KR101312065B1

KR101312065B1 - 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의동시제조방법

Info

Publication number: KR101312065B1
Application number: KR1020050129917A
Authority: KR
Inventors: 김대영; 변태봉; 이재영
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2013-09-25
Also published as: KR20070068144A

Abstract

본 발명은 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적어도 염산과 칼슘을 포함하는 철강산세폐액으로부터, 폐놀을 분해시키는 환경촉매재료와, 화공 기초물질인 염화칼륨을 동시에 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 환경촉매재료 및 염화칼륨 제조방법은, 중화제로서 수산화칼륨을 사용하여, 철강산세폐액을 중화/산화반응시키는 제1 단계와; 반응온도, 또는 pH, 또는 ORP 중 적어도 어느 하나가 소정치에 도달할 때 반응을 종료시키는 제2 단계와; 상기 반응 생성물을 여과시키는 제3 단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.

철강산세폐액, 환경촉매, 염화칼륨

Description

철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법{Simultaneous preparation method of environmental catalyst material and potassium chloride from steel waste acid}

도 1은, 본 발명의 방법이 적용되는 과정을 설명하는 플로챠트이다.

본 발명은 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적어도 염산과 칼슘을 포함하는 철강산세폐액으로부터, 환경물질, 예컨대 페놀을 분해시키는 환경촉매재료와, 화공 기초물질인 염화칼륨을 동시에 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 제철산업에 있어서, 다양한 성분의 철강산세폐액이 만들어지고 있다. 상기 철강산세폐액은, 다양한 유용한 성분을 가지고 있음에도 불구하고 폐기처분되어, 자원의 낭비 뿐만 아니라 환경오염의 요인으로 지적되고 있었다. 따라서, 버려지는 철강산세폐액의 재활용은 중요한 이슈로 간주되고 있다.

종래기술 중에, 철강산세폐액으로부터 환경촉매재료를 제조하는 방법이 알려져 있다. 상기 환경촉매재료란, 환경에 악영향을 미치는 물질의 분해를 촉진할 수 있는 재료를 의미한다. 예컨대, 환경촉매재료로서, 산화철을 포함한 함철화합물 촉매를 들 수 있다. 이 산화철을 포함한 함철화합물 촉매를 제조하는 종래의 방법은, 주로 철염화합물을 이용하여 황화물 또는 염화물 철염용액을 만들고, 중화제로서 수산화나트륨(NaOH)을 사용하여 산화 반응시키는 것이었다.

그리고, 상기 환경촉매재료를 예컨대 페놀의 분해에 적용하는 경우에, 분해효율을 향상시킬 수 있는 적정한 적용 요건이 제시될 필요가 있다. 이 적용 요건은, 환경촉매재료의 종류와 성분에 따라서 달라짐은 물론이다.

한편, 상기 철강산세폐액과는 상관없이, 종래에는 염화칼륨 용액을 독립적으로 제조하였다. 즉, 이 제조방법은, 수용성 광물에서 연속용해법이나 부유선광법을 사용하여 염화칼륨(KCl)을 추출하는 것이었다. 예컨대, 실비나이트(KCl·NaCl)에서, 거친(rough) 염화칼륨(함유율 60∼70%)을 제조한 후, 재결정법으로 정제하면, 고순도(pure)의 염화칼륨이 얻어진다.

그러나, 이러한 방법들은 제조원가가 높다는 문제점이 있었다. 즉, 환경촉매재료와 염화칼륨의 제조가 각각 별개이기 때문에, 각 제조공정에 따른 설비의 투자, 관리, 운용에 있어서 별개로 진행된다. 따라서, 이들 두가지 물질이 모두 필요한 경우에는, 설비의 투자가 이중으로 소요된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 방법과 달리, 철강산세폐액으로부터 환경촉매재료 및 염화칼륨 용액을 동시에, 그리고 보다 간편하게 제조하는 기술을 제공하고자 하는 것이다.

그리고, 상기 철강산세폐액의 중화제로서 저렴한 물질을 사용할 수 있는 기술을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 상기 제조된 환경촉매재료의 적용 효율을 향상시킬 수 있는 적절한 적용 요건을 제시하고자 하는 것이다.

여기서, 상기 제1 단계에 있어서 (중화제/철강산세폐액)의 비는 32% 이상임이 바람직하고, 또한, 상기 제2 단계에 있어서 반응을 종료시킬 때, 반응온도가 60℃ 이상이거나, pH가 pH 9 이상이거나, ORP가 900 이상임이 바람직하다.

또한, 상기 철강산세폐액은, 적어도 염산과 칼슘을 포함하며, 상기 환경촉매재료는, 수산화철임이 바람직하다.

그리고, 상기 제조된 환경촉매재료는, 벤젠과 200℃ 이상에서 반응되어, 벤젠의 분해에 이용됨이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다. 실시예에서 사용 된 철강산세폐액은 적어도 철, 염산, 칼슘 성분을 가지는 것으로 한다.

[실시예 1]

철강산세폐액에 대한 중화제(수산화칼륨)의 중량비[즉, (중화제의 중량)/(철강산세폐액의 중량)]를 6.4%, 12.8%, 19.2%, 25.6%, 32.0%, 38.4%로 조절하면서, 철강산세폐액의 중화/산화반응(즉, 중화제인 수산화칼륨에 의해 철강산세폐액이 중화한 다음 산화되는 반응)(10)을 시키고, 생성물을 여과(50)시켰다. 그리고, 이때의 (중화제/철강산세폐액)의 비의 변화에 따른 염화칼륨량(60)을 조사하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	(중화제/철강산세폐액) 비(%)
구분	6.4	12.8	19.2	25.6	32.0	38.4
염화칼륨량(%)	7.74	15.66	27.65	33.20	34.55	36.05
환경촉매재료	FeOH₂/FeOOH/CaO/Ca(OH)₂

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, (중화제/철강산세폐액)의 중량비의 경우, 12.8% 이상(염화칼륨량이 15% 이상이 됨), 바람직하게는 32% 이상(염화칼륨량이 30% 이상이 됨)이 적당한 것으로 나타났다.

[실시예 2]

철강산세폐액과 중화제의 중량비(중화제/철강산세폐액)를 32%로 고정시킨 채, 중화/산화반응(10)을 시키고, 생성물을 여과(50)시켰다. 그리고, 이때의 반응 종료온도 변화(20)에 따른 염화칼륨량(60)을 조사하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	반응종료온도(℃)
구분	45	60	70
염화칼륨량(%)	7.74	33.2	34.55
환경촉매재료	FeOH₂/FeOOH/CaO/Ca(OH)₂

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 반응 종료 온도(20)의 경우, 60℃ 이상(염화칼륨량이 30% 이상이 됨)에서 반응을 종료하는 것이 적당한 것으로 나타났다.

[실시예 3]

철강산세폐액과 중화제의 비(중화제/철강산세폐액)를 32%로 고정시킨 채, 중화/산화반응(10)을 시키고, 생성물을 여과(50)시켰다. 그리고, 이때의 반응용액 pH 변화(30)에 따른 염화칼륨량(60)을 조사하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.

구분	반응용액 PH
구분	5	9	10
염화칼륨량(%)	7.74	33.2	34.55
환경촉매재료	FeOH₂/FeOOH/CaO/Ca(OH)₂

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 반응용액 pH의 경우(30), pH 9 이상(염화칼륨량이 30% 이상이 됨)에서 반응을 종료하는 것이 적당한 것으로 나타났다.

[실시예 4]

철강산세폐액과 중화제의 비(중화제/철강산세폐액)를 32%로 고정시킨 채, 중화/산화반응(10)을 시키고, 생성물을 여과(50)시켰다. 그리고, 이때의 반응용액 ORP(산화환원전위; Oxidation-Reduction Potential) 변화(40)에 따른 염화칼륨량(60)을 조사하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.

구분	반응용액 ORP
구분	500	900	905
염화칼륨량(%)	7.74	33.20	34.55
환경촉매재료	FeOH₂/FeOOH/CaO/Ca(OH)₂

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 반응용액 ORP의 경우(40). 900 이상(염화칼륨량이 30% 이상이 됨)에서 반응을 종료하는 것이 적당한 것으로 나타났다.

[실시예 5]

상기 실시예 1 내지 4에서 생성된 환경촉매재료의 촉매특성 평가를 위해, 원통형 전기로 내에 석영관을 수평으로 설치한 것을 2세트 준비하고, 상기 실시예 2 내지 4에서 제조한 환경촉매재료(수산화철, BET 184.4m²/g)와 일반산화철(BET 6.9m2/g) 각각 60mg을 각각 다른 석영관에 충진시켰다. 그리고나서, 벤젠을 기화용기를 통하여 기화시키고, MFC를 이용하여 캐리어 가스(carrier gas)인 헬륨을 100ml/min의 속도로 주입시켜, 기화된 벤젠을 각 석영관(반응기)으로 투입시켰다. 또한, 반응온도를 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃, 700℃로 변화시키고, 반응기 주입 가스 중의 벤젠량과 배가스 중의 벤젠량을 GC(가스 크로마토그라피)를 이용하여 분석한 다음, 반응 온도에 따른 벤젠의 분해 전화율을 표 5에 나타내었다.

구분	반응온도(℃)
구분	100	200	300	400	500	600	700
벤젠분해전화율 (%) 수산화철 (BET 184.4m²/g)	30.56	71.45	75.57	83.55	.	.	.56.
벤젠분해전화율 (%) 일반산화철 (BET 6.9m²/g)	.	.	10.78	.	39.56	46.23	65.12

상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제조된 수산화철이 일반산화철보다 벤젠 분해특성이 우수함을 알 수 있으며, 반응 온도의 경우, 200℃ 이상(벤젠분해전화율이 70% 이상이 됨)이 적당한 것으로 나타났다.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법은, 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 종래의 방법과 달리, 철강산세폐액으로부터 환경촉매재료 및 염화칼륨 용액을 동시에, 그리고 보다 간편하게 제조할 수 있기 때문에, 설비투자의 중복과 이원화를 방지할 수 있고, 철강산세폐액의 재활용율을 보다 제고시킬 수가 있다.

그리고, 상기 철강산세폐액의 중화제로서, 저렴한 수산화칼륨을 이용하므로, 제조원가를 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 제조된 환경촉매재료의 적용 효율을 향상시킬 수 있는 적절한 적용 요건이 제시되어 있으므로, 환경저해물질, 예컨대 페놀의 분해효율을 향상시킬 수가 있다.

Claims

적어도 철, 염산 및 칼슘을 포함하는 철강산세폐액에 중화제로서 수산화칼륨을 반응시켜, 상기 철강산세폐액을 중화한 다음 산화시키는 제1 단계와;

상기 철강산세폐액 및 상기 수산화칼륨의 반응시 반응온도, pH, 및 산화환원전위 중 적어도 어느 하나가 소정치에 도달할 때 상기 철강산세폐액 및 상기 수산화칼륨의 반응을 종료시키는 제2 단계와;

상기 제2 단계 이후에 상기 철강산세폐액 및 상기 수산화칼륨의 반응 생성물을 여과시켜 환경촉매재료 및 염화칼륨을 동시에 생성하는 제3 단계;를 포함하고,

상기 환경촉매재료는 FeOH₂, FeOOH, CaO 및 Ca(OH)₂로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법.
제1항에 있어서,

상기 철강산세폐액에 대한 상기 수산화칼륨의 중량비는 32% 이상임을 특징으로 하는, 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 단계에 있어서 반응을 종료시키는 반응온도는, 60℃ 이상임을 특징으로 하는, 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 단계에 있어서 반응을 종료시키는 pH는, pH 9 이상임을 특징으로 하는, 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 단계에 있어서 반응을 종료시키는 산화환원전위는 900 이상임을 특징으로 하는, 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제조된 환경촉매재료는, 벤젠과 200℃ 이상에서 반응되어, 벤젠의 분해에 이용됨을 특징으로 하는, 철강산세폐액으로부터의 환경촉매재료 및 염화칼륨의 동시제조방법.