KR101965716B1 - 수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법에 관한 것으로, 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계; 및 상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;를 포함하는, 수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING MAGNESIUM CARBONATE, WITH HIGH PURITY USING MAGNESIUM HYDROXIDE}
수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)의 제조는 광산으로부터의 부유 선광 또는 염수/해수로부터의 습식제련 추출에 의하여 이루어져 왔다.
상기 광산으로부터의 제조의 경우, 파쇄 및 분쇄작업을 거쳐 입도선별을 통한 부유선광법으로 이어지지만, 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)와 함께 불순물인 광물들이 산출되며, 이들간 비중 차가 매우 작기 때문에, 정밀한 밀도 조절에 의하지 않는 한 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)를 얻기에는 한계가 있었다.
그 일 예시로서, 미국등록특허 3116974(1964.01.07.)에서는, 천연광물인 돌로마이트에서 염산화황산을 사용하여 염산화칼슘(CaCl)의 형태로 칼슘을 추출하고, 이를 황산으로 용해시켜 분리한 뒤 탄산나트륨을 이용하여 탄산마그네슘을 제조하는 방법을 제시하였으나, 99%이상의 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)를 얻는 데 어려움이 있었다.
한편, 상기 해수/염수로부터의 습식제련의 경우, 반응성이 높은 하이드록실(Hydroxyl)기를 이용하여 수산화마그네슘을 석출시킨 뒤 정제 및 세척 과정을 거쳐야 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 얻을 수 있지만, 이 또한 상기 정제 과정에서의 효과적인 불순물 제거의 어려움으로 인하여 실제 산업에서 사용되는 전기용 혹은 내화재용 산화마그네슘(MgO)을 제조하는 데 쓰이는 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)를 얻기란 어려운 일이었다.
그 일 예시로서, 미국등록특허 7922991 (2011.04.12.)에서는, 황산마그네슘(MgSO4)을 함유하고 있는 용액에서 수산화마그네슘(Mg(OH)2)법을 사용하여 탄산마그네슘 형태로 추출하는 방법을 제시하였으나, 이 또한 99%이상의 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)를 얻기 어려운 방법이었다.
이에, 본 발명자는 수산화마그네슘으로부터 고순도의 탄산마그네슘을 제조하는 방법을 개발하였다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는, 염수 내 존재하는 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출한 뒤, 용존상태 혹은 수산화칼슘 혹은 석고로 존재하는 주요 불순물인 칼슘은 황산으로 석고 형태로 제거하고, 그 외 불순물인 나트륨 양이온 및 황산 음이온은 Na2SO4로 석출되지 않도록 용해도를 조절하면서 탄산화하여 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
아울러, 상기 본 발명의 일 구현예에서는, 1차적으로 상기 칼슘 양이온이 석고 형태로 제거된 수산화 마그네슘 슬러리 내 마그네슘 양이온을 회수하고, 2차적으로 상기 석고에 잔존하는 마그네슘 양이온을 더욱 회수함으로써, 고회수율로 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는, 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계; 및 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;를 포함하는, 수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 제 2 마그네슘 용액 내 마그네슘의 농도는 55 g/L 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 제 2 마그네슘 용액의 pH는 5 내지 7인 것일 수 있다.
제 1 마그네슘 용액 내 마그네슘의 농도는 9 g/L 이상인 것일 수 있다.
상기 탄산염은 탄산나트륨일 수 있다.
또한, 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액의 pH는 11 내지 13인 것일 수 있다.
상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;는, pH는 8 이상, 구체적으로는 9 이상에서 수행되는 것일 수 있다.
한편, 상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계; 이후에, 상기 석출된 탄산마그네슘을 열수 세척 후 건조하여, 탄산마그네슘 분말을 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 회수된 탄산마그네슘 분말의 순도는 99% 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 회수된 탄산마그네슘 분말의 회수율은 95% 이상인 것일 수 있다.
상기 석출된 탄산마그네슘을 열수 세척 후 건조하여, 탄산마그네슘 분말을 회수하는 단계; 이후에. 상기 회수된 탄산마그네슘 분말을 하소하여, 산화마그네슘을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 회수된 탄산마그네슘 분말을 하소하여, 산화마그네슘을 제조하는 단계;는, 1000 내지 1100 ℃에서 수행되는 것일 수 있다.
염수로부터 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하는 단계;는, 상기 염수에 알칼리를 투입하여 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 고순도 및 고회수율로 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
나아가, 상기 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 이용하여, 고순도의 산화마그네슘(MgO)을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네슘 용액의 pH에 따른 회수율 변화를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)의 XRD 광물상 관측 결과를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)의 1000? 하소 후 생성된 산화마그네슘(MgO)의 XRD 광물상 관측 결과이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계; 및 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;를 포함하는, 수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로는, 염수에서 추출된 수산화 마그네슘의 정제 및 세척과정을 통하여, 마그네슘 양이온이 함유된 용액으로부터 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 고회수율로 제조할 수 있는 경제적이고 효과적인 기술을 제공하고자 한다.
이때, 상기 염수에서 추출된 수산화마그네슘은 불순물의 함량이 상당히 높은 상태이며, 특히 상기 불순물 중 가장 함량이 높은 칼슘은 용존 상태, 수산화칼슘 혹은 석고(CaSO4)의 형태로 존재하므로, 이를 제거하기 위하여 중성 조건의 황산을 이용하여 석고의 형태로 제거할 수 있다. 또한, 나트륨 양이온 및 황산 이온의 불순물들의 경우 그 용존 조건(Na2SO4 solubility in water 44g/100ml at 20°C)으로 희석시키는 방법을 이용하여, 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)과 공침되지 않도록 할 수 있다. 이로써, 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 제조할 수 있다.
한편, 상기 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 효과적으로 제조하기 위하여 pH 8 이상으로 조절할 필요가 있는데, 불필요한 알칼리의 사용을 지양하기 위하여 물로 희석하는 방법을 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 불순물로서 제거된 석고를 세척한 물을 상기 희석 과정에 활용함으로써, 잔여 마그네슘 양이온의 손실을 방지할 수 있어, 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)의 회수율을 높이는 데 기여할 수 있다.
이와 관련하여, 선행발명들에서는 마그네슘을 탄산화하기 위하여 탄산염(예를 들면, 탄산나트륨)을 사용하는 것이 일반적이나, 본 발명의 일 구현예에서는 출발 물질이 염수로부터 추출된 수산화마그네슘이며, 상기 수산화마그네슘에 대하여 부산물(석고)이 거의 1:1의 중량 비율로 혼합된 것으로부터 마그네슘만을 추출하는 기술을 제공하고자 한다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
구체적으로, 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계; 이전에, 염수 내 존재하는 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하는 단계; 상기 수산화마그네슘 슬러리에 황산을 투입하여, 마그네슘 양이온을 용출시키는 단계; 상기 마그네슘 양이온이 용출된 용액을 여과시켜, 여과액(제 2 마그네슘 용액) 및 침전물을 각각 수득하는 단계; 상기 침전물을 열수 세척하여, 잔여 마그네슘이 용출된 물(제 1 마그네슘 용액)을 회수하는 단계; 및 상기 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 마그네슘이 용출된 용액 내 포함된 마그네슘 양이온 및 칼슘 양이온의 함량은, 상기 칼슘 양이온에 대한 상기 마그네슘 양이온의 몰비로서 10:1 내지 5:5로 표시되는 것일 수 있다. 염수 성분에 따라 본 비는 달라질 수 있다 염수 중 SO4 이온 농도가 높은 경우엔 칼슘과 마그네슘의 농도가 5:5까지 될 수 있다.
상기 수산화마그네슘 슬러리에 황산을 투입하여, 마그네슘 양이온을 용출시키는 단계;는, pH 5 내지 6에서 수행되는 것일 수 있다.
상기와 같이 pH 5 내지 6으로 한정하는 것은, 산성 영역에서 탄산 이온이 가스상으로 존재하는 것이 더욱 안정한 것과 관련하여, 후술할 탄산나트륨(Na2CO3) 투입 과정에 있어서 pH가 9 이상인 알칼리 영역으로 이동 수 있도록 하기 위함이다. 만약 pH를 3이하로 낮출 경우, 마그네슘 양이온의 용출량은 많아지는 반면 pH를 상기 영역으로 높이기 위하여 탄산화에 필요한 탄산나트륨(Na2CO3) 이외의 추가적인 알칼리의 투입이 불가피해진다. 따라서 상기 마그네슘 양이온의 용출 과정에서 pH를 중성으로 한정함으로써, 이후의 탄산화공정이 성공적으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 칼슘 양이온의 농도는, 상기 혼합 용액의 투입 전 10 내지 12 g/L L인 것으로부터, 상기 혼합 용액의 투입 후 0.1 내지 0.2 g/L인 것으로 낮추는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합 용액의 투입에 의하여, 상기 수산화마그네슘 슬러리에 존재하던 주요 불순물인 칼슘 양이온은 석고(CaSO4)의 형태로 제거되면서, 그 농도가 상기와 같이 낮아질 수 있는 것이다.
그에 반면, 상기 제 2 마그네슘 용액 내 마그네슘 양이온의 농도는 55 g/L 이상인 것일 수 있다. 이는, 상기와 같이 칼슘 양이온이 제거됨에 따라 마그네슘 양이온의 농도는 증가할 수 있는 것이다.
이때, 상기 제 2 마그네슘 용액의 pH는 5 내지 7인 것일 수 있다. 이로부터 탄산마그네슘을 효과적으로 석출시키기 위해서는 pH를 8 이상인 것으로 조절하여야 하며, 그와 동시에 상기 칼슘 양이온 외 불순물의 영향을 최소화할 필요가 있음은 전술한 바와 같다.
상기 불순물의 영향과 관련하여, 상기 제 2 마그네슘 용액 내 존재하는 상기 칼슘 양이온 외 불순물(예를 들면, 나트륨 양이온 및 황산 음이온)은 이미 용해도 범위 이상으로 존재하고 있으며, 이 때문에 상기 제 2 마그네슘 용액을 단순히 탄산염으로 탄산화할 경우 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)의 석출과 동시에 다량의 황산나트륨(Na2SO4)이 공침될 수 있는 것이다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 상기 제 2 마그네슘 용액에 탄산 이온을 포함하는 물을 투입하여, 희석시키는 단계;는, 상기 마그네슘이 용출된 용액을 여과시킨 뒤 남은 침전물을 수득하는 단계; 상기 침전물을 열수 세척하여, 잔여 마그네슘이 용출된 물(제 1 마그네슘 용액)을 회수하는 단계; 상기 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계; 및 상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입 및 혼합하여, 희석시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
이로써, 상기 나트륨 양이온 및 황산 음이온의 불순물 농도를 용해도 이하로 존재하도록 하여, 상기 제 2 마그네슘 용액을 물로 희석시켜 상기 나트륨 양이온 및 황산 음이온의 농도를 낮출 수 있다.
이와 더불어, 상기 희석에 사용되는 물은, 상기 수산화마그네슘 슬러리를 황산으로 용해시키고 여과한 후 남은 불순물(석고, CaSO4)을 세척한 물인 것이므로, 이미 1차적으로 여과된 후에도 잔존하는 마그네슘 양이온을 추가적으로 회수할 수 있어, 최종적으로 제조된 탄산마그네슘의 회수율을 높이는 데 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 알칼리의 사용을 방지할 수 있고, 물 사용량을 줄일 수도 있다.
구체적으로, 상기 침전물을 열수 세척하여, 잔여 마그네슘 양이온이 용출된 물(제 1 마그네슘 용액)을 회수하는 단계;는, 90 ℃ 이상의 열수를 사용하여 수행하는 것일 수 있다. 상기 온도 범위의 열수를 사용함으로써, 상기 침전물 내 잔존하는 마그네슘 양이온을 효과적으로 용출시킬 수 있다.
제 1 마그네슘 용액 내 마그네슘 양이온의 농도는 9 g/L 이상인 것일 수 있다. 이는, 상기 제 2 마그네슘 용액 내 마그네슘 양이온의 농도에 비하여 낮은 것이지만, 이러한 잔여 마그네슘 양이온을 더욱 회수함으로써 최종적으로 제조된 탄산마그네슘의 회수율을 높일 수 있는 것이다.
상기 탄산염은 탄산나트륨일 수 있다. 이는, 탄산 음이온을 제공함으로써 다음의 반응식으로 표시되는 탄산화 반응에 의하여 상기 탄산마그네슘을 제조하는 데 기여할 수 있고, 이를 위하여 상기 제 2 마그네슘 용액 내 마그네슘 양이온의 당량만큼 투입할 수 있다.
반응식 : Mg2 + + Na2CO3 -> MgCO3.3H2O(↓) + Na2 +
아울러, 상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염을 파우더 상태로 투입할 경우에는 미반응물이 존재 할 수 있으므로, 균질하고 빠른 반응이 일어나도록 상기와 같이 용액 상태로 만들 수 있다.
또한, 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액의 pH는 11 내지 13인 것일 수 있다. 이를 상기 pH 5 내지 7인 제 2 마그네슘 용액에 투입함으로써, 마그네슘 양이온이 탄산화되어 석출되는 pH 구간으로 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 탄산 이온을 포함하여 희석된 제 2 마그네슘 용액 내 탄산화 반응에 의해, 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;는, pH는 8 이상에서 수행되는 것일 수 있다.
한편, 상기 탄산 이온을 포함하여 희석된 제 2 마그네슘 용액 내 탄산화 반응에 의해, 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계; 이후에, 상기 석출된 탄산마그네슘을 열수 세척 후 건조하여, 탄산마그네슘 분말을 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 회수된 탄산마그네슘 분말의 순도는 99% 이상인 것일 수 있다. 이와 같이 고순도의 탄산마그네슘 분말을 회수할 수 있는 것은, 상기 염수로부터 추출된 수산화마그네슘에 포함된 칼슘 양이온, 나트륨 양이온, 및 황산 음이온 등을 효과적으로 제거한 것에 기인함은 전술한 바와 같다.
또한, 상기 회수된 탄산마그네슘 분말의 회수율은 95% 이상인 것일 수 있다. 이와 같이 고회수율로 탄산마그네슘 분말을 회수할 수 있는 것은, 상기와 같은 적절한 pH의 조절 및 제 1 마그네슘 용액의 활용에 따른 것임을 구체적으로 전술하였다.
상기 석출된 탄산마그네슘을 열수 세척 후 건조하여, 탄산마그네슘 분말을 회수하는 단계; 이후에. 상기 회수된 탄산마그네슘 분말을 하소하여, 산화마그네슘을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 염수로부터 추출된 수산화마그네슘을 이용하여 탄산마그네슘을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가, 상기와 같이 산화마그네슘을 제조할 수 있는 것이다.
구체적으로, 상기 회수된 탄산마그네슘 분말을 하소하여, 산화마그네슘을 제조하는 단계;는, 1000 내지 1100 ℃에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 범위로 한정하는 이유는, 상기 탄산마그네슘(MgCO3)을 열분해시켜 이산화탄소(CO2)를 떨어뜨리기 위한 온도로서, 약 1000 ℃ 이상일 것이 요구되기 때문이다.
염수로부터 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하는 단계;는, 상기 염수에 알칼리를 투입하여 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하는 것일 수 있다. 이때, 상기 알칼리는 수산화기를 포함하는 화합물, 구체적인 예를 들어 수산화칼슘일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 본 발명의 일 구현예에 따른 탄산마그네슘의 제조
염수에 알칼리를 투입하여, 염수 내 존재하는 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하였다. 이때, 상기 수산화마그네슘 슬러리의 성분은 다음의 표 1과 같다.
수산화마그네슘 슬러리 성분 분석(단위 중량%)
B Ca Mg Li Na K P Sr Ti V
0.18 12.24 19.85 0.27 5.62 1.57 0.0018 0.030 0.0044 0.0014
Mn Fe Ni Cu Zn Si Mo Pb Al S
0.0034 0.053 0.0008 0.0006 0.0006 0.49 0.0008 0.0009 0.13 0.041
상기 수산화마그네슘 슬러리에, 황산 용액을 이용하여, 마그네슘 양이온을 용출시켰다.
상기 마그네슘 양이온이 용출된 용액을 여과시켜, 여과액을 수득하였으며, 이를 제 2 마그네슘 용액이라 하였다. 상기 제 2 마그네슘 용액의 성분은 다음의 표 2과 같다.
제 2 마그네슘 용액의 성분 분석 (단위 g/L)
Mg Ca P B Li Na K S
55.91 0.152 <0.003 0.605 1.04 33.50 3.92 54.86
또한, 상기의 여과 후 남은 침전물(석고) 또한 별도로 회수하였으며, 상기 석고의 성분은 다음의 표 3과 같다.
석고의 성분 분석 (단위 중량%)
B Ca Mg Li Na K P Sr Ti V
0.10 12.62 8.47 0.090 2.26 0.53 0.0022 0.029 0.0040 0.0012
Mn Fe Ni Cu Zn Si Mo Pb Al S
0.0030 0.049 0.0007 0.0005 0.0006 0.43 0.0006 0.0007 0.11 15.56
상기 석고를 95 ℃의 열수로 필터링하면서 세척하여, 잔여 마그네슘 양이온이 용출된 물을 얻게 되었으며, 이를 제 1 마그네슘 용액이라 하였다. 상기 제 1 마그네슘 용액의 성분은 다음의 표 4와 같다.
제 1 마그네슘 용액의 성분 분석 (단위 g/L)
Mg Ca P B Li Na K S
9.48 0.601 <0.003 0.140 0.190 9.62 2.23 14.21
상기 제 1 마그네슘 용액 (제 2 마그네슘 용액과 같은 부피)에 탄산나트륨 (제 2 마그네슘 용액 중 Mg 55g/L 및 제 1 마그네슘 용액 중 Mg 9g/L의 총합과 충분히 탄산화할 수 있는 양)을 투입하여 용해시킨 뒤, 이를 상기 제 2 마그네슘 용액에 첨가하여 혼합시켰다. 이로써, 탄산마그네슘(MgCO3·3H2O)을 석출시킬 수 있었다.
나아가, 이를 90 ℃의 열수로 필터링하면서 세척한 뒤 60 ℃에서 12시간 동안 건조시킴으로써, 탄산마그네슘(MgCO3·3H2O)을 분말 형태로 회수할 수 있었다.
실시예 2: 본 발명의 일 구현예에 따른 산화마그네슘의 제조
상기 실시예 1에서 회수된 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 1000 ℃에서 60분간 하소하여, active 산화마그네슘(MgO)을 제조할 수 있었다.
실험예 1: 실시예 1에 따라 제조된 탄산마그네슘( MgCO - 3 .3 H 2 O )의 분석
(1) pH 에 따른 탄산마그네슘( MgCO - 3 .3 H 2 O )의 회수율 변화 관찰
상기 실시예 1에서, 제 2 마그네슘 용액을 제 1 마그네슘 용액으로 희석시킴에 따른 효과를 확인하기 위하여, 용액의 pH 변화 및 그에 따른 탄산마그네슘(MgCO33H2O)의 회수율 변화를 관찰하였으며, 이를 도 1에 나타내었다.
도 1에 따르면, pH7.5 에서는 탄산마그네슘(MgCO33H2O) 회수율이 72% 였지만, pH8.5에서는 96% 인 것으로 확인된다.
이로써, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 별도의 알칼리의 투입 없이 상기 제 1 마그네슘 용액에 의하여 상기 제 2 마그네슘 용액을 희석시킴으로써, 상기 탄산마그네슘(MgCO33H2O)이 효과적으로 석출될 수 있는 pH 8 이상인 것으로 조절하는 데 기여할 수 있음을 알 수 있다.
(2) 탄산마그네슘( MgCO - 3 .3 H 2 O ) 분말의 XRD 분석
상기 실시예 1에서, 회수된 탄산마그네슘(MgCO-3.3H2O) 분말에 대하여, XRD 광물상 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 2로 나타내었다.
도 2에 따르면, XRD 광물상 분석 결과는 탄산마그네슘(MgCO-3.3H2O)의 단일상인 것으로 나타났으며, 이를 통해 본 발명의 일 구현예에 따라 효과적으로 탄산마그네슘(MgCO-3.3H2O)을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
(3) 탄산마그네슘( MgCO - 3 .3 H 2 O )의 성분 분석
상기 실시예 1에서, pH7.5 및 8.5인 조건의 각 탄산마그네슘(MgCO-3.3H2O)에 대하여, 성분 분석을 실시하였고, 그 결과는 각각 다음의 표 5 및 6으로 나타내었다.
표 5 및 6에 따르면, 모두 순도 99% 이상인 것으로 확인되며, 이는 본 발명의 일 구현예에 따라 상기 칼슘 양이온을 석고의 형태로 제거하고, 나트륨 양이온 및 황산 음이온은 용해도를 활용하여 제거함에 따른 것임을 알 수 있다.
pH7.5에서 석출된 MgCO3.3H2O 성분 분석(단위 중량%)
B Ca Li Na K P Sr Ti V Mn
0.0016 0.0011 0.0025 0.1 0.01 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 0.0011
Fe Ni Cu Zn Si Mo Pb Al S Purity
<0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 0.005 99.8
pH8.5에서 석출된 MgCO3.3H2O 성분 분석(단위 중량%)
B Ca Li Na K P Sr Ti V Mn
0.0033 0.11 0.0024 0.15 0.028 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003
Fe Ni Cu Zn Si Mo Pb Al S Purity
<0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 0.049 99.6
실험예 2: 실시예 2에 따라 제조된 산화마그네슘( MgO )의 분석
(1) 산화마그네슘( MgO )의 XRD 분석
상기 실시예 2에서 제조된 산화마그네슘(MgO)에 대하여, 일본 Rigaku기기를 사용하여, 20 내지 80 ℃ 조건으로 XRD 광물상 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 3으로 나타내었다.
도 3에 따르면, XRD 광물상 분석 결과는 페리클레이즈(Periclase) 형태의 산화마그네슘(MgO) 단일상인 것으로 확인되었다. 이로써, 본 발명의 일 구현예에 따라 효과적으로 산화마그네슘(MgO)을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
(2) 산화마그네슘( MgO )의 성분 분석
상기 실시예 2에서 제조된 산화마그네슘(MgO)에 대하여 성분 분석을 실시하였고, 그 결과는 다음의 표 7로 나타내었다.
표 7에 따르면, 상기 산화마그네슘(MgO)은 순도 99% 이상인 것으로 확인되며, 이는 상기 실험예1 (3)에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따라 칼슘 양이온, 나트륨 양이온, 및 황산 음이온 및 효과적으로 제거된 고순도의 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)으로부터 산화마그네슘(MgO)을 제조함에 따른 것임을 알 수 있다.
MgCO3.3H2O 1000℃ 하소 후 생성된 MgO 순도분석 (단위 중량%)
B Ca Li Na K P Sr Ti V Mn
0.0081 0.0046 0.003 0.067 0.0046 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 0.0061
Fe Ni Cu Zn Si Mo Pb Al S Purity
<0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 <0.003 0.057 99.8
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계; 및
    제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계;는,
    염수 내 존재하는 마그네슘 양이온을 수산화마그네슘 슬러리 형태로 추출하는 단계;
    상기 수산화마그네슘 슬러리에 황산을 투입하여, 마그네슘 양이온을 용출시키는 단계;
    상기 마그네슘 양이온이 용출된 용액을 여과시켜, 여과액인 제 2 마그네슘 용액 및 침전물을 각각 수득하는 단계;
    상기 침전물을 세척하여, 잔여 마그네슘이 용출된 제 1 마그네슘 용액을 회수하는 단계; 및
    상기 제 1 마그네슘 용액에 탄산염을 용해시키는 단계;를 포함하는 것인, 수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 마그네슘 용액 내 마그네슘 양이온의 농도는 55 g/L 이상인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 마그네슘 용액의 pH는 5 내지 7인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 마그네슘 용액 내 마그네슘 양이온의 농도는 9 g/L 이상인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄산염은 탄산나트륨인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액의 pH는 11 내지 13인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계;는,
    pH는 8 이상에서 수행되는 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 마그네슘 용액에 상기 탄산염이 용해된 제 1 마그네슘 용액을 투입하여, 탄산화 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3.3H2O)을 석출시키는 단계; 이후에,
    상기 석출된 탄산마그네슘을 열수 세척 후 건조하여, 탄산마그네슘 분말을 회수하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회수된 탄산마그네슘 분말의 순도는 99% 이상인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 회수된 탄산마그네슘 분말의 회수율은 95% 이상인 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 석출된 탄산마그네슘을 열수 세척 후 건조하여, 탄산마그네슘 분말을 회수하는 단계; 이후에.
    상기 회수된 탄산마그네슘 분말을 하소하여, 산화마그네슘을 제조하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회수된 탄산마그네슘 분말을 하소하여, 산화마그네슘을 제조하는 단계;는,
    1000 내지 1100 ℃에서 수행되는 것인,
    수산화마그네슘으로부터 고순도 탄산마그네슘을 제조하는 방법.
  13. 삭제
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