KR980009482A - 알루미늄 폐캔으로부터 재생 알루미늄 지금 및 합금을 연속적으로 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수거한 알루미늄 폐캔을 세편, 철편 분리, 도장 및 락카제거, 용해, 주조순으로 연속적 처리해서 재생 알루미늄 지금 및 합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 종래의 알루미늄 폐캔 처리 방법이 폐캔 용해 전에 예비처리를 행하지 않기 때문에 용해시 금속회수율이 낮은 점과, 공정들이 단속적이고 수동 조업에 많이 의존함으로 인해서 폐캔을 대량 처리하는 경우에 연속공정에 비해서 불리하고, 인력소요가 많은 점을 개선하고자 본 발명에서는 알루미늄 폐캔 또는 폐캔 더미를 세편(Shredding)하고 필요한 경우 수세와 건조를 행한 후에, 자력선별법에 의한 자동 철편분리, 로타리킬른에서의 외부 도료와 내부 락카 제거와 같은 일련의 예비처리를 행한 후에 알루미늄 세편을 용해, 주조시킴으로써 알루미늄 지금 및 합금으로 재생 시에 알룸늄 폐캔 중의 금속 알루미늄 회수율을 높이고, 알루미늄 폐캔 원료로부터 재생 알루미늄 지금 및 합금을 제조하기까지 각 공정들간의 시료 이동을 콘베이어를 사용하여 자동으로 이송함으로써 일련의 폐캔 처리조업을 연속적, 자동적으로 행할 수 있으며 알루미늄 폐캔의 대량처리에 효과적인데 그 특징이 있다.

Description

알루미늄 폐캔으로부터 재생 알루미늄 지금 및 합금을 연속적으로 제조하는 방법

제1도는 본 발명의 공정 수순도.

제2도는 본 발명의 공정을 개략적으로 나타낸 계통도.

제3도는 본 발명에서 사용한 로타리킬른의 개략도로서, 제 3a 도는 외관도, 제 3b 도는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 분사식 수세장치(Water Spray) 2 : 세편기(Shredder)

3 : 온풍송풍기(Hot Air Blower) 4 : 1차 자력선별기

5 : 2차 자력선별기 6 : 호퍼(Hopper)

7 : 로타리킬른(Rotary Kiln) 8 : 호퍼

9 : 용해로(Melting Furnace) 10 : 용탕 유로(Melt Runner)

11 : 저장로(Holding Furnace) 12 : 주조기(Casting Machine)

13 : 용융 알루미늄(Al Melt) 14 : 로타리킬른 가스배기관

15 : 용해로 가스 배기관 16 : 집진장치(Dust Collector)

17 : 가스 흡수장치 18, 19, 20, 21 : 콘베이어(Conveyor)

22 : 폐캔 더미(Used Beverage Can Bale) 23 : 폐캔 세편

24 : 뱃플(Baffle) 25 : 로타리킬른 외피

26 : 로타리킬른 내피 27 : 단열 및 보온재

본 발명은 수거한 알루미늄 폐캔을 세편, 철편 분리, 도장 및 랄카제거, 용해, 주조순으로 연속 처리해서 재생 알루미늄 지금 및 합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 경우 알루미늄폐캔을 사용하여 알루미늄지금을 제조하는 방법은 알루미늄 폐캔을 폐캔 처리업자가 수거해서 수집된 폐캔 중의 스틸캔 및 불순물 등을 수동으로 분리시킨 다음 알루미늄 폐캔을 도가니로에 넣어 용해시키고, 용탕은 래들로 퍼서 주형에 부어 알루미늄 재생지금을 제조하고 있다. 즉, 알루미늄 폐캔을 용해전에 세편, 자동 철편 제거, 도료 및 내부락카 제거와 같은 별도의 예비처리공정을 거치지 않고 단순히 용해만하여 재생지금을 만들고 있으며, 제조공정이 연속적이지 않고 단속적이며 주로 수동식 조업에 의존하고 있다.

종래의 기술대로 알루미늄 폐캔을 용해하는 경우에는 용해중에 내부의 락카가 알루미늄 용탕을 산화시키는 등 금속 알루미늄의 산화손실이 많게되고 이로 인해 장입량의 약 60% 정도만 금속 알루미늄으로 회수가 된다. 또, 국내의 식음료용 캔은 현재까지는 알루미늄캔보다 스틸캔이 많기 때문에 수거된 알루미늄캔 중에는 다수의 스틸캔이 섞여 있는 경우가 대부분이어서 알루미늄 폐캔을 용해하기 전에 이 들 스틸 폐캔 알루미늄 폐캔로부터 선별하여야 하는데, 이 작업을 국내에서는 대부분 수동으로 처리하고 있어서 이에따른 인력 소요가 원가부담이 된다. 이 외에, 폐캔 처리 공정들이 단속적이고 수동조업에 많이 의존함으로 인해서 폐캔을 대량 처리하는 경우에 연속공정에 비해서 불리하다.

따라서, 본 발명에서는 알루미늄 폐캔을 일련의 예비처리를 행한 후에 연속적으로 처리해서 재생 알루미늄 지금과 합금을 생산하기까지 대량생산에 적합한 연속공정을 개발하고자 하는데 주목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하고자 스틸캔이 섞여 있는 알루미늄 폐캔 또는 폐캔 더미를 세편(Shredd-ing) 하고 필요한 경우 수세와 건조를 행한 후에, 자력 선별법에 의한 철편 분리, 로타리킬른에서의 외부 도료 및 내부 락카 제거와 같은 일련의 예비처리를 행한 후에 알루미늄 세편을 용해, 주조시킴으로써 알루미늄 지금 및 합금으로 재생 시에 알루미늄 폐캔 중의 금속 알루미늄 회수율을 높히고, 또한 처리조업을 연속적, 자동적으로 행할 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명의 경우엔 수집된 알루미늄폐캔을 예비처리 및 용해하여 재생지금 및 합금을 제조함에 있어서, 세편기를 이용하여 수집된 알루미늄폐캔을 세편하는 공정, 폐캔세편으로부터 철편을 제거하는 철편제거공정, 및 로타리 킬른내부에서 폐캔세편의 외부도료와 내부락카를 제거하는 공정을 거쳐 통상의 용해, 용탕성분조절 및 주조와 같은 일련의 공정으로 이루어진다.

상기 폐캔세편공정에서는 알루미늄폐캔더미(22)를 콘베이어(18)로 세편기(2)의 상부 장입구에 장입시키면 세편기(2)의 내부에 설치된 칼날들에 의하여 폐캔더미는 조그마한 세편으로 잘라지게 되는데, 이 세편공정은 페캔내부의 락카를 제거하기 용이하도록 하기 위한 것으로서 컷터(Cutter)형 세편기를 사용하여 세편하게 된다. 이때 폐캔의 세편시에 폐캔내부에 잔류한 설탕성분이나 기타 오물등에 의하여 세편기(2)의 칼날이 무뎌지거나 오염되는 것을 방지하기 위하여 세편기(2)의 상부에 분사식 수세기(1)를 설치하여 세편기 상부로부터 물을 분사시켜 폐캔세편과 세편기의 칼날을 세척하고 급송콘베이어상에서 세척된 세편을 온풍건조시킨다. 즉, 세척된 세편을 세편기(2) 하부의 시료배출구를 통하여 콘베이어(19) 위에 낙하시키고 온풍송풍기(Hot Air Blower;3)를 작동시켜 콘베이어(19)상의 세편을 건조시키게 된다.

다음 철편제거공정에서는 콘베이어를 통하여 이송되는 폐캔이 1, 2차 자력선별기를 통과하게하여 알루미늄폐캔의 세편에 혼입된 철편이 제거되도록하여 철편제거가 보다 확실하게 이루어질 수 있도록 한다.

즉, 폐캔세편들은 콘베이어(20)를 통하여 1차 자력선별기(4)와 2차 자력선별기(5)를 거치면서 세편중에 혼입되어 있는 철편이 제거되는데, 이때 1차 자력선별기(4)는 정치형 자력선별기(Suspended Magnetic Separator)를 채택하고 2차 자력선별기(5)는 풀리형 자력선별기(Magnetic Pulley)를 채택할 수 있다.

다음 자력선별기를 통과한 알루미늄 폐캔 세편을 콘베이어(20)로부터 호퍼(6)를 통하여 로타리킬른에 급송하여 세편의 외부도료와 내부락카를 제거하는 경우 로타리킬른에 세편을 적정속도로 균일하게 공급하고 로타리 킬른에 세편장입전 세편을 일시 저장하기 위하여 세편장입구 상부에 호퍼(6)를 설치함이 바람직하다.

호퍼(7)를 통과한 알루미늄 폐캔 세편들은 로타리킬른(7)의 경사 윗부분에 설치된 장입구를 통해서 로타리킬른(7) 내부로 장입되고, 저속 회전을 하고 있는 로타리킬른의 내부를 통과하면서 세편 내부의 락카와 외부의 도료가 제거된다.

로타리킬른(7) 몸체 내피(26)에는 제3도에 나타낸 바와같은 뱃플(Baffle;24)을 등 간격으로 다수 설치하여 로타리킬른(7) 몸체가 회전함에 따라 내부의 세편 회전이 잘 될 수 있도록 함으로써 세편이 킬른 몸체 내부에서 쌓여 있는 것을 방지하고 세편 내부의 락카와 외부의 도료가 잘 제거될 수 있도록 한다. 로타리킬른(7) 내부의 가열에는 경유 버너를 사용하였으며, 장입구로부터 킬른 본체를 통과한 폐캔들은 킬른 몸체 경사 아랫부분에 위치한 시료 배출구를 통해서 콘베이어(21)로 이동된다. 또한, 랄카제거 시에 킬른 내부에서 발생한 가스와 먼지등은 로타리킬른(7)에 부착된 배기관(14)을 통해서 집진장치(Dust Collector, 16)와 가스 흡수장치(Scrubber, 17)로 보내어져 먼지와 연기 등을 제거시킨다.

실제로 알루미늄 폐캔의 외부도료와 내부락카는 시료를 490-520℃에서 10-20분간 가열하여 제거시키는 것이 효과적이다.

락카제거된 세편들은 콘베이어(21)를 통해서 호퍼(9)로 이동되고 호퍼의 배출구를 통해서 용해로(9)로 장입된다. 호퍼(8)도 용해로(9)에 세편 시료를 적정 속도로 균일하게 공급하고, 용해로(9)에 세편을 장입하기 전 시료를 일시 저장할 필요가 있을 경우에 대비해서 설치하였다. 용해로(9)에는 항상 일정량의 알루미늄 용탕을 남겨 두어서 호퍼(8)를 통해서 장입되는 알루미늄 세편들이 용해로(9)에 장입되자 마자 용해로(9) 내부의 알루미늄 용탕(13)에 침지되어 세편들의 용해가 빨리 진행되도록 하였다. 본 발명에 있어서는 경유와 가스 겸용 회전식 용해로를 사용하였는데, 이는 용해로를 회전시킴으로써 용탕 표면을 유동시켜서 용탕 표면으로 장입된 세편들을 용탕 내부로 빨리 침지시켜 장입된 알루미늄 세편들의 용해를 촉진시키고 산화를 억제시키기 위한 것이다. 용해 시에 용해로(9) 내부에서 발생한 가스는 용해로(9) 상부에 부착된 배기관(15)을 통해서 집진장치(Dust Collector, 16)와 가스 흡수장치(Scrubber, 17)로 보내어 유해 가스를 제거시킬 수 있다.

일정량의 세편이 용해로(9)에서 용융이 되었으면 용해로(9)의 배출구를 열고 용탕을 용탕 유로(10)를 통해서 저장로(11)에 저장시킨다. 저장로(11)에서는 알루미늄 용탕의 성분을 조절하고, 잉곳트(Ingot) 주조속도를 일정하게 하기 위하여 설치하였다. 사용한 저장로(11)는 정치식 반사로 형태의 로를 사용하였으며, 하부에 설치된 용탕 배출구와 용탕 유로를 통해서 주조기(12)로 보내어져 알루미늄 지금 또는 합금으로 주조된다. 저장로에서 알루미늄 용탕의 성분을 조절할 때는 합금원소를 첨가하지 않고 순수 알루미늄지금 만을 첨가하여 성분을 조절한 다음 재생 알루미늄 지금으로 주조하기도 하고, 합금원소용 괴를 첨가시키고 용탕을 교반시켜 용탕 성분을 균일하게 조절한 다음 주조함으로써 재생 알루미늄 합금을 제조하기도 한다.

다음은 본 발명에 있어서 알루미늄 폐캔의 도료 및 내부락카제거에 따른 로타리킬른 내부 적정온도 유지범위와 가열시간을 알아보고 그 효과를 알아보고자 행한 실험예를 각가 나누어 살펴보기로 한다.

우선 본 발명에 있어서 사용한 알루미늄 폐캔 시료는 국내에서 제조, 사용한 알루미늄 폐캔이었으며, 시료의 화학성분 규격은 표-1과 같다. 알루미늄 폐캔은 수거 시에 낱개로 수거되는 경우가 많은데, 이를 처리공장에 운반할 때 운반의 편의를 위해서 더미(bale)로 하여 운반하기 때문에 처리공장에서는 대부분 알루미늄 폐캔 더미의 형태이다. 또한 이 폐캔 더미에는 스틸 폐캔이 다량 섞여 있는데, 많을 경우에는 약 40% 정도를 스틸폐캔이 차지하고 있다. 이 스틸 폐캔을 알루미늄 폐캔과 함께 용해시키면 알루미늄의 순도가 떨어지게 되므로 용해 전에 이 스틸 성분을 제거시켜야 한다. 본 발명에서는 알루미늄 폐캔과 스틸 폐캔이 섞여 있는 폐캔 더미를 원시료로 사용하였는데, 폐캔 더미의 크기는 가로 600mm, 세로 600mm, 높이 300-600mm 크기였다.

표-1. 맥주용 알루미늄캔의 구성부품별 화학조성 규격

(1) 알루미늄 폐캔의 도료 및 내부 락카 제거 실험 예

도료와 내부락카는 로타리킬른에서 시료를 가열하여 열분해시켜 제거하였다.

시료들을 370, 400, 430, 460, 490, 520, 550℃에서 1시간동안 가열하면서, 시간에 따라 락카가 제거되는 상황을 알아보기 위하여 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60분에 시료를 꺼내어 도료와 락카가 제거되는 여부를 조사하였다. 온도와 시간에 따라 도료와 락카제거를 행한 후 실험 시료들의 도료와 락카제거 상태를 육안으로 검사해서 그 결과를 락카제거 충분, 불충분, 안된 것으로 세가지로 분류하여 요약하면 표-2와 같다. 표-2에서 보면 430℃ 이하 온도에서는 락카제거가 1시간 이내에는 안 되며, 490℃ 이상의 온도에서는 락카제거가 잘 되는데, 온도가 올라갈수록 락카제거에 소요되는 시간이 짧아지는 것을 알 수 있다. 그러나 온도가 올라갈수록 시료표면의 산화막 층이 두꺼워져서 용해시에 금속회수율을 떨어뜨리게 되므로 도료와 락카제거는 로타리킬른 내부온도가 490-520℃에서 10-20분 가열하는 것이 적당하였다.

표-2. 알루미늄 폐캔의 도료와 내부락카 제거 실험결과

(O : 충분히 제거됐음. P : 불충분 X : 제거 안됐음)

(2) 각 예비처리에 따른 알루미늄 폐캔 용해시 금속회수율 조사 실험

알루미늄 폐캔을 세편, 도료 및 락카제거 등 예비처리한 후에 용해한 것이 예비처리를 하지 않고 용해한 것에 비해서 금속 회수율 측면에서 얼마나 효과적인가를 조사하기 위하며, 알루미늄 폐캔 시료를 락카제거 한 것과 락카제거 안한 것으로 일차적으로 구분하였으며, 각각의 경우에 세편한 것과 안 한 것을 비교 실험하였다. 알루미늄 폐캔을 각 예비처리 방법들에 따라 용해한 결과 얻어진 금속회수율은 표-3과 같다. 여기서 금속회수율은 알루미늄 폐캔 시료를 용해시에 회수된 알루미늄 금속양을 용해전 장입시료의 중량에 대하여 백분율로 나타낸 것이다. 표-3에서 보면 알루미늄 폐캔을 처리할 경우에는 폐캔의 도료와 락카를 먼저 제거하고 용해하는 것이 락카 제거 안한 것보다 금속회수율이 높고, 또 세편한 것이 세편 안 한 것보다 효과적이었다. 표-3에서 세편한 것과 안 한 것의 회수율 평균치를 비교해 보면 락카를 제거한 경우는 81%, 66% 이고 락카제거를 안한 경우에는 48%, 45%로서, 알루미늄 폐캔을 세편하고 락카를 제거하여 용해하는 경우의 알루미늄 금속 회수율이 가장 높다. 이와같이 알루미늄 폐캔의 처리시에 알루미늄 금속 회수율을 높히기 위해서는 세편, 락카제거와 같은 일련의 예비처리를 거쳐서 용해시키는 것이 금속회수율을 높히는데 효과적임을 알 수 있다.

표-3. 각 예비처리에 따른 알루미늄 폐캔 용해시 금속회수율, wt%, (시료구분 A : 세편과 락카제거를 안한 것, B : 세편만 하고 락카제거 안한 것, C : 세편은 안하고 락카제거만 한 것, D : 세편 및 락카제거한 것).

알루미늄 폐캔 시료 1,000kg을 본 발명에서 제시한 일련의 연속공정에 따라 처리하여 용해로에서 용해시키고, 저장로에서 Al-10%Mn 합금괴와 Mg괴를 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 캔용 소재인 Al-3004와 Al-5182 합금을 제조하였다. 제조된 재생 알루미늄 합금 괴에서 Al-3004와 Al-5182 각각 2개의 시료를 채취하여 성분분석한 결과는 표-4와 같다. 표-4의 결과와 표-1에 나타낸 Al-3004와 Al-5182의 성분규격과 비교하여보면, 실시 결과가 Al-3004와 Al-5182의 성분규격을 잘 만족시키고 있음을 알 수 있다. 또, 재생 알루미늄 지금으로 제조할 경우에는 저장로에서 합금성분을 첨가하지 않고 주조하면 된다.

표-4. 알루미늄 폐캔으로부터 제조된 재생 알루미늄 합금의 성분분석 결과

이와같이 본 발명의 경우 수거된 알루미늄 페캔 중의 스틸 성분을 자력선별기를 사용하여 자동으로 분리시킴으로써 종래 방법에서 철편 분리에 필요한 인력소요를 줄일 수 있고, 알루미늄 폐캔을 세편, 도료 및 락카제거 등의 예비처리를 행하여 용해함으로써 재생지금을 제조시에 금속 알루미늄의 회수율을 종래 방법보다 20-30% 증가시킬 수 있으며, 알루미늄 폐캔 원료로부터 재생 알루미늄 지금 및 합금을 제조하기까지 각 공정들간의 시료 이동을 콘베이어를 사용하여 자동으로 이송함으로써 연속조업을 행할 수 있으므로 알루미늄 폐캔의 대량처리에 효과적임을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 수집된 알루미늄폐캔을 선별하여 용해, 재생된 알루미늄 지금 또는 합금을 제조하는 방법에 있어서, 세편기를 이용하여 수집된 알루미늄폐캔을 세편하는 공정, 폐캔세편으로부터 철편을 제거하는 철편제거공 정, 및 로타리킬른 내부에서 폐캔세편의 외부도료나 락카를 제거하는 공정을 연속적으로 거쳐 통상의 용해, 용탕성분조절 및 주조와 같은 일련의 공정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐캔으로부터 재생알루미늄 지금 또는 합금을 연속제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 알루미늄세편공정에서 세편기 상부로부터 물을 분사시켜 알루미늄세편과 세편기 칼날을 세척하고 급송 컨베이어상에 세척된 세편은 온풍건조시켜 세편의 세척 및 건조가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 폐캔으로부터 재생알루미늄 지금 또는 합금을 연속제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 철편제거공정이 1, 2차 자력선별기에 의하여 급송되는 알루미늄세편으로부터 혼입된 철편을 제거시키는 것을 특징으로 하는 폐캔으로부터 재생알루미늄 지금 또는 합금을 연속제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 로타리킬른 또는 용해로의 시료장입구 상부에 호퍼를 설치하여 폐캔처리 연속조업시에 균일한 속도의 시료 장입과 시료의 일시 저장이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐캔으로부터 재생알루미늄 지금 또는 합금을 연속제조하는 방법.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 알루미늄 폐캔의 외부 도료와 내부 도장 제거시에 로타리킬른을 사용할 경우, 로타리킬른의 몸체 내피(26)에 뱃플(24)을 설치하여 로타리킬른 몸체가 회전함에 따라 내부 시료도 회전이 잘 될 수 있도록 함으로써 시료가 킬른 몸체 내부에서 쌓여있는 것을 방지하고 시료의 내부 락카의 외부 도료가 잘 제거될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 폐캔으로부터 재생알루미늄 지금 또는 합금을 연속제조하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 로타리킬른의 내부온도가 490-520℃에서 10-20분동안 가열이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐캔으로부터 재생알루미늄 지금 또는 합금을 연속제조하는 방법.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.