KR101466011B1 - Preparation of acrylic resin and alumina from waste-scagliola by low-temperature pyrolysis under oxygen atmosphere - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐인조대리석을 처리하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지를 회수하고 고백색의 수산화알루미늄 및 고순도의 알루미나를 제조하는 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method for recovering an acrylic resin from a crude marble and producing a high-purity aluminum hydroxide and high purity alumina.
인조대리석은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메틸메타크릴레이트(MMA) 등을 포함하는 아크릴 수지 약 30~45 중량%와 고백색의 수산화알루미늄과 같은 무기 충전제 약 45~65 중량% 및 TiO2, SiO2 등의 기타 혼합제를 혼합하여 제조되는데, 제조업체마다 혼합비는 다소 차이가 있다. Artificial marble is a polymethyl methacrylate (PMMA), methyl methacrylate (MMA), such as acrylic resin, about 30 to 45 inorganic filler of about 45-65% by weight, such as aluminum hydroxide in the weight% as testimony color containing and TiO 2 , SiO 2, and the like. Mixing ratios are somewhat different for each manufacturer.
이와 같은 인조대리석이 사용된 후에 발생되는 폐인조대리석은 사업장 폐기물로 취급되어 단순 매립 폐기되는 것이 대부분이다. 2012년 기준으로 국내에서 약 25,000톤 가량의 폐인조대리석이 발생하고 있으며, 국내 뿐만 아니라 일본 등 국외에서도 경제적, 환경적, 사회적인 문제를 계속 야기시키고 있는 실정이다. Most of the crude marbles generated after the use of such artificial marble are treated as waste in the workplace and are simply landfilled. As of 2012, about 25,000 tons of crude marble has been generated in Korea, causing economic, environmental and social problems not only in Korea but also overseas.
이에 따라, 일부 업체에서 열분해 기술을 통하여 아크릴 수지를 회수하고 잔류물을 열처리하여 알루미나를 제조하는 방법이 개발되고 있다(대한민국 등록특허 제10-0891378호 참조). 이와 같은 종래의 열분해 기술은 공기의 유입없이 수행되기 때문에 열분해 온도를 500℃ 이상으로 유지해야만 가능하였다. Accordingly, some companies have developed a method for producing alumina by recovering an acrylic resin through a pyrolysis technique and heat-treating the residue (see Korean Patent No. 10-0891378). Since the conventional pyrolysis technique is carried out without introduction of air, the pyrolysis temperature has to be maintained at 500 ° C or higher.
그러나, 열분해 온도가 500℃ 이상일 경우에는 폐인조대리석이 열분해되는 과정에서 가스의 발화에 따라 킬른 내부에 화염이 발생하고, 회수하고자 하는 아크릴 수지의 손실이 발생하는 문제가 있다. 또한, 500℃ 이상에서 열분해가 진행될 경우 혼합물 충전제로 사용된 수산화알루미늄의 열분해가 빠르게 진행되면서 깁사이트(gibbsite)에서 감마-알루미나(γ-Al2O3)로 상변이가 일어나게 되어 수율을 크게 저하시키는 요인으로 작용한다.However, when the pyrolysis temperature is higher than 500 ° C, flame is generated in the kiln due to ignition of gas during pyrolysis of crude marble, resulting in loss of acrylic resin to be recovered. Also, when pyrolysis proceeds at a temperature of 500 ° C. or higher, pyrolysis of aluminum hydroxide used as a mixture filler rapidly proceeds, resulting in phase transformation from gibbsite to gamma-alumina (γ-Al 2 O 3 ) .
아울러, 종래의 방법에 따라 폐인조대리석으로부터 제조된 알루미나는 상당량의 불순물을 함유하고 있어서, 일반 알루미나로서 사용하는데 적합하지 않고, 공정 자체도 상용화에는 한계가 있다. In addition, according to the conventional method, alumina produced from marble-treated marble contains a considerable amount of impurities and is not suitable for use as general alumina, and the process itself is also limited in commercialization.
따라서, 본 발명의 목적은 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 고순도의 알루미나를 제조할 수 있는 효율적인 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an efficient method for producing an acrylic resin and high purity alumina from a closed marble.
상기 목적에 따라, 본 발명은 (a) 폐인조대리석으로부터 유산소 저온 열분해를 이용하여 아크릴 수지 및 무정형의 슈도-뵈마이트(pseudo-boehmite)를 회수하는 단계; (b) 상기 무정형의 슈도-뵈마이트를 가성소다에 용해하여 소듐알루미네이트 용액을 제조하는 단계; (c) 상기 소듐알루미네이트 용액의 불순물을 제거한 뒤 석출하여 고백색의 수산화알루미늄을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 고백색의 수산화알루미늄을 고온 소성하여 고순도의 알루미나를 얻는 단계를 포함하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법을 제공한다.(A) recovering an acrylic resin and an amorphous pseudo-boehmite from aerobic crude marble using aerobic low-temperature pyrolysis; (b) dissolving the amorphous pseudo-boehmite in caustic soda to prepare a sodium aluminate solution; (c) removing the impurities of the sodium aluminate solution and precipitating to produce a whitening aluminum hydroxide; And (d) high temperature calcination of the high-purity aluminum hydroxide to obtain high purity alumina. The present invention also provides a method for producing an acrylic resin and alumina from a crude marble.
본 발명의 폐인조대리석의 처리방법에 따르면, 폐인조대리석으로부터 유산소 저온 열분해 반응을 이용하여 아크릴 수지를 고수율로 회수할 수 있다. 또한 잔류물로부터 무정형 슈도-뵈마이트를 거쳐 고백색의 수산화알루미늄을 수득함으로써 이를 인조대리석 원료로 재활용하거나, 고온 소성하여 고순도의 알루미나를 제조할 수 있으므로 친환경적인 자원순환형 기술이다.
According to the present invention, the acrylic resin can be recovered at a high yield by using an aerobic low-temperature pyrolysis reaction from the crude marble. In addition, it is an eco-friendly resource recycling technology since aluminized aluminum hydroxide is obtained from the residue through amorphous pseudo-boehmite to recycle it as a raw material for artificial marble or high-temperature calcination to produce alumina of high purity.
도 1은 본 발명의 일례에 따라 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지를 회수하고 고백색 수산화알루미늄 및 고순도 알루미나를 제조하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 유산소 저온 열분해에 사용되는 연속식 로타리 킬른의 구성의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1의 단계 1에서 유산소 저온 열분해를 위해 사용된 연속식 로터리 킬른의 구간별 내부온도 및 공기유입을 나타낸 것이다.
도 4는 폐인조대리석 및 회수된 슈도-뵈마이트의 열분해 온도에 따른 상전이 변화특성을 X-선 회절(XRD) 분석 결과로 나타낸 것이다.
FIG. 1 illustrates a method for recovering acrylic resin from crude marble and producing high-purity aluminum hydroxide and high purity alumina according to an example of the present invention.
Fig. 2 schematically shows an example of the construction of a continuous rotary kiln used for aerobic low-temperature pyrolysis.
Figure 3 shows the internal temperature and air influx of the continuous rotary kiln used for aerobic low temperature pyrolysis in step 1 of example 1.
FIG. 4 shows X-ray diffraction (XRD) analysis results of the phase transition characteristics depending on the pyrolysis temperature of the waste marble and recovered pseudo-boehmite.
이하, 본 발명에 따른 폐인조대리석의 처리방법을 도 1을 참조하여 단계별로 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method of treating the marble of the present invention according to the present invention will be described step by step with reference to FIG.
폐인조대리석의 유산소 저온 열분해 단계 (아크릴 수지 및 무정형 슈도-뵈마이트 회수)Low-temperature pyrolysis step of aerobic parts of crude marble (acrylic resin and amorphous pseudo-boehmite recovery)
출발원료가 되는 폐인조대리석은, 건축재료로써 사용되는 인조대리석의 제조공정에서 연마 및 절단하는 과정에서 발생하는 슬러지와 스크랩 뿐만 아니라 사용후 산업폐기물로 수거된 폐인조대리석이 모두 가능하다.
The crude marble used as the starting material is not only sludge and scrap generated in the process of polishing and cutting in the manufacturing process of the artificial marble used as building material but also the crude marble collected as industrial waste after use.
폐인조대리석은 유산소 저온 열분해를 거치게 되는데, 이때 기체 상태의 아크릴 수지와 고체 상태의 무정형 슈도-뵈마이트가 회수된다. The crude marble is subjected to aerobic low-temperature pyrolysis, in which gaseous acrylic resin and solid amorphous pseudo-boehmite are recovered.
본 발명에 따르면 열분해시 유산소 분위기를 유지함으로써 발화에 의한 연소를 방지하고 비교적 저온에서도 열분해를 수행할 수 있다. 이에 따라 탄화를 방지하여 아크릴 수지를 높은 회수율로 분리회수하며, 이와 동시에 충전제로써 혼합되어 있는 수산화알루미늄의 저온 열분해를 통한 일부 결정수만 분해함으로써 무정형의 슈도-뵈마이트(AlOOH)를 회수할 수 있다.According to the present invention, by keeping the aerobic atmosphere during pyrolysis, combustion by ignition can be prevented and thermal decomposition can be performed even at a relatively low temperature. Accordingly, the amorphous pseudo-boehmite (AlOOH) can be recovered by separating and recovering the acrylic resin at a high recovery rate while preventing carbonization, and at the same time decomposing only a few crystals through low-temperature thermal decomposition of aluminum hydroxide mixed as a filler.
상기 유산소 저온 열분해는, 500℃ 미만의 온도에서 수행되며, 예를 들어 200℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 수행될 수 있고, 더욱 한정한다면, 350~450℃의 온도로 수행될 수 있다. 열분해시의 온도가 500℃ 이상일 경우, 혼합물 충전제로 사용된 수산화알루미늄의 열분해가 빠르게 진행되면서 깁사이트(gibbsite)에서 감마-알루미나(γ-Al2O3)로 상변이가 일어나게 되어, 이후의 용해 공정에서 가성소다에 의한 알루미늄의 용해반응이 매우 낮아 수율이 크게 저하될 수 있다. The aerobic low-temperature pyrolysis is performed at a temperature of less than 500 ° C, for example, at a temperature of 200 ° C to less than 500 ° C, and more specifically, at a temperature of 350 to 450 ° C. When the temperature at the time of pyrolysis is 500 ° C or more, the thermal decomposition of the aluminum hydroxide used as the mixture filler rapidly proceeds, and the phase transition from gibbsite to gamma-alumina (γ-Al 2 O 3 ) In the process, the dissolution reaction of aluminum by caustic soda is very low and the yield may be greatly reduced.
또한, 열분해시의 공기의 유입량은 1~10m3/min로 제어될 수 있고, 바람직하게는 3~5m3/min로 제어되는 것이 좋다. 과량의 산소가 유입될 경우 탄화가 진행되어 아크릴의 회수 뿐만 아니라 무정형 슈도-뵈마이트의 회수도 불가할 수 있다. Further, the inflow amount of air at the time of thermal decomposition can be controlled to 1 to 10 m 3 / min, preferably 3 to 5 m 3 / min. If excessive oxygen is introduced, carbonization proceeds and not only the recovery of acryl but also the recovery of amorphous pseudo-boehmite may not be possible.
열분해시의 폐인조대리석의 공급량은 50~150kg/hr일 수 있고, 예를 들어 80~120kg/hr일 수 있다.The supply amount of crude marble as a waste at the time of pyrolysis can be 50 to 150 kg / hr, for example, 80 to 120 kg / hr.
상기 원료 투입량과 공기 유입량은 다른 공정 조건의 변화에 따라 적절히 조절될 수 있다. The amount of feedstock and the amount of air inflow can be appropriately adjusted according to the change of the other process conditions.
상기 유산소 저온 열분해는 연속식 로타리 킬른을 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 연속식 로타리 킬른의 구조의 일례를 도 2에 나타내었다. The aerobic low-temperature pyrolysis can be carried out using a continuous rotary kiln. An example of the structure of a continuous rotary kiln usable in the present invention is shown in Fig.
상기 연속식 로타리 킬른은 최소 3개의 열처리 구간(zone)을 구비하는 것이 바람직하여, 예를 들어 3개 내지 5개의 구간을 구비할 수 있다. 또한, 상기 연속식 로타리 킬른은 각 구간별로 공기의 유입 및 유량 제어가 가능하도록 구성되어, 각 구간 별로 내부에 산소 또는 공기를 적정량 연속적으로 공급함으로써 저온 열분해가 가능할 수 있다. The continuous rotary kiln preferably has at least three heat treatment zones, and may have, for example, three to five zones. In addition, the continuous rotary kiln is configured to be capable of controlling the inflow of air and the flow rate of each section, so that low-temperature pyrolysis can be performed by continuously supplying oxygen or air in an appropriate amount for each section.
일례로서, 상기 연속식 로타리 킬른은 (i) 100~300℃ 온도 범위의 예열구간, (ii) 300~450℃ 온도 범위의 반응구간, 및 (iii) 이후의 냉각구간을 순차적으로 거치도록 구성될 수 있으며, 이때 상기 예열구간 및 반응구간의 내부에 산소 또는 공기가 적정량 연속적으로 공급될 수 있다(도 3 참조).As an example, the continuous rotary kiln may be configured to sequentially pass through (i) a preheating section in a temperature range of 100 to 300 ° C, (ii) a reaction section in a temperature range of 300 to 450 ° C, and (iii) At this time, an appropriate amount of oxygen or air can be continuously supplied into the preheating section and the reaction section (see FIG. 3).
상기 연속식 로타리 킬른은 외부에서 간접식(저항가열방식) 열전달을 통하여 내부를 적정 온도로 유지시킬 수 있다. The continuous rotary kiln can maintain the inside thereof at an appropriate temperature by indirectly transferring heat from the outside (resistance heating method).
상기 연속식 로타리 킬른을 통해 열분해된 아크릴 수지는 기체 상태로서 밖으로 흡입 배출되어 회수될 수 있고, 잔류하는 충전제에 포함된 무정형의 슈도-뵈마이트는 고체 분말 상태로 회수될 수 있다.
The acrylic resin pyrolyzed through the continuous rotary kiln can be sucked in and discharged out as a gaseous state, and the amorphous pseudo-boehmite contained in the remaining filler can be recovered in a solid powder state.
상기 유산소 저온 열처리를 통해 기체 상태로 회수된 아크릴 수지는 응축 공정을 통해 재활용이 가능한 아크릴 수지(PMMA, MMA 등)로 재생될 수 있다. The acrylic resin recovered in the gaseous state through the aerobic low temperature heat treatment can be regenerated with an acrylic resin (PMMA, MMA, etc.) which can be recycled through the condensation process.
또한, 고체 상태로 회수된 무정형의 슈도-뵈마이트는 인조대리석의 충전제로 사용된 수산화알루미늄이 열분해 과정에서 일부 결정수가 휘발 제거되면서 상전이된 물질로서, 알루미나를 제외한 주요 불순물, 즉 TiO2, SiO2, Na2O, CaO, Fe2O3 등을 함유할 수 있다. 본 발명에 따르면, 유산소 저온 열처리를 통해 회수된 무정형의 슈도-뵈마이트의 순도는 97.5% 이상일 수 있다.
The amorphous pseudo-boehmite recovered in the solid state is a phase-transformed material in which aluminum hydroxide used as a filler of artificial marble is partially removed by volatilization and elimination of some crystals in the pyrolysis process, and major impurities other than alumina, namely TiO 2 , SiO 2 , Na 2 O, CaO, Fe 2 O 3 , and the like. According to the present invention, the purity of the amorphous pseudo-boehmite recovered through the aerobic low-temperature heat treatment can be 97.5% or more.
무정형 슈도-뵈마이트의 용해 단계 (소듐알루미네이트 용액 제조)Dissolution step of amorphous pseudo-boehmite (preparation of sodium aluminate solution)
앞서의 단계에서 회수된 고형의 무정형 슈도-뵈마이트는 가성소다(NaOH)에 용해되어 소듐알루미네이트 용액으로 제조된다.The solid amorphous pseudo-boehmite recovered in the previous step is dissolved in caustic soda (NaOH) and made into a sodium aluminate solution.
이때 상기 가성소다의 농도는 200~250g/L일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 210~230g/L일 수 있다. 또한, 용해 반응의 온도는 150~200℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 160~180℃일 수 있다. 또한, 용해몰비(슈도-뵈마이트의 가성소다에 대한 몰비)가 0.50~0.70일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.55~0.65일 수 있다.At this time, the concentration of the caustic soda may be 200 to 250 g / L, and more preferably 210 to 230 g / L. Further, the temperature of the dissolution reaction may be from 150 to 200 캜, more preferably from 160 to 180 캜. In addition, the molar ratio of dissolution (the molar ratio of pseudo-boehmite to caustic soda) may be 0.50 to 0.70, and more preferably 0.55 to 0.65.
상기 용해 공정은 고압반응조 또는 용해 탱크에 가성소다와 무정형의 슈도-뵈마이트를 투입하여 수행될 수 있다.
The dissolution process can be performed by adding caustic soda and amorphous pseudo-boehmite to the high-pressure reactor or the dissolution tank.
소듐알루미네이트 용액의 불순물 제거 및 석출 단계 (고백색 수산화알루미늄 제조)The impurity removal and precipitation step of the sodium aluminate solution
앞서의 단계에서 제조된 소듐알루미네이트 용액은 불순물 제거, 여과 및 석출 공정을 거쳐 고백색의 수산화알루미늄으로 제조된다.The sodium aluminate solution prepared in the previous step is subjected to impurity removal, filtration and precipitation processes to produce a high-color aluminum hydroxide.
먼저, 소듐알루미네이트 용액에는 불순물을 제거하기 위해 소석회(Ca(OH)2)가 첨가된다. 상기 불순물은 추후 알루미나의 색상에 영향을 주는 유기물의 제거와 미용해된 잔류물을 포함한다. 상기 소석회의 첨가로 인해 유기물의 반응흡착이 일어나며 여과를 통해 유기성 불순물이 제거될 수 있다.First, slaked lime (Ca (OH) 2 ) is added to the sodium aluminate solution to remove impurities. The impurities include the removal and un-dissolved residues of organics which subsequently affect the color of the alumina. The addition of the slaked lime causes reaction adsorption of the organic material and organic impurities can be removed through filtration.
상기 소석회의 첨가량은 5~15g/L일 수 있고, 보다 바람직하게는 8~12g/L일 수 있다. 또한, 불순물 제거시의 반응온도는 50~100℃일 수 있고, 보다 바람직하게는 70~90℃일 수 있다. 또한, 불순물 제거시의 반응시간은 30~120분일 수 있고, 보다 바람직하게는 50~70분일 수 있다. 상기 여과는 밸트필터, 입상여과필터, 프레스필터, 원심분리기 등을 이용하여 수행될 수 있다. The added amount of the slaked lime may be 5 to 15 g / L, and more preferably 8 to 12 g / L. The reaction temperature at the time of removing the impurities may be from 50 to 100 캜, and more preferably from 70 to 90 캜. The reaction time for removing the impurities may be 30 to 120 minutes, more preferably 50 to 70 minutes. The filtration can be carried out using a belt filter, a granular filtration filter, a press filter, a centrifuge or the like.
이와 같이 정제된 소듐알루미네이트 용액으로부터, 온도차와 시드(seed) 투입량을 조절하여 고백색의 수산화알루미늄을 석출시키게 된다. 석출 공정을 통해 핵의 생성, 핵성 성장 및 응집이 이루어지므로, 석출시의 온도, 시간 및 시드의 투입량에 따라 수득되는 수산화알루미늄의 순도, 평균입도, 분포, 색상 등이 영향을 받는다. 예를 들어, 상기 석출시의 시드 투입량은 10~40g/L이 가능하며, 석출온도는 45~85℃ 범위가 가능하다. 일반적으로, 초기 석출온도가 높고 시드의 투입량이 작을수록 평균입도는 커질 수 있으며, 초기 석출온도가 낮고 시드의 투입량이 많을수록 평균입도가 작아질 수 있어서, 고백색 수산화알루미늄의 입도를 용도별 또는 수요처별로 품질 관리가 가능하다. From the purified sodium aluminate solution, temperature difference and seed input amount are adjusted to precipitate a whitish-colored aluminum hydroxide. Since nucleation, nucleation and agglomeration are carried out through the precipitation process, the purity, average particle size, distribution, color, etc. of aluminum hydroxide obtained depending on the temperature, time, and amount of seed are introduced. For example, the amount of seed introduced in the seawater can be 10 to 40 g / L, and the precipitation temperature can range from 45 to 85 ° C. In general, the higher the initial precipitation temperature and the smaller seed input, the larger the average particle size. The lower the initial precipitation temperature and the larger the seed loading, the smaller the average particle size. Thus, the particle size of the coarse- Quality control is possible.
수득된 수산화알루미늄 슬러리는 여과/건조 공정을 통해, 고백색의 수산화알루미늄 분말로 제조될 수 있다. 본 단계에서 제조된 고백색의 수산화알루미늄은 평균입도가 10~100㎛일 수 있다. 또한, 제조된 고백색의 수산화알루미늄은 백색도가 97.5% 이상일 수 있으며, 나아가 98.0% 이상일 수 있다. 또한, 제조된 고백색의 수산화알루미늄은 순도가 99.8% 이상일 수 있다. 상기 고백색의 수산화알루미늄은 인조대리석의 충전제로써 재활용될 수 있다.
The obtained aluminum hydroxide slurry can be made into a whitish-colored aluminum hydroxide powder through a filtration / drying process. The high-brightness aluminum hydroxide produced in this step may have an average particle size of 10 to 100 mu m. In addition, the whiteness degree of the produced high-brightness aluminum hydroxide may be 97.5% or more, and may be 98.0% or more. In addition, the purity of the produced high-purity aluminum hydroxide may be 99.8% or more. The whitening aluminum hydroxide may be recycled as a filler of artificial marble.
수산화알루미늄의 고온 소성 단계 (고순도 알루미나 제조)High temperature calcination of aluminum hydroxide (high purity alumina production)
앞서의 단계에서 수득된 고백색의 수산화알루미늄은 고온 소성을 통해 고순도의 알루미나로 제조될 수 있다.The high-purity aluminum hydroxide obtained in the previous step can be made into high purity alumina through high-temperature firing.
상기 고온 소성은 약 200℃에서 시작하여 약 1300℃의 온도까지 승온하면서 수행될 수 있다. 이때 수산화알루미늄은 결정수의 분해가 진행되면서 다양한 형태로 상변이가 일어나고, 약 34.5%의 작열감량(loss on ignition, LOI)이 발생하게 된다. 고온 소성을 통해 수산화알루미늄은 슈도-뵈마이트, γ-알루미나 및 θ-알루미나로의 상전이를 거쳐 최종적으로 α-알루미나로 상전이된다. 도 4는 열분해 온도에 따른 수산화알루미늄의 상전이 결과(XRD 분석)를 나타내었다.The high-temperature firing may be performed starting at about 200 ° C and raising the temperature to about 1300 ° C. At this time, the aluminum hydroxide is phase-changed into various forms as the crystal water is decomposed, and a loss on ignition (LOI) of about 34.5% occurs. Through the high-temperature firing, aluminum hydroxide finally undergoes phase transformation to α-alumina through phase transition to pseudo-boehmite, γ-alumina and θ-alumina. Fig. 4 shows the phase transition results (XRD analysis) of aluminum hydroxide according to the pyrolysis temperature.
상기 고온 소성 공정은 연속식 로타리 킬른을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 연속식 로타리 킬른이 최소 3개의 열처리 구간을 구비할 수 있으며, 각 열처리 구간 사이에 체류시간을 증대시키기 위한 댐이 형성되는 것이 바람직하다. 특히 200~600℃ 열처리 구간에서 급격한 비표면적의 증가와 물리적 성질의 변화가 발생하는 것을 대비하여, 200~600℃ 열처리 구간에 댐을 형성하여 물성변화에 의해 급격하게 흘러내리는 현상을 방지하여 결정수를 제거하도록 구성할 수 있다.The high-temperature firing process may be performed using a continuous rotary kiln. The continuous rotary kiln may have at least three heat treatment zones, and a dam is preferably formed between the heat treatment zones to increase the residence time. Especially, in order to cope with the sudden increase of specific surface area and change of physical properties in the heat treatment zone of 200 ~ 600 ℃, dam is formed at 200 ~ 600 ℃ heat treatment zone, As shown in FIG.
고온 소성을 통해 최종 수득된 알루미나(α-알루미나)의 순도는 99.8% 이상일 수 있다.
The purity of the final alumina (a-alumina) obtained through high-temperature firing may be higher than 99.8%.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. The following examples are illustrative of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1Example 1
단계 1) 폐인조대리석의 유산소 저온 열분해Step 1) Low-temperature pyrolysis of aerobic lower marble
폐인조대리석의 유산소 저온 열분해 공정을 도 2의 구성을 갖는 연속식 로터리 킬른을 사용하여 수행하였다. 상기 로터리 킬른은 도 3에 나타낸 바와 같이 3구간으로 구분된 챔버 형태로 구성되어 각 구간별로 공기의 유입 및 유량을 조절하였다. 폐인조대리석의 투입량을 100kg/hr로 하여 내부온도 350~450℃를 유지하면서 공기의 공급 유량을 3~5m3/min로 제어하며 열분해하였다.The aerobic low temperature pyrolysis process of the crude marble was carried out using a continuous rotary kiln having the constitution of FIG. As shown in FIG. 3, the rotary kiln has a chamber shape divided into three sections, and the inflow and flow of air are controlled for each section. The amount of the marble was 100 kg / hr, and the internal air temperature was maintained at 350 to 450 ° C., and the supply flow rate of the air was controlled at 3 to 5 m 3 / min.
열분해를 통해 아크릴 수지(PMMA, MMA 등) 및 무정형의 슈도-뵈마이트(AlOOH)가 회수되었다. Acrylic resin (PMMA, MMA, etc.) and amorphous pseudo-boehmite (AlOOH) were recovered through pyrolysis.
회수된 슈도-뵈마이트(AlOOH)의 화학 조성을 분석하여 표 1에 나타내었다.The chemical composition of the recovered pseudo-boehmite (AlOOH) was analyzed and shown in Table 1.
상기 표 1에서 보듯이, 유산소 저온 열분해를 통해 회수된 무정형 슈도-뵈마이트는 97.5%의 높은 순도를 나타내었다.
As shown in Table 1, amorphous pseudo-boehmite recovered through aerobic low-temperature pyrolysis showed a high purity of 97.5%.
단계 2) 무정형 슈도-뵈마이트의 용해 공정Step 2) Melting process of amorphous pseudo-boehmite
상기 단계 1에서 수득한 무정형 슈도-뵈마이트를 오토클레이브(autoclave)를 이용하여 가성소다액에 용해시켰다. 상기 오토클레이브는 스테인레스 재질의 10L 용량으로서 교반속도 조절이 가능하고, 최대 200℃까지의 온도상승이 가능한 것을 사용하였다. 용해공정의 조건으로는 용해온도 150~180℃, 가성소다(NaOH) 농도 200~220g/L, 용해몰비(슈도-뵈마이트의 가성소다에 대한 몰비) 0.60~0.65로 설정하였다. 용해시간은 60분 및 교반속도 200rpm으로 고정하여 용해한 후, 미용해된 무정형 슈도-뵈마이트의 양으로부터 용해율(%)을 산출하여 하기 표 2에 나타내었다.The amorphous pseudo-boehmite obtained in the above step 1 was dissolved in a caustic soda solution using an autoclave. The autoclave used was a stainless steel capacity of 10 L capacity capable of controlling the stirring speed and capable of raising the temperature up to 200 ° C. The conditions of the dissolving process were set at a melting temperature of 150 to 180 ° C, a caustic soda (NaOH) concentration of 200 to 220 g / L, and a molar ratio of molar ratio (pseudo-boehmite to caustic soda) of 0.60 to 0.65. The dissolution time was 60 minutes and the stirring rate was fixed at 200 rpm. After dissolution, the dissolution rate (%) was calculated from the amount of undissolved amorphous pseudo-boehmite, and the results are shown in Table 2 below.
농도Caustic soda
density
상기 표 2에서 보듯이, 반응온도와 가성소다의 농도가 증가할수록 무정형 슈도-뵈마이트의 용해율이 증가하였다. 특히, 용해조건이 반응온도 170℃, 가성소다 농도 220g/L 및 용해몰비 0.60~0.65일 때 가장 효율적인 용해가 수행되었음을 알 수 있다.
As shown in Table 2, the dissolution rate of amorphous pseudo-boehmite increased with increasing reaction temperature and caustic soda concentration. In particular, it can be seen that the most efficient dissolution was carried out when the dissolution conditions were a reaction temperature of 170 DEG C, a caustic soda concentration of 220 g / L and a molar ratio of molar ratio of 0.60 to 0.65.
단계 3) 불순물 제거 및 석출을 통한 고백색 수산화알루미늄 제조Step 3) Production of high-brightness aluminum hydroxide by impurity removal and precipitation
상기 단계 2에서 용해온도 170℃, 가성소다 농도 220g/L 및 용해몰비 0.65 조건으로 제조된 소듐알루미네이트 용액에 소석회를 첨가하여 불순물을 제거하였다. 이때 소석회의 첨가량을 5~15g/L으로 하여 80℃에서 60분 동안 불순물 제거를 수행하였다. 반응이 끝난 소듐알루미네이트 용액은 GF/C 필터를 사용하여 첨가제와 미용해 잔류물을 제거하였다. 이후 정제된 소듐알루미네이트 용액에 석출 반응을 48시간 동안 실시하여 수산화알루미늄을 수득하였다. 수득한 수산화알루미늄의 백색도 및 평균입도를 측정하였다.
In step 2, slaked lime was added to the sodium aluminate solution prepared under the conditions of a melting temperature of 170 ° C, a caustic soda concentration of 220 g / L and a molar molar ratio of 0.65 to remove impurities. At this time, impurities were removed at 80 ° C for 60 minutes at an amount of 5-15 g / L added to the slaked lime. After the reaction, the sodium aluminate solution was removed by using a GF / C filter to remove the additive and the non-dissolved residue. Subsequently, precipitation reaction was carried out in purified sodium aluminate solution for 48 hours to obtain aluminum hydroxide. The whiteness and average particle size of the obtained aluminum hydroxide were measured.
불순물 제거시의 소석회의 첨가량에 따른 수산화알루미늄의 백색도 변화를 하기 표 3에 나타내었다. Table 3 shows changes in whiteness of aluminum hydroxide depending on the amount of slaked lime added at the time of removing the impurities.
상기 표 3에서 보듯이, 소석회의 투입량이 약 10g/L 이상일 경우에 수산화알루미늄의 백색도가 특히 우수하였다.As shown in Table 3, the whiteness of aluminum hydroxide was particularly excellent when the amount of slaked lime was about 10 g / L or more.
또한, 초기 석출온도 및 시드(seed)의 투입량에 따른 수산화알루미늄의 평균입도 변화를 하기 표 4에 나타내었다. Table 4 shows changes in the average particle size of aluminum hydroxide depending on the initial precipitation temperature and seed input.
상기 표 4에서 보듯이, 초기 석출온도가 높고 시드의 투입량이 작을수록 평균입도는 커졌으며, 초기 석출온도가 낮고 시드의 투입량이 많을수록 평균입도가 급격히 작아졌다. 따라서 고백색 수산화알루미늄의 입도를 용도별 또는 수요처별로 품질 관리가 가능함을 알 수 있다.As shown in Table 4, the average particle size was increased as the initial precipitation temperature was higher and the seeding amount was smaller. As the initial precipitation temperature was lower and the seeding amount was larger, the average particle size was sharply decreased. Therefore, it can be seen that quality control can be made for the particle size of the high-brightness aluminum hydroxide by use or demand.
표 5에는 수득된 수산화알루미늄의 화학 조성을 분석하여 나타내었다. Table 5 shows the chemical composition of aluminum hydroxide obtained by analysis.
상기 표 5에서 보듯이, 석출된 수산화알루미늄은 순도가 매우 우수하였다.
As shown in Table 5, the precipitated aluminum hydroxide had excellent purity.
단계 4) 고온 소성을 통한 고순도 알루미나 제조Step 4) Production of high purity alumina by high temperature calcination
상기 단계 3에서 제조된 수산화알루미늄을 로타리 킬른을 이용하여 약 200℃에서 시작하여 약 1300℃의 온도까지 승온하면서 고온 소성하였다. 이때 200~600℃ 구간의 킬른 내부에 댐이 형성된 것을 사용하였다.The aluminum hydroxide prepared in the
수산화알루미늄의 소성 온도 구간별로 XRD를 측정하여 도 4에 나타내었다. 도 4에서 보듯이 수산화알루미늄의 소성 온도가 높아질수록 상전이를 거쳐 알루미나로 형성됨을 알 수 있다. 최종 수득한 알루미나의 평균입도는 23.5㎛이었다. 수득한 알루미나의 성분을 분석하여 하기 표 6에 나타내었다.XRD was measured according to the sintering temperature interval of aluminum hydroxide and is shown in Fig. As can be seen from FIG. 4, as the firing temperature of the aluminum hydroxide is increased, it is formed into alumina through the phase transition. The average particle size of the alumina finally obtained was 23.5 mu m. The components of the obtained alumina were analyzed and are shown in Table 6 below.
상기 표 6에서 보듯이, 소성 후에 얻은 알루미나는 순도가 매우 우수하였다.
As shown in Table 6, the purity of alumina obtained after firing was excellent.
<폐인조대리석으로부터 재활용 원료의 수득률 계산><Calculation of yield rate of recycled raw materials from marine marine vessels>
상기 실시예 1의 단계 1에서 원료물질로서 폐인조대리석 360kg이 투입되었으며, 상기 원료는 이 중 45%를 차지하는 아크릴 수지 162kg 및 55%를 차지하는 수산화알루미늄 198kg으로 구성되어 있다.In Step 1 of Example 1, 360 kg of crude marble as a raw material was charged, and the raw material was composed of 162 kg of acrylic resin, which accounts for 45% of the raw material, and 198 kg of aluminum hydroxide, which accounts for 55%.
실시예 1의 단계 1에서, 주탱크 및 출구포집탱크에 각각 약 36L 및 6L의 기체상 아크릴 수지가 존재하여, 총 42L의 기체상 아크릴 수지가 수득되었으며, 이를 아크릴 수지의 비중(0.956g/L)으로 환산시에 수득된 아크릴 수지는 40kg으로 계산되어, 원료인 폐인조대리석 내에 존재하는 162kg의 아크릴 수지 대비 약 25% 수득률을 나타내었다. 또한, 이후 단계에서 얻은 응축수 183L에 2%로 포함된 아크릴 수지(4L)까지 포함시에는 약 27% 수득률로 계산될 수 있다. 수득되지 않은 아크릴 수지 중 94kg은 집진처리시에 대기방출된 것으로 판단되고, 24kg은 배관라인 및 원료에 수용된 것으로 판단된다.In step 1 of Example 1, about 36 L and 6 L of gaseous acrylic resin were present in the main tank and the exit collection tank, respectively, to give a total of 42 L of gaseous acrylic resin, which was converted to a specific gravity of 0.956 g / L ) Was calculated to be 40 kg, which was about 25% as compared with the 162 kg acrylic resin in the crude marble of the raw material. In addition, when the acrylic resin (4L) contained in 2% of 183L of condensed water obtained in the subsequent step is included, the yield can be calculated to be about 27%. 94 kg of the acrylic resin not obtained was judged to be released to the atmosphere during the dust collecting treatment and 24 kg was judged to be contained in the piping line and the raw material.
또한, 실시예 1의 단계 4에서 약 125kg의 Al2O3 분말(순도 약 99.8%)이 포집되었으며, 원료인 폐인조대리석 내에 존재하는 수산화알루미늄 198kg 중에서 수분(35%) 및 분진(3.5kg)으로 빠져나가는 Al2O3를 제외하고 계산된 수득률은 약 95%이었다.In step 4 of Example 1, about 125 kg of Al 2 O 3 powder (purity of about 99.8%) was collected and moisture (35%) and dust (3.5 kg) were removed from 198 kg of aluminum hydroxide present in the crude marble of the raw material. The calculated yield was about 95% except for the Al 2 O 3 escaping to the reactor.
또한, 실시예 1의 단계 1~4에 걸쳐 총 183L의 응축수가 포집되었으며, 이 중 외부 공기로부터 흡수된 수분에 해당하는 약 60%를 제외하면, 실제 원료로부터 수득된 수분은 약 71L로 파악되어, 원료인 폐인조대리석의 총 중량(360kg)의 약 19.5%에 해당하는 양으로 수분이 포집되었음을 알 수 있다(이 중 2%는 아크릴 수지를 포함).In addition, a total of 183 L of condensate was collected over the steps 1 to 4 of Example 1, and the moisture obtained from the actual raw material was found to be about 71 L, excluding about 60% corresponding to the moisture absorbed from the outside air , And about 19.5% of the total weight of the raw marble (360 kg) of the raw material, including 2% of the acrylic resin.
결론적으로, 폐인조대리석 360kg을 투입할 경우, 이로부터 최종적으로 포집된 양은 다음과 같다:In conclusion, when 360kg of marble is put in, the final amount collected from it is as follows:
- 아크릴 수지: 40kg - Acrylic resin: 40kg
- 순도 99.8% Al2O3 분말: 125kg- Purity 99.8% Al 2 O 3 powder: 125 kg
- 응축수: 71kg- Condensate: 71kg
따라서, 폐인조대리석(360kg)으로부터 총 165kg의 재활용 원료(아크릴 수지 및 Al2O3 분말)가 수득되어, 수득률은 약 45.8%로 계산되었다.
Thus, a total of 165 kg of recycled raw material (acrylic resin and Al 2 O 3 powder) was obtained from the waste marble (360 kg) and the yield was calculated to be about 45.8%.
이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is to be understood that the invention may be practiced within the scope of the appended claims.
Claims (11)
(b) 상기 무정형의 슈도-뵈마이트를 가성소다에 용해하여 소듐알루미네이트 용액을 제조하는 단계;
(c) 상기 소듐알루미네이트 용액의 불순물을 제거한 뒤 석출하여 고백색의 수산화알루미늄을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 고백색의 수산화알루미늄을 고온 소성하여 고순도의 알루미나를 얻는 단계를 포함하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
(a) From the marble of the clerk Recovering an acrylic resin and an amorphous pseudo-boehmite using aerobic low-temperature pyrolysis;
(b) dissolving the amorphous pseudo-boehmite in caustic soda to prepare a sodium aluminate solution;
(c) removing the impurities of the sodium aluminate solution and precipitating to produce a whitening aluminum hydroxide; And
(d) high-temperature firing the high-purity aluminum hydroxide to obtain high purity alumina.
단계 (a)에서, 상기 유산소 저온 열분해가 350~450℃의 온도에서 3~5m3/min의 공기 유입량의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that, in step (a), said aerobic low temperature pyrolysis is carried out at a temperature of from 350 to 450 DEG C with an air inflow of from 3 to 5 m < 3 > / min.
단계 (a)에서, 상기 유산소 저온 열분해가 연속식 로타리 킬른(rotary kiln)을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein in step (a), the aerobic low temperature pyrolysis is carried out using a continuous rotary kiln.
상기 연속식 로타리 킬른이 최소 3개의 열처리 구간(zone)을 구비하며, 각 구간별로 공기의 유입 및 유량 제어가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method of claim 3,
Wherein the continuous rotary kiln has at least three heat treatment zones and is configured to control the inflow of air and the flow rate of each zone.
단계 (b)에서, 상기 용해가, 농도 200~250g/L의 가성소다를 이용하여 150~200℃의 온도에서 용해몰비(슈도-뵈마이트의 가성소다에 대한 몰비) 0.50~0.70의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
In step (b), the dissolution is carried out using caustic soda at a concentration of 200 to 250 g / L at a temperature of 150 to 200 DEG C under a molar ratio of molar ratio (molar ratio of pseudo-boehmite to caustic soda) of 0.50 to 0.70 ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
단계 (c)에서, 상기 불순물 제거가, 상기 소듐알루미네이트 용액에 소석회를 투입하여 유기성 불순물을 제거하는 것임을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein in step (c), the impurity removal is to remove the organic impurities by adding slaked lime to the sodium aluminate solution.
상기 불순물 제거가, 소석회 투입량 5~15g/L, 반응온도 50~100℃ 및 반응시간 30~120분의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the impurity removal is carried out under the conditions of a slaked amount of 5 to 15 g / L, a reaction temperature of 50 to 100 ° C, and a reaction time of 30 to 120 minutes.
단계 (c)에서, 상기 석출이, 시드(seed) 투입량 10~40g/L 및 반응온도 45~85℃의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
A method for producing an acrylic resin and alumina from a waste marble, wherein in step (c), the precipitation is carried out at a seed input amount of 10 to 40 g / L and a reaction temperature of 45 to 85 캜.
단계 (c)에서, 상기 수산화알루미늄의 백색도가 97.5% 이상인 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein in step (c), the whiteness of the aluminum hydroxide is 97.5% or more.
단계 (d)에서, 상기 고온 소성이 연속식 로타리 킬른을 이용하여 200℃ 부터 1300℃까지 수행되고, 상기 연속식 로타리 킬른이 최소 3개의 열처리 구간을 구비하며, 각 열처리 구간 사이에 체류시간을 증대시키기 위한 댐이 형성된 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
In step (d), the high-temperature calcination is carried out at 200 ° C to 1300 ° C using a continuous rotary kiln, the continuous rotary kiln has at least three heat treatment sections, and the residence time is increased between the heat treatment sections Wherein the dam is formed on the outer surface of the molten marble.
단계 (d)에서, 상기 알루미나의 순도가 99.8% 이상인 것을 특징으로 하는, 폐인조대리석으로부터 아크릴 수지 및 알루미나를 제조하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein in step (d) the purity of said alumina is at least 99.8%.
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