KR100735067B1

KR100735067B1 - 수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR100735067B1
Application number: KR1020050116467A
Authority: KR
Inventors: 김재록; 이인자
Original assignee: 주식회사 이티엑스
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-07-06
Also published as: KR20070058144A; CN1974433A

Abstract

본 발명은 수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 수처리 효율을 향상시키고, 액상석회의 분산성을 높이기 위해 알카리 금속염, 분산안정제를 포함하는 수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 소석회를 주재료를 하는 액상석회에 알카리 금속염, 분산안정제를 포함하도록 하여 폐산수에 대한 수처리 효율을 향상시키고, 액상석회의 분산성을 높여 장시간 보관시 경화가 되지 않은 액상석회 및 이의 제조방법 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 액상석회 제조방법은 소석회를 주재료로 하는 액상석회의 제조에 있어서, 물에 금석염을 첨가하여 교반하는 단계, 상기의 알카리 금속염이 함유된 용액에 분산안정제를 첨가하여 교반하는 단계, 상기의 알카리 금속염과 분산안정제가 함유된 용액에 생석회를 주입하고 교반하는 단계를 포함한다.

Description

수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회 및 이의 제조방법{Non Hardening Liquid Calcium Hydroxide Having High Ability to Treat Wastewater and Preparing Method of the same}

본 발명은 수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 수처리 효율을 향상시키고, 액상석회의 분산성을 높이기기 위해 알카리 금속염, 분산안정제를 포함하는 수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

소석회(Ca(OH)₂)는 산업 폐기물을 중화 처리하는 중화제로서의 중요한 용도를 갖는 상업상 매우 유용한 물질이다.

산업폐기물은 그 종류가 여러 가지이나, 특히 제강 및 제련, 합섬, 염색, 금속, 반도체 및 전자공업에서 나오는 산업폐기물은 폐산수가 주를 이루고 있으며, 이 폐산수는 토양을 오염시키고, 교량, 건축물, 산업시설이나 기타 시설물을 산화시켜 구조를 취약하게 하는 등의 문제점을 일으키게 된다. 따라서 상기한 폐산수는 공해 방지법에 의거하여 중화 침전시켜 방류하거나 혹은 중화시켜서 매립하도록 규정되어 있다.

폐광지 갱내 산성 폐수는 처리약품으로 소석회만을 사용하여 중화조, 반응조, 침전조의 3단계 시설만으로 산성폐수를 처리하고, 처리된 침전 슬러지를 중화조로 반송하여 다시 사용함으로써 약품비 절감 및 슬러지의 함수율 감소, 시설비 운영 절감등으로 갱내 산성폐수를 처리하는 새로운 모델을 제시하였다. 그러나, 분말 소석회의 경우는 분진 발생으로 유지 관리 어려운 점이 여전히 해결하지 못하고 있다.

반도체 웨이퍼 제조 생산공정에서 발생된 인산 및 불산을 함유하는 고농도 폐수를 처리하는 기술에의 적용에도 소석회를 이용하여 폐수를 처리하고 있다. 인산 및 불산을 함유하는 폐수를 처리할 때 응집탱크 및 침전탱크를 거치지 아니하고 반응탱크에서 바로 소석회를 투입하는 방법이 제시되고 있으나 역시 분말 소석회의 분진 발생으로 사용하기 어려운 점이 존재한다.

분말 소석회는 상기와 같이 취급이 불편하고 인력이 많이 소요되고 특히 소석회 분말 비산으로 말미암아 작업자에게 호흡기, 피부질환을 유발하고 분진에 의한 작업환경이 악화되는 단점이 있어 점차 액상 소석회의 사용으로 바뀌어 가고 있는 추세이다.

그러나 액상 소석회는 폐산수의 중화시 요구되는 양이 많은 물류의 비용이 증가되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 폐산수의 중화시 소석회와 함께 알칼리 금속의 수산화물 또는 탄산염 등을 병용하여 사용하는 방법도 모 색되고 있으나 비교적 고가이므로 경제적 부담이 크다.

본 발명의 발명자는 액상석회의 수처리 효율이 높은 비경화성 액상석회를 얻기 위해 노력하던 중 소석회를 주재료를 하는 액상석회에 알카리 금속염, 분산안정제를 포함하여 폐산수에 대한 수처리 효율을 향상시키고, 액상석회의 분산성을 높여 장시간 보관시 경화가 되지 않은 액상석회를 얻을 수 있음을 알게 되었다.

따라서 본 발명은 소석회를 주재료를 하는 액상석회에 알카리 금속염, 분산안정제를 포함하도록 하여 폐산수에 대한 수처리 효율을 향상시키고, 액상석회의 분산성을 높여 장시간 보관시 경화가 되지 않은 액상석회 및 이의 제조방법 제공을 목적으로 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액상석회는 소석회를 주재료로 하는 액상석회에 있어서, 알카리 금속염, 분산안정제를 포함하는 액상석회를 나타낸다.

본 발명의 액상석회에서 액상석회의 pH를 증가시켜주고, 생석회가 물에 반응하여 소석회 생성시 생석회가 수화반응이 급격히 진행되어 부정형의 미결정 응집체가 발생하는 것을 억제하는 수화조절제 역할을 위해 알칼리 금속염을 사용할 수 있다.

수화조절제로서 첨가된 알칼리 금속염은 소석회 표면의 하이드록시기(OH)에 흡착하여 소석회가 C축 방향으로 성장하는 것을 억제한다. 즉 소석회의 결정구조가 OH-OH간의 반데르발스 힘에 의한 약한 결합으로 (001)면을 형성하고 있어서 (001)면의 표면 OH기에 알카리 금속염이 용이하게 흡착하여 C축 방향으로 성장이 억제된다. C축으로 성장이 억제된 소석회는 a,b 축으로 성장하게되고 따라서 다른 결정면들에 비하여 특히 (001)면이 발달하게 된다.

본 발명에서 이러한 알칼리 금속염의 일예로서 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화마그네, 수산화나트륨, 염화나트륨, 염화칼륨 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기의 알카리 금속염은 액상석회 전체 중량 대비 0.1∼10％, 보다 바람직하게는 0.5∼4％ 포함될 수 있다. 본 발명의 액상석회에서 알카리 금속염의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 0.1％ 미만이면 상기에서 언급한 알카리 금속염의 역할을 하기에 미미하고, 알카리 금속염의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 10％ 초과하면 알카리 금속염에 대한 뚜렷한 효과의 상승이 없다. 따라서 본 발명의 액상석회에서 알카리 금속염은 액상석회 전체 중량 대비 0.1∼10％ 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 액상석회에서 액상석회의 주재료인 소석회의 분산 안정화를 위하여 분산안정제를 포함할 수 있다.

본 발명에서 이러한 분산안정제로서 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 액상석회에서 분산안정제는 0.01∼1중량％, 보다 바람직하게는 0.1∼0.5중량％ 포함될 수 있다.

본 발명의 액상석회에서 분산안정제의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 0.01％ 미만이면 상기에서 언급한 분산안정제의 역할을 하기에 미미하고, 분산안정제의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 1％ 초과하면 분산안정제에 대한 뚜렷한 효과의 상승이 없다. 따라서 본 발명의 액상석회에서 분산안정제는 액상석회 전체 중량 대비 0.01∼1％ 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 분산안정제의 하나로 사용할 수 있는 음이온 계면활성제의 일예로서 알킬벤젠술폰산염, 올레핀 술폰산염, 알킬황산에스테르염, 알킬에테르 황산에스테르염, 알칸술폰산염 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 분산안정제의 하나로 사용할 수 있는 비이온 계면활성제의 일예로서 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드, 솔비탄, 솔비톨 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 분산안정제의 하나로 사용할 수 있는 양이온 계면활성제는 4급 암모늄, 폴리옥시에틸렌알칼아민, 테트라알킬암모늄류, 피리딘류 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기의 분산안정제인 계면활성제에 함유된 성분 중에서 알킬기는 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 사용할 수 있다.

상기의 분산안정제로 사용할 수 있는 음이온 계면활성제 및 양이온 계면활성제는 이온성에 의해 친수성을 갖으며, 비이온 계면활성제는 이온성에 의해 친수기 를 갖는 대신 하이드록시기나 에틸렌옥사이드기에 의한 물과의 수소 결합에 의해 친수성을 갖는다.

본 발명의 액상석회에서 주재료인 소석회는 액상석회 전체 중량 대비 5∼40％, 바람직하게는 액상석회 전체 중량 대비 10∼30％, 보다 바람직하게는 액상석회 전체 중량 대비 15∼25％ 함유될 수 있다.

본 발명의 액상석회에서 소석회의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 5％ 미만이면 산성폐수를 중화시키는 소석회의 함량이 부족해 산성폐수를 중화시키기 어려우며, 소석회의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 40％ 초과하면 소석회의 함량 증가에 따라 액상석회의 점도가 상승하여 액상석회를 산성폐수에 분사시키기 어렵고, 장기간 보관시 액상석회가 경화될 우려가 있다. 따라서 본 발명의 액상석회에서 소석회는 액상석회 전체 중량 대비 5∼40％ 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 액상석회는 상기에서 언급한 알카리 금속염, 분산안정제, 소석회 및 물로 이루어져 있어 상기에서 언급한 각각의 알카리 금속염, 분산안정제, 소석회 함량 이외에 잔부의 물을 포함한다.

한편 본 발명은 알카리 금속염과 분산안정제를 포함하는 액상석회의 제조방법을 포함한다.

본 발명의 알카리 금속염과 분산안정제를 포함하는 액상석회의 제조방법은 소석회를 주재료로 하는 액상석회의 제조에 있어서, 물에 금석염을 첨가하고 교반하는 단계, 상기의 알카리 금속염이 함유된 용액에 분산안정제를 첨가하고 교반하 는 단계, 상기의 알카리 금속염과 분산안정제가 함유된 용액에 생석회를 주입하고 교반하는 단계를 포함한다.

상기에서 알카리 금속염은 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화나트륨, 염화나트륨, 염화칼륨 중에서 선택된 어느 하나 이상을 액상석회 전체 중량 대비 0.1∼5％ 첨가할 수 있다.

상기에서 분산안정제는 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 지방산, 지방산염 중에서 선택된 어느 하나 이상을 액상석회 전체 중량 대비 0.01∼1％ 첨가할 수 있다. 이때 음이온 계면활성제는 알킬벤젠술폰산염, 올레핀 술폰산염, 알킬황산에스테르염, 알킬에테르황산에스테르염, 알칸술폰산염 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다, 비이온 계면활성제는 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드, 솔비탄, 솔비톨 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 양이온 계면활성제는 4급 암모늄, 폴리옥시에틸렌알칼아민, 테트라알킬암모늄류, 피리딘류 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 지방산은 라우릭산, 코코넷산 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 지방산염은 라우릭산염, 코코넷산염 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기의 분산안정제인 계면활성제에 함유된 성분 중에서 알킬기는 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 사용할 수 있다.

상기에서 생석회는 물과 반응하여 생성된 소석회의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 10∼30％ 되도록 첨가할 수 있다.

본 발명은 물에 생석회를 첨가하면 발열반응에 의해 생석회로부터 소석회의 생성시 생성된 생성열을 제거하기 위해 알카리 금속염과 분산안정제가 함유된 용액에 생석회를 교반 과정 중 냉각수로 냉각하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 이때 냉각수는 0∼10℃, 바람직하게는 4℃의 물을 냉각수로 사용할 수 있다.

본 발명의 액상석회 제조시 물에 금석염을 첨가하여 교반하는 단계에서 알카리 금속염이 물에 균일하게 분산되도록 교반을 실시할 수 있다. 본 발명에서 이러한 교반의 일예로서 10∼60분 동안 50∼800rpm, 바람직하게는 30분 동안 300rpm으로 교반할 수 있다.

본 발명의 액상석회 제조시 알카리 금속염이 함유된 용액에 분산안정제를 첨가하여 교반하는 단계에서 분산안정제가 용해되도록 교반을 실시할 수 있다. 본 발명에서 이러한 교반의 일예로서 10∼60분 동안 50∼800rpm, 바람직하게는 30분 동안 300rpm으로 교반할 수 있다.

본 발명의 액상석회 제조시 알카리 금속염과 분산안정제가 함유된 용액에 생석회를 주입하고 교반하는 단계에서 생석회가 물과 반응하여 소석회가 생성되도록 교반을 실시할 수 있다. 본 발명에서 이러한 교반의 일예로서 30분∼2시간 동안 10∼800rpm, 바람직하게는 1시간 동안 400rpm으로 교반할 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

물에 액상석회 전체 중량 대비 4％가 되도록 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하고 30분 동안 300rpm으로 교반하였다.

상기의 수산화나트륨이 함유된 용액에 액상석회 전체 중량 대비 0.5％가 되도록 글리세롤을 첨가하고 30분 동안 300rpm으로 교반하여 첨가된 글리세롤을 용해시켰다.

상기의 수산화나트륨, 글리세롤이 용해된 용액에 액상석회 전체 중량 대비 20％의 소석회가 생성되도록 생석회를 첨가하고 1시간 동안 400rpm으로 교반하여 액상 석회를 제조하였다.

<실시예 2>

수산화나트륨 대신 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 액상석회를 제조하였다.

<실시예 3>

수산화나트륨 대신 수산화칼륨(KOH)을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 액상석회를 제조하였다.

<실시예 4>

글리세롤 대신 에틸렌글리콜을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 액상석회를 제조하였다.

<실시예 5>

글리세롤 대신 라우릭산염을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 액상석회를 제조하였다.

<비교예 1>

수산화나트륨을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 액상석회를 제조하였다.

<비교예 2>

글리세롤을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 액상석회를 제조하였다.

<시험예 1> 액상석회의 수처리 능력 측정

1000ppm의 인산표준용액, 불소표준용액을 이용하여 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 액상석회에 대한 인 제거율, 불소 제거율과 같은 수처리 능력을 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.

액상석회가 첨가된 인산 용액의 인 제거율과 액상석회가 첨가된 불소 용액의 불소 제거율은 하기와 같은 방법을 이용하여 측정하였다.

인산 200ppm 100ml, 불소 200ppm 100ml을 제조하여 각각 칼슘이온:인산이온 몰 비율이 1: 0.6, 칼슘이온:불소이온 몰 비율이 1:2가 되도록 실시예 및 비교예의 액상석회를 첨가한 후 잔여 인산 또는 불소의 농도를 처음의 인산 또는 불소의 농도로 나누어 100을 곱한 값을 인 제거율(％) 또는 불소 제거율(％)로 하였다.

표 1. 실시예 및 비교예의 액상석회 수처리 능력

구 분	수처리 능력
구 분	인 제거율(％)	불소 제거율(％)
실시예1	99	85
실시예2	80	71
실시예3	81	72
실시예4	85	75
실시예5	84	73
비교예1	72	63
비교예2	75	62

<시험예 2> 액상석회의 분산안정화 측정

인산용액, 불소용액을 이용하여 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 액상석회에 대한 인산 및 불소의 침전경계높이(％)로 분산안정화를 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

침전경계높이(％)는 100ml 메스실린더를 사용하여 측정하였다. 실시예 및 비교예의 액상석회를 100ml가 되도록 채운 다음, 6시간 정체 후, 침전된 부피를 전체 부피로 나누어 100을 곱한 값이 침전경계높이(％)로 하였다.

이때 침전경계높이의 수치가 높을수록 분산안정성이 우수함을 의미한다.

표 2. 실시예 및 비교예의 액상석회 분산안정화

구 분	분산안정화
구 분	침전경계높이(％)
실시예1	90
실시예2	74
실시예3	73
실시예4	70
실시예5	71
비교예1	56
비교예2	54

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상기 시험예 1 및 시험예 2의 결과를 나타낸 표 1,2에서처럼 본 발명에 의해 제조한 액상석회의 폐수처리 능력은 인 제거율 99％, 불소 제거율 85％로 높은 제거율을 보이며 분산안정화가 되었음을 침전경계높이(％)를 통해서 알 수 있다.

알카리 금속염이나 분산안정제인 계면활성제를 첨가하지 않은 경우 비교예 1과 비교예 2의 액성석회는 인 및 불소 제거율이 낮은 결과를 보인다. 따라서 적절 함량의 알카리 금속염과 계면활성제는 분산 안정화 및 수처리 능력을 크게 향상시키는 것을 알 수 있다.

Claims

소석회를 주재료로 하는 액상석회에 있어서,

알카리 금속염, 분산안정제를 포함하는 액상석회.
제1항에 있어서, 알카리 금속염은 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화나트륨, 염화나트륨, 염화칼륨 중에서 선택된 어느 하나 이상을 액상석회 전체 중량 대비 0.1∼10％ 포함됨을 특징으로 하는 액상석회.
제1항에 있어서, 분산안정제는 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 중에서 선택된 어느 하나 이상을 액상석회 전체 중량 대비 0.01∼1％ 포함됨을 특징으로 하는 액상석회.
제3항에 있어서, 음이온 계면활성제는 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 알킬벤젠술폰산염, 올레핀 술폰산염, 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 알킬황산에스테르염, 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 알킬에테르 황산에스테르염, 알칸술폰산염 중에서 선택된 어느 하나 이상이고,

비이온 계면활성제는 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드, 솔비탄, 솔비톨 중에서 선택된 어느 하나 이상이고,

양이온 계면활성제는 4급 암모늄, 폴리옥시에틸렌알칼아민, 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 테트라알킬암모늄염류, 피리딘류 중에서 선택된 어느 하나 이상 임을 특징으로 하는 액상석회.
소석회를 주재료로 하는 액상석회의 제조에 있어서,

물에 알칼리 금속염을 첨가하여 교반하는 단계,

상기의 알카리 금속염이 함유된 용액에 분산안정제를 첨가하여 교반하는 단계,

상기의 알카리 금속염과 분산안정제가 함유된 용액에 생석회를 주입하고 교반하는 단계를 포함하는 액상석회의 제조방법.
제5항에 있어서, 알카리 금속염은 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화나트륨, 염화나트륨, 염화칼륨 중에서 선택된 어느 하나 이상을 액상석회 전체 중량 대비 0.1∼10％ 첨가함을 특징으로 하는 액상석회의 제조방법.
제5항에 있어서, 분산안정제는 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 중에서 선택된 어느 하나 이상을 0.01∼1중량％ 첨가함을 특징으로 하는 액상석회의 제조방법.
제5항에 있어서, 생석회는 물과 반응하여 생성된 소석회의 함량이 액상석회 전체 중량 대비 5∼40％ 되도록 첨가함을 특징으로 하는 액상석회의 제조방법.
제5항에 있어서, 생석회를 첨가한 후 냉각수로 냉각하는 단계를 추가로 더 포함함을 특징으로 하는 액상석회의 제조방법.
제7항에 있어서, 음이온 계면활성제는 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 알킬벤젠술폰산염, 올레핀 술폰산염, 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 알킬황산에스테르염, 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 알킬에테르황산에스테르염, 알칸술폰산염 중에서 선택된 어느 하나 이상이고,

비이온 계면활성제는 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드, 솔비탄, 솔비톨 중에서 선택된 어느 하나 이상이고,

양이온 계면활성제는 4급 암모늄, 폴리옥시에틸렌알칼아민, 탄소수가 12∼18개인 알킬기를 함유하는 테트라알킬암모늄류, 피리딘류 중에서 선택된 어느 하나 이상 임을 특징으로 하는 액상석회의 제조방법.