KR100443627B1 - 염화마그네슘 과립을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동화, 공기 건조 및 염소첨가에 적절한 입자 크기가 0.4 mm∼3.0 mm인 염화마그네슘 과립을 무수 상태로 제조하는 방법으로서,

30 중량%∼55 중량%의 MgCl₂를 포함하는 MgCl₂공급 용액을 제조하는 단계;

가압 공기나 압축 공기로 미리 건조시킨 입자의 베드내로 공급 용액을 분무하는 단계;

입자의 유동상태와 100℃∼170℃의 베드 온도를 유지하는 단계; 및

염화마그네슘 입자를 연속적으로 방출하는 단계를 포함한다.

Description

염화마그네슘 과립을 제조하는 방법{METHOD OF PRODUCING MAGNESIUM CHLORIDE GRANULES}

무수 염화마그네슘 프릴을 제조하는 몇가지 방법이 알려져 있으며, 예를 들어 미국 특허 제3,742,100호에 하기 a) 내지 d) 단계를 포함하는 방법이 기재되어 있다.

a) 함수를 증발시켜 55%의 MgCl₂로 농축시키는 단계;

b) 농축된 함수를 회취(灰吹; prill)시켜 입자 크기 범위가 0.5 mm∼1 mm인 MgCl₂×4∼6 H₂O의 프릴(prill)을 형성하는 단계;

c) 공기를 이용하여 2단 유동 베드를 탈수시키는 단계;

d) 무수 HCl 기체를 이용한 다단 유동 베드 탈수로 무수 염화마그네슘 입자를 제공하는 단계.

그러나, 상기와 같은 무수 염화마그네슘 제조 방법은 자본 집약적인 방법이고, 따라서 본 발명의 목적은 다량의 에너지를 필요로 하는 상기 b) 및 c) 단계의 투자 및 조작 비용을 절감하는 것이다.

유사한 과립화 과정이 다른 출원에서 특허 허여되었으며 문헌에 개시되어 있으나, 구체적으로 본 발명의 MgCl₂과립화를 다룬 것은 없는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 마그네슘 금속을 제조하는 방법, 더욱 구체적으로 염화마그네슘 함수(鹹水)로부터 무수 염화마그네슘 입자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 염화마그네슘 입자는 전기분해의 에너지 요구 과정에서 공급물로서 사용된다.

도 1은 본 발명의 무수 염화마그네슘을 제조하기에 적절한 공정의 개략도이다.

이하, 본 발명의 무수 MgCl₂를 제조하기에 적절한 공정 라인(회로)을 개략적으로 도시한 도면(도 1)을 참고로 하여 상세히 설명한다. 공급 탱크(1)는 염화마그네슘 함수의 가열된 용액을 포함하며, 이 용액은 펌프(2)를 통해 분무 노즐(3)로 이송되어 유동 구간(4)내로 분무된다. 노즐은 가압 노즐이 좋다. (5)에서 유입되는 공급물과 거의 동일한 온도인 압축 공기를 사용한 2상 노즐을 이용할 수도 있다. 공기는, 예컨대 전기 발열기 또는 간접식 기체 버어너로 가열하여 공기의 습기를 제거한다. 유동 공기(6)를 원심분리 팬(7)에 의해 이송시키고, 기체 버너(8)가 사용되는 경우 열 교환기에 의해 간접식으로 또는 전기적으로 가열하여 입자의 베드(4)의 온도를 100℃∼170℃로 유지시킨다. 공기를 예비분배 챔버(9)로 유입시킨 다음, 천공판(10)을 이용하여 유동 베드(11)를 통해 공기를 균일하게 분포시킨다. 분무 노즐(3)에서 천공판(10) 사이의 거리는 조정할 수 있으며, 노즐은 유동층 바로 위에 또는 기타 적절한 부위에 위치시킨다. 유동 베드 유닛(11)으로부터 분진 또는 미세 입자를 포집한 공기는 사이클론(13) 내에서 배기 기체(12)로부터 분리되어 추가의 과립 공정을 위해 유동 베드(11)로 다시 보내진다. 사이클론(13)에서 분리되지 않은 미세 분진은 습식 세정기(14)에서 수거하여 공급물로 다시 보내진다. 시드 입자는 사일로(silo)(16)에서 나사식 공급기(15)를 통해 유입되고, 재순환 물질로 구성된다. 분말 유출구로부터 베드 입자를 스크린(17)으로 이송하는 데, 이 스크린에서 3개의 분획물로 분류된다: 즉, 범위 이상의 크기의 분획물, 생성물 분획물 및 범위 이하 크기의 분획물. 범위 이상 크기의 분획물은 분쇄기(19)로 보낸다. 이어서, 분쇄된 염화마그네슘 과립은 추가의 스크린 분류기(20)에서 최적으로 분류된다.

범위 이상 크기의 물질은 스크린(20)에서 분쇄기(19)로 재순환되고, 바람직한 입자 크기(최대 0.5 mm)를 갖는 분획물은 사이클론(13)으로부터 얻은 미분 및 스크린(17)으로부터 얻은 미분과 함께 나사식 공급기(16)로 공급된다. 스크린(17)으로부터의 범위 이상의 크기를 가지는 분획물이 유동 베드용 시드 물질을 형성하기에 충분하지 않은 경우, 생성물 분획물의 일부를 첨가할 수 있다. 범위 이상 및 범위 이하 크기의 분획물의 양이 시드로서 요구되는 것보다 많다면, 일부를 공급 탱크(1)에 첨가할 수 있다. 가열 패널(21)은 가열 공기를 단독으로 사용하는 것 대신에 가열원으로 사용하면 더 높은 에너지 효율을 제공할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 목적과 기타 다른 목적은 제1항에서 청구한 바와 같이 MgCl₂를 탈수 및 과립화시키는 신규하고 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 수화 염화마그네슘 입자 베드를 100℃∼150℃, 바람직하게는 120℃∼130℃의 온도에서 유동화시킨다. 베드 입자는 1몰의 MgCl₂당 1.5 몰∼4 몰의 H₂O를 함유한다. 수분 함량 범위가 1몰의 MgCl₂당 2.7 몰∼2.9 몰의 H₂O인 입자가 바람직하다. 염화마그네슘 공급액은 30 중량%∼55 중량%, 바람직하게는 45 중량%∼55 중량% 무수 염화마그네슘 농도로 제조한다. 고농도의 MgCl₂함수를 과립화하는 것이 더 복잡할 수 있으나, 총 에너지 소비는 감소된다. 용액은 상류 장치로부터 120℃∼190℃ 범위의 비등점으로 전달된다. 유동화 구간내 과립 베드의 하부, 상부 또는 측면에 있는 노즐을 사용하여 용액을 유동화 구간으로 주입한다. 측면에 있는 노즐을 사용하는 것이 좋다. 노즐은 하방 또는 상방으로 분무하며, 베드 고도로부터 하방으로 분무하는 것이 좋으나, 베드내의 임의의 위치도 사용가능하다. 압축 공기, 바람직하게는 압력이 1 bar ∼6 bar인 공기를 사용하고, 바람직하게는 공급물과 동일한 온도에서 용액을 분산시킬 수 있으나, 가압하에 분산시키는 것이 좋다. 60 bar의 높은 압력(바람직하게는 20 bar∼30 bar)에서 공기 없이 분산시키는 가압 노즐을 사용할 수도 있다. 온도 구배에 의한 함수의 고화 또는 냉각을 방지하기 위해서 고 농도의 함수에서는 파이프, 밸브 및 펌프와 같은 공급물 공급 장치를 통한 열 투사가 필요하다. 열 투사는 전기적으로 수행될 수 있으나, 스팀 투사로 수행하는 것이 좋다. 베드가 약 100℃∼170℃, 바람직하게는 약 120℃∼130℃의 온도를 유지하도록 충분히 높은 온도에서 예열된 공기를 베드에 통과시켜 베드를 유동화시킨다. 유동화 유입구 온도는 180℃∼400℃이나, 230℃∼240℃가 바람직하다. 배기 기체는 사이클론 집진기와 같은 미분 분리기에 통과시켜, 포집된 미분을 제거하고 이를 다시 과립화 베드로 보낸다. 과립은 유동 베드로부터 연속적으로 배출된 후, 선별 또는 기타 분류 수단을 이용하여 입자 크기 범위내에 있는 입자나 과립을 분류한다. 범위 이하의 작은 입자 또는 미분은 추가의 과립화 공정을 위해 베드로 재송한다. 범위 이상의 큰 입자는 분쇄하여 생산물 조절 수단과 유동 베드 조작 성능의 안정화 수단을 제공하는 유동 베드 또는 스크린으로 다시 보낸다. 시드(seed) 입자를 유동 베드로 연속적으로 공급하거나 재순환시킨다. 시드 입자는 집진기에 수거된 미분, 스크린으로부터 분리된 범위 이하 크기의 입자 및 범위 이상 크기의 분쇄된 입자들의 조합물이다. 베드내의 시드 입자와 베드내에 형성된 임의의 다른 입자 모두는, 베드내에서 유지되는 특정 조건과 유입 공급액으로 인해 집괴를 형성한 후 층화되는 방식으로 성장하게 된다. 입자가 성장하여 크기가 증가하면 베드내 체류시간이 증가한다. 본 발명의 방법은 자유 유동성이고 무분진인 과립을 제조한다. 또한 입자는 하류 장치에서 마모 및 파손에 대한 내성이 더 커지고 더 강해져서, 이송 및 추가의 공정이 더 용이하게 된다. 이 방법으로 제조한 입자는 추가 건조가 수월하며, 염소 첨가 특성도 프릴에서보다 더 우수하다. 본 발명의 조작 조건은 과립의 품질 및 에너지 조건에 대해 얻고자 하는 결과에 따라 다양하게 할 수 있다.

도면에 도시된 것과 유사한 파일럿 플랜트를 설치하여, 몇가지 과립화 시험을 수행하였다.

공급 탱크에서, 염화마그네슘 프릴, 물 및 32% HCl로부터 약 43 중량%의 MgCl₂의 염화마그네슘 함수 용액을 제조하였다. 공급물의 비등점은 150℃이다. 공급물 공급 시스템의 파이프, 밸브 및 펌프로 스팀을 통과시켜 공급 용액을 비등 온도로 예열시킨다. 상방으로 분무하는 기체 분배기(10)로부터 약 20 cm의 베드내에 위치한 2개의 유체 노즐로 공급물을 분무한다. 공급 속도는 300 kg/h로 조정한다. 베드 유닛의 유동화 단면적은 0.65 m²이다. 유동화 공기의 속도는 1.7 m/s이고 주입 공기를 200℃로 예열하여 베드 온도를 125℃로 유지한다. 재순환 물질은 나사식 공급기의 주입구를 통해 150 kg/h의 양으로 도입된다.

얻은 시험 결과는 전술한 공정과 비교시 신규의 공정이 1t의 Mg 당 1.16 MWh의 에너지를 절약한다는 것을 보여준다. 신규의 공정은 2가지 유닛 조작 b) 및 c)를 하나의 장치로 결합시킨 것이며, 새로운 설치에 의한 투자 비용을 상당히 감소시킨다. 또한, 단계 a)는 신규 공정 단계와 조합할 수 있어서, 예기치 못했던 비용 절감을 가져온다.

Claims (7)

1. 유동화, 공기 건조 및 염소첨가에 적절한 입자 크기가 0.4 mm∼3.0 mm인 염화마그네슘 과립을 무수 상태로 제조하는 방법으로서,

   30 중량%∼55 중량%의 MgCl₂를 포함하는 MgCl₂공급 용액을 제조하는 단계;

   용액을 공급하고, 공급 탱크에서 노즐에 이르기까지 120℃∼200℃ 온도 범위를 유지하는 단계;

   가압 공기나 압축 공기로 미리 건조시킨 입자의 베드내로 공급 용액을 분무하는 단계;

   예열된 공기를 베드를 통해 상방향으로 통과시키는 단계;

   입자의 유동 상태 및 100℃∼170℃의 베드 온도를 유지하는 단계;

   사이클론 내에 포집된 입자를 연속적으로 회수하는 단계;

   염화마그네슘 입자를 연속적으로 방출하는 단계;

   방출된 물질을 분류하는 단계; 및

   사이클론으로부터 얻은 미분과 함께 임의의 상기 범위 이하 크기의 분획물 및 분쇄된 상기 범위 이상 크기의 분획물을, 추가의 과립화 공정을 위해 유동 베드로 재순환시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 공급물 공급 장치가 120℃∼200℃ 온도의 스팀으로 가열되는 것이 특징인 방법.
3. 제1항에 있어서, 유동 베드는 수분 함량이 1 몰의 MgCl₂당 1.5 몰∼4 몰 H₂O이고, MgOHCl가가 1%∼5%인 염화마그네슘 입자를 포함하는 것이 특징인 방법.
4. 제1항에 있어서, 유동 공기는 속도가 1 m/s∼2 m/s이고, 유동화 베드의 패널과 함께 간접식 가열 또는 전기 발열기를 이용하여 베드가 100℃∼170℃ 온도를 유지하도록 충분히 가열하여 가능한 낮은 습도를 유지하는 것이 특징인 방법.
5. 제1항에 있어서, 습도가 가능한 낮은 건조 공기를 이용하는 것이 특징인 방법.
6. 제1항에 있어서, 공급물 온도가 원하는 스팀 온도를 제공하는 포화압의 포화 스팀을 사용하여 조절되는 것이 특징인 방법.
7. 제1항에 있어서, 가열 패널이 유동층 내부에 설치된 것이 특징인 방법.