KR102268889B1 - 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법 - Google Patents

시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법 Download PDF

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Abstract

시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법이 소개된다.
이 중에서 불순물 제거 장치는 원료를 세척하기 위한 수세수가 저장된 수세수 탱크와, 원료 및 수세수를 공급받아 혼합시키는 반응조와, 원료 및 수세수가 혼합된 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 원심 분리기와, 원심 분리기에서 고액 분리된 입자를 건조시키는 건조기를 포함할 수 있다.

Description

시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법{APPARATUS FOR REMOVING IMPURITIY OF CEMENT KILN DUST AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 시멘트 제조공정에서 발생되는 시멘트 킬른 더스트(CKD: Cement Kiln Dust)는, 배출가스에 포함된 비산분진을 집진한 더스트로 정의될 수 있다.
이러한 시멘트 킬른 더스트는 재활용되거나 매립 처리될 수 있다. 시멘트 킬른 더스트의 전량 재활용이 불가능한 이유는, 시멘트 킬른 더스트 내 포함된 염소 성분 때문이다. 염소 성분의 농도가 높으면, 부식을 초래하기 때문에 상품으로 적용이 불가능하다. 그럼에도 불구하고, 시멘트 킬른 더스트의 자활용 방법이 국,내외적으로 다양하게 거론되고 있다.
그러나 시멘트 킬른 더스트에 포함된 불순물(염소 등)로 인해, 수요처에 요구하는 재활용 사양을 맞추기 어렵고, 이에 따라, 건축용 단열재, 블록, 담지체, 시멘트 원료 등으로의 사용이 어려운 실정이다.
국내 등록특허공보 10-1561637호 (2015.10.13. 등록)
본 발명의 실시예들은 시멘트 킬른 더스트에 포함된 불순물을 효과적으로 제거할 수 있는 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치는, 재생을 위한 원료가 저장된 원료 공급기; 상기 원료를 세척하기 위한 수세수가 저장된 수세수 탱크; 상기 원료 및 상기 수세수를 공급받아 혼합시키는 반응조; 상기 원료 및 상기 수세수가 혼합된 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 원심 분리기; 및 상기 원심 분리기에서 고액 분리된 상기 입자를 건조시키는 건조기를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명은 상기 원심 분리기에서 고액 분리된 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거하는 음이온 교환 유닛; 상기 음이온 교환 유닛에서 정제된 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거하는 양이온 교환 유닛; 및 상기 양이온 교환 유닛에서 정제된 추출액을 상기 수세수 탱크로 공급하는 피드백 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 음이온 교환 유닛은 제 1 하우징부; 상기 제 1 하우징부의 내부 공간에 충진되고, 상기 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거하는 음이온 교환 수지부; 상기 음이온 교환 수지부의 재생을 위한 음이온 재생 약제가 저장된 음이온 재생 약제부; 상기 음이온 재생 약제부의 상기 음이온 재생 약제를 상기 음이온 교환 수지부로 공급하는 제 1 음이온 재생 라인; 상기 제 1 하우징부의 내부 공간에서 상기 음이온 재생 약제가 상기 음이온 교환 수지부와 혼합되도록 상기 제 1 하우징부에 마련되는 제 1 혼합기; 및 상기 제 1 하우징부 내 음이온 재생 약제를 상기 음이온 재생 약제부로 회수하는 제 2 음이온 재생 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양이온 교환 유닛은 제 2 하우징부; 상기 제 2 하우징부의 내부 공간에 충진되고, 상기 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거하는 양이온 교환 수지부; 상기 양이온 교환 수지부의 재생을 위한 양이온 재생 약제가 저장된 양이온 재생 약제부; 상기 양이온 재생 약제부의 양이온 재생 약제를 상기 양이온 교환 수지부로 공급하는 제 1 양이온 재생 라인; 상기 제 2 하우징부의 내부 공간에서 상기 양이온 재생 약제가 상기 양이온 교환 수지부와 혼합되도록 상기 제 2 하우징부에 마련되는 제 2 혼합기; 및 상기 제 2 하우징부 내 양이온 재생 약제를 상기 양이온 재생 약제부로 회수하는 제 2 양이온 재생 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 원료는 배출가스에 포함된 비산분진을 집진한 시멘트 킬른 더스트(CKD)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법은, 재생을 위한 원료를 준비하는 단계; 원료를 세척하기 위한 수세수를 준비하는 단계; 원료 및 수세수를 공급받아 혼합시키는 단계; 원료 및 수세수가 혼합된 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 단계; 및 고액 분리된 입자를 건조시키는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명은 음이온 교환 수지부를 이용하여 고액 분리된 추출액 내 염소 및 알카리 이온을 제거하는 단계; 양이온 교환 수지부를 이용하여 염소 및 알카리 이온이 제거된 추출액 내 칼륨 이온을 제거하는 단계; 및 칼륨 이온이 제거된 추출액을 피드백하여 수세수로 재 사용하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 음이온 교환 수지부를 재생하는 단계를 더 포함하고, 상기 음이온 교환 수지부를 재생하는 단계는, 상기 음이온 교환 수지부의 재생을 위한 음이온 재생 약제를 음이온 교환 수지부에 공급하여, 상기 음이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 통해, 음이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온을 재충전할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 양이온 교환 수지부를 재생하는 단계를 더 포함하고, 상기 양이온 교환 수지부를 재생하는 단계는, 상기 양이온 교환 수지부의 재생을 위한 양이온 재생 약제를 양이온 교환 수지부에 공급하여, 상기 양이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 통해, 양이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온을 재충전할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 시멘트 킬른 더스트(CKD)를 세척한 후, 이온교환수지를 통해 시멘트 킬른 더스트에 포함된 불순물(염소, 알카리, 칼륨 이온 등)을 효과적으로 제거함으로써, 불순물이 제거된 시멘트 킬른 더스트의 입자를 시멘트 원료로 재 사용할 수 있고, 불순물의 제거를 위한 응집제 등과 같은 약제가 별도로 불필요하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 이온 교환수지의 재생 가능한 구조를 구현함으로써, 이온 교환수지를 경제적으로 장기간 사용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 시멘트 킬른 더스트 내 불순물 제거에 사용된 오염수를 이온 교환수지를 통해 정제함으로써, 시멘트 킬른 더스트를 세척하기 위한 수세수로 재활용할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치를 통해 제거된 불순물(염소, 금속 성분 등)의 성분 변화를 도시한 도표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 이온 교환수지를 통해 시멘트 킬른 더스트 내 고농도 불순물(칼륨, 염소 이온)의 제거율 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 이온 교환수지를 통해 시멘트 킬른 더스트 내 저농도 불순물(칼륨, 염소 이온)의 제거율 변화를 도시한 그래프이다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치를 통해 제거된 불순물(염소, 금속 성분 등)의 성분 변화를 도시한 도표이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 이온 교환수지를 통해 시멘트 킬른 더스트 내 고농도 불순물(칼륨, 염소 이온)의 제거율 변화를 도시한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 이온 교환수지를 통해 시멘트 킬른 더스트 내 저농도 불순물(칼륨, 염소 이온)의 제거율 변화를 도시한 그래프이다
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치(10)는, 원료 공급기(100), 수세수 탱크(200), 반응조(300), 원심 분리기(400), 건조기(500), 음이온 교환 유닛(610), 양이온 교환 유닛(620) 및 피드백 라인(630)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 원료 공급기(100)는 재생을 위한 원료가 저장 가능한 수용 공간을 제공할 수 있다. 원료 공급기(100)는 원료를 반응조(300)에 공급할 수 있다. 본 실시예에서, 원료로는 배출가스에 포함된 비산분진을 집진한 시멘트 킬른 더스트(CKD: Cement Kiln Dust)가 사용되지만, 이에 한정되지는 아니하며, 원료는 본 발명을 통해 불순물의 제거가 가능한 다양한 종류의 재생 원료를 포함할 수 있다.
수세수 탱크(200)는 원료를 세척하기 위한 수세수를 반응조(300)에 공급할 수 있다. 이를 위해, 수세수 탱크(200)에는 공급 펌프(미도시)가 마련될 수 있다. 그리고 수세수 탱크(200)는 피드백 라인(630)을 통해, 음이온 교환 유닛(610) 및 양이온 교환 유닛(620)을 통해 정제된 수세수를 공급받을 수 있다.
반응조(300)는 원료 공급기(100) 및 수세수 탱크(200)로부터 원료 및 수세수를 공급받을 수 있고, 공급받은 원료 및 수세수를 혼합시킬 수 있다. 반응조(300)는 원료 및 수세수를 균일하게 혼합함으로써, 원료(시멘트 킬른 더스트)에 포함된 염소 및 칼륨 등과 같은 이온 금속을 수세수에 용해시킬 수 있다.
본 실시예에서, 반응조(300)에 투입된 시멘트 킬른 더스트의 염소 함량은, 10 내지 35 Wt.%일 수 있다. 아울러, 시멘트 킬른 더스트에 포함된 염소를 녹여 낼 때, 수세수와 시멘트 킬른 더스트 간 최적의 비율은, 반응조(300) 내 투입된 수세수의 중량 기준으로, 2 내지 20%의 시멘트 킬른 더스트일 수 있다.
이러한 반응조(300)는 원료 및 수세수 간 혼합을 위한 교반 공간을 제공하는 교반 하우징(320)과, 교반 하우징(320) 내에 회전 가능하게 장착되는 교반기(310)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 반응조(300) 내 원료 및 수세수 간 교반 시간은, 상온에서 1 내지 10분으로 운전될 수 있고, 교반기(310)의 교반 속도는 180 내지 200 rpm일 수 있다.
반응조(300) 내 원료 및 수세수 간 교반이 완료되면, 원료 및 수세수가 혼합된 혼합물은, 원심 분리기(400)로 공급될 수 있다.
원심 분리기(400)는 원료 및 수세수가 혼합된 혼합물을 반응조(300)로부터 공급받은 후, 공급받은 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리할 수 있다. 원심 분리기(400)는 혼합물의 원심 분리를 위해 통상적으로 사용되는 고속 분리기와 대응되는 구성이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 본 실시예에서, 원심 분리기(400)의 회전 속도는 1400 내지 1800 rpm으로 유지될 수 있다. 이때, 혼합물을 원심 분리기(400)의 상부 측에 공급하면, 혼합물은 원심 분리기(400) 내에서 약 5 내지 10분 동안 회전될 수 있다. 이후, 원심 분리기(400)의 내부에는 입자가 걸러질 수 있고, 원심 분리기(400)의 하단에는 추출액이 추출될 수 있다.
원심 분리기(400)를 통해 걸러진 입자는 건조기(500)로 공급될 수 있다. 건조기(500)는 원심 분리기(400)에서 고액 분리된 입자로부터 수분을 증발시킴으로써, 입자를 함수율 10% 이하로 건조시킬 수 있다. 본 실시예에서 건조기(500)는, 폐열 또는 전기방식을 통해 구동되는 건조기가 사용될 수 있다.
원심 분리기(400)로부터 추출된 추출액은, 음이온 교환 유닛(610)으로 공급될 수 있다.
음이온 교환 유닛(610)은 원심 분리기(400)에서 고액 분리된 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거할 수 있다. 이를 위해, 음이온 교환 유닛(610)은 제 1 하우징부(611), 음이온 교환 수지부(612), 음이온 재생 약제부(613), 제 1 음이온 재생 라인(614), 제 1 혼합기(615), 제 2 음이온 재생 라인(616)을 포함할 수 있다.
제 1 하우징부(611)는 추출액과 음이온 교환 수지부(612) 사이의 음이온 교환을 위한 공간을 제공할 수 있다. 제 2 하우징부(621)의 상부 일측 및 하단부에는 원심 분리기(400)에서 추출된 추출액의 유입 및 배출이 이루어지는 유입구 및 배출구가 마련될 수 있다. 또한, 제 1 하우징부(611)의 상부 타측 및 제 1 하우징부(611)의 하단부에는 제 1 음이온 재생 라인(614) 및 제 2 음이온 재생 라인(616)이 연결되는 연결구가 마련될 수 있다.
음이온 교환 수지부(612)는 제 1 하우징부(611)의 내부 공간에 충진될 수 있다. 제 1 하우징부(611) 내 음이온 교환 수지부(612)의 충진 양은, 제 1 하우징부(611)에 투입된 추출액 내 포함된 이온의 농도에 따라 결정될 수 있다. 추출액에 포함된 이온의 농도가 동일할 경우, 제 1 하우징부(611) 내 음이온 교환 수지부(612)의 충진량이 많으면, 음이온에 대한 제거율도 높아질 수 있고, 음이온 교환 수지부(612)의 사용 기간도 증가될 수 있다.
음이온 교환 수지부(612)는 추출액에 녹아 있는 음이온을 자신이 가지고 있는 음이온과 교환하여 제거하는 음이온 교환 수지(anion exchange resin)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 추출액 속에 포함되어 있는 염소 이온(Cl-)을 제거하고자 할 경우, 추출액과 음이온 교환 수지부(612)가 혼합(접촉)되면, R-N…OH ＋ NaCl → R-N…Cl ＋ NaOH의 반응을 거쳐서 염소 이온이 음이온 교환 수지부(612)에 붙어서 제거될 수 있다.
본 실시예에서, 음이온 교환 수지부(612)는 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거하는 것으로 설명하였지만, 음이온 교환 수지부(612)는 염소 및 알카리 이온 이외에도, 추출액 속에 녹아 있는 다른 음이온을 제거할 수 있음은 물론이다.
음이온 재생 약제부(613)는 음이온 교환 수지부(612)의 재생을 위한 음이온 재생 약제를 포함할 수 있다. 음이온 재생 약제는 음이온 교환 수지부(612)의 이온 반응과 반대인 역과정을 거치면서, 음이온 교환 수지부(612)에 붙어 있던 이온이 재충전될 수 있는 약제를 포함할 수 있다. 일 예로, 음이온 재생 약제로는 가성소다 수용액(0.3 내지 3 M)이 사용될 수 있다.
제 1 음이온 재생 라인(614)은 음이온 재생 약제부(613)의 음이온 재생 약제를 음이온 교환 수지부(612)로 공급할 수 있다. 제 1 음이온 재생 라인(614)에는 음이온 재생 약제를 음이온 교환 수지부(612)로 이동시키기 위한 압력 펌프(미도시)가 마련될 수 있다.
제 2 음이온 재생 라인(616)은 제 1 하우징부(611) 내 음이온 재생 약제를 음이온 재생 약제부(613)로 회수할 수 있다. 제 2 음이온 재생 라인(616)에는 음이온 재생 약제를 음이온 재생 약제부(613)로 이동시키기 위한 압력 펌프(미도시)가 마련될 수 있다.
제 1 혼합기(615)는 교반기 형태로 제 1 하우징부(611)에 장착될 수 있다. 제 1 혼합기(615)는 제 1 하우징부(611)의 내부 공간에서 음이온 재생 약제가 음이온 교환 수지부(612)에 접촉되도록 음이온 재생 약제와 음이온 교환 수지부(612) 사이를 혼합할 수 있다. 제 1 혼합기(615)는 음이온 재생 약제와 음이온 교환 수지부(612)가 혼합된 상태에서, 30 내지 100rpm의 교반 속도를 1시간 이상 유지함으로써, 음이온 교환 수지부(612)에 대한 재생을 완료할 수 있다.
양이온 교환 유닛(620)은 음이온 교환 유닛(610)에서 정제된 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거할 수 있다. 이를 위해, 양이온 교환 유닛(620)은 제 2 하우징부(621), 양이온 교환 수지부(622), 양이온 재생 약제부(623), 제 1 양이온 재생 라인(624), 제 2 혼합기(625), 제 2 양이온 재생 라인(626)을 포함할 수 있다.
제 2 하우징부(621)는 추출액과 양이온 교환 수지부(622) 사이의 양이온 교환을 위한 공간을 제공할 수 있다. 제 2 하우징부(621)의 상부 일측 및 하단부에는 제 1 하우징부(611)에서 배출된 추출액의 유입 및 배출이 이루어지는 유입구 및 배출구가 마련될 수 있다. 또한, 제 2 하우징부(621)의 상부 타측 및 제 2 하우징부(621)의 하단부에는 제 1 양이온 재생 라인(624) 및 제 2 양이온 재생 라인(626)이 연결되는 연결구가 마련될 수 있다.
양이온 교환 수지부(622)는 제 2 하우징부(621)의 내부 공간에 충진될 수 있다. 제 2 하우징부(621) 내 양이온 교환 수지부(622)의 충진 양은, 제 2 하우징부(621)에 투입된 추출액 내 포함된 이온의 농도에 따라 결정될 수 있다. 추출액에 포함된 이온의 농도가 동일할 경우, 제 2 하우징부(621) 내 양이온 교환 수지부(622)의 충진량이 많으면, 양이온에 대한 제거율도 높아질 수 있고, 양이온 교환 수지부(622)의 사용 기간도 증가될 수 있다.
양이온 교환 수지부(622)는 자신이 가진 양이온과 다른 수용액 속의 양이온을 교환하는 양이온교환수지(cation exchange resin)를 포함할 수 있다. 이 양이온 교환 수지부(622)는 음전하를 띤 고정된 이온에 쉽게 떨어져 나가는 양이온이 붙어 있는데, 양이온 교환 수지부(622)가 추출액과 접촉(혼합)되면, 추출액 내 양이온들이 이온 교환 수지부에 붙어 있던 양이온과 교환되어 제거될 수 있다.
본 실시예에서, 양이온 교환 수지부(622)는 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거하는 것으로 설명하였지만, 양이온 교환 수지부(622)는 칼륨 이온 이외에도, 추출액 속에 녹아 있는 다른 양이온을 제거할 수 있음은 물론이다.
양이온 재생 약제부(623)는 양이온 교환 수지부(622)의 재생을 위한 양이온 재생 약제를 포함할 수 있다. 양이온 재생 약제는 양이온 교환 수지부(622)의 이온 반응과 반대인 역과정을 거치면서, 양이온 교환 수지부(622)에 붙어 있던 이온이 재충전될 수 있는 약제를 포함할 수 있다. 일 예로, 양이온 재생 약제로는 황산 수용액(1 내지 3 M)이 사용될 수 있다.
제 1 양이온 재생 라인(624)은 양이온 재생 약제부(623)의 양이온 재생 약제를 양이온 교환 수지부(622)로 공급할 수 있다. 제 1 양이온 재생 라인(624)에는 양이온 재생 약제를 양이온 교환 수지부(622)로 이동시키기 위한 압력 펌프(미도시)가 마련될 수 있다.
제 2 양이온 재생 라인(626)은 제 2 하우징부(621) 내 양이온 재생 약제를 양이온 재생 약제부(623)로 회수할 수 있다. 제 2 양이온 재생 라인(626)에는 양이온 재생 약제를 양이온 재생 약제부(623)로 이동시키기 위한 압력 펌프(미도시)가 마련될 수 있다.
제 2 혼합기(625)는 교반기 형태로 제 2 하우징부(621)에 장착될 수 있다. 제 2 혼합기(625)는 제 2 하우징부(621)의 내부 공간에서 양이온 재생 약제가 양이온 교환 수지부(622)에 접촉되도록 양이온 재생 약제와 양이온 교환 수지부(622) 사이를 혼합할 수 있다. 제 2 혼합기(625)는 양이온 재생 약제와 양이온 교환 수지부(622)가 혼합된 상태에서, 30 내지 100rpm의 교반 속도를 1시간 이상 유지함으로써, 양이온 교환 수지부(622)에 대한 재생을 완료할 수 있다.
본 실시예에서는, 이들 음이온 교환 유닛(610) 및 양이온 교환 유닛(620)을 통해, 추출액 내에 녹아있는 염소, 알칼리 및 칼륨 이온에 대한 추출 효율을 측정한 결과, 추출액을 음이온 교환 수지부(612) 및 양이온 교환 수지부(622)에 혼합하는 혼합 시간을 5 분 이내로 혼합하면, 추출액의 추출 효율이 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 제 1 혼합기(615) 또는 제 2 혼합기(625)를 통한 교반 시간을 증가하더라도, 추출 효율에는 큰 차이가 없었다.
피드백 라인(630)은 양이온 교환 유닛(620)에서 정제된 추출액을 수세수 탱크(200)로 공급할 수 있다. 피드백 라인(630)에는 추출액을 수세수 탱크(200)로 이동시키기 위한 압력 펌프(미도시)가 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법을 도시한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법(20)은, 원료를 준비하는 단계(S100)와, 수세수를 준비하는 단계(S200)와, 원료 및 수세수를 공급받아 혼합시키는 단계(S400)와, 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 단계(S500)와, 고액 분리된 입자를 건조시키는 단계(S600)와, 추출액 내 염소 및 알카리 이온을 제거하는 단계(S700)와, 추출액 내 칼륨 이온을 제거하는 단계(S800)와, 추출액을 피드백하여 수세수로 재 사용하는 단계(S900)를 포함할 수 있다.
원료를 준비하는 단계(S100)는, 재생을 위한 원료, 예를 들어 시멘트 킬른 더스트를 준비한다. 원료는 원료 공급기에 저장된 상태로 준비될 수 있다.
수세수를 준비하는 단계(S200)는, 원료를 세척하기 위한 수세수를 준비한다. 수세수는 수세수 탱크에 저장된 상태로 준비될 수 있다.
원료 및 수세수를 공급받아 혼합시키는 단계(S400)는, 원료 공급기 및 수세수 탱크로부터 원료 및 수세수를 공급받아 반응조에서 혼합한다. 반응조 내 원료 및 수세수 간 교반 시간은, 상온에서 1 내지 10분으로 운전될 수 있다. 그리고 반응조 내 교반 속도는 180 내지 200 rpm일 수 있다. 반응조 내 원료 및 수세수 간 교반이 완료되면, 원료 및 수세수가 혼합된 혼합물은, 원심 분리기로 공급될 수 있다.
혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 단계(S500)는, 반응조로부터 공급받은 원료 및 수세수가 혼합된 혼합물을 고액 분리한다. 이때, 원심 분리기의 회전 속도는 1400 내지 1800 rpm으로 유지될 수 있고, 혼합물은 원심 분리기 내에서 약 5 내지 10분 동안 회전되면서 고액 분리될 수 있다. 원심 분리기의 내부에서 고액 분리된 입자는 건조기로 공급될 수 있다.
고액 분리된 입자를 건조시키는 단계(S600)는, 원심 분리기에서 고액 분리된 입자를 건조한다. 입자는 건조기에 의해 수분을 증발되어, 함수율 10% 이하로 건조될 수 있다.
추출액 내 염소 및 알카리 이온을 제거하는 단계(S700)는, 원심 분리기에서 고액 분리된 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거한다. 추출액에 포함된 염소 및 알카리 이온은 음이온 교환 수지부를 통해 제거될 수 있다. 음이온 교환 수지부는 추출액 속에 녹아 있는 음이온을 자신이 가지고 있는 음이온과 교환하여 제거할 수 있다.
추출액 내 칼륨 이온을 제거하는 단계(S800)는, 염소 및 알카리 이온이 제거된 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거한다. 추출액에 포함된 칼륨 이온은 양이온 교환 수지부를 통해 제거될 수 있다. 양이온 교환 수지부는 추출액 속에 녹아 있는 양이온을 자신이 가지고 있는 양이온과 교환하여 제거할 수 있다.
추출액을 피드백하여 수세수로 재 사용하는 단계(S900)는, 염소, 알카리 및 칼륨 이온이 제거된 추출액을 수세수 탱크로 피드백할 수 있다. 수세수 탱크로 피드백된 추출액은 원료의 세척을 위한 수세수로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법은, 음이온 교환 수지부를 재생하는 단계 및 양이온 교환 수지부를 재생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
음이온 교환 수지부를 재생하는 단계는, 음이온 교환 수지부의 재생을 위한 음이온 재생 약제를 음이온 교환 수지부에 공급한다. 이때, 음이온 교환 수지부와 음이온 재생 약제는 서로 혼합될 수 있고, 음이온 재생 약제는 음이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 거치면서, 음이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온을 재충전할 수 있다.
그리고 양이온 교환 수지부를 재생하는 단계는, 양이온 교환 수지부의 재생을 위한 양이온 재생 약제를 양이온 교환 수지부에 공급한다. 이때, 양이온 교환 수지부와 양이온 재생 약제는 서로 혼합될 수 있고, 양이온 재생 약제는 양이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 거치면서, 양이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온을 재충전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예는 시멘트 킬른 더스트(CKD)를 세척한 후, 이온교환수지를 통해 시멘트 킬른 더스트에 포함된 불순물(염소, 알카리, 칼륨 이온 등)을 효과적으로 제거함으로써, 불순물이 제거된 시멘트 킬른 더스트의 입자를 시멘트 원료로 재 사용할 수 있고, 불순물의 제거를 위한 응집제 등과 같은 약제가 별도로 불필요하고, 이온 교환수지의 재생 가능한 구조를 통해, 이온 교환수지를 경제적으로 장기간 사용할 수 있으며, 시멘트 킬른 더스트 내 불순물 제거에 사용된 오염수를 이온 교환수지를 통해 정제함으로써, 시멘트 킬른 더스트를 세척하기 위한 수세수로 재활용할 수 있다는 등의 우수한 장점을 갖는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 :원료 공급기 200 :수세수 탱크
300 :반응조 400 :원심 분리기
500 :건조기 610 :음이온 교환 유닛
611 :제 1 하우징부 612 :음이온 교환 수지부
613 :음이온 재생 약제부 614 :제 1 음이온 재생 라인
615 :제 1 혼합기 616 :제 2 음이온 재생 라인
620 :양이온 교환 유닛 621 :제 2 하우징부
622 :양이온 교환 수지부 623 :양이온 재생 약제부
624 :제 1 양이온 재생 라인 625 :제 2 혼합기
626 :제 2 양이온 재생 라인

Claims (9)

  1. 재생을 위한 원료가 저장된 원료 공급기;
    상기 원료를 세척하기 위한 수세수가 저장된 수세수 탱크;
    상기 원료 및 상기 수세수를 공급받아 혼합시키는 반응조;
    상기 원료 및 상기 수세수가 혼합된 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 원심 분리기; 및
    상기 원심 분리기에서 고액 분리된 상기 입자를 건조시키는 건조기를 포함하고,
    상기 원심 분리기에서 고액 분리된 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거하는 음이온 교환 유닛;
    상기 음이온 교환 유닛에서 정제된 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거하는 양이온 교환 유닛; 및
    상기 양이온 교환 유닛에서 정제된 추출액을 상기 수세수 탱크로 공급하는 피드백 라인을 포함하고,
    상기 음이온 교환 유닛은
    제 1 하우징부와, 상기 제 1 하우징부의 내부 공간에 충진되고, 상기 추출액으로부터 염소 및 알카리 이온을 제거하는 음이온 교환 수지부와, 상기 음이온 교환 수지부의 재생을 위한 음이온 재생 약제가 저장된 음이온 재생 약제부와, 상기 음이온 재생 약제부의 상기 음이온 재생 약제를 상기 음이온 교환 수지부로 공급하는 제 1 음이온 재생 라인과, 상기 제 1 하우징부의 내부 공간에서 상기 음이온 재생 약제가 상기 음이온 교환 수지부와 혼합되도록 상기 제 1 하우징부에 마련되는 제 1 혼합기와, 상기 제 1 하우징부 내 음이온 재생 약제를 상기 음이온 재생 약제부로 회수하는 제 2 음이온 재생 라인을 포함하고,
    상기 음이온 재생 약제는
    상기 음이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 거치면서, 상기 음이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온이 재충전될 수 있는 약제를 포함하는,
    시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징부 내 음이온 교환 수지부의 충진 양은,
    상기 제 1 하우징부에 투입된 추출액 내 포함된 이온의 농도에 따라 결정되는,
    시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 양이온 교환 유닛은
    제 2 하우징부;
    상기 제 2 하우징부의 내부 공간에 충진되고, 상기 추출액으로부터 칼륨 이온을 제거하는 양이온 교환 수지부;
    상기 양이온 교환 수지부의 재생을 위한 양이온 재생 약제가 저장된 양이온 재생 약제부;
    상기 양이온 재생 약제부의 양이온 재생 약제를 상기 양이온 교환 수지부로 공급하는 제 1 양이온 재생 라인;
    상기 제 2 하우징부의 내부 공간에서 상기 양이온 재생 약제가 상기 양이온 교환 수지부와 혼합되도록 상기 제 2 하우징부에 마련되는 제 2 혼합기; 및
    상기 제 2 하우징부 내 양이온 재생 약제를 상기 양이온 재생 약제부로 회수하는 제 2 양이온 재생 라인;을 포함하는,
    시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 원료는
    배출가스에 포함된 비산분진을 집진한 시멘트 킬른 더스트(CKD)를 포함하고,
    상기 양이온 재생 약제는
    상기 양이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 거치면서, 상기 양이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온이 재충전될 수 있는 약제를 포함하는,
    시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치.
  6. 청구항 1에 따른 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치의 원료 공급기에 재생을 위한 원료를 준비하는 단계;
    원료를 세척하기 위한 수세수를 준비하는 단계;
    원료 및 수세수를 공급받아 혼합시키는 단계;
    원료 및 수세수가 혼합된 혼합물을 입자와 추출액으로 고액 분리하는 단계;
    고액 분리된 입자를 건조시키는 단계;
    음이온 교환 수지부를 이용하여 고액 분리된 추출액 내 염소 및 알카리 이온을 제거하는 단계;
    양이온 교환 수지부를 이용하여 염소 및 알카리 이온이 제거된 추출액 내 칼륨 이온을 제거하는 단계;
    칼륨 이온이 제거된 추출액을 피드백하여 수세수로 재 사용하는 단계; 및
    상기 음이온 교환 수지부를 재생하는 단계를 포함하고,
    상기 음이온 교환 수지부를 재생하는 단계는,
    상기 음이온 교환 수지부의 재생을 위한 음이온 재생 약제를 음이온 교환 수지부에 공급하여, 상기 음이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 통해, 음이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온을 재충전하는,
    시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 양이온 교환 수지부를 재생하는 단계를 더 포함하고,
    상기 양이온 교환 수지부를 재생하는 단계는,
    상기 양이온 교환 수지부의 재생을 위한 양이온 재생 약제를 양이온 교환 수지부에 공급하여, 상기 양이온 교환 수지부의 이온 반응과 반대인 역과정을 통해, 양이온 교환 수지부에 붙어 있던 이온을 재충전하는,
    시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 방법.
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