석탄 폐자원을 이용한 미네랄펄프 제조방법. 특허

발행 유형 출원

출원 번호 PCT/KR2012/007257

공개 날짜 2013년 3월 21일

출원일 2012년 9월 10일

우선일 2011년 9월 14일

공표된 다른 특허번호: WO2013039311A3

발명자 Yeong Cheol Kim, 김영철, Jung Min Kim, 김정민, Min Chul Lee, 이민철

신청자 (유)그린원, Greenone Inc

특허정보 내보내기 BiBTeX, EndNote, RefMan

특허 인용 (3), 분류 (9), 특허 관련 법적 내용 (1)

외부 링크:  Patentscope, Espacenet

 

WO 2013039311 A2

초록

본 발명은 탄광 및 폐탄광주변의 산업현장에서 발생되는 폐석탄,석탄재, 미분탄,경석,석탄폐석,광미(Tailing)와 같은 석탄폐자원과 폐주물사,슬래그와 같은 산업폐기물을 부원료로 하여 친환경적인 미네랄 섬유(Mineral Fiber)를 제조후, 펄프원료를 가미해 화학적 변성과 제지연화과정을 거쳐 미네랄펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다. 제조 중간단계에서 제공되는 미네랄섬유는 산업용,건축자재,보온재,불연재,마찰재,보냉과 농업용에 이르기까지 다양하며, 유연하고 복원력이 우수한 친환경자재로 손색이 없을 정도로 그 이용가치가 높다. 또한, 최종재인 미네랄펄프는 천연펄프 대체로 수입대체의 효과를 제공한다.또, 폐자원의 재활용으로 에너지 절감은 물론 오염배출량을 획기적으로 줄여 녹색성장의 달성에 기여가 가능하며, 폐광촌지역 경제발전 효과와 고용창출에 기여하도록 한 유용한 발명인 것이다.

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청구 범위(1)

탄광에서 발생되는 석탄폐자원 중 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄, 석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 주재료와 산화철(Fe2O3) 보충제로 산업현장에서 발생한 폐자원중 폐주물사, 제철슬래그와 같은 부재료를 각각 10~20mm 입도로 분쇄후 주재료인 석탄폐자원의 3∼5중량%에 해당하는 부재료를 혼합물 65중량%에 석회석 20중량%, 백운석 5중량%, 현무암 5중량%, 무기화학 경화제 3중량%, 연소촉진제 2중량%를 배합한 배치(batch)를 고압프레스 성형기로 80~100mm로 성형하는 원료배합단계와;

상기 성형된 배치(batch) 80중량%, 코크스 20중량%의 비율로 각각 호퍼로 큐폴라(Cupola)타입의 용융로(爐)에 투입하여 저유황 벙커C유로 버너를 초기점화 후, 이후 코크스로 용융시켜 1,400℃~1,600℃부터 용융물질이 용출되는 용융단계와;

상기 용융단계의 융용로에서 용출된 물질을 고속회전 원심공법(Rapidly Centrifuga Spinning Method)으로 굵기 2~20um, 길이 10~100mm로 가늘고 균일하게 섬유화시킨 바인더를 펜들럼시스템(Pendulum System)으로 추가가공한 섬유를 집면틀에 모아 로울러식벨트로 이동하면서 여러 겹으로 쌓이게 한 후, 컨베이어로 이동하면서 1차, 2차 로울러 다짐공정을 거친 2~3cm 두께의 섬유를 로울러에 감아 건식 미네랄 섬유를 생산하는 단계와;

상기 생산된 건식 미네랄 섬유(Fiber)를 90~100℃의 1차 숙성탱크에 넣고 섬유중량 대비 분산제 1∼8중량%, 연화제 1∼10중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 알긴산 5중량%, 물 65중량%, 과산화수소 35%(8∼30g/water 1L), 규산소다(3∼5g/water 1L), 트리폴리인산소다(1∼3g/water 1L), 황산마그네슘(0.18g/water 1L), 제지원료 25중량%를 넣고 저속 교반후 밀폐탱크에 70% 채워 10시간 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제1단계와;

상기 습식처리 1단계의 미네랄 섬유를 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 5중량%, 물 65중량%를 첨가 저속 교반 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제2단계와;

상기 습식처리 2단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 물 65중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 과산화수소 35%(8∼30g/water 1L)를 혼합 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제3단계와;

상기 습식처리 3단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 표면개선제인 규산소다3∼5중량%, 트리폴리인산소다(1∼3g/ water 1L), 황산마그네슘(0.18g/water 1L)을 넣고 90~100℃에서 60~90분 숙성하는 변성처리하는 습식처리 제4단계와;

상기 습식처리 4단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 소포제 1중량%, 실리콘 2중량% 첨가 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제5단계와;

상기 습식처리 5단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알킬아민 유화제 5중량%, 렌시틴 3중량% 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제6단계와;

상기 습식처리 6단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 1∼10중량%, 알긴산나트륨 2중량%, 알긴산칼슘 5중량%을 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제7단계와;

상기 습식처리 7단계의 미네랄 섬유를 탈수 후, 연화조로 이송해 섬유 중량대비 에탄올아민 3∼5중량%, 에틸렌옥사이드 3∼5중량% , 암모니아 3∼5중량%을 일정한 온도로 숙성처리하는 습식처리 최종 제8단계를 포함하는 습식 미네랄 섬유를 생산하는 단계와;

상기 생산된 습식 미네랄 섬유를 탈수를 거쳐 건조실에서 가열건조처리하는 단계와;

상기 건조실에서 가열건조처리된 미네랄펄프를 일정 규격으로 재단 또는 적상시키는 수단 중 선택되는 어느 하나의 수단을 거쳐 포장 완성하는 최종단계로 이루어짐을 특징으로 하는 석탄 폐자원을 이용한 미네랄펄프 제조방법.

설명

석탄 폐자원을 이용한 미네랄펄프 제조방법

본 발명은 석탄 폐자원을 이용한 미네랄펄프 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 채탄시 발생하여 탄광주변에 매립하여 놓은 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄, 석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 석탄 폐자원을 주제로 하고 산업현장에서 발생된 폐주물사, 제철슬래그 같은 폐자원을 보충제로 이용한 친환경적인 미네랄펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

 

본 발명은 석탄 폐자원을 이용한 친환경적인 미네랄펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

 

그동안 석탄광산업은 경제성장과 더불어 에너지 및 산업의 성장을 이끌어 왔다. 그러나 석탄광의 개발이 한계에 이르고 경제성이 없어 많은 광산이 폐광이 되고, 채탄부산물이 장시간 방치되어 오늘날 자연환경의 위해 요인이 되고 있다.

 

특히, 탄광 야적지에 그대로 방치되어 빗물과 상호 반응해 중금속이 용출되어 하천과 토양 오염을 가중시키고 있는 실정이다.

 

지금까지 탄광에서 배출되는 석탄 폐자원의 처리방법은 매립, 불용출성 약품을 첨가하여 고형화시키는 방법과 일부 채탄부산물에서 유용한 금속성분을 회수하여 재활용하는 방법이 있다.

 

그러나 연구 개발만이 활발할 뿐 그 활용은 미흡 한체로 막대한 양이 수십년간 퇴적되어 생태계에 큰 위험을 주고 있으며, 그 처리비용도 막대하며 환경적 측면에 한계에 직면하고 있다.

 

참고로 국내공개특허공보 10-2011-0087021호(2011.08.02공개)에 따른 '석탄폐석을 이용한 소다라임계 유리의 제조방법'에서는 석탄폐석,소다회,탄산칼슘,황산마그네슘,규사, 파유리를 포함하는 혼합물을 일정비로 배합하고, 용융해 성형한 후, 서냉과정을 거쳐 건축용 유리타일이나 발포유리패널과 같은 유리 2차 제품으로 활용하는 사례가 있다.

 

기타, 석탄 폐자원을 이용한 비소성 에코벽돌 등의 토건재료 활용이나, 금,은과 같은 유가금속회수 기술 개발은 아직도 연구 중이다.

 

해외사례중 중국에서는 석탄재(Fly Ash)를 활용하여 광물성 섬유를 생산하는 사례도 있다.

 

한편, 산업현장에서 발생된 또 다른 폐자원 중 하나인 폐주물사는 다량의 산화철, 산화아연, 실리카 산화칼슘 및 약간의 유황 등을 포함하고 있을 뿐만 아니라 유해물질로 납, 카드뮴, 크롬, 구리 등이 미소량 함유된 것으로 일부 경량골재나 적연와 및 폴리머 콘크리트조성물의 첨가물로 소량 처리되지만, 대부분 기술력이나 비용면에서 재생 처리하여 사용하지 않고 매립 등의 방법으로 폐기되는 실정이었다.

 

또, 고로슬래그는 선철 제련 부산물로 건조 및 분쇄하여 고로시멘트용 슬래그나 시멘트·콘크리트용 혼화제로 사용하거나, 착색안료를 혼합해 성형틀로 양생해 해양구조물로 일부 이용하거나, 물유리와 일정 혼합후 성형기로 성형후 열풍을 가하여 건조하는 과정을 통해 일부 규산질비료를 만드는 실정이다.

 

이에 본 발명은 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄, 석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 석탄폐자원 및 산업현장에서 발생된 폐주물사, 제철슬래그와 같은 폐자원을 좀더 유용하게 활용할 수 있는 방법을 검토한 결과 현재 국내 9개소의 석탄광에서 발생된 석탄폐자원중 굴진과정에서 배출된 굴진폐석과 선탄과정에서 배출된 선탄폐석의 재활용 가능성을 조사한 국내연구논문[국내 석탄광 폐석의 특징, 한국지구시스템 공학학회지 Vol.42,no.1 (2005)pp.1-8]에 기술된 바로, 굴진폐석과 선탄폐석을 파·분쇄후 체가름해 0.1mm 이상의 산물에서는 SiO2 함량이 90% 이상이었으며, 산출율은 70∼80wt% 정도를 나타내었다.

 

그러한 석탄폐자원은 건축재, 제철 슬래그 점도 조절재, 주물사 및 초자원료로 널리 사용되는 SiO2 공급원으로서 사용 가능할 것으로 조사되었다. 그리고 0.5mm 이하 0.1mm 이상인 석탄 폐자원의 내화도를 측정한 결과, 굴진폐석은 내화도(SK)가 30∼32 정도이므로 내화재료로의 활용이 유효할 것으로 보고되었다.

 

이에 본 발명에서는 상기와 같은 석탄 폐자원에 포함된 SiO2 함량과 우수한 내화도를 감안하여 주재료로 폐석탄,석탄재, 석탄폐석, 광미, 경석과 같은 석탄 폐자원에, 산업현장에서 발생된 폐주물사, 제철슬래그와 같은 부재료를 산화철(Fe2O3)보충제로 활용함과 동시에 광물학적 물리화학적인 물성을 이용해 기술 친환경적인 미네랄 울 제조해 미네랄펄프(mineral pulp)를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

 

이와 같은 미네랄울은 건축자재, 산업용보온재, 불연재, 광물성 펄프 등의 원자재공급으로 수입대체효과와 친환경자재로 발암물질 자체를 대처할 수 있다.

 

미네랄울은 암면(Rock wool)으로도 불리우며, 1897년 미국에서 석회암질의 절판암을 원료로 제조한 것이 시초가 되었으며, 이어 1938년 일본에 의해 공업화되기 시작했다.

 

미네랄울은 현무암이나 규산칼슘계 천연광물을 주원료로 하여, 용해로에서 코크스를 더해 1,500∼1,600℃의 고온으로 용융시켜, 고속원심회전공법으로 섬유화한 바인더를 다시 펜들럼시스템(Pendulum System)으로 품질격차를 최소화한 제품이다.

 

펜들럼시스템에 의해서 미네랄울은 일반적층에 비해 제반물성이 더욱 향상된 인조광물섬유단열재로 보온, 보냉, 단열, 내화, 흡음, 결로방지 등을 위한 건축물과 산업설비,조선공업에 필요한 경제적인 단열재이다.

 

미네랄울은 석면처럼 암을 유발할 가능성은 전혀 없는 기술 친환경 제품으로 국내 여러 업체에서 생산하지만 원자재는 수입 광물로만 생산하고 있다.

 

상기와 같이 탄광이나 폐탄광에서 발생되는 폐자원중 실리카(SiO2)성분이 포함된 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄, 석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 주재료에, 산화철(Fe2O3) 보충제로 산업현장에서 발생된 폐자원중 폐주물사, 제철슬래그와 같은 부재료로 활용함과 동시에 광물학적 물리화학적인 물성을 이용해 기술 친환경적인 미네랄펄프(mineral pulp)를 제조방법을 제공하는데 그 기술적 의의가 있는 것이다. 특히 천연 제지펄프의 대체용으로 수입절감효과도 제공하고자 하는 것이다.

 

이러한 본 발명은 석탄 폐자원인 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄, 광미(Tailing), 경석 등을 주원료로 이용한 친환경적인 광물성 섬유에 의한 미네랄펄프를 생산하는 기술로 폐기물의 재활용 및 에너지정책과 환경보호 등 녹색에너지산업을 이끌 신기술이다.

 

또한 기존의 처리방식으로는 주변토양과 환경의 오염이 갈수록 증대되어 폐광촌에 심각한 경제적 어려움이 있는 현실에, 친환경적인 공법으로 폐기물을 자원화하고 고용증대로 폐광촌지역의 경제활성화를 제공하고 친화적인 건축자재, 산업용제품, 펄프 등 원자재로 제공되어 수입대체효과를 이루고 환경보호를 하여 지역경제발전에 기여하고자 하는 것이다.

 

상기와 같은 점을 감안하여, 본 발명은 채탄시 발생하여 탄광주변에 매립하여 놓은 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄, 석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 석탄 폐자원에서 SiO2 함량과 우수한 내화도를 감안한 주재료와; 산업현장에서 발생된 폐주물사, 제철슬래그 같은 폐자원을 보충제로 부재료를 산화철(Fe2O3)보충제로 활용해 각각 10~20mm 입도로 분쇄후 주재료인 석탄폐자원의 3∼5중량%에 해당하는 부재료를 혼합물 65중량%에 석회석 20중량%, 백운석 5중량%, 현무암 5중량%, 무기화학 경화제 3중량%, 연소촉진제 2중량%를 배합한 배치(batch)를 고압프레스 성형기로 80~100mm로 성형하는 원료배합단계와;

 

성형된 배치(batch) 80중량%, 코크스 20중량%의 비율로 각각 호퍼로 큐폴라(Cupola)타입의 용융로(爐)에 투입 후 저유황 벙커C유로 버너로 점화 후, 이후 코크스로 용융시켜 1,400℃~1,600℃부터 용융물질이 용출되는 용융단계와;

 

상기 용융단계의 융용로에서 용출된 물질을 고속회전 원심공법(Rapidly Centrifuga Spinning Method)으로 굵기 2~20um, 길이 10~100mm로 가늘고 균일하게 섬유화시킨 바인더를 펜들럼시스템(Pendulum System)으로 추가가공한 섬유를 집면틀에 모아 로울러식벨트로 이동하면서 여러 겹으로 쌓이게 한 후, 컨베이어로 이동하면서 1차, 2차 로울러 다짐공정을 거친 2~3cm 두께의 섬유를 로울러에 감아 건식 미네랄 섬유를 생산하는 단계와;

 

건식 미네랄 섬유(Fiber)를 90~100℃의 1차 숙성탱크에 넣고 섬유중량 대비 분산제 1∼8중량%, 연화제 1∼10중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 알긴산 5중량%, 물 65중량%, 과산화수소 35%(8∼30g/water 1L), 규산소다(3∼5g/water 1L), 트리폴리인산소다(1∼3g/water 1L), 황산마그네슘(0.18g/water 1L), 제지원료 25중량%를 넣고 저속 교반후 밀폐탱크에 70% 채워 10시간 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제1단계와;

 

상기 습식처리 1단계의 미네랄 섬유를 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 5중량%, 물 65중량%를 첨가 저속 교반 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제2단계와;

 

상기 습식처리 2단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 물 65중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 과산화수소 35%(8∼30g/water 1L)를 혼합 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제3단계와;

 

상기 습식처리 3단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 표면개선제인 규산소다3∼5중량%, 트리폴리인산소다(1∼3g/ water 1L), 황산마그네슘(0.18g/water 1L)을 넣고 90~100℃에서 60~90분 숙성하는 변성처리하는 습식처리 제4단계와;

 

상기 습식처리 4단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 소포제 1중량%, 실리콘 2중량%첨가 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제5단계와;

 

상기 습식처리 5단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알킬아민 유화제 5중량%, 렌시틴 3중량% 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제6단계와;

 

상기 습식처리 6단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 1∼10중량%, 알긴산나트륨 2중량%, 알긴산칼슘 5중량%을 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제7단계와;

 

상기 습식처리 7단계의 미네랄 섬유를 탈수 후, 연화조로 이송해 섬유 중량대비 에타놀아민 3∼5중량%, 에틸렌옥사이드 3∼5중량% , 암모니아 3∼5중량%을 일정한 온도로 숙성처리하는 습식처리 최종 제8단계를 포함하는 습식 미네랄 섬유를 생산하는 단계와;

 

상기 생산된 습식 미네랄 섬유를 탈수를 거쳐 건조실에서 가열건조처리하는 단계와;

 

상기 건조실에서 가열건조처리된 미네랄펄프를 일정 규격으로 재단 또는 적상시키는 수단중 선택되는 어느 하나의 수단을 통해 포장 최종 완성하는 미네랄펄프(mineral pulp)를 제조하는 방법을 제공하는 방법에 관한 것이다.

 

전 세계적으로 천연자원의 매장량은 지속적으로 감소하고 있는데 반하여 폐자원은 지속적으로 증가하고 있으나, 재활용실적은 저조하여 환경오염 및 자원의 낭비를 초래하고 있다.

 

특히, 폐광 및 광산에서 배출되는 석탄 폐자원은 악성 폐기물로 황화 광물의 특성상 철수산화물이 침전되어 수질악화로 생태계를 파괴하는 환경문제가 발생하나, 폐자원을 재활용하는 본 발명에 따라 제공되는 미네랄 울은 자동차엔진소음 열차단재, 플라스틱고강도혼합용, 아스팔트믹서, 냉온자재와 기타 다양한 소재로 제공되고, 특히 최종재인 미네랄펄프는 사용하기 용이하고 천연펄프대용으로도 제공되어 수입대체의 효과를 제공한다.

 

또한, 폐자원의 재활용으로 인한 저렴한 원가와 고효율 등으로 여러 산업분야에 이바지하도록 한 유용한 발명인 것이다.

 

본 발명에 따른 석탄부산물인 폐자원을 재활용함으로써 에너지 절감은 물론 오염배출량을 획기적으로 줄여 녹색성장의 달성에 기여가 가능할 것이다.

 

도 1은 본 발명의 전체 제조공정도

 

도 2는 본 발명의 원료배합단계부터 건식 미네랄 섬유를 생산하는 단계까지의 세부공정도

 

도 3은 본 발명에 따른 미네랄섬유의 대한 도면 대용참고사진

 

도 4는 본 발명에 따른 미네랄섬유의 현미경 확대 도면 대용사진

 

도 5는 본 발명에 따른 미네랄섬유의 건축자재 사용예시도

 

상기와 같은 본 발명의 목적을 이루기 위한 본 발명의 구체적인 각 첨부도면을 참고하면서 상세 내용을 알아보면 다음과 같다.

 

1.원료(Raw material)

 

1)탄광에서 발생되는 석탄폐자원 중 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 페석탄, 석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 주재료와 산화철(Fe2O3) 보충제로 산업현장에서 발생한 폐자원중 폐주물사, 제철슬래그와 같은 부재료를 각각 10~20mm 입도로 분쇄후 주재료인 석탄폐자원의 3∼5중량%에 해당하는 부재료를 혼합한다.

 

2) 상기 1단계에 준비된 주재료와 부재료의 혼합물 65중량%에 석회석 20중량%, 백운석 5중량%, 현무암 5중량%, 무기화학 경화제 3중량%, 연소촉진제 2중량%를 배합한 혼합 배치(batch)를 고압프레스 성형기로 80~100mm로 성형한다.

 

상기 무기화학 경화제는 독특한 무기질의 수성체 바인더로 양이온이나 중금속은 축 중합반응에 의해 안정화를 이루며 고강도의 바인더를 만든다.

 

일반적으로 연소과정에서 주원료는 산소와 반응하여 착화되면 발화점이 높은 SiO2는 먼저 연소되고 원료속에 함유된 금속성분은 늦게 연소되어 최후에는 완전연소되지 못한 금속성분이 찌꺼기로 농축되어 숯(Char)을 형성,미연분과 범벅이 되기 때문에 본 발명에 따른 연소촉진제는 이런 금속성분과 연쇄촉매반응을 일으켜 완전연소를 하도록 도우며 공해물질을 저감토록 하는 것이다.

 

3) 2단계에서 성형한 혼합 배치(batch)를 1차 호퍼로 자동 이동시켜 용융로(爐)에 투입한다.

 

4) 2차 호퍼에서는 코크스를 용융로(爐)에 투입한다. 이때 비율은 2단계에서 성형한 배치(batch) 80중량%, 코크스 20중량%의 비율로 투입하게 된다.

 

참고로, 본 발명에 있어 주재료는 실리카(SiO2) 주성분이 석영광물인 석탄폐자원이 주원료이며 실리카 품위가 높고 강도가 높은 특성이 있고, 각 지역탄광마다 다소 그 성분이 다소 차이가 있어, 국내석탄 평균함량분석인 다음 표1에 따른다.

 

표 1

 

SiO2 50∼55중량%

AL2O3 25∼30중량%

Fe2O3 4∼7중량%

CaO 1∼3중량%

MgO 0.5∼2중량%

K2O 1∼6중량%

Na2O 1∼2중량%

TiO2 0.5∼1.5중량%

(자료 : 석탄공사)

 

2. 연료(Fuel)

 

1)코크스(coke)와 저유황 벙커C유

 

저유황 벙커C유는 버너를 이용하여 용융로의 초기 점화에 이용하며, 이후 용융은 코크스로 에너지를 얻기 때문에 코크스를 연료로 사용한다.

 

이때의 열은 배기가스로 회수되어 연소공기의 온도를 올려 사용할 수 있어 에너지효율이 가장 크다.

 

3. 용융로(CUPOLA)

 

1)용융하는 로(爐)는 열순환 방식의 큐폴라(Cupola)타입의 로(爐)이며, 버너를 사용한 벙커C유를 연료로 하여 코크스에 점화 가열한다. 투입원자재는 1,400℃~1,600℃부터 용융이 되며 용융물질이 액체로 분출되어 노즐에서 분사 된다.

 

2)큐폴라타입을 선택한 것은 에너지효율이 크고 먼지나 CO2 가 적게 발생되어 친환경적이며 가격이 저렴하다. (Fiber Capacity : 5MT/h)

 

4.섬유(Fiber) 성형 시스템

 

1)융용로에서 분사된 용융물질은 고속회전 원심공법(Rapidly Centrifuga Spinning Method)으로 굵기 2~20um , 길이 10~100mm로 가늘고 균일하게 섬유화한 바인더를 다시, 펜들럼시스텀(Pendulum System)을 적용하여 더욱 균일하고 미세한 집면 방식으로 섬유를 생산한다.

 

2)상기 펜들럼시스텀(Pendulum System)으로 추출된 섬유는 집면틀에 모아 로울러식벨트로 섬유를 이동하여 여러 겹으로 쌓이게 한 후, 제품을 컨베이어로 이동 1차, 2차의 로울러 다짐 공정을 거처 2~3cm 두께에 이르러 로울러에 감아 섬유제품을 생산한다.

 

5.습식공정의 섬유생산

 

1)생산된 섬유(Fiber)를 90~100℃의 1차 성숙탱크에 넣고 섬유중량 대비 분산제 1∼8중량%, 연화제 1∼10중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 알긴산 5중량%, 물 65중량%, 과산화수소 35%(8∼30g/water 1L), 규산소다(3∼5g/water 1L), 트리폴리인산소다(1∼3g/water 1L), 황산마그네슘(0.18g/water 1L), 제지원료 25중량%를 넣고 저속 교반후 밀폐탱크에 70% 채워 10시간 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제1단계와;

 

2) 1단계의 섬유를 연화조로 이송해 섬유중량대비 알긴산 5중량%, 물 65중량%를 첨가 저속 교반 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제2단계와;

 

3) 2단계의 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송해 섬유 중량대비 물 65중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 과산화수소 35%(8∼30g/water 1L)를 혼합 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제3단계와;

 

4) 3단계의 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 표면개선제인 규산소다3∼5중량%, 트리폴리인산소다(1∼3g/water 1L), 황산마그네슘 (0.18g/water 1L)을 넣고 90~100℃에서 60~90분 숙성처리하는 습식처리 제4단계와;

 

5) 4단계의 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유중량대비 소포제 1중량%, 실리콘 2중량% 첨가 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제5단계와;

 

6) 5단계의 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알킬아민 유화제 5중량%, 렌시틴 3중량% 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제6단계와;

 

7) 6단계의 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 1∼10중량%, 알긴산나트륨 2중량%, 알긴산칼슘 5중량%을 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제7단계와;

 

8) 7단계의 섬유를 탈수 후, 연화조로 이송한 섬유 중량대비 에탄올아민 3∼5중량%, 에틸렌옥사이드 3∼5중량% , 암모니아 3∼5중량%을 일정한 온도로 숙성처리하는 습식처리 제8단계로 이루어진다.

 

상기와 같은 본 발명에 따른 습식공정 섬유생산에 있어서, 소요되는 탱크숙성 온도유지 및 건조실 열원과 성형탄 건조열은 용융로(爐) 잔열을 활용한다.

 

6. 제조공정

 

이하, 본 발명에 따른 석탄 폐자원을 이용한 미네랄펄프 제조방법은 다음과 같다.

 

탄광에서 발생되는 석탄폐자원 중 굴진폐석, 선탄폐석, 미분탄, 폐석탄,석탄재, 광미(Tailing), 경석과 같은 주재료와 산화철(Fe2O3) 보충제로 산업현장에서 발생한 폐자원중 폐주물사, 제철슬래그와 같은 부재료를 각각 10~20mm 입도로 분쇄후 주재료인 석탄폐자원의 3∼5중량%에 해당하는 부재료를 혼합물 65중량%에 석회석 20중량%, 백운석 5중량%, 현무암 5중량%, 무기화학 경화제 3중량%, 연소촉진제 2중량%를 배합한 배치(batch)를 고압프레스 성형기로 80~100mm로 성형하는 원료배합단계와;

 

상기 성형된 배치(batch) 80중량%, 코크스 20중량%의 비율로 각각 호퍼로 큐폴라(Cupola)타입의 용융로(爐)에 투입 후, 저유황 벙커C유로 버너로 점화 후, 이후 코크스로 용융시켜 1,400℃~1,600℃부터 용융물질이 용출되는 용융단계와;

 

상기 용융단계의 융용로에서 용출된 물질을 고속회전 원심공법(Rapidly Centrifuga Spinning Method)으로 굵기 2~20um, 길이 10~100mm로 가늘고 균일하게 섬유화시킨 바인더를 펜들럼시스템(Pendulum System)으로 추가가공한 섬유를 집면틀에 모아 로울러식벨트로 이동하면서 여러 겹으로 쌓이게 한 후, 컨베이어로 이동하면서 1차, 2차 로울러 다짐공정을 거친 2~3cm 두께의 섬유를 로울러에 감아 건식 미네랄 섬유를 생산하는 단계와;

 

상기 생산된 건식 미네랄 섬유(Fiber)를 90~100℃의 1차 숙성탱크에 넣고 섬유중량 대비 분산제 1∼8중량%, 연화제 1∼10중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 알긴산 5중량%, 과산화수소 35중량%(8∼30g/water 1L), 규산소다(3∼5g/water 1L), 트리폴리인산소다(1∼3g/water 1L), 황산마그네슘(0.18g/water 1L), 제지원료 25중량%를 넣고 저속 교반후 밀폐탱크에 70% 채워 약 10시간 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제1단계와;

 

상기 습식처리 1단계의 미네랄 섬유를 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 5중량%, 물 65중량%를 첨가 저속 교반 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제2단계와;

 

상기 습식처리 2단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 물 65중량%, 표면개선제 1∼10중량%, 과산화수소35%(8∼30g/ water 1L)를 혼합 숙성해 섬유질을 유연하게 개선하는 습식처리 제3단계와;

 

상기 습식처리 3단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 다음 연화조로 이송한 섬유 중량대비 표면개선제인 규산소다3∼5중량%, 트리폴리인산소다(1∼3g/ water 1L), 황산마그네슘(0.18g/ water 1L)을 넣고 90~100℃에서 60~90분 숙성하는 변성처리하는 습식처리 제4단계와;

 

상기 습식처리 4단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 소포제 1중량%, 실리콘 2중량% 첨가 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제5단계와;

 

상기 습식처리 5단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알킬아민 유화제 5중량%, 렌시틴 3중량% 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제6단계와;

 

상기 습식처리 6단계의 미네랄 섬유를 탈수 후 연화조로 이송한 섬유 중량대비 알긴산 1∼10중량%, 알긴산나트륨 2중량%, 알긴산칼슘 5중량%을 첨가해 60∼90분간 숙성처리하는 습식처리 제7단계와;

 

상기 습식처리 7단계의 미네랄 섬유를 탈수 후, 연화조로 이송한 섬유 중량대비 에탄올아민 3∼5중량%, 에틸렌옥사이드 3∼5중량% , 암모니아 3∼5중량%을 일정한 온도로 숙성처리하는 습식처리 최종 제8단계를 포함하는 습식 미네랄 섬유를 생산하는 단계와;

 

상기 생산된 습식 미네랄 섬유를 탈수를 거쳐 건조실에서 가열건조처리하는 단계와;

 

상기 건조실에서 가열건조처리된 미네랄펄프를 일정 규격으로 재단 또는 적상시키는 수단중 선택되는 어느 하나의 수단을 통해 포장 최종 완성하는 단계로 이루어지는 석탄 폐자원을 이용한 미네랄펄프 제조방법이 제공되는 것이다.

 

[부호의 설명]

 

100: 주원료와 석탄폐자원 산화철 보충제

 

200:주원료와 보충제의 배합성형제

 

300:큐폴라용융로

 

400:고속회전 원심시스템

 

500:집면기

 

600:팬들럼시스템

 

특허 인용

인용된 특허 출원일 공개 날짜 신청자 제목

JP2001279534A * 특허 제목 표시할 수 없음

JPH0841729A * 특허 제목 표시할 수 없음

KR19990046196A * 특허 제목 표시할 수 없음

* 심사관에 의해 인용됨

분류

국제 분류 D21H17/01, B09B3/00, C04B5/00

공통 특허 분류 D21H13/36, D21H13/46, D21H17/01, C04B18/021, C04B28/00, B09B3/0025

특허 관련 법적 내용

날짜 코드 내용 설명

2013년 5월 8일 121