KR101998139B1 - 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법 - Google Patents

물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101998139B1
KR101998139B1 KR1020170152130A KR20170152130A KR101998139B1 KR 101998139 B1 KR101998139 B1 KR 101998139B1 KR 1020170152130 A KR1020170152130 A KR 1020170152130A KR 20170152130 A KR20170152130 A KR 20170152130A KR 101998139 B1 KR101998139 B1 KR 101998139B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ammonia
slag
ammonium sulfate
waste
water
Prior art date
Application number
KR1020170152130A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190055426A (ko
Inventor
이승우
방준환
채수천
Original Assignee
한국지질자원연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국지질자원연구원 filed Critical 한국지질자원연구원
Priority to KR1020170152130A priority Critical patent/KR101998139B1/ko
Publication of KR20190055426A publication Critical patent/KR20190055426A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101998139B1 publication Critical patent/KR101998139B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B5/00—Operations not covered by a single other subclass or by a single other group in this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/24—Sulfates of ammonium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/18—Carbonates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 폐석고와 슬래그를 준비하는 단계(제1단계); 상기 폐석고에 암모니아, 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하고 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제2단계); 상기 황산암모늄 및 탄산칼슘을 분리 회수하는 단계(제3단계); 상기 슬래그에 상기 황산암모늄 및 물을 투입하여 슬러리 제조한 이후에 금속이온과 암모니아를 분리하는 단계(제4단계); 상기 금속이온에 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하여 탄산염을 회수하는 단계(제5단계); 및 상기 제3단계의 황산암모늄을 제4단계에 투입하여 금속이온과 암모니아를 생성하고, 상기 제4단계에서 분리된 암모니아를 제2단계로 이송하고 탄산화반응을 수행하여 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제6단계)를 포함하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법을 제공한다.

Description

물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법{Treatment method for inorganic waste by exchanging materials}
본 발명은 폐석고 및 슬래그의 처리 공정에서 부산되는 물질의 교환을 통하여 무기계 폐기물인 폐석고와 슬래그를 동시에 처리할 수 있는 방법에 관한 것이다.
발전소에서 배출되는 유해 아황산가스의 배연탈황을 목적으로 석회석을 처리하여 얻어지는 폐석고는 이수석고의 형태로 일반적으로 화학석고라고 불리우며, 현재 우리나라에서 년간 약 40 만톤 배출된다.
폐석고의 재활용 여부는 석고의 순도에 달려있으며, 94 % 이상의 순도를 갖는 석고의 경우 석고보드, 플래스터 등에 사용될 수 있지만 현재 생산되는 화학석고는 석고산업의 수요를 이미 넘어서고 있다.
석탄 화력발전소에서 배출되는 배연탈황석고는 약 80 내지 90 %가 판매 가능한 부산물이지만 석탄발전소가 지속적으로 증가추세이고 비료 생산회사에서 발생되는 화학석고는 대부분 야적되고 있는 실정이므로 재활용률은 감소할 수밖에 없으므로 환경오염을 유발하는 요인이 된다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안 중의 하나는 폐석고로부터 황산암모늄과 탄산칼슘을 회수하여 자원함으로써 재활용 하는 것이다.
한편 제강공정에서 발생되는 폐기물 중 양적으로 가장 많이 배출되는 것을 슬래그이며, 그 발생량은 연간 1200 톤에 이른다.
슬래그는 크게 고로슬래그와 제강슬래그의 두 가지로 구별될 수 있는데, 고로 슬래그의 경우 거의 대부분의 양이 활용되고 있으나, 제강 슬래그의 경우 특별한 활용 방법이 마련되지 않아서 많은 양이 그대로 매립되고 있다.
그러나 매립장 확보가 점차 어려워지고 있어 제강슬래그의 활용 용도 개발이 매우 시급하다.
한편 석탄화력발전소 및 제철소는 주요한 이산화탄소 배출원이며, 배출되는 이산화탄소를 저감하거나 이를 처리하기 위하여 탄소 저장 장치의 사용이 증가되고 있으며, 발생되는 이산화탄소를 활용하여 탄산화하는 방법이 다양하게 강구되고 있다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 특허 제1518008호(공고일: 2015.05.06)에 개시되어 있는 황산암모늄의 제조방법이 있다.
대한민국 특허 제 1518008호(공고일: 2015.05.06)
따라서, 본 발명은 석탄화력발전소에서 배출되는 폐석고 및 제절소에서 배출되는 슬래그를 이용하여 각각 탄산화 공정을 수행하되, 탄산화 공정의 부산물을 교환하여 첨가함으로써 환경친화적으로 무기계 폐기물을 처리할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 폐석고와 슬래그를 준비하는 단계(제1단계);
상기 폐석고에 암모니아, 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하고 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제2단계);
상기 황산암모늄 및 탄산칼슘을 분리 회수하는 단계(제3단계);
상기 슬래그에 상기 황산암모늄 및 물을 투입하여 슬러리 제조한 이후에 금속이온과 암모니아를 분리하는 단계(제4단계);
상기 금속이온에 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하여 탄산염을 회수하는 단계(제5단계); 및
상기 제3단계의 황산암모늄을 제4단계에 투입하여 금속이온과 암모니아를 생성하고,
상기 제4단계에서 분리된 암모니아를 제2단계로 이송하고 탄산화반응을 수행하여 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제6단계)를 포함하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법을 제공한다.
또한 상기 폐석고는 석탄화력 발전소에서 배출되며, 상기 슬래그는 제철소에서 배출될 수 있다.
또한 상기 슬래그는 칼슘 또는 마그네슘을 함유하는 제강슬래그일 수 있다.
또한 상기 석탄화력 발전소와 상기 제철소는 서로 인접되어 있을 수 있다.
또한 상기 폐석고는 80 내지 100 ℃에서 건조한 이후에 분쇄하고, 200 mesh의 채를 사용하여 입도가 조절될 수 있다.
또한 상기 제2단계에서 상기 암모니아는 제5단계에서 생성되는 암모니아가 물에 용해되어 암모니아수로 형성되어 첨가될 수 있다.
또한 상기 제 2단계에서 상기 폐석고에 대하여 암모니아는 1 내지 5 당량으로 첨가될 수 있다.
또한 상기 슬래그는 볼-밀을 사용하여 분쇄한 이후에 200 mesh의 채를 사용하여 입도가 조절된 미분말일 수 있다.
또한 상기 제4단계에 있어서, 상기 금속이온은 칼슘 또는 마그네슘일 수 있다.
또한 상기 제4단계에서, 상기 금속이온과 암모니아의 분리는 200 내지 400 ℃로 가열하여 암모니아를 기체로 분리하여 회수할 수 있다.
또한 상기 제5단계에서 상기 탄산염은 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘일 수 있다.
또한 상기 제5단계 또는 상기 제6단계의 탄산화반응은 이산화탄소를 1 내지 50 bar로 가압하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 석탄화력발전소에서 부산되는 폐석고와 제철소에서 부산되는 슬래그를 매우 효과적이며, 환경친화적으로 처리할 수 있다.
또한 석탄화력발전소와 제철소가 서로 인접하는 경우 부산되는 폐기물인 폐석고와 암모니아를 동시에 매우 효율적으로 처리할 수 있다.
또한 마그네슘과 칼슘이 다량 함유되어 재활용이 어려운 제강슬래그를 대상으로 폐석고 탄산화과정의 부산물인 황산암모늄을 추출제로 사용하여 암모니아를 생산하고, 탄산화반응을 위한 금속이온을 추출할 수 있다.
또한 회수되는 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘은 순도가 높아 재처리 없이 사용이 가능하다.
또한 회수되는 황산암모늄은 다량의 질소를 포함하고 있으며, 폐석고를 시작물질로 하여 탄산화반응을 통하여 부산되기 때문에 불순물이 함유되지 않아서 산업재료 또는 비료로써 사용이 가능하다.
또한 화력발전 공정과 제철소의 제련 공정에서 발생되는 이산화탄소를 이용하여 탄산화공정을 수행하여 온난화가스인 이산화탄소를 저감할 수 있다.
또한 발전소와 제철소가 연계된 지역에서는 운송 비용의 최소화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법의 순서를 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명자들은 석탄화력발전소의 배연 탈황설비에서 부산되는 폐석고의 활용방법과 제철소의 제련과정에서 폐기되는 슬래그의 처리방법을 연구하던 중에 폐석고를 대상으로 탄산화반응을 수행하기 위하여, 암모니아(NH3)와 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3)과 황산암모늄[(NH4)2SO4]을 생성하고, 상기 황산암모늄을 슬래그(slag)의 금속이온 추출과정에서 추출제로 사용하여 금속이온과 암모니아를 생성한 이후에 다시 상기 암모니아를 폐석고를 대상으로 하는 탄산화반응에 투입하여 사용함으로써 무기계 폐기물의 처리 방법에서 암모니아와 황산암모늄의 물질교환을 통한 순환구조를 완성하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법의 순서를 나타낸 공정흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법은 은 폐석고와 슬래그를 준비하는 단계(제1단계); 상기 폐석고에 암모니아, 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하고 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제2단계); 상기 황산암모늄 및 탄산칼슘을 분리 회수하는 단계(제3단계); 상기 슬래그에 상기 황산암모늄 및 물을 투입하여 슬러리 제조한 이후에 금속이온과 암모니아를 분리하는 단계(제4단계); 상기 금속이온에 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하여 탄산염을 회수하는 단계(제5단계); 및 상기 제3단계의 황산암모늄을 제4단계에 투입하여 금속이온과 암모니아를 생성하고, 상기 제4단계에서 분리된 암모니아를 제2단계로 이송하고 탄산화반응을 수행하여 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제6단계)를 포함한다.
우선 폐석고와 슬래그를 준비한다(S100).
상기 폐석고는 석탄화력 발전소에서 배출되며, 상기 슬래그는 제철소에서 배출된 것이다.
상기 폐석고는 석탄화력 발전소의 배출가스의 배연탈황을 목적으로 투입된 석회석과 배출가스 중의 유황성분과 반응하여 생성된 배연탈황석고일 수 있다.
상기 폐석고는 암모니아 및 이산화탄소(CO2)와 반응하여 탄산칼슘과 황산암모늄을 생성할 수 있다.
상기 폐석고를 대상으로 탄산화반응(carbonation)을 수행하기 때문에 이산화탄소를 저감할 수 있다.
상기 슬래그(slag)는 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)을 함유하는 제강슬래그일 수 있다.
고로슬래그는 도로 노반재, 성토용 골재, 시멘트에 이용되며 다양한 방법으로 활용이 가능하나, 제강슬래그는 활용성이 낮아서 주로 매립된다.
제강슬래그가 함유하는 금속이온을 이용하는 경우에는 이산화탄소의 고정화에 필요한 금속이온을 원활하게 공급할 수 있으며, 상기 폐석고의 탄산화반응이 필요한 암모니아를 생성할 수 있으므로 제강슬래그의 활용이 가능하다.
상기 석탄화력 발전소와 상기 제철소는 서로 인접되어 있을 수 있다.
상기 석탄화력 발전소와 상기 제철소가 서로 인접되어 있는 경우에는 폐석고의 탄산화반응에서 생성되는 황산암모늄과 슬래그의 금속이온 추출공정에서 생성되는 암모니아를 용이하게 교환할 수 있으므로 물질교환을 통한 무기계 폐기물 처리방법의 효율이 매우 증가된다.
상기 제 1단계에서, 상기 폐석고는 80 내지 100 ℃에서 건조한 이후에 분쇄하고, 200 mesh의 채를 사용하여 입도가 조절될 수 있다.
80 내지 100 ℃에서 건조된 폐석고는 암모니아를 첨가하는 경우 반응성이 증가되어 황산암모늄을 생산효율을 증가시킬 수 있으나, 상기 80 ℃미만의 온도 범위에서는 탈수화가 수행되지 않으며, 100 ℃를 초과하는 경우에는 건조공정에서 에너지 소모가 필요 이상으로 증가되며, 폐석고 입자의 결정화로 인하여 탄산화반응에서 탄산화율이 감소되는 문제가 있다.
상기 200 mesh 의 채를 사용하여 입도가 조절되며, 평균입도가 70 내지 80 ㎛로 조절되는 경우에는 이후의 탄산화반응의 효율을 매우 증가시킬 수 있다.
상기 폐석고에 암모니아, 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하고 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성할 수 있다(S200).
상기 탄산화반응은 하기 반응식 1에 따라 수행된다.
[반응식 1]
CaSO4 + 2NH3 + CO2 + H2O → CaCO3 + (NH4)2SO4
상기 암모니아는 제5단계에서 생성되는 암모니아가 암모니아수로 회수되어 첨가된다.
상기 암모니아는 암모니아수로 공급될 수 있다.
상기 암모니아는 슬래그에 황산암모늄을 투입하여 금속이온과 암모니아를 분리하는 금속이온 추출과정에서 유래된 것이다.
상기 암모니아는 기체로 배출되나 물에 용해되어 암모니아수로 형성되는 경우 회수 및 이송이 매우 용이한 장점을 갖는다.
상기 암모니아수와 이산화탄소의 반응으로 생성되는 황산암모늄은 결정화 효율이 매우 높으며, TGA 분석 결과 98 % 이상의 순도를 나타내어 산업재료 또는 비료로써 사용이 가능하다.
상기 제 2단계에서 상기 폐석고에 대하여 암모니아는 2 내지 3당량으로 첨가될 수 있다.
상기 폐석고는 황산칼슘(CaSO4)으로 이루어지며, 구체적으로 암모니아가 2 당량 이상으로 첨가되는 경우에 황산암모늄을 효율적으로 생산할 수 있다.
상이 암모니아가 5 당량을 초과하는 경우에는 탄산화반응의 효율을 감소시킬 수 있다.
상기 이산화탄소는 석탄화력 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 포집하여 공급되는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소의 탄산화반에 투입하여 탄산칼슘 및 황산암모늄을 생성하고 동시에 탄산화를 통하여 이산화탄소의 발생량을 저감할 수 있다.
상기 탄산화반응은 이산화탄소를 1 내지 50 bar로 가압하여 수행될 수 있다.
상기 탄산화반응에서 이산화탄소를 상기 범위로 가압하는 경우 탄산화반응이 가속되어 탄산칼슘의 생성속도를 증가하여 대량으로 탄산칼슘을 회수할 수 있다.
상기 탄산화반응은 반응 온도를 27 내지 30 ℃로 유지할 수 있다.
상기 탄산화반응은 발열반응으로 상기 온도범위에서 탄산화반응의 효율이 증가되며 상기 온도범위를 초과하는 경우 탄산화반응의 효율이 매우 감소되는 문제가 있다.
이후에 상기 황산암모늄 및 탄산칼슘을 분리 회수한다(S300).
상기 황산암모늄 및 탄산칼슘은 용액 중에서 고체 결정으로 분리되며, 상기 황산암모늄과 탄산칼슘을 탄산화반응이 수행되는 반응기에서 연속으로 분리 회수하는 경우에는 탄산화반응이 지속적으로 유지되어 대량으로 탄산칼슘 및 황산암모늄을 생산할 수 있다.
한편 상기 황산암모늄은 폐석고인 황산칼슘이 분쇄되어 탄산화반응을 통하여 생성되어 순도가 매우 높아서 산업재료 및 비료로 사용이 가능하다.
상기 황산암모늄은 회수된 이후에 상기 슬래그의 금속이온 추출과정의 추출제로 사용한다.
상기 슬래그에 상기 황산암모늄 및 물을 투입하여 슬러리 제조한 이후에 금속이온과 암모니아를 분리한다(S400).
상기 슬래그는 볼-밀을 사용하여 분쇄한 이후에 200 mesh의 채를 사용하여 입도가 조절된 미분말로 형성되었다.
상기 분쇄 과정을 통하여 이후의 금속이온 추출반응에서 반응 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 금속이온은 칼슘 또는 마그네슘일 수 있다.
상기 황산암모늄이 첨가된 슬러리를 제조하는 경우에 금속이온의 추출반응을 통하여 금속이온과 암모니아를 분리하여 추출할 수 있다.
[반응식 2]
slag + (NH4)2SO4 + H2O → Ca+2 or Mg+2 + NH3 + slag
상기 반응식 2는 슬래그를 시작물질로 하고, 황산암모늄을 금속이온 추출제로 하여 금속이온 추출반응을 나타낸 반응식이다.
상기 반응식에 따라 황산암모늄과 슬래그가 반응하여 탄산염을 형성할 수 있는 금속이온이 추출되며, 암모니아가 생성된다.
상기 금속이온과 암모니아의 분리는 200 내지 400 ℃로 가열하여 암모니아를 기체로 분리하여 회수할 수 있다.
상기 온도 범위에서 암모니아를 금속 이온과 분리하여 회수할 수 있으며, 상기 범위에 미치지 못하는 경우 암모니아를 생성할 수 없다.
상기 금속이온에 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하여 탄산염을 회수한다(S500).
상기 제4단계에서 분리된 암모니아를 제2단계로 이송하고 탄산화반응을 수행하여 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성한다(S500).
상기 칼슘이온 및 마그네슘이온은 각각 탄산화반응을 거쳐 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산마그네슘(MgCO3)으로 형성될 수 있다.
[반응식 3]
Ca+2 or Mg+2 + CO2 + H2O → CaCO3 or MgCO3
상기 반응식 3은 추출된 금속이온에 이산화탄소를 투입하여 탄산염을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
반응식 3에 따라 슬래그의 금속이온을 추출하고 탄산화반응을 수행할 수 있다.
상기 탄산화반응 또한 이산화탄소는 제철소에서 발생되는 이산화탄소를 포집하여 공급할 수 있으며, 이산화탄소를 1 내지 50 bar로 가압하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화반응의 속도를 증가시켜 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘의 회수량을 증가시킬 수 있다.
상기 S400에서 분리된 암모니아를 S200으로 이송하여 탄산화반응을 수행하여 황산암모늄 및 탄산칼슘을 형성할 수 있다.
상기 폐석고를 시작물질로 하는 탄산화반응에 필요한 암모니아를 슬래그의 금속이온 추출반응에서 형성되는 암모니아를 회수하여 공급하여 황산암모늄과 암모니아의 물질교환을 통하여 무기계 폐기물이 폐석고와 슬래그를 연속적으로 처리할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 물질교환을 통한 무기계 폐기물 처리
석탄화력 발전소와 제철소가 인접한 충남 당진에서 각각 당진화력발전소의 탈황배연석고와 현대제철의 제강슬래그를 준비하였다.
탈황배연석고는 80 ℃에서 12시간 이상 건조하고 200 mesh 채로 입도를 조절하여 미분말을 획득하였으며, 제강슬래그는 Φ 80 mm 세라믹 볼-밀을 사용하여 분쇄한 이후에 200 mesh 채로 입도를 조절하여 슬래그 분말을 준비하였다.
탄산화반응을 수행하기 위하여 상기 탈황배연석고의 미분말에 암모니아수를 혼합하고 가압반응기에서 이산화탄소를 주입하여 30 ℃, 1 bar조건에서 탄산화반응을 수행하였다.
침전된 고체물질을 회수하여 용해도 차이에 의하여 탄산칼슘과 황산암모늄을 분리하고 상기 황산암모늄을 다시 슬래그의 금속이온 추출반응의 추출제로 첨가하였다.
상기 슬래그 분말에 상기 황산암모늄과 물을 첨가하고 300 ℃에서 반응시켜 암모니아를 회수하고 상기 암모니아를 물에 용해시켜 암모니아수를 형성하였다.
또한, 용출된 칼슘 및 마그네슘 이온과 이산화탄소의 탄산화 반응 후 암모니아가 충분히 녹아 든 여액을 폐석고의 탄산화반응에 필요한 암모니아수로도 활용할 수 있었다.
슬래그를 이용한 탄산화 반응을 통해 폐석고의 탄산화반응에 필요한 암모니아를 생성할 수 있는 것을 확인하였다.
이후에 상기 암모니아가 분리된 금속이온에 이산화탄소를 투입하여 탄산칼슘이 형성되는 것을 확인하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다.
실시예 1에 따라 각각 생성된 황산암모늄과 암모니아를 교환하는 경우에는 무기계 폐기물인 폐석고 및 슬래그를 효율적으로 처리할 수 있으며, 하여 고순도의 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘을 회수하였다.
따라서, 본 발명에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법은 폐석고의 처리과정에서 부산되는 황산암모늄과 슬래그의 금속이온 추출 과정에서 발생되는 암모니아를 서로 교환하여 고순도의 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 대량으로 생산할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 폐석고와 제강슬래그를 준비하는 단계(제1단계);
    상기 폐석고에 암모니아, 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하고 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제2단계);
    상기 황산암모늄 및 탄산칼슘을 분리 회수하는 단계(제3단계);
    상기 제강슬래그에 상기 황산암모늄 및 물을 투입하여 슬러리 제조한 이후에 금속이온과 암모니아를 분리하는 단계(제4단계);
    상기 금속이온에 이산화탄소 및 물을 투입하여 탄산화반응을 수행하여 탄산염을 회수하는 단계(제5단계); 및
    상기 제3단계의 황산암모늄을 제4단계에 투입하여 금속이온과 암모니아를 생성하고,
    상기 제4단계에서 분리된 암모니아를 제2단계로 이송하고 탄산화반응을 수행하여 황산암모늄 및 탄산칼슘을 생성하는 단계(제6단계)를 포함하고,
    상기 폐석고는 배연탈황석고이고,
    상기 이산화탄소는 석탄화력 발전소에서 배출되는 것을 포집하여 1 내지 50 bar로 가압시킨 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배연탈황석고는 석탄화력 발전소에서 배출되며,
    상기 제강슬래그는 제철소에서 배출되는 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제강슬래그는
    칼슘 또는 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 석탄화력 발전소와 상기 제철소는 서로 인접되어 있는 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배연탈황석고는
    80 내지 100 ℃에서 건조한 이후에 분쇄하고, 200 mesh의 채를 사용하여 입도가 조절된 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계에서
    상기 암모니아는 제5단계에서 생성되는 암모니아가 물에 용해되어 암모니아수로 형성되어 첨가되는 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 2단계에서 상기 배연탈황석고에 대하여 암모니아는 1 내지 5 당량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제강슬래그는
    볼-밀을 사용하여 분쇄한 이후에 200 mesh의 채를 사용하여 입도가 조절된 미분말인 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에 있어서,
    상기 금속이온은 칼슘 또는 마그네슘인 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에서,
    상기 금속이온과 암모니아의 분리는 200 내지 400 ℃로 가열하여 암모니아를 기체로 분리하여 회수하는 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계에서
    상기 탄산염은 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘인 것을 특징으로 하는 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법.
  12. 삭제
KR1020170152130A 2017-11-15 2017-11-15 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법 KR101998139B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170152130A KR101998139B1 (ko) 2017-11-15 2017-11-15 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170152130A KR101998139B1 (ko) 2017-11-15 2017-11-15 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190055426A KR20190055426A (ko) 2019-05-23
KR101998139B1 true KR101998139B1 (ko) 2019-07-09

Family

ID=66681105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170152130A KR101998139B1 (ko) 2017-11-15 2017-11-15 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101998139B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230212020A1 (en) * 2020-06-01 2023-07-06 R-S Osa Service Oü A two stages extraction method for synthesizing precipitated calcium carbonate
CN111606346A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 瀜矿环保科技(上海)有限公司 基于二氧化碳浸取的钙镁离子溶液制备碳酸钙镁的系统
CN114684839B (zh) * 2022-03-07 2024-03-22 南京工程学院 工业副产石膏分级矿化固碳及产物梯级利用方法
CN115365274A (zh) * 2022-09-20 2022-11-22 中南大学 一种提高钢渣粉磨效率及铁资源回收率的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001000947A (ja) 1999-06-24 2001-01-09 Oyo Seibutsu Kenkyusho:Kk 石膏含有産業廃棄物の処理方法
KR101518008B1 (ko) * 2014-05-22 2015-05-06 한국지질자원연구원 황산암모늄의 제조방법
US20150307400A1 (en) 2014-04-23 2015-10-29 Calera Corporation Methods and systems for utilizing carbide lime or slag

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101826057B1 (ko) * 2016-02-18 2018-02-06 한국지질자원연구원 마그네슘 탄산화 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001000947A (ja) 1999-06-24 2001-01-09 Oyo Seibutsu Kenkyusho:Kk 石膏含有産業廃棄物の処理方法
US20150307400A1 (en) 2014-04-23 2015-10-29 Calera Corporation Methods and systems for utilizing carbide lime or slag
KR101518008B1 (ko) * 2014-05-22 2015-05-06 한국지질자원연구원 황산암모늄의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190055426A (ko) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101998139B1 (ko) 물질교환을 통한 무기계 폐기물의 처리방법
US11912582B2 (en) Systems and methods to recover value-added materials from gypsum
CN101508447B (zh) 一种处理磷石膏的方法
CN111876616B (zh) 一种石煤钒矿氧化破晶焙烧提钒综合利用系统
US20080003174A1 (en) Process for the physiochemical conditioning of chemical gypsum or phospho-gypsum for use in formulation for cement and other construction materials
Luo et al. Research status and future challenge for CO 2 sequestration by mineral carbonation strategy using iron and steel slag
JP2008120607A (ja) 製鋼スラグの処理方法
KR20100085618A (ko) 페로니켈슬래그로부터 메카노케미스트리 방법에 의한 수산화마그네슘과 산화마그네슘 제조
CN115432724B (zh) 一种铵镁废盐的资源化处理方法
CN113909260A (zh) 一种锰产品清洁生产与资源循环处理工艺
KR101315350B1 (ko) 부산물 처리 방법
WO2021244727A1 (en) A two stages extraction method for synthesizing precipitated calcium carbonate
US11964922B2 (en) Cementitious material production from non-limestone material
KR20130002129A (ko) 침강성 탄산칼슘 제조방법
KR101220711B1 (ko) 탄산가스를 이용한 철강슬래그의 유리석회(Free CaO)성분을 안정화 시키는 방법
KR20230167593A (ko) 황산나트륨을 이용한 중조 및 석고의 제조방법
Moon et al. Carbon mineralization of steel and iron-making slag: Paving the way for a sustainable and carbon-neutral future
CN101302002A (zh) 一种用石膏生产硫酸和水泥熟料的方法
KR102069662B1 (ko) 부산물을 이용한 탄산칼슘의 합성방법 및 합성장치
JP5946721B2 (ja) りん酸肥料の製造方法
KR101365546B1 (ko) 배연탈황 분진을 이용한 폐인산석고의 처리방법
CN111253180A (zh) 一种除尘灰制取复合肥及纯碱的方法及系统
KR101818101B1 (ko) 슬래그로부터 유용금속 및 비정질실리카 회수방법
Lin et al. A review on carbon storage via mineral carbonation: Bibliometric analysis, research advances, challenge, and perspectives
CN112080642B (zh) 一种脱硫石膏渣与废弃镁铬耐火砖协同处置综合回收的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant