KR101157909B1 - Methods of forming carbonate using steel slags - Google Patents

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KR101157909B1
KR101157909B1 KR1020120035813A KR20120035813A KR101157909B1 KR 101157909 B1 KR101157909 B1 KR 101157909B1 KR 1020120035813 A KR1020120035813 A KR 1020120035813A KR 20120035813 A KR20120035813 A KR 20120035813A KR 101157909 B1 KR101157909 B1 KR 101157909B1
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steel slag
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carbonate
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calcium
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KR1020120035813A
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방준환
장영남
송경선
채수천
이승우
전치완
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한국지질자원연구원
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Abstract

PURPOSE: A carbonate manufacturing method using steel slag is provided to increase elution of calcium composition from steel slag by using materials containing boron oxide. CONSTITUTION: A carbonate manufacturing method using steel slag comprises the following steps: providing materials containing steel slag and boron oxide to a reaction solution(s110); separating the steel slag from the reaction solution(s120); providing carbon dioxide to the reaction solution which steel slag is separated(s130); and separating carbonate from the reaction solution(s140). The carbonate is formed by a reaction of carbonate ion and calcium ion. The boron oxide contains trioxide lice boron(B2O3).

Description

철강슬래그를 이용한 탄산염 제조방법{METHODS OF FORMING CARBONATE USING STEEL SLAGS}Carbonate manufacturing method using steel slag {METHODS OF FORMING CARBONATE USING STEEL SLAGS}

본 발명은 철강슬래그를 이용한 탄산염의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 철강슬래그로부터 용출된 금속이온과 이산화탄소로부터 형성된 탄산이온을 반응시켜 탄산염을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a carbonate using steel slag. More specifically, the present invention relates to a method for preparing carbonates by reacting metal ions eluted from steel slag with carbonate ions formed from carbon dioxide.

최근 이산화탄소에 의한 지구 온난화와 같은 환경 문제가 제기되면서, 광물 탄산화를 통하여 이산화탄소를 고정하는 방법에 대해 많은 연구가 수행되고 있다. Recently, as environmental issues such as global warming due to carbon dioxide have been raised, a lot of research has been conducted on the method of fixing carbon dioxide through mineral carbonation.

광물 탄산화에는 이산화탄소로부터 유래된 탄산이온과 반응할 수 있는 금속이온을 제공하는 원료물질이 필요한데, 일반적으로 이러한 원료물질로서 천연광물과 산업 폐기물이 사용되고 있다. 초기에는 천연 광물을 이용한 탄산화 연구가 주로 이루어졌으나, 최근 일본, 유럽을 중심으로 산업 폐기물을 이용한 탄산화 연구가 활발히 진행되고 있다. Mineral carbonation requires a raw material that provides metal ions that can react with carbonic acid ions derived from carbon dioxide. Natural minerals and industrial wastes are generally used as such raw materials. Initially, research on carbonation using natural minerals has been mainly conducted, but research on carbonation using industrial waste has been actively conducted in Japan and Europe.

산업 폐기물 중 제강슬래그의 경우 그 산업적 활용도가 낮고 환경적인 문제를 야기하므로 그 처리가 어려운 문제점이 있다. 제강슬래그의 산업적 활용도 및 환경 문제는 주로 제강슬래그 내에 존재하는 산화칼슘(CaO) 성분으로부터 발생되는데, 이러한 제강슬래그를 광물 탄산화의 원료물질로 이용한다면 이산화탄소 고정화와 폐기물 처리의 효과를 동시에 달성할 수 있을 것이다. 우리나라의 경우 포스코, 현대제철 등으로부터 매년 광대한 양의 산업 폐기물인 제강슬래그가 생성되므로, 이를 이용한 광물 탄산화 기술이 절실히 요구되는 실정이다. Steelmaking slag among industrial wastes is difficult to handle because of its low industrial utilization and environmental problems. The industrial utilization and environmental problems of steelmaking slag are mainly caused by the calcium oxide (CaO) component in steelmaking slag. If the steelmaking slag is used as a raw material for mineral carbonation, the effects of carbon dioxide immobilization and waste treatment can be achieved simultaneously. will be. In Korea, steelmaking slag, which is a vast amount of industrial waste, is produced every year from POSCO and Hyundai Steel. Therefore, there is an urgent need for mineral carbonation technology using the same.

이러한 제강슬래그를 이용한 광물탄산화를 위해서는 고속으로 광물탄산화를 수행할 수 있는 기술의 개발이 필요하다. For mineral carbonation using such steelmaking slag, it is necessary to develop a technology capable of performing mineral carbonation at high speed.

본 발명의 목적은 산화붕소 함유 물질을 이용하여 철강슬래그로부터 칼슘 성분의 용출을 증대시킨 탄산염의 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a carbonate in which the elution of calcium components from steel slag is increased by using a boron oxide containing material.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 탄산염의 제조방법은 반응용액에 철강슬래그 및 산화붕소 함유 물질을 공급하는 단계; 상기 반응용액으로부터 상기 철강슬래그를 분리하는 단계; 상기 철강슬래그가 분리된 상기 반응용액에 이산화탄소를 공급하는 단계; 및 상기 철강슬래그로부터 용출된 칼슘 이온과 상기 이산화탄소에 의해 형성된 탄산 이온의 반응에 의해 형성된 탄산염을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object of the present invention, a method for producing a carbonate according to an embodiment of the present invention comprises the steps of supplying a steel slag and boron oxide containing material to the reaction solution; Separating the steel slag from the reaction solution; Supplying carbon dioxide to the reaction solution in which the steel slag is separated; And separating carbonates formed by the reaction of calcium ions eluted from the steel slag with carbonate ions formed by the carbon dioxide.

상기 산화붕소 함유 물질은 삼산화이붕소(B2O3)를 포함할 수 있다. The boron oxide-containing material may include diboron trioxide (B 2 O 3 ).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 철강슬래그 및 상기 산화붕소 함유 물질이 공급된 상기 반응용액을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일례로, 상기 철강슬래그 및 상기 산화붕소 함유 물질이 공급된 상기 반응용액은 9시간 이상 교반될 수 있다. 바람직하게는, 상기 철강슬래그 및 상기 산화붕소 함유 물질이 공급된 상기 반응용액은 65시간 이상 교반될 수 있다. 상기 철강슬래그는 제강슬래그일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the steel slag and the boron oxide containing material may further comprise the step of stirring the reaction solution supplied. For example, the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material may be stirred for at least 9 hours. Preferably, the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material may be stirred for at least 65 hours. The steel slag may be steelmaking slag.

본 발명의 실시예에 따른 탄산염의 제조방법은 철강슬래그와 함께 산화붕소 함유 물질을 반응용액에 공급하여 철강슬래그와 산화붕소 사이의 반응을 유도함으로써 철강슬래그로부터 용출되는 칼슘 성분의 양을 증가시킬 수 있고, 그 결과 탄산염인 탄산칼슘의 생성 효율 및 속도를 증가시킬 수 있다. In the method for preparing carbonate according to the embodiment of the present invention, by supplying a boron oxide-containing material together with the steel slag to the reaction solution, the amount of calcium component eluted from the steel slag can be increased by inducing a reaction between the steel slag and boron oxide. As a result, it is possible to increase the production efficiency and speed of calcium carbonate, which is a carbonate.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 탄산염을 형성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 표 2 및 표 3의 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of forming a carbonate according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results in Tables 2 and 3.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the accompanying drawings, the size and amount of the objects are shown to be enlarged or reduced than actual for clarity of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "include" are intended to indicate that there is a feature, step, function, component, or combination thereof described on the specification, and other features, steps, functions, components Or it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of them in combination.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 탄산염을 형성하는 방법을 설명하는 순서도이다. 1 is a flow chart illustrating a method of forming a carbonate in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 탄산염을 형성하기 위하여, 우선 반응용액에 철강 슬래그와 산화붕소 함유 물질을 공급할 수 있다.(S110)Referring to FIG. 1, in order to form a carbonate according to an embodiment of the present invention, first, steel slag and a boron oxide-containing material may be supplied to a reaction solution.

반응용액은 수용액일 수 있다. 일례로, 반응용액은 알칼리성 수용액일 수 있다. 구체적으로, 반응용액은 암모니아 또는 수산화나트륨 등에 의해 pH가 약 8 내지 13의 범위 내에 있도록 조정된 수용액일 수 있다. The reaction solution may be an aqueous solution. In one example, the reaction solution may be an alkaline aqueous solution. Specifically, the reaction solution may be an aqueous solution adjusted so that the pH is in the range of about 8 to 13 with ammonia or sodium hydroxide.

철강슬래그는 최종 생성물인 탄산염의 성분 중 금속성분을 제공하는 원료물질로 사용된다. 예를 들면, 본 발명에 있어서 탄산염은 탄산칼슘(CaCO3)일 수 있고, 철강슬래그는 칼슘(Ca) 성분을 제공하는 원료물질로 사용될 수 있다. 철강슬래그는 일반적으로 선철 제조공정에서 생성되는 고로 슬래그와 제강공정에서 생성되는 제강 슬래그로 구분될 수 있다. 본 발명에서는 금속성분을 제공하는 원료물질로 고로 슬래그와 제강 슬래그가 모두 사용될 수 있으나, 바람직하게는 제강 슬래그가 사용된다. 제강슬래그는 고로슬래그에 비해 산화칼슘 성분의 함량이 높아서, 산업적 활용도가 낮고 환경문제를 야기할 가능성이 높다. 제강슬래그는 주로 산화칼슘(CaO), 철산화물(T-Fe: FeO, Fe2O3, Fe3O4 등), 이산화규소(SiO2) 등으로 이루어져 있다. 하기 '표 1'은 제강슬래그의 '시료 1' 및 '시료 2'의 화학 성분을 분석한 결과이다. 제강슬래그를 구성하는 주 광물상은 C2S(dicalciumsilicate, Ca2SiO4), C3S(tricalciumsilicate, Ca3SiO5), wustite{(Fe, Mg, Ca, Mn)O}, C2F(dicalcium ferrite, Ca2Fe2O5), lime{(Ca, Mg, Mn, Fe)O} 등이다. Steel slag is used as a raw material to provide metal components in the final product of carbonate. For example, in the present invention, the carbonate may be calcium carbonate (CaCO 3 ), and the steel slag may be used as a raw material for providing a calcium (Ca) component. Steel slag can generally be divided into blast furnace slag produced in pig iron manufacturing process and steelmaking slag generated in steelmaking process. In the present invention, both blast furnace slag and steelmaking slag may be used as a raw material for providing a metal component, but steelmaking slag is preferably used. Steelmaking slag has a higher content of calcium oxide than blast furnace slag, which leads to low industrial utilization and high environmental problems. Steelmaking slag is mainly composed of calcium oxide (CaO), iron oxide (T-Fe: FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, etc.), silicon dioxide (SiO 2 ). Table 1 below is a result of analyzing the chemical components of 'sample 1' and 'sample 2' of steelmaking slag. The main mineral phases of steelmaking slag are C 2 S (dicalciumsilicate, Ca 2 SiO 4 ), C 3 S (tricalciumsilicate, Ca 3 SiO 5 ), wustite {(Fe, Mg, Ca, Mn) O}, C 2 F ( dicalcium ferrite, Ca 2 Fe 2 O 5 ), lime {(Ca, Mg, Mn, Fe) O} and the like.

T-FeT-Fe CaOCaO SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 MnOMnO MgOMgO TiO2 TiO 2 P2O5 P 2 O 5 시료 1Sample 1 33.2233.22 22.6122.61 19.6119.61 13.0613.06 6.346.34 6.126.12 0.770.77 0.310.31 시료 2Sample 2 23.8323.83 23.8123.81 21.7621.76 14.4214.42 6.546.54 6.476.47 0.810.81 0.3210.321

[단위: wt.%][Unit: wt.%]

산화붕소 함유 물질은 삼산화이붕소(B2O3)를 함유할 수 있다. 산화붕소 함유 물질은 철강슬래그로부터 용출되는 칼슘(Ca) 성분의 양을 증가시킬 수 있다. 산화붕소 함유 물질과 철강슬래그가 반응용액에 공급되면, 산화붕소 함유 물질의 삼산화이붕소(B2O3)와 철강슬래그를 구성하는 성분들이 서로 반응하게 되는데, 이 과정에서 철강슬래그의 성분 중 반응용액과 접촉하는 산화칼슘(CaO)의 양이 증가하게 된다. 반응용액과 접촉한 산화칼슘(CaO) 성분은 하기 '반응식 1'에 따라 용이하게 이온화될 수 있고, 그 결과 철강슬래그로부터 용출되는 칼슘 성분의 양이 증가될 수 있는 것이다. 용융 철강슬래그에 삼산화이붕소(B2O3)를 공급하면, 용용 슬래그의 점성이 낮아지는 것을 확인할 수 있는데, 이에 비추어, 산화붕소 함유 물질의 삼산화이붕소(B2O3)는 철강슬래그를 구성하는 성분들 사이의 결합, 구체적으로, '산화칼슘 성분(CaO)과 이산화규소(SiO2) 성분 사이의 결합' 및 '산화칼슘(CaO) 성분과 철산화물(T-Fe) 성분 사이의 결합'을 약화 또는 파괴할 수 있을 것으로 판단된다. 그 결과, 산화붕소 함유 물질은 반응용액과 접촉하는 산화칼슘(CaO)의 양을 증가시켜 철강슬래그로부터 용출되는 칼슘 성분의 양을 증가시킬 수 있는 것으로 판단된다. The boron oxide containing material may contain diboron trioxide (B 2 O 3 ). The boron oxide containing material may increase the amount of calcium (Ca) component eluted from the steel slag. When the boron oxide-containing material and the steel slag are supplied to the reaction solution, the boron trioxide (B 2 O 3 ) of the boron oxide-containing material and the components constituting the steel slag react with each other, and in this process, the reaction solution among the components of the steel slag. The amount of calcium oxide (CaO) in contact with the increase. The calcium oxide (CaO) component in contact with the reaction solution can be easily ionized according to the following 'Scheme 1', and as a result, the amount of the calcium component eluted from the steel slag can be increased. By supplying diboron trioxide (B 2 O 3 ) to the molten steel slag, it can be seen that the viscosity of the molten slag is lowered, in view of the above, the boron trioxide (B 2 O 3 ) of the boron oxide-containing material constitutes the steel slag Bonds between the components, specifically 'bonding between the calcium oxide component (CaO) and silicon dioxide (SiO 2 ) components' and 'bonding between the calcium oxide (CaO) component and the iron oxide (T-Fe) component' It can be weakened or destroyed. As a result, it is determined that the boron oxide-containing material can increase the amount of calcium oxide eluted from the steel slag by increasing the amount of calcium oxide (CaO) in contact with the reaction solution.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

CaO(s) + H2O -> Ca2+(aq)+ 2OH-(aq)
CaO (s) + H 2 O -> Ca 2+ (aq) + 2OH - (aq)

철강슬래그와 산화붕소 함유 물질은 동시에 반응용액에 공급될 수 있다. 이와 달리, 산화붕소 함유 물질을 먼저 반응용액에 용해시킨 후 철강슬래그를 반응용액에 공급하는 것도 가능하다. The steel slag and boron oxide containing material can be supplied to the reaction solution at the same time. Alternatively, it is also possible to dissolve the boron oxide containing material in the reaction solution first and then supply the steel slag to the reaction solution.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 산화붕소 함유 물질을 용해시키고 위에서 설명한 칼슘 용출 반응을 촉진시키기 위하여, 철강슬래그와 산화붕소 함유 물질이 공급된 반응용액을 교반할 수 있다. 칼슘 성분의 용출량을 증가시키기 위하여 반응용액에 철강슬래그를 공급한 후 반응용액을 약 9시간 이상, 바람직하게는 약 65시간 이상 동안 교반하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 산화붕소 함유 물질을 용해시키고 위에서 설명한 칼슘 용출 반응을 촉진시키기 위하여, 철강슬래그와 산화붕소 함유 물질이 공급된 반응용액을 교반하는 외에 추가적으로 반응용액에 열에너지를 인가할 수도 있다. In one embodiment of the present invention, in order to dissolve the boron oxide-containing material and promote the calcium elution reaction described above, the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material may be stirred. In order to increase the elution amount of the calcium component, it is preferable to supply the steel slag to the reaction solution and then stir the reaction solution for about 9 hours or more, preferably about 65 hours or more. In another embodiment of the present invention, in order to dissolve the boron oxide-containing material and promote the calcium elution reaction described above, in addition to stirring the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material, heat energy may be additionally applied to the reaction solution. It may be.

이어서, 철강슬래그로부터 용출된 칼슘 이온(Ca2+)을 함유하는 반응용액으로부터 철강슬래그를 분리할 수 있다.(S120) 반응용액으로부터 철강슬래그를 분리하는 것은 반응용액은 투과시키나 철강슬래그는 투과시키지 않는 여과기를 이용하여 수행할 수 있다. 이는 최종 생성물인 탄산염을 산업적으로 활용하기 위한 단계로서, 철강슬래그가 존재하는 반응용액 내에서 탄산염이 형성된다면, 철강슬래그와 탄산염을 분리하는 것이 용이하지 않다. 따라서 탄산염이 형성되기 전에 미리 철강슬래그를 분리함으로써, 탄산염의 산업적 활용을 용이하게 할 수 있다. Subsequently, the steel slag can be separated from the reaction solution containing calcium ions (Ca 2+ ) eluted from the steel slag. (S120) Separation of the steel slag from the reaction solution permeates the reaction solution but not the steel slag. Can be performed using a filter. This is a step for industrially utilizing the final product carbonate, if the carbonate is formed in the reaction solution in which the steel slag is present, it is not easy to separate the steel slag and carbonate. Therefore, by separating the steel slag before the carbonate is formed, it is possible to facilitate the industrial use of the carbonate.

이어서, 철강슬래그로부터 용출된 칼슘 이온(Ca2+)을 함유하고 철강슬래그가 제거된 반응용액에 이산화탄소를 공급할 수 있다.(S130) 이산화탄소는 단독으로 또는 다른 가스와 혼합되어 공급될 수 있다. 반응용액에 공급되는 이산화탄소의 형태는 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이산화탄소는 마이크로 버블 형태로 반응용액에 공급될 수 있다. 이러한 이산화탄소 마이크로 버블은 공지의 방법에 따라 형성될 수 있고, 약 50㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다. Subsequently, carbon dioxide may be supplied to the reaction solution containing calcium ions (Ca 2+ ) eluted from the steel slag and the steel slag is removed. (S130) Carbon dioxide may be supplied alone or in combination with other gases. The type of carbon dioxide supplied to the reaction solution is not limited. In one embodiment of the present invention, carbon dioxide may be supplied to the reaction solution in the form of micro bubbles. Such carbon dioxide micro bubbles may be formed according to known methods, and may have a size of about 50 μm or less.

반응용액에 공급된 이산화탄소는 하기 '반응식 2'에 따라 이온화되어 탄산이온(CO3 2-)을 생성할 수 있다. 이와 같이 형성된 탄산이온(CO3 2-)은 하기 '반응식 3'에 따라 반응용액 내에 존재하는 칼슘 이온(Ca2+)과 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)을 형성할 수 있다. Carbon dioxide supplied to the reaction solution may be ionized according to the following 'Scheme 2' to generate carbonate ions (CO 3 2- ). The carbonate ions (CO 3 2- ) thus formed may react with calcium ions (Ca 2+ ) present in the reaction solution to form calcium carbonate (CaCO 3 ) according to Scheme 3 below.

[반응식 2]Scheme 2

CO2(aq) + 2OH-(aq) -> CO3 2-(aq) + H2O CO 2 (aq) + 2OH - (aq) -> CO 3 2- (aq) + H 2 O

[반응식 3]Scheme 3

Ca2+(aq) + CO3 2-(aq) -> CaCO3(s)
Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq)-> CaCO 3 (s)

이어서 생성된 탄산칼슘(CaCO3)을 반응용액으로부터 분리할 수 있다.(S140) 이와 같이 분리된 탄산칼슘은 다양한 산업적 원료로 사용가능하다.
Subsequently, the produced calcium carbonate (CaCO 3 ) may be separated from the reaction solution. (S140) The calcium carbonate thus separated may be used as various industrial raw materials.

본 발명자는 철강슬래그로부터 칼슘성분을 용출하는데 있어서, 산화붕소 함유 물질이 기여하는 정도를 파악하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다. 하기의 기재 중 '실험예'는 삼산화이붕소(B2O3)가 용해된 물에 철강슬래그를 공급하는 경우에 있어서의 칼슘 성분 용출과 관련된 것이고, '비교 실험예'는 삼산화이붕소(B2O3)가 존재하지 않는 물에 철강슬래그를 공급하는 경우에 있어서의 칼슘 성분 용출과 관련된 것이다.
The present inventors conducted the following experiments to grasp the degree of contribution of the boron oxide-containing material in eluting the calcium component from the steel slag. In the following description, 'Experimental Example' relates to the elution of calcium components in the case of supplying steel slag to water in which diboron trioxide (B 2 O 3 ) is dissolved, and the 'Comparative Experimental Example' refers to diboron trioxide (B 2 O). 3 ) is related to the elution of calcium components in the case of supplying steel slag to water that does not exist.

[실험예][Experimental Example]

제1 내지 제5 용기 각각에 물(H2O) 1L 및 삼산화이붕소(B2O3) 20g을 넣고, 300rpm의 속도로 소정시간 동안 교반하여 삼산화이붕소(B2O3)를 모두 용해시켰다. 그 후, 상기 제1 내지 제5 용기 각각에 철강슬래그 50g을 넣었다. 이어서, 제1 내지 제5 용기 내의 시료를 300rpm의 속도로 서로 다른 시간 동안 교반하였다. 구체적으로, 제1 내지 제5 용기의 시료들(B1, B2, B3, B4, B5)은 각각 6시간, 9시간, 65시간, 89시간 및 117시간 동안 교반되었다. 그 후, 각각의 시료에 용출된 칼슘 이온(Ca2+), 철 이온(Fe2+, Fe3+) 및 규소 이온(Si4+)의 농도를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 1 L of water (H 2 O) and 20 g of diboron trioxide (B 2 O 3 ) were added to each of the first to fifth containers, and stirred for a predetermined time at a speed of 300 rpm to dissolve all diboron trioxide (B 2 O 3 ). Thereafter, 50 g of steel slag was put into each of the first to fifth containers. The samples in the first to fifth vessels were then stirred for different times at a rate of 300 rpm. Specifically, the samples B1, B2, B3, B4 and B5 of the first to fifth containers were stirred for 6 hours, 9 hours, 65 hours, 89 hours and 117 hours, respectively. Thereafter, the concentrations of calcium ions (Ca 2+ ), iron ions (Fe 2+ , Fe 3+ ) and silicon ions (Si 4+ ) eluted in each sample were measured, and the results are shown in Table 2. .

시료sample 교반시간(h)Stirring time (h) 칼슘 이온 농도
(mg/L)
Calcium ion concentration
(mg / L)
철 이온 농도
(mg/L)
Iron ion concentration
(mg / L)
규소 이온 농도
(mg/L)
Silicon ion concentration
(mg / L)
B1B1 66 426426 29.629.6 45.445.4 B2B2 99 447447 17.217.2 40.540.5 B3B3 6565 485485 1.011.01 27.927.9 B4B4 8989 481481 0.710.71 29.229.2 B5B5 117117 498498 0.260.26 28.428.4

[비교 실험예]Comparative Experimental Example

제6 내지 제10 용기 각각에 물(H2O) 1L만 넣고, 300rpm의 속도로 상기 실험예와 동일한 시간 동안 교반하였다. 그 후, 상기 제6 내지 제10 용기 각각에 철강슬래그 50g을 넣었다. 이어서, 제6 내지 제10 용기 내의 시료를 300rpm의 속도로 서로 다른 시간 동안 교반하였다. 구체적으로, 제6 내지 제10 용기의 시료들(H1, H2, H3, H4, H5)은 각각 6시간, 9시간, 65시간, 89시간 및 117시간 동안 교반되었다. 그 후, 각각의 시료에 용출된 칼슘 이온(Ca2+), 철 이온(Fe2+, Fe3+) 및 규소 이온(Si4+)의 농도를 측정하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다. Only 1L of water (H 2 O) was put in each of the sixth to tenth containers, and stirred for the same time as the above experimental example at a speed of 300 rpm. Thereafter, 50 g of steel slag was put into each of the sixth to tenth containers. Subsequently, the samples in the sixth to tenth vessels were stirred at different speeds at 300 rpm. Specifically, the samples (H1, H2, H3, H4, H5) of the sixth to tenth containers were stirred for 6 hours, 9 hours, 65 hours, 89 hours, and 117 hours, respectively. Thereafter, the concentrations of calcium ions (Ca 2+ ), iron ions (Fe 2+ , Fe 3+ ) and silicon ions (Si 4+ ) eluted in each sample were measured, and the results are shown in Table 3. .

시료sample 교반시간(h)Stirring time (h) 칼슘 이온 농도
(mg/L)
Calcium ion concentration
(mg / L)
철 이온 농도
(mg/L)
Iron ion concentration
(mg / L)
규소 이온 농도
(mg/L)
Silicon ion concentration
(mg / L)
H1H1 66 34.634.6 < 0.02<0.02 8.488.48 H2H2 99 34.334.3 < 0.02<0.02 9.199.19 H3H3 6565 25.925.9 < 0.02<0.02 27.927.9 H4H4 8989 44.444.4 < 0.02<0.02 35.135.1 H5H5 117117 48.848.8 < 0.02<0.02 36.436.4

[삼산화이붕소의 효과 분석][Effect Analysis of Diboron Trioxide]

도 2는 표 2 및 표 3의 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2에 있어서, 'X-축'은 교반 시간(h)을 나타내고, 'Y-축'은 각 이온의 농도(mg/L)를 나타낸다. 2 is a graph showing the results in Tables 2 and 3. In Fig. 2, the 'X-axis' represents the stirring time (h), and the 'Y-axis' represents the concentration (mg / L) of each ion.

도 2, 표 2 및 표 3을 참조하면, 삼산화이붕소가 용해된 시료들(B1, B2, B3, B4, B5)의 경우 삼산화이붕소가 용해되지 않은 시료들(H1, H2, H3, H4, H5)에 비해 현저하게 높은 칼슘 이온(Ca2+) 농도를 가짐을 알 수 있다. 즉, 삼산화이붕소를 철강슬래그와 함께 반응용액에 공급하는 경우, 삼산화이붕소를 공급하지 않는 경우에 비해 철강슬래그로부터 현저하게 증가된 양의 칼슘 성분을 용출시킬 수 있다. 2, Table 2 and Table 3, in the case of the samples (B1, B2, B3, B4, B5) in which diboron trioxide is dissolved (H1, H2, H3, H4, H5) It can be seen that it has a significantly higher calcium ion (Ca 2+ ) concentration than). In other words, when the boron trioxide is supplied to the reaction solution together with the steel slag, a significantly increased amount of calcium components can be eluted from the steel slag as compared with the case where the boron trioxide is not supplied.

그리고 시료의 교반 시간에 따라 각 이온의 농도가 변함을 알 수 있다. 예를 들면, 삼산화이붕소를 용해한 시료에 있어서 칼슘 이온(Ca2+)은 교반시간이 증가함에 따라 그 농도가 전체적으로 증가함을 알 수 있다. 구체적으로, 삼산화이붕소를 용해한 시료의 교반시간이 9시간에 도달할 때까지는 칼슘 이온의 농도가 급격하게 증가함으로 알 수 있고, 교반시간이 65시간을 초과하면 칼슘 이온 농도의 변화속도가 급격히 감소함을 알 수 있다. 이에 반해, 삼산화이붕소를 용해한 시료에 있어서 철 이온(Fe2+, Fe3+)과 규소 이온(Si4+)은 교반시간이 증가함에 따라 그 농도가 전체적으로 감소함을 알 수 있다. 구체적으로, 철 이온(Fe2+, Fe3+)과 규소 이온(Si4+) 모두 교반시간이 9시간에 도달할 때까지는 그 농도가 급격히 감소하고, 교반시간이 65시간에 도달하면 거의 최소 농도에 도달함을 알 수 있다. 특히, 철 이온(Fe2+, Fe3+)의 경우 교반시간이 65시간을 초과하면 그 농도가 거의 무시할 수 있을 정도의 수준까지 감소함을 알 수 있다. And it can be seen that the concentration of each ion changes with the stirring time of the sample. For example, it can be seen that the concentration of calcium ions (Ca 2+ ) increases as the stirring time increases in the sample in which diboron trioxide is dissolved. Specifically, it can be seen that the concentration of calcium ions rapidly increases until the stirring time of the sample dissolved in diboron trioxide reaches 9 hours, and the rate of change of the calcium ion concentration decreases rapidly when the stirring time exceeds 65 hours. It can be seen. In contrast, it can be seen that the concentration of iron ions (Fe 2+ , Fe 3+ ) and silicon ions (Si 4+ ) decreases as the stirring time increases in the sample in which diboron trioxide is dissolved. Specifically, the concentrations of iron ions (Fe 2+ , Fe 3+ ) and silicon ions (Si 4+ ) rapidly decrease until the stirring time reaches 9 hours, and when the stirring time reaches 65 hours, the minimum is almost minimum. It can be seen that concentration is reached. In particular, it can be seen that in the case of iron ions (Fe 2+ , Fe 3+ ) when the stirring time exceeds 65 hours, the concentration is reduced to a level that can be almost negligible.

이러한 사항에 비추어, 탄산칼슘의 생성 효율을 향상시키기 위해서는 반응용액에 철강슬래그를 공급한 후 약 9시간 이상 동안 교반하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 반응용액에 철강슬래그를 공급한 후 약 65시간 이상 동안 교반하는 것이 바람직하다. In view of these matters, in order to improve the production efficiency of calcium carbonate, it is preferable to supply steel slag to the reaction solution and then stir for about 9 hours or more. More preferably, the steel slag is supplied to the reaction solution, and then stirred for about 65 hours or more.

상술한 본 발명에 따르면, 철강슬래그와 함께 산화붕소 함유 물질을 반응용액에 공급하여 철강슬래그와 산화붕소 사이의 반응을 유도함으로써 철강슬래그로부터 용출되는 칼슘 성분의 양을 증가시킬 수 있고, 그 결과 탄산염인 탄산칼슘의 생성 효율 및 속도를 증가시킬 수 있다. According to the present invention described above, by supplying a boron oxide-containing material with the steel slag to the reaction solution to induce a reaction between the steel slag and boron oxide to increase the amount of calcium components eluted from the steel slag, as a result carbonate It is possible to increase the production efficiency and rate of phosphorus calcium carbonate.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (6)

반응용액에 철강슬래그 및 산화붕소 함유 물질을 공급하는 단계;
상기 반응용액으로부터 상기 철강슬래그를 분리하는 단계;
상기 철강슬래그가 분리된 상기 반응용액에 이산화탄소를 공급하는 단계; 및
상기 철강슬래그로부터 용출된 칼슘 이온과 상기 이산화탄소에 의해 형성된 탄산 이온의 반응에 의해 형성된 탄산염을 분리하는 단계를 포함하는 탄산염의 제조방법.
Supplying steel slag and boron oxide-containing material to the reaction solution;
Separating the steel slag from the reaction solution;
Supplying carbon dioxide to the reaction solution in which the steel slag is separated; And
Separating the carbonate formed by the reaction of calcium ions eluted from the steel slag and the carbonate ions formed by the carbon dioxide.
제1항에 있어서, 상기 산화붕소 함유 물질은 삼산화이붕소(B2O3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산염의 제조방법.The method of claim 1, wherein the boron oxide-containing material comprises diboron trioxide (B 2 O 3 ). 제1항에 있어서, 상기 철강슬래그 및 상기 산화붕소 함유 물질이 공급된 상기 반응용액을 교반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산염의 제조방법. The method of claim 1, further comprising stirring the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material. 제3항에 있어서, 상기 철강슬래그 및 상기 산화붕소 함유 물질이 공급된 상기 반응용액을 9시간 이상 교반하는 것을 특징으로 하는 탄산염의 제조방법. 4. The method according to claim 3, wherein the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material is stirred for at least 9 hours. 제3항에 있어서, 상기 철강슬래그 및 상기 산화붕소 함유 물질이 공급된 상기 반응용액을 65시간 이상 교반하는 것을 특징으로 하는 탄산염의 제조방법.4. The method according to claim 3, wherein the reaction solution supplied with the steel slag and the boron oxide-containing material is stirred for at least 65 hours. 제1항에 있어서, 상기 철강슬래그는 제강슬래그인 것을 특징으로 하는 탄산염의 제조방법. The method according to claim 1, wherein the steel slag is steelmaking slag.
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