KR100643316B1 - Novel purifying method of calcinate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석회석의 신규한 정제방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 석회석의 정제방법은 석회석 분말을 산 용액으로 처리하여 칼슘이온을 추출하여 칼슘 이온 용액을 얻고, 상기 칼슘 이온 용액으로부터 칼슘 이온을 침전시켜 칼슘침전물을 얻은 후 상기 칼슘침전물을 세척하여 음이온 불순물을 정제하여 소석회를 얻는 단계를 포함한다.The present invention relates to a novel method for refining limestone, and more particularly, the method for refining limestone of the present invention is to treat calcium lime powder with an acid solution to extract calcium ions to obtain a calcium ion solution, and to calculate calcium from the calcium ion solution. Precipitating ions to obtain a calcium precipitate, and washing the calcium precipitate to purify the anion impurities to obtain calcined lime.
본 발명에 따른 정제방법에 의해 석회석을 정제함으로써, 보다 간단한 공정으로 식·의약용 칼슘화합물에 사용가능한 99% 이상의 고순도 및 고활성의 고품질 생·소석회를 고수율로 얻을 수 있다.By purifying limestone by the refining method according to the present invention, it is possible to obtain high-quality raw and hydrated lime with high purity and high purity of 99% or more that can be used for food and pharmaceutical calcium compounds in a simpler step.
석회석, 생석회, 소석회, 정제방법, 고수율, 고품질, 고활성 Limestone, quicklime, hydrated lime, refining method, high yield, high quality, high activity
Description
도 1은 본 발명의 석회석의 정제공정을 간략하게 나타낸 공정도이고, 1 is a process chart briefly showing a purification process of limestone of the present invention,
도 2는 pH 11에서의 양이온 불순물의 침전반응 결과를 나타낸 사진이며,Figure 2 is a photograph showing the result of precipitation of cationic impurities at pH 11,
도 3은 칼슘이온 회수 단계에서 pH 12.6에서의 칼슘이온 침전 반응의 결과를 나타낸 사진이며,Figure 3 is a photograph showing the result of the calcium ion precipitation reaction at pH 12.6 in the calcium ion recovery step,
도 4는 칼슘이온 회수 단계에서 칼슘이온 침전 반응 결과 얻어진 칼슘 침전물의 결정상을 측정한 XRD 그래프로, 도 4a는 실시예 4의 공정 No.4-3의 실시에 따른 칼슘 침전물의 결정상을 측정한 XRD 그래프이고, 도 4b는 실시예 4의 공정 No. 4-4의 실시예 따른 칼슘 침전물의 결정상을 측정한 XRD 그래프이며,Figure 4 is an XRD graph of the crystal phase of the calcium precipitate obtained as a result of calcium ion precipitation reaction in the recovery of calcium ions, Figure 4a is a XRD measuring the crystal phase of the calcium precipitate according to the implementation of step No. 4-3 of Example 4 It is a graph and FIG. 4B is process No. of Example 4. FIG. XRD graph of the crystal phase of the calcium precipitate according to Examples 4-4,
도 5는 정제 전후의 색 변화를 나타낸 사진이며,5 is a photograph showing the color change before and after purification,
도 6은 실시예 4의 공정 No.4-10 및 4-11의 실시 후 회수된 칼슘 침전물을 비교한 사진이며, Figure 6 is a photograph comparing the calcium precipitate recovered after the implementation of the process Nos. 4-10 and 4-11 of Example 4,
도 7은 칼슘이온 침전 반응시 침전 조건의 변화에 따른 침전 상태를 나타낸 사진이며(a:에이징, b:냉각, c:열처리), Figure 7 is a photograph showing the precipitation state according to the change of precipitation conditions in the calcium ion precipitation reaction (a: aging, b: cooling, c: heat treatment),
도 8은 하소 온도(a: 900℃, b: 1000℃, c: 1100℃ d: 1200℃)에 따른 CaO의 미세구조 변화를 나타낸 사진이며(승온속도: 10℃/min, 유지 시간: 1hr),8 is a photograph showing the change in the microstructure of CaO according to the calcination temperature (a: 900 ℃, b: 1000 ℃, c: 1100 ℃ d: 1200 ℃) (temperature rising rate: 10 ℃ / min, holding time: 1 hr) ,
도 9는 하소 시간(a: 0시간, b: 1시간, c: 2시간, d: 3시간)에 따른 CaO의 미세구조 변화를 나타낸 사진이다(하소 온도: 1000℃, 승온 속도: 10℃/min).9 is a photograph showing the change in the microstructure of CaO according to the calcination time (a: 0 hours, b: 1 hour, c: 2 hours, d: 3 hours) (calcination temperature: 1000 ℃, heating rate: 10 ℃ / min).
[산업상 이용 분야] [Industrial use]
본 발명은 석회석의 정제방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 공정으로 고순도 및 고활성의 생·소석회를 고수율로 수득할 수 있는 석회석의 정제방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying limestone, and more particularly, to a method for purifying limestone which can obtain high purity and high activity raw and hydrated lime in high yield by a simple process.
[종래 기술][Prior art]
석회석이란 석회암을 채광하여 상업적으로 이용하는 형태로 된 일종의 상품명이지만, 최근에는 석회암을 그대로 석회석이라고 통칭하기도 한다. 석회석은 광물학적으로는 방해석(calcite)이며, 이론적 화학조성은 CaO 56.0 중량%, CO2 44.0중량%로 구성되어 있으나, 일반적으로 국내에서 산출되는 석회석은 MgO, Al2O3, Fe2O3 또는 SiO2등의 각종 불순물을 다량 함유하고 있어 순도가 낮을 뿐만 아니라, 저활성 및 입도 불균일 등 원료의 기본 특성이 좋지 않아 고급 질 제강 및 환경, 정밀화학공정 등 고부가가치 산업에 원료 또는 부원료로서 적용이 불가능하다. Limestone is a kind of trade name in the form of mining limestone commercially used, but recently limestone is also commonly referred to as limestone. Limestone is calcite in mineralogical terms and the theoretical chemical composition is composed of 56.0 wt% CaO and 44.0 wt% CO 2 , but limestones produced in Korea are generally MgO, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 Or it contains a large amount of various impurities such as SiO 2 , which is not only low purity, but also the basic characteristics of raw materials such as low activity and non-uniform particle size are not good, so it can be applied as a raw material or subsidiary material to high value-added industries such as high quality steel and environment and fine chemical process. This is impossible.
석회석은 석회석 원광 자체로서의 이용뿐만 아니라 석회 및 칼슘 화합물로서의 이용 등 전체 용도가 약 300여종에 이른다고 보고되고 있다. 이러한 석회석의 다양한 용도 중 현대 산업사회에서 석회석의 대량 사용처로는 시멘트 및 철강공업 등을 꼽을 수 있다. 우리나라의 경우 철강·시멘트 공업 등이 석회석 수요의 대부분을 차지하는 구조에 획기적인 변화는 없으나, 최근 우리나라 석회석 수요 추세가 부가 가치가 높은 화학공업용 및 식·의약용 첨가제로 매년 급격히 증가하는 것으로 집계되고 있다(한국지질자원연구원, 주요 광물 원료소재의 개발 동향 분석 (2001)). Limestone has been reported to have about 300 uses, including not only as limestone ore itself, but also as lime and calcium compounds. Among the various uses of limestone, cement and steel industry can be used as a mass use of limestone in modern industrial society. In Korea, there is no significant change in the structure in which the steel and cement industry accounts for most of the limestone demand, but recently, the trend of Korean limestone demand is rapidly increasing every year due to the high value-added chemical and food and pharmaceutical additives. Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Analysis of development trends of major mineral raw materials (2001).
국내 부존된 석회석 중에서 고순도·고백색도 원광의 부존량은 한정되어 있으므로, 고부가가치 용도인 고급 원료광물과 고급 분체 제품의 수입량은 증가하는 추세이며, 상대적으로 국내 석회석 관련 제조업의 대외 경쟁력이 약화되고 있다. 국내의 생산현황, 용도별 소비실적 및 시장구조에 대하여 조사·분석한 결과를 종합하면 국내 석회석광의 평균품위 저하와 고백색도 원광의 부족으로 원광석 일부가 수입 사용되고 있으며, 또한 수입량이 증가하고 있는 추세이므로 국내 원광의 고품위화 연구가 필요할 것으로 판단된다(대한광업진흥공사, 고기능성 복합 탄산칼슘 제조기술). Since the amount of high purity and high white ore is limited among the limestones existing in Korea, the import volume of high-grade raw materials and high-grade powder products for high value-added uses is increasing, and the domestic competitiveness of domestic limestone-related manufacturing industry is weakening. According to the results of the survey and analysis on the domestic production status, consumption performance by each use, and market structure, some ore is imported and used due to the decrease in average grade of domestic limestone and the lack of high whiteness ore. High quality research on ore is considered to be necessary (Korea Mining Promotion Agency, manufacturing technology of high-functional complex calcium carbonate).
또한 고급 석회제품의 수요가 크게 증가하고 있으므로 공업용 석회의 고급화 기술 확보 및 공정개발이 요구되며 식·의약용 칼슘분야에서는 원료소재의 수입대체 및 국내 자급화 실현을 위하여 고순도, 고활성, 입도 제어, 미분체 소수도 조절기술과 각종의 고급화 기술 등에 관한 연계기술의 개발 등이 시급하다. In addition, as the demand for high-grade lime products is increasing greatly, it is required to secure advanced technology and process development for industrial lime.In the food and pharmaceutical calcium field, high purity, high activity, particle size control, There is an urgent need to develop linking technologies for fine powder hydrophobic control technology and various advanced technologies.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 간단한 공정으로 고순도 및 고활성의 생·소석회를 고수율로 얻을 수 있는 석회석의 정제방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for purifying limestone which can obtain high purity and high activity raw and calcined lime in a high yield in a simple process.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 석회석의 정제방법은 석회석(CaCO3) 분말을 산 용액으로 처리하여 칼슘이온을 추출하여 칼슘 이온 용액을 얻고, 상기 칼슘 이온 용액으로부터 칼슘 이온을 침전시켜 칼슘침전물을 얻은 후, 상기 칼슘침전물을 세척하여 음이온 불순물을 정제하여 소석회(Ca(OH)2)를 얻는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the method for purifying limestone according to the present invention is to treat calcium lime (CaCO 3 ) powder with an acid solution to extract calcium ions to obtain a calcium ion solution, and to precipitate calcium ions from the calcium ion solution. After obtaining the calcium precipitates, washing the calcium precipitates to purify the anion impurities to obtain calcined lime (Ca (OH) 2 ).
본 발명의 석회석의 정제방법은 또한 상기 칼슘 이온 추출전에 석회석 분말을 하소하거나, 또는 상기 Ca(OH)2를 제조 후 이를 하소하여 생석회(CaO)를 얻는 단계를 더 포함할 수도 있다.The method for purifying limestone of the present invention may further include calcining the limestone powder before the calcium ion extraction, or calcining it after preparing Ca (OH) 2 to obtain quicklime (CaO).
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에서는 석회석 정제시 다양한 산을 이용하여 산 용액의 초기 농도와 투입량 변화에 따른 석회석의 용해도를 조절하고, 용해된 칼슘이온 회수를 위해 가열 온도, 염기성 용액의 종류, 투입 방법 및 투입량을 최적화함으로써 고순도 및 고활성의 생·소석회를 고수율로 얻을 수 있었다. In the present invention, by using various acids in limestone purification, by adjusting the solubility of limestone according to the change of the initial concentration and the input amount of the acid solution, and by optimizing the heating temperature, the type of basic solution, the dosing method and the input amount to recover the dissolved calcium ion High purity and high activity of raw and hydrated lime were obtained in high yield.
도 1은 본 발명의 석회석의 정제공정을 간략하게 나타낸 공정도이다. 도 1을 들어 설명하면, 본 발명의 석회석의 정제방법은 석회석 원광으로부터 얻어진 석회석 분말을 산 용액으로 처리하여 칼슘이온을 추출하여 칼슘 이온 용액을 얻는 단계(S1); 상기 칼슘 이온 용액으로부터 칼슘 이온을 침전시켜 칼슘침전물을 얻는 단계 (S2); 및 상기 칼슘침전물을 세척하여 음이온 불순물을 정제하여 소석회를 얻는 단계(S3)를 포함한다. 1 is a process chart briefly showing a purification process of limestone of the present invention. Referring to Figure 1, the method for purifying limestone of the present invention comprises the steps of: treating calcium lime powder obtained from limestone ore with an acid solution to extract calcium ions to obtain a calcium ion solution (S1); Precipitating calcium ions from the calcium ion solution to obtain a calcium precipitate (S2); And washing the calcium precipitate to purify the anion impurities to obtain calcined lime (S3).
상기 석회석은 정제시 석회석 원광을 분쇄하여 분말의 형태로 하여 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 200메쉬(mesh)의 입자크기를 갖는 석회석 분말을 사용한다. 상기 입자 크기 범위를 갖는 석회석 분말일 경우 칼슘이온 추출이 보다 용이하여 바람직하며 상기 입자 크기보다 큰 경우 칼슘이온 추출시간이 길어져서 바람직하지 않다. The limestone is preferably used in the form of a powder by grinding the limestone ore during purification, more preferably, limestone powder having a particle size of 100 to 200 mesh (mesh). In the case of limestone powder having the particle size range, the extraction of calcium ions is easier and preferable.
먼저 산 용액에 석회석 분말을 용해시켜 석회석 중의 칼슘이온을 추출한 후 용해되지 않고 남은 잔류물(Fe, Al, Si 등)은 여과하여 제거하였다. 상기 칼슘이온 추출 시간은 이후의 여과 시간까지 포함하여 10 내지 60분이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20 내지 30분이다. 추출시간이 10분 미만이면 추출되는 칼슘 이온량이 충분하지 않으며, 60분을 초과하더라도 추출되는 칼슘 이온의 양에는 큰 변화가 없다. First, the limestone powder was dissolved in an acid solution to extract calcium ions in the limestone, and the residues (Fe, Al, Si, etc.) remaining without dissolution were filtered out. The calcium ion extraction time is preferably 10 to 60 minutes, more preferably 20 to 30 minutes, including the subsequent filtration time. If the extraction time is less than 10 minutes, the amount of calcium ions to be extracted is not enough, and even if more than 60 minutes, the amount of calcium ions to be extracted does not change significantly.
상기 칼슘이온 추출시 사용가능한 산으로는 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 질산(HNO3) 등을 포함하는 강산; 및 시트르산(Citric acid) 또는 아세트산(acetic acid) 등을 포함하는 약산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 시트르산이다. 염산 또는 질산 등을 포함하는 강산의 경우 이후의 칼슘 이온 회수 공정에서 투입되는 염기의 양이 작고 pH 조절이 용이하다는 장점이 있으며, 시트르산과 같은 약산은 선택적으로 칼슘(Ca)만 용해시키 고 용해특성이 비슷한 마그네슘(Mg)은 잘 용해시키지 않으므로 추출공정에서 제거하고자 하는 불순물의 대부분을 제거할 수 있어 별도의 양이온 불순물 정제공정을 거칠 필요가 없다는 장점이 있다. 염산을 사용할 경우 30 내지 40% 농도의 수용액으로 하여 사용하는 것이 바람직하며, 질산은 65 내지 75%, 황산은 90 내지 100% 농도의 수용액으로 하여 사용하는 것이 바람직하다.Acids usable during the extraction of calcium ions include hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), and the like; And it is preferable to use 1 type selected from the group which consists of weak acid containing citric acid, acetic acid, etc., More preferably, it is citric acid. Strong acids, including hydrochloric acid or nitric acid, have the advantage that the amount of base added in the subsequent calcium ion recovery process is small and the pH can be easily adjusted, and weak acids such as citric acid selectively dissolve only calcium (Ca) and dissolution characteristics. This similar magnesium (Mg) does not dissolve well, so it is possible to remove most of the impurities to be removed in the extraction process has the advantage that there is no need to go through a separate cationic impurity purification process. In the case of using hydrochloric acid, it is preferable to use it as an aqueous solution of 30 to 40% concentration, and it is preferable to use it as an aqueous solution of 65 to 75% of nitric acid and 90 to 100% of sulfuric acid.
칼슘이온 추출시 사용되는 산이 강산일 경우, 상기 산 용액은 석회석 100중량부에 대하여 500 내지 2000중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 내지 1500중량부의 양으로 사용된다. 강산의 사용량이 500중량부 미만일 경우 추출되는 칼슘의 양이 적어 바람직하지 않고, 2000중량부를 초과할 경우 칼슘이온 추출에 사용되는 염기성 용액의 양이 많아져 바람직하지 않다. When the acid used in the extraction of calcium ions is a strong acid, the acid solution is preferably used in an amount of 500 to 2000 parts by weight, more preferably in an amount of 1000 to 1500 parts by weight, based on 100 parts by weight of limestone. If the amount of the strong acid is less than 500 parts by weight, the amount of calcium to be extracted is not preferable, and if it is more than 2000 parts by weight, the amount of the basic solution used for the extraction of calcium ions increases, which is not preferable.
칼슘이온 추출시 사용되는 산이 약산일 경우, 상기 산 용액은 석회석 100중량부에 대하여 1500 내지 3000중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2000 내지 2500중량부의 양으로 사용된다. 약산의 사용량이 1500중량부 미만일 경우 추출되는 칼슘의 양이 적어 바람직하지 않고, 3000중량부를 초과할 경우 칼슘이온 추출에 사용되는 염기성 용액의 양이 많아져 바람직하지 않다. When the acid used in the extraction of calcium ions is a weak acid, the acid solution is preferably used in an amount of 1500 to 3000 parts by weight, more preferably in an amount of 2000 to 2500 parts by weight, based on 100 parts by weight of limestone. If the amount of weak acid is less than 1500 parts by weight, the amount of calcium to be extracted is not preferable. If the amount of the weak acid exceeds 3000 parts by weight, the amount of the basic solution used for the extraction of calcium ions increases, which is not preferable.
상기 칼슘 이온 추출 후 얻어진 칼슘 이온 용액의 pH는 3.0 내지 3.5인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3.0 내지 3.4이다. 상기 pH 가 3.0 미만일 경우 Ca 침전이 어렵고, pH가 3.5를 초과할 경우 Ca 재결정이 생겨 바람직하지 않다. It is preferable that pH of the calcium ion solution obtained after the said calcium ion extraction is 3.0-3.5, More preferably, it is 3.0-3.4. If the pH is less than 3.0, Ca precipitation is difficult, and if the pH exceeds 3.5, Ca recrystallization occurs is not preferable.
실제 석회석 정제공정 중 산을 이용하여 칼슘 이온을 추출하는 경우, Fe, Al, Si 등의 추출량은 많지 않으나 마그네슘은 칼슘과 함께 상당량 추출될 수 있 다. 이는 마그네슘이 칼슘과 같은 알칼리 토금속류에 속하여 비슷한 특성을 지니고 있기 때문이다. 따라서, 상기 칼슘이온 추출 후 칼슘 이온과 함께 추출된 양이온 불순물을 제거하기 위한 공정을 추가적으로 더 포함할 수 있다. 특히 강산을 사용할 경우에는 마그네슘의 추출량이 약산을 사용했을 때보다 증가할 수 있으므로 강산을 사용하여 칼슘을 추출할 경우, 양이온 불순물 정제공정을 거치는 것이 바람직하다. In the case of extracting calcium ions using acid during the limestone refining process, Fe, Al, Si, etc. are not extracted much, but magnesium can be extracted with calcium. This is because magnesium belongs to alkaline earth metals such as calcium and has similar characteristics. Therefore, the method may further include a process for removing cationic impurities extracted together with calcium ions after the extraction of calcium ions. In particular, when using a strong acid, the extraction amount of magnesium may be increased than when using a weak acid, it is preferable to go through the cationic impurity purification process when calcium is extracted using a strong acid.
보다 상세하게는, 칼슘 추출 단계 후 추가적으로 염기성 용액을 사용하여 칼슘이온 추출시 함께 추출된 마그네슘, 철 등과 같은 양이온 불순물을 OH- 이온과 반응시켜 수산화물 형태로 하여 침전시켜 여과, 제거하는 것이 바람직하다. 이때 침전되는 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 수산화철(Fe(OH)3) 등의 침전물은 콜로이드질, 비결정질이기 때문에 이들의 강한 표면 흡착량에 의해 칼슘이온 추출시 함께 추출된 Al 및 Si도 공침되게 된다.More specifically, after the calcium extraction step, it is preferable to remove the cationic impurities such as magnesium, iron, and the like extracted during the calcium ion extraction using a basic solution, react with OH − ions, precipitate in the form of a hydroxide, and filter and remove them. At this time, since precipitates such as magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) or iron hydroxide (Fe (OH) 3 ) precipitated are colloidal and amorphous, Al and Si extracted together when extracting calcium ions by their strong surface adsorption amount Will be copulated.
상기 양이온 불순물 정제시 사용가능한 염기성 용액으로는 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 포함하는 강염기성 용액 및 암모니아(NH4OH)수를 포함하는 약염기성 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 NH4OH 수는 25 내지 35%의 농도로 사용하는 것이 바람직하다. The basic solution usable in the cationic impurity purification may be one selected from the group consisting of a strong base solution containing sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution and a weak base solution containing ammonia (NH 4 OH) water. The NH 4 OH water is preferably used at a concentration of 25 to 35%.
양이온 불순물 정제시 사용되는 염기성 용액의 첨가량은 칼슘 이온 용액의 최종 pH가 10.5 내지 12.5 보다 바람직하게는 11 내지 11.5가 될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다. 용액의 최종 pH 범위가 10.5 미만이면 Mg 이온의 침전이 일어나 기 어렵고, 12.5를 초과하면 Ca이온도 함께 침전될 우려가 있어 바람직하지 않다. The addition amount of the basic solution used in the cationic impurity purification is preferably added until the final pH of the calcium ion solution becomes 10.5 to 12.5, more preferably 11 to 11.5. If the final pH range of the solution is less than 10.5, precipitation of Mg ions hardly occurs, and if it exceeds 12.5, Ca may precipitate together with the temperature, which is not preferable.
또한, 상기 양이온 불순물 정제시, 불순물 침전 pH에 도달하였을 때 70 내지 100℃의 온도범위까지 가열하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 80 내지 100℃이다. 상기 온도범위내로 가열하면 Mg의 침전이 활성화가 되어 불순물 정제 효율을 높일 수 있다. 그러나, 온도가 70℃미만이면 침전형성이 미미하고, 100℃를 초과하면 추출액의 증발하여 바람직하지 않다. In addition, during the cationic impurity purification, when the impurity precipitation pH is reached, it is preferable to heat to a temperature range of 70 to 100 ℃, more preferably 80 to 100 ℃. When heated within the above temperature range, the precipitation of Mg is activated to increase the purification efficiency of impurities. However, if the temperature is less than 70 DEG C, precipitation formation is insignificant, and if it exceeds 100 DEG C, evaporation of the extract is undesirable.
이후 상기 칼슘 이온 추출 후 또는 양이온 불순물 정제 후 얻어진 칼슘 이온 용액으로부터 칼슘이온을 침전시키고 이를 여과하여 칼슘 침전물을 회수한다. 상기 칼슘이온은 가열처리 또는 염기성 용액 처리에 의해 침전될 수 있다.Thereafter, calcium ions are precipitated from the calcium ion solution obtained after the extraction of the calcium ions or after purification of the cationic impurities, and the precipitates are filtered to recover the calcium precipitates. The calcium ions may be precipitated by heat treatment or basic solution treatment.
가열 처리하여 칼슘이온을 침전시킬 경우 가열온도는 70 내지 100℃인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 80 내지 100℃이다. 온도가 70℃ 미만이면 침전형성이 미미하고 100℃를 초과하면 칼슘이온 추출액이 증발하여 바람직하지 않다. 특히 시트르산과 같은 약산을 이용하여 칼슘이온을 추출할 때 초기 칼슘 이온 추출액의 pH를 3.2 내지 3.4로 조절한 후 교반하며 80 내지 100℃의 온도범위까지 승온함으로써 칼슘을 높은 순도와 높은 회수율을 얻을 수 있다.When the calcium ion is precipitated by heat treatment, the heating temperature is preferably 70 to 100 ° C, more preferably 80 to 100 ° C. If the temperature is less than 70 ℃ precipitation is insignificant, if it exceeds 100 ℃ calcium ion extract is evaporated is not preferred. In particular, when extracting calcium ions using weak acid such as citric acid, after adjusting the pH of initial calcium ion extract to 3.2 to 3.4, stirring and raising the temperature to 80-100 ℃, high purity and high recovery can be obtained have.
또한 염기성 용액을 첨가하여 칼슘이온을 침전시킬 경우, 칼슘 이온 용액에 염기성 용액을 첨가하면 추출된 칼슘이온은 수산화물의 형태로 침전된다. 사용가능한 염기성 용액으로는 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 포함하는 강염기성 용액 및 암모니아(NH4OH)수를 포함하는 약염기성 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 NH4OH는 25 내지 35%의 농도로 하여 사용하는 것이 바람직하다.In addition, when calcium ions are precipitated by adding a basic solution, when the basic solution is added to the calcium ion solution, the extracted calcium ions are precipitated in the form of hydroxide. The basic solution that can be used may be selected from the group consisting of a strong base solution containing sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution and a weak base solution containing ammonia (NH 4 OH) water. The NH 4 OH is preferably used at a concentration of 25 to 35%.
칼슘 이온의 최종 pH가 12 내지 14, 보다 바람직하게는 12.5 내지 13.5가 될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다. 최종 pH가 12 미만이면 칼슘이온의 침전이 미미하여 바람직하지 않고, pH가 14를 초과하면 침전은 활성화되나 pH를 올리기 위해 첨가되는 염기성 용액의 양이 과다하여 바람직하지 않다. It is preferred to add until the final pH of the calcium ions is 12 to 14, more preferably 12.5 to 13.5. If the final pH is less than 12, the precipitation of calcium ions is insignificant and undesirable. If the pH is above 14, the precipitation is activated, but the amount of basic solution added to raise the pH is not preferable.
실제 석회석 정제과정에 대한 실험결과, 전반적으로 양이온 불순물 정제 용매와 칼슘 이온 회수 용매로 NaOH를 사용하여 회수한 칼슘 침전물이, 양이온 불순물 정제 용매로 NH4OH를 사용하고 칼슘이온 회수 단계에서 NaOH를 사용하여 회수한 칼슘 침전물보다 양이온 불순물의 농도가 낮은 것으로 측정되었다. 또한 양이온 불순물 정제와 칼슘 이온 회수에 모두 NaOH를 사용한 경우에는 칼슘 침전물에 Na의 농도가 양이온 불순물 정제시 NH4OH를 사용한 경우보다 높게 측정되었다. 즉, NaOH의 사용이 다른 불순물의 농도를 낮추는데 효과적이지만, 과다 사용시 Na 자체가 최종 산물에 불순물로 작용할 수 있다. As a result of the experiment on the actual limestone refining process, the calcium precipitate recovered using NaOH as the cationic impurity purification solvent and calcium ion recovery solvent was used as NH 4 OH as the cationic impurity purification solvent and NaOH was used in the calcium ion recovery step. The concentration of cationic impurities was lower than that of the precipitated calcium precipitate. In addition, when NaOH was used for both cationic impurity purification and calcium ion recovery, the concentration of Na in the calcium precipitate was measured to be higher than that of NH 4 OH for cationic impurity purification. In other words, although the use of NaOH is effective in lowering the concentration of other impurities, Na itself may act as an impurity in the final product when used excessively.
또한 칼슘 이온 회수시 NH4OH를 사용한 경우에는 침전이 발생하지 않아 칼슘 이온 회수가 어려웠다. 칼슘 이온 침전은 pH 약 12.5 정도에서부터 발생하는데 반해, 약염기인 NH4OH 첨가시 용액의 pH가 칼슘 이온이 침전될 pH 12.5까지 증가하지 못하였기 때문이다. 즉, 칼슘 이온 회수시에는 NaOH를 첨가하는 것이 보다 바람직 하다. In addition, when NH 4 OH was used to recover calcium ions, precipitation did not occur, which made it difficult to recover calcium ions. Calcium ion precipitation occurs from about pH 12.5, whereas the addition of weak base NH 4 OH does not increase the pH of the solution to pH 12.5 where calcium ions will precipitate. That is, it is more preferable to add NaOH when recovering calcium ions.
또한 칼슘 이온 추출 용매로 약산인 시트르산을 사용한 경우에는 전체적인 불순물 함량이 강산인 HCl을 사용한 경우보다 높은 것으로 나타났다. 이는 칼슘 이온 추출시 추출되어 나오는 불순물의 함량은 다른 산에 비해 적은 반면에, 불순물 정제시 침전이 잘 발생하지 않아 양이온 불순물들이 침전으로 제거되지 못해 나타난 것으로 사료된다. 시트르산을 사용한 경우에 침전이 잘 발생하지 않는 것은 시트르산 자체가 사슬 구조를 가진 유기산으로 산의 사슬 구조가 침전물의 침전을 방해하기 때문이다. 또한 시트르산을 사용할 경우, HCl이나 HNO3를 사용할 경우보다 불순물 정제나 칼슘 이온 회수시에 과량의 염기 용매가 필요하다. 이는 시트르산이 약산이기 때문에 칼슘 이온 추출을 위해 pH를 낮출 때 강산에 비해 과량으로 첨가되기 때문이기도 하며, HCl이나 HNO3는 NaOH와 1:1로 반응을 하지만, 시트르산은 3개의 카르복시기(-COOH)를 가지고 있어 중화를 위해 더 많은 양의 염기를 필요로 하기 때문이다. 이러한 이유로 HCl을 이용하여 칼슘을 추출시킨 용액에서 칼슘을 회수하는 경우보다 첨가되는 NaOH 양이 많아 Na의 농도도 높게 측정되었다.In addition, when the weak acid citric acid was used as the calcium ion extraction solvent, the overall impurity content was higher than that of the strong acid HCl. It is thought that the content of impurities extracted during the extraction of calcium ions is smaller than that of other acids, whereas the precipitation does not occur well when the impurities are purified, so that cationic impurities cannot be removed by precipitation. Precipitation is less likely when citric acid is used because citric acid itself is an organic acid having a chain structure, and the chain structure of the acid interferes with the precipitation of the precipitate. In addition, when citric acid is used, an excess of a base solvent is required for impurity purification or calcium ion recovery than when HCl or HNO 3 is used. This is due to the fact that citric acid is a weak acid, which is added in excess of strong acid when the pH is lowered for extraction of calcium ions. HCl or HNO 3 reacts 1: 1 with NaOH, but citric acid reacts with three carboxyl groups (-COOH). Because it requires more base for neutralization. For this reason, the concentration of Na was also higher because the amount of NaOH added was higher than that of calcium recovery in the solution from which calcium was extracted using HCl.
칼슘 회수율은 칼슘 추출 용매로 HCl을 사용하고 NaOH를 연속적으로 사용한 경우에 가장 높은 것으로 나타났다. 시트르산을 사용한 경우에는 HCl을 사용하는 경우 보다 회수율이 낮게 나타났는데, 이는 HCl을 사용하는 경우보다 침전이 잘 발생하지 않아서 나타난 결과인 것으로 판단된다. 또한 양이온 불순물 정제 용매로 NH4OH와 NaOH를 사용한 경우를 비교해 보면, HCl로 추출한 경우에는 회수율에 큰 차 이를 보이지 않았으나, 시트르산을 사용한 경우에는 양이온 불순물 정제 용매로 NaOH를 사용한 경우의 칼슘 이온 회수율이 NH4OH를 사용했을 때보다 다소 높게 나타났다.Calcium recovery was highest when HCl was used as a calcium extraction solvent and NaOH was used continuously. When citric acid is used, the recovery rate is lower than that of using HCl, which is believed to be the result of less precipitation than using HCl. In addition, when NH 4 OH and NaOH were used as the cationic impurity purification solvents, the recovery rate was not significantly different with the extraction using HCl. However, when citric acid was used, the calcium ion recovery rate when NaOH was used as the cationic impurity purification solvent was It was somewhat higher than when NH 4 OH was used.
침전 반응시 침전 효과를 높이기 위한 일반적인 방법으로 에이징(aging) 방법과 열처리(heating) 방법이 있다. 용액 중에 생성된 침전물을 모액과 같이 방치해 두면 작고 불안정한 결정은 없어지고 크고 안정한 결정이 점점 성장하게 되는데 이와 같은 현상을 에이징(aging)이라고 한다. 또한 침전은 온도가 높을수록 더욱 쉽고 안전하게 일어나게 되므로 이와 같은 원리를 이용하여 용액에서 침전을 만든 후, 가열하여 침전의 입자를 크게 하는 방법을 사용하기도 하는데, 이를 열처리라 한다. 침전의 에이징과 열처리는 작고 불안정한 침전을 제거시키고 입자가 큰 침전을 더욱 성장시켜 침전에 흡착하는 불순물을 적게 하며 결정은 완벽하게 만드는 역할을 한다. In order to increase the precipitation effect during the precipitation reaction, there are aging method and heat treatment method. If the precipitate formed in the solution is left together with the mother liquor, small and unstable crystals disappear and large and stable crystals grow gradually. This phenomenon is called aging. In addition, since the precipitation occurs more easily and safely as the temperature is higher, a method of making a precipitate in a solution by using the same principle, and then heating to increase the particles of the precipitation is also called heat treatment. Aging and heat treatment of precipitates remove small and unstable precipitates, grow larger precipitates with less impurities that adsorb to the precipitate, and make crystals perfect.
따라서, 상기 염기성 용액 첨가에 의한 칼슘이온 회수시 선택적으로 70 내지 100℃의 온도범위까지 승온하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 80 내지 100℃이다. 온도가 70℃ 미만이면 침전형성이 미미하고 100℃를 초과하면 칼슘이온 추출액이 증발하여 바람직하지 않다. 특히 시트르산을 이용하여 석회석중의 칼슘 이온을 추출한 후 암모니아수로 회수할 경우 침전 발생 pH에 도달하게 되면 가열하여 Ca 침전효과를 더욱 높일 수 있다.Therefore, the method may further include the step of selectively increasing the temperature to a temperature range of 70 to 100 ℃ upon recovery of calcium ions by the addition of the basic solution. More preferably, it is 80-100 degreeC. If the temperature is less than 70 ℃ precipitation is insignificant, if it exceeds 100 ℃ calcium ion extract is evaporated is not preferred. In particular, when the calcium ion in limestone is extracted using citric acid and recovered with ammonia water, when the precipitation generation pH is reached, heating can further increase the Ca precipitation effect.
이후 석회에 잔류하는 음이온 불순물인 염소이온(Cl-) 및 잔류 염기 용매의 제거를 위해 증류수로 2 내지 3회 세척하고 건조하여 소석회(Ca(OH)2)를 얻는다. Thereafter, to remove chlorine ions (Cl − ) and residual base solvents, which are anion impurities remaining in lime, the mixture is washed 2 to 3 times with distilled water and dried to obtain calcareous lime (Ca (OH) 2 ).
또한 본 발명의 정제방법은 선택적으로 상기 S1 단계에서 칼슘이온 추출전에 석회석 분말을 하소한 후 정제할 수 있다. 또한 S3 단계에서 소석회를 얻은 후 이를 하소하여 생석회(CaO)를 얻는 단계를 더 포함할 수도 있다.In addition, the purification method of the present invention may optionally be purified after calcining the limestone powder before calcium ion extraction in the step S1. In addition, after obtaining the hydrated lime in step S3 it may further comprise the step of obtaining calcined lime (CaO).
하기 반응식 1은 석회석의 하소반응을 나타낸 것이다.Scheme 1 below shows the calcining reaction of limestone.
반응식 1에서와 같은 석회석의 하소반응의 경우, 100% CO2 분위기하에서 상압 분해 온도인 898℃ 이상에서만 일어나는 흡열반응으로서 이 반응에 필요한 반응열은 외부에서 공급되어야 한다. 보통 석회석의 하소는 다음 세 가지의 중요한 속도과정을 통해 진행되는데, 첫째는 주위 기체와 석회석 입자 사이의 복사와 대류에 의한 열전달, 둘째는 석회석과 생석회 사이의 계면에서 일어나는 화학반응 및 생석회 층에서의 열 전달, 셋째는 생성된 생석회 층을 통한 CO2 가스의 외부로의 확산이다. In the case of calcination of limestone as in Scheme 1, the endothermic reaction occurs only at the atmospheric decomposition temperature of 898 ° C. under 100% CO 2 atmosphere, and the heat of reaction required for this reaction must be supplied from outside. The calcination of limestone is usually carried out through three important speed processes: first, heat transfer by radiation and convection between the surrounding gas and the limestone particles, and second, in the chemical reaction and limestone layer at the interface between the limestone and quicklime. Heat transfer, third, is the diffusion of CO 2 gas out through the resulting quicklime layer.
[반응식 1]Scheme 1
CaCO3→CaO+CO2 CaCO 3 → CaO + CO 2
일반 석회의 하소도는 연소(軟燒), 경소(硬燒), 사소(死燒)로 분류되며, 입자크기가 작아 비표면적이 크고, 공극률이 크며, 반응성이 큰 상태의 생석회를 연소 생석회라 한다. 연소 생석회를 그대로 고온으로 장시간 하소하면 미세한 결정은 차차 융합하고 전체의 용적은 수축하게 된다. 이런 상태의 생석회를 일반적으로 경소 생석회라 부르며, 더욱 하소도를 높여 수화 반응성을 극도로 저하시킨 것을 사 소 생석회라 부른다. The calcining degree of general lime is classified into combustion, light and small, and small lime is called burnt lime in the state of large specific surface area, large porosity, and high reactivity. do. If calcined burnt lime is heated at a high temperature for a long time, fine crystals gradually fuse and the entire volume shrinks. This type of quicklime is generally referred to as minor quicklime, and it is called minor quicklime to further increase the calcination to extremely low hydration reactivity.
본 발명에서는 연소 생석회를 얻는 것을 특징으로 한다. 그러나, 연소 생석회는 비표면적이 크고 반응이 일어나기 쉬워 공정이 신속하게 진행되므로 연소 생석회를 얻기 위해서는 최적 하소 온도와 시간을 결정해야 한다. The present invention is characterized by obtaining burnt quicklime. However, since burned quicklime has a large specific surface area and a reaction is easy to occur, the process proceeds quickly. Therefore, an optimum calcining temperature and time must be determined in order to obtain burnt quicklime.
석회석에 대해 TG-DTA(Thermo gravimetric Analyzer/Differential Thermal Analyzer)를 이용하여 열 특성을 측정한 결과, 700℃ 이상에서 질량이 서서히 감소하여 이론적 수치보다 다소 낮은 850℃ 정도에서 반응이 완료되는 특성을 나타냈다. 따라서 석회석에 대한 하소 온도는 850℃ 내지 1200℃의 범위에서 실시하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 내지 1100℃이다. 850℃ 미만이면, 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2)가 공존하여 바람직하지 않고, 1200℃를 초과하면 입자간 입자성장에 의한 응집이 발생하여 바람직하지 않다. 또한 하소 시간은 30분 내지 3시간, 보다 바람직하게는 30분 내지 1시간 동안 실시하는 것이 좋다. 하소 시간이 30분 미만이면 석회석이 미소성되어 바람직하지 않으며, 3시간을 초과할 경우 입자간 응집현상이 나타나 고품질의 생석회 제조에는 불리하다. The thermal characteristics of limestone were measured using TG-DTA (Thermo gravimetric Analyzer / Differential Thermal Analyzer), which showed that the mass was gradually decreased above 700 ℃ and the reaction was completed at 850 ℃, which is somewhat lower than the theoretical value. . Therefore, the calcining temperature for the limestone is preferably carried out in the range of 850 ° C to 1200 ° C, more preferably 1000 to 1100 ° C. If it is less than 850 ° C, quicklime (CaO) and calcined lime (Ca (OH) 2 ) coexist and are not preferable. If it exceeds 1200 ° C, aggregation due to intergranular particle growth occurs, which is not preferable. In addition, the calcination time is preferably performed for 30 minutes to 3 hours, more preferably 30 minutes to 1 hour. If the calcination time is less than 30 minutes, limestone is unbaked, which is not preferable, and if it exceeds 3 hours, intergranular phenomena appear, which is disadvantageous for producing high quality quicklime.
또한, 생석회(CaO)의 색상은 원석 중의 철분 함유량과 관련이 있다. 산화분위기 중에서 철분은 CaO와 반응하여 칼슘페라이트 등의 생성에 의해 담황색이 되며 환원분위기 중에서는 철분은 환원되어 금속 철 또는 저급 산화물이 되므로 그 표면은 백색을 나타내게 된다. 또한 석회석 중의 불순물은 900 내지 930℃ 정도의 저온에서는 석회와 반응하는 양이 적으나 온도가 높아지면 석회와 강하게 결합해서 실 리케이트(silicate), 알루미네이트(aluminate), 페라이트(ferrite) 등 여러 가지 복잡한 화합물을 만들어 내기도 한다. The color of quicklime (CaO) is also related to the iron content in the gemstones. Iron in the oxidizing atmosphere reacts with CaO to become pale yellow by the production of calcium ferrite, etc. In the reducing atmosphere, iron is reduced to become metallic iron or lower oxide, so that the surface is white. In addition, impurities in limestone react little with lime at low temperatures of 900 to 930 ° C, but when the temperature is high, they are strongly bound to lime, resulting in various problems such as silicate, aluminate, and ferrite. It can also produce complex compounds.
따라서, 정제된 소석회(Ca(OH)2)를 하소하여 생석회(CaO)를 제조할 때 완소된 생석회의 경우에도 장시간 혹은 고온에서 하소한 경우 입자 성장(grain growth)에 의해 반응성(활성도)이 감소하기 때문에, 고품질 석회 제품을 얻기 위해서는 가능한 저온에서 짧은 시간 동안 하소하는 것이 바람직하다. 따라서 하소시 850 내지 1200℃, 보다 바람직하게는 1000 내지 1100℃의 온도범위에서 하소하는 것이 좋다. 850℃ 미만일 경우 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2)가 공존하여 바람직하지 않고 1200℃를 초과할 경우 과소되어 입자간 응집 현상이 나타날 우려가 있다. Therefore, when calcining purified calcined lime (Ca (OH) 2 ) to prepare quicklime (CaO), even when the calcined lime is calcined at a long time or at a high temperature, the reactivity (activity) decreases due to grain growth. Therefore, in order to obtain a high quality lime product, it is preferable to calcinate at a low temperature as short as possible. Therefore, calcination at the temperature range of 850 to 1200 ℃, more preferably 1000 to 1100 ℃ is preferable. If it is less than 850 ° C., quicklime (CaO) and calcined lime (Ca (OH) 2 ) coexist and are not preferable. If it exceeds 1200 ° C., there is a fear that particle aggregation occurs.
또한 하소시 유지 시간은 30분 내지 2시간, 보다 바람직하게는 30분 내지 1시간 동안 실시하는 것이 좋다. 하소 시간이 30분 미만이면 석회석이 미소성되어 바람직하지 않으며, 2시간을 초과할 경우 입자간 응집현상이 나타나 고품질의 생석회 제조에는 불리하다. In addition, the holding time during calcination is preferably carried out for 30 minutes to 2 hours, more preferably 30 minutes to 1 hour. If the calcination time is less than 30 minutes, limestone is unbaked, which is not preferable. If it exceeds 2 hours, intergranular phenomena appear, which is disadvantageous for producing high quality quicklime.
즉, 입자 크기의 증가는 미분의 생석회 제조에는 적합하지 않기 때문에 소석회로부터 미분의 생석회를 제조하기 위해서는 1000℃ 내지 1100 ℃에서 1시간 동안 하소하는 것이 생석회 결정 성장을 억제하고 고품질의 생석회를 제조하는데 유리하다.That is, since the increase in particle size is not suitable for the production of quicklime of fine powder, calcining for 1 hour at 1000 ° C to 1100 ° C in order to prepare finer lime from calcined lime is advantageous for inhibiting quicklime crystal growth and producing high quality quicklime. Do.
본 발명의 석회석 정제방법은 다양한 산을 이용하여 산의 초기 농도와 투입량 변화에 따른 석회석의 용해도를 조절하고, 용해된 칼슘이온 회수를 위해 염기성 용액의 종류, 투입방법, 투입량을 최적화한 것이다. Limestone purification method of the present invention is to adjust the solubility of limestone according to the change of the initial concentration of the acid and the input amount using a variety of acid, and to optimize the type, dosing method, dosage of the basic solution for the recovery of dissolved calcium ion.
따라서 본 발명에 의해 석회석을 정제함으로써 간단한 공정으로 식·의약용 칼슘 화합물로 사용가능한 99% 이상의 고순도 및 고활성의 고품질 생·소석회를 고수율로 제공할 수 있다. Therefore, by purifying limestone according to the present invention, it is possible to provide high-quality raw and hydrated lime of high purity and high activity of 99% or more that can be used as food and pharmaceutical calcium compounds in a simple process in high yield.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
[실시예]EXAMPLE
실시예Example 1. 석회석 원광의 기초특성평가 1. Basic Characterization of Limestone Ore
1) 석회석 성분 분석 1) limestone composition analysis
석회석에서 칼슘이온을 추출하여 고순도의 생·소석회를 제조하기에 앞서 여러 종류의 석회석(A 내지 D, 태영석회사제)을 구입하여 성분 분석을 실시하였다. Before the calcium ion was extracted from limestone to prepare high-purity raw lime, various kinds of limestones (A to D, manufactured by Taeyoung Stone Co., Ltd.) were purchased and analyzed.
석회석의 성분은 XRF(X-Ray Fluorescence Analysis)를 이용하여 측정하였으며, Ca이외의 불순물의 정량 분석은 KS E-3071 규격에 따라 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용하여 정량 분석하였고, Si는 ICP 분석과 무게 분석법의 결과를 합하여 정량 분석하였다. 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다(단위: 중량%).The components of limestone were measured by XRF (X-Ray Fluorescence Analysis), quantitative analysis of impurities other than Ca was quantitatively analyzed using Inductively Coupled Plasma (ICP) according to KS E-3071 standard, and Si was analyzed by ICP. And quantitative analysis of the results of the weight analysis method. The measurement results are shown in Table 1 below (unit: wt%).
표 1에 나타난 바와 같이 XRF 분석 결과, 석회석중에는 Ca 이 가장 많이 함유되어 있으며, 또한 Mg, Si, Al, Fe 등이 다른 물질(기타 성분: K, Mn, S, Sr, P, Ti 및 Ni)에 비해 다량 함유되어 있음을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, as a result of XRF analysis, limestone contains the most Ca, and Mg, Si, Al, Fe, and other materials (other components: K, Mn, S, Sr, P, Ti, and Ni) It could be confirmed that it contains a large amount compared to.
분석결과, pH 3.0 에서 칼슘이온을 추출할 경우 칼슘 이온 용액중의 불순물 함량이 가장 적게 나타났다.As a result, the extraction of calcium ion at pH 3.0 showed the lowest impurity content in the calcium ion solution.
실시예Example 2. 칼슘 이온 추출 2. Calcium ion extraction
산 종류에 따른 불순물 함량의 변화를 알아보기 위해 산의 종류를 다양하게 변화시킨 후 불순물 함량을 분석하였다. 산으로는 강산성인 HCl 및 HNO3과 약산성인 시트르산을 사용하였다. To determine the impurity content according to the acid type, the impurity content was analyzed after varying the acid type. Strong acids of HCl and HNO 3 and slightly acidic citric acid were used.
먼저 100 메쉬의 입자크기를 갖는 석회석 B의 분말을 20분 동안 산 용액에 용해시켜 칼슘 이온을 추출시킨 뒤(최종 pH 3.2), 용해되지 않고 남은 잔류물은 여과하여 제거하였다. 이후 칼슘 이온 추출액 중의 불순물 양을 ICP를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다(단위: 중량%). First, a powder of limestone B having a particle size of 100 mesh was dissolved in an acid solution for 20 minutes to extract calcium ions (final pH 3.2), and the remaining residues which were not dissolved were filtered out. Thereafter, the amount of impurities in the calcium ion extract was measured using ICP. The results are shown in Table 2 below (unit: wt%).
상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 산을 처리하여 칼슘 이온을 추출할 때 Fe, Al 및 Si의 추출량은 많지 않았으나 Mg는 상당량이 함께 추출되었다. 또한 강산인 HCl과 HNO3를 사용한 경우에는 추출된 Mg의 양이 원시료의 약 80%로 대부분이 Ca와 함께 추출되었으나, 약산인 시트르산을 사용하는 경우에는 약 25%로 다른 강산을 사용하는 것보다 마그네슘이 적게 추출되었다. As can be seen from Table 2, when extracting calcium ions by treating the acid, the amount of Fe, Al and Si was not extracted much, but Mg was extracted with a considerable amount. In the case of using HCl and HNO 3 as strong acids, the amount of Mg extracted was about 80% of the raw material, and most of them were extracted with Ca. However, when using citric acid as the weak acid, about 25% was used. Less magnesium was extracted.
추가적으로 pH 변화에 따른 칼슘이온 추출량 및 불순물 정제 효과를 알아보기 위해 pH를 다양하게 변화시킨 후 불순물 함량을 분석하였다.In addition, the impurities were analyzed after varying the pH in order to determine the calcium ion extraction amount and the impurities purification effect according to the pH change.
100 메쉬의 입자크기를 갖는 석회석 B의 분말을 20분 동안 시트르산 용액을 사용하여 칼슘이온 용액의pH를 다양하게 변화시켜 칼슘 이온을 추출한 후 칼슘 이온 용액 중에서의 불순물의 함량 및 비용해 물질의 함량을 ICP를 이용하여 각각 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3 에 나타내었다(단위: 중량%). The limestone B powder having a particle size of 100 mesh was used for 20 minutes using various citric acid solutions to vary the pH of the calcium ion solution to extract calcium ions. Each was measured using ICP. The results are shown in Table 3 below (unit: wt%).
분석결과, pH 3.0 에서 칼슘이온을 추출할 경우 칼슘 이온 용액중의 불순물 함량이 가장 적게 나타났다.As a result, the extraction of calcium ion at pH 3.0 showed the lowest impurity content in the calcium ion solution.
실시예Example 3. 양이온 불순물 정제 3. Cationic Impurity Purification
칼슘 이온 추출시 함께 추출된 Fe와 Mg 등이 OH- 이온과 반응하여 수산화물을 형성하는 특성 이용하여 양이온 불순물을 정제하였다.Fe and Mg, which were extracted together during the extraction of calcium ions, were purified with OH - ions to form hydroxides.
Fe, Mg 등의 불순물을 수산화물로 침전시켜 정제하기 위해 불순물이 함유된 칼슘 추출 용액에 다양한 종류의 염기성 용매를 각각 투입하여 침전 반응을 진행하였다. 염기성 용매로는 강염기인 NaOH와 약염기인 NH4OH를 이용하였다. In order to precipitate and purify impurities such as Fe and Mg by hydroxides, various kinds of basic solvents were added to the calcium extract solution containing impurities, respectively, and the precipitation reaction was performed. As the basic solvent, a strong base NaOH and a weak base NH 4 OH were used.
먼저 100 메쉬의 입자크기를 갖는 석회석 B의 분말을 20분 동안 산 용액으로 처리하여 칼슘 이온을 추출시키고(최종 pH 3.0), 용해되지 않고 남은 잔류물은 여과하여 제거한 후 칼슘 이온 용액을 얻었다. 이후 염기성 용액을 상기 칼슘이온 용액의 pH가 11이 될 때까지 첨가하여 불순물을 침전시켰다. 이후 여과하여 침전된 불순물을 제거하였다. 도 2는 pH 11에서의 양이온 불순물의 침전반응 결과 사진이다. First, the powder of limestone B having a particle size of 100 mesh was treated with nitric acid solution for 20 minutes to extract calcium ions (final pH 3.0), and the remaining undissolved residue was filtered off to obtain a calcium ion solution. The basic solution was then added until the pH of the calcium ion solution reached 11 to precipitate impurities. Thereafter, the precipitate was filtered to remove impurities. Figure 2 is a photograph of the result of precipitation of cationic impurities at pH 11.
침전물 제거 후 얻어진 상등액중의 양이온 불순물 농도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4 에 나타내었다(단위: 중량%). The concentration of cationic impurities in the supernatant obtained after removing the precipitate was measured. The results are shown in Table 4 below (unit: wt%).
표 4에 나타난 바와 같이, 염기성 용매로 양이온 불순물을 제거한 칼슘 추출액중의 Mg 양은 상기 표 3의 결과와 비교해 보면 상당량 감소되었다. 이는 용액 속에 용해되어 있던 Mg가 OH-와 반응하여 Mg(OH)2로 침전된 결과이다. 또한 다른 불순물인 Fe는 Fe(OH)3로 제거되었으며, Al과 Si도 Fe(OH)3와 Mg(OH)2의 생성에 따르는 공침의 영향으로 침전 반응에 의해 상당량 제거되었다. As shown in Table 4, the amount of Mg in the calcium extract from which the cationic impurities were removed with the basic solvent was significantly reduced compared with the results of Table 3 above. This is the result of Mg dissolved in solution reacted with OH - and precipitated as Mg (OH) 2 . In addition, other impurities, Fe, were removed with Fe (OH) 3 , and Al and Si were also removed by the precipitation reaction due to the coprecipitation caused by the formation of Fe (OH) 3 and Mg (OH) 2 .
실시예 3의 공정 No. 3-1 및 3-2에서 NH4OH와 NaOH를 사용한 결과를 각각 비교해 보면, 결과에 큰 차이가 보이지 않았으나 NaOH를 사용한 경우에 제거 효율이 조금 더 높게 나타났다. 또한 HNO3와 HCl에 의한 결과는 유사한 것으로 나타났다.Process No. of Example 3 Comparing the results using NH 4 OH and NaOH in 3-1 and 3-2, respectively, there was no significant difference, but the removal efficiency was slightly higher when NaOH was used. In addition, the results by HNO 3 and HCl were found to be similar.
일반적으로 Ca은 pH 13 이상에서 Ca(OH)2로 침전이 되지만 그 이하의 pH에서도 CaOH+ 이온으로 존재하여 침전될 가능성이 많다. 이에 따라, 상기 실시예 3의 공정 No. 3-1 및 3-2에서 침전된 침전물을 ICP로 분석하여 Ca 공침 여부를 살펴보았다. 하기 표 5에 pH 11에서의 침전물중의 Ca 에 대한 분석 결과를 나타내었다(단위: 중량%). In general, Ca is precipitated as Ca (OH) 2 at pH 13 or higher, but there is a high possibility of precipitation as CaOH + ions even at lower pH. As a result, the process No. The precipitates precipitated in 3-1 and 3-2 were analyzed by ICP to determine whether Ca was precipitated. Table 5 shows the analysis results for Ca in the precipitate at pH 11 (unit: wt%).
표5에서의 결과를 통해 Mg 침전시 공침된 Ca 함량은 평균 약 14% 정도 되는 것으로 나타났다. 또한 NaOH를 사용한 경우에 공침된 Ca의 함량이 NH4OH를 사용한 것보다 다소 높은 것으로 나타났다. The results in Table 5 show that the co-precipitated Ca content during Mg precipitation is about 14% on average. It was also shown that the content of co-precipitated Ca was somewhat higher than that of NH 4 OH when NaOH was used.
실시예Example 4. 칼슘 이온의 회수 4. Recovery of Calcium Ions
(1) 양이온 불순물 제거 공정 후 염기성 용액 처리에 의한 칼슘이온 회수 (1) Calcium ion recovery by basic solution treatment after cationic impurity removal process
양이온 불순물 제거 공정 후 염기성 용액 처리에 의해 칼슘 이온 용액으로부터 칼슘이온을 회수하였다.Calcium ion was recovered from the calcium ion solution by the basic solution treatment after the cation impurity removal process.
칼슘 이온을 수산화물 형태로 회수하기 위해 염기 용액으로는 NaOH 수용액과 NH4OH 수용액을 각각 사용하였으며, 칼슘 이온 회수 이전의 단계는 하기 표 6이 기재된 용매를 사용하였다. 칼슘 이온의 침전은 pH가 13 이상인 경우에 발생하는 것으로 알려져 있으나 실제 실험에서는 12.5 이상에서 발생하였다. pH 12.3 이상에서는 pH를 0.1 올리기 위해서 다량의 염기성 용액이 첨가되어야 하므로 본 실험에서는 pH 12.6에서 칼슘 침전 반응을 진행하였다. 도 3은 칼슘이온 회수공정에서 pH 12.6에서의 칼슘침전 반응 결과를 나타낸 사진이다.NaOH aqueous solution and NH 4 OH aqueous solution were used as base solutions to recover calcium ions in the form of a hydroxide, respectively. The steps before the recovery of calcium ions used a solvent described in Table 6 below. The precipitation of calcium ions is known to occur when the pH is 13 or more, but in actual experiments it occurred at 12.5 or more. Above pH 12.3, a large amount of basic solution should be added to raise the pH to 0.1. In this experiment, calcium precipitation was performed at pH 12.6. Figure 3 is a photograph showing the results of calcium precipitation reaction at pH 12.6 in the calcium ion recovery process.
이후 pH 12.6에서의 칼슘 침전 반응 결과 발생한 칼슘 침전물중의 불순물 함량을 ICP로 분석하였다. 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다(단위: 중량%). Afterwards, the impurity content in the calcium precipitate generated as a result of calcium precipitation reaction at pH 12.6 was analyzed by ICP. The results are shown in Table 6 below (unit: wt%).
상기 표 6으로부터 알 수 있듯이, 공정 No.4-2 및 4-4에서와 같이 양이온 불순물 정제 용매와 칼슘 이온 회수 용매로 NaOH를 사용하여 추출한 칼슘 침전물이, 공정 No.4-1 및 4-3에서와 같이 양이온 불순물 정제 용매로 NH4OH를 사용하고, 칼슘 이온 회수 용매로 NaOH를 사용하여 추출한 칼슘 침전물보다 양이온 불순물의 농도가 낮은 것으로 측정되었다. 그러나 양이온 불순물 정제와 칼슘 이온 회수에 모두 NaOH를 사용한 공정 No. 4-2 및 4-4의 경우 칼슘 침전물중의 Na의 농도가, 양이온 불순물 정제시 NH4OH를 사용한 공정 No. 4-1 및 4-3에서보다 높게 측정되었다. 또한, 칼슘 이온 회수시 NH4OH를 사용한 공정 No. 4-5의 경우에는 침전이 발생하지 않아 칼슘 이온을 회수하지 못하였다. As can be seen from Table 6, the calcium precipitates extracted using NaOH as the cationic impurity purification solvent and the calcium ion recovery solvent as in the steps No. 4-2 and 4-4 are the steps No. 4-1 and 4-3. As described above, the concentration of cationic impurities was lower than that of calcium precipitates extracted using NH 4 OH as the cationic impurity purification solvent and NaOH as the calcium ion recovery solvent. However, Process No. 2 using NaOH for both cationic impurity purification and calcium ion recovery. In the case of 4-2 and 4-4, the concentration of Na in the calcium precipitate was determined using step 4 using NH 4 OH for the purification of cationic impurities. It was measured higher than in 4-1 and 4-3. In addition, the process No. using NH 4 OH in the recovery of calcium ions. In case of 4-5, precipitation did not occur and calcium ions could not be recovered.
또한, 칼슘 이온 추출 용매로 약산인 시트르산을 사용한 경우(공정 No.4-1 및 4-2) 전체적인 불순물 함량이 강산인 HCl을 사용한 경우(공정 No.4-3 및 4-4)보다 높은 것으로 나타났다. 또한 시트르산을 사용할 경우, HCl를 사용하는 경우보다 양이온 불순물 정제 및 칼슘 이온 회수시에 과량의 염기 용매(NaOH)를 사용하였기 때문에 칼슘 침전물중의 Na의 농도도 높게 측정되었다. In addition, when the weak acid citric acid is used as the calcium ion extraction solvent (steps No. 4-1 and 4-2), the overall impurity content is higher than that when the strong acid HCl is used (steps No. 4-3 and 4-4). appear. In addition, when citric acid was used, the concentration of Na in the calcium precipitate was also higher because an excess base solvent (NaOH) was used for cationic impurity purification and calcium ion recovery than when HCl was used.
추가적으로 상기 공정 No.4-1 내지 4-4에서 회수한 칼슘 침전물의 칼슘 순도를 알아보기 위해 XRF 분석을 실시하였다. 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다(단위: 중량%). In addition, XRF analysis was performed to determine the calcium purity of the calcium precipitates recovered in the processes Nos. 4-1 to 4-4. The results are shown in Table 7 below (unit: wt%).
(상기 표 7에서 ND는 검출되지 않음을 의미한다.)(In Table 7, ND means not detected.)
실험결과, 모든 반응 조건에서 Ca 순도 98% 이상에 도달하였다. As a result, Ca purity reached 98% or higher under all reaction conditions.
또한, 상기 공정 No.4-1 내지 4-4의 방법으로 칼슘 이온을 회수하는 경우에 칼슘 이온의 회수율이 어떻게 달라지는지 살펴보았다. In addition, the recovery of calcium ions when the recovery of calcium ions by the method of the above steps No. 4-1 to 4-4 was examined.
칼슘 이온의 회수율은 다음 수학식 1을 이용하여 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.The recovery rate of calcium ions was calculated using Equation 1 below, and the results are shown in Table 8 below.
결과, 칼슘 회수율은 칼슘 추출 용매로 HCl을 사용하고 NaOH를 연속적으로 사용한 공정 No.4-4의 경우에 가장 높은 것으로 나타났다. 시트르산을 사용한 공정 No.4-2의 경우에는 HCl을 사용하는 경우 보다 회수율이 낮게 나타났다. 또한 양이온 불순물 정제 용매로 NH4OH와 NaOH를 사용한 경우를 비교해 보면, HCl로 추출한 경우에는 회수율에 큰 차이를 보이지 않았으나, 시트르산을 사용한 경우에는 양이온 불순물 정제 용매로 NaOH를 사용한 경우의 칼슘 이온 회수율이 NH4OH를 사용했을 때보다 다소 높게 나타났다. As a result, the calcium recovery was the highest in the case of the process No. 4-4 using HCl and NaOH continuously as the calcium extraction solvent. In the case of step No. 4-2 using citric acid, the recovery was lower than that using HCl. In addition, when NH 4 OH and NaOH were used as the cationic impurity purification solvents, the recovery rate was not significantly different when HCl was extracted. However, when citric acid was used, the calcium ion recovery rate when NaOH was used as the cationic impurity purification solvent was It was somewhat higher than when NH 4 OH was used.
또한 본 실험에서 회수된 칼슘 이온이 어떠한 결정상으로 회수되는가를 알아보기 위해 건조시킨 칼슘 침전물에 대해 XRD 분석을 실행하였다. 그 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. In addition, XRD analysis was performed on the dried calcium precipitates to find out which crystal phase the calcium ions recovered in this experiment were recovered. The results are shown in FIGS. 4A and 4B.
도 4a는 상기 공정 No. 4-3의 실시에 따른 칼슘 침전물의 결정상을 측정한 XRD그래프이고, 도 4b는 상기 공정 No. 4-4의 실시에 따른 칼슘 침전물의 결정상을 측정한 XRD그래프이다. 4A is the process No. XRD graph of the crystal phase of the calcium precipitate according to the practice of 4-3, Figure 4b is the process No. It is an XRD graph which measured the crystal phase of the calcium precipitate according to the implementation of 4-4.
XRD 분석을 통해 칼슘 이온은 Ca(OH)2의 형태로 회수됨을 확인할 수 있었다.XRD analysis showed that the calcium ions were recovered in the form of Ca (OH) 2 .
추가적으로 정제 전후의 석회석의 색 변화를 알아보기 위하여 정제전 석회석 B와 상기 공정 No.4-1후의 석회석 B의 백색도를 백색도계를 사용하여 측정하였다. 측정결과는 하기 표 9에 나타내었다.In addition, the whiteness of limestone B before purification and limestone B after step No. 4-1 was measured using a white meter to determine the color change of limestone before and after purification. The measurement results are shown in Table 9 below.
상기 표 9에 나타난 바와 같이 측정 결과 정제 후 석회석의 백색도는 90이상으로 정제 전 보다 15이상 증가하였다. As shown in Table 9, the whiteness of the limestone after purification increased to 15 or more than 90 before purification.
도 5은 정제 전후의 석회석 B의 색 변화를 촬영한 사진이다. 도 5의 왼쪽이 정제 전의 석회석 분말의 사진이고 도 5의 오른쪽이 정제 후에 얻어진 분말 사진이다. 도 5에 나타난 바와 같이 정제 후에 분말의 색이 정제 전에 비해 훨씬 희다는 것을 육안으로도 쉽게 구별할 수 있다.5 is a photograph of the color change of limestone B before and after purification. The left side of FIG. 5 is a photograph of limestone powder before purification, and the right side of FIG. 5 is a powder photograph obtained after purification. As shown in FIG. 5, it is easy to visually distinguish that the color of the powder after purification is much whiter than before purification.
이상의 실험 결과는 칼슘의 순도가 약 94%인 석회석 B를 이용한 것으로, 칼슘의 순도가 매우 낮은 석회석 D를 이용하여 실험 방법의 적용 가능성을 살펴보았다.The results of the experiment were limestone B having a purity of about 94% of calcium, and the application of the experimental method was examined using limestone D having a very low purity of calcium.
앞서 수행한 실험 방법을 적용하여 석회석 D에서 불순물을 정제한 칼슘 침전물을 분석하였다. 칼슘 침전물중의 불순물인 Mg, Fe, Al, Si 및 Na를 ICP 를 이용하여 분석하였으며, Ca 순도 및 기타 불순물은XRF를 이용하여 분석하였다. 그 결과를 하기 표 10에 나타내었다(단위: 중량%). By applying the above-described experimental method was analyzed calcium precipitate which purified impurities from limestone D. Impurities in calcium precipitates, Mg, Fe, Al, Si and Na, were analyzed using ICP, and Ca purity and other impurities were analyzed using XRF. The results are shown in Table 10 below (unit: wt%).
(상기 표 10에서 ND는 검출되지 않음을 의미한다.)(In Table 10, ND means not detected.)
석회석 D를 이용하여 불순물 정제를 실행한 결과, Ca 순도가 98%에 도달한 것으로 나타났다. Impurity purification using limestone D showed that the purity of Ca reached 98%.
2) 양이온 불순물 제거공정 생략 후 염기성 용액 처리에 의한 칼슘 이온 회수 2) Recovery of calcium ions by basic solution treatment after skipping cation impurities removal process
공정의 단순화를 유도하기 위해 시트르산으로 칼슘 이온을 추출해 낸 후, 양이온 불순물 제거 과정 없이 칼슘 회수 공정을 곧바로 시도하였다.In order to simplify the process, calcium ions were extracted with citric acid, and then a calcium recovery process was immediately attempted without removing cationic impurities.
각각 석회석 B와 D를 이용하여 실험하였고, 칼슘 이온 회수 용매로는 NaOH를 사용하였다. Using limestone B and D, respectively, NaOH was used as a calcium ion recovery solvent.
100 메쉬의 입자크기를 갖는 석회석 B분말을 시트르산으로 처리하여 칼슘 이온을 추출시키고(최종 pH 3.2), 용해되지 않고 남은 잔류물은 여과하여 제거한 후 칼슘 이온 용액을 얻었다. 얻어진 칼슘이온 용액에 NaOH 수용액을 용액의 pH가 pH 12.6이 될 때까지 첨가하여 칼슘이온을 침전물로 침전시켜 회수하였다(공정 No. 4-10). Limestone B powder having a particle size of 100 mesh was treated with citric acid to extract calcium ions (final pH 3.2), and the remaining undissolved residue was filtered off to obtain a calcium ion solution. NaOH aqueous solution was added to the obtained calcium ion solution until the pH of the solution became pH 12.6, and calcium ion was precipitated and recovered (preparation No. 4-10).
상기와 동일한 방법으로 석회석 D를 정제하였다(공정 No. 4-11).Limestone D was purified in the same manner as described above (step No. 4-11).
회수된 칼슘 침전물의 조성을 ICP와 XRF로 분석하였다. 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다(단위: 중량%).The composition of recovered calcium precipitate was analyzed by ICP and XRF. The results are shown in Table 11 below (unit: wt%).
(상기 표 11에서, ND는 검출되지 않음을 의미한다.)(In Table 11, ND means not detected.)
결과, 칼슘의 순도가 다소 높은 석회석 B의 경우에는 약 98.2%의 칼슘 순도를 나타냈으며, 석회석 D를 정제한 경우에는 약 97.6%의 순도를 나타냈다. 석회석 D의 경우 Si의 함유량이 높아 Ca 회수시 Ca가 침전하면서 Si를 공침시키기 때문인 것으로 판단된다. As a result, in the case of limestone B which is somewhat higher in calcium purity, the purity of calcium was about 98.2%, and the purity of limestone D was about 97.6%. Limestone D is thought to be due to the high content of Si, which precipitates Si as Ca precipitates during Ca recovery.
도 6은 상기 공정 No. 4-10 및 4-11의 실시 후 회수된 칼슘 침전물을 비교한 사진이다. 도 6에 나타난 바와 같이 석회석 B를 이용한 결과물은 침전물이 백색을 띄지만(왼쪽), 석회석 D를 이용한 경우에는 불순물의 영향으로 연한 황색(오른쪽)을 띄었다. Figure 6 is the process No. Photographs comparing the calcium precipitates recovered after 4-10 and 4-11. As shown in FIG. 6, the resultant using limestone B was white (left), but in the case of using limestone D, light yellow (right) was affected by impurities.
3) 염기성 용액 처리 후 가열처리에 의한 칼슘 이온 회수 3) Recovery of calcium ions by heat treatment after basic solution treatment
이하, 칼슘이온 침전시 침전 조건이 침전 상태에 미치는 영향에 대해 실험하였다.Hereinafter, the effects of precipitation conditions on precipitation state during calcium ion precipitation were examined.
도 7은 칼슘이온 침전 반응시 침전 조건의 변화에 따른 침전 상태를 나타낸 사진이다(a: 에이징, b: 냉각, c: 열처리).Figure 7 is a photograph showing the precipitation state according to the change of precipitation conditions during the calcium ion precipitation reaction (a: aging, b: cooling, c: heat treatment).
도 7a는 상기 공정 No.4-10에서 칼슘 침전물의 침전 후 여과하기 전에 칼슘이온이 추출된 용액을 120분 동안 방치한 후의 칼슘이온이 추출된 용액에서의 변화를 나타낸 것이고, 도 7b은 칼슘 침전 pH 도달 후 0℃로 냉각한 후의 칼슘이온이 추출된 용액에서의 변화를 나타낸 것이고, 도 7c는 칼슘 침전 pH 도달 후 80℃로 가열한 후의 칼슘이온이 추출된 용액에서의 변화를 나타낸 사진이다. Figure 7a shows the change in the calcium ion-extracted solution after leaving the calcium ion-extracted solution for 120 minutes before filtering after precipitation of the calcium precipitate in step No. 4-10, Figure 7b is calcium precipitation After the pH reached, the calcium ions after cooling to 0 ℃ is shown in the extracted solution, Figure 7c is a photograph showing the change in the calcium ions extracted solution after heating to 80 ℃ after reaching the calcium precipitation pH.
도 7에 나타난 바와 같이 에이징과 냉각 조건에서는 침전이 이루어지지 않았고, 열처리 조건에서만 Ca의 침전이 활발하게 이루어짐을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 7, precipitation was not performed under aging and cooling conditions, and Ca precipitation was actively performed only under heat treatment conditions.
또한 염기성 용액을 사용하여 칼슘 이온 추출시 칼슘 침전 pH 도달 후 90 내지 100℃의 온도범위로 가열하고 얻어진 Ca의 순도 및 회수율을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 12에 나타내었다. In addition, the basic solution was used to extract calcium ions during the extraction of calcium ions, and then heated to a temperature range of 90 to 100 ° C. to determine the purity and recovery of Ca. The results are shown in Table 12 below.
상기 표 8 에서의 결과와 비교하였을 때, 회수율이 보다 향상되었음을 알 수 있다.When compared with the results in Table 8, it can be seen that the recovery is more improved.
또한, 열처리(Heating)에 따른 칼슘 침전물에서의 불순물 함량을 측정하였다. In addition, the impurity content in the calcium precipitate by heat treatment (Heating) was measured.
열처리 효과를 비교하기 위하여 앞서의 공정 No.4-9에서 얻어진 칼슘 침전물과 상기 공정 No.4-14에서 얻어진 칼슘 추출물을 사용하였다. 그 결과를 하기 표 13에 나타내었다(단위: 중량%). In order to compare the heat treatment effect, the calcium precipitate obtained in step No. 4-9 and the calcium extract obtained in step No. 4-14 were used. The results are shown in Table 13 below (unit: wt%).
실험결과 불순물 정제시 및 칼슘 이온 회수시 열처리를 한 경우에 다른 양이온 불순물은 농도에 큰 변화가 없었으나, Mg의 농도는 다소 감소하였다. As a result, the other cationic impurities did not change significantly in the concentration of the impurities, but the concentration of Mg decreased slightly.
4) 가열 처리에 의한 칼슘 이온 회수 4) Calcium ion recovery by heat treatment
시트르산을 사용하여 칼슘이온 용액을 얻은 후 염기성 용액을 사용하지 않고 칼슘 추출액을 교반하면서 70 내지 100℃로 가열하면서 칼슘이온을 침전시켰다.After obtaining a calcium ion solution using citric acid, calcium ion was precipitated while heating to 70-100 degreeC, stirring a calcium extract, without using a basic solution.
실험결과 최종 생성물의 Ca 순도는 99% 이상이었고, 회수율도 90 내지 92%로 우수하였다. Experimental results showed that the Ca purity of the final product was more than 99%, the recovery was also excellent from 90 to 92%.
실시예Example 5. 생석회를 이용한 정제 5. Purification with quicklime
석회석의 하소 온도 및 시간에 따라 석회석의 물리적 특성이 달라지므로 이런 특성 변화가 정제 반응 후의 칼슘 순도에 미치는 영향에 대해 실험하였다.Since the limestone physical properties vary with the calcining temperature and time of the limestone, the effect of this change on the calcium purity after the purification reaction was tested.
100 메쉬의 입자크기를 갖는 석회석 B의 분말을 1100℃에서 1시간 동안의 열처리로 하소하여 생석회 B를 얻었다. 얻어진 생석회 B를 20분 동안 시트르산 용액으로 처리하여 칼슘 이온을 추출시키고(최종 pH 3.0), 용해되지 않고 남은 잔류물은 여과하여 제거한 후 칼슘 이온 용액을 얻었다. 상기 칼슘이온 용액의 pH가 11이 될 때까지 5M의 NaOH 수용액을 첨가하여 칼슘이온 용액중의 양이온 불순물을 침전시켰다. 이후 여과하여 침전된 불순물을 제거하였다. 양이온 불순물 제거 용액에 5M의 NaOH 수용액을 용액의 pH가 pH 12.6이 될 때까지 첨가하여 칼슘이온을 침전물로 침전시켜 회수하였다(공정 No. 5-1).Limestone B powder having a particle size of 100 mesh was calcined by heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour to obtain quicklime B. The obtained quicklime B was treated with citric acid solution for 20 minutes to extract calcium ions (final pH 3.0), and undissolved residues were filtered off to obtain a calcium ion solution. 5 M aqueous NaOH solution was added until the pH of the calcium ion solution reached 11 to precipitate cationic impurities in the calcium ion solution. Thereafter, the precipitate was filtered to remove impurities. A 5 M aqueous NaOH solution was added to the cationic impurity removal solution until the pH of the solution reached pH 12.6 to recover calcium ions as a precipitate (step No. 5-1).
석회석 D에 대해서도 상기와 동일한 방법으로 하소 후 정제하였다(공정 No. 5-2).Limestone D was also calcined and purified in the same manner as described above (step No. 5-2).
석회석을 하소하여 얻은 생석회로부터 정제를 한 경우에 생석회 B는 99.75%의 칼슘 순도가 나타냈고, 생석회 D는 98.4%의 칼슘 순도를 나타내었다. 석회석(CaCO3)으로부터 정제한 경우인 표 8의 공정 No.4-4 및 표 8의 공정 No.4-9와 비교하였을 때, 하소하여 얻은CaO로부터 정제한 경우에 칼슘 순도에 있어 큰 차이는 없었다. 또한 CaO를 이용한 경우에도 정제후 칼슘이온은 Ca(OH)2의 형태로 회수되었다When purified from quicklime obtained by calcining limestone, quicklime B showed a calcium purity of 99.75% and quicklime D showed a calcium purity of 98.4%. Compared with Process No. 4-4 of Table 8 and Process No. 4-9 of Table 8, which are purified from limestone (CaCO 3 ), a large difference in calcium purity is obtained when purified from calcined CaO. There was no. In the case of using CaO, calcium ions were recovered in the form of Ca (OH) 2 after purification.
실시예Example 6. 음이온 불순물 정제 6. Anion Impurity Purification
XRF 분석 결과에서 불순물로 존재하는 음이온 Cl-은 칼슘 이온 회수시 증류수로 충분히 세척하여 제거되도록 하였다. 증류수로 충분히 세척한 Ca(OH)2와 세척하지 않은 Ca(OH)2를 질산으로 용해시켜 IC(Ion Chromatography) 를 사용하여 Cl- 이온의 함량을 분석하고 세척 공정에 따른 영향을 고찰하였다. 그 결과를 하기 표 14에 나타내었다(단위: 중량%).The anion Cl − present as an impurity in the XRF analysis result was removed by washing with distilled water sufficiently when recovering calcium ions. By dissolving sufficiently washed with distilled water a Ca (OH) Ca are not washed with 2 (OH) 2 in nitric acid using IC (Ion Chromatography) Cl - analyze the content of the ion and investigated the effects of the washing process. The results are shown in Table 14 below (unit: wt%).
상기 표 14로부터 증류수 세척만으로도 Cl-의 함량이 약 36% 정도 감소했음을 확인할 수 있었다. From Table 14, it was confirmed that the content of Cl − was reduced by about 36% only by washing with distilled water.
실시예Example 7. 결정성장 제어 7. Crystal Growth Control
Ca(OH)2로 회수한 칼슘 침전물로부터 생석회(CaO)를 제조하기 위하여 Ca(OH)2의 하소 온도를 CaCO3 하소 온도와 같이 900℃부터 선정하여 실험하였다. The Ca (OH) 2 from the calcination temperature to precipitate calcium recovered in Ca (OH) 2 to produce a calcium oxide (CaO) were selected from 900 ℃ as CaCO 3 calcination temperature.
불순물을 정제한 고품질의 소석회를 온도별(900, 1000, 1100, 1200℃), 시간별(1000℃-1, 2, 3hr), 승온속도별(900, 1000, 1100, 1200℃-5℃/min, 10℃/min) 하소조건에 따라 생석회를 제조하였다. High-quality slaked lime purified from impurities by temperature (900, 1000, 1100, 1200 ° C), hourly (1000 ° C-1, 2, 3hr), and by temperature increase rate (900, 1000, 1100, 1200 ° C-5 ° C / min , 10 ℃ / min) calcined lime was prepared according to the calcination conditions.
소석회를 온도별, 시간별 다양한 하소조건에서 하소하여 생석회를 제조한 후 하소조건이 생석회에 미치는 영향을 조사하였다. Calcined lime was calcined under various calcining conditions by temperature and time, and the effects of calcining conditions on calcined lime were investigated.
도 8은 하소 온도(a: 900℃, b: 1000℃, c: 1100℃ d: 1200℃)에 따른 CaO의 미세구조 변화를 나타낸 사진이다(승온속도: 10℃/min, 하소시간: 1시간). Figure 8 is a photograph showing the change in the microstructure of CaO according to the calcination temperature (a: 900 ℃, b: 1000 ℃, c: 1100 ℃ d: 1200 ℃) (heating rate: 10 ℃ / min, calcination time: 1 hour ).
도 8에 나타난 바와 같이 하소 결과 900℃에서 하소한 경우(a) 석회석 입경은 0.5 내지 1.0㎛였고, 온도가 높아질수록 입자 크기가 증가하였으며, 1100℃ 이상에서는 과소되어 입자간 응집 현상이 나타났다. As shown in FIG. 8, when calcined at 900 ° C. (a), the limestone particle size was 0.5 to 1.0 μm, and the particle size increased as the temperature was increased.
도 9는 하소 시간(a: 0시간, b: 1시간, c: 2시간, d: 3시간)에 따른 CaO의 미세구조 변화를 나타낸 사진이다(하소온도: 1000℃, 승온속도: 10℃/min).9 is a photograph showing the microstructure change of CaO according to the calcination time (a: 0 hours, b: 1 hour, c: 2 hours, d: 3 hours) (calcination temperature: 1000 ℃, temperature rising rate: 10 ℃ / min).
도 9에 나타난 바와 같이 1000℃의 하소 온도에서 하소 시간에 따른 생석회의 미세구조를 살펴본 결과 하소 시간 1시간까지는 평균입경의 변화는 없었고, 미분의 감소만 확인할 수 있었다. 그러나 하소 시간이 2시간 이상인 경우 입자가 성장하기 시작하였고 입자가 서로 응집되기 시작하였다.As shown in FIG. 9, the microstructure of the quicklime according to the calcination time at the calcination temperature of 1000 ° C. showed no change in the average particle diameter until one hour of calcination, and only a decrease in the derivative was confirmed. However, when the calcination time was more than 2 hours, the particles started to grow and the particles began to aggregate with each other.
이상의 결과로 반응성이 좋은 미분의 생석회를 제조하기 위한 하소 조건으로 하소 온도 및 하소 시간에 의한 영향이 크다는 것을 알 수 있다. 또한 제조된 생석회와 소석회의 활성도(CAA)를 측정한 결과 소석회는 60초, 생석회는 1분 20초로 측정되었다.As a result, it can be seen that the effect of the calcining temperature and the calcining time is large as the calcining conditions for producing the quick-acting fine lime. In addition, as a result of measuring the activity of the prepared quicklime and slaked lime (CAA), the slaked lime was 60 seconds, quicklime was measured as 1
본 발명에 따른 정제방법에 의해 석회석을 정제함으로써, 식·의약용 칼슘화합물에 사용가능한 99% 이상의 고순도 및 고활성의 고품질 생·소석회를 고수율로 얻을 수 있으며, 특히 시트르산을 사용하여 정제할 경우 양이온 불순물 정제공정을 생략할 수 있어 석회석의 정제공정을 보다 간단히 할 수 있다.By refining limestone by the refining method according to the present invention, high-quality raw and hydrated lime with high purity and high activity, which can be used for food and pharmaceutical calcium compounds, can be obtained in high yield, especially when purified using citric acid. The cationic impurity purification step can be omitted, making the limestone purification step simpler.
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