KR101161116B1 - 바텀 애쉬의 분리 정제를 이용한 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바텀 애쉬(bottom ash)로부터 고품위 탄소정탄 및 회재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제조방법은 바텀 애쉬를 마광하는 마광단계 및 마광된 바텀 애쉬에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 탄소정탄과 회재를 분리하는 1차 부유선별단계를 포함하며, 상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄을 포함하는 1차탄소정탄을 마광한 후, 재마광된 상기 1차탄소정탄에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 상기 1차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 2차 부유선별단계를 더 포함하는 특징이 있다.

Description

바텀 애쉬의 분리 정제를 이용한 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법{Recovering Method of High Purity Un-burned Carbon and Ash Using Bottom Ash}

본 발명은 폐기물인 바텀 애쉬(bottom ash)로부터 미연탄소와 회재를 분리 정제하여 고품위의 탄소정탄과 회재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 매립 폐기되는 바텀 애쉬의 효과적인 재활용을 가능하게 하며, 고도로 정제된 탄소정탄과 회재가 각각 분리 회수되어 매우 효과적으로 자원 확대를 도모할 수 있는 방법에 관한 것이다.

화력발전소는 유ㆍ무연탄을 주원료로 약 1600℃에서 연소함으로써 전력을 생산한다. 이때, 전력 생산을 위해 연소하고 난 석탄재를 입자의 크기에 따라 두 가지로 구분하는데, 입자 사이즈가 100 ㎛ 이상인 것을 바텀 애쉬(bottom ash, 바텀애시)라고 하며, 100 ㎛ 미만인 것을 비산재(fly ash, 플라이애시)라고 한다.

국내의 경우, 화력발전소는 18 곳 이상이 있고, 이곳에서 발생하는 석탄재는 연간 약 600만톤에 이른다. 이 중 350만톤은 시멘트 대체제로 사용하고 있지만, 나머지 약 250만톤은 매립 처리되는 실정이다. 특히, 이 중에서 비산재는 재활용되고 있으나, 바텀 애쉬는 활용이 어려워 전량 매립장에 매립 처리하고 있다.

최근 들어 화력발전소의 바텀 애쉬를 산업용으로 재활용하기 위한 많은 연구가 수행되었고, 콘크리트 제품에 모래 또는 자갈을 대신하여 바텀 애쉬를 사용하는 연구가 진행되었다. 그러나 바텀 애쉬를 이용한 골재는 모래나 자갈보다 가볍고, 흡수율이 높아 강도 등 물리적 성질이 다소 떨어지는 문제점이 있기 때문에 경계블록 또는 호안블록 등 제조 시에 첨가하도록 사용 용도를 규정하고 있다. 따라서 하중을 지지하는 주요 구조물 등 레미콘용 골재로 사용하기 위해서는 연구가 더 진행되어야 하는 실정이다.

발전소 바텀 애쉬에는 10~20%내외의 미연탄소분이 있는데 이는 바텀 애쉬를 재활용하고자 할 때 치명적인 불순물로 작용한다. 따라서 레미콘 골재와 같이 바텀 애쉬의 활용을 넓히기 위해서는 바텀 애쉬에 함유된 다량의 미연소탄소를 분리 회수하는 기술의 개발이 필수적이며, 미연탄소의 분리 회수에 의해 고품위 정탄(정제된 석탄)을 얻음과 동시에 불순물이 제거된 정제 회재를 얻을 수 있게 된다. 이때, 정제 회재를 레미콘 골재 또는 특수콘크리트의 용도로 사용하기 위해서는 회재에 함유된 미연소탄소 함유량이 3% 이하여야 하며, 고품질의 골재로 사용하기 위해서 가능한 미연소탄소를 함유량이 낮은 회재를 바텀 애쉬로부터 분리 정제하는 기술의 개발이 필요하다.

바텀 애쉬로부터 정제된 회재를 제조하기 위해, 원심분리(입도 분리)를 이용한 기술, 정전분리를 이용한 기술, 부유선광을 이용한 기술이 개발된 바 있다. 그러나, 원심분리를 이용한 경우 미연탄소 함유량이 높고 미연탄소와 회재가 단체분리 안된상태의 바텀 애쉬의 경우 입도분급이 완전치 못하고 또한 조립자의 충격에 의한 파쇄로 인해 미립분이 생성되어 미연소탄소 함량이 낮은 회재의 제조에는 한계가 있다. 정전분리를 이용한 경우 분체의 크기 및 수분함량에 따라 대전효율의 변화가 커 대용량 처리에는 한계가 있으며, 장치의 설계가 매우 까다로운 단점이 있다. 일반적인 부유선광을 이용한 경우 분쇄과정에서의 미연분의 발생율이 높아 고품위 정탄 생산이 어렵고, 회재의 품위를 향상시키는데 한계가 있으며 회수율이 낮은 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 발전소로부터 발생한 바텀 애쉬(bottom ash)를 분리 정제하여 바텀 애쉬로부터 고품위의 정탄과 고품위의 회재 각각을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 바텀 애쉬를 분리 정제하여 미연소탄소가 완전히 제거된 회재를 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 바텀 애쉬의 대용량 처리가 가능한 정탄과 회재의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법은 바텀 애쉬(bottom ash)를 마광하는 마광단계 및 마광된 바텀 애쉬에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 탄소정탄과 회재를 분리하는 1차 부유선별단계를 포함하여 수행되는 특징이 있다.

보다 특징적으로, 본 발명의 제조방법은 상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄을 포함하는 1차탄소정탄을 마광하는 재마광 단계를 더 포함하며, 상기 재마광 단계에 의해 상기 1차탄소정탄이 재마광 된 후, 재마광된 상기 1차탄소정탄에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 상기 1차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 2차 부유선별단계를 더 포함하는 특징이 있다.

재마광단계는 로드 밀을 이용하여 수행되며, 상기 재마광단계에 의해 상기 1차탄소정탄의 평균 입도가 5 내지 15㎛로 조절되는 특징이 있으며, 상기 재마광단계에서 마광되는 1차탄소정탄은 상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄 및 상기 청소부선단계에 의해 분리된 탄소정탄을 포함하는 것이 바람직하다.

보다 특징적으로, 본 발명의 제조방법은 상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 회재인 1차회재에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 상기 1차회재에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 청소부선단계를 더 포함하는 특징이 있다.

상기 1차 부유선별, 2차 부유선별 또는 청소부선단계시, 마광된 상기 바텀 애쉬, 상기 재마광된 1차탄소정탄 또는 상기 1차회재를 10 내지 30 중량%로 함유하는 광액 1000 중량부를 기준으로, 0.01 내지 10 중량부의 규산나트륨, 0.01 내지 10 중량부의 포집제 및 0.01 내지 10 중량부의 기포제를 첨가하는 것이 바람직하며, 0.1 내지 0.5 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 1 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.2 중량부의 기포제를 첨가하는 것이 보다 바람직하다.

고도로 정제된 탄소정탄을 제조하기 위해, 상기 2차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄인 2차탄소정탄에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 상기 2차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 3차 부유선별단계를 더 포함하여 수행되는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게, 본 발명에 따른 제조방법은 a) 상기 바텀애쉬를 평균 입도가 212 내지 50㎛로 마광하는 마광단계; b) 상기 마광된 바텀애쉬를 10 내지 30 중량%로 함유하는 1차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 1차광액에 0.3 내지 0.5 중량부의 규산나트륨, 0.5 내지 0.7 중량부의 포집제 및 0.1 내지 0.2 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 탄소정탄과 회재를 분리하는 1차 부유선별단계; c) 상기 1차 부유선별단계에서 분리된 회재인 1차회재를 10 내지 30 중량%로 함유하는 청소부선 광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 청소부선 광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 1차회재에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 청소부선단계; d) 로드 밀을 이용하여 상기 청소부선단계에서 분리된 탄소정탄과 상기 1차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 함유하는 1차탄소정탄의 평균 입도를 5 내지 15㎛로 조절하는 재마광단계; e) 상기 재마광단계에서 마광된 1차탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 2차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 2차광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 1차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 2차 부유선별단계; f) 상기 2차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 3차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 3차광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 2차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 3차 부유선별단계; 및 g) 상기 3차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 4차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 4차광액에 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 3차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 4차 부유선별단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있으며, 이에 의해, 1차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄, 청소부선단계에 의해 분리된 탄소정탄, 2차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄, 3차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄 또는 4차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄인 고품위 탄소정탄이 제조되며, 1차 부유선별단계에 의해 분리된 회재 또는 청소부선 단계에 의해 분리된 회재인 고품위 회재가 제조되는 특징이 있다.

본 발명에 따른 제조방법은 부유선별을 이용하여 발전소로부터 발생한 바텀 애쉬(bottom ash)의 분리 정제시, 미연탄소와 회재의 분리효율이 극히 높은 특징이 있으며, 바텀 애쉬로부터 7,000kcal이상의 고품위의 탄소정탄 및 미연탄소를 함유하지 않는(0% F.C) 고품위의 회재 각각을 제조할 수 있는 특징이 있으며, 단시간에 대량의 바텀 애쉬로부터 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조가 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 도시한 일 공정도이며,
도 2는 본 발명에 따른 제조방법을 도시한 다른 공정도이며,
도 3은 본 발명에 따른 제조방법을 도시한 또 다른 공정도이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 도시한 공정도의 일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 화력 발전소의 바텀 애쉬에 함유된 회재와 미연탄소를 단체분리(liberation)시키기 위한 마광단계(s100) 및 상기 마광된 바텀 애쉬를 포함하는 광액에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하여 1차부유선별하는 단계(s200)를 포함하여 수행되는 특징이 있다.

본 출원인은 부유선별을 이용하여 바텀 애쉬로부터 탄소와 회재를 각각 분리 정제하여 고품질의 탄소정탄과 고품질의 회재를 제조하는 방법에 대한 연구를 심화한 결과, 놀랍게도 상기 탄소에 소수성을 부여하는 포집제 및 기포를 생성하는 기포제와 함께, 규산나트륨을 첨가함에 따라 탄소와 회재의 분리 효율이 획기적으로 증가함과 동시에 보다 고순도의 탄소정탄과 회재가 제조됨을 발견하였다.

부유선별시 첨가되는 상기 규산나트륨은 회재를 분산시키고, 억제시키는 역할을 수행하여, 부유선별시 탄소분말의 부유를 돕고 탄소분말과 함께 미세 회분이 같이 떠오르는 것을 방지하여 분리효율을 증가시킨다.

상세하게, 상기 1차부유선별단계(s200)는 상기 마광단계(s100)에서 마광된 바텀 애쉬를 혼합하여 광액(I)을 제조한 후, 상기 광액(I)에 상기 규산나트륨을 첨가하고 교반하는 단계; 상기 규산나트륨이 첨가된 광액(I)에 포집제를 첨가하고 교반하는 단계; 및 상기 규산나트륨과 포집제가 순차적으로 첨가 및 교반된 광액(I)에 기포제를 첨가하고 교반하는 단계;를 포함하여 수행된다. 이때, 특별한 언급이 없는 한 후술하는 광액의 액상은 물인 것이 바람직하다.

이때, 상기 광액(I)은 바텀 애쉬를 10 내지 30 중량%함유하는 것이 바람직하며, 상기 규산나트륨, 상기 포집제 및 상기 기포제는 상기 광액(I) 1000 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부(규산나트륨), 0.01 내지 10 중량부(포집제) 및 0.01 내지 10 중량부(기포제)가 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 광액(I) 1000 중량부에 대해 0.3 내지 0.5 중량부의 규산나트륨, 0.5 내지 0.7 중량부의 포집제 및 0.1 내지 0.2 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하는 것이 보다 더 바람직하다. 상기 광액(I)에서의 바텀 애쉬의 함량은 기포와 함께 떠오르는 탄소분말이 회분에 의한 물리적 스크린(screen) 작용 및 충돌에 의해 분리효율이 감소되는 것을 방지하는 함량임과 동시에 단시간에 대량처리 가능한 함량이다. 상기 규산나트륨, 포집제 및 기포제의 첨가량은 상기 회재의 응집을 방지하고 단체 분리된 회재와 미연탄소를 효과적으로 분리시키며, 기포에 의해 미연탄소가 회재와 분리되어 효과적으로 떠오르는 조건이다.

본 출원인은 상술한 규산나트륨을 이용하여 바텀 애쉬로부터 고품위의 탄소정탄 및 고품위의 회재를 제조하는 기술을 심화한 결과, 상기 부유선별시 탄소의 선택적 부유를 획기적으로 증진시키는 규산나트륨과 함께, 화력 발전소에서 회수 보관되는 바텀 애쉬에 함유된 회재와 미연탄소를 단체분리시키는 마광 단계가 제조되는 탄소정탄과 회재의 품위에 매우 큰 영향을 미침을 발견하였다.

바텀 애쉬를 분쇄하는 마광단계는 부유선별을 이용한 탄소와 회재를 분리 정제하는 종래의 기술에서 통상적으로 채택하는 단계이며, 종래에는 부유선별 전에 일단계 또는 다단계로 마광이 수행되는 것이 통상적이다.

그러나, 본 출원인은 부유선별 전 고도의 마광이 수행되는 경우, 탄소 및 회재에 매우 미세한 미분의 양이 급격이 늘어나 부유선별시 오히려 분리 효율이 낮아지고, 부유선별 전 마광이 불충분하게 수행되는 경우, 회재와 미연탄소간의 단체분리가 잘 발생하지 않아 분리효율이 낮아짐을 발견하였으며, 두 경우를 모두 고려하여 과도한 미분의 발생을 방지하고 효과적으로 단체분리가 발생하는 마광을 수행한다 하더라도 7000kcal 이상의 품위를 갖는 미연탄소(탄소정탄)의 제조가 극히 어려우며, 이에 따라 고품위의 회재의 제조 또한 어려운 한계가 있음을 발견하였다.

상술한 문제점을 해결하고자 수많은 실험을 수행한 결과, 본 발명의 핵심사상에 따라 규산나트륨이 첨가되어 상기 1차부유선별(s200)이 수행된 후, 상기 1차부유선별(s200)에서 분리 회수된 탄소정탄(I)과 회재중, 탄소정탄(I)에 단체분리되지 않은 대부분의 바텀 애쉬가 존재하며, 이러한 탄소정탄(I)을 함유하는 1차탄소정탄을 다시 재마광하는 재마광단계(s400)에 의해 극히 용이하게 7000kcal 이상의 품위를 갖는 미연탄소(탄소정탄)를 제조할 수 있음을 발견하였다.

이에 따라, 고품위의 탄소정탄 및 회재를 제조하기 위한 본 발명의 제조방법은 도 2와 같이 상기 규산나트륨을 이용하여 상기 1차부유선별단계(s200)가 수행되며, 상기 1차부유선별단계(s200)에서 분리된 탄소정탄(I)을 함유하는 1차탄소정탄을 마광하는 재마광단계(s400)가 수행되는 특징이 있으며, 재마광된 1차탄소정탄을 함유하는 광액에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 순차적으로 투입 및 교반하여 재마광된 1차탄소정탄에 함유된 미연탄소와 회재를 분리회수하는 2차부유선별단계(s500)가 수행되는 특징이 있다.

이때, 1차부유선별단계(s200)에서 상술한 바와 같이, 2차부유선별단계(s500)의 광액(II)은 재마광된 1차탄소정탄을 10 내지 30 중량%함유하는 것이 바람직하며, 상기 규산나트륨, 상기 포집제 및 상기 기포제는 상기 광액(II) 1000 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부(규산나트륨), 0.01 내지 10 중량부(포집제) 및 0.01 내지 10 중량부(기포제)가 순차적으로 첨가 및 교반되는 것이 바람직하다. 보다 더 바람직하게 상기 광액(II) 1000 중량부를 기준으로, 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제가 순차적으로 첨가 및 교반되는 것이 바람직하다.

또한 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 1차부유선별단계(s200)에서 분리된 회재(I)는 재마광단계를 거치지 않고 바로 회재(I)를 함유하는 광액인 청소부선 광액에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 순차적으로 투입 및 교반하여 회재에 잔류하는 미연탄소를 부유시켜 분리 회수하는 부유선별단계인 청소부선단계(s300)가 수행되는 특징이 있다.

상기 규산나트륨이 첨가되어 수행되는 상기 청소부선단계(s300)에 의해, 1차부유선별(s200)시 물리적 충돌 또는 스크린 효과에 의해 미처 분리되지 못한 미연탄소 및 단체분리되지 않은 바텀애쉬가 부유에 의해 분리회수됨에 따라, 상기 청소부선단계(s300)에서 분리 회수된 탄소정탄(II)과 상기 1차부유선별단계(s200)에서 분리 회수된 탄소정탄(I)을 함유하는 1차탄소정탄을 재마광하는 것이 바람직하다.

이때, 1차부유선별단계(s200)에서 상술한 바와 같이, 청소부선단계(s300)의 청소부선 광액은 회재(I)를 10 내지 30 중량%함유하는 것이 바람직하며, 상기 규산나트륨, 상기 포집제 및 상기 기포제는 상기 청소부선 광액 1000 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부(규산나트륨), 0.01 내지 10 중량부(포집제) 및 0.01 내지 10 중량부(기포제)가 순차적으로 첨가 및 교반되는 것이 바람직하다. 보다 더 바람직하게 상기 청소부선 광액 1000 중량부를 기준으로, 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제가 순차적으로 첨가 및 교반되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시한 일 예와 같은 바람직한 본 발명의 제조방법에 있어, 규산나트륨을 첨가하여 1차부유선별(s200) 및 청소부선(s300)이 수행됨에 따라, 상기 청소부선에 의해 미연탄소를 함유하지 않는 회재(II)가 제조되는 특징이 있으며, 상기 규산나트륨의 첨가와 함께, 상기 탄소정탄(I) 및 탄소정탄(II)을 포함하는 1차탄소정탄을 재마광하고 규산나트륨을 이용하여 2차부유선별단계(s500)가 수행됨으로써, 7000kcal 이상의 품위를 갖는 미연탄소(탄소정탄)가 제조되는 특징이 있다.

상세하게, 상기 도 1 내지 도 2에 도시된 마광단계(s100)는 상기 바텀애쉬를 평균 입도가 212 내지 50㎛로 마광하는 단계인 특징이 있다. 상세하게, 발전소에서 연소된 재는 5mm 내외로 파쇄되어 폰드(pond)에 저장되므로, 바텀 애쉬에 함유된 미연탄소와 회재를 선별하기 위해서 바텀 애쉬를 마광하여 미연탄소와 회재를 단체분리시켜야 한다. 기초실험을 통해 상기 단체분리는 평균 입도가 212㎛(-65mesh)에서부터 발생함을 확인하였으먀, 미분 발생을 최대한 억제하고 마광에 의해 단체분리된 바텀 애쉬를 단시간에 대량생산하기 위해 상기 마광단계(s100)시 평균 입도가 212 내지 50㎛가 되도록 상기 바텀애쉬를 마광하는 것이 바람직하다. 상기 마광단계(s100)는 조 크러셔, 콘 크러셔, 퍼벌라이저, 로드밀 또는 이들에서 선택된 둘 이상의 방법을 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어, 상기 도 2와 같이, 상기 마광이 수행된 후, 1차 부유선별에 의해 얻어진 탄소정탄(I)과 청소부선에 의해 얻어진 탄소정탄(II)이 재마광됨에 따라, 상기 마광단계(s100)의 평균 입도는 단체분리 효율의 극대화 측면 보다는 바텀 애쉬를 단시간에 대량으로 처리할 수 있는 대량 처리율에 보다 주안점을 둘 수 있는 장점이 있다.

상기 재마광단계(s400)는 로드 밀을 이용하여 수행되는 특징이 있으며, 상기 재마광단계(s400)에 의해 1차 부유선별에 의해 얻어진 탄소정탄(I)과 청소부선에 의해 얻어진 탄소정탄(II)을 함유하는 1차탄소정탄의 평균 입도가 5 내지 15㎛로 조절되는 특징이 있다.

상기 1차 탄소정탄에는 미연탄소와 함께 회재와 결합된 미분리된 미연탄소가 존재하며, 기초실험을 통해 로드 밀을 이용하여 평균 입자크기가 15㎛ 이하가 되도록 재마광함에 의해, 1차탄소정탄에 함유된 대부분의 회재와 미연탄소가 단체분리됨을 확인하였다.

상기 재마광단계(s400) 및 상기 2차부유선별단계(s500)가 수행된 후, 보다 고품위의 탄소정탄을 제조하기 위해, 2차 부유선별에 의해 제조된 탄소정탄을 대상으로 3차부유선별이 수행될 수 있다.

일 예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 2차 부유선별이 이루어진 후, 3차 및 4차 부유선별(s600, s700)이 더 수행될 수 있으며, 이때, 4차 부유선별에서는 회재의 함량이 매우 낮아 상술한 규산나트륨을 첨가하지 않고 포집제와 기포제만을 첨가하여 부유선별이 수행될 수 있다.

상기 포집제는 부유선별을 이용한 바텀 애쉬의 정제에 사용되는 통상의 포집제를 사용할 수 있으며, 일 예로, 연료유(fuel oil), 등유(kerosene) 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 상기 기포제는 부유선별을 이용한 바텀 애쉬의 정제에 사용되는 통상의 포집제를 사용할 수 있으며, 일 예로, 파인 오일(fine oil) 또는 상용 제품인 Aerofroth-70 Frother(CYTEC, USA)을 사용할 수 있다.

7000Kcal 이상의 고품위 탄소정탄을 제조하기 위해서는 상술한 규산나트륨의 첨가 및 재마광단계의 수행과 함께 도 3과 같이 4차부유선별이 수행되는 것이 바람직하다.

상세하게, 7000Kcal 이상의 고품위 탄소정탄을 제조하기 위해, a) 상기 바텀애쉬를 평균 입도가 212 내지 50㎛로 마광하는 마광단계; b) 상기 마광된 바텀애쉬를 10 내지 30 중량%로 함유하는 1차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 1차광액에 0.3 내지 0.5 중량부의 규산나트륨, 0.5 내지 0.7 중량부의 포집제 및 0.1 내지 0.2 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 탄소정탄과 회재를 분리하는 1차 부유선별단계; c) 상기 1차 부유선별단계에서 분리된 회재인 1차회재를 10 내지 30 중량%로 함유하는 청소부선 광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 청소부선 광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 1차회재에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 청소부선단계; d) 로드 밀을 이용하여 상기 청소부선단계에서 분리된 탄소정탄과 상기 1차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 함유하는 1차탄소정탄의 평균 입도를 5 내지 15㎛로 조절하는 재마광단계; e) 상기 재마광단계에서 마광된 1차탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 2차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 2차광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 1차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 2차 부유선별단계; f) 상기 2차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 3차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 3차광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 2차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 3차 부유선별단계; 및 g) 상기 3차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 4차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 4차광액에 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 3차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 4차 부유선별단계;를 포함한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명을 보다 명료하게 상술하기 위해 도시한 것으로, 본 발명에 따른 제조방법은 상술한 마광단계(s100) 및 규산나트륨을 이용한 1차부유선별단계(s200)를 기본 단위공정으로 상기 기본 단위공정이 연속적으로 수행될 수 있으며, 상기 기본 단위공정의 연속적 수행에 의해 얻어진 탄소정탄(I)과 회재(I)의 양이 일정량 이상일 때 상기 청소부선단계(s300)와 재마광 및 2차부유선별 단계(s400. s500))가 수행될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 기본 단위공정이 연속적으로 수행되며 상기 청소부선단계(s300)와 재마광 및 2차부유선별 단계(s400, s500))가 불연속적으로 수행될 때, 상기 2차부유선별 단계(s500)에서 얻어진 회재가 상기 1차부유선별 단계(s100)에 의해 얻어진 회재(I)와 함께 청소부선 단계(s 300)로 투입될 수 있음은 물론이다.

(실시예)

화력 발전소 바텀애쉬 500g과 물 500cc를 혼합하고 90rpm으로 10분 동안 로드 밀링을 수행하여 분쇄액을 제조하고 65메쉬의 체거름을 수행하였다. 체거름된 분쇄액에 물을 첨가하여 고체분 함량이 25중량%가 되도록 광액을 제조한 후, 광액 1kg을 부선기 셀에 장입하고, 광액 1톤 기준으로 0(비교예 1) 또는 400g(실시예 1)의 규산나트륨을 첨가하고 5분간 교반(1500rpm)한 후, 광액 1톤 기준으로 600g의 포집제(fuel oil)를 첨가하고 다시 5분간 교반(1500rpm)하였으며, 마지막으로 광액 1톤 기준으로 기포제(Aerofroth-70 Frother) 160g을 첨가하고 5분간 교반(1500rpm)하였다. 이후, 기포코크를 열어 부유된 산물을 회수하였다. 회수된 부유 산물을 탄소정광(a)으로 나머지를 회재(a)로 하여 공업분석기를 사용하여 분석하였으며, 분석 결과를 표1에 도시하였다.

(표 1)

*Ash : 회분, V.M : 휘발분, F.C : 미연탄소

실시예 1에서 얻어진 회재를 25중량% 함유하는 광액에, 광액 1톤 기준으로 규산나트륨 150g, 포집제 200g 및 기포제 30g을 투입한 것을 제외하고 상기 실시예1과 동일한 조건으로 부유선별하는 청소부선을 수행(실시예 2)하였으며, 청소부선시의 부유 산물을 탄소정광(b)으로 나머지를 회재(b)로 하여 공업분석을 수행하였으며, 분석 결과를 표2에 도시하였다. 표 2와 같이, 청소부선은 1회만 수행하여도 1차부유선별에서 회수된 회재에 함유된 미연탄소분이 완전 부유 제거됨을 알 수 있다.

(표2)

실시예 1에서 제조된 탄소정광(a)과 실시예 2에서 제조된 탄소정광(b)을 혼합한 1차탄소정광 500g과 물 500cc를 혼합하고 90rpm으로 80분동안 로드밀을 수행하여 평균입자 크기가 8.7㎛가 되도록 재마광을 실시하였다. 재마광된 1차탄소정광을 25중량% 함유하는 광액 1kg을 부선기 셀에 장입하고 광액 1톤 기준으로 규산나트륨 150g, 포집제 200g 및 기포제 30g을 투입하여 실시예1과 동일한 조건으로 부유선별하는 2차 부유선별단계를 수행(실시예 3)하였다. 2차 부유선별시 부유 산물을 탄소정광(c)으로 나머지를 회재(c)로 하여 공업분석을 수행하였으며, 분석 결과를 표3에 도시하였다.

(표3)

표 3에서 알 수 있듯이 탄소정탄의 재마광 및 재 부유선별이 수행됨에 따라, 6000Kcal이상의 고품위 탄소정탄이 제조됨을 알 수 있다.

보다 고품위의 탄소정탄을 제조하기 위해, 상기 2차부유선별에서 제조된 탄소정광(c)을 25중량% 함유하는 광액을 제조하고, 광액 1톤 기준으로 규산나트륨 150g, 포집제 200g 및 기포제 30g을 투입하여 실시예 1과 동일한 조건으로 3차부유선별을 수행하였으며, 3차부유선별에서 제조된 탄소정광을 25중량% 함유하는 광액을 제조하고, 광액 1톤 기준으로 포집제 200g 및 기포제 30g을 투입하여 실시예 1과 동일한 조건으로 4차부유선별을 수행(실시예 4)하였다.

4차 부유선별시 부유 산물을 탄소정광(d)으로, 남아있는 산물을 회재(d)로 하여 공업분석을 수행하였으며, 분석 결과를 표4에 도시하였다.

(표 4)

표 4에서 알 수 있듯이 탄소정탄의 재마광 및 3차례의 재 부유선별이 수행됨에 따라, 7000Kcal이상의 고품위 탄소정탄(d)이 제조됨을 알 수 있으며, 회재(d)에 함유된 미연탄소분이 완전히 제거됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

1. 바텀 애쉬(bottom ash)를 마광하는 마광단계;
   마광된 바텀 애쉬에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 탄소정탄과 회재를 분리하는 1차 부유선별단계;
   상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄을 포함하는 1차탄소정탄을 마광하는 재마광 단계;
   재마광된 상기 1차탄소정탄에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 상기 1차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 2차 부유선별단계; 및
   상기 2차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄인 2차탄소정탄에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 회수함으로써 상기 2차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 3차 부유선별단계;
   를 포함하는 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 회재인 1차회재에 규산나트륨, 포집제 및 기포제를 첨가하고 미연탄소를 부유시켜 상기 1차회재에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 청소부선단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 1차 부유선별, 2차 부유선별 또는 청소부선단계시,
   마광된 상기 바텀 애쉬, 상기 재마광된 1차탄소정탄 또는 상기 1차회재를 10 내지 30 중량%로 함유하는 광액 1000 중량부를 기준으로,
   0.01 내지 10 중량부의 규산나트륨, 0.01 내지 10 중량부의 포집제 및 0.01 내지 10 중량부의 기포제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 재마광단계는 로드 밀을 이용하여 수행되며, 상기 재마광단계에 의해 평균 입도가 5 내지 15㎛로 조절되는 것을 특징으로 하는 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 재마광단계에서 마광되는 1차탄소정탄은 상기 1차 부유선별단계에 의해 분리된 탄소정탄 및 상기 청소부선단계에 의해 분리된 탄소정탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법.
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제조방법은
   a) 상기 바텀애쉬를 평균 입도가 212 내지 50㎛로 마광하는 마광단계;
   b) 상기 마광된 바텀애쉬를 10 내지 30 중량%로 함유하는 1차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 1차광액에 0.3 내지 0.5 중량부의 규산나트륨, 0.5 내지 0.7 중량부의 포집제 및 0.1 내지 0.2 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 탄소정탄과 회재를 분리하는 1차 부유선별단계;
   c) 상기 1차 부유선별단계에서 분리된 회재인 1차회재를 10 내지 30 중량%로 함유하는 청소부선 광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 청소부선 광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 1차회재에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 청소부선단계;
   d) 로드 밀을 이용하여 상기 청소부선단계에서 분리된 탄소정탄과 상기 1차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 함유하는 1차탄소정탄의 평균 입도를 5 내지 15㎛로 조절하는 재마광단계;
   e) 상기 재마광단계에서 마광된 1차탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 2차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 2차광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 1차탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 2차 부유선별단계;
   f) 상기 2차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 3차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 3차광액에 0.1 내지 0.2 중량부의 규산나트륨, 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 2차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 3차 부유선별단계; 및
   g) 상기 3차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄을 10 내지 30 중량%로 함유하는 4차광액 1000 중량부를 기준으로, 상기 4차광액에 0.1 내지 0.3 중량부의 포집제 및 0.01 내지 0.05 중량부의 기포제를 순차적으로 첨가하여 상기 3차 부유선별단계에서 분리된 탄소정탄에 함유된 탄소정탄과 회재를 분리하는 4차 부유선별단계;
   를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고품위 탄소정탄 및 회재의 제조방법.

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