KR101338233B1 - 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법 - Google Patents

해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 해수의 담수화 처리를 위한 역삼투공정에서 농축수가 발생시, 혼상(Mixed Bed) 이온교환수지탑을 통해 리튬 손실이 최소화되도록 농축수에 함유된 불순물을 제거한 후 불순물이 제거된 농축수에 인산 또는 인산화합물을 투입하여 용해도가 낮은 유용금속인 인산리튬을 추출하도록 구성한 것이며, 이에따라 해수의 담수화 처리시 발생하는 농축수를 해양으로 방류하지 않으면서 해양환경 오염이 발생하는 방지함은 물론, 농축수로부터 인산리튬과 같은 유용금속의 회수로부터 폐기물에 대한 자원화를 도모하고, 농축수로부터 유용금속을 회수하는데 따른 작업시간과 전력 낭비를 최소화시켜 경제적이면서 효율적으로 유용금속을 용이하게 회수하는 것이다.

Description

해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법{Useful metal collecting device from seawater-desalination}
본 발명은 해수 담수화시 발생하는 농축수에서 유용금속을 회수하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수 담수화 처리에서의 역삼투공정에서 발생하는 농축수를 해양으로 방류하지 않고, 농축수에 함유되는 불순물을 제거한 후 유용금속을 회수할 수 있도록 하는 해수담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법에 관한 것이다.
해수 담수화 기술을 통한 물 생산량은 1965년부터 지속적으로 성장하여 현재 약 4,000만톤/일을 초과하고 있으며, 앞으로도 연 평균 17%이상 성장할 것으로 예측되고 있다.
현재 세계 담수화시장은 총 68,658,174m3/일, 그 중 해수담수화 시장의 규모는 43,167,921m3/일로 전체 담수화 시장의 약 63%인 거대 시장으로, 국내의 경우 가동 중인 해수담수화 시설은 도서지역 식수 해결을 위한 100m3/일 미만의 소규모 시설이 약 83%로 대부분을 차지하고 있으며, 도서지역 생활용수 공급을 위한 총 시설 규모는 6,333m3/일 로서, 현재 국내에는 역삼투 방식의 해수 담수화 처리기술이 활발하게 보급되고 있는 실정이다.
그러나, 상기 역삼투 방식의 해수 담수화 처리는 낮은 회수율에 따른 처리효율 저하, 전력 비용 상승 및 농축수 처리에 상당한 어려움이 있다.
즉, 현재까지는 해수 담수화 처리장치의 규모가 작기 때문에 농축수의 해양 방류가 허용될 수 있었으나, 최근에는 처리장치의 규모가 커지기 때문에 대량으로 발생하는 농축수의 해양 방류시 해양환경의 오염원으로 발생하게 되는 문제점이 대두되었기 때문이다.
한편, 부존자원(예; 희소금속)이 빈약한 우리나라는 안정적 국가발전을 위해 자원의 안정적 확보는 물론 그 가치를 향상시킬 수 있는 자원기술의 확보가 절대적으로 요구되는데, 희소금속은 사용량은 매우 적으나, 주요 국가전력사업에 필수적으로 사용되는 자원으로서, 이중 리튬(리튬화합물 포함)은 특히 일부 국가에 편재되어 있는 것으로 세라믹, 이차전지재료, 냉매흡착제 및 의약품 등 매우 넓은 분야에 이용되고 있으며, 또한 핵융합 에너지자원으로도 주목받고 있다.
따라서, 향후 대용량 전지 및 전기자동차 등이 실용화된다면 그 수요는 급격히 증가할 것으로 예상되는데, 최근 휴대폰, 노트북 및 전기자동차 산업의 급속한 발전으로 인해 이동형 에너지원에 대한 국제적인 수요가 점점 증대되는 실정이고, 특히 리튬 이차전지의 활용이 폭발적으로 증대되고 있다.
현재 리튬이차전지 산업은 한국, 일본 및 중국을 중심으로 전개되고 있으며 급증하는 리튬 이차전지의 수요에 따라 핵심원료인 리튬의 소모량도 급증하고 있는 실정이다.
또한 리튬은 차세대 에너지원으로 기대되는 핵융합(thermonuclear fusion) 발전에서 삼중수소를 증식하기 위해 사용되기 때문에, 리튬에 대한 수요는 더욱더 커지고 있다.
한편, 해수에는 약 2500억톤의 리튬이 용해되어 있는 것으로 추정되고 있으며, 중요한 리튬 공급원으로 인식되기 시작하였고, 해수에 용해된 리튬의 농도가 1리터당 0.17㎎으로 매우 낮아 리튬 회수에 대한 경제성을 고려할 때 리튬을 선택적이고 저비용으로 회수하는 시스템의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 해수에서 리튬 이온을 회수하는 방법으로 이온교환 흡착법, 용매추출법 및 공침법과 같은 방법들이 연구되고 있다.
상기 리튬 이온 회수는 통상적으로 첨부된 도 1에서와 같이, 농축수에 망간산화물을 흡착제로 투입하여 리튬을 흡착하는 흡착공정(S1), 흡착제를 염산으로 처리하여 리튬이온을 탈착하는 탈착공정(S2), 탈착된 리튬용액을 염기성 용액으로 처리하여 기타 불순물을 추출 제거하고, 농축장치를 통해 리튬용액을 농축하는 중화 및 농축공정(S4), 그리고 리튬용액에 탄산염을 첨가하여 탄산리튬(Li2CO3)의 형태로 결정화 침전이 이루어지도록 하는 결정화공정(S4)의 흐름을 가진다.
한편, 상기와 같이 해수에서 리튬 이온 회수를 위한 기술에 있어, 매우 높은 선택도를 가진 이온교환 특성을 지닌 망간 산화물계 무기물 흡착제를 이용한 리튬 이온 회수 방법이 가장 바람직한 방법 중 하나로 널리 사용되고 있으며, 이에 다양한 망간 산화물계 무기물 흡착체가 개발되기도 하였다.
즉, 망간 산화물계 무기 흡착제를 이용하여 농축수에서 유용금속을 회수하는 기술은 등록특허공보 제 10-1238898 호(등록일 2013.02.25. 이하 선등록특허1 이라함)에 제시되고 있는데, 이는 리튬 이온을 포함하는 액체에서 수소 이온과 리튬 이온의 이온교환, 즉, 위상 용출(topotactic extraction)에 의해 액체의 리튬 이온을 흡착하고, 이후 리튬 이온을 흡착한 무기 흡착제는 묽은 염산 수용액에서 수소 이온과 리튬 이온의 이온교환을 통하여 리튬 이온의 회수를 가능하게 하는 것으로서, 이는 망간 산화물계 무기 흡착제를 반복하여 사용하는 장점을 가지는 것이다.
그러나, 상기 망간 산화물계 무기 흡착제를 이용하여 농축수에서 유용금속을 회수하는 방식은 약 10㎛ 크기의 미립자 형태인 리튬 망간 산화물 분말을 수십 ㎏ 이상, 더 나아가 톤(ton) 단위 이상을 산 수용액으로 처리하여 망간 산화물로 형성시키는 과정을 진행할 때, 대형의 내산성 수조 및 산 수용액이 상기 분말과 효과적으로 반응할 수 있도록 하기 위한 유동장치를 필요로 하며, 또한 산 수용액으로 처리한 후 수득된 액체의 분리 및 건조 공정이 추가적으로 요구되면서, 상기 선등록특허1은 리튬 이온 회수 장치 및 이를 이용한 리튬 이온 회수 방법이 매우 복잡하고 번거로우며, 처리 과정에 있어 주의를 요하는 등의 문제점이 발생하였다.
이에 종래에는 염수 함유 리튬을 탄산리튬(Li2CO3)의 형태로 추출하는 등록특허공보 제 10-1257433 호(등록일 2013.04.17. 이하 선등록특허2 이라함)가 개시되었는데, 이는 천연의 염호에서 염수를 펌핑하여 노지(露地)의 증발못(evaporation ponds)에 가둔 후 수개월~1년 정도의 장시간에 걸쳐 자연 증발시켜 리튬을 수십배로 농축시킨 다음, 수산화음이온(NaOH 등)을 사용하여 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 붕소(B)와 같은 불순물을 침전시켜 제거하고, 탄산리튬 용해도 이상의 양이 추출되도록 하여 리튬을 회수하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나, 상기 선등록특허2의 방법은 염수의 증발 및 농축에 많은 에너지와 시간이 소요되어 생산성이 크게 저하되고, 염수의 증발 및 농축 과정에서 리튬이 다른 불순물과 함께 염 형태로 추출되어 리튬의 손실이 발생되며, 비가 오는 우기에는 이용이 제한되는 단점이 있었다.
더불어, 상기 선등록특허2는 불순물 제거를 위한 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca)의 고액 분리 과정에서 리튬이 함께 공침되어 리튬 회수율이 감소됨은 물론, 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca)이 서로 혼합 침전됨으로써 이를 또 다시 분리해야 하는 번거로운 작업 때문에 자원으로 활용이 용이하지 않은 문제가 있을 뿐만 아니라, 붕소(B)의 제거를 위해 사용되는 이온교환수지의 가격이 너무 고가이고, 붕소(B)의 추출공정 운용을 위해 각종 화학약품을 많이 사용해야 하는 문제가 있었다.
한편, 리튬의 추출 방법 중 하나로 전기분해 방법이 사용되고 있는데, 이러한 전기분해 방법은 양극과 음극 사이에 바이 폴리막, 음이온 교환막, 양이온 교환막을 설치하여 염실과 산실 및 알칼리실과 같은 3개의 셀을 만들고, 상기 염실에 염화리튬 수용액을 공급하여 산실로부터 염산을, 알칼리실로부터는 수산화 리튬 수용액을 회수하는 구성으로 이루어져 있는 것으로, 이러한 방법은 조해성이 있는 염화리튬을 사용함으로써 그 보관, 이송, 취급시 습기를 차단해야 하므로 작업이 번잡하여 생산성이 저하되고, 비용이 상당히 소모될 뿐만 아니라, 양극으로부터 유독한 부식성의 염소 가스가 다량 발생하기 때문에 이 염소를 회수하고 무해화 처리를 행하기 위한 별도의 설비 도입으로 제조비용이 고가인 문제가 있다.
또한, 염실과 산실 및 알칼리실 등 3개의 셀을 이용한 복잡한 구조로 인하여 전극간의 간격이 넓어지면서 저항이 증가되어 전해에 필요한 전력 소모가 크게 증가하게 되는 단점이 있었다.
특히, 선등록특허2의 경우 해수 및 염수 등으로부터 리튬 회수시 일반적으로 추출되는 탄산리튬(Li2CO3)은 용해도가 약 13g/L여서 물속에 많은 양이 용해되는 물질에 해당되는 바, 염수에는 리튬이 0.3~3g/L의 농도(탄산리튬으로 환산시 1.59~15.9g/L)로 소량 용존되어 있기 때문에, 선등록특허2와 같이 탄산나트륨을 염수에 투입하여 탄산리튬(Li2CO3)을 추출시켜도 높은 용해도로 인하여 대부분 다시 재용해되면서 리튬의 추출이 곤란한 문제점이 있었다.
즉, 염수에서 유용금속 중 리튬을 회수하는 공정은 첨부된 도 2의 공정도에서와 같이, 증발공정을 위해 많은 에너지와 시간이 소요되어 생산성이 저하되고, 리튬의 회수율이 감소하는 문제가 있는데, 이는 리튬 회수에 앞서 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 붕소(B)와 같은 불순물을 침전시켜 제거할 때 다량의 수산화 음이온이 사용되고, 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca)의 고액분리 과정에서 리튬이 함께 공침되기 때문인 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 해수의 담수화 처리를 위한 역삼투공정에서 농축수가 발생시, 혼상(Mixed Bed) 이온교환수지탑을 통해 리튬 손실이 최소화되도록 농축수에 함유된 불순물을 제거한 후 불순물이 제거된 농축수에 인산 또는 인산화합물을 투입하여 용해도가 낮은 유용금속인 인산리튬을 추출하도록 구성함으로써, 해수의 담수화 처리시 발생하는 농축수를 해양으로 방류하지 않으면서 해양환경 오염이 발생하는 방지하고, 특히 농축수로부터 인산리튬과 같은 유용금속의 회수로부터 폐기물에 대한 자원화를 도모함은 물론, 농축수로부터 유용금속을 회수하는데 따른 작업시간과 전력 낭비를 최소화시켜 경제적이면서 효율적으로 유용금속을 회수할 수 있도록 하는 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법을 제공함에 목적이 있는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치는, 해수를 공급받은 후 해수에 포함되는 미립자를 제거하는 해수 전처리부; 상기 해수 전처리부로부터 미립자가 제거된 해수의 염분 농도를 고분자 분리막(역삼투막)을 통해 희석시키는 역삼투 공정으로 식수원과 농축수를 분리시키는 담수화처리부; 상기 담수화처리부의 담수화 처리를 통해 분리된 농축수를 회수하고, 회수된 상기 농축수에서 양이온과 음이온의 불순물을 제거하도록 양이온 및 음이온 교환수지가 혼합 충진되는 혼상(Mixed Bed) 이온교환수지탑; 인산 또는 인산화합물을 공급하는 재료투입부; 및, 상기 혼상 이온교환수지탑으로부터 불순물이 제거된 농축수를 공급받은 후, 상기 재료투입부로부터 인산 또는 인산화합물을 공급받아, 상기 농축수에 소량 용존되어 있는 일정농도의 리튬을 고체화시켜 용해도가 낮은 인산리튬을 추출하게 되는 금속추출부; 를 포함하여 구성하는 것이다.
또한, 상기 농축수에 함유된 불순물은 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 양이온 성분과, 황산이온을 포함하는 음이온 성분을 포함하는 것이다.
또한, 상기 혼상 이온교환수지탑에 혼합 충진되는 양이온 교환수지는 해수에 포함되는 불순물의 양이온을 교환 흡착하는 강산성 양이온 교환수지인 것이다.
또한, 상기 혼상 이온교환수지탑에 혼합 충진되는 음이온 교환수지는 해수에 포함되는 불순물의 음이온을 교환 흡착하는 강염기성 음이온 교환수지인 것이다.
또한, 상기 인산화합물은 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄을 포함하고, 상기 농축수에는 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄 중 어느 하나의 인산화합물이 선택되어 투입되도록 구성한 것이다.
또한, 상기 인산화합물은 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄을 포함하고, 상기 농축수에는 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄 중에서 복수의 인산화합물이 동시에 선택되어 투입되도록 구성하는 것이다.
다른 일면에 따라, 상기 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치에 의해 구현되는 유용금속 회수방법은, 역삼투공정에 의해 해수로부터 분리되어 회수되는 농축수에서 리튬 손실이 최소화되도록 불순물을 제거하는 제 1 공정; 상기 제 1 공정으로부터 불순물이 제거된 농축수를 일정용량의 탱크에 저장하고, 상기 농축수가 저장되는 탱크에 인산 또는 인산화합물을 투입하는 제 2 공정; 및, 상기 제 2 공정으로부터 탱크내에 투입되는 인산 또는 인산화합물과 불순물이 제거된 농축수의 중화반응으로부터 상기 농축수에 소량 용존되어 있는 일정농도의 리튬을 고체화시켜 용해도가 낮은 인산리튬을 추출하는 제 3 공정; 을 포함하여 진행하는 것이다.
이와 같이 본 발명은 해수의 담수화 처리를 위한 역삼투공정에서 농축수가 발생시, 혼상 이온교환수지탑을 통해 리튬 손실이 최소화되도록 농축수에 함유된 불순물을 제거한 후 불순물이 제거된 농축수에 인산 또는 인산화합물을 투입하여 용해도가 낮은 유용금속인 인산리튬을 추출하도록 구성한 것으로, 이를 통해 해수의 담수화 처리시 발생하는 농축수를 해양으로 방류하지 않으면서 해양환경 오염이 발생하는 방지함은 물론, 농축수로부터 인산리튬과 같은 유용금속의 회수로부터 폐기물에 대한 자원화를 도모하고, 농축수로부터 유용금속을 회수하는데 따른 작업시간과 전력 낭비를 최소화시켜 경제적이면서 효율적으로 유용금속을 용이하게 회수하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1,2는 해수에서 유용금속을 회수하는 일반적인 공정도.
도 3은 본 발명의 실시예로 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치의 블럭 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예로 혼상 이온교환수지탑의 구조도.
도 5는 본 발명의 실시예로 해수 담수화시 역삼투공정으로부터 발생하는 농축수의 수직 특성을 보인 도표.
도 6은 본 발명의 실시예로 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수방법을 보인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예로 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치의 블럭 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예로 혼상 이온교환수지탑의 구조도이며, 도 5는 본 발명의 실시예로 해수 담수화시 역삼투공정으로부터 발생하는 농축수의 수직 특성을 보인 도표를 나타내는 것이다.
첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예의 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치는 해수 전처리부(10), 담수화 처리부(20), 혼상(Mixed Bed) 이온교환수지탑(30), 재료투입부(40), 금속추출부(50)를 포함하여 구성하는 것이다.
상기 해수 전처리부(10)는 해수를 도시하지는 않았지만 파이프 관정을 통해 공급받아, 상기 해수에 포함되는 미립자를 제거하도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 해수 전처리부(10)는 도면으로 도시하지는 않았지만, 모래여과와 정밀여과를 적용할 수 있으며, 모래여과의 경우에는 압력식 급속여과방식을, 정밀여과의 경우에는 PVDF 재질의 중공사 막(Hollow Fiber) 모듈을 사용할 수 있는 것이며, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 해수 전처리부(10)는 해수의 필터링을 통해 미립자를 제거하는 카트리지 필터를 더 적용할 수 있음은 물론, 필요에 따라서는 미립자의 필터링을 위해 모래 및 안트라사이트와 활성탄이 충진되어 있는 여과기를 적용할 수도 있으며, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니다.
상기 담수화 처리부(20)는 상기 해수 전처리부(10)로부터 미립자가 제거된 해수의 염분 농도를 고분자 분리막(역삼투막)을 통해 희석시키는 역삼투 공정으로 식수원과 농축수를 분리하도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 역삼투 공정에서의 고분자 분리막(역삼투막)을 통해 역삼투법으로 해수를 처리하게 되면, 대부분의 이온성분이 역삼투막을 통과하지 못하고 농축수에 농축되어지며, 이는 역삼투막 자체의 재질, 스킨 레이어(Skin Layer)의 구성 차이 및 막의 공극크기(Pore Size)로부터 투과 현상이 다르게 나타나기 때문이다.
상기 혼상 이온교환수지탑(30)은 상기 담수화처리부(20)의 담수화 처리를 통해 분리된 농축수를 회수하고, 회수된 상기 농축수에서 양이온과 음이온의 불순물로서, 첨부된 도 5에서와 같이 농축수의 수질특성에 따라 순수한 리튬을 용이하게 선별하고 회수할 수 있도록 칼슘이온(Ca2+)와 마그네슘이온(Mg2+)을 포함하는 양이온 성분의 불순물과, 황산이온(SO4 2-)을 포함하는 음이온 성분의 불순물을 제거하도록 첨부된 도 4에서와 같이 양이온 및 음이온 교환수지가 혼합 충진되어 있는 것이다.
즉, 상기 혼상 이온교환수지탑(30)에 혼합 충진되는 양이온 교환수지는 해수에 포함되는 불순물의 양이온(Ca2+, Mg2+)을 교환 흡착하기 위한 강산성 양이온 교환수지(Strong Acid Cation-Exchange Resin)이고, 상기 음이온 교환수지는 해수에 포함되는 불순물의 음이온(SO4 2-)을 교환 흡착하기 위한 강염기성 음이온 교환수지(Strong Basic Anion-Exchange Resin)인 것이다.
상기 재료투입부(40)는 상기 금속추출부(50)에 인산(H3PO4) 또는 인산화합물을 공급하도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 인산(H3PO4) 또는 인산화합물의 공급은 자동 또는 수동으로 이루어질 수 있으며, 상기 인산화합물은 인산나트륨(Na3PO4), 인산칼륨(K3PO4), 인산암모늄((NH4)3PO4)을 포함하는 것으로, 상기 인산화합물은 인산나트륨(Na3PO4), 인산칼륨(K3PO4), 인산암모늄((NH4)3PO4) 중 어느 하나이거나, 또는 인산나트륨(Na3PO4), 인산칼륨(K3PO4), 인산암모늄((NH4)3PO4) 중에서 복수로 선택되어 투입될 수 있는 것이다.
상기 금속추출부(50)는 상기 혼상 이온교환수지탑(30)으로부터 불순물이 제거된 농축수를 공급받은 상태에서, 상기 재료투입부(40)로부터 인산(H3PO4) 또는 인산화합물을 공급받아, 상기 농축수에 소량 용존되어 있는 일정농도(예; 0.3~3g/L)의 리튬을 고체화시켜 용해도가 낮은 인산리튬(Li3PO4)을 추출하도록 구성되는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예로서 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수는 첨부된 도 3 내지 도 6에서와 같이, 우선 제 1 공정(S100)으로서 해수 전처리부(10)에 의해 해수에 포함되는 미립자가 제거되면, 미립자가 제거된 해수는 담수화 처리부(20)로 유입된다.
다음으로, 상기 담수화 처리부(20)에서는 미립자가 제거된 해수의 염분 농도를 고분자 분리막(역삼투막)을 통해 희석시키는 역삼투 공정으로 식수원과 농축수를 분리하게 되는 바, 상기 담수화 처리부(20)로부터 분리된 농축수는 해양으로 방류되지 않고 혼상 이온교환수지탑(30)으로 공급된다.
이때, 상기 혼상 이온교환수지탑(30)에는 첨부된 도 4에서와 같이, 강산성 양이온 교환수지와 강염기성 음이온 교환수지가 혼합 충진되어 있으므로, 상기 강산성 양이온 교환수지는 농축수에 포함되는 양이온(Ca2+, Mg2+)의 불순물을 교환 흡착하고, 상기 강염기성 음이온 교환수지는 농축수에 포함되는 음이온(SO4 2-)의 불순물을 교환 흡착하면서 농축수에 함유되는 리튬이 용해되어 손실되는 것을 최소화시키게 되는 것이다.
즉, 종래에는 수산화음이온(NaOH) 등 고가의 다량 알칼리를 사용하여 농축수에 함유되는 각종 불순물(Mg, Ca, B)을 침전시켜 제거함으로써 해수의 증발 및 농축에 많은 에너지와 시간 및 고비용이 소요되는 단점은 물론, 수산화음이온을 통해 각종 불순물을 제거하는 고액 분리과정에서 리튬이 함께 공침되어 그 회수율이 감소되는 단점을 가지고 있었지만, 본 발명의 실시예에서는 혼합 충진되는 강산성 양이온 교환수지 및 강염기성 음이온 교환수지를 통해 저비용으로 농축수에 함유되는 각종 불순물의 제거 시간을 단축하고, 특히 농축수에 함유되는 소량의 리튬이 용해되어 손실되는 것을 방지하는 기술적 특징을 가지게 되는 것이다.
다음의 제 2 공정(S200)으로서, 상기 이온교환수지탑(30)에 의해 불순물이 제거된 농축수는 도면에는 도시하지 않았지만 금속추출부(50)에 포함되는 탱크내에 유입되며, 이때 재료투입부(40)에서는 상기 탱크에 인산(H3PO4) 또는 인산나트륨(Na3PO4), 인산칼륨(K3PO4), 인산암모늄((NH4)3PO4) 중 어느 하나의 인산화합물이나, 인산나트륨(Na3PO4), 인산칼륨(K3PO4), 인산암모늄((NH4)3PO4) 중에서 복수의 인산화합물 투입이 이루어진다.
다음의 제 3 공정(S300)으로서, 탱크내에 투입되는 인산(H3PO4) 또는 인산나트륨(Na3PO4), 인산칼륨(K3PO4), 인산암모늄((NH4)3PO4) 중 어느 하나 또는 복수의 인산화합물이 투입될 때, 상기 인산(H3PO4) 또는 인산화합물과 불순물이 제거된 농축수의 중화반응이 일어나고, 이에따라 상기 농축수에 소량 용존되어 있는 일정농도(예; 0.3~3g/L)의 리튬은 고체화되면서 용해도가 약 0.39g/L 로 낮은 인산리튬(Li3PO4)의 추출이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
즉, 본 발명의 실시예로부터 추출되는 상기 인산리튬(Li3PO4)은 용해도가 약 0.39g/L 로 종래 약 13g/L의 용해도를 가지는 탄산리튬(Li2CO3)에 비해 용해도가 매우 낮은 것으로, 본 발명의 실시예에서는 불순물이 제거된 농축수에 인산(H3PO4)이나 하나 또는 복수의 인산화합물을 투입함으로써, 농축수에 소량 용존되어 있는 0.3~3g/L 농도의 리튬(인산리튬으로 환산시 1.65~16.5g/L)을 고체상태의 인산리튬(Li3PO4)으로 용이하게 추출시켜 분리할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치 및 그 회수방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
10; 해수 전처리부 20; 담수화 처리부
30; 혼상 이온교환수지탑 40; 재료투입부
50; 금속추출부

Claims (12)

  1. 해수를 공급받은 후 해수에 포함되는 미립자를 제거하는 해수 전처리부;
    상기 해수 전처리부로부터 미립자가 제거된 해수의 염분 농도를 고분자 분리막(역삼투막)을 통해 희석시키는 역삼투 공정으로 식수원과 농축수를 분리시키는 담수화처리부;
    상기 담수화처리부의 담수화 처리를 통해 분리된 농축수를 회수하고, 회수된 상기 농축수에서 양이온과 음이온의 불순물을 제거하도록 양이온 및 음이온 교환수지가 혼합 충진되는 혼상(Mixed Bed) 이온교환수지탑;
    인산 또는 인산화합물을 공급하는 재료투입부; 및,
    상기 혼상 이온교환수지탑으로부터 불순물이 제거된 농축수를 공급받은 후, 상기 재료투입부로부터 인산 또는 인산화합물을 공급받아, 상기 농축수에 소량 용존되어 있는 일정농도의 리튬을 고체화시켜 용해도가 낮은 인산리튬을 추출하게 되는 금속추출부; 를 포함하여 구성하고,
    상기 농축수에 함유된 불순물은 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 양이온 성분과, 황산이온을 포함하는 음이온 성분을 포함하고,
    상기 혼상 이온교환수지탑에 혼합 충진되는 양이온 교환수지는 해수에 포함되는 불순물의 양이온을 교환 흡착하는 강산성 양이온 교환수지이며,
    상기 혼상 이온교환수지탑에 혼합 충진되는 음이온 교환수지는 해수에 포함되는 불순물의 음이온을 교환 흡착하는 강염기성 음이온 교환수지인 것을 특징으로 하는 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인산화합물은 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄을 포함하고, 상기 농축수에는 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄 중 어느 하나 또는 복수의 인산화합물이 선택되어 투입되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수장치.
  6. 삭제
  7. 역삼투공정에 의해 해수로부터 분리되어 회수되는 농축수에서 리튬 손실이 최소화되도록 불순물을 제거하는 제 1 공정;
    상기 제 1 공정으로부터 불순물이 제거된 농축수를 일정용량의 탱크에 저장하고, 농축수가 저장되는 탱크에 인산 또는 인산화합물을 투입하는 제 2 공정; 및,
    상기 제 2 공정으로부터 탱크내에 투입되는 인산 또는 인산화합물과 불순물이 제거된 농축수의 중화반응으로부터 상기 농축수에 소량 용존되어 있는 일정농도의 리튬을 고체화시켜 용해도가 낮은 인산리튬을 추출하는 제 3 공정; 을 포함하여 진행하고,
    상기 제 1 공정에서 제거되는 불순물은 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 양이온 성분과, 황산이온을 포함하는 음이온 성분이고,
    상기 양이온 성분의 불순물은 강산성 양이온 교환수지에 의해 교환 흡착되어 제거되고,
    상기 음이온 성분의 불순물은 강염기성 음이온 교환수지에 의해 교환 흡착되어 제거되는 것을 특징으로 하는 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 공정에서 인산화합물은 인산나트륨, 인산칼륨, 인산암모늄 중 어느 하나 또는 복수가 선택되어 불순물이 제거된 농축수에 투입되는 것을 특징으로 하는 해수 담수화에 따른 농축수내 유용금속 회수방법.
  12. 삭제
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