KR101774365B1 - 실리카 펠렛 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카 펠렛 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 10 내지 200 ㎛의 입자직경을 갖는 실리카 미분; 폴리비닐알코올(PVA) 수용액; 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 용액 또는 실리카 졸을 혼합하는 단계를 포함하는 실리카 펠렛 제조방법에 관한 것이다. 본 발명으로 기존 실리콘 메탈 원료인 규석보다 저가의 원료를 아크로에 투입하여 2N(>99%) 이상의 실리콘 메탈을 만들 수 있다.

Description

실리카 펠렛 제조 방법{Method of manufacturing Silica Pellet}
본 발명은 실리카 펠렛 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 10 내지 200 ㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 100 ㎛의 입자직경을 갖는 실리카 미분; 폴리비닐알코올(PVA) 수용액; 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 용액 또는 실리카 졸을 혼합하는 단계를 포함하는 실리카 펠렛 제조방법에 관한 것이다.
기존 실리콘 메탈 제조에 사용하기 위하여 실리카 펠렛을 제조하는 방법은 석영모래(Quartz sand)와 Low ash coal을 유기 혹은 무기 바인더를 이용하여 제조하는 방법과 분쇄된 분말 상태의 규석을 석유 코크스, 바인더, 증류수와 혼합한 다음 압제 성형시켜서 실리콘-코크스 응고체를 제조하는 방법이 있다.
위 두 가지의 제조 방법 중 첫 번째 방법은 석영모래: low ash coal: 유기 혹은 무기 binder를 8: 1: 1 의 비율로 혼합하여 입자 크기 8~40mm의 석영모래 덩어리를 제조한 다음 200~300℃ 에서 1~2시간 건조시켜서 펠렛을 제조하는 방법이다. 상기 방법은 물유리, 퓨란(furan), cold box 수지, 실리케이트(silicate)와 같은 유기 바인더 혹은 시멘트와 같은 무기 바인더를 사용함에 있어, 유기 바인더의 경우, 고온에서 유기 바인더가 소실 되어버리는 단점을 내포하고 있으며 또한 무기 바인더의 경우, 사용시에 실리콘 메탈 순도에 좋지 않은 영향을 끼치는 단점을 내포하고 있다.
두 번째 방법은 분쇄된 분말 상태의 규석을 석유 코크스, 유기 바인더, 증류수와 적당한 비율로 혼합한 다음 압제 성형시키고 100 내지 300 ℃에서 고온 건조시켜서 입자 크기가 직경 5cm, 길이 7cm인 펠렛을 제조하는 방법이다. 상기 방법은 펠렛 형태가 원기둥형이고 원기둥 중앙에 구멍이 있기 때문에 통기가 잘 되고 용융 반응이 빠르게 일어나 전력과 원료를 절약 할 수 있는 장점을 지녔지만, 첫 번째 방법과 마찬가지로 유기 바인더를 사용하기 때문에 고온에서 유기 바인더가 소실되어 강도가 약하다는 단점을 내포하고 있다.
본 발명의 목적은 실리콘 메탈 제조에 사용되는 실리카 펠렛의 제조시에 기존의 종래기술이 가지고 있던 유기 바인더의 소실 및 무기 바인더로 인한 실리콘 메탈의 순도 감소의 문제점을 해결함과 동시에 실리콘 메탈 제조 원료로 사용하기에 적합한 압축 강도 및 고온 강도를 갖는 실리카 펠렛 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하고자, 본 발명은 10 내지 200 ㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 100 ㎛의 입자직경을 갖는 실리카 미분; 폴리비닐알코올(PVA) 수용액; 및 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 용액 또는 실리카 졸을 혼합하는 단계를 포함하는 실리카 펠렛 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 혼합물을 상온에서 에이징(Aging)하는 단계; 에이징된 생성물을 브리켓팅(briquetting) 머신으로 펠렛화 하는 단계; 펠렛화된 생성물을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일구체예로, 폴리비닐알코올 수용액과 테트라에틸오르토실리케이트 용액의 양은 실리카 미분의 중량 대비 각각 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일구체예로, 폴리비닐알코올 수용액과 실리카 졸의 양은 실리카 미분의 중량 대비 각각 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일구체예로, 에이징(aging)이 0.5 내지 60 시간 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 실리콘 메탈 제조에 사용되는 실리카 펠렛의 제조시에 유기, 무기 바인더가 갖고 있던 문제점을 해결함과 동시에 실리콘 메탈 제조 원료로 사용하기에 적합한 압축 강도 및 고온 강도가 매우 우수한 실리카 펠렛 제조가 가능하게 되었다.
이하 본 발명을 다음의 실시 예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
증류수를 95℃ 정도로 가열시킨 후, 교반기에서 150~200rpm 정도로 교반시켜 주면서 PVA powder를 천천히 증류수에 넣은 후, 1시간 정도 혼합하여 폴리비닐 알코올(PVA, Polyvinyl alcohol) 수용액을 제조하였다. 상기 폴리비닐 알코올 수용액은 PVA powder와 증류수를 1:9의 중량비로 하여 제조하였다.
그 다음 실리카 미분(10~100 ㎛)을 Pelletizing 혼합기에 넣고 800~1200rpm 정도로 혼합시켜주면서 상기의 PVA 10 중량% 수용액(실리카 미분 중량 대비 5 중량부)과 실리카 졸(실리카 미분 중량 대비 5 중량부)을 1:1의 비율로 Pelletizing 혼합기에 천천히 넣어준다. PVA 10% 수용액과 실리카 졸을 Pelletizing 혼합기에 모두 넣어준 후, 5~10분 정도 혼합시켜주었다. 혼합된 실리카 미분을 Pelletizing 혼합기에서 꺼낸 후 30분~4시간 정도 에이징(Aging)시켜 주었다. 30분~4시간 정도 에이징된 실리카 미분을 브리켓팅(Briquetting) 머신에 넣고 실리카 덩어리를 제조하였다. 제조된 실리카 덩어리를 48시간 정도 자연 건조 시킨 후 자연 건조 시간에 따른 압축 강도 및 실리콘 메탈 수율을 측정하였으며 또한 1600℃ 고온 강도도 측정해보았다. 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 2
PVA 10 중량% 수용액 제조 방법은 실시예 1과 같다.
PVA 10 중량% 수용액이 실리카 미분 중량 대비 10 중량부, 실리카 졸이 실리카 미분 중량 대비 10 중량부로 혼합되는 점을 제외하고는 실리카 펠렛 제조 방법은 실시예 1과 같다.
실리카 펠렛의 압축 강도 및 실리콘 메탈 수율 측정, 1600℃ 고온 강도 측정 방법도 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 3
PVA 10 중량% 수용액 제조 방법은 실시예 1과 같다.
상온에서 테트라에틸오르토실리케이트, 에탄올(C2H5OH), 증류수(H2O), 염산(HCl)을 1:2:4:0.05 의 몰 비로 혼합하여 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 용액을 제조한다. 보다 구체적으로는 TEOS를 비이커에 붓고 상기의 몰 비에 따라 에탄올, 증류수, 염산 순으로 순차적으로 비이커에 부어 교반함으로써 제조된다. 교반은 테프론 코팅이 되어 있는 자석막대를 넣고 상용 교반기를 이용하여 수행하였고 교반 시간은 약 1시간 정도이다.
그 다음 실리카 미분(12~15 ㎛)을 Pelletizing 혼합기에 넣고 800~1200rpm 정도로 혼합시켜주면서 상기의 PVA 10 중량% 수용액(실리카 미분 중량 대비 5 중량부)와 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 용액(실리카 미분 중량 대비 1 중량부)을 Pelletizing 혼합기에 천천히 넣어준다. PVA 10% 수용액과 TEOS 용액을 Pelletizing 혼합기에 모두 넣어준 후, 5~10분 정도 혼합시켜주었다. 이후 실시예 1과 같이 실리카 펠렛 제조하고 실리카 펠렛의 압축 강도 및 실리콘 메탈 수율 측정, 1600℃ 고온 강도 측정을 수행하였다. 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 4
PVA 10 중량% 수용액 제조 방법은 실시예 1과 같다.
TEOS 용액 제조 방법은 실시예 3과 같다.
TEOS 용액이 실리카 미분 중량 대비 5 중량부로 혼합되는 것을 제외하고는 실리카 펠렛 제조 방법은 실시예 3과 같다.
실리카 펠렛의 압축 강도 및 실리콘 메탈 수율 측정, 1600℃ 고온 강도 측정 방법도 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 1
실리카 미분(100~200㎛)을 Cold Box 수지와 촉진제(4-PHENYL PRORYL PYRIDINE(4-PPP)), 경화제(Isocynate)를 혼합하여 실리카 펠렛을 제조하였다. 제조 방법은 실리카 미분(2 kg)에 Cold Box 수지와 경화제를 1:1로 섞이지 않게 투입하였으며, Cold Box 수지의 양은 실리카 미분 중량 대비 3 중량부로 넣어주었다. 그 다음 촉진제를 실리카 미분 중량 대비 0.3 중량부 투입해준 후 혼합기에서 1~2분 혼합시켜주었다. 혼합된 실리카 미분을 주형에 넣고 발형시켜주었다. 발형된 실리카 덩어리를 48시간 자연 건조 시킨 후 150℃에서 30분간 Baking 하여 실리카 펠렛을 제조하였다. 제조된 실리카 펠렛을 자연 건조 시간에 따른 압축 강도 및 실리콘 메탈 수율을 측정하며, 또한 1600℃ 고온 강도를 측정해보았다. 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우 본 발명 결과와 달리 압축 강도, 실리콘 메탈 수율, 고온 강도 모두 낮게 나와 실리콘 메탈 제조 원료로 사용하기 부적합하다는 결과가 보여졌다. 또한 비교예 1로 제조한 실리카 펠렛의 경우 1600℃ 고온에 투입하였을 경우 유해가스(포름알데히드 가스)가 발생하는 문제점을 나타내었다.
이에 반해, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1-2의 경우 압축강도, 실리콘 메탈 수율, 1600℃ 고온 강도 모두 양호한 결과를 나타내어 실리콘 메탈 제조 원료로 사용하기 적합한 원료임을 알 수 있다.
표 1에 실시예와 비교예에 따른 실험 결과를 나타내었다.
Figure 112010028333521-pat00001
Figure 112010028333521-pat00002

Claims (6)

10 내지 200 ㎛의 입자직경을 갖는 실리카 미분; 폴리비닐알코올(PVA) 수용액; 및 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 용액 또는 실리카 졸을 혼합하는 단계, 혼합물을 상온에서 에이징(Aging)하는 단계, 에이징된 생성물을 브리켓팅(briquetting) 머신으로 펠렛화 하는 단계 및 펠렛화된 생성물을 자연 건조하는 단계를 포함하는 실리카 펠렛 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서, 폴리비닐알코올 수용액과 테트라에틸오르토실리케이트 용액의 양은 실리카 미분의 중량 대비 각각 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 폴리비닐알코올 수용액과 실리카 졸의 양은 실리카 미분의 중량 대비 각각 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 에이징(aging)이 0.5 내지 60 시간 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛 제조 방법.
제 1항에 있어서, 실리카 미분의 입자직경이 10 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 실리카 펠렛 제조 방법.
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