KR20040023437A - 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형탄산칼슘 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스 정련공정 슬러지의 부원료인 분진을 처리하여 아라고나이트형 탄산칼슘 분체를 제조하도록 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법에 관한 것이다.

이는특히, 스테인레스 정련공정에서 배출되는 슬러지의 부원료인 분진에 전처리를 수행하고, 염화마그네슘이 함유된 수용액에 수산화칼슘을 갖는 분진을 첨가하며, 이를 교반시키면서 반응온도는 80℃, 탄산가스를 0.1∼1.0ℓ/분의 속도로 공급하여 탄산화 반응수행하는 것을 특징으로 한다.

이에따라서, 다량의 산화칼슘이 함유되어 있는 스테인레스 정련공정 슬러지의 부원료인 분진을 재활용하여 고기능성 및 고부가가치의 아라고나이트형 탄산칼슘 분체를 제조하도록 하는 것이다.

Description

스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조 방법{Manufacture Method of Aragonite Calcium Carbonate Using Dusts from a Stainless Steel Refining}

본 발명은 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게로는, 스테인레스 정련공정에서 발생되는 분진에 전처리 작업을 수행한 후 이에 염화마그네슘 용액을 첨가하여 슬러리로 제조하고, 여기에 탄산가스를 주입하는 탄산화 방법을 이용하여 고기능성 및 고부가가치의 아라고나이트형 탄산칼슘을 제조함으로써 폐자원을 재활용 하도록 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 침강성 탄산칼슘은, 그 제조방법 및 조건에 따라 다양한 형태 및 크기의 분체로 제조함으로써 다른 무기분체로도 대용할 수 있다.

특히, 침강성 탄산칼슘의 다형체 중 아라고나이트형 탄산칼슘은 열역학적으로 준안정상으로 존재하기 때문에 합성이 어려움에도 불구하고 장경비가 매우 큰 침상형상으로 기계적 강도와 광학적 기능을 요구하는 재료에 사용하면 역학적 특성이 증대되어 고기능성의 소재로 사용될 수 있다.

또한, 상기와 같은 탄산칼슘은 가격이 낮고 고백색도, 불활성 및 불연성 등의 우수한 특성을 가진 재료로써 제지, 플라스틱, 페인트 및 고무 등에 충전제나 증량제로 사용되고 있다.

특히, 제지산업에서 탄산칼슘은 종이의 강도나 백색도에 큰 영향을 미치기 때문에 그 사용량이 증대하고 있으며, 탄산칼슘의 다형중에서 침상의 형태를 가진 아라고나이트는 종이의 백색도를 증진시는 재료로 주목을 받고 있다.

상기와 같은 아라고나이트는, 칼사이트에 비해 고온의 영역에서 보다 큰 결정화속도로 인해 반응온도 60∼80℃ 이상에서 아라고나이트가 석출되며, 반응용액의 pH나 첨가 이온, 수산화칼슘의 농도 등의 영향에 의해 보다 낮은 온도에서도 합성이 가능하다.

또한, 현재 포항제철에서 스테인레스 정련공정 부원료로서 발생되는 분진은 약 2160톤/년 정도에 달하고 있으며, 상기 분진에는 많은 양의 산화칼슘 성분이 함유되어 있기 때문에 이를 재활용할수 있는 기술의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명의 목적은, 간단하고 경제적이며, 안정적이고 재현성있는 탄산화 방법을 제공하도록 하고, 스테인레스 정련공정 부원료인 분진을 재활용하도록 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 염화마그네슘의 재사용 및 기존의 수용액 공정인 산성공법보다 상업화가 용이한 경제적인 공법인 탄산화 반응을 이용하여 고기능성 및 고부가가치의 아라고나이트형 탄산칼슘을 제조하도록 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 아라고나이트형 탄산칼슘의 제조장치를 도시한 사시도

도2는 본 발명에 따른 아라고나이트형 탄산칼슘의 제조공정을 도시한 블록도

도3은 본 발명에 따라 제조된 아라고나이트형 탄산칼슘의 반응온도 80℃에서의 X선 회절도

도4는 본 발명의 탄산가스 유량에 따른 아라고나이트형 탄산칼슘의 전자현미경 사진

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...반응기 2...항온수조

3...가스방출구 6...온도계

7...교반기 8...탄산가스용기

상기한 바와같은 목적을 달성하고 위해, 스테인레스 정련공정 슬러지의 부원료인 분진에 전처리 작업을 수행하고, 염화마그네슘이 함유된 수용액에 수산화칼슘을 갖는 분진을 첨가하며, 이를 교반시키면서 탄산화 반응을 수행하도록 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법이 제공된다.

한편, 항온수조에 내장되면서 수산화칼슘 현탁액이 내측에 충진되는 반응기와, 상기 반응기 내의 pH및 온도를 측정하기 위하여 반응기에 각각 연결되는 pH 전극및 온도계와, 상기 반응액을 교반시키도록 반응기의 상부에 연결되는 교반기및, 상기 수산화칼슘 현탁액에 탄산가스를 공급하도록 가스방출구가 연결되는 탄산가스 저장조를 포함하는 구성으로 이루어진 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조장치가 제공된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1에서와 같이, 길이 300㎜, 직경 150㎜, 용량 1ℓ의 내열유리로서 반응기(1)를 제작하여 사용하였으며, 반응기(1)의 외부에 자켓으로 하여 항온수조(2)의 내측에 연결한다.

또한, 상기 항온수조(2)는, 반응기(1)의 내측에 투입되는 수산화칼슘 현탁액의 온도를 조절하기 위하여 장착하였으며, 상기 반응기(1)의 내측에 투입되는 수산화칼슘 현탁액의 pH 변화와 반응온도를 측정하기 위하여 pH 측정기(5) 및 온도계(6)가 반응기(1)의 내부에 설치된다.

더하여, 상기 pH 측정기(5)는 온도계(6)가 되결되면서 반응기(1) 내측의 수산화칼슘 현탁액에 투입되는 pH전극(4)과 연결된다.

그리고, 현탁액은 증류수에 분산시켜 제조하였으며, 상기 반응기(1)의 내측에 설치되는 교반기(7)로 충분히 교반한 뒤 탄산화 반응을 시켰다.

한편, 상기 탄산화 반응에 사용된 탄산가스는 탄산가스용(8)에 저장되는 99.9중량%의 고순도 가스를 사용하였으며, 상기 탄산가스는 가스방출구(3)를 통하여 수산화칼슘 현탁액 내에 투입되고, 상기의 탄산화 탄응후 시료를 채취하여 여과 및 건조시킨 후에 X선 회절분석 및 전자현미경 분석을 통하여 조사하였다.

한편, 스테인레스 정련공정에서 배출되는 슬러지중의 부원료인 분진에 습식사분, 중력선별및 자력선별등의 전처리 공정을 수행하여 수산화칼슘을 갖는 분진을 제조한다.

이때, 상기 분진의 내측에는 전처리 공정을 통하여 1.0~15.0 중량%의 수산화칼슘이 포함된다.

그리고, 상기 수산화칼슘이 포함되는 분진에 염화마그네슘이 함유된 수용액을 첨가하여 수산화칼슘 슬러리를 형성한다.

이때, 1.0~15.0 중량%의 수산화칼슘이 포함되는 분진에 0.1∼1.0몰 염화마그네슘이 함유된 2ℓ의 수용액을 섞어 슬러리 상태로 만든다.

계속하여, 상기 수산화칼슘슬러지를 교반시키면서 탄산가스를 주입하여 탄산화 반응을 수행한다.

상기와 같은 탄산화 반응은, 반응온도 40~80℃에서 탄산가스의 유량을 0.1∼1.0ℓ/분 속도로 불어넣으면서 수행한다.

더하여, 상기와 같이 탄산화 반응이 완료된 원료를 세척및 여과하여 건조시킴으로써 아라고나이트형 탄산칼슘을 제조한다.

상기와 같은 제조방법에 의한 본 발명의 실시예를 설명한다.

[실시예 1]

0.375몰의 염화마그네슘이 함유된 2ℓ의 수용액에 2.5중량% 수산화칼슘을 갖는 분진을 첨가하여 수산화칼슘 슬러리를 교반시키면서 반응온도 80℃에서 탄산가스 유량을 0.1∼1.0ℓ/분의 속도로 하여 탄산화 반응을 수행하였다.

그 결과, 도3의 아라고나이트형 탄산칼슘의 반응온도 80℃에서의 X선 회절도에서와 같이, 탄산화 반응후에 생성된 아라고나이트형 탄산칼슘의 X선 회절분석으로 탄산가스 유량이 1.0ℓ/분 일 경우 마그네슘-칼사이트가 주로 생성되었으며, 탄산가스 유량이 0.1 및 0.5ℓ/분 일 경우 마그네슘-칼사이트 및 아라고나이트가 생성되었다.

[실시예 2]

0.375몰의 염화마그네슘이 함유된 2ℓ의 수용액에 2.5중량% 수산화칼슘을 갖는 분진을 첨가하여 수산화칼슘 슬러리를 교반시키면서 반응온도 80℃에서 탄산가스 유량을 0.1∼1.0ℓ/분으로 탄산화 반응시켰다.

그 결과, 도4의 탄산가스 유량에 따른 아라고나이트형 탄산칼슘의 전자현미경 사진에서와 같이 탄산화 반응후에 생성된 아라고나이트형 탄산칼슘의 전자현미경 사진으로 탄산가스 유량이 비교적 높은 1.0ℓ/분에서는 침상형의 아라고나이트와 미세한 구형의 마그네슘-칼사이트가 존재하였다.

그리고, 상기 탄산가스 유량이 0.5ℓ/분 인 경우에는 다량의 침상형의 아라고나이트와 미량의 마그네슘-칼사이트가 생성되었다.

또한, 상기 탄산가스 유량이 0.1ℓ/분 인 경우에는 마그네슘-칼사이트가 극소량 존재하였으며, 대부분은 침상형 아라고나이트가 생성되었는데, 탄산가스 유량이 느릴수록 장경비가 커짐을 확인하였다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 간단하고 경제적이며, 안정적이고 재현성있는 탄산화 방법을 제공하고, 스테인레스 정련공정 부원료인 분진을 재활용한다.

또한, 염화마그네슘의 재사용 및 기존의 수용액 공정인 산성공법보다 상업화가 용이한 경제적인 공법인 탄산화 반응을 이용하여 고기능성 및 고부가가치의 아라고나이트형 탄산칼슘을 제조하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.

Claims (5)

1. 항온수조(2)에 내장되면서 수산화칼슘 현탁액이 내측에 충진되는 반응기(1)와, 상기 반응기(1) 내의 pH및 온도를 측정하기 위하여 반응기(1)에 각각 연결되는 pH 전극(6)및 온도계(4)와, 상기 반응액을 교반시키도록 반응기(1)의 상부에 연결되는 교반기(7)및, 상기 수산화칼슘 현탁액에 탄산가스를 공급하도록 가스방출구(3)가 연결되는 탄산가스 저장조(8)를 포함하는 구성으로 이루어진 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조장치
2. 스테인레스 정련공정에서 배출되는 슬러지의 부원료인 분진에 전처리를 수행하는 단계;

   염화마그네슘이 함유된 수용액에 수산화칼슘을 갖는 분진을 첨가하여 수산화칼슘 슬러리를 형성하는 단계;

   상기 수산화칼슘슬러지를 교반시키면서 탄산가스를 주입하는 탄산화 반응을 수행하는 단계;및,

   탄산화 반응이 완료된 원료를 세척및 여과하여 건조시키는 단계를 포함하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 스테인레스 정련공정에서 배출되는 슬러지의 부원료인 분진에 전처리를 수행하는 단계는, 분진에 습식사분, 중력선별및 자력선별등을수행하여 수산화칼슘을 갖는 분진을 얻는 것을 특징으로 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 염화마그네슘이 함유된 수용액에 수산화칼슘을 갖는 분진을 첨가하여 수산화칼슘 슬러리를 형성하는 단계는, 0.1∼1.0몰 염화마그네슘이 함유된 2ℓ의 수용액에 1.0~15.0 중량%의 수산화칼슘을 갖는 분진이 첨가되는 것을 특징으로 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 수산화칼슘슬러지를 교반시키면서 탄산가스를 주입하는 탄산화 반응을 수행하는 단계는, 반응온도 40~80℃에서 탄산가스의 유량을 0.1∼1.0ℓ/분 속도로 공급하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법.