KR100221977B1

KR100221977B1 - 염화알루미늄을 주성분으로 하는 무기고분자 응집제의 제조방법

Info

Publication number: KR100221977B1
Application number: KR1019970024895A
Authority: KR
Inventors: 김용덕
Original assignee: 김명호; 동명화학공업주식회사
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-09-15
Also published as: KR19990001532A

Abstract

금속알루미늄과 염산을 직접반응시켜 얻어진 염화알루미늄에 염화제1철, 염화제2철, 황산제1철, 황산제2철, 폴리염화철, 폴리황산철중의 1종류 이상의 철염을 0.2-1% 첨가하여 철공존계의 염기성염화 알루미늄 응집제를 제조하므로서 PH영역을 산성측으로 확대시켜 응집폭을 넓히고 탁월한 응집효과와 각종 수처리에 대한 폭넓은 적응성, 경제성 및 작업능률성이 우수한 응집제를 제공함에 있다.

Description

염화알루미늄을 주성분으로 하는 무기고분자 응집제의 제조방법

본 발명은 폴리염화알루미늄을 주성분으로 하는 응집제의 제조방법에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 금속알루미늄과 염산으로부터 제조되는 폴리염화 알루미늄에 철의 강산염을 첨가하므로서 응집최적조건을 구비한 염화알루미늄을 주성분으로 하는 무기고분자 응집제를 제조하는 방법을 제공함에 있다.

용수, 상수, 계수, 정제에 사용되는 응집제 특히 무기고분자 응집제에 관한 기술분야로 종래 광범위하게 대량으로 사용하여온 무기고분자 응집제로서 황산 알루미늄(Al₇(SO₄)₃nH₂O)은 값이싸고 특징이 없으므로 대량주입이 가능하나 다른 응집제에 비하여 적정 응집폭이 좁고 일반적인 수처리에 있어서는 알카리조제, 응집촉진제의 첨가가 불가피한 단점이 있다. 또 무기응집제로서 염화 제2철은 응집 적정범위가 매우 넓으며 알카리 영역에서도 플록(Folck)이 용해하지 않고 풀록이 무거우며 침강속도가 빠르나 휘박용액 PH2이상에서는 수화물을 생성하게 되고 부식이 강하여 설비기계의 재질선정의 어려움이 있고 후민(Humin)등의 물질에 대하여서는 철화합물을 생성하게 되어 제거하기가 극히 어렵다.

그밖에 수산화알루미늄과 염산을 반응시켜 제조되는 염화알루미늄은 제조방법에 있어서 내산용 이중쟈켓을 한 내압용기에서 온도 150-180℃ 압력 3-5㎏/㎠ 로 가온 가압하에서 약 12시간 반응하여 산화알루미늄 10-18%, 염기도 45-60%의 제품을 얻는다. 제조과정중 내산용 이중쟈켓을 한 내압용기 내부재질은 유리로서 온도압력 반응시간 등의 인자에 그 수명을 크게 영향을 받게 되고 상당량의 에너지원을 필요로 하므로 열공급장치를 요하게 된다.

또 장치에서 내부재질이 유리로서 일시력인 열충격에 의해서도 그 손실이 크다할것이므로 보수, 유지하는데 세심한 주의를 요하며 또 품질관리면에서 관리항목의 하나인 염기도 하한 값 45% 이상을 기대하기 어렵기 때문에 최종공정중의 알카리원을 공급해야 한다. 이로 인하여 제품의 안정성 및 경시열화가 큰 문제가 된다. 즉 저항중의 불용성 수산화물 생성 및 사용상 경시열화에 따른 용집성능을 저하시키는 문제점이 있다.

폐기되는 금속알루미늄(캔)을 직접 염산과 반응시켜 염화알루미늄을 제조하므로서 반응시간을 크게 단축할 수 있고, 가온 가압하지 않는 장치를 사용하여 자체 반응열안으로 반응시키므로서 에너지를 절감함과 동시에 철의 강산염을 첨가하므로서 공존염류의 존재로 최적 PH 영역을 산성측으로 확대시켜 응집폭을 넓히고 탁월한 응집효과와 각종 수처리에 대한 폭넓은 적용성, 경제성 및 작업능률성이 우수한 응집제를 제조함에 있다 하겠다.

현재 용수, 상수, 폐수 정제용으로 사용되는 황산알루미늄, 염화알루미늄등의 응집제나 고순도 용으로 제지용 정착제, 향장품의 발한 억재용 동으로 사용되는 염화알루미늄은 주원료로서의 수산화알루미늄을 일본, 호주 등지에서 수입하고 있는 실정이다.

이와같은 상황에서 수입대체 효과는 물론 폐기되는 알루미늄 캔이나 철강산업에서 발생하는 산세척 페기물인 폐염산등을 재활용 하므로써 공해 발생요인을 줄이고 종래 수산화알루미늄으로부터 제조하는 염화알루미늄의 제조방법에 있어서 반응시간의 단축 및 에너지를 절약할 수 있고 더욱이 장치비의 절감과 장치의 유지 및 보수 관리가 용이하며 강산의 철염을 첨가 숙성시키므로서 공존 염류의 존재로 최적 PH 영역을 산성측으로 확대시켜 응집폭을 넒힘과 동시에 응집 최적조건을 갖는 염화알루미늄 응집체의 제조방법으로 이를 구체적으로 설명하면 폐기되는 알루미늄켄 즉 금속 알루미늄 108중량부와 농도 15%-35%의 염산 630중량부를 교반기가 부착된 내신용 반응기에서 온도 100-110℃로 유지된 상태에서 대기압 하에서 약 30분-1시간 반응시킨다음 반응물의 전체중량에 대하여 염화제1철, 염화제2철, 황산제1철, 황산제2철,폴리염화철, 폴리황산철중의 하나 이상을 0.2-1%을 첨가하여 숙성시킴을 특징으로 하는 염화알루미늄을 주성분으로 하는 무기고분자 응집제의 제조방법이라 할 수 있다.

이상의 반응에서 알루미늄과 염소의 몰비율은 0.5-2:1 범위이고 가장 바람직한 몰비율은 1.9-2:1 이며 반응물의 일반식은 [Al₂(OH)nCl₆-n]m 이고 식중에서 n는 1-6이고 m은 중합도이고 n는 양의 정수를 나타낸다. 그리고 이에 철의 염이 첨가 숙성시킨 응집제는 소량의 착염상태의 공존염류로 존재한다.

상기 방법에서 염화알루미늄용액에 철의 염을 첨가하는 것은 응집제로서의 큰 의미를 부여한다.

염기성 알루미늄의 성질을 살펴보면 Al과 Cl이외의 것을 포함하지 않은 순수한 염기성 염화알루미늄을 자료로해서 용액의 PH, 첨도, 자외선 흡수스펙트로가 Al₂O₃농도 및 Al³⁺/Cl⁺(N) 비에 의하여 어떻게 변화하는가를 검토한 결과 PH는 Al₂O₃농도의 증대에 따라 작게되고 Al/Cl(N) 비의 작은 쪽이 낫다. 점도는 Al₂O₃농도의 증가에 따라 크게되지만 Al/Cl-(N)비의 큰쪽이 작다. 이것은 염기성용액의 형태가 Al/Cl(N) 비에 약하여 다르게 나타난다. 그리고 자외선 흡수 스펙트로에서 염기성 염화알루미늄은 AlCl₃과는 다른 구조형태를 가지며 이의 결합상태는 Al(OH)_2n임을 추정할 수 있다.

이와같은 알루미늄의 단독으로는 부식성이 크고 조해성이 있으며 안전한 염기성염이라 할 수 없다.

한편 알루미늄 철 공존계의 염기성염의 성질을 연구한 결과 알루미늄, 철공존계에 있어서만 안전용액으로 존재할 수 있다는 사실을 알 수 있었고 이 경우의 안전영역은 철과 알루미늄의 몰비 및 Al⁺Fe/Cl(N) 비등의 제반조건에 의하여 좌우되는 사실을 알게되었다.

이와같이 해서 얻은 알루미늄 철공존계의 염기성염은 극히 안전하고 다음과 같은 응집계로서의 특징을 갖게된다.

첫째, 조해성 및 부식성을 경감되며,

둘째, Fe(OH)₃풀록의 생성은 Al(OH)₃풀록의 생성보다 빨리 생성되고 이것이 응집핵이되어 무거운 풀록을 만드는 것으로 철강속도가 빠르고 더욱이 양호한 풀록을 생성하므로서 슬러지의 여과성이 우수하다.

셋째, 임의의 농도로 주입이 가능하므로 조작을 용이하게 간편하게 할 수 있으며,

넷째, 통상의 용수처리에 있어서는 다량으로 주입하여도 처리수의 PH는 거의 중성으로 유지되 다른 응집제와 같이 알카리조제를 사용할 필요가 없다.

다섯째, 응집제에 적합한 PH폭이 넓은 편이다.

그밖에도 본 방법에서는 금속알루미늄에 염산을 직접 반응시키므로서 종래 수산화알루미늄과 염산을 반응시켜 제조하는 방법에 비해 고압을 요하는 내압용기를 사용하지 않고 상압에서 처리할 수 있으며, 별도의 열원을 가하지 않고 발열반응에 의한 자체열로서 반응을 수행할 수 있어 에너지를 절감할 수 있는 잇점이 있고 더욱이 버려지는 알루미늄캔이나 경우에 따라서는 산처리 폐기물인 폐산을 이용할 수 있어 공해방지 및 경제적인 면에서 큰 잇점을 갖고 있는 방법이라 할 수 있다.

본 발명에서 얻어진 염화알루미늄을 주성분으로 하는 무기고분자 응집제의 효과를 측정하기 위해서 실시예로서 인공탁수를 조제하여 황산알루미늄과 처리효과를 비교하였다.

[실시예 1]

증류수에 일정량의 카오린 나이트를 현탁시키고 일정시간 정지후 일정량의 인공탁수인 조제수를 취했다. 이의 탁도는 [ONTR COD 3㎎/I, AIK,45㎎/I PH(20℃) 6.5 이였다. 500ml 비이커에 상기 조제수를 취한후 응집제별 적정량을 첨가후 150rpm 1min, 45rpm 15min, 정치 30분후 처리수의 수질과 상태를 기록한 결과 표1과같은 응집제별 처리효과를 얻었다.

Claims

금속알루미늄 108중량부와 농도 15-35%의 염산 630중량부를 교반기가 부착된 내산용 반응기에서 온도 100-110℃로 유지된 상태에서 대기압 하에서 약 30분-1시간 반응시킨다음 반응물의 전체 중량에 대하여 염화제1철, 염화제2철, 황산제1철, 황산제2철, 폴리염화철, 폴리황산철중의 1종류 이상을 0.2-1중량%을 첨가하여 숙성시킴을 특징으로 하는 염화알루미늄을 주성분으로 하는 무기고분자 응집제의 제조방법.