KR102038830B1

KR102038830B1 - 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법

Info

Publication number: KR102038830B1
Application number: KR1020190051558A
Authority: KR
Inventors: 조성선; 채호준; 김학진; 박성오
Original assignee: 넥스테크(주)
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2019-10-31

Abstract

본 발명은 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법에 관한 것으로서, 처리가 곤란한 공정 부산물인 과산화수소 함유 폐황산을 활용하여 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조가 이루어질 수 있도록 함으로서 환경오염 발생을 방지토록 하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 수산화알루미늄과 공정수를 혼합하는 혼합단계와;(ST 1) 상기 혼합물을 1차반응조에 투입 후 과산화수소가 함유된 폐황산을 투입하는 폐황산 투입단계와;(ST 2) 상기 1차반응조에 정황산을 투입하는 정황산 투입단계와;(ST 3) 상기 1차반응조에 투입된 혼합물을 80~130℃의 온도조건에서 1~3시간동안 혼합시킴으로 황산 알루미늄을 제조하는 황산 알루미늄 제조단계와;(ST 4) 상기 제조된 황산 알루미늄을 알루민산 나트륨(SA) 및 탄산나트륨 수용액(Na₂CO₃)과 고속유화기를 통해 혼합시키는 수용액 혼합단계와;(ST 5) 상기 혼합이 이루어진 혼합물을 2차 저온열중합 반응조에서 숙성시키는 열중합 반응단계;(ST 6)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법{Manufacture method of polysulfuric acid aluminium for wastewater treatment using waste sulfuric acid generated in semiconductor process}

본 발명은 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체공정에서 발생하는 공정 부산물인 폐황산을 활용하여 고효율의 폴리황산알루미늄을 제조하는 기술에 관한 것이다.

물은 자연계에 자연계에 존재하는 모든 생명체의 필수 요소이며, 현대 산업의 기본적인 요소로 혈맥과도 같은 기능을 갖고 있다.

산업이 발달하고 인구가 증가하면서 각종 산업폐수와 가정오수에 의해 수질이 크게 악화되어 고효율적인 응집제의 개발이 요구되고 있다.

현재 폐수처리에 아주 중요하게 기본적으로 사용되고 있는 것은 응집제로는 주로, 황산알루미늄(Aluminium Sulfate)과, 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride), 황산철(Sulfate of Iron) 등을 포함하여 10여가지 종류가 있다.

한편, 종래 폐수처리용 황산알루미늄 제조방법은 수산화알루미늄과 공정수를 혼합한 후에 고농도의 정황산을 투입하면서 정황산의 희석열과 산알칼리 중화열을 이용하여 수산화알루미늄을 녹이는 방식인데, 반응 과정에서 발열이 순간적으로 집중되어 폭발적인 반응이 일어나는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록 제735540호(2007.06.28.등록) 대한민국 특허등록 제1165425호(2012.07.06.등록) 대한민국 특허공개 제1994-21423호(1994.10.17.공개)

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 반도체 공정 부산물로 버려지는 과산화수소 함유 폐황산과 정황산을 이용하여 발열의 적절한 분산 유도가 이루어질 수 있는 친환경적인 황산알루미늄 제조방법 및 황산알루미늄의 염기도를 높여 응집성능이 우수한 폴리황산알루미늄 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 폴리황산알루미늄 제조방법은, 수산화알루미늄과 공정수를 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합물을 1차반응조에 투입 후 과산화수소가 함유된 폐황산을 투입하는 폐황산 투입단계와; 상기 1차반응조에 정황산을 투입하는 정황산 투입단계와; 상기 1차반응조에 투입된 혼합물을 80~130℃의 온도조건에서 1~3시간동안 혼합시킴으로 황산 알루미늄을 제조하는 황산 알루미늄 제조단계와; 상기 제조된 황산 알루미늄을 알루민산 나트륨(SA) 및 탄산나트륨 수용액(Na₂CO₃)과 고속유화기를 통해 혼합시키는 수용액 혼합단계와; 상기 혼합이 이루어진 혼합물을 2차 저온열중합 반응조에서 숙성시키는 열중합 반응단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은, 처리가 곤란한 공정 부산물인 과산화수소 함유 폐황산을 활용하여 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조가 이루어질 수 있게 됨으로 환경오염 발생을 방지함과 함께 응집력이 탁월하게 개선된 수처리제의 제조가 이루어지는 효과를 나타낸다.

특히, 저농도의 폐황산과 고농도의 정황산을 사용하여 발열의 적절한 분산을 통해 기존의 황산알루미늄 제조 공정의 폭발적인 반응을 방지하여 반응기의 수명 및 습식 흡수탑의 성능을 극대화하는 이점을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정도.
도 2는 본 발명의 제조공정 순서도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제조공정 순서도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조과정을 도 1을 통해 살펴보면 다음과 같다.

<혼합단계>(ST 1)

초기 혼합단계에서는 수산화알루미늄과 공정수를 혼합하게 되는데, 이때에는 수산화알루미늄 10~30중량%에 공정수 70~90중량%의 비율로 혼합 후 30분~90분 동안 교반작업이 이루어지게 된다.

<폐황산 투입단계>(ST 2)

그리고, 상기 혼합물을 1차반응조(10)에 투입 후 과산화수소가 함유된 폐황산을 투입하게 된다.

즉, 이때 투입되는 폐황산은 용매인 물 20~60중량%에 용질인 폐황산이 40~80중량%로 혼합된 저농도 황산이 사용됨으로서 이후 혼합되는 정황산과의 작용에 따른 총 발열량을 안정적으로 유지시킬 수 있게 된다. 특히, 폐황산에 함유된 과산화수소는 불안정한 물질로서 산성용액에서는 안정하지만 중금속과 접촉하거나 온도가 상승하면 분해속도가 증가하고 분해열이 발생하는 특성을 갖고 있다.

또한, 폐황산의 투입량은 수산화알루미늄과 공정수 혼합물을 100중량%로 기준하였을 때 10~30중량%의 비율로 투입되어짐이 바람직하다.

<정황산 투입단계>(ST 3)

이와 같이 폐황산이 1차 투입된 후에는 2차로 정황산을 1차반응조(10)에 투입시키게 된다.

이때 투입되는 정황산은 폐황산의 투입함량을 100중량%로 기준하였을 때 60~80중량%의 비율로 투입이 이루어지게 된다.

<황산 알루미늄 제조단계>(ST 4)

그리고, 상기와 같이 1차반응조(10)에 투입된 혼합물을 80~130℃의 온도조건에서 1~3시간동안 혼합시킴으로 황산 알루미늄이 제조되어지게 된다.

한편, 과산화수소는 불안정한 물질이며 산성용액에서는 안정하지만 중금속과 접촉하거나 온도가 상승하면 분해속도가 증가하고 분해열이 발생하는데, 투입량 및 온도조건 조절을 통해 반응열 발생속도 조절이 가능하다.

<고속유화기 혼합단계>(ST 5)

이후, 상기 제조된 황산 알루미늄을 알루민산 나트륨(SA) 및 탄산나트륨 수용액(Na₂CO₃)과 고속유화기를 통해 혼합시키는 수용액 혼합단계가 실시되어지게 된다.

즉, 이때에는 황산 알루미늄 80~90중량%, SA 5~10중량%, 탄산나트륨 수용액 10~20중량%의 비율로 혼합이 이루어진 상태에서 고속유화기에서 30~100분 동안 혼합 교반이 이루어지게 된다.

<저온열중합 반응단계>(ST 6)

그리고, 최종적으로 상기 혼합이 이루어진 혼합물을 2차 저온열중합 반응조에서 숙성시키는 열중합 반응단계를 실시하게 된다.

즉, 이때에는 0~70℃의 저온 온도조건으로 1~3시간동안 숙성작업에 따른 열중합 반응이 이루어짐으로서 본 발명에서 목적하는 [Al₂(OH)x(SO₄)_(3-0.5x)]y, 0<x<3, 염기도 0~50%의 고중합체인 폴리황산알루미늄을 얻을 수 있게 된다.

이와 같이 얻어진 폴리황산알루미늄은 응집력이 탁월한 효과를 나타내게 됨으로서 기존의 폴리염화알루미늄을 대신할 수 있고, 수처리 공정에서 발생하는 슬러지도 소각처리할 수 있는 장점을 나타낸다.

따라서 본 발명은, 처리가 곤란한 공정 부산물인 과산화수소 함유 폐황산을 활용하여 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조가 이루어질 수 있게 됨으로 환경오염 발생을 방지하는 효과를 나타낸다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공정을 나타낸 것으로서, 황산 알루미늄 제조단계(ST 4) 후에는 제조된 황산 알루미늄을 진공챔버에 투입 후 1~2시간 동안 진공분위기에서 안정화를 실시하는 진공챔버 보관단계(ST 4-1)가 추가로 실시되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 이와 더불어 저온열중합 반응단계(ST 6)에서는 숙성 시간을 단축시키기 위해 파라핀계 오일 및 다이페닐옥살레이트가 추가로 첨가됨이 바람직하다.

이와 같은 응용된 기술이 적용되어지게 되면, 진공챔버 보관단계(ST 4-1)를 통하여 진공 분위기에서 황산 알루미늄의 안정화가 이루어질 수 있게 됨으로서 이후 진행되는 저온열중합 반응단계(ST 6)에서 응집성능 저하를 방지할 수 있게 된다.

또한, 저온열중합 반응단계(ST 6)에서는 첨가되는 파라핀계 오일은 항오염성 및 저온특성이 뛰어나기 때문에 2차 저온열중합 반응조의 내부 오염 발생을 방지함과 함께 설비의 부식성을 감소시킬 수 있게 되며, 고분자량의 다이페닐옥살레이트는 황산알루미늄과의 반응에 따른 활성화를 촉진시킴으로서 숙성 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 폴리황산알루미늄 제조방법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

10 : 1차 반응조
20 : 2차 저온열중합 반응조

Claims

수산화알루미늄과 공정수를 혼합하는 혼합단계와;(ST 1)
상기 혼합물을 1차반응조에 투입 후 과산화수소가 함유된 폐황산을 투입하는 폐황산 투입단계와;(ST 2)
상기 1차반응조에 정황산을 투입하는 정황산 투입단계와;(ST 3)
상기 1차반응조에 투입된 혼합물을 80~130℃의 온도조건에서 1~3시간동안 혼합시킴으로 황산 알루미늄을 제조하는 황산 알루미늄 제조단계와;(ST 4)
상기 제조된 황산 알루미늄을 알루민산 나트륨(SA) 및 탄산나트륨 수용액(Na₂CO₃)과 고속유화기를 통해 혼합시키는 수용액 혼합단계와;(ST 5)
상기 혼합이 이루어진 혼합물을 2차 저온열중합 반응조에서 0~70℃의 온도조건으로 1~3시간동안 숙성시키는 저온열중합 반응단계;(ST 6)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 폐황산 투입단계(ST 2)에서 투입되는 폐황산은 물 20~60중량%에 폐황산이 40~80중량%로 혼합된 저농도 황산이 사용됨을 특징으로 하는 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 정황산 투입단계(ST 3)에서 투입되는 정황산은 폐황산의 함량을 100중량%로 기준하였을 때 60~80중량%의 비율로 투입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 저온열중합 반응단계(ST 6)에서는 숙성 시간을 단축시키기 위해 파라핀계 오일 및 다이페닐옥살레이트가 추가로 첨가되는 것을 특징으로 하는 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 황산 알루미늄 제조단계(ST 4) 후에는 제조된 황산 알루미늄을 진공챔버에 투입 후 1~2시간 동안 진공분위기에서 안정화를 실시하는 진공챔버 보관단계(ST 4-1)가 추가로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체공정에서 발생하는 폐황산을 이용한 폐수처리용 폴리황산알루미늄 제조방법.