KR101401536B1 - 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법 - Google Patents

저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법은 순도 70% 이하의 산화마그네슘을 사용하여 황을 함유한 폐수 및 황산화물을 흡착하는 흡착제 슬러리를 제조함에 있어서, 70%이하의 산화마그네슘 함량을 가진 원료 30 ~ 70 중량%와 물 30 ~ 70중량%를 혼합한 혼합물을 습식분쇄기에 투입 분쇄하는 제1분쇄단계; 상기 제1분쇄단계에서 습식 분쇄된 혼합물을 수화탱크에 넣어서 산화마그네슘(MgO)을 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 수화하는 수화단계; 그리고 상기 수화단계에서 수화된 혼합물을 습식밀에 1회 이상 투입 분쇄하는 제2분쇄단계로 이루어지며, 또한 상기 수화단계에서는 수화탱크에 교반기를 구비하여 혼합물을 교반함과 더불어 혼합물 온도 30℃ 이상의 온도에서 1 ~ 24시간 동안 수화하고, 수화탱크 내의 혼합물에 분산제 5 ~ 1,500 PPM을 투입하는 것이고, 상기 제2분쇄단계에서는 습식밀로 분쇄되는 혼합물의 점도에 따라 혼합물 중량을 기준으로 물 10 ~ 20%를 투입하는 것이며, 또한 분산제 5 ~ 1,500 PPM를 제1분쇄단계와 수화단계, 제2분쇄단계 중의 한 단계의 혼합물에 투입하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 제2분쇄단계에서 분쇄된 혼합물 내의 이물질을 제거하는 이물질제거단계와, 상기 이물질제거단계에서 이물질이 제거된 혼합물을 저장탱크에 투입하여 이를 1 ~ 48시간 동안 저장 및 숙성하는 저장숙성단계를 포함하여 이루어진다.
따라서 본 발명은 수산화마그네슘의 원료인 순도 90%이상의 산화마그네슘(MgO)를 대체하여 순도 70% 이하의 저급 산화마그네슘(MgO)를 사용하여 흡착제 슬러리를 제조하기 때문에, 원료 구입에 따른 원가를 절감하고, 세계적으로 고갈되는 추세에 있는 천연 자원인 마그네사이트의 효율적 이용 가치를 증대하고, 순도 90%이상의 MgO 90% 이상의 고 품질의 산화마그네슘을 생산하기 위해 사용하는 소성 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.

Description

저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법{ADSORBENT SLURRY MANUFACTURING METHOD FOR REMOVAL OF SULFUR COMPOUNDS IN WASTEWATER}
본 발명은 순도 70% 이하의 저급 ＭｇＯ를 이용하여 황산을 함유한 폐수 및 황산화물 가스를 제거하는 흡착제 슬러리의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수산화마그네슘의 원료인 순도 90%이상의 산화마그네슘(MgO)를 대체하여 순도 70% 이하의 저급 산화마그네슘(MgO)를 사용하여 흡착제 슬러리를 제조함으로써 원료 구입에 따른 원가를 절감하고 세계적으로 고갈되는 추세에 있는 천연 자원인 마그네사이트의 효율적 이용 가치를 증대하고 MgO 90% 이상의 고품질의 산화마그네슘을 생산하기 위해 사용하는 소성 비용을 절감할 수 있도록 하는 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법에 관한 것이다.
현재 우리나라에서 연간 수만톤의 산화마그네슘(MgO)를 수입하고 있으나 산화마그네슘의 최대 생산국인 중국에서도 서서히 고갈되어 가는 마그네사이트를 보호하기 위해 고급 산화마그네슘에는 엄청난 수출세를 부과하고 있어 고급 산화마그네슘을 대체하여 저급 산화마그네슘으로 황산 폐수 및 황산화물을 흡착 처리할 수 있는 기술을 개발하여야 한다.
여기서 고급 산화마그네슘이란 순도 90%이상의 산화마그네슘을 지칭하는 것이고, 저급 산화마그네슘이란 순도 70%이하의 산화마그세슘을 지칭하는 것이다.
아무튼 현재 산업 현장에서는 마그네사이트를 산화마그네슘으로 만들기 위해 900℃에서 소성하는 단계에서 무연탄 등이 투입되며, 고급 산화마그네슘을 소성 생산하기 위해서는 15mm이하의 미분의 마그네사이트가 버려지고 있는 실정이다.
그래서 종래에는 사용하지 못하고 폐기되는 마그네사이트를 자원화하지 못하고 있으며, 마그네사이트를 소성하기 위해 투입되는 연료비가 많이 소요된다는 단점이 있다.
즉 종래에는 저급 산화마그네슘을 이용하여 황산폐수 및 황산화물을 흡착하는 흡착제 슬러리로 제조하는 기술이 없어 자원을 효율적으로 사용하지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수산화마그네슘의 원료인 순도 90%이상의 산화마그네슘(MgO)를 대체하여 순도 70% 이하의 저급 산화마그네슘(MgO)를 사용하여 흡착제 및 중화제 슬러리를 제조함으로써, 원료 구입에 따른 원가를 절감하고 세계적으로 고갈되는 추세에 있는 천연 자원인 마그네사이트의 효율적 이용 가치를 증대하고, 순도 90%이상의 MgO 90% 이상의 고 품질의 산화마그네슘을 생산하기 위해 사용하는 소성 비용을 절감할 수 있는 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 순도 70% 이하의 산화마그네슘을 사용하여 황을 함유한 폐수 및 황산화물을 흡착하는 흡착제 슬러리를 제조함에 있어서, 70%이하의 산화마그네슘 함량을 가진 원료 30 ~ 70 중량%와 물 30 ~ 70중량%를 혼합한 혼합물을 습식분쇄기에 투입 분쇄하는 제1분쇄단계; 상기 제1분쇄단계에서 습식 분쇄된 혼합물을 수화탱크에 넣어서 산화마그네슘(MgO)을 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 수화하는 수화단계; 그리고 상기 수화단계에서 수화된 혼합물을 습식밀에 1회 이상 투입 분쇄하는 제2분쇄단계로 이루어지는 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법을 제공한다.
상기 수화단계에서는 수화탱크에 교반기를 구비하여 혼합물을 교반함과 더불어 혼합물 온도 30℃ 이상의 온도에서 1 ~ 24시간 동안 수화하고, 수화탱크 내의 혼합물에 분산제 5 ~ 1,500 PPM을 투입하는 것이고, 상기 제2분쇄단계에서는 습식밀로 분쇄되는 혼합물의 점도에 따라 혼합물 중량을 기준으로 물 10 ~ 20%를 투입하는 것이며, 또한 분산제 5 ~ 1,500 PPM를 제1분쇄단계와 수화단계, 제2분쇄단계 중의 한 단계의 혼합물에 투입하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2분쇄단계에서 분쇄된 혼합물 내의 이물질을 제거하는 이물질제거단계와, 상기 이물질제거단계에서 이물질이 제거된 혼합물을 저장탱크에 투입하여 이를 1 ~ 48시간 동안 저장 및 숙성하는 저장숙성단계를 포함하여 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법은 수산화마그네슘의 원료인 순도 90%이상의 산화마그네슘(MgO)를 대체하여 순도 70% 이하의 저급 산화마그네슘(MgO)를 사용하여 흡착제 슬러리를 제조하기 때문에, 원료 구입에 따른 원가를 절감하고, 세계적으로 고갈되는 추세에 있는 천연 자원인 마그네사이트의 효율적 이용 가치를 증대하고, MgO 90% 이상의 고품질의 산화마그네슘을 생산하기 위해 사용하는 소성 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.
다시 말하면 고급 산화마그네슘을 생산하는 과정에서 폐기되는 15mm 이하의 미분의 마그네사이트를 자원화할 수 있기 때문에, 마그네사이트를 소성하기 위해 투입되는 연료비를 절감하여 저급 산화마그네슘를 이용하여 폐수중화제 및 황산화물(SOx)을 제거할 수 있는 품질의 흡착제 슬러리를 충분히 개발할 수 있어 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 것이다.
이하 본 발명에 의한 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 제조방법은 고급 산화마그네슘을 생산하는 과정에서 폐기되는 15mm 이하의 미분의 마그네사이트에서 생산되는 순도 70% 이하의 저급 산화마그네슘을 사용하여 황을 함유한 폐수 및 황산화물을 흡착하는 흡착제 슬러리로 제조하는 것이다.
즉 70%이하의 산화마그네슘 함량을 가진 원료 30 ~ 70 중량%와 물 30 ~ 70중량%를 혼합한 혼합물을 습식분쇄기에 투입 분쇄하는 제1분쇄단계와, 상기 제1분쇄단계에서 습식 분쇄된 혼합물을 수화탱크에 넣어서 산화마그네슘(MgO)을 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 수화하는 수화단계와, 상기 수화단계에서 수화된 혼합물을 습식밀에 1회 이상 투입 분쇄하는 제2분쇄단계로 이루어진다.
또한 본 발명에서는 상기 제2분쇄단계에서 분쇄된 혼합물 내의 이물질을 제거하는 이물질제거단계와, 상기 이물질제거단계에서 이물질이 제거된 혼합물을 저장탱크에 투입하여 이를 1 ~ 48시간 동안 저장 및 숙성하는 저장숙성단계를 포함한다.
여기서 제1분쇄단계에서는 70%이하의 산화마그네슘 함량을 가진 원료 30 ~ 70 중량%와 물 30 ~ 70중량%를 혼합하게 되는 바, 이는 산화마그네슘이 분쇄되었을 때의 점도를 고려한 최적의 비율이기 때문이다.
상기 수화단계에서는 수화탱크에 교반기를 구비하여 혼합물을 교반함과 더불어 혼합물 온도 30℃ 이상의 온도에서 1 ~ 24시간 동안 수화하게 되는 바, 이는 수화탱크에서 혼합물의 온도를 30℃ 이상을 유지하면 산화마그네슘(MgO)을 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 수화되는 시간을 앞당길 수 있기 때문이며, 수화탱크 내의 혼합물의 온도를 높일수록 수화 시간을 단축시킬 수 있는 것이다.
더우기 상기 수화단계에서는 수화탱크 내의 혼합물에 분산제 5 ~ 1,500 PPM을 투입하게 되는 바, 이는 저급 산화마그네슘이 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 수화하는 과정에서 혼합물 원료가 침전될 뿐만 아니라 상기 수화단계의 수화탱크의 벽면에 응집되어 매우 많은 스케일이 발생할 수 있기 때문에, 수화탱크 내의 혼합물에 분산제를 투입하게 되고 분산제의 투입량이 5 ~ 1,500 PPM 투입하는 것은 침전물의 발생과 벽면 스케일의 발생을 억제하기 위한 최적의 함량이다.
상기 제2분쇄단계에서는 습식밀로 분쇄되는 혼합물의 점도에 따라 혼합물 중량을 기준으로 물 10 ~ 20%를 투입하게 된다.
한편 상기 분산제 5 ~ 1,500 PPM은 상기 제1분쇄단계와 수화단계, 제2분쇄단계 중의 한 단계의 혼합물에 투입하여도 전체적인 공정에서 침전물의 발생과 벽면 스케일 발생을 억제할 수 있는 것이다.
예컨대 상기 제1분쇄단계에서 원료 30 ~ 70 중량%와 30℃ 이상의 물 30 ~ 70 중량%를 원료와 혼합 후에 이를 분쇄하면 분쇄하는 과정에서도 산화마그네슘이 수화될 수 있어 이후의 단계에서의 수화 시간을 단축시킬 수 있는 것이다.
따라서 본 발명에 의한 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법은 황산 폐수 처리 및 황산화물 제거 약품으로 사용되고 있는 수산화마그네슘 원료를 저급 산화마그네슘을 사용하여 탄산마그네슘 소성비용을 절감하고, 나아가 마그네사이트 소성 시 발생하는 CO2 발생량 억제는 물론 규격 90% 이상의 MgO를 생산하기 위해 발생하는 15mm이하의 소립자도 모두 사용할 수 있는 것이다.
다시 말하면 상기 제1분쇄단계에서는 저급 산화마그네슘(MgO 함량 70% 이하) 분말 또는 입자를 습식분쇄기에 물과 동시에 투입하면서 분쇄하며, 이 때 응집되는 속도에 따라 습식분쇄기에 혼합물의 투입량을 조절이 필요하다.
여기서 습식 분쇄하는 이유는 저급 산화마그네슘(MgO)이 수산화마그네슘(Mg(OH)2)및 탄산마그네슘(MgCO3)로 수화하면서 응집되는 문제를 해결하기 위함이며, 이 때 발생되는 수화열 뿐만 아니라 습식 분쇄 시 발생되는 마찰열을 동시에 이용하기 때문에 수화를 촉진시키는 효과가 있다.
물론 뜨거운 물을 사용하는 경우 수화 속도를 극대화 시킬 수 있다.
상기 수화단계에서는 상기 제1분쇄단계의 혼합물이 산화마그네슘(함량 90%이상)의 화합물에 비해 수화되는 속도가 매우 느리므로, 수화 온도를 최대한 높일 필요가 있다.
이에 따라 원료 투입 비율을 최대한 유지할 필요가 있으므로, 슬러리(slurry)의 생산에 문제가 없는 한 원료의 투입 비율을 최대로 유지함과 아울러 수화 온도를 30℃ 이상 유지하면 산화마그네슘(MgO)이 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 전환하는 시간을 상당히 앞당길 수 있다.
상기 수화단계에서는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 탄산마그네슘(MgCO3)로 수화하는 과정에서 원료가 침전되고 또한 수화탱크 벽면에 응집되어 매우 많은 스케일이 발생한다.
따라서 이를 방지하기 위해 수화탱크에 일정량의 분산제를 사용하여 이를 해결한다.
즉 분산제 투입량은 슬러리의 농도에 따라 다소 차이가 있으나, 실험 결과 슬러리 내의 수산화나트륨(Mg(OH)2) 농도가 32%일 때 분산제 5 ~ 1,500 PPM 내외 정도가 적당하였으며, 원료의 품질에 따라 다소 분산제 투입량을 조절할 필요가 있다.
또한 분산제를 물과 원료를 혼합하는 처음 단계에서 투입하여도 동일한 효과가 있었다.
하지만 분산제를 사용하지 않으면 슬러리 내의 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 농도 32% 이상의 고농도 슬러리를 생산하는데 문제가 많았다.
그리고 뜨거운 물을 사용하는 경우와 슬러리 내의 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 함량 25% 내외의 저 함량의 슬러리를 제조하는 경우에는 분산제를 사용하지 않을 수도 있었다.
아무튼 상기 제2분쇄단계에서는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 함께 탄산마그네슘(MgCO3)의 반응성을 보다 극대화시키기 위해 습식밀로 1회 이상 순차적으로 습식 분쇄하여 비표면적을 극대화시킨다.
이는 수화열 뿐만 아니라 습식 분쇄 시 발생하는 마찰열을 동시에 이용하기 때문에 추가로 수화를 촉진시키는 효과가 있는 것이며, 과량의 분산제를 사용하지 않는 한 2차, 3차 습식 분쇄 시에는 수화물의 비표면적이 상당히 증가하므로 점성이 매우 높아진다.
따라서 물을 투입하여 점성을 떨어뜨리서 분쇄할 필요가 있으며, 습식밀의 분쇄 능력에 따라 한차례의 습식분쇄로도 가능하다.
상기 이물질제거단계에서는 상기의 방식으로 제조된 수산화마그네슘 슬러리를 원심분리기 또는 진동 스크린 등으로 이물질을 제거한 후, 상기 저장숙성단계에서는 다시 저장탱크에서 1 ~ 48시간 숙성시킨 후에 사용함이 바람직하다.
하지만 필요에 따라 이물질제거단계를 거치지 않고 바로 사용하여도 무방하며, 사용현장에서 이물질 및 입도가 큰 수화물로 바로 사용하면 폐수 및 황산화물 제거에 효과가 있으므로 슬러지 처리 비용 절감을 위해 사용현장에서 생산하는 경우는 상기와 같은 이물질제거단계와 저장숙성단계를 생략하여도 무방하다.
특히 상술한 바와 같은 각 단계에서 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 함량 32% 이상의 슬러리(Slurry)를 생산하기 위해서는 제1분쇄단계로부터 제2분쇄단계까지 또는 최종적으로 이물질제거단계와 저장숙성단계를 포함하여 연속적으로 각 단계를 수행하는 경우, 분산제를 어떠한 단계에서나 투입하여도 무방하다.
그러면 본 발명에서는 폐기되는 마그네사이트를 사용하기 때문에, 저급 산화마그네슘에는 탄산마그네슘이 포함되어 있어 70%이하의 함량을 가진 산화마그네슘 원료를 수화하면 수산화마그네슘과 함께 소량의 탄산마그네슘(MgCO3)으로 되는 것이다.
그래서 저급 산화마그네숨을 물과 혼합하면 일부는 수화되고, 이를 아주 미세하게 분쇄 수화될 경우도, 수산화마그네슘((Mg(OH)2) 및 탄산마그네슘(MgCO3)로 혼재하게 되는데, 이를 황산 폐수 또는 황산화물과 반응시키는 대표적 화학 반응식은 다음과 같다.
Mg(OH)2 + MgCO3 + 황산 → 황산마그네슘(MgSO4) + 물(H2O) + CO2↑
Mg(OH)2 + MgCO3 + 이산화황(SO2) → 황산마그네슘(MgSO4) + 물(H2O) + CO2↑
Mg(OH)2 + MgCO3 + 삼산화황(SO3) → 황산마그네슘(MgSO4) + 물(H2O) + CO2↑
Mg(OH)2 + MgCO3 + 황산화물(SOx) → 황산마그네슘(MgSO4) + 물(H2O) + CO2↑
Mg(OH)2 + MgCO3 + 아황산(H2SO3) → 황산마그네슘(MgSO4) + 물(H2O) + CO2↑
위와 같이 약품을 황산함유 폐수 및 황산화물 가스와 반응시키면 수산화마그네슘과 탄산마그세슘이 폐수 및 황산화물과 반응할 때, 소량 함유된 탄산마그네슘의 탄산으로 인하여 이산화탄소가 발생하게 되며, 이는 현재 산업 현장에서는 마그네사이트로 산화마그네슘을 만들기 위해 900℃에서 소성하는 전 단계에서 15mm 이하의 분말은 버려지고 15mm이상의 과상태의 마그네사이트에 무연탄 등이 투입되어 소성된다.
하지만 함량 70%이하의 산화마그네슘을 소성 생산하기 위해서는 미분의 마그네사이트와 15mm이상의 괴상태의 마그네사이트를 혼합하여 무연탄과 함께 소성하므로 90%의 산화마그네슘 생산에는 한계가 발생하고, 미소성된 마그네사이트로 인하여 탄소가 소량 함유되며, 본 발명에 의해 제조되는 슬러리에도 소량의 탄산마그네슘이 포함됨에 따라 이로 인하여 황이 함유된 폐수 또는 황산화물과 반응할 때에 이산화탄소가 소량 발생되는 것이다.
따라서 마그네사이트 소성원료가 MgO 90% 생산 대비, 70% 이하 MgO 생산 시에는 50% 이상 소성 원료가 적게 투입되므로 CO2 발생량 역시 50% 이상 감소시킬 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 순도 70% 이하의 산화마그네슘을 사용하여 황을 함유한 폐수 및 황산화물을 흡착하는 흡착제 슬러리를 제조함에 있어서,
    70%이하의 산화마그네슘 함량을 가진 원료 30 ~ 70 중량%와 물 30 ~ 70중량%를 혼합한 혼합물을 습식분쇄기에 투입 분쇄하는 제1분쇄단계; 상기 제1분쇄단계에서 습식 분쇄된 혼합물을 수화탱크에 넣어서 산화마그네슘(MgO)을 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 수화하는 수화단계; 그리고 상기 수화단계에서 수화된 혼합물을 습식밀에 1회 이상 투입 분쇄하는 제2분쇄단계로 이루어지며,
    분산제 5 ~ 1,500 PPM를 상기 제1분쇄단계와 수화단계, 제2분쇄단계 중의 어느 한 단계의 혼합물에 투입하는 것을 특징으로 하는 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2분쇄단계에서 분쇄된 혼합물 내의 이물질을 제거하는 이물질제거단계와;
    상기 이물질제거단계에서 이물질이 제거된 혼합물을 저장탱크에 투입하여 이를 1 ~ 48시간 동안 저장 및 숙성하는 저장숙성단계를 포함하여 이루어지는 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수화단계에서는 수화탱크에 교반기를 구비하여 혼합물을 교반함과 더불어 혼합물 온도 30℃ 이상의 온도에서 1 ~ 24시간 동안 수화하고, 수화탱크 내의 혼합물에 분산제 5 ~ 1,500 PPM을 투입하며,
    상기 제2분쇄단계에서는 습식밀로 분쇄되는 혼합물의 점도에 따라 혼합물 중량을 기준으로 물 10 ~ 20%를 투입하는 것을 특징으로 하는 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법.
  4. 삭제
KR1020140001953A 2014-01-07 2014-01-07 저급 ＭｇＯ를 이용한 황산폐수 및 황산화물 흡착제 슬러리의 제조방법 KR101401536B1 (ko)

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