KR100936433B1 - 황산아연 및 염화칼륨으로부터 황산칼륨 및 염화아연의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 황산아연과 염화칼륨을 물에 용해하고, 이를 농축한 후, 여기에 저급 알코올을 가하여 복분해 반응시켜 고순도의 염화아연 및 황산칼륨을 경제적으로 제조할 수 있는 발명을 제공하는 것이다.

Description

황산아연 및 염화칼륨으로부터 황산칼륨 및 염화아연의 제조방법{PROCESS FOR PREPARING POTASSIUM SULFATE AND ZINC CHLORIDE FROM ZINC SULFATE AND POTASSIUM CHLORIDE}

본 발명은 황산아연으로부터 염화아연 및 황산칼륨을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 상세히는 황산아연과 염화칼륨을 당량비로 혼합하여 저급알코올에 가하고 교반하여 복분해 반응시켜 황산칼륨 및 염화아연을 제조하는 방법에 관한 것이다.

황산칼륨은 가리비료로서 연간 약 15만 톤 정도가 소요되고 있으며, 이러한 황산칼륨은 비료회사에서 염화칼륨에 농황산을 반응시켜 제조하고, 그의 부산물로서 염산을 얻는다.

또한, 염화아연은 도금, 배터리, 제지, 시안화아연, 산화아연 등 각종 용도로 사용되고 있으며, 종래, 이러한 염화아연은 통상 아연 스크랩에 염산을 직접 반응시켜 염화아연을 얻은 후, 정제하여 제조하고 있다.

종래의 방법으로 알려진 아연 스크랩과 염산을 원료로 하여 염화아연을 제조하는 것은 한정된 아연 스크랩으로 인하여 염화아연의 수요를 충족할 수 없고, 또 한 아연 스크랩의 가격 상승 및 염산의 비용으로 인하여 얻어지는 염화아연의 비용이 높아져 경쟁력이 없다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 다량 발생되는 전기로 더스트(EAF)[약 20∼35중량% 아연 함유]에 염산을 반응시켜 염화아연을 제조하였으나, 전기로 더스트 중에 함유된 철분과 함께 반응하여 염화제1철 및 염화제2철을 염화아연과 동시에 제조되기 때문에 이를 분리하는 것은 대단히 어렵고, 또한 그의 비용이 많이 들어 경제성이 없다.

그리하여 본 발명자는 전기로 더스트로부터 황산아연을 제조하는 방법을 연구하여 다수 출원한 바 있다(참조: 특허문헌 1∼6).

이러한 황산아연을 수용액 중에서 염산과 반응시켜도 더 이상 반응이 진행되지 않으며, 또한, 염산이 아닌 염화칼륨 등의 염화물과 수용액 중에서 복분해 반응을 시키는 것도 반응이 진행되지 않으므로 황산아연으로부터 염화아연을 제조하는 것은 용이하지 않으며, 또한 이들 화합물을 그대로 고체로 반응시키는 것은 전혀 반응이 일어나지 않아 산업적으로 유용한 발명이 될 수 없으므로, 현재까지 전기로 더스트를 농염산과 반응시켜 염화아연과 염화철, 염화철 및 미반응의 철 및 아연의 합금인 Fe₃Zn, Fe₆Zn₃ 등의 페라이트를 얻고, 이로부터 미반응물질인 페라이트, 염화제1철 및 염화제2철을 분리하는 방법을 선택하거나, 또는 전기로 더스트로부터 얻어진 황산아연을 탄산나트륨 등의 탄산염 화합물과 반응시켜 탄산아연을 얻고, 이 탄산아연을 그대로 묽은 염산에 반응시키거나, 또는 소성시켜 얻은 산화아연을 묽은 염산에 반응시켜 염화아연을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방법으로 염화아 연을 얻는 것은 지나치게 비경제적이어서 산업상 이용가능성이 없다.

특허문헌 1: 특허출원 제1998-12296호

특허문헌 2: 특허출원 제1998-15857호

특허문헌 3: 특허출원 제1998-39927호

특허문헌 4: 특허공개 제2001-98080호

특허문헌 5: 특허출원 제2006-0110962호

특허문헌 6: 특허출원 제2007-0017454호

본 발명자는 상기 문제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 전기로 더스트로부터 상기 방법 등에 따라 황산아연을 얻은 후, 이 황산아연 분말과 염화칼륨 분말을 저급알코올 중에서 복분해 반응시키면, 약 60∼70%의 반응이 진행됨을 확인하였다. 이러한 반응의 반응성을 향상시키기 위하여 상기 반응물질을 모두 5∼10㎛단위로 미분쇄하여 혼합하고, 이들을 저급 알코올에 넣고, 강력 교반 하에 일정 시간 반응시킨 후에 얻어지는 염화아연과 황산칼륨을 분석한 결과, 황산칼륨 중에 아연함량이 약 10∼20중량% 함유함을 확인하였다. 이는 황산아연과 염화칼륨이 분자 단위로 혼합되지 못하여 반응성이 저하된 것으로 판단되어 황산아연 분말 대신에 이를 물에 용해하여 얻은 황산아연 수용액에 염화칼륨을 가하여 이들 반응물질들이 모두 용해하게 한 후, 이 반응물질을 교반하면서, 가열 농축하여 농축물을 얻었다. 이 농축물에 저급알코올을 가하고, 교반함으로서 황산아연·염화칼륨 입자가 복분해 반응하여 염화아연 및 황산칼륨을 생성할 수 있고, 또한, 저급 알코올 중에서 염화아연은 용해되어 액상으로 존재하고, 황산칼륨은 백색으로 침강하므로, 이 혼합물을 여과하여 고형물인 황산칼륨과 알코올 용해물인 염화아연으로 분리하여 황산칼륨과 염화아연을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 황산아연 및 염화칼륨을 물에 용해하여 얻어진 혼합물을 가열 농축하여 페이스트상으로 얻고, 이 페이스트 상 혼합물에 저급알코올에 넣고, 복분해 반응시킴을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 페이스트 혼합물을 저급알코올 중에서 반응시켜 얻어진 혼합물을 여과하여 염화아연과 황산칼륨으로 분리함을 특징으로 한다.

또한, 저급 알코올이 메탄올 또는 에탄올임을 특징으로 한다.

본 발명은 황산아연과 염화칼륨을 물에 용해하고, 농축하여 얻어진 페이스트상 물질을 저급 알코올 중에서 복분해 반응시켜 고순도의 염화아연 및 황산칼륨을 경제적으로 제조할 수 있는 유용한 발명이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

우선, 종래의 방법에 따라 얻어진 황산아연을 반응기에 넣고, 여기에 소량을 물을 넣어 투명할 때까지 교반하여 액상으로 한 후, 여기에 염화칼륨을 넣어 다시 교반하여 용해시킨다. 이때, 황산아연 및 염화칼륨의 투입 순서는 상관이 없으며, 동시에 용해시켜도 좋다. 이 때 상기 황산아연과 염화칼륨의 양은 당량비로 가하는 것이 바람직하다. 이들 용액을 가열 농축하여 페이스트상으로 만든다. 가열 농축시의 반응기의 온도는 특히 한정하지 않으나, 너무 낮은 온도로 농축하는 것은 농축시간이 길어져서 오히려 경제적이지 못하고, 또한 지나치게 고온인 경우는 페이스트상으로 얻기 나쁘므로 바람직하지 않다. 일반적으로 약 110℃∼130℃ 정도에서 농축하는 것이 바람직하다. 또한 이 때, 교반하지 않아도 불가능한 것은 아니나, 교반하면서 농축하는 것이 바람직하다.

이렇게 얻어진 페이스트상의 황산아연·염화칼륨의 혼합물에 저급 알코올을 가하고 교반한다. 저급 알코올로서는 메탄올 또는 에탄올을 들 수 있으며, 이들 중, 메탄올이 경제적이다. 교반 속도는 특히 한정하는 것은 아니나, 약 1500∼2000rpm이 바람직하여, 교반시간은 약 1.5∼3.0시간 정도에서 반응이 완료된다. 반응의 종료점은 반응기 내의 반응물을 취하여 분석함으로서 확인할 수 있으나, 육안으로 백색 침강물이 더 이상 생성되지 않으면, 반응이 종료된 것을 알 수 있다. 이 혼합물을 통상의 여과기로 여과하여 액상의 염화아연과 고상의 황산칼륨을 얻는다. 액상의 염화아연 중의 저급 알코올을 증발, 건고시킴으로서 염화아연을 고상으로 얻고, 또한, 상기 침강물을 건조하여 황산칼륨을 얻는다. 이 황산칼륨을 그대로 사용할 수 있으나, 소량의 알코올로 세정하여 정제할 수 있다. 얻어진 황산칼륨은 진공 건조하여 분석하여, 황산칼륨 중의 아연 함량을 동정한다. 이렇게 얻어지는 황산칼륨 중의 아연 함유량은 약 0.1중량%이하이다. 이 황산칼륨은 아연이 함유되지 않고, 다른 중금속도 함유되지 않으므로 농업용 가리비료로 사용하기에 적합하다.

또한, 얻어진 염화아연은 그대로, 또는 당분야 통상 알려진 정제 방법으로 정제하여 목적하는 순도의 염화아연을 얻을 수 있다. 이 염화아연은 전술한 바와 같이, 도금, 배터리, 제지, 산화아연의 원료 등으로 널리 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다.

실시예 1

반응기에 물 500cc 및 황산연 분말 161.45g을 넣고, 교반하면서 염화칼륨 149.45g을 가하고 교반하여 투명한 액체를 얻었다. 이 액체가 페이스트상으로 될 때까지 120℃로 가열 농축하였다. 이 페이스트상의 물질을 25℃로 식히고, 여기에 메탄올 500cc를 가하고, 1700rpm으로 약 2시간 교반하였다. 얻어진 혼합물을 진공여과기로 여과하여 여액과 고상물로 분리하였다. 고형물을 메탄올 100cc로 세정하고, 진공 건조하였다. 얻어진 고형물을 칭량한 바, 약 170g이었고, 이를 분석한 결과, 황산칼륨이었으며, 황산칼륨 중의 아연 함량은 약 0.1%이었다.

또한, 상기에서 얻어진 여액을 농축하여 염화아연을 얻고, 이를 물 300cc 및 염산 5g을 넣은 비커에 넣고, 교반한 후, 가열 건조하여 무수 염화아연 135g을 백색분말로 얻었다.

Claims (3)

1. 황산아연 및 염화칼륨을 물에 용해하여 얻어진 용액을 가열 농축하여 페이스트상으로 하고, 얻어진 페이스트 상의 황산아연·염화칼륨의 혼합물에 저급알코올을 가하여 균일한 분산액으로 하고, 이를 교반하여 반응시킴을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 페이스트 상의 혼합물을 저급알코올 중에서 교반하여 반응시켜 얻어진 혼합물을 여과하여 염화아연과 황산칼륨으로 분리함을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 저급 알코올이 메탄올 또는 에탄올임을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.