KR101373800B1 - 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이산화탄소를 통해 슬래그를 중화처리하여 탄산칼슘으로 제조하기 위한 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치에 관한 것으로, 슬래그 및 물이 투입되게 하여 슬래그를 용출 반응시키는 반응조; 상기 반응조의 내부에 설치되고 모터에 의해 구동되는 원통교반기에 의한 교반을 통해서 상기 반응조 내부에서 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 믹서; 상기 반응조의 하부에 설치되어서 반응이 끝난 후 배출된 슬래그를 수집하여 이동시키는 슬래그 운반장치; 상기 반응조에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자를 걸러내어 제거하는 제1 필터; 상기 슬래그 입자가 제거된 강알칼리성 수용액을 이산화탄소를 이용하여 중화시킴과 동시에 탄산칼슘을 생성하는 탄산칼슘 생성조; 상기 탄산칼슘 생성조에 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입기; 상기 탄산칼슘 생성조에서 생성된 탄산칼슘을 회수하기 위한 제2 필터; 및 상기 탄산칼슘이 제거된 물을 일시적으로 저장하여 다시 상기 반응조에서 이용되도록 보내는 탈리액저장조;를 포함하여 구성된다.

Description

슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치{Apparatus for producing calcium carbonate from slag and corbon dioxide}

본 발명은 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소에서 발생되는 슬래그를 이산화탄소로 중화처리하여 탄산칼슘으로 제조하기 위한 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치에 관한 것이다.

제철소에서 대량으로 발생되는 제강슬래그로는 용선예비처리 슬래그, 전로슬래그, 스테인레스 슬래그, 전기로 슬래그 등이 있다.

일반적으로, 철강 공정에서 철광석에서 철 성분을 용이하게 빼내기 위해 석회석을 같이 투입하는데, 그에 따라 배출되는 슬래그에 미 반응상태로 생석회(CaO)가 포함될 수 있다.

이와 같은 미반응 생석회는 물과 반응하면 Ca(OH)2를 생성하는데, 이는 pH 10 내지 12 이상의 강알칼리성을 나타낸다.

따라서, 상기 슬래그는 시멘트 및 도로용 및 토목 공사시 채움용 골재로 대부분 활용되고 있으며, 상기와 같이 건설자재 등으로 재활용할 경우, 슬래그에 물이 접촉하게 되면, 슬래그가 수화팽창을 하게 될 수 있고, 그에 따라 구조물에 손상을 일으키기도 하며, 때로는 부분적으로 융기하는 현상을 초래하기도 한다.

또한, 슬래그가 지하수 또는 우수 등과 접촉할 경우, Ca(OH)2에 의하여 알카리성의 침출수를 생성하게 되며, 이렇게 생성된 알카리성 침출수가 하천이나 해수에 방출할 경우 심각한 환경오염의 문제를 유발할 수 있다.

따라서, 상기 슬래그를 재활용할 경우, 이와 같은 알카리성 침출수의 발생을 억제할 필요가 있다.

상기와 같은 슬래그를 재활용하기 위한 방법으로, 그리고 슬래그를 재활용하여 고순도의 탄산칼슘을 제조하기 위한 방법이 대한민국 등록특허공보 제10-0922563호(2009년 10월 13일)에 개시되어 있다.

즉, 상기 특허공보에는 제강슬래그의 칼슘 용출액과 이산화탄소 함유 배가스를 이용하여 탄산칼슘을 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 이는 제강슬래그를 45㎛이하로 분쇄한 다음 물을 주입하여 pH 12 이상이 되도록 조정한 후 미용해분과 용출액을 여과 분리하여 pH 12이상의 칼슘이온 용출액을 얻고 이를 이산화탄소 또는 이산화탄소 함유 배가스를 pH 7이상으로 유지되도록 반응시킴으로써 고순도 탄산칼슘을 제조하고, 이에 따라 폐기처분되고 있는 제강슬래그를 이용하여 고순도의 탄산칼슘을 제조하면서, 또한, 이산화탄소 함유 배가스를 이용하여 배가스의 배출을 감소시키는 것으로 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 슬래그를 이용하여 탄산칼슘을 제조하는 방법에 있어서는, 그 방법이 어떠한 장치를 이용하여 어떻게 실시되는가가 구체적으로 제시되지 않고 있어 당업자가 실시하더라도 단지 이론적인 방법을 통해서 해야하기 때문에 실시하기란 다소 어려운 점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 제철소에서 발생되는 슬래그를 이산화탄소를 통해서 중화처리하여 탄산칼슘으로 제조하되, 다양한 장치를 구성함으로써 일괄적으로 순차로 실시하면서 처리할 수 있게 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 목적은, 이산화탄소를 통해 슬래그를 중화처리하여 탄산칼슘으로 제조하기 위한 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치는, 슬래그 및 물이 투입되게 하여 슬래그를 용출 반응시키는 반응조; 상기 반응조의 내부에 설치되고 모터에 의해 구동되는 원통교반기에 의한 교반을 통해서 상기 반응조 내부에서 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 믹서; 상기 반응조의 하부에 설치되어서 반응이 끝난 후 배출된 슬래그를 수집하여 이동시키는 슬래그 운반장치; 상기 반응조에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자를 걸러내어 제거하는 제1 필터; 상기 슬래그 입자가 제거된 강알칼리성 수용액을 이산화탄소를 이용하여 중화시킴과 동시에 탄산칼슘을 생성하는 탄산칼슘 생성조; 상기 탄산칼슘 생성조에 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입기; 상기 탄산칼슘 생성조에서 생성된 탄산칼슘을 회수하기 위한 제2 필터; 및 상기 탄산칼슘이 제거된 물을 일시적으로 저장하여 다시 상기 반응조에서 이용되도록 보내는 탈리액저장조;를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 원통교반기는, 원주면의 어느 일측에 슬래그가 투입되게 하는 투입구를 구비한 타공판으로 이루어지며, 상기 투입구의 개폐는 뚜껑을 통해 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 원통교반기에는, 슬래그 및 물의 교반시 슬래그를 물에 떨어뜨려 교반효과를 촉진시키는 막이 구비된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 원통교반기 내부의 물 공급은 상기 반응조와 연결되는 중심축에 형성된 구멍을 통해서 이동하여 관통공을 통해서 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 필터는 슬래그 입자를 2단계로 하여 제거하되, 상기 반응조에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자 중에서 미립분을 제거하는 스트레이너와, 상기 반응조에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자 중에서 세립분을 제거하는 하우징필터로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 반응조의 하부에 설치되어서 공기를 주입하여 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 기폭장치를 추가로 구성한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치를 이용하게 되면,

제철소에서 발생되는 슬래그를 이산화탄소를 통해서 중화처리하여 탄산칼슘으로 제조되게 함으로써 알카리성 침출수가 하천이나 해수에 방출하지 않게 하여 심각한 환경오염의 문제 유발을 방지하고,

다양한 장치를 구성하여 일괄적으로 순차로 실시하면서 슬래그를 중화처리할 수 있게 함으로써 구성의 곤란성을 가지면서도 당업자들이 슬래그를 용이하게 재활용할 수 있게 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치의 원통형교반기를 보인 단면도.
도 3은 도 2의 원통형교반기에 뚜껑이 장착된 상태를 보인 단면도.
도 4는 도 2의 원통형교반기 내부에 설치된 막을 보인 사시도.

이하, 본 발명에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치에 대한 바람직한 실시예들에 대해 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치를 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치의 원통형교반기를 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 원통형교반기에 뚜껑이 장착된 상태를 보인 단면도이며, 도 4는 도 2의 원통형교반기 내부에 설치된 막을 보인 사시도이다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

제철소에서 제강시 발생되는 제강슬래그를 재활용할 목적으로 이산화탄소를 이용하여 중화처리함으로써 탄산칼슘으로 제조하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응조(10), 믹서(20), 슬래그 운반장치(30), 제1 필터(40), 탄산칼슘 생성조(50), 이산화탄소 주입기(60), 제2 필터(70), 탈리액저장조(80) 및 기폭장치(90)로 구성된다.

상기 반응조(10)는 슬래그 및 물이 투입되게 하고 믹서(20)를 통해서 혼합되게 하여 슬래그가 용출 반응되게 한다.

상기 반응조(10) 내부로의 슬래그 공급은 슬래그 공급부(12)를 통해서, 물은 밸브(13)의 작동에 의한 물공급부(14)를 통해서 제공된다.

상기 물공급부(14)에 의한 반응조(10) 내부로의 공급된 물의 양은 투입되는 슬래그 양에 의존하여 결정되되, 슬래그에 대하여 최대한의 강알칼리성 수용액을 생성할 수 있도록 하는 비율로 공급되어야 하며, 이에 대해서는 당업자가 용이하게 이해하여 실시할 수 있는 것으로 판단하여 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 믹서(20)는 반응조(10)의 내부에 설치되고 모터(21)에 의해 구동되는 원통교반기(22)에 의한 교반을 통해서 반응조(10) 내부에서 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 역할을 한다.

상기 원통교반기(22)는, 원주면의 어느 일측에 슬래그가 투입되게 하는 투입구(26)를 구비한 타공판(25), 바람직하게는 스테인레스강 재질의 타공판(25)으로 이루어지며, 상기 투입구(26)의 개폐는 뚜껑(27)을 통해 이루어진다.

따라서, 상기 원통교반기(22)의 투입구(26)를 통해서 내부로 슬래그를 투입한 후 뚜껑(27)을 통해 투입구(26)가 폐쇄되게 한 후 모터(21)를 통해 원통교반기(22)를 회동시켜서 슬래그가 물과 반응할 수 있게 한다.

여기서, 상기 원통교반기(22) 내부의 물 공급은 반응조(10)와 연결되는 중심축(24)에 형성된 유도공(24-1)을 통해서 내측으로 이동하여 관통공(24-2)을 통해 공급된다.

그리고, 상기 원통교반기(22)에는, 슬래그 및 물의 교반시 슬래그를 물에 떨어뜨려 교반효과를 촉진시키는 막(23)이 구비되게 하였다.

상기 슬래그와 물의 반응 후 알칼리성 수용액이 얻어지고 나면, 원통교반기(22)의 뚜껑(27)을 열어 투입구(26)가 개방되게 한 다음 모터(21)를 구동시키고 원통교반기(22)를 회전시켜서 투입구(26)를 통해 슬래그가 빠져나오게 하여 반응조(10)의 하부로 이동되게 한다.

상기 반응조(10) 내부에서 용출 반응이 끝난 후 아래로 이동하는 슬래그는 개폐장치(미도시)의 개방작동에 의한 하부의 개방을 통해서 반응조(10)의 하부에 설치된 슬래그 운반장치(30)로 수집되어 외부로 배출된다.

그리고, 상기 반응조(10)의 하부에는 기폭장치(90)가 설치되게 하였다.

상기 기폭장치(90)는 순간적인 폭발현상을 일으켜 그의 내부에 있는 공기를 반응조(10)의 내부로 주입하여 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 역할을 한다.

따라서, 상기 반응조(10)에서 처리된 슬래그는 아래로 이동하여 배출되어 야적장 등의 보관장소로 이동하고, 반응하여 얻어진 강알칼리성 수용액은 후처리를 위해 다음 공정으로 이동한다.

여기서, 슬래그 표면에 붙어있는 미립분이 원통교반기(22) 내에 물과 반응할 때 마찰에 의해 미립분이 발생하게 되는데, 상기 미립분은 타공판(25)의 다수 개의 미세공(28)을 통해서 강알칼리성 수용액과 함께 이동하게 된다.

그리고, 상기 뚜껑(27)에도 다수 개의 미세공(28)이 구비되어 있으며, 그들을 통해서 미립분이 강알칼리성 수용액과 함께 이동한다.

상기 슬래그 미립분을 강알칼리성 수용액에서 제거하지 않으면 순백의 탄산칼슘을 얻기란 어렵다.

따라서, 상기 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 미립분을 제거해야 하는데, 그를 위해서 제1 필터(40)를 구비하였다.

상기 제1 필터(40)는 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자를 걸러내어 제거하되, 슬래그 입자를 2단계로 하여 제거할 수 있도록 1단계에서의 스트레이너(42) 및 2단계에서의 하우징필터(44)로 구성되게 하였다.

따라서, 상기 스트레이너(42)는 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자 중에서 미립분을 제거하는 역할을 하고, 상기 하우징필터(44)는 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자 중에서 세립분을 제거하는 역할을 한다.

이에, 상기 스트레이너(42)에서 1차적으로 큰 입자를 제거한 후, 하우징필터(44)에서 2차적으로 작은 세립분을 제거함으로써, 맑은 수용액을 다음의 탄산칼슘 생성조(50)에 공급할 수 있게 된다.

상기 탄산칼슘 생성조(50)는 슬래그 입자가 제거된 강알칼리성 수용액을 이산화탄소를 이용하여 중화시킴과 동시에 탄산칼슘을 생성하는 역할을 한다.

즉, 상기 탄산칼슘 생성조(50)는 슬래그의 용출 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액을 스트레이너(42)와 하우징필터(44)를 거쳐 슬래그 입자가 제거된 맑은 수용액에 이산화탄소가 주입되게 하여 중화시킴과 동시에 탄산칼슘이 생성되게 한다.

상기 이산화탄소 주입기(60)는 강알칼리성 수용액이 중화되게 탄산칼슘 생성조(50)에 이산화탄소를 주입하는 장치이다.

여기서, 이산화탄소 주입기(60)에 있는 이산화탄소는 제철소, 화력발전소 또는 시멘트공장 등에서 배출되는 배가스 내의 이산화탄소를 이용하는 것으로서, 이는 이산화탄소가 대기에 배출됨으로써 발생되는 오염을 방지하는 효과 또한 얻을 수 있게 된다.

상기 제2 필터(70)는 탄산칼슘 생성조(50)에서 생성된 탄산칼슘을 회수하기 위한 역할을 하며, 이때 탈산칼슘이 걸러진 후 물(탈리액)은 다음의 탈리액저장조(80)로 보내진다.

즉, 탄산칼슘과 물을 제2 필터(70)를 통해서 분리하여 탄산칼슘은 회수하고 물은 탈리액저장조(80)로 보내진다.

따라서, 상기 탈리액저장조(80)는, 제2 필터(70)를 통해 탄산칼슘이 제거된 물을 일시적으로 저장하여 다시 반응조(10)에서 이용되도록 보내서 재사용할 수 있게 하는 역할을 한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치에 대한 실시예를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제철소에서 발생된 제강슬래그를 회수하여 반응조(10) 내부에 있는 믹서(20)의 원통교반기(22) 내부로 투입시킨다.

이와 동시에, 상기 원통교반기(22) 내부로 물을 투입하고 모터(21)를 작동시켜서 원통교반기(22)가 회동할 수 있도록 하여 슬래그와 물이 혼합 및 교반될 수 있게 한다.

또한, 상기 반응조(10)의 하부에 있는 기폭장치(90)를 작동시켜서 공기가 슬래그와 물의 혼합물에 공급되게 하여 용출 반응이 촉진될 수 있게 한다.

상기 반응조(10)에서 슬래그와 물의 용출 반응이 완료되고, 강알칼리성 수용액이 생성되면, 슬래그는 하부로 이동되게 하여 슬래그 운반장치(30)를 통해 외부로 배출되게 하고, 강알칼리성 수용액은 탄산칼슘 생성조(50)로 이동되게 한다.

상기 강알칼리성 수용액이 탄산칼슘 생성조(50)로 이동되기 전에 제1 필터(40)를 통해 슬래그 입자를 걸러내어 제거한다.

상기 탄산칼슘 생성조(50)에 강알칼리성 수용액이 이동하면, 이산화탄소 주입기(60)를 통해 이산화탄소를 그 내부로 주입하여 중화처리한다.

상기 탄산칼슘 생성조(50)에서 강알칼리성 수용액은 중화처리를 통해 탄산칼슘으로 생성된다.

그 다음, 탄산칼슘과 물의 혼합물이 제2 필터(70)로 보내져서 탄산칼슘은 회수되고 물은 탈리액저장소(80)로 보내진다.

상기 탈리액저장소(80)로 보내진 물은 다시 반응조(10)로 보내져서 슬래그의 용출 반응을 위해 재사용된다.

상술 한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

10: 반응조 12: 슬래그 공급부
13: 밸브 14: 물 공급부
20: 믹서 21: 모터
22: 원통교반기 23: 막
24: 중심축 24-1: 유도공
24-2: 관통공 25: 타공판
26: 투입구 27: 뚜껑
28: 미세공
30: 슬래그 운반장치
40: 제1 필터 42: 스트레이너
44: 하우징 필터
50: 탄산칼슘 생성조
60: 이산화탄소 주입기
70: 제2 필터
80: 탈리액 저장조
90: 기폭장치

Claims (6)

1. 이산화탄소를 통해 슬래그를 중화처리하여 탄산칼슘으로 제조하기 위한 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치에 있어서,
   슬래그 및 물이 투입되게 하여 슬래그를 용출 반응시키는 반응조(10);
   상기 반응조(10)의 내부에 설치되고 모터(21)에 의해 구동되는 원통교반기(22)에 의한 교반을 통해서 상기 반응조(10) 내부에서 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 믹서(20);
   상기 반응조(10)의 하부에 설치되어서 반응이 끝난 후 배출된 슬래그를 수집하여 이동시키는 슬래그 운반장치(30);
   상기 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자를 걸러내어 제거하는 제1 필터(40)
   상기 슬래그 입자가 제거된 강알칼리성 수용액을 이산화탄소를 이용하여 중화시킴과 동시에 탄산칼슘을 생성하는 탄산칼슘 생성조(50);
   상기 탄산칼슘 생성조(50)에 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입기(60);
   상기 탄산칼슘 생성조(50)에서 생성된 탄산칼슘을 회수하기 위한 제2 필터(70); 및
   상기 탄산칼슘이 제거된 물을 일시적으로 저장하여 다시 상기 반응조(10)에서 이용되도록 보내는 탈리액저장조(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 원통교반기(22)는, 원주면의 어느 일측에 슬래그가 투입되게 하는 투입구(26)를 구비한 타공판(25)으로 이루어지며, 상기 투입구(26)의 개폐는 뚜껑(27)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 원통교반기(22)에는, 슬래그 및 물의 교반시 슬래그를 물에 떨어뜨려 교반효과를 촉진시키는 막(23)이 구비되는 것을 특징으로 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 원통교반기(22) 내부의 물 공급은 상기 반응조(10)와 연결되는 중심축(24)에 형성된 유동공(24-1)을 통해서 이동하여 관통공(24-2)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 필터(40)는 슬래그 입자를 2단계로 하여 제거하되,
   상기 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자 중에서 미립분을 제거하는 스트레이너(42)와,
   상기 반응조(10)에서 생성된 강알칼리성 수용액에 함유된 슬래그 입자 중에서 세립분을 제거하는 하우징필터(44)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 반응조(10)의 하부에 설치되어서 공기를 주입하여 슬래그와 물의 반응을 촉진시키는 기폭장치(90)를 추가로 구성하는 것을 특징으로 하는 슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조장치.

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