KR20240071824A - 폐기물로 수거된 병유리로부터 골재를 제조하는 방법 및 그에 사용되는 장치 - Google Patents

Abstract

폐기물로 수거된 병유리로부터 골재를 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명은 (a) 폐유리를 1차 파쇄하는 단계; (b) 상기 1차 파쇄된 파쇄물을 1차 비철금속 선별하는 단계; (c) 상기 비철금속 선별된 1차 파쇄물을 제1 크기의 1차 스크린으로 선별하여 스크린을 통과한 입자를 골재로서 획득하는 1차 스크린 단계; (d) 상기 1차 스크린을 통과하지 않은 잔류물을 2차 파쇄하는 단계; (e) 상기 2차 파쇄된 파쇄물을 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 2차 스크린으로 선별하는 2차 스크린 단계; (f) 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물을 2차 비철금속 선별하고, 상기 선별된 파쇄물로부터 골재를 획득하는 단계; 및 (g) 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 상기 단계 (d) 내지 (f)를 최소한 1회 반복하는 단계를 포함하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

폐기물로 수거된 병유리로부터 골재를 제조하는 방법 및 그에 사용되는 장치 {Manufacturing Aggregate From Waste Bottle Glass}

본 발명은 폐유리 재활용 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물로 수거된 병유리로부터 고품질의 골재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

액상 음료류를 담았다가 폐기되는 병유리(이하 '폐유리'라 함)는 적절한 파쇄 및 이물 제거 공정을 거쳐서 특정 크기의 입자들로 만들게 되면, 병유리 제조용 원료로 재활용될 수 있는 훌륭한 자원이다.

그러나, 병유리 제조용 원료로 재활용되지 못하는 경우 매립 처리하여야 하는데, 매립 처리에는 사회적 비용이 발생하는 환경 문제를 야기할 수 밖에 없다. 폐유리가 병유리 제조용 원료로 사용되기 위해서는 병유리 색상별로 구분되어야 하며, 금속, 무기물, 유기물 등의 혼입이 병유리 제조용 용융로에서 허용할 수 있는 범위 내로 한정되어야 하는 데, 음료를 담는 용도의 병유리가 사용 후 수거되는 과정은 온갖 종류의 쓰레기들을 동반할 수 밖에 없으며, 병유리 자체도 금속 혹은 플라스틱 병뚜껑 및 종이 라벨이 부착되어 수거되기 때문에, 필연적으로 병유리 제조용 원료로 재활용되지 못하는 폐유리가 발생할 수 밖에 없다.

이렇듯 심하게 오염되고 색상별 구분이 되지 못한 폐유리를 재활용할 수 있는 방안으로서 해당 폐유리를 일정 크기 이하로 분쇄하여 자연 골재 대체제로 활용하는 방안이 알려져 있다.

그러나, 병유리를 파쇄하여 골재를 생산하는 공정은 단순히 파쇄 공정으로 그치는 것이 아니라, 온갖 종류의 이물들을 제거하는 작업이 수반되어야 한다. 그런데, 통상 골재로 재활용되는 폐유리는 과도한 이물이 혼합되어 있으며, 이러한 이물을 완벽하게 제거하지 못하기 때문에, 벽돌과 같이 골재가 외부에 거의 노출되지 않는 곳에 그 사용처가 한정된다는 문제점이 있어서, 폐유리의 재활용 범위가 한정된다는 문제점이 있다.

더군다나, 테라조와 같이 건축용 내외장재에 사용되는 골재의 경우, 골재 중의 이물이 제거되지 못할 경우 해당 내 외장재의 상품적 가치가 없어지기 때문에, 골재 제조 시 이물의 완벽한 제거가 필수적이다.

(1) JP 2007-197294 A

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 심하게 오염된 폐유리로부터 다양한 크기의 이물질을 제거하여 건축용 내외장재용 골재와 같은 외부 노출 가능한 고품질 골재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 병뚜껑 꽁다리와 같은 미세한 비철금속 재질의 잔재물에 대해서도 선별 제거가 가능한 고품질 골재 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 플라스틱, 금속, 도자기 등 각각 재료 자체의 속성 및 파쇄 특성의 차이점을 활용하여 효율적으로 제거하는 방안을 제시함으로써, 기존의 저급 골재가 아닌 테라조와 같은 건축용 내외장재용 골재 즉, 외부 노출 가능한 고급 골재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 폐유리를 1차 파쇄하는 단계; (b) 상기 1차 파쇄된 파쇄물을 1차 비철금속 선별하는 단계; (c) 상기 비철금속 선별된 1차 파쇄물을 제1 크기의 1차 스크린으로 선별하여 스크린을 통과한 입자를 골재로서 획득하는 1차 스크린 단계; (d) 상기 1차 스크린을 통과하지 않은 잔류물을 2차 파쇄하는 단계; (e) 상기 2차 파쇄된 파쇄물을 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 2차 스크린으로 선별하는 2차 스크린 단계; (f) 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물을 2차 비철금속 선별하고, 상기 선별된 파쇄물로부터 골재를 획득하는 단계; 및 (g) 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 상기 단계 (d) 내지 (f)를 최소한 1회 반복하는 단계를 포함하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 1차 스크린 단계의 1차 스크린은 망목(aperture) 크기가 3.0~3.8 mm이고, 2차 스크린은 눈 크기가 3.5~6.0 mm인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에 제1 자력 선별 단계가 더 수행될 수 있다.

또한, 상기 단계 (d)와 단계 (e) 사이에 제1 흡입 단계가 수행될 수 있다.

또한, 상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 제2 흡입 단계가 수행될 수 있다.

또한, 상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 제2 자력 선별 단계가 수행될 수 있다.

본 발명에서, 상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물에 대하여 제3 자력 선별 단계를 수행될 수 있다.

또한, 상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물에 대하여 풍력 선별 단계가 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 심하게 오염된 폐유리로부터 다양한 크기의 이물질을 제거하여 건축용 내외장재용 골재와 같은 외부 노출 가능한 고품질 골재를 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 병뚜껑 꽁다리와 같은 미세한 비철금속 재질의 잔재물에 대해서도 선별 제거가 가능하다.

또한 본 발명에 따르면, 플라스틱, 금속, 도자기 등 각각 재료 자체의 속성 및 파쇄 특성의 차이점을 활용하여 효율적으로 제거하는 방안을 제시하여, 테라조와 같은 건축용 내외장재용 고급 골재의 제조가 가능하게 된다.

도 1은 폐유리 폐기물의 일례로 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 골재 제조 공정의 일례를 개략적으로 도시한 절차도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 처리 공정 중의 파쇄물을 촬영한 사진이다
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 처리 공정 완료 후의 파쇄물을 촬영한 사진이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

도 1은 폐유리 폐기물의 일례로 촬영한 사진이다.

도 1을 참조하면, 폐유리 폐기물은 깨진 형상 또는 온전한 형상의 병유리 외에 유리 가루, 병뚜껑, 종이, 플라스틱 등의 다양한 재질의 폐기물로 이루어져 있다.

도 1에서 병유리는 본 발명에서 고품질 골재의 원료가 될 수 있으나, 이를 위해서는 다른 이물질의 제거가 필수적이다.

도 2는 본 발명의 골재 제조 공정의 일례를 개략적으로 도시한 절차도이다.

도 2를 참조하면, 폐유리를 1차 파쇄한다(S100). 1차 파쇄는 통상의 파쇄 기법에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 파쇄에는 해머 밀, 수직 충격 파쇄기(Vertical impact crusher) 등의 분쇄기가 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 파쇄 단계에서 파쇄물의 입도는 적절히 제어될 수 있다.

이어서, 파쇄된 파쇄물을 자력 선별한다(S102). 자력 선별에서 파쇄물 내의 철제 병뚜껑과 같은 철 성분 이물질이 제거될 수 있다. 철은 자석에 의해 손쉽게 제거되며, 판상의 자석 혹은 자석 벨트가 사용될 수 있다. 파쇄물 내에 병뚜껑이 병에 고정된 상태인 경우 파쇄 후에 자석으로 제거할 수 있지만, 병과 분리되어 수거되는 철제 병뚜껑은 병유리 파쇄 전에 쉽게 제거될 수 있으므로, 파쇄 공정의 전과 후에 모두 자석이 설치될 수 있다.

다음, 파쇄물을 비철 선별하여 파쇄물 내의 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같은 비철 금속 재질의 병뚜껑을 제거한다(S104). 예컨대, 상기 비철 선별 단계에서 비철 선별기로는 전기와류를 이용한 비철선별기가 사용될 수 있다. 와류 비철선별기는 고속 회전하는 자석 로터에 의한 전자기력에 의해 컨베이어 벨트 위로 유입되는 파쇄물 중의 알루미늄 재질의 이물질을 컨베이어 벨트 바깥으로 튕겨내는 방식으로 작동하는데, 이를 위하여 비철 선별기는 드럼에 내장된 영구자석을 구비하며, 영구자석(로터)을 고속 회전시켜 드럼 표면에 와전류를 발생시켜 컨베이어 벨트 위로 유입되는 알루미늄과 같은 비철금속에 반발력을 부여하여 튕겨 내어 선별한다. 이 때, 비철선별기의 유효 폭은 900~1000 mm인 것이 바람직하고, 자력은 2800~3000 가우스의 통상적인 비철선별기를 사용하면 된다.

이 때, 컨베이어 벨트 중의 유리 입자들은 그대로 컨베이어 벨트를 따라 유동하게 된다. 한편, 알루미늄 병뚜껑의 형체가 온전히 보전된 경우에는 전기 와류에 의해 알루미늄 병뚜껑에 가해지는 물리적 힘에 의해 쉽게 제거되지만, 병뚜껑의 꽁다리만 남아 있는 경우, 유리 입자들에 파묻혀 와류에 의해 가해지는 물리력으로 튕겨내지 어렵다. 따라서, 본 단계의 비철 선별에도 불구하고 병뚜껑에서 분리된 상태의 꽁다리는 유리 입자 내부에 잔류하게 된다. 한편, 본 발명에서 제거되어야 할 병뚜껑의 형체를 고려하여 전기와류 비철선별기의 설계 및 설치 위치가 정해질 수 있다. 본 발명에서 전술한 자석 선별 단계 및 비철 선별 단계의 순서는 적절히 설계될 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 자석 선별 단계는 선택적으로 수행될 수 있으며, 자석 선별의 횟수 또한 적절히 설계될 수 있다.

이어서, 자석 선별 및/또는 비철 선별을 거친 파쇄물을 스크리닝한다(S106).

본 발명의 1차 스크린 단계는 파쇄물 중의 조대 유리 입자, 플라스틱 병뚜껑을 선별한다. 플라스틱 병뚜껑은 병유리와 같이 취성(brittle) 재료와 그 파쇄 특성이 다른 점을 이용하여 제거 가능하다. 병유리는 파쇄기 망치의 충격에 의해 작은 크기의 입자로 부숴지는 반면, 플라스틱은 충격에 의해 깨지지 않고 그 크기를 그대로 유지하기 때문에, 파쇄기 후의 스크린 작업을 통하여 병유리 입자로부터 분리해 낼 수 있다.

상기 1차 스크린 단계는 파쇄물 중 파쇄된 미세한 유리 입자만 스크린을 통과하도록 설계된다. 이를 위하여, 본 발명의 상기 1차 스크린 단계에서 스크린의 망목(aperture) 크기(D1)는 3.0 mm 이상, 3.1 mm 이상, 3.2 mm 이상, 3.3 mm 이상, 3.4 mm 이상, 또는 3.5 mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 망목의 크기(D1)은 3.8 mm 이하, 3.7 mm 이하, 또는 3.6 mm 이하인 것이 바람직하다. 유리의 회수율 관점에서는 망목의 크기를 상한을 3.8mm 이상으로 하는 것이 좋지만, 1차 비철선별기에서 완벽하게 제거되지 못하는 알루미늄 꽁다리가 제품에 혼입될 수 있기 때문에 망목 크기의 상한은 3.8mm 이하로 하는 것이 바람직스럽다.

한편, 본 발명에서 1차 스크린을 통과한 파쇄물은 미세 유리 입자로 이루어진 고품질 골재이며, 1차적으로 수거될 수 있다.

상기 1차 스크린에 잔류하는 파쇄물은 흡입 공정을 거친다(S108). 흡입 공정은 흡입 블로워 등에 의해 형성된 음압에 의해 유리 입자보다 비중이 작은 파쇄물을 선별하는 공정이다. 예컨대, 이 공정에서 플라스틱 병뚜껑 등이 제거될 수 있다.

이어서, 파쇄물은 2차 파쇄 단계를 거친다(S110). 2차 파쇄 단계에서도 1차 파쇄 단계와 동일하게 해머 밀, 수직 충격 파쇄기(Vertical impact crusher) 등의 분쇄기가 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 2차 파쇄 단계에서 파쇄물의 입도는 적절히 제어될 수 있다.

다음, 2차 파쇄된 파쇄물을 2차 스크리닝한다(S112). 본 발명의 2차 스크린 단계에서 스크린의 망목(aperture) 크기(D2)는 1차 스크린 단계의 스크린 망목의 크기보다 크다. 이 단계에서는 병뚜껑의 꽁다리나 파편과 같이 병뚜껑으로부터 분리된 비철 금속 이물질이 스크린을 통과하도록 스크린 망목 크기가 결정된다. 예시적으로, 상기 2차 스크린 단계의 망목 크기(D2)는 3.5 mm 이상, 3.6 mm 이상, 3.7 mm 이상, 또는 3.8 mm 이상, 3.9 mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 망목 크기(D2)는 6.0 mm 이하, 5.5 mm 이하, 5.0 mm 이하, 4.5 mm 이하, 4.2 mm 이하 또는 4.0 mm 이하인 것이 바람직하다.

다음, 2차 스크린을 통과한 파쇄물은 2차 비철 선별 단계(S118)를 거친다. 병뚜껑에서 분리된 상태의 꽁다리는 전자기력을 받아도 유리 입자들에 파묻혀 튕겨져 나가기 어려우므로, 1차 비철 선별기보다 2차 비철 선별기의 로터의 길이를 길게 하여 파쇄물들이 비철선별기에 공급되는 유효 폭을 넓게 하는 것이 바람직하다. 또한, 2차 비철선별기의 로터 자석의 자력을 크게 하는 것이 좋다. 비철선별기의 유효 폭은 1,100 mm 이상, 더 바람직하게는 1,200mm 이상인 것이 좋고, 자력은 4,000 가우스 이상이 되도록 하는 것이 좋다.

이어서, 파쇄물에 대하여 추가적인 자력 선별 단계(S120) 및/또는 풍력 선별 단계(S122)가 수행될 수 있다.

상기 자력 선별 단계(S120)에서 파쇄물에 잔류하는 파쇄기 마모 철분이 제거될 수 있다.

병에 부착되어 있는 종이 라벨은 병유리 파쇄 시 자기 형상을 갖지 않고 짓이겨지면서 먼지 같이 흩어지거나 뭉치는 특성을 활용하여 제거할 수 있다. 이를 위하여, 상기 풍력 선별 단계(S122)에서는 풍력선별기가 사용될 수 있다. 곡물 정제시 곡알과 뉘의 미세한 비중 차이를 이용하듯이, 유리 가루와 짓이겨진 종이 라벨의 비중 차이를 활용하여 제거할 수 있다.

한편, 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 2차 흡입 단계가 수행될 수 있다(S114). 2차 흡입 단계는 전술한 1차 흡입 단계와 동일하게 수행될 수 있다. 2차 흡입 단계에서는 플라스틱 병뚜껑 파편이 제거될 수 있다. 또한, 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 자력 선별 단계(S116)가 수행될 수 있다. 자력 선별 단계에서 철 뚜껑 파편이 제거될 수 있다. 본 발명에서 상기 흡입 단계(S114)와 자력 선별 단계(S116)의 순서가 바뀔 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에서 상기 흡입 단계 또는 자력 선별 단계의 어느 하나는 생략될 수 있다.

흡입 단계 및/또는 자력 선별 단계를 거친 파쇄물은 다시 파쇄기로 투입되며, 단계 112 내지 단계 122가 반복될 수 있다.

<실시예>

도 2와 관련하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 공정을 수행하여 오염 폐유리로부터 골재를 제조하였다. 각 공정은 다음과 같이 수행하였고, 각 공정 간 폐기물의 이동은 컨베이어 벨트를 이용하였다.

먼저, 수거된 도 1과 같은 고오염 폐유리를 해머밀 파쇄기에서 1차 파쇄하고, 자력선별기에서 1차 자력선별하였다. 이어서, 형성산업㈜의 비철 선별기에서 알루미늄 병뚜껑을 제거한 후 망목 크기 3.5 mm인 1차 스크린으로 스크린하였다.

스크린을 통과한 파쇄물은 골재로 수거하였다. 도 3a는 본 실시예에서 1차 스크린에서 수거된 골재를 촬영한 사진이이고, 도 3b는 1차 스크린을 통과한 파쇄물을 촬영한 사진이다.

스크린을 통과하지 않은 파쇄물에서 흡입기를 사용하여 플라스틱 병뚜껑을 제거하였다.

플라스틱 병뚜껑이 제거된 파쇄물을 수직 충격 파쇄기에서 2차 파쇄하고 2차 스크린으로 스크린하였다. 이 때, 2차 스크린의 망목 크기는 4.0 mm로 하였다.

한편, 2차 파쇄물 중 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 흡입기를 사용하여 2차 흡입 공정을 수행하고, 2차 자력 선별하여 철 뚜껑 파편을 제거하였다. 자력 선별된 파쇄물을 다시 2차 파쇄 공정으로 순환하였다.

한편, 2차 스크린을 통과한 2차 파쇄물을 폭이 1,200 mm인 형성산업㈜의 비철 선별기로 2차 비철 선별하고, 선별기로 3차 자력 선별하여 파쇄기 마모 철분을 제거하였다.

도 4는 본 실시예에서 3차 자력 선별을 거친 골재 샘플을 촬영한 사진이다. 도 3a 및 도 4로부터 본 발명의 공정에 의해 고품질의 골재가 얻어짐을 알 수 있다.

Claims (8)

1. (a) 폐유리를 1차 파쇄하는 단계;
   (b) 상기 1차 파쇄된 파쇄물을 1차 비철금속 선별하는 단계;
   (c) 상기 비철금속 선별된 1차 파쇄물을 제1 크기의 1차 스크린으로 선별하여 스크린을 통과한 입자를 골재로서 획득하는 1차 스크린 단계;
   (d) 상기 1차 스크린을 통과하지 않은 잔류물을 2차 파쇄하는 단계;
   (e) 상기 2차 파쇄된 파쇄물을 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 2차 스크린으로 선별하는 2차 스크린 단계;
   (f) 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물을 2차 비철금속 선별하고, 상기 선별된 파쇄물로부터 골재를 획득하는 단계; 및
   (g) 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 상기 단계 (d) 내지 (f)를 최소한 1회 반복하는 단계를 포함하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 1차 스크린 단계의 1차 스크린은 망목(aperture) 크기가 3.0~3.8 mm이고, 2차 스크린은 망목 크기가 3.5~6.0 mm인 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에 제1 자력 선별 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (d)와 단계 (e) 사이에 제1 흡입 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 제2 흡입 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과하지 않은 파쇄물에 대하여 제2 자력 선별 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물에 대하여 제3 자력 선별 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (e) 이후에 상기 2차 스크린을 통과한 파쇄물에 대하여 풍력 선별 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 폐유리로부터 골재를 제조하는 방법.