KR100745853B1 - 수질 안정제용 액상 수산화칼슘의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질 안정제용 액상 수산화칼슘의 제조 방법에 관한 것으로, 생석회와 물을 1:3.5 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 20 내지 30분 동안 교반 반응시켜 슬러리상의 수산화칼슘을 얻은 후 이를, 진동하고 있는 제 1 망상 스크린으로 통과시켜 불순물을 제거해내고 40 내지 50 ℃에서 20 내지 40분간 숙성시킨 다음, 숙성된 슬러리상 수산화칼슘을 진동하고 있는 제 2 망상 스크린으로 통과시키면서 수세하고 농도를 조절하는 본 발명의 방법에 따르면, 비표면적이 크면서도 순도 및 백색도가 높아 상수도 수질 개선을 위한 수질 안정제로 사용 가능한 고품위 액상 수산화칼슘을 간단하면서도 효율적으로 제조할 수 있다.

수질 안정제, 액상 수산화칼슘, 진동 스크린, 수화 반응, 생석회, 소석회, 숙성

Description

수질 안정제용 액상 수산화칼슘의 제조 방법{PREPARATION METHOD OF LIQUID CALCIUM HYDROXIDE FOR A STABILIZER OF WATER-QUAILITY}

도 1은 본 발명에 따른 액상 수산화칼슘 제조 공정의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1: 물탱크 2: 생석회 저장조

3: 투입구 4: 반응조

5: 배출구 6: 제 1 망상 스크린

7: 숙성조 8: 펌프

9: 살수기 10: 제 2 망상 스크린

11: 제품 저장조

본 발명은 수질 안정제용 액상 수산화칼슘의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 비표면적이 크면서도 순도 및 백색도가 높아 수질 안정제로 사용 가능한 고품위 액상 수산화칼슘을 간단하게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

흔히 소석회라고 불리는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)은 비중이 약 2.24인 백색 분말상으로서, 물에 대한 용해도가 낮고 온도를 올리면 도리어 용해도가 내려가는 특성을 갖고 있다. 수용액은 석회수라 하며 강한 알칼리성을 나타내는데, 공기 중에 방치하는 경우 이산화탄소를 흡수하여 수용액 중의 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 변하면서 수용액 중에 가라앉아 백탁(白濁)이 생긴다.

수산화칼슘은 높은 반응성으로 인해 건축, 화학 공업 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 용도로 사용되고 있다. 예를 들면, 건축용 용도로는 모르타르(mortar), 회반죽벽, 포틀랜드 시멘트(portland cement) 등에 사용되고, 화학 공업용으로는 표백분의 원료뿐만 아니라, 아주 값싼 알칼리로서 산을 중화시키는 데 사용되고 그 밖에 농약, 제지, 비료, 의약품 원료, 각종 폐수 처리제, 산업 폐기물 중화제, 황산화물 및 다이옥신 등과 같은 유해가스 흡수제, 고무 또는 플라스틱 산업의 충진제, 페인트의 안료 등 다양한 분야에 응용되고 있다.

또한, 최근에는 수산화칼슘이 상기 용도뿐만 아니라 정수장에서의 정수과정 중 수중에 현탁되어 있는 미세한 콜로이드성 입자에 대해 화학적으로 불용성 반응물을 만들어 침전제거하는 응집침전용 알칼리제, 상수도관이 산화되어 부식되는 것을 방지하기 위한 상수도관 내부 부식 방지제 등으로 투입되고 있을 뿐만 아니라, 일부는 식품첨가제로 사용되는 등 그 사용처가 더욱 다양화되고 있는 추세이다.

수산화칼슘은 일반적으로 생석회(산화칼슘, CaO)와 물을 반응시켜 제조되며, 이렇게 생석회를 물과 반응시키는 것을 수화(水化)라고 하고 그 방식에 따라 크게 건식 수화법과 습식 수화법으로 나눌 수 있다. 여기서, 건식 수화법은 생석회에 비교적 적은 양의 물을 가하여 분말상의 소석회를 제조하는 방식이고 습식 수화법은 생석회에 다량의 물을 가하여 슬러리상의 소석회를 제조하는 방식이다.

건식 수화법은 수산화칼슘의 통상적인 제조 방법으로서 이는 다시 상압 하에서 수화 반응을 진행시키는 상압식 수화법과 오토클레이브(autoclave) 등을 이용하는 가압식 수화법으로 나눌 수 있다. 일반적으로, 상압식 수화법은 생석회에 물을 주입하는 교반실과 수화반응을 완결하는 수화실로 구성되는 연속식 시스템 방식이 사용되고, 가압식 수화법은 오토클레이브 등을 이용하여 가압을 한 상태에서 수화가 이루어지도록 하는 방식으로서 해수 마그네시아 또는 경탄 제조 등과 같은 화학공업 등의 공정에 일부 이용되고 있다.

이러한 건식 수화법을 이용하여 수산화칼슘을 제조할 경우 제조되는 수산화칼슘의 입도는 단순한 기계적 분쇄에 의해 조절하는데, 비표면적을 증가시키기 위해 미분쇄할 경우 비표면적은 다소 증가하지만 작은 크기로 분쇄할수록 입자간의 응집이 일어날 뿐만 아니라 입자 자체의 내부 기공이 충분히 발달하지 못하기 때문에 어느 한계에 도달하면 더 이상 비표면적이 증가하지 않는 문제점이 있다.

이에, 한국 공개특허 제 1992-6925 호 및 제 1994-12292 호에 개시된 바와 같이, 비표면적이 낮고 반응성이 낮은 기존의 건식 수화공정을 통한 분말상 수산화칼슘을 대체하여 액상 수산화칼슘을 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있으나, 기존의 방법들은 제조 공정 및 장치가 복잡하여 경제적인 면에서 부적합하다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 비표면적과 백색도 및 순도가 높아 수질 안정제로 사용가능한 고품위 액상 수산화칼슘을 간단하면서도 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

1) 생석회와 물을 1:3.5 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 20 내지 30분 동안 교반 반응시켜 슬러리상 수산화칼슘을 얻는 단계,

2) 단계 1)에서 얻어진 슬러리상 수산화칼슘을 진동하고 있는 제 1 망상 스크린으로 통과시켜 불순물을 정제하는 단계,

3) 단계 2)에서 정제된 슬러리상 수산화칼슘을 40 내지 50 ℃ 에서 20 내지 40분간 숙성시키는 단계,

4) 단계 3)에서 숙성된 슬러리상 수산화칼슘을 진동하고 있는 제 2 망상 스크린으로 통과시켜 불순물을 정제하는 단계, 및

5) 단계 4)에서 정제된 슬러리상 수산화칼슘을 수세하고 수산화칼슘 농도를 10 내지 25 중량%로 조절하는 단계

를 포함하는, 액상 수산화칼슘의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 방법에 따르면, 고비용의 고압밀폐식 소석회 용해 공정, 부유선광식 소석회 정제 공정 등을 별도로 수행하지 않고도 상수도 및 관련 시설에 곧바로 투입되어 수질 안정제로 사용될 수 있는 고품위 액상 수산화칼슘을 간단하게 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 액상 수산화칼슘 제조 공정의 한 예를 도 1에 나타내었다.

구체적으로는, 물탱크(1)와 생석회 저장조(2)로부터 공급되는 물과 생석회를 투입구(3)를 통해 임팰러(impeller)가 부착된 반응조(4)로 3.5:1 내지 5:1의 중량비로 주입하여 20 내지 30분 동안 교반하여 수화 반응시킴으로써 슬러리 상태의 수산화칼슘을 얻는다. 이 때, 사용되는 원료 생석회로는 입도분포가 15 내지 40 mm 범위이고 CaO 97% 이상, MgO 1% 이하, SiO₂ 0.5% 이하, Fe 200 ppm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 임팰러의 회전속도는 약 10 내지 15 rpm 범위인 것이 바람직하며, 이와 같이 임팰러가 부착된 반응조를 사용하여 교반함으로써 수화 반응의 효율을 높일 수 있다. 수화 반응시 물과 생석회의 중량비가 상기 범위 미만이면 고형분의 농도가 증가하여 슬러리 이송상의 문제가 발생하게 되고, 상기 범위를 초과하면 수분이 증가하여 과도한 탈수작업으로 인한 생산공정 시간의 증가와 고형분의 농도 감소로 인한 최종 생산품의 수율이 하락하는 등의 문제가 있다. 또한, 상기 생석회와 물의 수화 반응은 발열 반응이기 때문에 반응조의 온도는 60 내지 70 ℃가 유지된다.

이어서, 얻어지는 슬러리 상태의 수산화칼슘을 상기 반응조의 배출구(5)를 통해 배출하여 진동하고 있는 제 1 망상 스크린(6)으로 이송하여 제 1차 정제 공정을 수행한다. 여기서, 상기 제 1 망상 스크린은 10 내지 18 메쉬 크기를 갖는 것 이 바람직하며, 이때 망의 형태는 특별한 제한은 없으며 원형, 사각형 등일 수 있다. 상기 제 1차 정제 공정을 통해 슬러리상 수산화칼슘에 잔류하는 SiO₂, Al₂O₃, CaCO₃ 등과 같은 18 메쉬를 초과하는 크기의 불순물을 제거할 수 있다.

그런 다음, 제 1차 정제된 슬러리상 수산화칼슘을 숙성조(7)로 이송시켜 40 내지 50 ℃ 범위의 온도에서 20 내지 40분 동안 방치하는 숙성 공정을 수행하여 슬러리 중 남아있는 생석회를 충분한 수화시킨다.

이와 같이 충분히 숙성된 수산화칼슘은 펌프(8)를 통해 진동하고 있는 제 2 망상 스크린으로 이송시켜 제 2차 정제 공정을 수행한다. 제 2차 정제 공정 수행시 사용되는 스크린은 200 내지 400 메쉬 크기의 상부 스크린과 10 내지 18 메쉬 크기의 하부 스크린으로 구성되는 이중망을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 상·하부 스크린은 서로 밀착되어 있고 입도가 큰 하부 스크린이 입도가 작고 고운 상부 스크린을 지지하는 형태로 이루어져 있는 것을 사용한다. 상부 스크린을 지지하는, 입도가 큰 하부 스크린이 필요한 이유는 입도가 작은 상부 스크린으로 슬러리 상태의 소석회가 통과할 경우 스크린에 가해지는 하중 등의 영향으로 상부 스크린이 손상되는 것을 막기 위함이다.

상기 제 2차 정제 공정을 통해 숙성 공정 후 잔류하는 200 메쉬 크기를 초과하는 불순물, 즉, SiO_{2 ,} Al₂O₃, CaCO₃ 등과 같은 염산불용물 등을 다시 한번 걸러낼 수 있다. 또한, 망의 형태는 특별한 제한은 없으며 원형, 사각형 등일 수 있다. 제 2차 정제 공정 수행시 상기 제 2 망상 스크린 상부에서 살수기(9)로 물을 분사 하여 수세 및 농도 조절 작업을 수행하는데, 상기 제 2 망상 스크린을 통과한 액상 수산화칼슘은 임팰러가 부착된 제품 저장조(11)로 이송되어 약 10 내지 25 중량% 범위의 농도를 갖는 액상 수산화칼슘으로 저장될 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 액상 수산화칼슘은 비표면적이 24 내지 26 m²/g 범위로 크고(건조 후 CaO 분말 기준 26 m²/g 이상), 순도가 액상시 97.5% 이상(건조 후 CaO 분말 기준 73.8% 이상)이며, 백색도가 건조 후 CaO 분말 기준 98.5% 이상인 고품위 액상 수산화칼슘으로서, 별도의 추가적인 공정 없이 바로 상수도 및 관련 시설에 투입되어 응집침전용 알칼리제 및 상수도관 내부 부식 방지용 수질 안정제 등으로서 유리하게 사용될 수 있다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 액상 수산화칼슘 제조방법은 수질 안정제 등으로 곧바로 사용될 수 있는 고품위 액상 수산화칼슘을 기존 방법에 비해 간단하면서도 경제적으로 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1:

도 1에 나타낸 바와 같은 공정을 수행하여 액상 수산화칼슘을 제조하였다.

구체적으로는, 물탱크(1)와 산화칼슘 저장조(2)로부터 물 70 kg과 생석회((주) 백광소재) 20 kg을 임팰러가 부착된 반응조(4)로 공급하여 12 rpm의 속도로 20분간 교반하여 수화 반응시켜 슬러리 상태의 수산화칼슘을 얻고 이를, 반응조(4)의 배출구(5)를 통해 배출시켜 1,270 rpm 속도로 진동하고 있는 스테인레스강 재질의 4각 망상 형태의 스크린(6)(10 메쉬)으로 이송시켜 정제하였다. 제 1차 정제된 슬러리 상태의 수산화칼슘을 숙성조(7)로 이송시켜 약 40 ℃에서 40분간 숙성시키고, 숙성된 수산화칼슘을 펌프(8)를 통해 원형 망상 형태의 상부 스크린(200 메쉬)과 하부 스크린(18 메쉬)의 이중망으로 구성된 제 2 망상 스크린(10)으로 이송시켜 잔류하는 불순물을 제거하였다. 이 때, 상기 스크린 상부에서 살수기(9)로 물을 분사하여 수세 및 농도 조절하여 20 중량% 농도의 액상 수산화칼슘을 제조하였다. 이어서, 제조된 액상 수산화칼슘을 KS L 9004에 기재된 석회 화학분석 방법에 따라 화학분석하여 그 순도를 측정하고 백색도 측정기(미놀타 CR-300)를 이용하여 백색도를 측정하고 비표면적 측정기를 이용한 BET 시험법으로 비표면적을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

화학성분 (중량%)			백색도	비표면적 (m2/g)
Ca(OH)2	MgO	SiO2
97.5	0.7	0.2	98.5	26

상기 표 1로부터, 본 발명의 방법에 따라 얻어진 액상 수산화칼슘은 비표면적이 크면서도 순도 및 백색도가 높은 고품질의 액상 수산화칼슘임을 알 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 생석회와 물을 교반 반응시킨 후 진동 스크린으로 1차 정제하여 불순물을 제거해내고 숙성 공정을 수행한 다음 진동 스크린으로 2차 정제한 후 수세 및 농도 조절하면 비표면적이 크면서도 백색도 및 순도가 높은 고품위 액상 수산화칼슘을 간단하면서도 경제적으로 제조할 수 있다. 또한, 제조된 액상 수산화칼슘은 별도의 정제 공정 등 추가의 공정을 수행하지 않고도 바로 상수도 및 관련 시설에 투입되어 상수도 수질 개선을 위한 수질 안정제로 사용 가능하기 때문에 국가 기간 산업 설비인 상수도망의 수명 연장과 안정적 상수도 공급에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (4)

1) 생석회와 물을 1:3.5 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 20 내지 30분 동안 교반 반응시켜 슬러리상 수산화칼슘을 얻는 단계,

2) 단계 1)에서 얻어진 슬러리상 수산화칼슘을 진동하고 있는 제 1 망상 스크린으로 통과시켜 불순물을 정제하는 단계,

3) 단계 2)에서 정제된 슬러리상 수산화칼슘을 40 내지 50 ℃ 에서 20 내지 40분간 숙성시키는 단계,

4) 단계 3)에서 숙성된 슬러리상 수산화칼슘을 진동하고 있는 제 2 망상 스크린으로 통과시켜 불순물을 정제하는 단계,

5) 단계 4)에서 정제된 슬러리상 수산화칼슘을 수세하고 수산화칼슘 농도를 10 내지 25 중량%로 조절하는 단계

를 포함하는, 수질 안정제용 액상 수산화칼슘의 제조 방법.

제1항에 있어서, 제 1 망상 스크린이 10 내지 18 메쉬 크기를 갖는 것임을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 제 2 망상 스크린이 200 내지 400 메쉬 크기의 상부 스크린과 이를 지지하는 10 내지 18 메쉬 크기의 하부 스크린으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 제 2 망상 스크린 상부에서 물을 분사하여 수세하고 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.

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