KR101304194B1 - 수산화마그네슘 분말의 제조방법 - Google Patents

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서성관
이한백
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권춘우
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선일공업 (주)
한국세라믹기술원
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Abstract

본 발명은, 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 산(acid) 용액에 첨가하여 교반하면서 침출하는 단계와, 상기 산(acid) 용액에 불용성인 불순물을 1차 여과하는 단계와, 1차 여과된 침출액에 pH가 10.0∼14.0인 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 pH를 7.1∼9.0로 조절하면서 불순물이 수산화물 형태로 침전되게 하는 단계와, 침전된 수산화물을 2차 여과를 통하여 제거하는 단계와, 2차 여과를 통해 정제된 침출액을 상기 산(acid) 용액의 끓는점보다 낮은 온도인 20∼99℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가하여 pH 8.0∼13.0로 조절하는 단계와, 상기 알칼리 물질이 첨가된 결과물을 물의 끓는점 보다 높은 101∼500℃에서 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻는 단계 및 얻어진 Mg(OH)2 침전물을 3차 여과하고 세척한 후 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻는 단계를 포함하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 알칼리 폐기물 또는 저가의 알칼리 분말을 사용하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 추출함으로써 처리 비용 절감화를 이룰 수 있고, 알칼리 폐기물을 사용하여 자원 리싸이클링 효과를 얻을 수 있다.

Description

수산화마그네슘 분말의 제조방법{Manufacturing method of magnesium hydroxide powder}
본 발명은 수산화마그네슘 분말의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단순 매립 처분되거나 골재로 사용되고 있는 페로니켈 슬래그 또는 천연물질인 사문암으로부터 알칼리 폐기물 또는 저가의 알칼리 분말을 사용하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 추출하는 방법에 관한 것이다.
수산화마그네슘 분말은 다양한 용도로 이용되고 있는데, 그 용도의 하나로 전선이나 케이블의 피복재로 사용하는 열가소성 수지의 난연 기능 충진제로서의 용도가 있다.
기존의 난연제는 할로겐계 또는 인산에스테르계로서 연소시 독성 가스가 배출되며, 다이옥신 발생 가능성으로 규제의 대상이 되고 있다. 그러나, 수산화마그네슘은 연소시 수증기를 발생하여 난연 특성을 나타냄과 동시에 금속산화막을 형성하여 내부를 보호할 수 있는 장점이 있다.
또한, 고순도의 산화마그네슘은 전기절연체, 고주파용 절연재료, 발열체 절연재료로도 이용되고, 화학공업용 촉매, 흡착제, 의약품 재료 등으로도 다양한 용도를 갖고 있다.
수산화마그네슘을 제조하는 종래의 방법으로 마그네슘(Mg) 소스(source)로 해수를 사용하고 알칼리 소스로서 암모니아 또는 수산화나트륨을 사용하는 방법이 있다. 해수를 원료로 수산화마그네슘을 제조할 경우, 마그네슘염 용액에 강염기를 첨가하여 수산화마그네슘을 석출한다. 강염기 물질로 가성소다를 사용하기도 한다. 그러나, 해수에 존재하는 마그네슘 이온의 양이 약 0.13%로 낮아 경제적 가치를 가지는 규모의 수산화마그네슘을 제조하기 위해서는 다량의 해수를 처리하여야 하므로 대규모의 설비와 가동비가 요구된다.
또한, 수산화마그네슘을 제조하는 종래의 방법으로 고가의 알칼리를 사용하여 일정 수준까지 pH를 올려주어 불순물을 제거하는 방법이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0085618호(특허출원번호 제10-2009-0005015호)는 페로니켈슬래그로부터 메카노케미스트리 방법에 의한 수산화마그네슘 및 산화마그네슘을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0085618호에서는 페로니켈슬래그를 분쇄한 후, 염산이나 황산으로 용해하여 마그네슘 이온을 용출시킨 후, 불용성 성분을 제거하고, 침출액으로부터 수산화마그네슘 및 산화마그네슘을 제조한다. 산 용출액 내의 마그네슘 이온을 제외한 주요 불순물은 NaOH 용액을 사용해서 pH를 조절하여 침전시켜 제거하였다.
대한민국 등록특허 제10-0356399호(특허출원번호 10-1999-0050778호)는, 경소마그네사이트에 존재하는 주요 불순물을 침전시켜 제거시킨 뒤 상등액을 채취하는 공정과, 상기 채취된 상등액에 알칼리를 투입하여 수산화마그네슘을 석출시키고 이를 세척·건조하여 수산화마그네슘을 얻고, 상기 수산화마그네슘 케익 또는 수산화마그네슘 분말을 로터리 킬른을 이용하여 500∼1500℃에서 하소시킴으로써 활성 산화마그네슘 미립자를 얻는 방법을 제시하고 있다. 불순물 제거시에 사용된 알칼리는 가성소다, 석회유, 암모니아수 등을 사용하였다.
그러나, 종래의 불순물 제거를 위한 pH 증진 방법은 고가의 수산화나트륨이나 수산화칼륨, 암모니아수 또는 석회유 등을 과량 첨가해야하므로 경제적인 측면에서 그 한계점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0085618호 대한민국 등록특허 제10-0356399호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순 매립 처분되거나 골재로 사용되고 있는 페로니켈 슬래그 또는 천연물질인 사문암으로부터 알칼리 폐기물 또는 저가의 알칼리 분말을 사용하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 추출함으로써 처리 비용 절감화를 이룰 수 있고, 알칼리 폐기물을 사용하여 자원 리싸이클링 효과를 얻을 수 있는 수산화마그네슘 분말의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, (a) 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 산(acid) 용액에 첨가하여 교반하면서 침출하는 단계와, (b) 상기 산(acid) 용액에 불용성인 불순물을 1차 여과하는 단계와, (c) 1차 여과된 침출액에 pH가 10.0∼14.0인 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 pH를 7.1∼9.0로 조절하면서 불순물이 수산화물 형태로 침전되게 하는 단계와, (d) 침전된 수산화물을 2차 여과를 통하여 제거하는 단계와, (e) 2차 여과를 통해 정제된 침출액을 상기 산(acid) 용액의 끓는점보다 낮은 온도인 20∼99℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가하여 상기 (c) 단계에서의 pH 보다 높은 pH 8.0∼13.0로 조절하는 단계와, (f) 상기 알칼리 물질이 첨가된 결과물을 물의 끓는점 보다 높은 101∼500℃에서 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻는 단계 및 (g) 얻어진 Mg(OH)2 침전물을 3차 여과하고 세척한 후 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻는 단계를 포함하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법을 제공한다.
상기 석고류는 이수석고, 반수석고 및 무수석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어지거나, 화학석고, 부산석고 및 천연석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어질 수 있다.
상기 부산석고는 배연탈황석고 및 석유정제탈활석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어질 수 있다.
상기 애쉬류는 제지애쉬, 석탄애쉬 및 슬러지애쉬 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
삭제
상기 (e) 단계에서 사용한 상기 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화칼륨(KOH) 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 알칼리 물질의 농도는 0.5∼10M인 것이 바람직하다.
상기 산(acid) 용액은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HHO3), 과염소산(HClO4) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 수용액일 수 있다.
상기 산(acid) 용액의 농도는 1∼10M인 것이 바람직하다.
상기 페로니켈 슬래그는 MgO 25.0∼43.0중량%, SiO2 40.0∼62.0중량%, CaO 0.01∼3.0중량%, Al2O3 1.0∼7.0중량%, Fe2O3 2.0∼14.0중량%, Na2O 0.01∼3.0중량%, SO3 0.001∼1.0중량% 및 K2O 0.001∼2.0중량%를 포함하는 물질일 수 있다.
상기 사문암은 MgO 25.0∼45.0중량%, SiO2 10.0∼35.0중량%, CaO 5.0∼30.0중량%, Al2O3 0.01∼7.0중량% 및 Fe2O3 1.0∼12.0중량%를 포함하는 물질일 수 있다.
상기 수산화마그네슘 분말의 제조방법은, 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 산(acid) 용액에 첨가하기 전에, 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 1∼1000㎛의 평균 입경을 가질 때까지 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계에서, 1∼500㎛의 평균 입자 크기로 분쇄된 염기성 폐 콘크리트를 상기 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말 100중량부에 대하여 1∼80중량부를 더 첨가할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래에는 수산화나트륨 또는 암모니아 등의 고가의 알칼리 물질을 과량 사용하였으나, 본 발명은 불순물 제거 시에 알칼리 폐기물 내지 저가의 알칼리 분말을 사용함으로써 제조비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 알칼리 폐기물을 사용하여 자원 리싸이클링 효과를 가져올 수 있으며, 고순도의 수산화마그네슘 분말을 얻고자 하는 경우에는 알칼리 폐기물 내지 저가의 알칼리 분말을 첨가하여 불순물을 제거한 후에 알칼리 물질을 소량만 첨가하여도 된다.
도 1은 실시예 1-1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다.
도 2는 실시예 1-2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 비교예 1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예 2-1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 2-2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 비교예 2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 단순 매립 처분되거나 골재로 사용되고 있는 페로니켈 슬래그 또는 천연물질인 사문암으로부터 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 추출하는 방법을 제시한다.
니켈을 안정적으로 확보하기 위해 페로니켈 제련소를 가동되고 있으며, 페로니켈 제련소에서 니켈을 제련할 경우, 원료, 제선, 제강 등의 생산 라인을 거치면서 원료품위가 낮은 페로니켈 슬래그가 부산물로 발생하고 있다. 이렇게 발생되는 페로니켈 슬래그의 대부분은 폐기물로서 단순 매립 처리되고 있으며, 일부는 골재로 사용되고 있는 실정이다. 폐기물로 매립되는 페로니켈 슬래그는 환경 오염을 야기할 수 있으며, 따라서 이를 재활용할 수 있는 연구가 필요하다. 이러한 페로니켈 슬래그에는 유용성분인 마그네슘산화물이 함유되어 있다. 또한, 사문암에도 유용성분인 마그네슘산화물이 함유되어 있다.
수산화마그네슘을 만드는 화학적 방법은 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘을 강산에 녹여 마그네슘염을 생성시킨 다음, 알칼리 물질을 첨가해 수산화마그네슘 침전물을 합성하는 것이다. 고순도 정제를 위해 pH 조절을 통해 불순물을 제거하는 공정이 필요하며, 알칼리 물질로 고가의 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 과량 첨가해야하므로 경제적인 측면에서 그 한계가 있다.
본 발명에서는 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 이용하여 수산화마그네슘 분말을 제조함에 있어, 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 강산에 녹여 사문암·페로니켈 슬래그에 포함된 마그네슘염을 수화시켜 용액을 만든 다음, 알칼리성 폐기물 또는 저가의 알칼리 분말을 사용하여 불순물을 제거한 후, 알칼리 물질을 투입하여 수산화마그네슘 침전물을 생성시켜 여과한 후 고순도 수산화마그네슘을 얻는다.
본 발명에 의하면, 사문암이나 단순 폐기물인 페로니켈 슬래그로부터 고부가가치 원료인 수산화마그네슘 분말을 얻을 수 있고, pH 조절을 통해 불순물을 제거하는 공정 단계에서 알칼리 폐기물 또는 저가의 알칼리 분말을 사용하여 처리 비용 절감화를 이룰 수 있다.
본 발명에서는 불순물 제거를 위한 pH 조절 시에 고가의 수산화나트륨 대신 pH가 10 이상인 석고류, 애쉬류 등의 알칼리 폐기물 또는 저가의 알칼리 분말을 사용하여 pH를 일정 수준 높여주어 불순물을 제거한다. 여기서, 상기 석고류는 화학성분상으로는 이수석고, 반수석고, 무수석고를 의미하며, 발생 상태로는 화학석고, 탈황석고(배연탈황석고, 석유정제탈활석고 등) 등의 부산석고이거나 천연석고를 말한다. 상기 애쉬류는 제지애쉬, 석탄애쉬, 슬러지 애쉬 등을 말한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수산화마그네슘 분말의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
출발원료로 마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 준비한다. 페로니켈 슬래그와 사문암은 유용성분인 마그네슘산화물을 포함하고 있다.
상기 페로니켈 슬래그는 MgO 25.0∼43.0중량%, SiO2 40.0∼62.0중량%, CaO 0.01∼3.0중량%, Al2O3 1.0∼7.0중량%, Fe2O3 2.0∼14.0중량%, Na2O 0.01∼3.0중량%, SO3 0.001∼1.0중량% 및 K2O 0.001∼2.0중량%를 포함하는 물질일 수 있다.
상기 사문암은 MgO 25.0∼45.0중량%, SiO2 10.0∼35.0중량%, CaO 5.0∼30.0중량%, Al2O3 0.01∼7.0중량% 및 Fe2O3 1.0∼12.0중량%를 포함하는 물질일 수 있다.
출발원료를 진동밀 등과 같은 분쇄장치를 이용하여 분쇄 공정을 수행할 수 있다. 상기 분쇄 공정은 출발원료가 1∼1000㎛ 정도의 입자 크기를 가질 때까지 수행하는 것이 바람직하다. 입자 크기가 너무 작을 때까지 분쇄 공정을 수행할 경우에는 분쇄 시간이 오래 걸리고 고가의 분쇄장치가 요구될 수 있으므로 바람직하지 않으며, 입자 크기가 너무 큰 경우에는 후속의 침출 시간이 오래 걸리고 마그네슘(Mg) 성분의 충분한 침출이 이루어지지 않을 수 있다.
마그네슘산화물을 포함하는 폐기물인 페로니켈 슬래그 및 마그네슘산화물을 포함하는 사문암 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 산(acid) 용액에 첨가하여 교반하면서 침출한다.
상기 산(acid) 용액은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HHO3), 과염소산(HClO4) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 수용액일 수 있다.
상기 산(acid) 용액의 농도는 1∼10M인 것이 바람직하다.
상기 교반은 10∼500rpm 정도의 회전속도로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 침출은 마그네슘(Mg) 성분을 용이하게 침출시키기 위하여 상기 산(acid) 용액의 끓는점보다 낮은 온도로서 20∼99℃의 온도에서 10분∼48시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 침출 온도가 너무 낮을 경우에는 마그네슘(Mg) 성분의 침출이 원활하지 않을 수 있고, 침출 온도가 너무 높을 경우에는 작업 안전성을 해칠 염려가 있다.
상기 산(acid) 용액에 불용성인 불순물을 1차 여과한다. 상기 1차 여과는 여과지를 이용하여 상기 산(acid) 용액에 불용성인 불순물을 걸러낼 수 있으며, 상기 여과지로는 5C 여과지 등을 사용할 수 있으며, 불용성인 불순물을 걸러낼 수 있는 여과지라면 그 사용에 제한이 있는 것은 아니다.
1차 여과된 침출액에 pH가 10.0∼14.0인 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 pH를 7.1∼9.0 정도로 조절하면서 불순물이 수산화물 형태로 침전되게 한다. 페로니켈 슬래그 또는 사문암에는 마그네슘(Mg) 성분 이외에도 Ca, Al, Fe 등이 불순물로 함유되어 있으며, 산(acid) 용액에 의한 침출 시 이러한 불순물이 침출액에 존재한다. 따라서, 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 침출액에 첨가하여 이러한 불순물이 수산화물 형태로 침전되게 한다.
상기 석고류는 이수석고, 반수석고 및 무수석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어지거나, 화학석고, 부산석고 및 천연석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어질 수 있다. 상기 부산석고는 배연탈황석고 및 석유정제탈활석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어질 수 있다. 상기 석유정제탈황석고라 함은 석회석 30∼70중량%와 석유 코우크스 30∼70중량%의 혼합물을 800∼900℃의 고온에서 연소할 때 발생하는 부산물을 의미하는 것으로 사용한다. 상기 석유정제탈황석고는 상기 석회석과 상기 석유 코우크스를 유동층 연소보일러 또는 석회 소성로에서 연소할 때 상기 석유 코우크스는 연소되고 상기 석유 코우크스에 함유되어 있던 황화물이 석회의 CaO 성분과 결합하면서 재로 형성하여 나오는 부산물이며, 상기 석유 코우크스는 석유 정제 과정의 하이드로 크래킹 유니트에서 중질유(벙커C유)로부터 경유를 뽑을 때 나오는 잔사유를 사용한 것일 수 있다.
상기 애쉬류는 제지애쉬, 석탄애쉬 및 슬러지애쉬 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
삭제
석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가할 때, 1∼500㎛의 평균 입자 크기로 분쇄된 염기성 폐 콘크리트를 상기 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말 100중량부에 대하여 1∼80중량부를 더 첨가할 수 있다. 염기성 폐 콘크리트는 폐기물로 버려지는 것으로서 환경 오염의 요인이 되고 있으나 이를 재활용할 수 있는 장점이 있으며, 폐기물로 버려지는 것을 사용하는 것이므로 석고류 또는 애쉬류 만을 사용하는 경우보다 제조 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다. 폐기물로 버려지는 염기성 폐 콘크리트는 pH가 8∼11 정도이며, 부피가 큰 덩어리 상태이므로 1∼500㎛의 평균 입자 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 염기성 폐 콘크리트는 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말 100중량부에 대하여 1∼80중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
침전된 수산화물을 2차 여과를 통하여 제거한다. 상기 2차 여과는 여과지를 이용하여 침전된 수산화물을 걸러낼 수 있으며, 상기 여과지로는 5C 여과지 등을 사용할 수 있으며, 침전된 수산화물을 걸러낼 수 있는 여과지라면 그 사용에 제한이 있는 것은 아니다.
고순도의 수산화마그네슘 분말을 얻으려고 하는 경우에는, 2차 여과를 통해 정제된 침출액을 상기 산(acid) 용액의 끓는점보다 낮은 온도인 20∼99℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가하여 pH 8.0∼13.0 정도로 조절한다. 이때의 pH는 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 pH 조절을 통해 불순물이 수산화물 형태로 침전되게 한 경우보다 높게 하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화칼륨(KOH) 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 알칼리 물질의 농도는 0.5∼10M인 것이 바람직하다. 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 이용하여 침출액에 함유된 불순물을 침전시켜 2차 여과를 통해 제거된 상태이며, 침출액은 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 pH를 7.1∼9.0 정도로 조절된 상태이기 때문에, 소량의 알칼리 물질을 첨가하여도 된다. 따라서, 고가의 알칼리 물질을 소량만 사용하여도 되므로 제조 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.
물의 끓는점 보다 높은 101∼500℃에서 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻는다. 2차 여과를 통해 정제된 침출액에는 마그네슘염이 용해되어 있으며, 상기 수열처리에 의해 상기 마그네슘염은 알칼리 물질과 반응하여 수산화마그네슘 결정을 이루어 침전되게 된다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물을 3차 여과하고 세척한 후 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻는다. 이렇게 제조된 수산화마그네슘 분말은 입경이 100nm 내지 1000nm 정도를 갖는다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들에서 사용한 출발원료는 아래의 표 1에 나타내었다. 아래의 표 1은 출발원료의 화학적 조성을 보여주고, 각 함량의 단위는 중량% 이다.
원료 MgO SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 Na2O SO3 K2O 기타
페로니켈 슬래그 34.0 51.3 0.49 3.91 7.83 0.36 0.03 0.07 2.01
사문암 30.0 20.0 15.4 1.0 5.4 - - - 28.2
<실시예 1-1>
출발원료인 페로니켈 슬래그(Ferro-Nickel Slag)를 진동밀(WTBM-01, 웅비기계, 한국)을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 페로니켈 슬래그는 5㎛ 정도의 평균 입경을 가졌다.
페로니켈 슬래그에 포함된 마그네슘(Mg) 성분을 추출하기 위해 H2SO4를 사용하여 침출 실험을 진행하였다. 본 실시예에서는 2M H2SO4 용액으로 60℃에서 120분 동안 교반하면서 침출하였다. 페로니켈 슬래그 100g을 2M H2SO4 용액 200㎖에 60℃, 120분간 교반·침출하였다.
침출이 종료된 후 5C 여과지를 사용하여 1차 여과하였다.
1차 여과된 침출액에 분말 형태의 탈황석고를 첨가하여 산도를 pH 7.5∼8로 조절하면서 불순물을 수산화물 침전 형태로 가라앉혀 제거하였다. 침전된 수산화물은 2차 여과를 통하여 제거하였다. 상기 2차 여과는 5C 여과지를 사용하였다.
2차 여과를 통해 정제된 침출액은 70℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가해주었다. 이때 사용된 알칼리 물질은 1M NaOH 용액이며, 첨가속도는 10㎖/분으로 고정시켜 주고, 산도는 pH 12 정도로 조절해주었다.
알칼리 물질을 첨가하여 pH 12 정도로 조절한 후, 150℃에서 6시간 동안 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻었다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물은 여과하여 증류수로 3회 세척 후 100℃에서 6시간 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻었다.
도 1은 실시예 1-1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다.
도 1을 참조하면, 실시예 1-1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말은 150∼300㎚ 정도의 입경을 가졌다.
<실시예 1-2>
출발원료인 페로니켈 슬래그(Ferro-Nickel Slag)를 진동밀(WTBM-01, 웅비기계, 한국)을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 페로니켈 슬래그는 5㎛ 정도의 평균 입경을 가졌다.
페로니켈 슬래그 100g을 실시예 1-1과 마찬가지로 2M H2SO4 용액 200mL로 60℃에서 120분 동안 교반하면서 침출하였다.
침출이 종료된 후 5C 여과지를 사용하여 1차 여과하였다.
1차 여과된 침출액에 분말 형태의 제지애쉬를 첨가하여 산도를 pH 7.5∼8로 조절하면서 불순물을 수산화물 침전형태로 가라앉혀 제거하였다. 침전된 수산화물은 2차 여과를 통하여 제거하였다. 상기 2차 여과는 5C 여과지를 사용하였다.
2차 여과를 통해 정제된 침출액은 70℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가해주었다. 이때 사용된 알칼리 물질은 1M NaOH 용액이며, 첨가속도는 10㎖/분으로 고정시켜 주고, 산도는 pH 12 정도로 조절해주었다.
알칼리 물질을 첨가하여 pH 12 정도로 조절한 후, 150℃에서 6시간 동안 수열처리 하여 Mg(OH)2 침전물을 얻었다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물은 여과하여 증류수로 3회 세척 후 100℃에서 6시간 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻었다.
도 2는 실시예 1-2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2를 참조하면, 실시예 1-2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말은 150∼300㎚ 정도의 입경을 가졌다.
상기의 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시한다. 후술하는 비교예 1은 실시예들의 특성과 단순히 비교하기 위하여 제시하는 것으로 본 발명의 선행기술이 아님을 밝혀둔다.
<비교예 1>
출발원료인 페로니켈 슬래그(Ferro-Nickel Slag)를 진동밀(WTBM-01, 웅비기계, 한국)을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 페로니켈 슬래그는 5㎛ 정도의 평균 입경을 가졌다.
페로니켈 슬래그 100g을 실시예 1과 마찬가지로 2M H2SO4 용액 200mL로 60℃에서 120분 동안 교반하면서 침출하였다.
침출이 종료된 후 5C 여과지를 사용하여 1차 여과하였다.
1차 여과된 침출액에 알칼리 물질을 첨가하여 산도를 pH 7.5∼8로 조절하면서 불순물을 수산화물 침전형태로 가라앉혀 제거하였다. 이때 알칼리 물질은 1M NaOH 용액을 사용하였으며, 침전된 수산화물은 2차 여과를 통하여 제거하였다. 상기 2차 여과는 5C 여과지를 사용하였다.
2차 여과를 통해 정제된 침출액은 70℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가해주었다. 이때 사용된 알칼리 물질은 1M NaOH 용액이며, 첨가속도는 10㎖/분으로 고정시켜 주고, 산도는 pH 12 정도로 조절해주었다.
알칼리 물질을 첨가하여 pH 12 정도로 조절한 후, 150℃에서 6시간 동안 수열처리 하여 Mg(OH)2 침전물을 얻었다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물은 여과하여 증류수로 3회 세척 후 100℃에서 6시간 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻었다.
도 3은 비교예 1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 3을 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말은 150∼300㎚ 정도의 입경을 가졌다.
<실시예 2-1>
출발원료인 사문암을 진동밀(WTBM-01, 웅비기계, 한국)을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 사문암은 5㎛ 정도의 평균 입경을 가졌다.
사문암에 포함된 Mg를 추출하기 위해 2M H2SO4 용액으로 60℃에서 120분 동안 교반하면서 침출하였다. 사문암 100g을 2M H2SO4 용액 200mL에 60℃, 120분간 교반하면서 침출하였다.
침출이 종료된 후 5C 여과지를 사용하여 1차 여과하였다.
1차 여과된 침출액에 분말 형태의 탈황석고를 첨가하여 산도를 pH 7.5∼8로 조절하면서 불순물을 수산화물 침전형태로 가라앉혀 제거하였다. 침전된 수산화물은 2차 여과를 통하여 제거하였다. 상기 2차 여과는 5C 여과지를 사용하였다.
2차 여과를 통해 정제된 침출액은 70℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가해주었다. 이때 사용된 알칼리 물질은 1M NaOH 용액이며, 첨가속도는 10㎖/분으로 고정시켜 주고, 산도는 pH 12 정도로 조절해주었다.
알칼리 물질을 첨가하여 pH 12 정도로 조절한 후, 150℃에서 6시간 동안 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻었다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물은 여과하여 증류수로 3회 세척 후 100℃에서 6시간 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻었다.
도 4는 실시예 2-1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 4를 참조하면, 실시예 2-1에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말은 150∼300㎚ 정도의 입경을 가졌다.
<실시예 2-2>
출발원료인 사문암을 진동밀(WTBM-01, 웅비기계, 한국)을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 사문암은 5㎛ 정도의 평균 입경을 가졌다.
사문암 100g을 실시예 2-1과 마찬가지로 2M H2SO4 용액 200mL로 60℃에서 120분 동안 교반하면서 침출하였다.
침출이 종료된 후 5C 여과지를 사용하여 1차 여과하였다.
1차 여과된 침출액에 분말 형태의 제지애쉬를 첨가하여 산도를 pH 7.5∼8로 조절하면서 불순물을 수산화물 침전형태로 가라앉혀 제거하였다. 침전된 수산화물은 2차 여과를 통하여 제거하였다. 상기 2차 여과는 5C 여과지를 사용하였다.
2차 여과를 통해 정제된 침출액은 70℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가해주었다. 이때 사용된 알칼리 물질은 1M NaOH 용액이며, 첨가속도는 10㎖/분으로 고정시켜 주고, 산도는 pH 12 정도로 조절해주었다.
알칼리 물질을 첨가하여 pH 12 정도로 조절한 후, 150℃에서 6시간 동안 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻었다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물은 여과하여 증류수로 3회 세척 후 100℃에서 6시간 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻었다.
도 5는 실시예 2-2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 5를 참조하면, 실시예 2-2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말은 150∼300㎚ 정도의 입경을 가졌다.
상기의 실시예 2-1 및 실시예 2-2의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시한다. 후술하는 비교예 2는 실시예들의 특성과 단순히 비교하기 위하여 제시하는 것으로 본 발명의 선행기술이 아님을 밝혀둔다.
<비교예 2>
출발원료인 사문암을 진동밀(WTBM-01, 웅비기계, 한국)을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 사문암은 5㎛ 정도의 평균 입경을 가졌다.
사문암 100g을 실시예 2-1과 마찬가지로 2M H2SO4 용액 200mL로 60℃에서 120분 동안 교반하면서 침출하였다.
침출이 종료된 후 5C 여과지를 사용하여 1차 여과하였다.
1차 여과된 침출액에 알칼리 물질을 첨가하여 산도를 pH 7.5∼8로 조절하면서 불순물을 수산화물 침전형태로 가라앉혀 제거하였다. 이때 알칼리 물질은 1M NaOH 용액을 사용하였으며, 침전된 수산화물은 2차 여과를 통하여 제거하였다. 상기 2차 여과는 5C 여과지를 사용하였다.
2차 여과를 통해 정제된 침출액은 70℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가해주었다. 이때 사용된 알칼리 물질은 1M NaOH 용액이며, 첨가속도는 10㎖/분으로 고정시켜 주고, 산도는 pH 12 정도로 조절해주었다.
알칼리 물질을 첨가하여 pH 12 정도로 조절한 후, 150℃에서 6시간 동안 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻었다.
얻어진 Mg(OH)2 침전물은 여과하여 증류수로 3회 세척 후 100℃에서 6시간 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻었다.
도 6은 비교예 2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 6을 참조하면, 비교예 2에 따라 제조된 수산화마그네슘 분말은 150∼300㎚ 정도의 입경을 가졌다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (12)

  1. (a) 사문암으로부터 수산화마그네슘을 추출하기 위하여 마그네슘산화물을 포함하는 사문암을 산(acid) 용액에 첨가하여 교반하면서 침출하는 단계;
    (b) 상기 산(acid) 용액에 불용성인 불순물을 1차 여과하는 단계;
    (c) 1차 여과된 침출액에 pH가 10.0∼14.0인 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말을 첨가하여 pH를 7.1∼9.0로 조절하면서 불순물이 수산화물 형태로 침전되게 하는 단계;
    (d) 침전된 수산화물을 2차 여과를 통하여 제거하는 단계;
    (e) 2차 여과를 통해 정제된 침출액을 상기 산(acid) 용액의 끓는점보다 낮은 온도인 20∼99℃에서 교반하면서 알칼리 물질을 첨가하여 상기 (c) 단계에서의 pH 보다 높은 pH 8.0∼13.0로 조절하는 단계;
    (f) 상기 알칼리 물질이 첨가된 결과물을 물의 끓는점 보다 높은 101∼500℃에서 수열처리하여 Mg(OH)2 침전물을 얻는 단계; 및
    (g) 얻어진 Mg(OH)2 침전물을 3차 여과하고 세척한 후 건조하여 수산화마그네슘 분말을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 (c) 단계에서, 1∼500㎛의 평균 입자 크기로 분쇄된 염기성 폐 콘크리트를 상기 석고류 및 애쉬류 중에서 선택된 알칼리 폐기물 또는 알칼리 분말 100중량부에 대하여 1∼80중량부를 더 첨가하고,
    상기 사문암은 MgO 25.0∼45.0중량%, SiO2 10.0∼35.0중량%, CaO 5.0∼30.0중량%, Al2O3 0.01∼7.0중량% 및 Fe2O3 1.0∼12.0중량%를 포함하는 물질이고,
    상기 석고류는 이수석고, 반수석고 및 무수석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어지거나, 화학석고, 부산석고 및 천연석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어지며,
    상기 애쉬류는 제지애쉬, 석탄애쉬 및 슬러지애쉬 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 부산석고는 배연탈황석고 및 석유정제탈활석고 중에서 선택된 1종 이상의 석고로 이루어진 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계에서 사용한 상기 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화칼륨(KOH) 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 알칼리 물질의 농도는 0.5∼10M인 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 산(acid) 용액은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HHO3), 과염소산(HClO4) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 산(acid) 용액의 농도는 1∼10M인 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 마그네슘산화물을 포함하는 사문암을 산(acid) 용액에 첨가하기 전에,
    마그네슘산화물을 포함하는 사문암을 1∼1000㎛의 평균 입경을 가질 때까지 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 분말의 제조방법.
  12. 삭제
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