KR100487728B1

KR100487728B1 - 건식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘 미분말의 제조 방법

Info

Publication number: KR100487728B1
Application number: KR10-2002-0032686A
Authority: KR
Inventors: 이대생
Original assignee: 이대생
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2005-05-03
Also published as: KR20030095142A

Abstract

본 발명은 제지용 충전제(充塡劑), 고무, 페인트용 필라(filler), 안료, 의약품 등에 사용되는 탄산칼슘 미분말의 제조방법으로서, 건식분쇄 및 분급에 의한 건식탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 광산에서 채광되어 선별된 탄산칼슘을 조크러셔, 함머밀 또는 콘크러셔 등을 통하여 제1차 및 제2차 분쇄하고, 레이몬드밀에서 제3차 분쇄한 후, 분쇄된 분말에 분산제를 첨가하고 볼밀을 통하여 미분쇄하고, 미분쇄된 탄산칼슘 분말을 분급 또는 재분급하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 건식공정에 의한 탄산칼슘의 간략화된 제조공정으로서, 에너지 절감의 효과가 크고, 입도분포가 샤프하고, 백색도가 양호한 탄산칼슘 미분말을 얻을 수 있는 우수한 효과를 보인다.

Description

건식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘 미분말의 제조 방법{Method for producing Calcium Carbonate fine powder by dry grinding and classification}

본 발명은 건식 분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘 미분말(CaCO₃Powder)의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 제지용 충전제(充塡劑), 고무, 페인트용 필라(filler), 안료, 의약품 등에 사용되는 입도분포가 양호하고, 에너지를 절감할 뿐만아니라 제조 공정이 간략화된 건식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘 미분말의 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 건식분쇄 및 분급으로 이루어지고 화학반응이 동반되지 않는 중질탄산칼슘에 관한 것이다.

탄산칼슘은 충전제, 증량제, 첨가제, 백색안료, 연마제 및 화학약품 등, 그 사용분야가 점차 확대되고 있으며, 그 사용량도 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 중질탄산칼슘 미분말의 제조공정으로는 원광석을 조크러쉬(Jaw Crush), 롤크러쉬(Roll Crush), 볼밀(Ball Mill)등을 이용하여 반복적으로 파쇄 및 미분쇄하여 필요한 입경을 가진 탄산칼슘 미분말을 제조하는 방법이 있었다. 하지만, 이러한 방법으로 평균입경 1.0㎛ 이하의 탄산칼슘을 얻기 위하여 계속적으로 미분쇄할 경우에는 반복적인 미분쇄공정으로 인하여 에너지 효율이 떨어져 에너지 손실이 크며, 탄산칼슘 분말의 색상이 검은색으로 변하여 품질이 저하되는 등의 문제가 있었다.

이러한 건식분쇄의 한계를 극복하기 위하여 습식분쇄에 의한 분쇄방법이 도입되었는데, 평균입경 1.0㎛ 이하의 탄산칼슘 분말은 습식분쇄에 의한 슬러리를 스프레이드라이어(Spray-dryer)를 이용하여 건조하고, 건조된 제품의 엉김을 방지하기 위하여 다시 분쇄 및 분급을 함으로써 탄산칼슘 미분말을 제조하는 방법이 있었지만, 공정이 복잡하고 스프레이드라이어의 사용에 의한 생산원가가 높다는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 제128,061호의 "건식분쇄/습식분쇄 탄산칼슘 충전제 조성물"에서는 파쇄된 탄산칼슘을 조크러싱하고 해머밀링한 후, 최종적으로 해머분쇄한 것을 휘저(wizzer)를 함유하는 레이먼드롤러밀로 밀링하여 건식분쇄 탄산칼슘을 조제하고, 석회석을 조크러셔에 너어 으깨고 습식사이클론에 통과시키고, 습식원심분리기에 의해 선별된 미세한 입자의 현탁액을 농축하여 습식분쇄탄산칼슘을 제조함으로써, 상기 건식분쇄에 의한 탄산칼슘과 습식분쇄에 의한 탄산칼슘이 혼합된 혼합물로 이루어지는 미세분할 탄산칼슘에 관한 것이 있었으나, 제조 공정이 복잡하다는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 평균 입경 1.0㎛ 이하의 중질탄산칼슘의 제조방법에 있어서 종래 기술과 같은 에너지 효율이 낮은 반복적인 분쇄공정을 채택하지 않고, 분급 처리함으로써 공정의 간략화 및 에너지 사용의 절감을 도모하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 건식공정에 의할 경우 평균 입경 1.0㎛ 이하의 미세분말을 파쇄할 때 발생하는 열에너지에 의한 탄산칼슘의 변색을 방지함으로써 백색도(白色度)가 높을 뿐만아니라, 입경의 분포도가 낮은 중질 탄산칼슘의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 건식분쇄 및 분급에 의한 탄산칼슘 미분말의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 광산에서 채광되어 선별된 탄산칼슘을 세척한 후, 반복적인 분쇄공정을 통하여 탄산칼슘을 평균입경이 1.0~10㎛이 되도록 예비분쇄하고, 분급기를 통하여 평균입경 1㎛이하의 탄산칼슘 분말을 분급하는 단계로 이루어진다.

상기 예비분쇄 공정을 더욱 상세히 설명하면, 광산에서 채광되어 선별된 탄산칼슘을 조크러셔, 함머밀 또는 콘크러셔를 통하여 제1차 및 제2차 분쇄하고, 레이몬드밀에서 제3차 분쇄한 후, 분쇄된 분말을 볼밀을 통하여 다시 미분쇄하는 단계로 이루어지는 것이 바람직 하다. 이하에서 단계별로 상세히 설명한다.

(1)원광석의 제1차 조분쇄 및 제2차 분쇄

최초 공정에 투입되는 방해석 등의 원광석을 세척하고, 조분쇄기인 조크러셔(Jaw Crusher)에 일정량 공급하여 제1차 조분쇄 한다. 조분쇄한 광석을 함머밀(Hammer Mill), 로드밀(Rod Mill) 또는, 콘크러셔(Cone Crusher)를 통하여 제2차 분쇄 후, 분쇄한 것을 건식 진동스크린을 통하여 필요한 직경으로 분급한다.

제1차 조분쇄에 의한 평균입경은 약 50~100mm가 바람직 하고, 제2차 분쇄에 의한 평균입경은 약 20~40mm가 가장 바람직하다.

(2) 제3차 분쇄 및 미분쇄

상기 공정을 통하여 분쇄 및 분급된 탄산칼슘 분말을 분급기가 장착된 레이몬드밀을 통하여 제3차 분쇄하고, 분산제를 투여한 후, 볼밀을 통하여 미분쇄한다.

분산제는 미분쇄에 의한 분말간의 엉김을 방지하고 입자간의 분산성을 높이는 작용을 하며, 바람직하게는 디에틸렌글리콜계 계면활성제를 사용할 수 있으며, 제3차 분쇄는 평균입경이 10~30㎛이 되도록 분쇄하는 것이 바람직하고, 볼밀(Ball Mill)을 통한 미분쇄는 분말의 평균입경이 약 1.0~10㎛이 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.

(3) 미분쇄된 탄산칼슘 분말의 분급 및 재분급

평균입경 1.0㎛이하인 탄산칼슘을 건식공정에 의하여 얻기 위해서는 하기 분급공정을 필요로 한다. 여기서 분급(Classification)이라 함은 입도 크기별로 고체 입자를 분리하는 방법을 뜻한다. 즉, 미분쇄된 탄산칼슘 분말의 침강 속도의 차이를 이용한 분급기(Classifier)를 통하여 굵은 입자들을 선별하여 분리하여 굵은 입자의 양을 줄임으로써 입경 분포가 양호하고 백색도가 뛰어난 미세 탄산칼슘 분말을 얻을 수 있다. 상기 분급은 분급기를 통하여 평균 입경이 1㎛ 이하가 되도록 함이 바람직 하다. 또한, 분말의 입경이 큰 부산물(Tailing)은 피브이씨(PVC) 충전제 또는 유리섬유강화프라스틱(FRP)등의 원료로 사용되거나, 볼밀에 의한 미분쇄 공정으로 다시 보내져 재분쇄 및 재분급 됨으로써 평균입경이 1㎛ 이하인 탄산칼슘 미분말을 얻을 수 있다. 이하 실시예 및 표를 통하여 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

탄산칼슘의 함량이 95% 이상인 원광석을 선별하여 세척하고, 직경 30cm 전후의 크기로 뿌레카(Breaker)로 파쇄하고, 조크러셔를 통하여 직경 80mm 정도로 제1차 조분쇄 한다.

상기 분말을 콘크러셔를 통하여 분쇄하고(제2차 분쇄), 건식 빈동 스크린을 이용하여 평균입경이 약 30mm가 되도록 분말(Head Sample)을 분리한다.

상기 원료(Head Sample)를 상부에 분급기가 장착된 레이몬드밀(제3차 분쇄)에서 분급기의 rpm을 적절히 조절하면서 입경이 20㎛ 정도인 탄산칼슘 분말을 생산한다.

상기 분말에 디에틸렌글리콜계 계면활성제 3500ppm을 투입하고, 볼밀을 통하여 미분쇄하고, 미분쇄된 분말을 별도로 설치된 분급기에서 분금함으로써, 입경의 중간값(mid-point)이 2.18㎛이고, 입자크기에 따른 분포가, 입경이 10㎛ 이상인 입자들이 10중량% 정도이고; 입경이 0.35㎛ 이상이고 10㎛이하인 입자들이 80중량% 정도이고 ; 입경이 0.35㎛ 이하인 입자들이 10중량% 정도인 분포를 가지는 탄산칼슘 분말의 원료(Head Sample) 1000kg을 준비한다.

상기 원료(Head Sample)를 공기 1m³당 4g이 되도록 유지하면서, 3500rpm의 초미립 분급기(Ultra fine classifier)를 통하여 입경의 중간값(mid-point)이 약 0.75㎛인 탄산칼슘(product) 440kg 및 입경의 중간값이 약 5.5㎛ 인 탄산칼슘 부산물(tailing) 560kg을 생산할 수 있었으며, 본 실시예에 의한 결과는 하기 도1 및 표 1과 같다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서, 원료(Head Sample)는 공기 1m³당 3g 인 원료를 사용한 것 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 처리하여, 탄산칼슘 분말을 제조한 결과, 입경의 중간값이 약 0.62㎛인 탄산칼슘(product) 420kg 및 입경의 중간값이 약 4.8㎛인 탄산칼슘 부산물(tailing) 580kg을 생산할 수 있었으며, 본 실시예에 의한 결과는 하기 도 2 및 표 1과 같다.

(실시예 3)

상기 실시예 1에서, 원료(Head Sample)는 공기 1m³당 5g 인 원료를 사용한 것 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 처리하여, 탄산칼슘 분말을 제조한 결과, 입경의 중간값이 약 0.81㎛인 탄산칼슘(product) 450kg 및 입경의 중간값이 약 6.5㎛인 탄산칼슘 부산물(tailing) 550kg을 생산할 수 있었으며, 본 실시예에 의한 결과는 하기 도 3 및 표 1과 같다.

(비교예 1)

예비분쇄인 제3차 분쇄 공정까지는 실시예 1과 동일하다. 제3차 분쇄에 의하여 얻어진 탄산칼슘 분말에 물이 첨가된 슬러리를 평균 입경 1.4~1.6㎛이 되도록 제1차 습식 미분쇄 하고, 다시 제2차 습식미분쇄 함으로써 입경이 0.6~0.75㎛인 미새탄산칼슘 슬러리를 제조한다. 상기 슬러리를 스크레이드라이어(Spray-dryer)를 통하여 수분이 0.3%이하가 되도록 건조하고, 상기 분말의 엉김을 방지하기 위해 다시 분쇄 및 분급함으로써 평균 입경이 0.6~0.75㎛인 미세 탄산칼슘 분말을 얻었다.

표 1. 실시예 1 내지 3에 의하여 제조된 탄산칼슘 분말의 특성

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
초미립 분급기에 투입되는탄산칼슘 분말의 무게(g/m³)	4g/m³	3g/m³	5g/m³
생산량(product)	440kg	420kg	450kg
product 입경의 중간값	0.75㎛	0.62㎛	0.81㎛
부산물(tailing)	560kg	580kg	550kg
tailing 입경의 중간값	5.5㎛	4.8㎛	6.5㎛
백색도	95%	95%	95%
부분 분리효율(₂₅Ф₇₅)	4.6	4.8	4.5

상기 표 1에서 부분분리 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. 공정 단순화에 따른 전력사용량의 비교

비교예 1	소요전력(Kw/Ton)	실시예 1	소요전력(Kw/Ton)
제1차 습식미분쇄	100	볼 밀 분쇄	200
제2차 습식미분쇄	80	볼 밀 분쇄	200
습식분급	20	분급	80
스프레이드라이어(0.3%이하건조)	400	분급	80
분쇄	20	재분급	80
분급	10	재분급	80
제품	630(Total)	제품	360(Total)

상기 표 2는 제3차분쇄 이하의 공정에 있어서의 생산공정과 전력사용량을 비교한 것이다. 본 발명의 공정에 의한 경우, 기존의 생산공정에 비하여 생산공정이 크게 간략화 되었으며, 아울러 에너지 절감의 효과가 있다.

평균 입경 1㎛ 이하의 중질탄산칼슘 미분말의 제조방법에 있어서, 본 발명은 기존의 습식분쇄 후의 스프레이드라이어에 의한 건조 및 재분쇄 공정을 채택하지 않고, 볼밀에 의한 미분쇄 이하의 단계에서 분급 및 재분급 공정을 도입함으로써 탄산칼슘 미분말 제조공정의 간략화를 도모하고, 에너지 절감이 큰 효과가 있다.

또한, 기존의 계속적인 건식분쇄에 의하여 탄산칼슘 미분말을 제조하는 경우와 같은 변색이 되지 않는 백색도가 양호할 뿐만 아니라, 분말의 입경분포가 양호한 탄산칼슘 미분말을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 탄산칼슘 미분말(하기 실시예 1)의 입경분포도이다.

도 2는 본 발명에 의한 탄산칼슘 미분말(하기 실시예 2)의 입경분포도이다.

도 3은 본 발명에 의한 탄산칼슘 미분말(하기 실시예 3)의 입경분포도이다.

Claims

청구항 1.

탄산칼슘 원광석을 세척한 후, 탄산칼슘 분말의 평균입경이 50~100mm가 되도록 조크러셔로 분쇄하고(제1차 조분쇄); 조분쇄한 광석을 평균입경이 20~40mm가 되도록 함머밀, 로드밀 및 콘크러셔로부터 선택된 하나의 분쇄기로 다시 분쇄하고(제2차 분쇄); 상기 분쇄된 분말을 분급기가 장착된 레이몬드밀로 평균 입경이 10~30㎛이 되도록 분쇄한 후(제3차 분쇄); 볼밀을 통하여 평균입경이 약 1.0~10㎛이 되도록 미분쇄하고; 미분쇄된 탄산칼슘 분말을 분급기를 통하여 평균 입경 1㎛ 이하의 탄산칼슘 분말을 분급하고; 상기 분급을 통하여 분리된 탄산칼슘 분말 중 평균입경이 1㎛을 초과하는 탄산칼슘 분말은 볼밀을 통하여 평균입경이 1.0~10㎛이 되도록 다시 미분쇄하고 평균입경 1㎛ 이하의 탄산칼슘 분말은 재분급하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 미분말의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 탄산칼슘 분말의 볼밀에 의한 미분쇄에 앞서 분산제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 미분말의 제조방법.
제3항에 있어서, 분산제는 디에틸렌글리콜계 계면활성제인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 미분말의 제조방법.