KR100892425B1 - 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치 - Google Patents

금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도금 매트(matte), 스크랩(scrab), 기타 잡철에서 아연을 회수하기 위하여 금속간 화학반응, 즉 공지의 Fe2Al5 반응을 이용하여 고순도의 아연을 회수 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도가니 내의 용융 매스를 교반하기 위한 어셈블리를 이루는 로터의 구조를 개선함으로써 보다 빠른 반응 진행과 함께 고른 반응으로 아연 수율 향상에 이바지 할 수 있는 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치의 핵심을 이루는 교반어셈블리의 로터는 도가니 깊이의 중간에 위치하고, 등간격으로 설치된 복수의 날개와, 이 날개들을 연결하는 외곽 지지링으로 이루어진 중간교반체와, 도가니 바닥에 위치하고, 도가니 바닥에 인접 위치하며 중앙 틈새에 의하여 분리된 두 교반핀으로 이루어진 저면날개와, 상기 저면날개에 대칭된 위치에 배열되고 도가니 바닥과 이격되며 사선형태로 배열된 균형날개로 이루어진 저면교반체를 포함하여 이루어진다.
아연, 고순도, 수거, 금속, 도가니, 교반, 로터, 저면교반체

Description

금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치{ZINC REFINING APPARATUS}
본 발명은 도금 매트(matte), 스크랩(scrab), 기타 잡철에서 아연을 회수하기 위하여 금속간 화학반응, 즉 공지의 Fe2Al5 반응을 이용하여 고순도의 아연을 회수 제조하기 위한 자동화 장치에 관한 것으로,
보다 상세하게는 도가니 내의 용융 매스를 교반하기 위한 어셈블리를 이루는 로터의 구조를 개선함으로써 보다 빠른 반응 진행과 함께 고른 반응으로 아연 수율 향상에 이바지 할 수 있는 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치에 관한 것이다.
미합중국 특허등록 제3,902,894호(1975.09.02) [아연 회수를 위한 정제공법(Refining Process for Zinc Recovery)] 및
미합중국 특허등록 제4,456,230호(1982.06.24) [아연 함유 잔류물로부터 금속성 아연을 분리하기 위한 장치(Apparatus for the Separation of Metallic Zinc from Residues Containing Zinc)]에는
도금 등의 용도로 사용된 매트(matte), 스크랩(scrab), 기타 잡철에서 아연을 회수하기 위한 기술 및 장치를 제시하고 있다.
이러한 종래 기술에서는 점도가 큰 용융 매스의 교반, 특히 도가니(vat) 바닥에 위치한 용융 매스의 교반이 충분히 이루어지지 못하는 문제점이 지적되어 왔다.
이에 본 발명은 종래 아연 회수 제조장치에서의 교반 효율을 개선하기 위하여 교반어셈블리의 로터를 상기 도가니 깊이의 중간에 위치하는 중간교반체와, 도가니 바닥에 인접 위치한 저면교반체로 구성하고,
특히 저면교반체를 바닥에 밀접하게 위치한 교반핀을 구비한 저면날개와, 이 저면날개에 부하가 집중되는 것을 방지하기 위하여 도가니 바닥과 이격되며 사선형태로 배열된 균형날개로 구성한 아연 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 교반어셈블리의 수직 이동 및 도가니와 교반어셈블리의 간격을 변화시키기 위한 수단이 구비되어 있는 아연 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치는
도가니;
상기 도가니를 가열하는 열원;
상기 도가니를 기울이기 위한 유압실린더로 이루어진 틸팅수단;
용융 매스(mass)를 교반하기 위한 로터, 이 로터와 연결된 샤프트, 이 샤프트를 선회시키기 위한 모터를 포함하는 교반어셈블리;
상기 도가니를 덮는 커버;
상기 교반어셈블리와 상기 커버가 고정된 승강체, 이 승강체를 위한 수직레일, 이 수직레일을 위한 지지프레임, 이 지지프레임에 설치되어 상기 승강체를 움직이기 위한 승강구동수단을 포함하는 승강어셈블리; 및
상기 승강어셈블리의 지지프레임과 상기 도가니의 간격을 변화시키기 위한 이동어셈블리;
를 포함하여 이루어지되,
상기 교반어셈블리의 로터는
상기 도가니 깊이의 중간에 위치하고, 등간격으로 설치된 복수의 날개와, 이 날개들을 연결하는 외곽 지지링으로 이루어진 중간교반체와,
상기 도가니 바닥에 위치하고, 도가니 바닥에 인접 위치하며 중앙 틈새에 의하여 분리된 두 교반핀으로 이루어진 저면날개와, 상기 저면날개에 대칭된 위치에 배열되고 도가니 바닥과 이격되며 사선형태로 배열된 균형날개로 이루어진 저면교반체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치는 로터를 포함하는 교반어셈블리의 수직 및 수평 이동(수평이동은 결국 교반어셈블리(또는 지지프레임)와 도가니 간격 변화)이 가능하고, 도가니의 기울일 수 있는 틸팅수단이 구비되어 있어 자동화된 회수 작업이 가능하고,
특히 교반어셈블리의 로터를 상기 도가니 깊이의 중간에 위치하는 중간교반체와, 도가니 바닥에 인접 위치한 저면교반체로 구성하고, 나아가 저면교반체를 바닥에 밀접하게 위치한 교반핀을 구비한 저면날개와, 이 저면날개에 부하가 집중되는 것을 방지하기 위하여 도가니 바닥과 이격되며 사선형태로 배열된 균형날개로 구성하여 교반 효율의 향상을 통한 반응속도 향상과 단위시간 당 수율 향상을 기대할 수 있게 된다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치는 도가니(10),
도가니 가열을 위한 열원, 특히 가스 버너(H),
반응이 종료된 용융 매스(mass)를 옮기기 위하여 도가니를 기울이기 위하여 유압실린더(15)를 포함하는 틸팅수단(T),
용융 반응 과정에서 교반을 위한 로터(R)를 포함하는 교반어셈블리(20),
상기 교반어셈블리(20)의 승강 및 수평 이동 각각을 위한 어셈블리(30)(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 도가니(10)는 내화 세라믹으로 구성되며, 도시되지는 않았으나 내화 단열재에 의하여 커버링 되어 있는 것이 바람직하다.
또 열원(H)은 통상의 가스 버너, 특히 LNG 가스버너를 사용할 수 있고, 이를 위한 가스 공급관과 급기관이 버너와 배치되어야 한다(미(未)도시 됨).
상기 도가니(10) 하부의 버너 배치 공간에는 연통(H1)이 연결되는데, 특히 상기 연통은 승강어셈블리(30)에 구비되어 이동 어셈블리(40)의 작동에 따라 함께 수평 이동되어 연결 및 분리가 가능한 구조로 되어 있어,
틸팅수단을 통하여 용융 매스를 옮기는 작업이 방해받지 않도록 되어 있다.
상기 도가니(10)는 유압실린더(15)와 피스톤, 베이스(B)와 실린더 및 피스톤과 도가니를 연결하는 힌지 유닛(이상 편의상 도면에서 참조부호로 지칭되지 않음)을 포함하는 틸팅수단(T)에 의하여
금속간 화학반응, 즉 공지의 Fe2Al5 반응이 끝난 용융 매스의 이송이 가능하 다.
도가니에 투입되는 도금 매트(matte), 스크랩(scrab), 기타 잡철은 계량 후 투입 용해되며, 잡철 및 애쉬를 제거하고, 금속 반응에 필요한 알루미늄을 투입하여 반응시키는 등의 과정을 통하여 아연의 회수 공정을 진행하게 된다.
용융 과정에서 상기 도가니(10)의 개구는 커버(11)에 의하여 덮이는데, 특히 상기 커버(11)는 교반어셈블리가 장착된 승강체(31)에 결합되어 승하강이 가능하며,
상기 커버에는 도시되지는 않았으나 압력계와 온도계가 구비될 수 있다.
상기 승강어셈블리(30)는 지지프레임(35)과,
이 지지프레임에 설치된 수직레일(33), 상기 레일을 따라 움직이며 교반어셈블리(20)와 커버(11)가 고정된 승강체(31), 그리고 사기 승강체를 움직이기 위한 승강구동수단(37)으로 이루어져 있다.
상기 승강구동수단(37)은 유압실린더로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 대안적으로 모터-스프로켓-체인으로 구성(도시하지 않음)될 수 있다.
또 상기 지지프레임(35)과 상기 도가니(10)의 간격, 결국 상기 교반어셈블리(20)의 로터(R)와 상기 도가니(10)의 간격 조절을 위한 이동어셈블리(40)는 수평레일(41)과, 상기 베이스(B)를 밀고 당겨 수평레일상에서 이동시키기 위한 수평구동수단(43)으로 이루어진다.
상기 수평구동수단(43)은 유압실린더로 구성되며, 이 유압실린더는 베이스와 지지프레임을 연결하고 있고, 도시하지는 않았으나 역시 대안적으로 모터-스프로켓-체인으로 구성될 수 있다.
상기 레일(41)은 공장 바닥에 설치되거나, 전체 장치가 이동이 가능하도록 설치될 수 있다.
또한 상기 수평 이동어셈블리는 상기 도가니(10)가 위치한 베이스(B)를 이송시키는 방식 대신에 상기 지지프레임(35)을 수평 이송시키는 방식으로 변형될 수 있다(도시하지 않음).
다음으로 본 발명의 핵심을 이루며 상기 승강어셈블리(30)의 승강체(31)에 구비된 교반어셈블리(20)는
모터(21), 샤프트(23), 로터(R)로 이루어지는데, 상기 모터의 회전력은 풀리(21a)와 풀리(23a)를 연결하는 벨트(21b)에 의하여 샤프트(23)로 전달되는 형태로 되어 있다.
상기 샤프트에 구비된 로터(R)는 용융 매스의 교반 효율 향상을 통한 반응시간 단축과 단위시간당 수율 향상을 도모하기 위하여 기본적으로 중간교반체(25)와 저면교반체(27)로 구성하였다.
먼저 도 1a, 도 1b 및 도 2의 확대된 원 "C1"에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 중간교반체(25)는 샤프트, 즉 로터의 도가니 내 장입시 도가니(10) 깊이의 중간에 위치하게 되며,
등간격으로 설치된 복수(도면에서는 3개)의 날개(25a)와, 이 날개들을 연결하는 외곽 지지링(25b)으로 이루어진다. 상기 날개(25a)는 비행기 등의 프로펠러와 같이 사선으로 배열된 형태이다.
또 도 1a, 도 1b 및 도 2의 확대된 원 "C2"(상부 도면은 정면도, 중간은 균형날개측에서 바라 본 측면도, 하부는 저면날개측에서 바라 본 측면도)에서 확인할 수 있는 바와 같이,
상기 저면교반체(27)는 로터(R)의 도가니 내 장입시 도가니(10) 바닥(13)에 위치하며,
저면날개(27A)와, 대칭된 위치에 배열된 균형날개(27B)로 이루어진다.
상기 저면날개(27A)는 도가니 저면(13)과 접촉하지는 않으나 거의 접촉할 정도로 배열된 하부 교반핀(27c) 및 상부 교반핀(27a)을 가지며, 두 핀 사이에는 틈새(27b)가 형성된다.
또 균형날개(27B)는 도가니 바닥(13)과 이격되며 사선형태(비행기 프로펠러처럼)로 배열되어 있다.
이러한 저면교반체(27), 특히 저면날개(27A)는 중력의 작용으로 저면에 머물려는 성향의 하부 용융 매스를 교반하게 되는데,
하부 교반핀(27c)은 도가니의 바닥(13)을 쓸 듯이 지나가게 되며, 틈새(27b)가 없는 경우에 비하여 있는 경우가 저면날개(27A)에 작용하는 부하를 줄일 수 있고, 상부 교반핀(27a) 역시 도가니 바닥에 위치한 용융 매스에 대한 교반 역할을 수행한다.
상기 균형날개(27B)는 교반 역할과 함께 상기 저면날개(27A)가 수직방향으로 배열되어 있어 부하를 많이 받게 되어 샤프트(23)에 편중된 힘이 가해지는 것을 방지하기 위하여 저면날개의 대칭된 위치에 배열되어 있어 샤프트와 각 날개(27A)(27B) 연결부위에 균등한 부하가 가해지도록 하고, 균형날개 자체에 가해지는 부하를 어느 정도 해소하기 위하여 도가니 바닥(13)과 이격되어 있고(저면날개 보다 짧은 직선 높이를 가져 상대적으로 용융 매스와의 접촉면적을 줄일 수 있음) 사선형태로 배열되어 있다(또 사선형태의 배열로 인하여 저면날개(27A)가 틈새(27b)로 인하여 부하를 줄이고자 한 것과 작용 부하 평형을 이루고자 하였다).
이상의 설명에서 금속간 화학반응, 즉 공지의 Fe2Al5 반응과 관련하여 용융온도, 첨가물 및 구체적 반응 공정, 용융시간 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 아연 제조장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 고순도 아연 제조장치의 개략적인 정면도 및 측면도,
도 2는 교반어셈블리를 이루는 로터와 관련된 상세도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 도가니 11: 커버
13: 바닥 15: 유압실린더
20: 교반어셈블리 21: 모터
23: 샤프트 R: 로터
25: 중간교반체 27: 저면교반체
27A: 저면날개 27B: 균형날개
30: 승강어셈블리 31: 승강체
33: 레일 35: 지지프레임
37: 승강구동수단 40: 이동어셈블리
41: 수평레일 43: 수평구동수단

Claims (1)

  1. 베이스(B) 상부에 구비된 도가니(10);
    상기 도가니를 가열하는 열원(H);
    도가니(10)와 베이스(B) 사이에 배열되고 상기 피스톤을 구비한 유압실린더(15)와, 베이스(B)와 실린더 및 피스톤과 도가니를 연결하는 힌지 유닛을 포함하하며, 상기 도가니(10)를 기울이기 위한 틸팅수단(T);
    용융 매스(mass)를 교반하기 위한 로터(R), 이 로터와 연결된 샤프트(23), 이 샤프트를 선회시키기 위한 모터(21)를 포함하는 교반어셈블리(20);
    상기 도가니(10)를 덮는 커버(11);
    상기 교반어셈블리(20)와 상기 커버(11)가 고정된 승강체(31), 이 승강체를 위한 수직레일(33), 이 수직레일을 위한 지지프레임(35), 이 지지프레임에 설치되어 상기 승강체를 움직이기 위한 승강구동수단(37)을 포함하는 승강어셈블리(30); 및
    베이스(B)와 지지프레임(35)을 연결하는 유압실린더로 구성되고, 상기 베이스(B)를 밀고 당겨 수평레일(41)상에서 이동시키기 위한 수평구동수단(43)로 이루어져서,
    상기 승강어셈블리의 지지프레임(35)과 상기 도가니(10)의 간격을 변화시키기 위한 이동어셈블리(40);
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 교반어셈블리(20)의 로터(R)는
    상기 도가니(10) 깊이의 중간에 위치하고, 등간격으로 설치된 복수의 날개(25a)와, 이 날개들을 연결하는 외곽 지지링(25b)으로 이루어진 중간교반체(25)와,
    상기 도가니(10) 바닥에 위치하고, 도가니 바닥에 인접 위치하며 중앙 틈새(27b)에 의하여 분리된 두 교반핀(27a)(27c)으로 이루어진 저면날개(27A)와, 상기 저면날개(27A)에 대칭된 위치에 배열되고 도가니 바닥과 이격되며 사선형태로 배열된 균형날개(27B)로 이루어진 저면교반체(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속간 화학반응을 이용한 고순도 아연 제조장치.
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