KR102041299B1 - 탄산칼슘 및 중조의 제조방법 및 그 제조설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼슘함유물질에 용출제 및 이산화탄소를 공급하고 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하는 단계; 상기 칼슘이온함유용액에 수산화나트륨을 공급하여 탄산칼슘을 생성하는 단계; 상기 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여 중조를 생성하는 단계; 및 상기 중조를 회수하고 남은 여액을 용출제로 재사용하는 단계를 포함하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 산업폐기물 등으로부터 칼슘이온의 추출 효율을 증가시켜, 탄산칼슘 및 중조의 제조 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

탄산칼슘 및 중조의 제조방법 및 그 제조설비{METHOD AND MANUFACTURE EQUIPMENT FOR CALCIUM CARBONATE AND SODIUM HYDROGEN CARBONATE}
본 발명은 탄산칼슘 및 중조의 제조방법 및 그 제조설비에 관한 것이다.
지구온난화로 인한 기상 이변은 심각한 환경문제로 대두되고 있으며, 이러한 지구온난화의 주원인은 대기 중 온실가스의 증가에 있다. 이산화탄소는 대표적인 온실가스로서 화석연료의 사용에 의해 대량으로 대기 중에 배출되고 있는데, 환경문제 해결을 위해서라도 이산화탄소를 안정적이면서 경제적으로 처리하는 기술 개발이 필요하다.
이산화탄소를 대량으로 배출시키는 산업으로는 화력발전, 시멘트 산업, 석유화학 산업이 있다. 이들 산업의 후단에서는 대량 이산화탄소 처리가 가능한 액상 또는 고상의 흡수제를 이용하여 배가스 중의 이산화탄소를 선택적으로 흡수 또는 흡착시키는 기술이 적용되고 있다. 그러나 흡수제가 변형되거나 흡수제를 재생시키는 에너지가 요구됨에 따라 공정 운영비가 과다하게 소요되는 단점이 있으며, 또한 포집된 이산화탄소의 처리를 위한 추가 비용이 소요되므로 산업적으로 이용하기에는 한계가 있다.
이러한 이산화탄소 포집 기술의 한계를 극복하기 위한 기술로, 이산화탄소의 포집과 동시에 안정한 상태인 탄산염(CaCO3, NaHCO3)으로 전환하는 연구들이 이루어지고 있다.
관련 선행문헌으로 특허문헌 1은 산업폐기물을 이용하여, 탄산칼슘 및 중조를 생성하고 중조를 회수하고 난 후의 여액을 용출제로 재사용하는 내용이 개시되어 있다. 그러나 상기 여액에는 NaHCO3가 용해도 문제로 인해 용액내에 잔류하게 됨으로써 Na+와 HCO3 -로 존재하고, 산업폐기물 내의 CaO 성분과 반응하여 CaCO3 형태로 산업폐기물의 표면에 침전된다. 이에 따라, CaO의 추출을 방해하게 되는 문제점이 있다.
특허문헌 2는 이산화탄소의 고정화 기술로서 염화나트륨의 전기분해에 의해 생성된 수산화나트륨을 사용하여 이산화탄소로부터 중조를 제조하는 공정이 개시되어 있다. 이 방법은 기존의 염화나트륨 전기분해법(Chlor-alkali process)을 사용하며, 그 공정에서 부생된 수소로부터 전기를 회수하여 사용함으로써 수산화나트륨 생산 시 소비에너지를 절약할 수 있다고 기재하고 있으나 이 공정은 연료전지기술을 필요로 한다.
특허문헌 3은 염화나트륨의 전기분해 공정을 이용하여 생산된 중조를 급속침전제로 사용하여 폐시멘트로부터 시멘트원료인 탄산칼슘을 제조하는 공정이 개시되어 있다. 이 방법은 염화나트륨의 전기분해 셀의 양극에서 생산된 수소를 백금전극촉매가 있는 음극에 공급하여 염산을 제조하고, 양극에 이산화탄소를 공급하여 pH를 14 이하로 유지하면 전기분해에 필요한 전위차를 감소시켜 이론적으로 중탄산나트륨의 생산전력을 낮출 수 있는 것으로 제시하고 있다.
하지만, 실제로 동일한 전류밀도를 생산하기 위한 전위차 값을 얻기 위해서는 양전극과 음전극의 pH 차이가 큰 영향을 주지 못하고, 제시한 전력비용의 감소는 대부분 수소의 산화에 따라 발생한다. 또한 폐시멘트에 직접 중탄산소다를 첨가하는 경우 탄산칼슘 제조 시 알칼리이온의 용출이 어려운 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제 10-1758518호 특허문헌 2: 미국등록특허 제 7,732,375호 특허문헌 3: 미국공개특허 제 2010/0230293호
본 발명은 산업폐기물 등 칼슘이온을 함유하고 있는 물질로부터 칼슘이온의 추출 효율을 증가시켜, 탄산칼슘 및 중조의 제조 효율을 높일 수 있는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법 및 그 제조설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 칼슘함유물질에 용출제 및 이산화탄소를 공급하고 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하는 단계; 상기 칼슘이온함유용액에 수산화나트륨을 공급하여 탄산칼슘을 생성하는 단계; 상기 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여 중조를 생성하는 단계; 및 상기 중조를 회수하고 남은 여액을 용출제로 재사용하는 단계를 포함하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법이 제공된다.
상기 칼슘이온함유용액 내 이산화탄소의 농도가 0.02 내지 0.2몰일 수 있다.
상기 탄산칼슘을 생성하는 단계의 pH가 10이상 일 수 있다.
상기 칼슘 함유 물질이 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 비산재, 제철 슬래그, 저급 생석회(CaO), 염화칼슘(CaCl2), 규회석, 석회석, 감람석, 사문석, 석면 및 탈묵회 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 용출제가 암모늄염일 수 있다.
상기 이산화탄소 함유 가스가 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전 배가스 및 가스화기 배가스 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 용출제 및 이산화탄소가 공급되어 칼슘함유물질로부터 칼슘이온이 용출되는 용출 반응기; 상기 칼슘이온함유용액 및 수산화나트륨이 공급되어 탄산칼슘을 생성하는 탄산칼슘 반응기; 및 상기 탄산칼슘 반응기에서 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액 및 이산화탄소 함유 가스가 공급되어 중조를 생성하는 중조 반응기를 포함하고, 상기 중조를 회수하고 남은 여액이 상기 용출 반응기로 재공급되는 것인, 탄산칼슘 및 중조의 제조설비가 제공된다.
상기 탄산칼슘 반응기에서 생성된 탄산칼슘을 분리하기 위한 고액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 중조 반응기에서 생성된 중조를 분리하기 위한 고액분리기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 산업폐기물 등 칼슘함유물질로부터 칼슘이온의 추출효율을 증가시켜, 탄산칼슘 및 중조의 제조 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 및 중조의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 물속에 용해되어 있는 이산화탄소가 pH에 따라 종 형성(speciation)이 변하는 것을 나타낸 것이다.
도 3은 CaCO3 0.1M, NH4Cl 1M, NaHCO3 1M 조건에서 CO2 용해량에 따른 CaCO3의 용해량을 나타낸 것이다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 탄산칼슘 및 중조의 제조방법 및 그 제조설비에 관한 것이다.
종래의 중조 및 탄산칼슘 제조 공정은, 발전소/제철소 등에서 포집한 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 배가스, 칼슘을 함유한 산업부산물, 및 수산화나트륨(NaOH)을 이용해 융합된 공정을 구성함으로써 무기탄산염인 중조(NaHCO3)와 탄산칼슘(CaCO3)을 동시에 생산하는 기술에 관한 것이다.
구체적으로, 용출제를 이용해 칼슘을 함유한 산업부산물로부터 칼슘이온을 용출하고, 용출된 칼슘이온을 함유한 상등액에 수산화나트륨을 공급하여 pH를 조절한다. 이후, 이산화탄소를 공급함으로써 탄산칼슘이 생산된다. 상기 탄산칼슘을 회수한 후 남은 여액은 중조 반응기에서 이산화탄소와 반응하여 중조가 생산된다. 즉, pH 조절을 위해 투입되는 수산화나트륨은 중조의 원료로 재활용됨으로써 탄산칼슘과 중조가 함께 생산된다.
한편, 중조 생성 공정에 있어서, 중조의 높은 용해도, 즉, 20에서 96g/L 수준의 용해도로 인하여 침전된 중조를 회수하고 남은 여액에는 나트륨 이온(Na+)과 중탄산 이온(HCO3 -)이 여전히 높은 농도로 존재한다. 상기 중탄산 이온이 높은 농도로 포함된 여액을 용출제로 재사용하는 경우, 산업부산물이 용출되는 과정에서 발생하는 수산화기(OH-)로 인해 pH가 상승하고 상기 중탄산 이온이 탄산 이온(CO3 2-)으로 전환된다. 전환된 탄산 이온은 산업부산물로부터 용출된 칼슘이온과 반응하여 탄산칼슘을 형성하고, 이러한 탄산칼슘은 슬래그 등의 산업부산물 표면을 덮어 추가적인 칼슘이온의 용출을 어렵게 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 칼슘함유물질에 용출제 및 이산화탄소를 공급하고 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하는 단계; 상기 칼슘이온함유용액에 수산화나트륨을 공급하여 탄산칼슘을 생성하는 단계; 상기 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여 중조를 생성하는 단계; 및 상기 중조를 회수하고 남은 여액을 용출제로 재사용하는 단계를 포함하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법이 제공된다.
상기 칼슘 함유 물질은 용출제에 의해 칼슘 이온을 용출할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 비산재, 제철 슬래그, 저급 생석회(CaO) 등과 같은 산업폐기물, 염화칼슘(CaCl2), 규회석, 석회석, 감람석, 사문석, 석면 및 탈묵회 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 용출제는 상기 칼슘 함유 물질과 반응하여 상기 칼슘 함유 물질 내에 포함된 칼슘을 칼슘 이온(Ca2 +)의 형태로 용출하는 데 기여하는 것으로, 그 종류는 특별히 한정하지 않으나, 암모늄염일 수 있으며, 상기 암모늄은, 예를 들어, 염화암모늄, 질산암모늄 및 아세트산 암모늄 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
용출제로 염화암모늄을 사용하여 제철 슬래그에 포함된 칼슘 이온을 용출하는 경우 하기와 같은 반응에 의해 칼슘이온함유용액을 생성할 수 있다.
칼슘 함유 물질+ NH4Cl CaCl2 + NH4OH (1)
본 발명은 상기 칼슘이온함유용액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여 이산화탄소를 용해시키는 단계를 포함한다. 상술한 바와 같이, 중조를 회수하고 남은 여액에는 나트륨 이온(Na+)과 중탄산 이온(HCO3 -)이 높은 농도로 존재하며, 상기 중탄산 이온이 높은 농도로 포함된 여액을 용출제로 재사용하는 경우, 산업부산물 등 칼슘 함유 물질에서 용출되는 수산화기(OH-)로 인해 pH가 상승하고 상기 중탄산 이온이 탄산 이온(CO3 2-)으로 전환된다. 전환된 탄산 이온은 산업부산물로부터 용출된 칼슘이온과 반응하여 탄산칼슘을 형성하고, 이러한 탄산칼슘은 슬래그 등의 산업부산물 표면을 덮어 추가적인 칼슘이온의 용출을 어렵게 하므로, 칼슘이온의 추출이 저하되어 탄산칼슘과 중조의 동시 생산에 제약이 따른다.
그러나, 본 발명에서와 같이 칼슘함유물질에 용출제를 공급하고 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하는 단계에서 칼슘이온함유용액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여 이산화탄소를 용해시키는 경우, 이산화탄소의 용해에 의해 발생한 수소이온(H+)에 의해 용액의 pH가 낮아지게 되고 산업폐기물 표면에 형성되는 CaCO3를 하기와 같은 반응에 의해 Ca2 +와 HCO3 - 형태로 전환시킴에 따라 산업부산물 등 칼슘 함유 물질 표면의 CaCO3를 용해시켜 용액 내의 Ca2 +의 농도를 증가시킬 수 있게 된다. 이에 따라 칼슘이온의 용출 효율이 증가된다. 또한, 용액 중 CaCO3를 생성하는 CO3 2-를 HCO3 -로 전환시킴으로써 CaCO3의 생성을 방지할 수 있게 된다.
CaCO3 + H2CO3 Ca2 + + 2HCO3 - (2)
상기 이산화탄소 함유 가스는 순수한 이산화탄소를 사용할 수 있음은 물론, 이산화탄소를 함유하는 가스라면 산업 부생 가스 또는 발전소 배가스 등도 적합하게 사용할 수 있다. 예로 들면, 순수한 이산화탄소, 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전 배가스 및 가스화기 배가스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 칼슘이온함유용액에 용해되는 이산화탄소의 농도는 0.2몰 이하(0은 제외한다.)일 수 있으며, 바람직하게는 0.02 내지 0.15몰일 수 있다. 상기 이산화탄소 농도가 0.02몰 미만인 경우, Ca2 +의 용해량이 낮을 수 있고 0.2몰 초과인 경우에는 주입하는 이산화탄소에 비해 Ca2 +의 용해량 증가량이 낮아 이산화탄소를 용해시키기 위해 소모되는 에너지 (가압 등)가 과도하게 소모될 가능성이 있다.
다음으로, 상기 이산화탄소가 용해된 칼슘이온함유용액에 수산화나트륨을 공급하여 pH를 조절함으로써 고상의 탄산칼슘을 생성하게 된다. 즉, 본 발명은 일반적인 탄산칼슘 제조 공정과는 달리, Ca2 +의 용출을 위한 공정에 CO2를 과량 주입하여 Ca2 +를 추출한 후 pH를 조절해 줌으로써 Ca2 + 추출에 사용된 HCO3 -를 CO3 2-로 전환시켜 CaCO3를 생산하게 된다.
도 2는 물속에 용해되어 있는 이산화탄소가 pH에 따라 종 형성(speciation)이 변하는 것을 나타낸 것이다. 즉, pH 범위가 10 이상이면 용해된 이산화탄소가 HCO3 -에서 CO3 2-로 전환하고 pH 11 이상에서 탄산염의 대부분이 탄산이온(CO3 2-)으로 존재할 수 있다. 따라서, 탄산칼슘 형성을 위해서는 pH 10 이상의 조건이 필요하며 바람직하게는 용액 내의 HCO3 -가 CO3 2-로 전환되는 pH 11이상이 탄산칼슘 형성하는 단계에서 필요하다.
상기 탄산칼슘을 생성하는 단계에서는 고부가가치 물질인 탄산칼슘이 생성될 수 있으며, 고상의 물질인 탄산칼슘은 고액분리장치를 이용하여 회수할 수 있다. 고액분리장치에 의해 탄산칼슘이 회수된 후 남은 여액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여, 상기 이산화탄소 함유 가스 중의 이산화탄소와 상기 여액 중의 나트륨 이온이 하기와 같은 반응에 의해 중조를 생성할 수 있다.
NH3 + NaCl + CO2 + H2O NaHCO3 + NH4Cl (3)
상기 중조가 생성되는 반응기 내부는 암모니아에 의해 pH 11 미만의 약염기성을 띄므로 중탄산이온(HCO3 -)의 농도가 탄산이온(CO3 2-)의 농도보다 상대적으로 높은 평형 상태가 유지되며, 상기 중탄산이온은 나트륨과의 반응을 통해 중조가 생성될 수 있다. 상기 중조의 20 물에 대한 용해도는 96g/L로 상기 용해도 이상으로 중조가 생성될 경우 물에 용해되기 어렵기 때문에 침전될 수 있다. 따라서, 침전된 중조는 고액분리장치를 이용하여 회수될 수 있다.
상기 중조를 회수하고 남은 여액에는 암모늄염이 포함되어 있으므로 용출제로 재사용할 수 있다. 상기 중조를 회수하고 남은 여액에는 나트륨 이온(Na+)과 중탄산 이온(HCO3 -)이 존재할 수 있으며, 중탄산 이온(HCO3 -)이 상기 용출 반응기에 공급된 칼슘 함유 물질이 용해되면서 공급된 수산화기(OH-)에 의해 탄산 이온(CO3 2-)으로 전환될 수 있다. 나아가, 상기 칼슘 함유 물질에 포함된 칼슘이 상기 탄산 이온과 반응하여 탄산칼슘이 생성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 상술한 바와 같이 이산화탄소를 칼슘이온 용해반응에 공급하여 용해시킴으로써, 용액의 pH가 낮아지게 되고 산업폐기물 표면에 형성되는 CaCO3를 Ca2 +와 HCO3 - 형태로 전환시킴에 따라 산업부산물 등 칼슘 함유 물질 표면의 CaCO3를 용해시켜 이러한 문제점을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 용출제에 의해 칼슘함유물질로부터 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하고, 이산화탄소 함유가스가 공급되어 상기 칼슘함유이온용액에 이산화탄소를 용해하는 용출 반응기; 상기 칼슘이온함유용액 및 수산화나트륨이 공급되어 탄산칼슘을 생성하는 탄산칼슘 반응기; 및 상기 탄산칼슘 반응기에서 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액 및 이산화탄소 함유 가스가 공급되어 중조를 생성하는 중조 반응기를 포함하고, 상기 중조를 회수하고 남은 여액이 상기 용출 반응기로 재공급되는 것인, 탄산칼슘 및 중조의 제조설비가 제공된다.
또한, 상기 탄산칼슘 반응기에서 생성된 탄산칼슘을 분리하기 위한 고액분리기 및 상기 중조 반응기에서 생성된 중조를 분리하기 위한 고액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 용출 반응기, 탄산칼슘 반응기 및 중조 반응기에서 수행되는 공정은 상기에서 자세하게 설명하였으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
산업폐기물인 제철슬래그에 1M의 염화암모늄(NH4Cl)을 용출제로 사용하여, 제철슬래그에 포함된 칼슘이온을 용출하였다.
상기 칼슘이온 용출 후 이를 이용하여 탄산칼슘 및 중조를 제조하였으며, 중조를 회수하고 남은 여액에는 중조의 용해도로 인해 97g/L 수준의 중조가 용해되어 있고 용출제로 사용한 염화암모늄 1M이 존재하는 것을 확인하였다.
상기 여액을 용출제로 재사용하기 위해 용출 반응조에 투입하여 CaCO3 0.1M, NH4Cl 1M, NaHCO3 1M 조건에서 이산화탄소를 0 ~ 0.6mol 수준으로 용해시키면서 Ca2 +분율을 측정한 후 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 이산화탄소의 용해량이 증가함에 따라 용해된 Ca2 +의 농도가 증가함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (9)

  1. 칼슘함유물질에 용출제 및 이산화탄소를 공급하고 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하는 단계;
    상기 칼슘이온함유용액에 수산화나트륨을 공급하여 탄산칼슘을 생성하는 단계;
    상기 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액에 이산화탄소 함유 가스를 공급하여 중조를 생성하는 단계; 및
    상기 중조를 회수하고 남은 여액을 용출제로 재사용하는 단계를 포함하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 칼슘이온함유용액 내 이산화탄소의 농도가 0.02 내지 0.2몰인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄산칼슘을 생성하는 단계의 pH가 10이상인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 칼슘 함유 물질이 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 비산재, 제철 슬래그, 저급 생석회(CaO), 염화칼슘(CaCl2), 규회석, 석회석, 감람석, 사문석, 석면 및 탈묵회 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용출제가 암모늄염인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 함유 가스가 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전 배가스 및 가스화기 배가스 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조방법.
  7. 용출제에 의해 칼슘함유물질로부터 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온함유용액을 생성하고, 이산화탄소 함유가스가 공급되어 상기 칼슘이온함유용액에 이산화탄소를 용해하는 용출 반응기;
    상기 칼슘이온함유용액 및 수산화나트륨이 공급되어 탄산칼슘을 생성하는 탄산칼슘 반응기; 및
    상기 탄산칼슘 반응기에서 탄산칼슘을 회수하고 남은 여액 및 이산화탄소 함유 가스가 공급되어 중조를 생성하는 중조 반응기를 포함하고,
    상기 중조를 회수하고 남은 여액이 상기 용출 반응기로 재공급되는 것인, 탄산칼슘 및 중조의 제조설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄산칼슘 반응기에서 생성된 탄산칼슘을 분리하기 위한 고액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조설비.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 중조 반응기에서 생성된 중조를 분리하기 위한 고액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 및 중조의 제조설비.
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JP7203247B2 (ja) * 2019-11-29 2023-01-12 三菱重工エンジニアリング株式会社 二酸化炭素の固定化方法
KR20230167593A (ko) * 2022-06-02 2023-12-11 재단법인 포항산업과학연구원 황산나트륨을 이용한 중조 및 석고의 제조방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN2004DE01799A (ko) 2003-10-23 2007-01-12 Bayer Cropscience Ag
JP5373079B2 (ja) 2008-07-16 2013-12-18 カレラ コーポレイション 電気化学システム中でのｃｏ２の利用
KR20130002129A (ko) * 2011-06-28 2013-01-07 현대제철 주식회사 침강성 탄산칼슘 제조방법
KR20130032093A (ko) * 2011-09-22 2013-04-01 현대자동차주식회사 이산화탄소 탄산염 고정화 방법
RU2618004C1 (ru) * 2014-01-28 2017-05-02 Ниссин Стил Ко., Лтд. Способ извлечения фосфора и кальция и смесь, полученная этим способом
KR101758518B1 (ko) * 2015-12-23 2017-07-14 주식회사 포스코 중조 및 탄산칼슘 제조 설비 및 그 제조방법

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