KR0151251B1 - 카바이드 슬러지를 이용한 인산칼슘의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아세틸렌 가스 제조시 발생되는 부산물인 카바이드 슬러지를 재활용하여 고순도의 인산칼슘류를 제조하는 것에 관한 것으로, 아세틸렌 가스 제조후 부산물로 발생되는 카바이드 슬러지를 수비, 탈철하여 수산화칼슘을 얻는 제1단계와, 상기 수산화칼슘에 물을 가하여 석회유를 얻고, 여기에 인산을 적하하면서 합성반응시키는 제2단계와, 상기 반응물을 탈수한 후 800~1300℃ 온도로 열처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 카바이드 슬러지를 이용한 인산칼슘의 제조방법에 관한 기술이다.

Description

카바이드 슬러지를 이용한 인산칼슘의 제조방법

제1도는 본 발명의 제조공정도.

제2도는 본 발명에 따른 결정상으로 나타낸 X선 회절분석도.

제3도는 본 발명에 따른 결정의 형태를 나타낸 주사전자 현미경 사진.

제4도는 본 발명에 따른 입도 분포도.

본 발명은 인산칼슘의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아세틸렌 가스 제조시 발생되는 폐부산물인 카바이드 슬러지를 재활용하여 고순도의 인산칼슘류를 제조하는 것에 관한 것이다.

인산칼슘은 도자기(식기, 타일, 완구, 위생도기등), 사료, 비료, 페인트, 농약, 건자재, 중금속 제거제, 의료용 인조골, 항균성 칼슘계 세라믹스 등의 많은 용도에 이용되고 있다.

이와 같은 인산칼슘은 (표 1)과 같이 여러 종류로 분류된다.

일반적으로 인산칼슘은 인산과 여러 종류의 칼슘원(하소 처리한 석회석등)으로 부터 습식법에 의해 제조된다.

그 예로서, 제3인산칼슘 [Ca₃(PO₄)₂]은 인산나트륨 수용액에 칼슘염과 암모니아를 가하여 침전시키고 건조하여서 얻어지고, 제2인산칼슘(CaHPO₄)은 칼슘염수용액에 인산알칼리를 가해서 얻고 있으며, 제1인산칼슘[Ca(H₂PO₄)₂]은 제3인산칼슘을 황산과 함께 증발시킨 것으로 Ca₃(PO₄)₂+2H₂SO₄+4H₂O→Ca(H₂PO)₂+2(CaSO₄·2H₂O)와 같이 하여서 얻는다,

이와 같이 액상매체중에서의 합성과정은 복잡하며 그 반응기구가 아직은 확실히 밝혀지지 않고 있으나, 상호 반응의 결과는 칼슘-인(Ca/P)의 몰비, 반응시간, 온도 및 PH에 따라 달라지게 된다.

최종생성물의 종류는 (표 1)에 나타낸 바와 같이 Ca/P비에 크게 영향을 받는 것으로서 정확한 화학량론을 따른다고 할 수 있다.

그러나, 반응초기의 칼슘이온과 인산이온의 결합으로 생성되는 인회석은 칼슘성분의 불용성으로 인해 Ca/P비가 1.5를 넘지 못하게 되는데 Ca/P비가 그 이상인 생성물을 목적으로 하는 경우에는 칼슘분을 과량으로 첨가해야 한다.

이런 경우에 인산칼슘에서 가장 안정한 구조를 갖는 Ca/P비가 그 이상인 생성물을 목적으로 하는 경우에는 칼슘분을 과량으로 첨가해야 한다.

이런 경우에 인산칼슘에서 가장 안정한 구조를 갖는 Ca/P비가 1.67인 수산화아파타이트(HAP)로 점차 전이하게 되는데 이때 반응시간과 온도, PH가 중요한 인자가 된다.

따라서, Ca/P의 몰비와 반응시간, 온도, PH 등을 정확히 제어하여 평형상태에 도달해야 재현성 있는 목적물을 생산할 수 있다.

본 발명은 상기한 종래와는 달리 카바이트라 불리우는 탄화칼슘(CaC₂)의 반응 부산물인 슬러지로에 인산을 반응시켜 인산칼슘류를 얻기 위한 것이다.

카바이드는 아세틸렌 가스의 제조원으로서 공업용은 석회와 탄소를 전기로에서 가열하여 만들고(2CaCO₃+5C→2CaC₂+3CO₂), 순수한 것은 칼슘시이너이드와 탄소를 진공 중에서 가열하여 만들어지는데 (CaCN₂+C→CaC₂+N₂), 물과의 반응으로 아세틸렌 가스를 생성한다.

이때 수산화칼슘 [Ca(OH)₂]과 물의 혼합슬러지가 부산물로 얻어진다.

본 발명은 이러한 폐부산물을 효율적으로 처리하므로서, 고갈되고 있는 자원의 재활용 측면에서 바람직하고, 환경오염을 억제하고 또한 기존의 품질과 동등의 특성을 갖는 인산칼슘류를 얻는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 아세틸렌 가스 제조후 부산물로 발생되는 카바이드 슬러지를 수비하고, 탈철하여 수산화칼슘을 얻는 단계와, 상기 단계를 거친 수산화칼슘에 물을 가하여 석회유를 얻고 여기에 인산을 적하하면서 합성반응시키는 단계와, 상기 반응물을 탈수한 후 800~1300℃ 온도로 열처리하여 인산칼슘을 얻는 단계로 이루어진다.

이하, 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 제조공정을 나타낸 것으로, 이하에서 설명되는 조건들은 하나의 예를 제시하는데 불과한 것이다.

따라서, 본 발명을 얻고자 하는 인산칼슘류에 따라 임의 조절가능함으로 여기에서 언급하고 있는 조건 등의 수치에 국한되지 않는다.

1. 수산화칼슘 제조단계:

칼슘원인 카바이드 슬러지는 물과 혼합된 상태로 공급되는데, 이를 볼밀에 넣고 응집물을 분산시킴과 동시에 분쇄한 후, 수공정을 거치면서 유기질 협잡물과 무기질 불순물을 분리해 내고, 탈철 공정을 거쳐 금속성분 및 산화철 등의 발색원을 제거하므로서 균일한 입도를 가지면서 순도가 높은 수산화칼슘을 얻게된다.

이와 같이 처리하여서 된 고형물의 화학조성 분석치는 (표 2)와 같이 나타났다.

2. 합성 반응단계:

상기 공정에서 얻은 수산화칼슘의 현탁물에 물을 첨가, 물의 양이 80중량% 되도록 혼합하여 석회유를 만들고, 이를 반응조에 투입하여 교반하면서 인산을 서서히 적하하여 합성반응 시킨다.

이때 PH를 기준으로 하여 목적으로 하는 생성물의 Ca/P비(예를 들면 생성물이 수산화아파타이트이면 Ca/P비를 1.67, 제3인산칼슘이면 1.5, 제2인산칼슘이면 1.0으로)가 되도록 적량 혼합하여 다양한 종류와 용도에 따라 적절한 결정상과 결정형태, 그리고 결정크기가 되도록 합성한다.

3. 열처리 단계:

상기 단계를 거쳐 합성된 슬러리를 침강분리나 원심분리 또는 필터프레스 등의 방법으로 탈수하여 비정질 인산칼슘을 얻고, 이를 열처리(800~1300℃)하여 목적으로 하는 인산칼슘류를 얻게 된다.

이렇게 얻은 인산칼슘류는 (표 1)에 나타낸 기존의 물질들과 동일하며, 이들중 몇 종의 화학조성을 수입종과 비교하여 (표 3)에 나타낸 바와 같이 유사하였다. 상기와 같이 제조하여서 된 인산칼슘류는 용도에 따라 건조, 하소, 분쇄, 분급 등을 통하여 다양한 형태로 이용될 수 있다.

현재 가장 많이 소비되는 인산칼슘은 제2인산칼슘으로서 본차이나(Bone China) 자기에 다량 이용되고 있다.

이 경우에 있어서는 천연원료(소뼈)에서 소성하여 얻은 골회(骨灰)보다도 합성인 삼칼슘이 고순도의 균일한 화학성분과 일정한 결정구조를 가지고 있어 그 용도가 더욱 높다.

이에 비추어 최종 생성물의 특성분석은 본차이나(Bone China) 자기용인 제2인산칼슘(DCP)을 대상으로 하였다.

제2도 내지 제4도는 본 발명에 따른 결정상 및 입도를 조사한 것이다.

제2도는 X선 회절분석에 따른 결정상을 확인한 것으로 DCP 결정상이 뚜렷하게 나타났고, 제3도는 결정의 형태로 나타낸 전자현미경 사진으로서 균일한 결정도임을 알 수 있다.

또한, 제4도는 입도분포를 분석한 결과로서 평균입경이 8.34㎛이면서 극히 이상적인 균일도임을 알 수 있었다.

그리고 본차이나를 제조하고 있는 생산공정에 일본 J사의 DCP와 본 발명의 DCP를 적용시켜 그 특성을 비교 분석한 결과 (표 4)와 같이 나타났다.

이에 알 수 있는 바와 같이 도자기 소지의 소성과정에서의 변형되는 정도를 시험하는 열간하중 연화치와 본차이나 소지에서 가장 중요하게 생각되는 백색도에 있어 본 발명은 품은 기존의 제품과 아주 유사한 값을 얻었다.

이상에서와 같은 특성들을 비교 분석한 결과 카바이드 슬러지를 이용하여 합성한 인산칼슘류는 기존의 제품에 비교해서 유사한 특성을 나타낸 것으로 보아 본 발명의 카바이드 슬러리의 적절한 처리로 고품위의 인산칼슘류의 제조가 가능하다 할 수 있다.

Claims (1)

1. 아세틸렌 가스 제조후 부산물로 발생되는 카바이드 슬러지를 수비, 탈철하여 수산화칼슘을 얻는 제1단계와, 상기 수산화칼슘에 물을 가하여 석회유를 얻고, 여기에 인산을 적하하면서 합성반응 시키는 제2단계와, 상기 반응물을 탈수한 후 800~1300℃ 온도로 열처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 카바이드 슬러지를 이용한 인산칼슘의 제조방법.