KR100769080B1 - 레드머드의 안정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레드머드의 안정화방법에 있어서, 베이어법에 의해 산출된 레드머드 분말에 인산과 증류수를 혼합한 인산희석액을 투입하여 레드머드의 안정화함을 특징으로 하는 레드머드의 안정화방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 레드머드에 인산희석액을 투입함으로써 레드머드를 안정화시켜 도료, 벽돌, 토양중화제, 플라스틱 충진제, 콘크리트 혼합제 등 산업분야에 다양하게 사용될 수 있도록 하고, 백화현상 및 크랙 발생을 줄여 건축현장 등에서 유용하게 사용할 수 있도록 할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

레드머드, 안정화

Description

레드머드의 안정화방법{Stabilization Method of Red Mud}

도 1 - 인산 첨가량에 따른 본 발명 레드머드의 pH 변화를 표시한 그래프도.

도 2 - 반응시간에 따른 본 발명 레드머드의 pH 변화를 표시한 그래프도.

도 3 - 인산용액 적하에 따른 본 발명 레드머드의 pH 변화를 표시한 그래프도.

본 발명은 레드머드의 안정화방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도료, 벽돌, 토양중화제, 플라스틱 충진제, 콘크리트 혼합제 등 산업분야에 다양하게 사용되는 레드머드를 안정화시켜 백화현상 및 크랙 발생을 줄일 수 있도록 함으로써 건축현장 등에서 유용하게 사용할 수 있도록 하기 위한 레드머드의 안정화방법에 관한 것이다.

레드머드(Red Mud)는 보크사이트 원료 광물에서 베이어(Bayer)법(알루미나가 다량존재하는 원료광물에 수산화나트륨(NaOH)를 가하여 수산화알루미늄을 추출하는 방법)에 의해 수산화알루미늄을 추출하고 남은 슬러지를 의미하는 것으로, 5~20㎛의 크기를 가지는 미분체이며, 약 30%정도의 수분함량을 가진 슬러리 형태(반죽형태)로 산출되어진다.

그러나 상기 베이어법, 즉 'Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O' 는 고농도의 NaOH(수산화나트름)을 사용함으로써 레드머드를 수소이온농도(pH) 12 이상의 강알 칼리성으로 산출시키게 된다.

따라서 레드머드 슬러지에 남은 수산화나트륨(NaOH)은 레드머드를 건축자재의 내외장재로 사용할 경우 백화현상 및 크랙을 발생시키게 되고, 이로인해 건축물의 미관과 구조적 강도 면에서 악영향을 미치게 되는 것이다.

그러므로 레드머드 슬러지를 보다 고부가치의 재료로 활용하기 위해서는 반드시 정제해 주어야 하는데, 이를 위해서 지금까지는 염산 및 황산에 의한 전처리방법을 주로 사용하였으며, 이는 유독가스가 발생함으로 인해 공해를 유발하게 되어 실제 산업현장에서는 적용하기 곤란한 것이었다.

따라서 알루미나(Al₂O₃), 이산화티타늄(TiO₂) 등과 같은 세라믹이 풍부한 부산물이어서 도료, 벽돌, 토양중화제, 플라스틱 충진제, 콘크리트 혼합제 등 산업분야에 다양하게 사용되고 있는 레드머드를 산업현장에 보다 효과적으로 적용하기 위해서는 레드머드를 안정화시킬 수 있는 방법이 그 어느 때보다도 절실하다 할 것이다.

따라서 본 발명은 베이어법에 의해 산출된 레드머드 슬러지에 인산과 증류수(또는 수돗물)를 혼합한 인산(acid) 희석액을 투입하여 레드머드를 안정화시킬 수 있도록 함으로써 산업현장에 다양하게 적용하여 사용할 수 있도록 하였다.

또한 본 발명은 레드머드 슬러지가 미분(微粉)상태로 산출됨에도 불구하고, 서로 뭉쳐 덩어리상태로 존재하기도 하므로 토양중화제나 벽돌 등과 같이 재분쇄가 필요없는 경우를 제외하고는 분말로 만들기 위한 분쇄를 해야하는데, 상기 레드머드 슬러지 분쇄를 위한 볼밀습식분쇄 공정 중에 인산 희석액을 직접 투입함으로써 공정을 단순화하면서도 동시에 레드머드를 안정화시킬 수 있는 것이다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명 레드머드의 안정화방법에 있어서, 베이어법에 의해 산출된 레드머드 슬러지에 인산과 증류수(또는 수돗물)를 혼합한 인산희석액(acid)를 투입하여 레드머드를 안정화시키는 단계로 이루어진다. 이때 레드머드 슬러지는 수분을 함유한 상태일 수도, 건조된 상태일 수도 있다. 다만 건조된 상태의 레드머드 분말에는 인산희석액과의 교반을 용이하게 하기 위하여 수분을 공급함으로써 함수율을 높일 수도 있다.

이처럼 레드머드에 인산 희석액을 투여하여 혼합 함으로써 레드머드가 안정화되고, 안정화된 레드머드를 이용하여 성형 및 가공공정을 거쳐 다양한 용도로 사용하게 된다. 이때 상기 인산희석액은 시중에 판매되는 농도 43%인산에 증류수를 1:1의 무게비로 혼합한 것을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한 본 발명은 레드머드 슬러지를 도료나 플라스틱 충진제와 같이 균일한 입자를 갖는 분말화하기 위해서는 덩어리 상태의 레드머드 슬러지를 분쇄해야 하고, 이때 상기 레드머드 슬러지를 건식분쇄하는 것은 먼지 날림현상이 발생하므로 반드시 습식분쇄를 해야한다.

따라서 레드머드 분말을 만들고 이를 안정화하기 위해서는 먼저 레드머드를 일정크기로 분쇄하여 건조하는 단계와, 상기 레드머드분말에 인산과 증류수를 혼합한 인산희석액을 투입하는 단계에 의해 레드머드가 안정화되어진다.

이때 제조공정의 단순화를 위해 분쇄하여 건조한 다음 레드머드를 안정화시키는 것보다 공장에서 산출된 레드머드 슬러지를 자체를 습식분쇄하는 공정 중에 직접 인산을 투입함으로써 레드머드를 안정화하게 하는 것이 더 바람직하다.

이때 레드머드 100g당 바람직한 인산 희석액의 소요량은 1~5ml이며, 1ml이하는 pH의 변화가 없고, 5ml이상이 되면 인산의 양이 과도하게 되어 생산비용이 높아지기 때문이다. 가장 바람직하기로는 레드머드 100g당 2.3ml이다.

상기 레드머드를 안정화함에 있어 기대되는 화학반응은 다음과 같다.

NaOH + H₃PO₄ + H₂O --> Na₃PO₄ .12H₂O (인산삼나트륨 결정)

상기와 같은 본 발명의 레드머드의 안정화방법을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다..

실시예 1

본 실험에서 사용된 시료는 보크사이트원료광물 중에서 베이어법에 의해 수산화알루미늄을 추출하고 남은 건조된 슬러지를 사용하였다.

상기 레드머드 분말 100중량%에 증류수(DI Water) 50중량%을 투입하여 150중 량%의 레드머드 슬러리(slurry)를 제조하였다. 상기 레드머드 슬러리에 농도 43%의 인산(H₃PO₄)용액을 증류수와 1:1로 희석한 다음 투입하고 전동 믹서를 이용하여 600rpm 이상으로 약 5분 동안 교반하였다.

다음 레드머드 슬러리의 pH를 반응시간별로 측정하였다. 다음 백화현상의 발생 유무를 확인하기 위해 110℃ 오븐에 레드머드 슬러리를 넣고 건조하였다.

그 결과 시간이 흐를 수록 pH가 낮아져 레드머드 슬러리의 pH가 안정화됨을 알 수 있었고, 오븐에서 건조된 레드머드 슬러리에서도 백화현상이 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.

도 2는 상기 레드머드 슬러리에 인산 희석액을 1~6ml을 적하하고 역시 반응시간에 따른 pH 변화를 표시한 것이다.

따라서 인산 희석액을 첨가하지 않았을 때와 1~6ml 첨가시를 비교한 결과 무첨가의 경우는 약 30분까지 약간의 pH 증가를 보일 뿐이고, 인산 희석용액을 적하한 경우 적하 직후 pH의 급격한 감소를 나타낸 후 점차적인 pH의 회복이 보인다. 또한 인산 희석액의 첨가량 증가에 따라 pH의 최저값 및 최종 pH값이 감소한다.

즉 시간의 경과에 따른 pH의 점차적인 회복은 응집된 입자들이 해교 되면서 서서히 반응이 진행되기 때문인 것으로 판단되어 지며, 일정량의 인산 희석액을 적하하여 1시간 반응시킨 후 pH를 측정한 결과는 도 3과 같다. 그 결과 레드머드는 pH 8.5 ~ 8.3 범위로 안정화되었다.

실시예 2

본 실험에서 사용된 시료는 보크사이트원료광물 중에서 베이어법에 의해 수산화알루미늄을 추출하고 남은 슬러지를 사용하였으며, 상기 레드머드 슬러지를 일정크기로 분쇄하기 위한 볼밀습식분쇄공정중에 인산을 직접 투입하였다.

상기 습식분쇄된 레드머드 슬러지를 110℃ 오븐(oven)에서 24시간 동안 건조하였다. 이처럼 상기 볼밀습식분쇄공정중 레드머드 슬러지에 직접 인산희석액(농도 43% 인산 : 증류수 = 1 : 1)을 투입함으로써 레드머드 슬러지를 분쇄하고 건조한 다음 레드머드 슬러리를 제조하는 공정을 생략하여 레드머드 안정화 단계를 줄일 수 있도록 하였다.

실시예 3

본 실험을 위해 볼밀습식분쇄공정 중 볼밀장치에 지름 약 76mm의 구석(또는 구형의 내마모석) 45 kg, 증류수 14kg을 채우고 레드머드 슬러지를 20kg, 43% 인산 230ml를 투입하였다. 이때 인산의 농도는 실시예 1의 경우보다 더 높여서 투입하여야 하는데, 이는 볼밀장치 내부의 내장석과 구석이 인산과 일정부분 반응하기 때문이다.

약 29 rpm으로 48시간 볼밀 분쇄한 후 레드머드 슬러리의 pH는 실시예 1의 수준과 비슷하였고 110℃ 오븐에서 건조한 후에도 레드머드 슬러리에 백화현상은 발생하지 않았다.

이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시예에 의해 설명하였으나, 본 발명은 설 명된 실시예의 방법에 의해서만 한정되는 것이 아니라 당업자에 의해 용이하게 변경 및 수정할 수 있는 균등물들도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

이처럼 본 발명은 레드머드에 인산희석액을 투입함으로써 레드머드를 안정화시켜 도료, 벽돌, 토양중화제, 플라스틱 충진제, 콘크리트 혼합제 등 산업분야에 다양하게 사용될 수 있도록 하고, 백화현상 및 크랙 발생을 줄여 건축현장 등에서 유용하게 사용할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 레드머드를 일정크기로 분쇄하여 건조하는 단계와, 상기 레드머드분말에 인산과 증류수를 혼합한 인산희석액을 투입하여 레드머드를 안정화시키는 단계로 이루어지는 레드머드의 안정화방법에 있어서,

   상기 레드머드 슬러지를 분쇄하기 위한 볼밀습식분쇄 공정 중에 인산과 증류수를 혼합한 인산희석액을 직접 투입하여 레드머드가 안정화되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 레드머드의 안정화방법.
3. 삭제

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