KR101043642B1 - 미립상의 산화아연의 연속 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미립상의 산화아연의 연속 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다. 이 발명에 의해 산화아연 제조공정의 생산성이 높일 수 있으며, 에너지 투입대비 생산성이 높아 에너지 절약을 해결함과 동시에, 원료투입 및 공정관리의 편리성을 제공하고, 최종 제품인 산화아연의 1차 입형(primary particular shape)의 균일성 유지와 2차(secondary) 입형의 균일성을 향상시킬 수 있도록 할 목적으로, 금속 아연을 용융, 기화하여 산소 또는 공기와 접촉시켜 산화아연을 형성하고, 이를 정착탱크, 사이클론 탱크, 집진기를 거쳐 산화아연을 제조하는 방법에 있어서, 원료 아연을 용융로에 연속적으로 투입하기 위하여 용융물 레벨 측정기를 이용하여 증발로에 존재하는 용융 아연의 잔존 양을 측정하고, 이 측정된 값을 제어부로 보내고, 제어부에서는 증발로 중의 용융 아연이 기화하여 감소되는 양만큼 계속하여 용융로에서 용융 아연이 증발로로 넘쳐흘러 자연낙하 방식으로 들어가게 하게끔, 투입기에 명령을 전달하여 원료인 아연 인곳이 투입기를 통해 용융로로 연속하여 자동으로 투입되도록 하고, 증발로의 집진기에 연결된 배기팬의 작동에 의해 배출구를 통해 배출되는 기상 아연을 배출관에 연결된 공기 유입구로부터 유입되는 공기와 산화반응을 일으켜 산화아연을 생성하고, 이 산화아연은 정착탱크, 사이클론 탱크, 집진기를 통해 포집하는 단계로 이루어진 미립상의 산화아연의 연속 제조방법과 그 장치가 개시된다.

Description

미립상의 산화아연의 연속 제조방법 및 그 장치{CONTINUOUS PROCESS FOR PREPARING FINE PARTICULATE ZINC OXIDE, AND THE APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 산화아연의 연속 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더 상세히는, 금속 아연을 용융하여 용융된 아연을 증발(기화)시켜 얻어진 기상 아연을 산소/공기와 산화 반응시켜 산화아연을 얻고, 이를 냉각하여 산화아연을 제조하는 방법에 있어서,

원료(아연)는 제어기로부터 명령을 받은 원료(아연) 투입기를 통하여 용융로로 자동으로 이송되어지고, 용융로에서 용융된 아연은 원료(아연)의 투입에 따라 용융로 배출구를 넘쳐흘러 증발로로 투입되고, 증발로에서 용융된 아연이 증발되어, 정착탱크로 이송되는 도중의 이송라인의 일부에서 형성된 공기/산소 주입구를 로부터 유입된 공기/산소와 기상의 아연과 반응하여 산화아연을 형성하고 정착 탱크 및 사이클링 탱크를 거쳐 완제품인 산화아연을 제조하는 방법으로, 증발로에서 용융 아연이 증발되어 배출되고 남아있는 용융아연의 양을 용융물레벨측정기로 연속적으로 측정 인식하고 제어기에서 판단하여 원료를 연속적으로 투입하도록 명령하여, 산화아연을 연속적으로 제조하는 장치와 방법에 관한 것이다.

산화아연(ZnO)은 가황촉진제, 도료, 인쇄 잉크, 유약, 촉매, 썬 크림 등의 화장료, 의약품 제조용 촉매, 안료, 전지, 반도체 재료 등 광범위하게 사용되고 있다.

종래 미세 산화아연의 제조방법으로서는 습식법과 건식법으로 대별되고, 대량 생산을 위해서는 건식법이 채용되고 있으며, 이러한 건식법으로서는 간접법인 프랑스법과 직접법인 아메리카 법이 알려져 있다. 직접법인 아메리카 법은 아연광에 코크스, 석탄 등의 환원제를 첨가하고 고온에서 가열 환원하여 증기화 하고 공기 중에서 산화반응으로 산화아연을 얻는 방법으로 불순물을 많이 포함하고 있는 단점이 있다. 반면 프랑스 법은 순수아연을 1100-1300 ℃까지 가열하여 아연을 기화시키고, 기화된 아연과 산소 또는 공기와 반응시켜 산화아연을 얻는 방법으로, 높은 품질의 제품을 생산할 수 있다.

또한, 프랑스 법에 의한 산화아연의 제조는 원료의 용융과 용융된 원료의 증발과 증발된 아연의 산소와의 반응과 핵생성 및 산화반응 후 냉각되고 포집되는 절차로 이루어져있다.

프랑스 법은 산화아연의 대량생산에 적합한 공정이지만 증발, 반응형태가 배치 또는 반연속식 형태이며, 공기가 증발로에 유입되어 표면에서의 산화반응으로 인한 산화피막의 형성과 증발면적 감소로 인한 기상아연의 배출량 저하와 산화아연 생산량 저하가 일어나게 된다. 그리고 이러한 증발기에 투입된 낮은 온도의 용융원료를 증발온도까지 빠르게 승온시키기 위해 오일 또는 가스를 원료로 하는 버너를 사용하여 과도하게 열량을 공급시켜야 하며, 결과적으로 공급열 대비 생산효율이 낮다. 또한 배치 또는 반연속식 단위로 낮은 온도의 용융원료가 투입되고 승온되어 증발이 시작되는 온도와 반응이 활발히 일어나는 온도 사이의 온도범위에서의 반응에 의한 비균질 1차 입자가 생성되며, 빠르고 과도한 승온에 따른 용융물 방울의 튐으로 인한 침상형 산화아연과 같은 다른 형태의 1차 입자 생성과 같은 문제가 존재한다. 이러한 다른 형태의 1차 입자는 제품의 응용분야 사용 시 공정에서의 흐름성 저하, 반응속도 불균일에 따른 최종제품의 품질저하를 야기 시킨다.

또한 배치, 반연속식 반응의 운영인 용융원료의 투입 및 관리와 같은 작업성이 나쁘다.

이러한 프랑스법의 문제를 개선한 방법으로 아연증기와 공기의 산화반응시 발생되는 반응열로 용융아연을 기화시켜 지속적으로 산화 반응시키는 방법(특허문헌 1), 표면에 산화피막을 가진 아연분말을 산소 함유 분위기에서 가열 처리하여 산화아연을 제조하는 방법(특허문헌 2, 특허문헌 3), 불활성가스를 이용하여 기상아연을 생성시키고, 산화반응 영역으로 이동시켜 산소함유 가스와 산화 반응시킨 후 이를 특수 불활성가스로 냉각시켜 산화아연을 얻고 방법(특허문헌 4) 등이 제안되어 있다.

또한 습식법으로는 황산아연이나 염화아연을 탄산나트륨과 같은 탄산염과 반응시켜 탄산아연을 얻고, 이를 배소시켜 산화아연을 얻는 방법(특허문헌 5) 등이 알려져 있으나, 이 방법은 순도나 비표면적이 크다는 장점은 있으나, 처리 비용이 높고, 반응 공정이 번잡하여 산업상 크게 이용되지 않고 있다.

특허문헌 1: 공개특허 제2003-67630호

특허문헌 2: 특허공보 1993-7857호

특허문헌 3: 특허 136901호

특허문헌 4: 일본공개특허 2007-161580호

특허문헌 5: 일본특허공개 2002-284527호

전술한 종래의 기술에 있어서 배치 또는 반연속식 반응형태에서의 낮은 작업성 효율과 높은 유지비용이 요구되는 오일 또는 가스타입의 버너타입으로 인한 낮은 에너지 효율을 향상시키기 위해 배치 형태 증발설비를 여러 대를 설치하고 산화반응과 포집시키고 있으며, 버너타입의 사용에 따른 과도한 열공급과 손실을 줄이기 위해 증발로에 사용하고 남은 폐열을 회수하기 위한 열교환기 장치의 도입과 높은 유지비용이 요구되는 오일 또는 가스타입의 버너를 대체하여 높은 승온속도를 구현하는 고주파 전기로와 같은 고가의 장치를 설치와 같은 노력을 하고 있지만, 배치 또는 반연속식의 반응형태로부터 야기되는 문제에 대한 근본적인 해결이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

또한 배치식 및 반연속식에 유입되는 공기로 인해 표면의 산화 피막으로 인한 낮은 생산성의 향상을 위해 증발기를 밀봉하고 아연 증발에 캐리어 가스인 불활성 가스를 공급하여 증발의 촉진과 산화피막 생성 억제를 통한 생성량을 증대시키려 노력하지만, 오히려 불활성 가스의 투입으로 제조에 원가비중이 높아져 산화아연 가격 또한 증가하게 된다.

균일한 형태를 위해 불활성가스의 사용과 산화반응에의 산소투입과 같은 장치를 설치하고 산화반응을 진행하지만 추가 장치와 가스 공급 공정의 제어 복잡성으로 인한 생산관리의 어려움과 그 효율성이 높지 않으며, 대량생산에 적합하지 않다.

결과적으로 이러한 기술들은 배치 또는 반연속 산화아연 제조로 인한 생산량 대비 낮은 에너지 효율과 제조공정의 생산성 및 품질의 균일성을 향상시키기에는 부족한 실정이다.

이에 따라 본 발명의 목적은, 전술한 종래 기술의 문제점인 배치 또는 반연속식 공정구성으로 인한 낮은 용융물 온도의 증발온도까지의 재가열을 위한 추가 에너지 공급이 없고, 그로 인한 낮은 생산성 효율을 높일 수 있는 공정의 개발과 캐리어, 연소, 냉각 가스와 같은 추가 생산요소가 필요 없으면서 휘스커와 같이 부산물이 없이 균일한 산화아연을 연속적으로 생산하는 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

발명자들은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 우선, 도 4 또는 도 5에 나타난 바와 같이, 증발로의 외부를 내화물로 내화벽을 쌓고, 이 내화벽의 외부를 보온재로 형성하며, 이 내화벽에 전기 히터을 설치하고, 증발로의 전방에 원료 주입구를 형성하고, 후방에 기화된 아연을 배출하는 배출구를 형성하는 폐쇄 증발로를 설치함으로서 증발로의 온도를 일정하게 유지하는 제1수단;

원료 아연을 용융로에 연속적으로 투입하기 위하여 증발로에 존재하는 용융 아연의 양을 계속하여 측정하는 장치를 설치하여 증발로 중의 용융 아연의 레벨을 측정하고, 이 측정된 값을 제어부로 보내고, 제어부에서는 증발로 중의 용융 아연이 기화하여 감소되는 양만큼 계속하여 용융로에서 용융 아연이 증발로로 들어가게 하고, 또한 용융로 중의 용융 아연이 감소되는 만큼 원료인 아연 인곳이 원료 투입 구를 통해 용융로로 투입되도록 하는 제어부를 설치함으로서 원료투입부에서는 원료인 아연 인곳이 자동으로 용융로로 투입되고, 용융로에서는 용융된 아연을 증발로의 용융 아연이 기화하여 부족되는 양만큼 자동으로 이송되도록 하는 제2수단; 및

증발로에 직접 산소나 공기를 주입하여 산화 반응시키는 것은 전술한 바와 같이, 산화아연이 용융아연의 표면을 덮어 산소의 접촉성 불량, 산화아연의 도가니 내부벽면에 부착과 반응으로 인한 증발로의 짧은 수명 및 잦은 수리 등의 문제를 해결하기 위하여 증발로 투입구로부터 공기가 들어가지 못하도록 용융물을 채우고 증발로 기화된 아연이 증발로에서 배출되어 이동되는 관로의 소정 부위에 공기/산소 주입부를 설치하여 증발로와 정착탱크 중간의 관로에서 기상아연과 공기/산소와 반응하여 산화아연을 형성하고, 형성된 산화아연은 집진기 위에 설치된 배기팬의 흡기력에 의해 정착탱크로 이송되게 함으로서 증발로 내부에서는 공기와 산화반응으로 인한 용융물 표면에 산화피막 형성과 발열을 억제하고, 내부 온도와 증발량을 일정하게 유지함으로써 균일한 입차 형태의 산화 아연을 연속적으로 얻을 수 있게 하는 제3수단;에 의해 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 방법 및 그 장치에 의하면, 증발기는 용융물의 채워진 후 증발이 시작되어짐으로 원료 투입구 측으로부터 공기 유입이 없으며, 아연의 증기압에 의해 배출구로부터의 공기 유입도 없으므로 증발기 내부 용융물의 표면에의 산화피막 형성을 억제 시킬 수 있으며, 이로 인한 생산성 저하를 억제 시킬 수 있다. 또한 공기유입과 집진흡입압력의 차로 인한 공기흐름 생성과 찬 공기 유입으로 인한 용융물의 냉각을 억제 시킬 수 있다.

아연의 증발이 진행되어짐에 따라 용융물의 높이는 점차 낮아지게 된다. 이때 용융물 투입구 측에 설치되어 있는 용융물 레벨(level) 측정기는 연속적으로 이 수위를 측정하고 이를 연산기에 신호를 보내며, 연산기는 세팅(setting) 높이보다 낮아지는 시점을 판단하여 원료 투입기 측에 투입신호를 보내어 투입을 지시한다.

이러한 레벨 측정과 연산(판단) 및 투입명령의 연속적인 작업으로 용융물은 일정량이 용융물 이송로를 통해 자연 낙하되어 연속적으로 증발기로 흘러서 투입되어 짐에 따라 증발로 인해 부족해진 정량만큼 용융물이 투입되어짐에 따라 히터는 증발을 위해 필요한 열량과 추가로 소량의 연속 유입되는 양 및 열손실만큼의 온도 보상을 해줌에 따라 과열이 필요 없고, 과열 승온으로 인한 용융물의 끓음과 휘스커와 같은 부산물의 생성방지 및 안정화 온도까지의 온도편차 발생을 억제시켜 결과적으로는 증발로의 온도를 일정히 유지시킬 수 있다.

이러한 균일품질과 생산성을 저해 시키는 요소들의 제거가 됨에 따라 증발과 반응의 조건이 일정해지게 되고 결과적으로 침상형 산화아연과 같은 부산물의 생성이 억제되고, 1차 입자의 크기가 균일해지며, 에너지 대비 생산성과 에너지 효율이 향상되어 진다.

기화된 아연은 증발기 배출구를 통해 배출되며, 이 배출구를 통해 산화반응 영역으로 유입된 공기와 접촉하여 산화반응이 진행되어 산화아연이 형성되고 생성된 산화아연은 정착탱크와 사이클론을 거쳐 포집된다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 산화아연의 제조를 위한 장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 산화아연 제조의 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1중 아연을 용융하고, 이를 기화(증발)시키고, 얻어진 기상 아연에 공기나 산소(이하, 단순히 “산소”라 약칭한다)를 반응시켜 산화아연을 얻고 이를 냉각시킨 후, 포집하는 것은 종래부터 알려진 방법이다.

이러한 종래 방법 및 그 장치를 이용하는 것은 전술한 바와 같이, 침상형 산화아연과 같은 입형이 다른 부산물이 생성되며 1차 입자 크기와 형태가 균일하지 않고 에너지 효율 대비 생산을 향상 시킬 수 있도록, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 원료 투입부(20)와 용융로(110) 및 증발로(120)를 연속적으로 진행시킬 수 있도록 증발로의 도가니(121) 중의 용융 아연의 레벨을 측정하는 용융물 레벨 측정기(12)를 부착하여 증발량을 측정하고, 이를 제어부(11)에 송신하여 원료투입부(20)로부터 원료 투입을 제어/투입하는 해당 소프트를 부착한다. 도 4 및 도 5에 대해서는 다음에 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 산화아연 연속 제조장치의 대략적 전체 구성도이다.

즉, 본 발명은 도 2, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 원료인 아연 금속인 인곳을 용융로(110)에 주입된 후, 700～800℃로 용융된 아연 금속을 950～1200℃의 증발로(120)로 이송된 후, 용융 아연은 기화되고, 기화된 아연은 기화되는 증기압력과 집진기 상방에 설치된 배기팬의 흡인에 의해 정착 탱크로 이송하게 되며, 이 때, 반응기와 정착 탱크 사이에 형성된 공기 주입구로부터 공기가 주입되어, 정착 탱크로 이송 도중 기화된 아연과 산화 반응을 일으켜 산화아연을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 산화아연은 정착 탱크로 이송하게 되고, 정착 탱크(140)에서 정착되어 일부는 하방의 배출구를 통해 이송 컨베이어(180)로 떨어지고, 일부는 사이클론 탱크(150)로 이송되며, 다시 사이클론 탱크(150)에서 일부는 이송 컨베이어(180)로 떨어지고, 일부는 사이클론 탱크(150)를 넘어 집진기(160)를 통해 하방의 이송 컨베이어(180)로 보내어진다. 여기서는 도 2의 개략적 전체 구성에 대해서만 설명하고, 원료투입부(20), 용융로(110), 증발로(120), 이들의 연결부위 등에 대해서는 후술한다.

도 3은 본 발명에 따른 산화아연 제조장치에 있어 원료투입부에서 정착탱크(141) 이전까지의 세부 구조를 보인 단면 구조도이다. 또한 도 4는 다른 실시예를 나타내는 단면 구조도이다.

도 3을 참조하는 바와 같이, 본 발명에 있어서 원료 투입부(20), 용융로(110), 증발로(120), 용융물 레벨 측정기(12), 제어부(11), 용융로 배출구(113), 증발로 배출구(127), 증발로 배출구(127)에 연결된 배기관(P)으로 이루어져 있으며, 이들의 구성, 작용에 대하여 상세히 설명한다.

원료인 아연 인곳(21)의 용융로에의 투입은 제어부(11)에 의해 원료 투입부(20)로부터 용융로(110)에 투입된다. 이 때, 원료 투입부(20)는 리프트 등의 공지의 수단에 의해 수행된다. 용융로(110)는 그 상부에 아연 인곳의 투입 시 튐 방지를 위한, 용융물 덮개(111)가 설치되어 있으며, 용융물 덥게 측면에 자동투입기 에 의해 투입되는 아연 인곳이 통과할 수 있을 만한 크기의 구명이 있으며, 이 구멍을 통해 아연 인곳은 용융솥(112)으로 투입된다.

용융로(110)는 전기 히터를 배치하여 용융로의 용융솥(112)의 온도를 600～800℃로 유지한다. 아연의 융점은 419.5℃이나, 이 융점에서는 아연이 충분히 용융되지 못하고, 또한, 이 정도의 온도는 용융로에 연결되는 증발로(120) 중의 도가니(121)의 온도와 차이 커서 증발로의 온도를 저하시키므로, 전술한 온도를 유지하여 용융시키는 것이 바람직하다.

용융로(110) 중의 용융 아연은 용융물 레벨 측정기(12)의 명령에 따라 원료투입기로부터 아연 인곳이 용융솥으로 공급되고, 용융물의 부피가 증가함에 따라 용융솥 배출구(113)를 통해 넘침과 자연낙하로 배출라인(113)을 통해 증발로(120)로 이송된다. 이 배출구(113)의 길이는 너무 길지 않게 설정하고, 또한 히터(114)를 부착하여 배출되는 동안 온도 손실이 없도록 하는 것이 바람직하다. 이 히터(114)의 온도는 용융로(110)의 온도 이상, 특히 바람직하기로는 용융로의 온도보다 50?100℃ 높게 유지하는 것이다.

이렇게 하여 용융 아연은 증발로(120)의 도가니(121)로 이송된다.

이 증발로(120)는, 일측에 용융된 아연이 유입되는 유입구(125)가 구비되고 타측에 배출구(127)가 구비된 도가니(121)를 포함하고, 상기 증발로(120)의 외벽은 하우징(122)으로 이루어지고, 이 하우징(112)은 증발로(120)로부터 분리 가능하고, 상기 하우징(122) 내에는 세라믹 등과 같이 내열성 섬유로 이루어진 내화물(123)이 충진되고, 내화물(123)의 외측에는 보온재(124)가 설치된다. 또한 상기 도가 니(121)의 주변의 내화물(123) 내에는 전기 저항에 의해 발열하는 코일 형태의 전기히터(126)가 장착된다.

본 발명에 의한 상기 구조의 증발로(120)는 분해 가능한 구조여서 종전의 도가니 구조보다 유지 및 보수비용이 저렴하다. 즉, 종전의 버너를 이용한 반응로는 내화물을 비롯하여 복잡한 구조의 연로를 모두 해체해야만 도가니를 분리할 수 있고, 수리 혹은 새로운 반응로를 설치하고자 하는 경우에는 다시 내화물과 연로를 시공해야만 하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 의한 증발로(120)는, 상기 내화물(123)이 세라믹 등의 섬유로 충진되어 있으므로, 증발로(120)의 보수 혹은 교체가 필요한 경우, 유입구(125)를 개방하여 도가니(121)를 하우징(122)에서 분리하기만 하면 되고, 기타 하우징(122)이나 내화물(123) 및 전기히터(126) 등의 일부 또는 전부를 분해할 필요가 없다.

이러한 구조의 증발로(120)는, 도가니(121)에 유입된 아연 용융물이 전기히터(126)에 의해 약 950~1300℃로 가열되어 기화되고, 기화된 아연은 도 2를 참조하는 바와 같이 집진기(160) 상방에 설치된 배기팬(170)의 흡인에 의해 정착 탱크(140)로 배출구(127)를 통해 이송된다. 상기 배출구(127)는 상방으로 약 10～60°, 바람직하기로는 약 20～40°로 상방으로 경사지게 형성하여 기화 아연이 배기관(P)으로 이송되기 용이하게 한다. 이 배기구(127)에 연결된 배기관(P)의 소정부위, 특히 한정하지 않으나, 배기구로부터 약 30～80㎝ 떨어진 위치에 공기 주입구(128)가 연결되어 있다. 공기 주입을 위해 송풍기를 특별히 설치할 필요는 없다. 즉, 집진기(160) 상방에 설치된 배기팬(170)의 흡인에 의해 공기가 충분히 흡인될 수 있으며, 이렇게 흡인된 공기와 증발로(120)의 도가니(121)의 배출구(127)로부터 배기관(P)으로 이송된 기상 아연이 순간적으로 반응하여 산화아연을 형성한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 3과의 차이점은 증발로(120)의 배출구(127)에 챔버(130)를 설치하고, 이 챔버의 공기 주입구(131)로부터 공기가 흡인되어 배출구(127)로부터 배출된 기상 아연과 챔버(130) 내에서 산화 반응하여 산화아연을 형성하고, 생성된 산화아연은 챔버의 배출구(132)를 통해 정착탱크(140)로 이송하게 된다. 이러한 챔버(130)는 기상 아연과 공기가 반응에 의해 산화아연을 생성할 때, 발열 반응으로 인해 온도가 약 1500℃로 급상승하게 되므로, 이러한 고온으로 인한 문제점을 완화하여 주는 이점이 있어 바람직하다.

상기와 같이 하여 형성된 극미소 분말상의 산화아연은 도 2와 같이 정착 탱크(140)로 이송된다. 이 정착탱크(140)에서 산화아연은 안정화되고, 안정화된 산화아연은 정착 탱크(140)의 하방에 설치된 밸브(141)를 통해 하부에 설치된 이송 스크류(180)를 거쳐 포집장치(미도시)로 이송되고, 한편, 정착탱크(140) 중 극미소 분말상으로 존재하는 산화아연은 배기팬(170)의 작동에 의해 사이클론탱크(150)로 이송되고, 이 사이클론탱크(150)에서 와류에 의하여 일정 사이즈로 애그리게이션을 일으키게 되어 일부는 사이클론탱크(150) 하부에 설치된 밸브(151)를 통해 하부의 이송 스크류(180)를 거쳐 포집장치로 이송된다. 이 사이클론탱크에서 여전히 극미소 분말상으로 존재하는 산화아연은 다시 집진기(160)로 이송되어 필터(161)를 거쳐 하부의 이송 스크류(180)를 거쳐 포집장치로 이송된다.

도 5a는 본 발명에 따라 증발로에서 연속증발과 원료의 연속투입으로 얻어진 산화아연의 입형을 보인 전자현미경 사진이고, 도 5b 내지 도 5c는 본 발명 장치를 이용하되, 반연속 방식으로 원료를 투입하여 얻어진 산화아연의 입형을 보인 전자현미경 사진이고, 도 5d는 종래 기술인 배치 방식에 의해 얻어진 산화아연의 입형을 보인 전자현미경 사진이다.

도 6은 본 발명에 따라 증발로 도가니의 온도별로 얻어진 산화아연과 종래 기술에 의해 얻어진 산화아연의 X레이 회절분석의 스펙트럼을 나타낸 것이다.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

도 4에 도시된 본 발명의 장치에서, 제어부를 작동시켜 원료투입부로부터 해 순도 99.99%의 아연 인곳을 전기 저항 히터에 의해 750±5℃로 유지되는 용량 500리터의 용융솥(112)에 계속 투입하고, 용융된 아연을 전기 저항 히터에 의해 1250℃로 유지되는 용량 500리터의 증발로의 도가니(121)에 주입하였다. 도가니 중의 용융 아연이 기상 아연으로 증발하여 집진기(160)에 연결된 배기팬(170)에 의해, 증발로 배출구(127)를 통해 배기관(P)으로 배출되고 배기관에 설치된 공기 주입관으로부터 들어오는 공기와 반응하여 형성된 극미소 분말상 산화아연을 정착탱크(140), 정착탱크(140)로부터 사이클론(150), 집진기(160)로 흡입 부압을 유지시키며 진행하였다. 극미소 분말상 산화아연이 성숙 산화아연으로 된 것을 정착탱크(140), 사이클론(150), 집진기(160)의 하방의 로터리 밸브(141), (151), (162)를 통해 24시간 이송 스크류(180)로 배출시켜 산화아연을 포집하였다.

한편, 용융로의 도가니(121)의 용융 아연의 레벨을 용융물 레벨 측정기(12)로 계속 측정하면서, 용융 아연이 증발되어 배출구(127)를 통해 빠져 나가는 양만큼을 제어부(11)에 송신하고, 제어부(11)에서는 원료투입부(20)에 명령하여 아연 인곳이 용융로(110)로 투입되게 하고, 용융 아연이 증발로의 도가니(121)로 계속 주입되도록 하여 산화아연을 연속적으로 제조하였다. 이 때, 용융로(110) 중의 융융 아연이 배출로(113)에서 온도가 강하하는 것을 방지하기 위하여 히터(114)의 온도를 750±5℃로 유지하였다.

이 반응을 동일한 조건으로 7일 동안 연속하여 쉬지 않고 운전하였다.

비교예의 산화아연의 제조방법에 따른 생산성, 부산물의 생성유무, 평균입경을 비교하기 위해, 운전 중 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 1차 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.

투입되는 아연 인곳의 양: 3.6 ton/일

얻어진 산화아연의 양: 4.5 ton/일

전자 현미경 사진: 도 5a

X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6

비교예 1

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여, 용융물 수위의 측정과 판단을 통한 자 동원료 투입 없이 1시간 간격으로 증발로 투입구에 용융물이 줄어든 만큼 원료인 아연 인곳을 수동으로 투입하고 용융솥의 용융물이 넘쳐흘러 자연 낙하방식으로 증발로로 투입되게 하는 이외는 동일하게 운전하였다.

운전 중 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 1차 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.

투입되는 아연 인곳의 양: 3.2 ton/일

얻어진 산화아연의 양: 4 ton/일

전자 현미경 사진: 도 5b

X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6

비교예 2

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여, 증발로 투입구 측으로 공기가 유입될 수 있도록 용융물을 완전히 충진하지 않았으며, 용융물 수위의 측정과 판단을 통한 자동원료 투입 없이, 1시간 간격으로 투입구로부터 보이는 증발로 내부 바닥에 용융물이 줄어든 만큼 원료인 아연 인곳을 수동으로 투입하고 용융솥의 용융물이 넘쳐흘러 자연 낙하방식으로 증발로로 투입되게 하는 이외는 동일하게 운전하였다.

운전 중 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 1차 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.

투입되는 아연 인곳의 양: 2.1 ton/일

얻어진 산화아연의 양: 2.6 ton/일

전자 현미경 사진: 도 5c

X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6

비교예 3

순도 99.99%의 아연 잉곳 1.6 ton을 용탕에 넣고, 용탕 온도를 약 750℃로 가열하여 용융시키고, 이 용융된 아연을 증발기에 넣고, 전기 히터를 이용하여 1250℃에 도달하면, 증발하기 시작하면서, 반응기 내부의 공기와 접촉하여 증발과 산화반응을 시켰으며, 증발되는 아연과 공기와 접촉하여 반응된 산화아연은 배출구를 통하여 이동하고 정착탱크와 사이클론을 거처 집진기에 포집시켜 제조하였다.

용융물의 투입은 증발로에서 용융의 양이 증발로 높이(부피)의 50%로부터 40% 이하로 내려가는 시점에 아연 인곳을 용융로에 투입하여 용융물이 흘러넘터 자연낙하 방식으로 증발로에 흘러 들어가도록 하여 운전하였다.

다시 전술한 방법을 그대로 진행하여 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 primary 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.

투입되는 아연 인곳의 양: 0.48 ton/day

얻어진 산화아연의 양: 0.6 ton/day

전자 현미경 사진: 도 5d

X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6

상기 실시예 및 비교예를 정리하여 하기 표 1에 나타낸다.

[표 1]

	증발로 상태	원료(아연)의 투입 속도	산화아연 생산량 (ton/ 7day)	산화아연 평균 생산량 (ton/day)	원료(아연)의 일평균 투입량 (ton/day)	원료(아연)의 단위 투입량	침상형 산화 아연 생성 유/무	2차입도크기(um) (평균/ Top)	가동일	로 상태
실시예1	증발	연속 제어 투입	31.5	4.5	3.8	20kg/7.5분	무	0.9/6	7일	양호
비교예1	증발	반연속 투입	26.6	3.8	3.2	134kg/hr	유	1.2/12	7일	양호
비교예2	발열 산화, 증발	반연속 투입	17.5	2.5	2.1	87kg/hr	유	1.5/16	7일	손상
비교예3	발열 산화,증발	배치 투입	4.2	0.6	0.48	20kg/1hr	유	2.4/20	7일	손상

* 용융로 온도: 750 ℃

* 증발로 온도: 1250 ℃

* 비교예 2의 생산 운전일: 7일

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2 및 3에서 사용한 증발로 및 반응기를 해체하여 내부를 확인한 결과, 본 발명의 장치는 거의 손상이 없으며, 추후 1년 내지 2년 정도 사용하는데 아무런 지장이 없음을 확인하였으며, 비교예 2, 3의 반응기는 벽면이 산화아연 찌꺼기, 기타 무기산화물로 덮여 있어 용융물의 투입조차 어려운 상태이었으며, 사용하는 것이 곤란하였다.

도 1은 본 발명에 따라 산화아연을 제조하기 위한 블록 다이어그램을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 산화아연 제조장치의 전체 구성도를 개략적으로 나타낸다.

도 3은 본 발명의 용융로와 증발로의 일 실시예의 상세한 구조를 보인 확대 단면도이다.

도 4는 도 3의 증발로에서 기상 아연이 배출되는 배출구에 챔버를 부착한 실시예의 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따라 얻어진 산화아연의 전자현미경 사진(도 5a), 비교예에서 얻어진 산화아연의 전자현미경 사진(도 5b 및 5c), 종래 방법의 배치방법에 의해 전자현미경 사진(도 5d)을 나타낸다.

도 6은 본발명에 따라 얻어진 산화아연, 비교예 1, 2, 3에 의해서 얻어진 산화아연의 X레이 회절분석(XRD) 스펙트럼을 나타낸다.

Claims (7)

1. 금속 아연을 용융, 기화하여 산소 또는 공기와 접촉시켜 산화아연을 형성하고, 이를 정착탱크, 사이클론 탱크, 집진기를 거쳐 산화아연을 제조하는 방법에 있어서,

   원료 아연을 용융로에 연속적으로 투입하기 위하여 용융물 레벨 측정기를 이용하여 증발로에 존재하는 용융 아연의 잔존 양을 측정하고,

   이 측정된 값을 제어부로 보내고, 제어부에서는 증발로 중의 용융 아연이 기화하여 감소되는 양만큼 계속하여 용융로에서 용융 아연이 증발로로 들어가게 하고, 또한 용융로 중의 용융 아연이 감소되는 만큼 원료인 아연 인곳이 원료 투입구를 통해 용융로로 연속하여 투입되도록 하고, 투입된 용융물은 전기 히터 방식으로 연속적으로 가열하고 아연이 기상화되어 증발로 배출구로 기상아연을 배출시키고 증발로의 집진기에 연결된 배기팬의 작동에 의해 배출구를 통해 배출되는 기상 아연을 배출관에 연결된 공기 주입구로부터 주입되는 공기와 산화반응을 일으켜 산화아연을 생성하는 것을 특징으로 하는 미립상의 산화아연의 연속 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   증발로 유입구에서 용융물의 잔존 양을 측정함을 특징으로 하는 미립상의 산화아연의 연속 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   용융물 레벨 측정기로부터 신호를 받아 투입시점을 결정하고, 원료 투입기에 명령을 하여 인곳의 연속투입을 수행함을 특징으로 하는 미립상의 산화아연의 연속 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 산화반응에 의하여 얻어진 산화아연은 정착탱크, 사이클론 탱크, 집진기를 통해 포집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미립상의 산화아연의 연속 제조방법.
5. 금속 아연을 용융하는 용융로(110);

   상기 용융물을 가열하여 기화시키기 위해, 용융물을 주입하는 유입구(125)와 기화물을 배출하는 배출구(127)를 가지는 도가니(121)를 포함하고, 상기 도가니의 외벽으로서 분리 가능한 하우징(122)으로 구성되고, 상기 하우징(122) 내에 내화물(123)이 충진되며 내화물(123)의 외측에 보온재(124)가 설치되고 상기 도가니(121)의 주변의 내화물(123) 내에 전기 저항 히터(126)가 장착된 증발로(120);

   상기 증발로의 도가니(121)에서 배출된 기상 아연을 산화시키기 위해 배기관(P)에 위치하여 공기를 주입하는 공기주입관(127);

   상기 극미소 분말 산화아연을 수집하는 수집장치; 및

   증발로, 공기주입기 및 수집장치에 부압을 걸어주는 배기팬(170)으로 이루어진 미립상의 산화아연의 연속 제조장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 수집장치는, 산화아연을 수집하는 정착탱크(131)와,

   상기 정착탱크에서 배출된 아연 기화물을 와류시키는 사이클론탱크(132)와,

   일측에 상기 아연 가스를 흡입하는 배기팬(170)이 장착된 집진기(133) 및

   정착탱크(131), 사이클론탱크(132), 집진기(133)의 각 하단에 설치되어 각 탱크에서 수집된 산화아연을 이송하는 스크류(170)로 이루어진 미립상의 산화아연의 연속 제조장치.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   증발로의 배출구에 공기 주입용 챔버(130)를 배설함을 특징으로 하는 미립상의 산화아연의 연속 제조장치.

Images