 같은 자성 입자들을 제거하기 위해, 메시(21)에는 하나 이상의 자성 분리기(23), 도 3 의 실시형태에서는 3개의 자성 분리기(23)가 있다. 도 4 의 구성에서는, 메시(21)의 단부들에서, 메시(21) 위에 하나의 자성 분리기(23) 및 메시(21) 아래에 2개의 자성 분리기(23)가 있지만, 메시(21) 및 자성 분리기(23)의 구성은 그것과 다를 수 있다.
메시(21)에 진입하였지만 통과하지 못한 모래의 일부는 거부 처리를 위해 드럼(9) 밖으로 배출될 거부 분획물(RF)을 제공한다. 실제로, 거부 분획물(RF)은 또한 모래이거나, 벤토나이트 결합제로부터 분리되지만 메시(21)의 개구를 통과하지 못한 입자 크기를 갖는 모래 알갱이들로 구성된다. 거부 처리는 예를 들어, 거부 분획물(RF)을 상이한 입자 크기의 추가 분획물로 분류하는 것을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 솔루션은 추가의 사용을 위해 모래를 재생하기 위해 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래에 적용되기 위한 열처리 효과 및 기계적 처리 효과의 조합을 제공한다. 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래에 적용되는 열처리 후에, 벤토나이트 결합제는 모래 알갱이에 적용되는 기계적 처리에 의해 모래 알갱이의 표면으로부터 분리되기가 더 쉽다. 개시된 방법 및 장치는 연속적인 공정을 제공하며, 여기서 작동 조건은 실질적으로 일정하게 유지되지만 재생될 폐 모래의 품질의 변화에 응답하여 조정될 수 있다. 조정가능한 인자는, 예를 들어 버너(7)의 가열 효율, 오븐(2)의 회전 속도, 또는 배기 장치(17)의 구동 출력 중 적어도 하나일 수 있지만, 또한 공정 내의 일부 장비의 작동과 관련되고 공정의 작동에 명백하게 영향을 미치는 임의의 다른 인자가 공정의 조정가능한 인자인 것으로 결정될 수 있다.
주조 공장에서 사용되는 모래를 더욱 상세하게 고려하면, 주조 공정에서 용융 금속에 가장 가까운 모래는 매우 높은 열(>1400℃)에 노출된다. 고온에서, 벤토나이트는 그의 결정 수를 모두 잃어, 물을 재흡수할 수 없는 연소된 벤토나이트라고 한다. 많은 모래 싸이클에서, 연소된 모래 알갱이들의 위에 결정 수를 잃은 새로운 점토 층들이 형성되어, 모래가 울리타이징(oolitized)된다고 한다.
열적 방법만으로는 울리타이징 모래 알갱이의 재생에 효과적이지 않다. 고온에서는, 주조 이벤트의 열에서와 동일한 현상이 일어나는데, 즉 활성 벤토나이트가 모래 알갱이의 표면에 연소한다. 연소된 벤토나이트는 부서지기 쉽지만, 열만으로는 모래 알갱이와 벤토나이트 간의 결합을 끊기에 충분하지 않으므로, 열재생 후에도 처리 대상 폐 모래에 충분한 기계적 충격을 주기 위한 기계적 처리가 필요하다.
본 발명에 개시된 열적-기계적 방법은 고온에서의 더 긴 시간이 모래에 결합된 벤토나이트의 대부분이 연소되는 것을 보장하므로, 모래 알갱이와 벤토나이트 사이의 결합을 파괴하기 위한 기계적 충격에 더 이상 저항할 능력이 없기 때문에, 재생을 크게 향상시킨다.
기계적 처리는 흡수 수분이 벤토나이트 결합제로부터 증발된 후에 폐 모래로부터 벤토나이트 결합제를 기계적으로 제거하는 효과적인 방법을 제공한다. 개시된 솔루션에서는 열처리가 모래 알갱이로부터 벤토나이트 결합제를 분리하도록 의도되지 않고 단지 기계적 처리 단계의 효율을 개선하도록 의도되기 때문에, 재생 공정에서 사용되는 에너지의 총량은 예를 들어, 유동층 보일러-기반 재생 공정에서 보다 작다. 기계적 처리는, 이어서, 유동층 보일러-기반 재생 공정과 비교할 때, 세정되고 재생된 모래의 수율의 증가를 가능하게 한다.
도 1 의 실시형태에서, 회전 드럼(9)은 수평 방향으로 회전 오븐(2)과 실질적으로 평행하게 회전 오븐(2) 아래에 배치된다. 이 실시형태는 오븐(2)과 드럼(9)의 컴팩트한 조합을 제공하며, 이는 또한, 오븐(2)의 크기 및 드럼(9)의 크기에 따라, 휠들이 구비된 섀시에 대한 구현이 용이하며, 그럼으로써 필요에 따라 오븐(2)과 드럼(9)의 조합의 용이한 이동성을 허용한다. 그러나, 오븐(2)과 드럼(9)의 서로에 대한 다른 배열이 가능하다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 오븐(2) 내로 공급될 폐 모래에 나타나는 가능한 덩어리들을 파쇄하거나, 깨뜨리거나 또는 제거하기 위한 적어도 하나의 파쇄기(crusher), 브레이커(breaker) 또는 체(sieve)를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 적어도 하나의 배기 장치(8, 17)에 의해 오븐(2) 또는 드럼(9) 중 적어도 하나로부터 제거된 공기 흐름으로부터 열을 회수하기 위한 열 회수 유닛을 포함한다. 회수된 열은 예를 들어 오븐(2) 내로 공급될 폐 모래를 건조시키거나 예열시키기 위해 사용될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 재생된 모래는 주물사 또는 발전소 보일러 모래로서, 그와 같이 또는 버진 자연 모래와 혼합되어 재사용될 수 있다. 재생된 모래는 이어서 다시 특정 용도에 적합한 결합제로 코팅될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 재생된 모래는 콘크리트 제품, 모르타르, 플로어 매스 제품, 필러, 플로트, 아크릴 매스와 같은 건축 산업 제품에 사용되거나, 또는 필터 모래로서 사용될 수 있다. 모래 알갱이의 구조가 둥글기 때문에, 재생 모래는 그 둥근 형태로 인해 더욱 고른 표면을 제공할 수 있기 때문에 버진 자연 모래보다 건축 산업 제품에 사용하기에 훨씬 더 적합하다. 건축 산업 제품에서 재생 모래를 사용하면 버진 자연 모래에 대한 필요성이 더욱 줄어든다.
기술 발전과 함께, 본 발명의 개념은 다양한 방식으로 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명 및 그의 구현예는 상기 설명된 예들에 제한되지 않으며 청구항들의 범주 내에서 변경될 수 있다.

Claims (13)

  1. 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래의 재생 (reclamation) 방법으로서,
    상기 폐 모래를 열처리하여 상기 폐 모래 내의 벤토나이트 결합제로부터 탄소 및 흡수 수분을 제거하는 단계;
    열처리된 상기 폐 모래를 기계적으로 처리하여 상기 벤토나이트 결합제로부터 모래를 기계적으로 분리하는 단계; 및
    상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래에 냉각 효과를 부여하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 청구된 장치에 의해 수행되는, 폐 모래의 재생 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐 모래를 가열함으로써 상기 폐 모래를 열처리하여, 탄소를 연소시키고 흡수 수분을 상기 벤토나이트 결합제로부터 증발시키는 것을 포함하는, 폐 모래의 재생 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열처리된 상기 폐 모래를 적어도 분쇄 (grinding) 하여 기계적으로 처리하는 것을 포함하는, 폐 모래의 재생 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래에 미가열 공기 흐름을 지향시켜 상기 냉각 효과를 부여하는 것을 포함하는, 폐 모래의 재생 방법.
  5. 벤토나이트 결합제를 포함하는 폐 모래의 재생 장치로서,
    제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분을 갖는 회전 오븐으로서, 상기 제 1 단부 부분에서는 상기 폐 모래를 상기 오븐 내로 공급하기 위한 적어도 하나의 입구, 및 상기 제 2 단부 부분에서는 열처리된 폐 모래를 상기 오븐 밖으로 배출하기 위한 적어도 하나의 출구를 갖는, 상기 회전 오븐,
    상기 회전 오븐의 상기 제 1 단부 부분에 있는 버너로서, 상기 오븐 내로 공급된 상기 폐 모래를 가열하여, 상기 폐 모래를 열처리하고 탄소를 연소시키고 흡수 수분을 상기 벤토나이트 결합제로부터 증발시키는, 상기 버너,
    상기 오븐 내로 공급된 상기 폐 모래의 적어도 일부를 포획하여, 모래가 상기 오븐의 바닥을 향해 다시 낙하할 때까지 상기 오븐의 내부 둘레 상에서 상기 오븐과 함께 이동하도록 배열된 적어도 하나의 리프터 (lifter) 로서, 상기 적어도 하나의 리프터는 또한 상기 오븐 내에서의 상기 폐 모래의 이동을 상기 오븐의 상기 제 2 단부 부분 및 상기 오븐의 상기 제 2 단부 부분의 상기 적어도 하나의 출구를 향해 안내하도록 배열된, 상기 적어도 하나의 리프터,
    제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분을 갖는 회전 드럼으로서, 상기 제 1 단부 부분에서는 적어도 열처리된 상기 폐 모래를 상기 회전 드럼 내로 수용하기 위한 적어도 하나의 입구, 및 상기 제 2 단부 부분에서는 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 상기 드럼 밖으로 배출하기 위한 적어도 하나의 출구를 갖는, 상기 회전 드럼,
    적어도 열처리된 상기 폐 모래를 기계적으로 처리하여 모래를 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리하기 위한, 상기 드럼의 제 1 단부 부분에 있는 적어도 하나의 섹션, 및
    상기 드럼의 상기 제 1 단부 부분에 있는 적어도 하나의 배기 장치 (air exhauster) 로서, 미가열 공기 흐름을 상기 드럼의 상기 제 2 단부 부분으로부터 상기 드럼의 상기 제 1 단부 부분을 향하는 방향으로 유동시켜 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 냉각시키기 위한, 상기 적어도 하나의 배기 장치
    를 포함하는, 폐 모래의 재생 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 회전 오븐은, 상기 제 2 단부 부분에서, 열처리된 상기 폐 모래를 기계적으로 처리하여 모래를 상기 벤토나이트 결합제로부터 기계적으로 분리하기 위한 적어도 하나의 섹션을 포함하는, 폐 모래의 재생 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배기 장치는 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래로부터 미분 (fines) 을 미가열 공기 흐름으로 제거하도록 배열되는, 폐 모래의 재생 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 열처리된 폐 모래를 기계적으로 처리하는 섹션은, 상기 폐 모래에 충격을 가하여 상기 벤토나이트 결합제로부터 모래를 분리하는 분쇄 볼들을 포함하는 분쇄 섹션인, 폐 모래의 재생 장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 드럼의 상기 제 2 단부 부분은 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래를 적어도 하나의 수용 분획물 및 적어도 하나의 거부 분획물로 분류하기 위한 적어도 하나의 분류 장치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수용 분획물은 상기 드럼의 상기 적어도 하나의 출구를 통해 상기 회전 드럼으로부터 배출되는, 폐 모래의 재생 장치.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 드럼은 상기 벤토나이트 결합제로부터 분리된 모래로부터 자성 입자들을 분리하기 위한 적어도 하나의 자성 분리기를 포함하는, 폐 모래의 재생 장치.
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 드럼은 상기 회전 오븐의 아래에서 수평 방향으로 상기 회전 오븐과 실질적으로 평행하게 배치되는, 폐 모래의 재생 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재생된 모래를 포함하는, 건축 산업 제품용 모래, 주물사 또는 발전소 보일러 모래.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재생된 모래를 건축 산업 제품, 주물사 또는 발전소 보일러 모래에 사용하는 용도.
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