KR100411192B1 - 알칼리금속/토금속염의회수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알칼리금속/토금속염의 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)로 부터 테레프탈산을 제조·회수하는 공정에서 배출되는 여과액을 모아서, 이를 증발하고 알코올로 석출하여 고순도의 알칼리금속/토금속염을 회수하는 방법에 관한 것이다.

Description

알칼리금속/토금속염의 회수방법
본 발명은 알칼리금속/토금속염의 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, 이하 "PET"라 함)로부터 테레프탈산을 제조·회수하는 공정에서 배출되는 폐액을 증발·농축시키고, 알코올로 석출하여 고순도의 알칼리금속/토금속염을 회수하는 방법에 관한 것이다.
PET로부터 테레프탈산을 회수·제조하는 방법은 여러 특허에 개시되어 있으나, PET의 중화공정에서 부산물로서 다량(多量)배출되는 알칼리금속/토금속염의 처리공정 또는 이를 회수하는 공정에 대해서는 현재까지 알려진바 없으며, 이들 알칼리금속/토금속염은 폐수처리 또는 방류(放流)되는 것으로 간주된다.
이에 본 발명자들은 PET로부터 테레프탈산을 회수·제조하는 과정에서 필연적으로 배출되는 알칼리금속/토금속염의 폐수처리시 과다한 비용소모 문제 및 환경오염 문제를 해결할 수 있는 방법에 대해서 연구 노력한 결과, PET를 알칼리 수용액으로 가수분해하고 산(acid)로 중화한 후 고액(固液)분리 과정을 거쳐 폐기 처리되는 여과액을 취하고, 여과액의 증발·농축 및 알코올을 이용한 석출공정을 거쳐 고순도의 알칼리금속/토금속염을 회수하므로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 기술적으로 온화한 조건(mild condition)에서 보다 손쉬운 방법으로 고순도의 알칼리금속/토금속염을 회수하고, 또한 반응공정중에 배출되는 용매와 반응원료 물질은 피드백(feed back)되어 재사용되므로써 생산원가를 절감시킬 수 있는 고순도의 알칼리금속/토금속염의 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 테레프발산 제조공정에서 배출되는 알칼리금속/토금속염 함유 여과액을 증발·농축하고, 알코올 용매로 석출한 다음 여과 및 건조하는 알칼리금속/토금속염의 회수방법을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 PET로 부터 테레프탈산을 제조하는 테레프탈산 제조장치(1), 알칼리금속/토금속염을 함유하고 있는 폐액을 농축하는 증발장치(2), 농축액으로부터 알칼리금속/토금속염을 석출하는 석출장치(3), 석출된 알칼리금속/토금속염을 여과하는 여과장치(4), 그리고 여과된 알칼리금속/토금속염을 건조하는건조장치(5)가 연속적으로 설치되어 있는 알칼리금속/토금속염의 회수 장치를 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 PET로 부터 테레프탈산을 제조하는 공정에서 폐기처리되는 여과액으로 부터 알칼리금속/토금속염을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조방법에 의한 경우 고순도(高純度)의 알칼리금속/토금속염을 손쉽게 얻을 수 있고 공정중에 배출되는 용매는 피드백(feed back)되므로 원가절감의 효과는 물론 환경오염문제까지도 해결할 수 있다.
PET로 부터 테레프탈산을 제조하는 공정은 PET를 수산화알칼리금속/토금속염 등의 알칼리 용액으로 가수분해하는 가수분해공정과 이를 염산, 황산, 질산 등의 감산(strong acid)으로 중화하는 중화공정으로 구성되어 있으며, 중화공정후 여과공정에 의해 테레프탈산을 고체형태로 취하고 나머지 여과액은 폐기처리하고 있다.
그러나 폐기되는 여과액중에는 물, 에틸렌글리콜 및 산 알칼리금속/토금속염을 다량 함유하고 있으므로, 여과액으로 부터 알칼리금속/토금속염을 회수하여 재활용하면 자원의 재활용 차원에서 그리고 환경요염 물질의 배제차원에서 유리하다.
본 발명에 따른 알칼리금속/토금속염의 제조과정은 첨부도면을 중심으로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
PET로 부터 테레프탈산의 제조장치(1)로 부터 배출되는 여과액을 증발기(2)에 투입하고 증발하여 농축액을 얻는다. 증발공정시 증발기(2)는 50∼150 ℃ 및 0.2∼1.0 kg/㎠의 압력을 유지하도록 하며, 만약 증발기(2)의 운전온도가 50℃ 미만이면 막대한 시간이 소요되어야 하므로 비경제적이고, 150℃를 초과하면 부식의 우려가 있어 내부식성이 우수한 재질의 증발기를 사용하여야 하므로 설비투자비가 상승하게된다.
증발공정에서 증발기(2) 상부(上部)로 증발되는 수증기는 응축시켜 테레프탈산 제조장치(1)에 피드백(feed back)하거나 또는 대기중으로 방출할 수 도있다.
농축액은 석출조(3)로 옮겨서 서서히 냉각한 다음, 알코올을 이용하여 알칼리금속/토금속염을 석출하는데, 이는 알칼리금속/토금속염이 알코올에는 녹지 않으나 물에는 잘 녹는 성질을 이용한 것이다. 본 발명에서 사용되는 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 또는 부탄올 등의 C1∼C4의 알코올이며, 효과적인 석출을 위하여 알코올은 농축액에 대하여 1∼5 중량배 사용하는 것이 바람직하다. 또한 알코올은 고온(高溫)의 농축액과의 혼합과정에서 증발할 수 도있는데 증발되는 알코올은 응축하여 재사용한다.
석출된 알칼리금속/토금속염은 여과기(4)로 옮겨져 원심분리 또는 여과 등의 고액(固液)분리방법에 의해 분리한다. 여과된 알칼리금속/토금속염 중에 계속 남아있는 물 또는 에틸렌클리콜을 제거하여 고순도의 알칼리금속/토금속염을 얻기위하여, 본 발명에서는 여과된 알칼리금속/토금속염을 알코올로 세척하였다. 세척시 사용되는 알코올은 회수율 및 순도를 고려하여 알칼리금속/토금속염에 대하여 0.5∼2 중량배가 바람직하다.
여과된 알칼리금속/토금속염은 건조기(5)로 옮겨서 50∼100 ℃ 및 0.5∼1.0kg/㎠ 의 조건에서 10∼60분 동안 건조하여 본 발명에서 목적으로하는 알칼리금속/토금속염을 회수한다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 회수공정에서 배출되는 용매를 비롯한 반응원료 물질들은 피드백(feed back)시켜 재사용하므로 원가절감은 물론 폐기물 배출에 의한 환경오염 문제까지도 해결할 수 있고, 또한 상기 회수공정에 의해 분리·회수된 알칼리금속/토금속은 96% 이상의 고순도를 유지한다.
이와같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PET로 부터 테레프탈산을 제조하는 제조장치(1)로 부터 배출되는 여과액(300 ㎖, 황산나트륨 35%함유)을 증발기(2)에 투입하고 상압(常壓) 및 150 ℃에서 증발하였다.
증발기(2)에는 응축기가 장착되어 있어 증발되는 수증기를 응축시켜 PET 제조장치(1)에 피드백(feed back)되도록 하였다.
농축액은 석출조(3)로 옮겨서 서서히 냉각하여 50 ℃가 되도록하고, 여기에 메탄올(200㎖)을 투입하여 석출하였다. 석출된 황산나트륨은 여과기(4)로 여과하고, 메탄올(100㎖)로 세척하였다. 여과된 황산나트륨은 100 ℃ 및 1.0 kg/㎠를 유지하고 있는 건조기(5)에서 60분 동안 건조한 결과, 순도 98.2%의 황산나트륨(32.7g, 회수율31%)을 얻었다.
실시예 2
PET로 부터 테레프탈산를 제조하는 제조장치(1)로 부터 배출되는 여과액(1000 ㎖, 염화칼륨 10%함유)을 증발기(2)에 투입하고 0.2 kg/㎠ 및 50 ℃에서 증발하였다. 증발기(2)에서 증발되는 수증기는 응축시켜 방출하였다.
겔(gel)상태의 농축액은 석출조(3)로 옮겨서 서서히 냉각하여 30℃가 되도록하고, 여가에 메탄올(500㎖)을 투입하여 석출하였다. 석출된 염화칼륨은 여과기(4)로 여과하고, 이때 메탄올(100㎖)로 세척하였다. 여과된 염화칼륨은 50℃ 및 0.5 kg/㎠를 유지하고 있는 건조기(5)에서 60분 동안 건조한 결과, 순도 98.7%의 염화칼륨(38g, 회수율38%)을 얻었다.
실시예 3
PET로 부터 테레프탈산을 제조하는 제조장치(1)로 부터 배출되는 여과액(200 ㎖, 황산나트륨 35%함유)을 증발기(2)에 투입하고 0.8 kg/㎠ 및 90 ℃에서 증발하였다. 증발기(2)에는 응축기가 장착되어 있어 증발되는 수증기는 응축시켜 방출하였다.
겔(gel)상태의 농축액은 석출조(3)로 옮겨서 서서히 냉각하여 30℃가 되도록하고, 여기에 메탄올(500㎖)을 투입하여 석출하였다. 석출된 황산나트륨은 여과기(4)로 여과하였다. 여과된 황산나트륨은 100 ℃ 및 0.5 kg/㎠를 유지하고 있는 건조기(5)에서 10분 동안 건조한 결과, 순도 96.4%의 황산나트륨(61g, 회수율 87%)을 얻었다.
실험예
상기 실시예 1∼3에서 얻은 각각의 알칼리금속/토금속은 기체크로마토그래피에 의해 순도 및 함수율을 측정하였고, XRf(X-ray Refractive Fluorescence)를 이용하여 철(Fe) 함량을 측정하였다. 그 결과는 다음 표에 나타내었다.
[표]
a : 4시간 가열한 다음의 무게 차이
b : 페난드롤린 광도측정법(1,10-Phenanthroline Photometric method)에 의함
상기 표에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1∼3에서는 고순도의 알칼리금속/토금속염을 수분이외의 불순물 특히 철(Fe)등의 금속이 거의 함유되어 있지 않으므로 좀더 건조한다면 더욱 순도가 높은 알칼리금속/토금속염을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서 회수한 알칼리금속/토금속염은 그 순도가 높아 유리, 안료, 염료 등의 제조에 유용하게 쓰인다.
본 발명에 따른 알칼리금속/토금속염의 회수공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 - 테레프탈산의 제조장치 2 - 증발기
3 - 석출조 4 - 여과기
5 - 건조기

Claims (2)

  1. 테레프탈산 제조공정에서 배출되는 알칼리금속/토금속염 함유 여과액을 50∼150 ℃ 및 0.2∼1.0 kg/㎠의 압력 하에서 증발·농축한 후, 상기 농축액에 대하여 1∼5 중량배의 알코올로 석출한 다음 여과 및 건조하는 것을 특징으로 하는 알칼리금속/토금속염의 회수방법.
  2. 폴리에틸렌테레프탈레이트로 부터 테레프탈산을 제조하는 테레프탈산 제조장치(1), 알칼리금속/토금속염을 함유하고 있는 폐액을 농축하는 증발장치(2), 농축액으로 부터 알칼리금속/토금속염을 석출하는 석출장치(3), 석출된 알칼리금속/토금속염을 여과하는 여과장치(4), 그리고 여과된 알칼리금속/토금속염을 건조하는 건조장치(5)가 연속적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 알칼리금속/토금속염의 회수 장치.
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