KR100484403B1

KR100484403B1 - 습식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘의 제조 방법

Info

Publication number: KR100484403B1
Application number: KR10-2002-0032687A
Authority: KR
Inventors: 이대생
Original assignee: 이대생
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2005-04-20
Also published as: KR20030095143A

Abstract

본 발명은 제지용 충전제(充塡劑), 고무, 페인트용 필라(filler), 안료, 의약품 등에 사용되는 습식 탄산칼슘의 제조방법으로서, 습식분쇄, 분급 및 농축에 의한 습식탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 광산에서 채광되어 선별된 탄산칼슘을 조크러셔, 콘크러셔 또는 볼밀 등을 통하여 분쇄하고, 이에 물을 첨가하여 탄산칼슘 슬러리를 제조한 후, 습식 그라인딩 비드밀(beads mill)을 통하여 습식 미분쇄한 후, 분쇄된 탄산칼슘 슬러리를 분급하고, 분급된 습식 탄산칼슘을 진공펌프를 통하여 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 습식공정에 의한 탄산칼슘의 간략화된 제조공정으로서, 에너지 절감의 효과가 크고, 입도분포가 샤프하고, 백색도가 양호한 습식 탄산칼슘을 얻을 수 있는 우수한 효과를 보인다.

Description

습식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘의 제조 방법{Method for producing Calcium Carbonate fine powder by wet grinding and classification}

본 발명은 습식 분쇄 및 분급에 의한 습식 탄산칼슘(CaCO₃)의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 제지용 충전제(充塡劑), 고무, 페인트용 필라(filler), 안료, 의약품 등에 사용되는 고형분의 함량이 높고 입도분포가 양호하고, 에너지를 절감할 뿐만아니라 제조 공정이 간략화된 습식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘의 제조 방법에 관한 것이다.

탄산칼슘은 수분의 함유여부에 따라 크게 습식제품(Slurry) 건식제품(Powder)으로 나누고, 물리 화학적 처리 방법에 따라 경질탄산칼슘(Precipitated light calcium carbonate)과 중질탄산칼슘(Ground limestone)으로 나눈다. 본 발명은 습식분쇄 및 분급으로 이루어지고 화학반응이 동반되지 않는 중질탄산칼슘에 관한 것이다.

탄산칼슘은 충전제, 증량제, 첨가제, 백색안료, 연마제 및 화학약품 등으로 그 사용분야가 점차 확대되고 있으며 양도 증가추세에 있다. 특히, 산성지(酸性紙) 황변화(黃變化)로 인한 열화(劣化)를 방지하고 지력증강에 의한 내구성이 향상되는 중성지(中性紙)의 수요가 급격히 증가하고, 중성지 제조용 충전제로는 탄산칼슘이 최적인 것으로 판명됨에 따라, 중성지의 필수 충전제인 고품위의 탄산칼슘은 새로운 수요창출로 인하여 시장규모가 크게 확대되고 있다.

현재까지 알려진 습식공정에 의한 중질탄산칼슘의 제조공정으로는 원광석으로부터 분쇄된 탄산칼슘 분말에 물을 가하여 슬러리(Slurry)를 만들고, 습식그라인딩 비드밀(Beads Mill)과 볼밀(Ball Mill)을 통하여 습식 분쇄하여 미세 탄산칼슘을 얻는 방법이 있었다.

또한, 일본 특허 공고 소60-6378의 '습식분쇄에 의한 무기충전재의 제조방법'에 의하면, 천연탄산칼슘 분해재의 부존재하의 탄산칼슘 슬러리를 고형분 함량이 60중량%보다 작도록 분쇄하고, 분쇄된 슬러리를 여과시켜 수분이 약 20중량%가 되도록 탄산칼슘 무기충전재를 제조하는 방법이 있었다.

하지만, 평균입경 0.4㎛ 이하의 미세 탄산칼슘을 습식그라인딩 비드밀에 의한 분쇄공정에 의하여 제조하는 경우에는, 반복적인 미분쇄로 인하여 에너지 효율이 떨어져 에너지 손실이 크며, 탄산칼슘의 색상이 검은색으로 변하여 품질이 저하되는 등의 문제가 있었다.

미세 중질탄산칼슘의 상기 습식 제법에 대한 문제점을 극복하기 위하여, 소성(燒成), 수화(水和), 재결정(再結晶) 단계에 의하여 탄산칼슘 결정을 생성시키는 경질탄산칼슘의 제법이 도입되었지만, 제조 공정이 복잡하고, 생산원가가 높다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 안출된 것으로서, 에너지 효율이 낮고, 생산원가가 높은 반복적인 미분쇄공정을 채택하지 않고, 미분쇄단계에서 분급공정을 도입함으로써 공정의 간략화 및 에너지 사용의 절감을 도모하고, 반복적인 미분쇄에 의한 열손실을 방지할 뿐만아니라, 분쇄시 발생한 열에너지를 재활용함으로써 에너지의 효율적 활용을 도모함을 그 목적으로 한다.

또한, 반복적인 미분쇄에 의한 탄산칼슘의 변색을 방지하여 백색도가 높은 고품질의 중질탄산칼슘을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 습식분쇄 및 분급에 의한 미세 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명을 보다 상세히 설명하면, 광산에서 채광되어 선별된 탄산칼슘을 세척한 후, 반복적인 분쇄공정을 통하여 평균입경이 10~20㎛가 되도록 예비분쇄하고, 분쇄된 탄산칼슘에 물을 첨가하여 슬러리(Slurry)화 시킨 후, 습식그라인딩 비드밀(Beads Mill)을 통하여 제1차 습식분쇄하고, 이를 다시 습식그라인딩 비드밀을 통하여 제2차 습식분쇄하여 평균입경 0.6~0.8㎛의 탄산칼슘 슬러리를 제조하고, 분급기를 통하여 0.5㎛의 습식탄산칼슘을 분리한 후, 마지막으로 진공펌프를 통하여 농축하는 단계로 이루어진다.

상기 예비 분쇄 공정을 보다 상세히 설명하면, 광산에서 채광되어 선별된 탄산칼슘을 조크러셔, 함머밀, 콘크러셔, 볼밀 또는 레이몬드밀을 통하여 반복하여 분쇄하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다. 이하에서 예비분쇄, 습식분쇄·분급 및 농축으로 이루어지는 습식탄산칼슘의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다

(1) 탄산칼슘 슬러리의 제조 (예비분쇄)

최초공정에 투입되는 방해석등의 원광석을 세척하고, 조분쇄기인 조크러셔(Jaw Crusher)에 일정량 공급하여 조분쇄하고, 조분쇄된 광석을 함머밀(Hammer Mill), 로드밀(Rod Mill) 또는 콘크러셔(Cone Crusher)를 통하여 다시 분쇄하고, 분쇄된 분말을 레이몬드밀 또는 볼밀로 미분쇄한 후, 물을 첨가하여 탄산칼슘 슬러리를 만든다.

본 공정인 예비분쇄는 평균 입경이 50~100mm이 되도록 조크러셔로 분쇄하는 단계, 평균 입경이 20~40mm이 되도록 함머밀, 로드밀 또는 콘크러셔로 다시 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 분말을 평균입경이 10~20㎛이 되도록 레이몬드밀 또는 볼밀로 미분쇄하고, 미분쇄된 분말에 물을 첨가하여 탄산칼슘 슬러리를 만드는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다. 슬러리의 농도는 50~70%가 바람직하다. 슬러리의 농도가 45%이하일 경우에는 낮은 농도로 인하여 공정이 지연되며, 이어지는 농축공정에서 농축에너지가 많이 소요되는 등 에너지 효율성이 낮기 때문에 부적당하며, 농도가 75%이상일 경우에는 분급 효율이 떨어지기 때문에 부적당하다.

(2) 제1차 및 제2차 습식분쇄

상기한 탄산칼슘 슬러리를 직경 1.6~2.5mm의 분쇄매체(Beads)를 보유한 습식그라인딩 비드밀로 분쇄하고(제1차 습식분쇄), 원심분리기 또는 필터를 이용하여 과대입자를 분급한 후, 직경 0.6~1.2mm의 분쇄매체(Beads)를 보유한 습식그라인딩 비드밀을 통하여 다시 분쇄한 후(제2차 습식분쇄), 분급기를 통하여 필요한 크기의 습식탄산칼슘을 분리한다.

제1차 습식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘 습식탄산칼슘의 평균 입경은1.2~1.5㎛이 적당하고, 제2차 습식분쇄 및 분급에 의한 습식탄산칼슘의 평균 입경은 0.65~0.75㎛이 바람직하다.

또한, 본 공정의 습식 그라인딩비드밀에 의한 분쇄에 앞서 분산제를 투입함으로써 엉김을 방지하고 입자간의 분산성을 높일 수 있다. 분산제는 변성폴리카본산계 고분자 전해질의 습식 마쇄용 분산제를 사용하는 것이 바람직하다.

(3) 미분쇄된 탄산칼슘 슬러리의 분급 및 농축

상기 방법으로 분리된 습식탄산칼슘을 습식분급기를 통하여 미세 습식탄산칼슘을 분리하고, 진공펌프(Vacuum Pump)를 통하여 습식탄산칼슘을 필요한 농도로 농축한다. 농축공정의 열원은 상기 분쇄에 의하여 발생한 열에너지와 저온증발시스템을 이용한다. 본 공정인 분급과 농축을 통하여 고형분 농도가 높은 습식탄산칼슘을 얻을 수 있다. 상기 저온증발시스템은 진공펌프를 이용하여 저온에서도 증발이 이루어지도록 한 것이다.즉, 증발은 대기압 1atm(760mmHg)dptj 100℃일 경우 이루어지게 되는바, 진공펌프를 이용하여 그 압력을 0.5~0.6atm(380~450mmHg)로 낮추면 80~85℃ 정도에서 증발이 이루어지게 된다.또한, 슬러리 제주 후, 1차습식분쇄 및 2차습식분쇄 공정을 거치게 되는바, 이러한 분쇄공정시 자체열이 발생하게 됨으로써, 이 분쇄열을 열원으로 이용하여 농축공정을 수행하게 된다.따라서, 슬러리의 농도가 낮은 경우에도 상기한 분쇄열에 의하여 물이 증발되기는 하지만, 그 증발량이 많지 않아 최종제품의 요구농도까지 농축이 이루어지지 않는 바, 상기와 같이 진공펌프를 이용하여 압력을 낮춤으로써, 낮은온도(80~85℃)에서도 증발이 이루어지게 하여 최적상태의 농도를 갖는 최종제품을 제조할 수 있게 된다.

본 공정의 분급은 평균입경 0.5㎛ 이하의 습식탄산칼슘을 분리함이 바람직하고, 농축은 진공펌프를 통하여 농도가 70~80%가 되도록 농축함으로써, 종이 또는 페인트의 충전제로 사용하기 적합하도록 농축함이 바람직하다.

또한, 평균입경 0.5㎛이상의 습식 탄산칼슘은 제지용 필라(filler) 또는 제지코팅용으로도 사용 가능할 뿐만아니라, 습식 그라인딩 비드밀로 재분쇄하고, 재분급함으로써 필요한 입경의 습식 탄산칼슘을 얻을 수 있다.

다음의 실시예는 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

(실시예 1)

탄산칼슘 함량이 95%이상인 원광석을 세척하여 선별하여 조크러셔 및 콘크러셔를 통하여 평균 입경 약25mm 정도가 되도록 분쇄하고, 볼밀 또는 레이몬드밀 평균입경이 약20㎛이 되도록 미분쇄한 후, 물을 첨가하여 고형분 농도가 70%인 탄산칼슘 슬러리를 제조한다. 상기 탄산칼슘 슬러리를 변성폴리카본산계 분산제 2000ppm을 투입한 후, 습식 그라인딩 비드밀로 분쇄하고, 원심분리기를 통하여 평균 입경 약 1.5㎛ 인 습식 탄산칼슘을 분리한다.

상기 분리된 습식 탄산칼슘에 변성폴리카본산계 분산제 4000ppm을 추가하여 투입하고, 습식그라인딩 비드밀로 분쇄하고, 원심분리기를 통하여 평균 입경이 약 0.65㎛ 인 습식탄산칼슘(Head Sample)을 분리한다. .

원심분리기를 통하여 통하여 평균 입경 0.5㎛이하의 습식탄산칼슘을 다시 분리하고, 진공펌프의 압력을 350 mmHg 로 유지하면서, 온도를 75℃로 조절하여 탄산칼슘 고형분 농도가 75%이고, 입경의 중간값이 약 0.42㎛인 습식탄산칼슘(Product) 571kg 및 입경의 중간값이 약 1.0 ㎛ 인 부산물(Tailing) 429kg을 얻을 수 있다. 상기 부산물(Tailing)는 그라인딩비드밀에 의한 습식분쇄공정으로 보내져 재습식분쇄 및 농축의 공정을 통하여 미립의 습식탄산칼슘을 얻을 수 있다. 본 실시에 의한 결과는 하기 도 1 및 표 1과 같다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서, 탄산칼슘고형분 농도를 60%로 한 것 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 처리하여, 습식탄산칼슘을 제조한 결과 입경의 중간값이 약 0.30㎛인 습식탄산칼슘(Product) 549kg 및 입경의 중간값이 약 1.2 ㎛ 인 부산물(Tailing) 451kg을 얻을 수 있었으며, 본 실시예에 의한 결과는 하기 도2 및 표1과 같다.

(실시예 3)

상기 실시예 1에서, 탄산칼슘고형분 농도를 50%로 한 것 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 처리하여, 습식탄산칼슘을 제조한 결과 입경의 중간값이 약 0.19㎛인 습식탄산칼슘(Product) 541kg 및 입경의 중간값이 약 1.5 ㎛ 인 부산물(Tailing) 459kg을 얻을 수 있었으며, 본 실시예에 의한 결과는 하기 도 3 및 표 1과 같다.

표 1. 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 탄산칼슘 분말의 특성

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
탄산칼슘 슬러리의 농도	70%	60%	50%
생산량(product)	571kg	549kg	541kg
product 입경의 중간값	0.42㎛	0.30㎛	0.19㎛
부산물(tailing)	429kg	451kg	459kg
tailing 입경의 중간값	1.0㎛	1.2㎛	1.5㎛
백색도	96%	96%	96%
부분 분리효율(₂₅Ф₇₅)	3.0	2.9	3.1

상기 표 1에서 부분 분리 효율이라 함은, 어떤 입도의 입자가 제품에 얼마정도 나누어 들어가는지를 나타내는 지표로서, ₂₅Ф_{75 =}입도누적분포 25% 인 경우의 탄산칼슘 분말의 입경/입도누적분포 75%인 경우의 탄산칼슘 분말의 입경의 값을 나타낸 것이다.

표 2. 공정단순화에 따른 전력사용량의 비교

구분	실시예1		종래의 중질 탄산칼슘의 제조방법에 의한 경우		종래의 경질 탄산칼슘의 제조방법에 의한 경우
전력사용량	공정	소요전력	공정	소요전력	공정	소요전력
	제1차습식미분쇄	130kW/Ton	제1차습식미분쇄	130kW/Ton	전처리	100kW/Ton
	제2차습식미분쇄	100kW/Ton	제2차습식미분쇄	100kW/Ton	소성	80kW/Ton
	분급	20kW/Ton	제3차습식미분쇄	100kW/Ton	수화	50kW/Ton
	계	250kW/Ton	계	330kW/Ton	재결정	100kW/Ton
					농축	200kW/Ton
					계	530kW/Ton
시설비용	제1차습식미분쇄	2억/Ton	제1차습식미분쇄	2억/Ton	전처리	3억/Ton
	제2차습식미분쇄	2억/Ton	제2차습식미분쇄	2억/Ton	소성	5억/Ton
	분급	1000만원/Ton	제3차습식미분쇄	2억/Ton	수화	1억/Ton
	계	41000만원/Ton	계	60000만원/Ton	재결정	3억/Ton
					농축	2억/Ton
					계	14억/Ton
백색도	제 품(product)	96%	제 품(product)	92%	제 품(product)	96%

상기에서 살펴본 바와 같이, 평균 입경 0.5 ㎛ 이하의 습식공정에 의한 중질탄산칼슘의 제조방법에 있어서, 본 발명은 반복적 파쇄공정에 의한 미분쇄를 채택하지 않고, 볼밀에 의한 습식 미분쇄 이하의 단계에서 분급 또는 재분급 단계를 도입함으로써 습식탄산칼슘 제조공정의 간략화 및 에너지 사용의 절감을 도모할 뿐만아니라, 미분쇄에 의해 발생한 마찰열을 습식탄산칼슘의 농축의 열원으로 사용하고, 저온증발시스템을 도입함으로써 에너지의 효율성을 높인 우수한 효과가 있다.

도 1는 본 발명에 의한 습식 탄산칼슘(하기 실시예 1)의 입경 분포도이다.

도 2은 본 발명에 의한 습식 탄산칼슘(하기 실시예 2)의 입경 분포도이다.

도 3는 본 발명에 의한 습식 탄산칼슘(하기 실시예 3)의 입경 분포도이다.

Claims

탄산칼슘 원광석을 세척한 후, 반복적인 분쇄공정을 통하여 탄산칼슘을 평균 입경이 10~20㎛이 되도록 예비 분쇄하고, 분쇄된 분말에 물을 첨가하여 탄산칼슘 슬러리를 제조하고, 습식그라인딩 비드밀(beads mill)을 통하여 분쇄(제1차 습식분쇄)하고, 다시 습식그라인딩 비드밀 통하여 분쇄 (제2차 습식분쇄)하고, 습식 분급기를 통하여 평균입경 0.5㎛ 이하의 습식 탄산칼슘을 분리한 후, 상기 분리된 습식 탄산칼슘을 진공펌프를 통하여 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.
제1항에 있어서, 반복적인 분쇄공정은 탄산칼슘 분말의 평균 입경이 50~100mm이 되도록 조크러셔로 조분쇄하고, 조분쇄한 광석을 평균 입경이 20~40mm가 되도록 함머밀, 로드밀 및 콘크러셔로부터 선택된 하나의 분쇄기로 분쇄하고, 상기 분쇄된 분말을 평균입경이 10~20㎛이 되도록 볼밀 또는 레이몬드밀로 다시 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.
제1항에 있어서, 예비분쇄 후의 물의 첨가에 의한 탄산칼슘 슬러리의 고형분농도는 50~70%인 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 진공펌프에 의한 농축은 탄산칼슘 고형분의 농도가 70~80%되도록 농축하는 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.
제1항에 있어서, 습식분급에 의하여 분리된 평균입경 0.5㎛을 초과하는 습식탄산칼슘은 습식분쇄공정으로 다시 보내져 습식그라인딩 비드밀(Beads Mill)을 통하여 재분쇄하고, 재분쇄된 습식탄산칼슘을 습식 분급기를 통하여 평균입경 0.5㎛ 이하의 습식 탄산칼슘을 분리한 후, 상기 분리된 습식 탄산칼슘을 진공펌프를 통하여 농축하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.
제1항에 있어서, 습식그라인딩 비드밀에 의한 분쇄에 앞서 분산제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.
제7항에 있어서, 분산제는 변성폴리카본산계 분산제인 것을 특징으로 하는 습식 탄산칼슘의 제조방법.