KR102316889B1 - Manufaturing method of zeolite using lithium residue - Google Patents

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Abstract

본 개시는 리튬 부산물을 준비하는 단계; 상기 리튬 부산물을 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계; 상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계; 상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계; 상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계; 상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;를 포함하는, 제올라이트 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure includes the steps of preparing a lithium by-product; adjusting the lithium by-product to pH 6 to 8 by washing the lithium by-product; adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) included in the washed lithium by-product; uniformly mixing an alkali powder with the lithium by-product whose molar ratio of silicon to aluminum is adjusted; forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; mixing a solution with the heat-treated raw material; And it relates to a zeolite manufacturing method comprising a; crystallizing the heat-treated raw material mixed with the solution.

Description

리튬 부산물을 이용한 제올라이트 제조 방법 {MANUFATURING METHOD OF ZEOLITE USING LITHIUM RESIDUE}Zeolite manufacturing method using lithium by-product {MANUFATURING METHOD OF ZEOLITE USING LITHIUM RESIDUE}

본 개시는 리튬 부산물을 이용한 제올라이트 제조방법으로서, 보다 구체적으로는 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정 중에 발생하는 리튬 부산물을 이용하여 얻어지는 제올라이트에 관한 것이다.The present disclosure relates to a zeolite manufacturing method using a lithium by-product, and more particularly, to a zeolite obtained by using a lithium by-product generated during a process of recovering lithium from lithium ore.

제올라이트 (Zeolite, M[(Al2O3)x (SiO2)y]zH2O)는 세탁세제, 폐수중 중금속 제거, 배가스의 유해물질 제거를 위한 촉매 등으로 활용되고 있는 물질이다. 이것은 제올라이트가 가지고 있는 독특한 응용 광물학적 성질, 즉, 양이온 교환특성 (CEC, Cation Exchange Capacity), 흡착 (Adsorption) 및 분자체 특성 (Molecular sieve), 촉매 특성, 탈수 및 재흡수 특성 등이 관련 산업에 효용 가치가 있다는 점에 기인하여 활용, 적용되고 있는 것이다.Zeolite (Zeolite, M[(Al 2 O 3 )x (SiO 2 )y]zH 2 O) is a material used as a catalyst for laundry detergent, heavy metal removal in wastewater, and harmful substances in exhaust gas. This is because the unique applied mineralogical properties of zeolite, namely, cation exchange capacity (CEC), adsorption and molecular sieve properties, catalytic properties, dehydration and resorption properties, etc., have been applied to related industries. It is being utilized and applied due to the fact that it has utility value.

제올라이트 합성에 관한 연구는 1949년 산업 응용 목적에서 A형 제올라이트가 유니온 카바이드사의 연구진에 의해 최초로 합성 되었고, A형 합성 제올라이트의 우수한 응용 광물학적 특성이 알려지게 됨에 따라 제올라이트 합성에 관한 관심이 고조되어 많은 연구가 뒤 따르게 되었다. 1960년대에 미국에서 석유 화학 공정에서의 성공적인 응용과 X형 및 Y 형 제올라이트 같은 뛰어난 효능을 갖는 새로운 합성 제올라이트들의 등장으로 제올라이트에 대한 연구가 본격적으로 이루어지게 되었다.In the study on zeolite synthesis, type A zeolite was first synthesized by Union Carbide's research team for industrial application purposes in 1949, and as the excellent applied mineralogical properties of type A synthetic zeolite became known, interest in zeolite synthesis increased Research followed. In the 1960s, with the successful application in petrochemical processes in the United States and the emergence of new synthetic zeolites with excellent efficacy such as X-type and Y-type zeolites, research on zeolites began in earnest.

근래에는 제올라이트의 응용 범위가 크게 확대됨에 따라 제올라이트의 세공 구조와 그 특성에 있어서 보다 다양성이 요구되어 새로운 세공 구조와 응용 광물학적 특성을 갖는 제올라이트를 합성하기 위한 연구가 진행되어 산업 응용면에서 가장 각광 받고 있는 ZSM-5를 비롯한 약 150여종에 달하는 많은 합성 제올라이트가 개발 되기에 이르렀다.In recent years, as the application range of zeolite has been greatly expanded, more diversity is required in the pore structure and properties of zeolite, and research to synthesize a zeolite having a new pore structure and applied mineralogical properties has been conducted, and it is in the spotlight in industrial applications. About 150 kinds of synthetic zeolites, including ZSM-5, which are being received, have been developed.

제올라이트 합성은 대개 상온에서 200℃ 범위의 온도조건에서 소위 “hydrogel Process” 라고 일컬어 지는 수열 합성법 (hydrothermal process) 으로 제조된다. 일반적으로 제올라이트는 생성과정에서 특별한 압력 조건을 필요로 하지 않고 낮은 온도에서 비교적 쉽게 합성 된다는 특징을 가지고 있다.Zeolite synthesis is usually prepared by a hydrothermal process, so-called “hydrogel process”, under temperature conditions ranging from room temperature to 200°C. In general, zeolites do not require special pressure conditions in the production process and are relatively easily synthesized at low temperatures.

합성 제올라이트는 세공 특성이 다양할 뿐만 아니라 그 성능, 효능이 우수하지만 실제로 응용 될 때에는 보다 값싼 천연 제올라이트에 비해 가격면에서 다소 불리한 어려움을 갖고 있다.Synthetic zeolite has various pore properties as well as excellent performance and efficacy, but when applied in practice, it has some disadvantages in terms of price compared to cheaper natural zeolite.

따라서, 우수한 특성을 갖는 제올라이트를 균질하게 합성할 수 있는 보다 저렴한 합성법 (Cost effective method)을 모색하기 위한 노력들이 현재 진행되고 있다. Therefore, efforts are currently underway to find a cheaper synthetic method (Cost effective method) capable of homogeneously synthesizing zeolite having excellent properties.

보다 저렴한 합성 방안으로는 종래에 주로 제올라이트 합성용 원료로 사용 되었던 시약 형태의 물질인 소듐 실리케이트 (sodium silicate), 소듐 알루미네이트 (sodium aluminate), 실리카 겔 (silica gel)등 보다 값싼 천연재료, 즉 제올라이트 합성에 적합한 조성을 갖는 규산염 광물을 원료로 사용하는 방안들이 검토되고 있다. 천연 광물을 이용한 제올라이트 합성에 관한 연구는 주로 점토 (Clay), 고령토, 카올린 (Kaoline), 화산 유리질 암석을 대상으로 이루어져 오고 있다.As a cheaper synthesis method, cheaper natural materials such as sodium silicate, sodium aluminate, silica gel, which are reagent-type materials that have been mainly used as raw materials for zeolite synthesis, Methods using a silicate mineral having a composition suitable for synthesis as a raw material are being considered. Studies on the synthesis of zeolite using natural minerals have mainly been made on clay, kaolin, kaolin, and volcanic vitreous rocks.

또한 부존 자원이 부족한 천연 광물 대신에 산업공정에서 다량으로 발생되는 다양한 부산물들을 제올라이트 합성용 원료로 사용하는 연구도 지속적으로 진행되고 있는 상황이다. In addition, research on using various by-products generated in large quantities in industrial processes as raw materials for zeolite synthesis instead of natural minerals with insufficient natural resources is also in progress.

현재 일반적으로 제올라이트 합성용 원료로 사용하고 있는 시약급의 소듐 실리케이트 (sodium silicate, Na2SiO3), 소듐 알루미네이트 (sodium aluminate, NaAlO2), 알루미늄 하이드록사이드 (Aluminium hydroxide, Al(OH)3)등은 대부분 순도 98% 이상의 품질을 나타내기 때문에 이들 원료를 사용하여 제조한 제올라이트 품질 또한 매우 높은 순도로 제조되고 있다. Currently, reagent grade sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2 ), aluminum hydroxide (Aluminium hydroxide, Al(OH) 3 ) that are generally used as raw materials for zeolite synthesis ), etc., because most of them show a purity of 98% or higher, the quality of the zeolite produced using these raw materials is also manufactured with very high purity.

하지만 시약급 원료 대비 매우 저렴한 원료인 천연광물 (점토, 고령토, 카올린등), 또는 부존자원이 부족한 천연광물 대신 산업공정 발생 부산물을 이용하여 제올라이트를 제조할 경우에는 천연광물 또는 산업공정 발생 부산물에 존재하는 다양한 불순 광물 및 불순물들이 최종 생성물인 제올라이트에 유입되어 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. However, when zeolite is manufactured using natural minerals (clay, kaolin, kaolin, etc.), which are very cheap raw materials compared to reagent-grade raw materials, or by-products generated from industrial processes instead of natural minerals that lack natural resources, they are present in natural minerals or by-products generated by industrial processes. Various impure minerals and impurities are introduced into the final product, zeolite, and have a problem of lowering the quality.

따라서, 천연광물 또는 산업공정 발생 부산물과 같은 저렴한 원료를 이용하여 우수한 품질의 제올라이트를 제조하기 위하여 원료 내의 불순물 제거 또는 저감 방법에 대한 방안이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a method for removing or reducing impurities in raw materials in order to manufacture zeolite of excellent quality using inexpensive raw materials such as natural minerals or by-products generated from industrial processes.

본 개시는 리튬 광석으로부터 리튬을 추출하고 잔류하는 리튬 부산물을 이용하여 고품질의 제올라이트 및 이의 제조방법을 제공하기 위함이다.The present disclosure is to provide a high-quality zeolite and a method for manufacturing the same by extracting lithium from lithium ore and using the residual lithium by-product.

본 개시 일 구현예의 제올라이트 제조방법은, 리튬 부산물을 준비하는 단계; 상기 리튬 부산물을 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계; 상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계; 상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계; 상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계; 상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for producing a zeolite according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a lithium by-product; adjusting the lithium by-product to pH 6 to 8 by washing the lithium by-product; adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) included in the washed lithium by-product; uniformly mixing an alkali powder with the lithium by-product whose molar ratio of silicon to aluminum is adjusted; forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; mixing a solution with the heat-treated raw material; and crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed.

상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계;에서 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비는 1.0 이상일 수 있다.In the step of uniformly mixing the alkali powder with the lithium by-product of which the molar ratio of silicon to aluminum is adjusted; in the alkali powder/lithium by-product weight ratio may be 1.0 or more.

상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;에서, 열처리는 온도가 500℃ 이상일 수 있다.Forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; In, the heat treatment may be performed at a temperature of 500° C. or higher.

상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;에서, 열처리는 시간이 30분 이상일 수 있다,Forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; In, the heat treatment time may be 30 minutes or more,

상기 리튬 부산물을 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계 는, 상기 리튬 부산물로부터 산의 짝염기를 제거하는 단계일 수 있다.The step of washing the lithium by-product to adjust the lithium by-product to pH 6 to 8 may be a step of removing the conjugate base of the acid from the lithium by-product.

상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계;는, 상기 리튬 부산물에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 상기 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 0.75 내지 3.0으로 조절하는 단계일 수 있다.Adjusting the molar ratio (Si / Al ratio) of silicon to aluminum contained in the washed lithium by-product; adding an alumina supplementary material or silica supplementary material to the lithium by-product for aluminum contained in the lithium by-product. It may be a step of adjusting the molar ratio of silicon (Si/Al ratio) to 0.75 to 3.0.

상기 알루미나 보충 물질은 알루미나 수화물 (Al(OH)3) 및 소듐알루미네이트 (NaAlO2) 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다.The alumina supplemental material may include one or more of alumina hydrate (Al(OH) 3 ) and sodium aluminate (NaAlO 2 ).

상기 실리카 보충 물질은 소듐 실리케이트 (Na2OSiO2)일 수 있다.The silica supplemental material may be sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ).

상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;는, 상기 열처리된 원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 이온 몰농도가 1.0 내지 6.0M 농도가 되도록 하는 단계일 수 있다.The step of mixing the solution with the heat-treated raw material; may be a step such that the OH- ion molar concentration of the solution including the heat-treated raw material is 1.0 to 6.0M concentration.

상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;에서 상기 용액은 증류수일 수 있다.In the step of mixing the solution with the heat-treated raw material; the solution may be distilled water.

상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;에서, 상기 용액은 열처리된 원료 물질을 포함하는 용액에 OH- 이온을 공급하는 알칼리 용액일 수 있다.In the step of mixing a solution with the heat-treated raw material; in the solution, the solution may be an alkali solution for supplying OH- ions to the solution containing the heat-treated raw material.

상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;는 결정화 온도가 60 내지 100℃일 수 있다.Crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; may have a crystallization temperature of 60 to 100 °C.

상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;는 결정화 시간이 12시간 이상일 수 있다.Crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; crystallization time may be 12 hours or more.

상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계; 이후에, 열처리된 원료 물질을 파쇄하여 분말화하는 단계를 더 포함할 수 있다.forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; Thereafter, the method may further include pulverizing the heat-treated raw material into a powder.

상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계; 이후에, 상기 결정을 여과하는 단계; 및 상기 여과된 결정을 수세하고 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; thereafter, filtering the crystals; and washing and drying the filtered crystals.

본 개시 일 구현예의 제올라이트 제조방법으로 제조된 제올라이트는 P형 제올라이트, A형 제올라이트, 및 X 형 제올라이트로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상의 결정상으로만 이루어지는 것일 수 있다.The zeolite produced by the zeolite manufacturing method of the embodiment of the present disclosure may be composed of only one or more crystal phases selected from the group consisting of P-type zeolite, A-type zeolite, and X-type zeolite.

본 개시 일 구현예에 의하여 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에서 다량으로 발생하는 리튬 부산물로부터 품질이 우수한 합성 제올라이트를 수득할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to obtain a synthetic zeolite having excellent quality from a lithium by-product generated in a large amount in a process for recovering lithium from lithium ore.

또한, 본 개시 일 구현예에 의하여 가스 흡착재, 세탁세재, 폐수중 중금속 처리, 유해가스 제거용 촉매등으로 활용 가능한 제올라이트를 리튬 부산물로부터 제조함으로써 리튬 부산물의 고부가 가치화가 가능하다.In addition, according to an embodiment of the present disclosure, a high value-added lithium by-product is possible by manufacturing a zeolite that can be used as a gas adsorbent, a laundry detergent, a heavy metal treatment in wastewater, a catalyst for removing harmful gases, etc. from the lithium by-product.

또한, 본 개시 일 구현예에 의하여, 매립 대상인 다량의 리튬 부산물을 재활용할 수 있는 방안을 제시함으로써 자원 순환 사회의 구축에도 기여할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present disclosure, it is possible to contribute to the construction of a resource recycling society by suggesting a method for recycling a large amount of lithium by-products to be landfilled.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and includes the presence or absence of another characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component. It does not exclude additions.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part, or the other part may be involved in between. In contrast, when a part refers to being "directly above" another part, the other part is not interposed therebetween.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.In addition, unless otherwise specified, % means weight %, and 1 ppm is 0.0001 weight %.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Commonly used terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and unless defined, they are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 개시는 Li2O 약 1.5% 정도 함유하고 있는 리튬 광석을 부유 선광하여 약 6% 정도로 농축시킨 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에 있어서, 특히 리튬 광석 열처리, 분쇄, 황산 배소, 수침출, 그리고 고액 분리하는 일연의 공정에서 다량으로 발생하는 리튬 부산물로부터 합성 제올라이트 제조 시 품질을 향상시키는 방법을 제공하고자 한다.The present disclosure relates to a process for recovering lithium from lithium ore, which is concentrated to about 6% by flotation of lithium ore containing about 1.5% of Li 2 O, in particular, lithium ore heat treatment, grinding, sulfuric acid roasting, water leaching, and An object of the present invention is to provide a method for improving the quality of synthetic zeolite from lithium by-products generated in large amounts in a series of solid-liquid separation processes.

리튬 광석은 주로 스포듀민 (Spodumene, LiAl2SiO6) 광물로 구성되어 있으며, 황산배소 및 수침출에 의해 Li을 회수한 후 잔류하는 잔류물, 즉 리튬 부산물은 Al2O4SiO2로서, 알루미나와 실리카 성분을 주요 구성성분으로 하는 알루미노실리케이트 화합물이며, 불순 광물로서 매우 복잡한 조성을 가지는 운모 (mica, (K,Ca,Na)2(Fe,Mg,Al,Mn,Fe,Ti)4~6(Si,Al)8(OH,F))를 비롯하여 지각의 90%를 차지하는 석영, 즉 결정성 석영상 (SiO2)를 약 ~10% 정도 포함하고 있는 물질이다.Lithium ore is mainly composed of spodumene (Spodumene, LiAl 2 SiO 6 ) minerals, and the residue remaining after recovering Li by roasting sulfate and water leaching, that is, the lithium by-product is Al 2 O 3 · 4SiO 2 , Mica (mica, (K,Ca,Na) 2 (Fe,Mg,Al,Mn,Fe,Ti) 4~ 6 (Si,Al) 8 (OH,F)) and quartz that occupies 90% of the earth's crust, that is, crystalline quartz (SiO 2 ) is a material containing about 10%.

제올라이트는 알루미나 성분과 실리카 성분이 망목구조 형태로 구성되어 있는 물질이기 때문에 제올라이트 구성성분과 동일한 알루미나 성분과 실리카 성분으로 구성되어 있는 리튬 부산물을 이용하여 적정한 결정화 반응을 통해 여러 형태의 제올라이트를 제조할 수 있을 것으로 판단한다.Since zeolite is a material in which an alumina component and a silica component are composed of a network structure, various types of zeolite can be manufactured through appropriate crystallization reaction using lithium by-products composed of the same alumina component and silica component as the zeolite component. judge that there will be

따라서 본 개시는 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에 있어서, 특히 광석 열처리, 분쇄, 황산 배소, 수침출, 그리고 고액분리하는 일연의 공정에서 다량으로 발생하는 실리카와 알루미나 두성분의 합이 90% 이상인 알루미노 실리케이트 화합물 형태로 존재하는 리튬 부산물을 이용하여 세탁세재, 흡착재, 폐수중 중금속 처리제, 배기가스의 유해물질 제거용 촉매 등으로 활용 되는 합성 제올라이트를 제조할 때 리튬 부산물내 존재하는 운모 또는 석영에 기인하는 안정한 결정상인 석영 (SiO2), 즉, 강알칼리 용액 조건하에서도 매우 안정하여 극히 일부만 용해되는 특성을 가지고 있어 최종 생성물인 제올라이트의 품질을 저하시키는 주요 불순물인 결정성 SiO2을 사전 처리하여 제올라이트 생성물내 불순 광물 혼입을 배제함으로써 제올라이트의 품질을 향상시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the present disclosure discloses that in the process of recovering lithium from lithium ore, in particular, the sum of both silica and alumina components generated in large amounts in a series of ore heat treatment, pulverization, sulfuric acid roasting, water leaching, and solid-liquid separation is 90% or more When manufacturing synthetic zeolite that is used as laundry detergent, adsorbent, heavy metal treatment agent in wastewater, catalyst for removing harmful substances in exhaust gas, etc. using lithium by-product in the form of an aluminosilicate compound, mica or quartz present in lithium by-product due to a stable crystalline phase of quartz (SiO 2), that is, a strong alkali solution conditions under very stable, with only a small section has got the dissolution characteristics that are pre-processed major impurity the crystalline SiO 2 to lower the quality of the final product zeolite zeolite An object of the present invention is to provide a method for improving the quality of zeolite by excluding the incorporation of impurities in the product.

이하 각 단계별로 구체적으로 살펴보고자 한다.Hereinafter, we will look at each step in detail.

본 개시 일 구현예의 제올라이트 제조방법은 리튬 부산물을 준비하는 단계; 상기 리튬 부산물을 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계; 상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계; 상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계; 상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계; 상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;를 포함할 수 있다.A zeolite manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a lithium by-product; adjusting the lithium by-product to pH 6 to 8 by washing the lithium by-product; adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) included in the washed lithium by-product; uniformly mixing an alkali powder with the lithium by-product whose molar ratio of silicon to aluminum is adjusted; forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; mixing a solution with the heat-treated raw material; and crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed.

상기 리튬 부산물을 준비하는 단계;는 리튬 함유 광석을 열처리하는 단계; 상기 열처리된 리튬 함유 광석을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 리튬 함유 광석 내의 리튬 성분을 황산리튬으로 석출하는 단계; 상기 황산리튬을 물에 침출시키는 단계; 및 고액 분리에 의해 리튬 잔사를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.Preparing the lithium by-product; heat-treating the lithium-containing ore; pulverizing the heat-treated lithium-containing ore; precipitating the lithium component in the pulverized lithium-containing ore as lithium sulfate; leaching the lithium sulfate into water; and obtaining a lithium residue by solid-liquid separation.

상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계;에서 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비는 1.0 이상일 수 있다. 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.0 이상의 조건으로 제조한 혼합하고 열처리한 원료 물질내에는 SiO2 결정상은 소멸하였고, SiO2 결정상이 소멸한 시료를 이용하여 결정화 반응을 통해 제조한 최종 생성물은 P형 제올라이트, P형+X형 제올라이트만 생성될 수 있다.In the step of uniformly mixing the alkali powder with the lithium by-product of which the molar ratio of silicon to aluminum is adjusted; in the alkali powder/lithium by-product weight ratio may be 1.0 or more. The SiO 2 crystal phase disappeared in the mixed and heat-treated raw material prepared under the conditions of alkali powder/lithium by-product weight ratio of 1.0 or more, and the final product prepared through a crystallization reaction using a sample in which the SiO 2 crystal phase disappeared is a P-type zeolite , only P-type + X-type zeolites can be produced.

그러나 알칼리분말/리튬 부산물 중량비가 1.0 미만인 경우에는 SiO2 결정상이 원료인 리튬 부산물과 같은 상태로 그대로 존재하고 있으며, SiO2 결정상이 혼재하고 있는 시료를 이용하여 결정화 반응을 통해 제조한 최종 생성물은 이온교환능이 낮아 산업적으로의 응용성이 적은 방비석, 하이드록시소달라이트를 비롯하여 하석, P형 제올라이트, X형 제올라이트등 여러가지 제올라이트 결정상과 SiO2 결정상이 혼재해 있는 물질로 생성될 수 있어, 제올라이트 품질에 악영향을 미치는 문제가 있다.However, when the alkali powder/lithium by-product weight ratio is less than 1.0, the SiO 2 crystal phase exists as it is in the same state as the raw material lithium by-product, and the final product produced through the crystallization reaction using a sample in which the SiO 2 crystal phase is mixed is an ion It can be produced as a material in which various zeolite crystalline phases and SiO 2 crystalline phases are mixed, such as pyroxene and hydroxysodalite, which have low exchange capacity and low industrial applicability, as well as haseok, P-type zeolite, and X-type zeolite, adversely affecting the quality of zeolite. There is a problem affecting

따라서, 리튬 부산물과 알카리 분말을 혼합하여 균일한 혼합물을 제조하는 단계에서, 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.0 이상으로 조정하여 열처리함으로써 리튬 부산물 내에 존재하는 SiO2 결정상이 첨가한 알카리 분말과 충분히 반응하여 가용성 물질 형태(sodium silicate, sodium aluminate, sodium aluminium silicate)가 생성 되도록 하고, 이 시료가 후속의 결정화 과정을 통해 제올라이트 단일상으로 생성시킴으로써 합성 제올라이트의 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, in the step of preparing a uniform mixture by mixing the lithium by-product and the alkali powder, the SiO 2 crystal phase present in the lithium by-product reacts sufficiently with the added alkali powder by adjusting the weight ratio of the alkali powder/lithium by-product to 1.0 or more and heat treatment. It is possible to improve the quality of synthetic zeolite by allowing soluble substance forms (sodium silicate, sodium aluminate, sodium aluminium silicate) to be produced and this sample to form a zeolite single phase through the subsequent crystallization process.

상기 알칼리 분말은 제올라이트 형성에 필요한 구성 성분을 제공하는 것이면 어느 것이든 사용가능하며, 예를 들어 Na를 공급하는 NaOH가 바람직하며, KOH도 사용할 수 있다. 또한, 사용되는 알칼리는 리튬 부산물과 균일하게 혼합될 수 있고, 또한 반응성이 높은 분말형을 사용하는 것이 보다 바람직하다.Any of the alkali powders may be used as long as they provide the components necessary for zeolite formation. For example, NaOH supplying Na is preferable, and KOH may also be used. In addition, the alkali used can be uniformly mixed with the lithium by-product, and it is more preferable to use a powder form with high reactivity.

상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;에서, 열처리는 온도가 500℃ 이상일 수 있다. 구체적으로는 500 내지 800℃ 범위, 보다 구체적으로는 550 내지 600℃ 범위일 수 있다.Forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; In, the heat treatment may be performed at a temperature of 500° C. or higher. Specifically, it may be in the range of 500 to 800 °C, more specifically in the range of 550 to 600 °C.

상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;에서, 열처리는 시간이 30분 이상일 수 있다. 구체적으로 시간은 30분 내지 3시간, 보다 구체적으로 1시간 내지 2시간 범위일 수 있다. In the step of heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder to form a raw material; in, the heat treatment time may be 30 minutes or more. Specifically, the time may range from 30 minutes to 3 hours, more specifically from 1 hour to 2 hours.

열처리 온도가 500℃ 미만, 열처리 시간 30분 미만인 경우에는 리튬 부산물 내에 존재하는 SiO2 결정상이 첨가한 알카리 분말과 반응하여 새로운 결정상으로의 전이에 필요한 활성화 에너지(Ea)가 부족하여 용해 가능한 형태 물질인 소듐실리케이트, 소듐 알루미네이트, 소듐알루미늄실리케이트 등으로의 전이 반응이 충분히 진행되지 못하기 때문이다. 열처리 온도와 열처리 시간은 반응 물질이 새로운 생성물로 완전하게 전이하는데 필요한 활성화 에너지만큼만 공급하면 충분하며, 활성화 에너지를 공급할수 있는 조건 범위 내에서는 가능한 낮은 에너지를 사용하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 과도하게 높아지거나 열처리 시간이 과도하게 길어지면 에너지 사용면에서도 불리할 뿐만 아니라 열처리 후 리튬 부산물과 저융점 화합물인 알카리가 반응하여 매우 강고한 결합체를 형성하기 때문에 후속 결정화시 반응성을 향상 시키기 위한 원료의 미세화 공정에서 또 다른 분쇄 에너지가 필요하기 때문이다.When the heat treatment temperature is less than 500 ° C and the heat treatment time is less than 30 minutes, the SiO 2 crystal phase present in the lithium by-product reacts with the added alkali powder and the activation energy (Ea) required for transition to a new crystal phase is insufficient, which is a soluble form material. This is because the transition reaction to sodium silicate, sodium aluminate, sodium aluminum silicate, or the like does not proceed sufficiently. As for the heat treatment temperature and heat treatment time, it is sufficient to supply only the activation energy required for the complete transition of the reactant to a new product, and it is preferable to use as low energy as possible within the range of conditions that can supply the activation energy. If the heat treatment temperature is excessively high or the heat treatment time is excessively long, not only is it disadvantageous in terms of energy use, but also, after heat treatment, lithium by-product and alkali, a low-melting compound, react to form a very strong bond. This is because another grinding energy is required in the refinement process of raw materials for

상기 리튬 부산물을 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계 는, 상기 리튬 부산물로부터 산의 짝염기를 제거하는 단계일 수 있다. 상기 산의 짝염기는 리튬 수 침출시 황산 배소로 인한 황산기(SO4 2-)일 수 있다.The step of washing the lithium by-product to adjust the lithium by-product to pH 6 to 8 may be a step of removing the conjugate base of the acid from the lithium by-product. The conjugate base of the acid may be a sulfate group (SO 4 2- ) resulting from sulfuric acid roasting during lithium water leaching.

리튬 부산물이 산성을 띄는 이유는 리튬광석 전처리 과정에서 황산으로 배소시 과량의 황산을 사용하기 때문에 수 침출시 미반응 상태로 남아 있던 황산이 용해되어 리튬 부산물에 포함, 잔류하기 때문이다. 따라서, 잔존하는 황산기 (SO4 2-)를 포함한 산성의 리튬 부산물을 수세하지 않고 그대로 제올라이트 제조용 원료로 사용할 경우에는 잔존하는 황산기 이온이 리튬 부산물 원료와의 반응을 위해 첨가하는 알칼리 성분을 우선 소모하게 되고, 그 결과로 인해 과량의 알카리 첨가가 필요하게 될 뿐만 아니라 첨가한 알카리 성분과 잔존하는 황산기 (SO4 2-) 이온이 반응하여 망초 (Na2SO4) 를 형성하게 되므로 결과적으로는 불용성 석영과 첨가한 알칼리와의 반응에 의하여 형성되는 용해 가능한 광물상 (SiO2+NaOH→Na2SiO3)의 형성을 방해하기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 리튬 회수 공정 발생 산성의 리튬 부산물을 이용하여 합성 제올라이트를 제조하기 위한 원료로 사용하기 위해서는 산성의 리튬 부산물을 충분한 수세 과정을 통해 황산기 (SO4 2-) 이온을 제거하여 중성의 리튬 부산물로 제조하는 것이 반드시 선행 되어야 한다.The reason that lithium by-products are acidic is that, when roasting with sulfuric acid in the lithium ore pretreatment process, excess sulfuric acid is used, so the sulfuric acid remaining unreacted during water leaching is dissolved and contained in the lithium by-products. Therefore, if the acidic lithium by-product containing the remaining sulfuric acid group (SO 4 2- ) is used as a raw material for zeolite production without washing with water, the residual sulfate ion will consume the alkali component added for reaction with the lithium by-product raw material first. As a result, not only the addition of an excess of alkali is required, but also the added alkali component and the remaining sulfate group (SO 4 2- ) ions react to form the salt (Na 2 SO 4 ). As a result, insoluble quartz It is not preferable because it interferes with the formation of a soluble mineral phase (SiO 2 +NaOH→Na 2 SiO 3 ) formed by reaction with an alkali and added alkali. Therefore, in order to use the acidic lithium by-product generated in the lithium recovery process as a raw material for manufacturing synthetic zeolite, the acidic lithium by-product is washed with sufficient water to remove sulfate group (SO 4 2- ) ions to form a neutral lithium by-product. Manufacturing must be preceded.

상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계;는, 상기 리튬 부산물에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 상기 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 0.75 내지 3.0으로 조절하는 단계일 수 있다.Adjusting the molar ratio (Si / Al ratio) of silicon to aluminum contained in the washed lithium by-product; adding an alumina supplementary material or silica supplementary material to the lithium by-product for aluminum contained in the lithium by-product. It may be a step of adjusting the molar ratio of silicon (Si/Al ratio) to 0.75 to 3.0.

상기 알루미나 보충 물질은 알루미나 수화물 (Al(OH)3) 및 소듐알루미네이트 (NaAlO2) 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다.The alumina supplemental material may include one or more of alumina hydrate (Al(OH) 3 ) and sodium aluminate (NaAlO 2 ).

상기 실리카 보충 물질은 소듐 실리케이트 (Na2OSiO2)일 수 있다.The silica supplemental material may be sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ).

리튬 부산물 원료내 Si와 Al 성분의 몰비가 0.75 미만인 경우와 3.0 초과인 조건하에서는 최종 생성되는 생성물은 제올라이트 결정상 이외에 하이드록시소달라이트 (HS, hydroxysodalite, Na8(AlSiO6)4 (OH)2) 또는 방비석(Analcime, NaAlSi2O6 H2O)과 같은 산업적으로 응용성이 낮은 제올라이트 형태가 혼입 생성되어지기 때문에 제올라이트 단일 결정상을 제조할 수 없게 된다. 하지만 리튬 부산물 원료내 Si와 Al 성분의 몰비 (Si/Al 몰비)를 0.75 내지 3.0 범위로 조정하여 반응시켜 제조하는 경우에는 최종 생성물이 몰비 조건에 따라 제올라이트 P형, 제올라이트 A형, 제올라이트 X형의 단일 결정상으로 제조할 수 있게 된다. 따라서, 제올라이트 형성에 적합한 구성 성분비로 조정하는 단계에서, 알루미나 와 실리카 성분을 보충하여 리튬 잔사 원료내 Si와 Al 성분의 몰비를 0.75~3.0범위내로 조정해 주는 것이 필요하다. When the molar ratio of Si and Al components in the lithium by-product raw material is less than 0.75 and under the condition that exceeds 3.0, the final product is hydroxysodalite (HS, hydroxysodalite, Na 8 (AlSiO 6 ) 4 (OH) 2 ) or Since a zeolite form with low industrial applicability such as Analcime (NaAlSi 2 O 6 H 2 O) is mixed and produced, it is impossible to prepare a single crystalline phase of zeolite. However, in the case of preparing the reaction by adjusting the molar ratio (Si/Al molar ratio) of Si and Al components in the lithium by-product raw material to be in the range of 0.75 to 3.0, the final product is zeolite P type, zeolite A type, or zeolite X type depending on the molar ratio conditions. It can be prepared in a single crystal phase. Therefore, in the step of adjusting the component ratio suitable for zeolite formation, it is necessary to adjust the molar ratio of Si and Al components in the lithium residue raw material to within the range of 0.75 to 3.0 by supplementing the alumina and silica components.

상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;는, 상기 열처리된 원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 이온 몰농도가 1.0 내지 6.0M 농도가 되도록 하는 단계일 수 있다. 상기 열처리된 원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 이온 몰농도를 조절하는 단계는, 원료 물질에 첨가된 알칼리 분말의 양을 포함하여 용액 기준으로 알칼리 농도를 제어하는 것일 수 있다.The step of mixing the solution with the heat-treated raw material; may be a step such that the OH- ion molar concentration of the solution including the heat-treated raw material is 1.0 to 6.0M concentration. The adjusting of the OH- ion molar concentration of the solution including the heat-treated raw material may include controlling the alkali concentration on a solution basis including the amount of alkali powder added to the raw material.

상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;에서 상기 용액은 증류수일 수 있다. 상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;에서, 상기 용액은 열처리된 원료 물질에 OH- 이온을 공급하는 알칼리 용액일 수 있다.In the step of mixing the solution with the heat-treated raw material; the solution may be distilled water. In the step of mixing a solution with the heat-treated raw material; In, the solution may be an alkali solution for supplying OH- ions to the heat-treated raw material.

원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 농도가 1.0M 이하인 조건에서 제조된 최종 생성물은 제올라이트 결정상 이외에 하이드록시소달라이트 또는 방비석이 혼입 생성되어지기 때문에 제올라이트 단일 결정상을 제조할 수 없게 된다. 또한, 원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 농도가 6.0M 이상의 조건에서 제조된 최종 생성물은 제올라이트 결정으로 생성되지만 이온 교환능이적어 산업적으로의 응용성이 부족한 하이드록시 소달라이트가 단일상으로 생성되는 문제가 있을 수 있다. 그러나, 원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 농도가 1.0M 내지 6.0M 범위가 되도록 한 경우, 최종 생성물은 결정성이 매우 양호한 P형, A형 제올라이트 단일상으로 생성되어지게 된다.In the final product prepared under the condition that the OH- concentration of the solution containing the raw material is 1.0M or less, in addition to the zeolite crystal phase, hydroxysodalite or bantamite is mixed and produced, so it is impossible to prepare a single crystal phase of zeolite. In addition, the final product prepared under the condition that the OH- concentration of the solution containing the raw material is 6.0M or higher is produced as a zeolite crystal, but hydroxy sodalite, which lacks industrial applicability due to low ion exchange capacity, is produced as a single phase. there may be However, when the OH- concentration of the solution containing the raw material is in the range of 1.0M to 6.0M, the final product is produced as a single phase of P-type and A-type zeolite having very good crystallinity.

상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;는 결정화 온도가 60 내지 100℃일 수 있다. 구체적으로 결정화 온도는 70 내지 100℃, 보다 구체적으로 90 내지 95℃ 범위일 수 있다. 결정화 온도가 60℃ 이하인 경우에는 최종 생성물이 제올라이트 결정에 속하지만 이온교환능이 적어 산업적으로의 응용성이 낮은 방비석이 생성되어 지며, 결정화 온도를 100℃ 이상의 조건으로 실시한 경우에는 제올라이트 결정상 이외에 부가적으로 하이드록시 소달라이트가 혼입, 생성되게 된다. Crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; may have a crystallization temperature of 60 to 100 °C. Specifically, the crystallization temperature may be in the range of 70 to 100 °C, more specifically 90 to 95 °C. When the crystallization temperature is 60 ° C or less, the final product belongs to the zeolite crystal, but the ion-exchange capacity is low to produce a magnolia with low industrial applicability. Hydroxy sodalite is mixed and produced.

상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;는 결정화 시간이 12시간 이상일 수 있다. 결정화 시간을 12시간 이하로 설정하여 반응하는 경우에도 최종 생성물이 이온 교환능이 적어 산업적으로 응용성이 낮은 방비석으로 생성되어지기 ‹š문에 바람직하지 못하다.Crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; crystallization time may be 12 hours or more. Even if the reaction is performed by setting the crystallization time to 12 hours or less, the final product has low ion exchange capacity, which is undesirable because it is produced as gaolite with low industrial applicability.

상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계; 이후에, 열처리된 원료 물질을 파쇄하여 분말화하는 단계를 더 포함할 수 있다.forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; Thereafter, the method may further include pulverizing the heat-treated raw material into a powder.

상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계; 이후에, 상기 결정을 여과하는 단계; 및 상기 여과된 결정을 수세하고 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; thereafter, filtering the crystals; and washing and drying the filtered crystals.

결정화 후 고액분리에 의해 제올라이트 결정을 분리하고, 분리한 제올라이트 결정을 충분히 수세하고, 건조하여 최종 생성물을 회수하는 단계에 있어서, 충분한 수세에 의해 제올라이트 제품 내에 잔류하는 과잉의 NaOH를 제거하여 생성물의 pH를 중성영역 (pH 6~9)으로 조정해 주는 것이 필요하다. 이는 불충분한 수세에 의해 제올라이트 생성물내에 잔류하게 되는 Na 이온은 제올라이트의 품질 및 여러가지 성능을 열화 시키는 원인으로 작용하기 때문이다. 따라서, 결정화에 의해 제조된 최종 생성물을 회수하는 단계에서는 충분한 수세과정에 의해 제올라이트 내에 잔류하는 과잉의 NaOH를 제거하여 생성물의 pH를 중성영역으로 조정해 주는 것이 바람직하다.In the step of separating the zeolite crystals by solid-liquid separation after crystallization, sufficiently washing the separated zeolite crystals with water and drying to recover the final product, the excess NaOH remaining in the zeolite product is removed by sufficient water washing to remove the pH of the product It is necessary to adjust to the neutral region (pH 6~9). This is because Na ions remaining in the zeolite product due to insufficient water washing act as a cause of deterioration of the quality and various performances of the zeolite. Therefore, in the step of recovering the final product prepared by crystallization, it is preferable to adjust the pH of the product to a neutral region by removing the excess NaOH remaining in the zeolite by a sufficient water washing process.

본 개시 일 구현예에 의하여 제조된 제올라이트는 P형 제올라이트, A형 제올라이트, 및 X 형 제올라이트로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상의 결정상으로만 이루어지는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 개시 일 구현예에 의하여 제조된 제올라이트는 P형 제올라이트 결정 단일상으로만 이루어지는 것일 수 있다.The zeolite prepared according to one embodiment of the present disclosure may be composed of only one or more crystal phases selected from the group consisting of P-type zeolite, A-type zeolite, and X-type zeolite. Specifically, the zeolite prepared according to one embodiment of the present disclosure may be made of only a single P-type zeolite crystal phase.

리튬 부산물lithium by-product

리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 일련의 공정에서, 리튬 광석의 주 광물상인 Spodumene (Li2O Al2O3 4SiO2, LiAl2Si2O6)이 황산 배소공정에 의해 광석의 Li+ 이온자리에 황산으로부터 해리된 H+ 이온으로 이온교환 되고, 이온 교환된 Li+ 이온이 해리된 SO4 2- 이온과 결합하고, 석출반응 진행되어 황산리튬 (Li2SO4)으로 석출될 수 있다. In a series of processes to recover lithium from lithium ore, Spodumene (Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 , LiAl 2 Si 2 O 6 ), the main mineral phase of lithium ore, is placed at the Li + ion site of the ore by the sulfuric acid roasting process. H + ions dissociated from sulfuric acid are ion-exchanged, and the ion-exchanged Li + ions combine with the dissociated SO 4 2- ions, and the precipitation reaction proceeds to precipitate as lithium sulfate (Li 2 SO 4 ).

석출된 황산리튬(Li2SO4)을 물을 이용하여 침출시킨 다음 고액 분리시킴으로써 리튬 부산물을 제조할 수 있다. 황산리튬(Li2SO4)은 물에 용해되어 침출되는 반면, 알루미노실리케이트(Al2O3 4SiO2, AlSi2O6)는 물에 용해되지 않고, 고체 화합물 형태로 잔류하여 리튬 부산물을 구성할 수 있다.Lithium by-product can be prepared by leaching the precipitated lithium sulfate (Li 2 SO 4 ) using water and then separating the solid-liquid. Lithium sulfate (Li 2 SO 4 ) is dissolved in water and leached, whereas aluminosilicate (Al 2 O 3 4SiO 2 , AlSi 2 O 6 ) is not dissolved in water and remains in the form of a solid compound to form a lithium by-product. can do.

리튬 부산물은 Al2O3 약 26 중량%, SiO2 약 66 중량%, Fe2O3 1.6 중량%, 그리고 이외에 CaO, Na2O, K2O등 알카리 금속을 0.1~0.4 중량% 함유하며, 알루미노실리케이트 (Al2O3 4SiO2, AlSi2O6), 실리카 (SiO2), 및 알바이트 (albite) 등으로 구성되어 있는 결정상으로서 평균 입도는 약 25 ㎛정도의 특성을 가진 물질이다.Lithium by-product contains about 26% by weight of Al 2 O 3 , about 66% by weight of SiO 2 , 1.6% by weight of Fe 2 O 3 , and 0.1 to 0.4% by weight of alkali metals such as CaO, Na 2 O, K 2 O, It is a crystalline phase composed of aluminosilicate (Al 2 O 3 4SiO 2 , AlSi 2 O 6 ), silica (SiO 2 ), and albite, and has an average particle size of about 25 μm.

리튬 부산물의 주요 광물상, 약 93% 함량을 나타내는 알루미노실리케이트 화합물 광물상 (알루미노실리케이트, Albite)은 제올라이트의 주요 구성성분인 실리카와 알루미나 성분으로 구성되어 있기 때문에 합성 제올라이트의 원료로 충분히 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 리튬 부산물 내에는 제올라이트 주요 구성성분이 되는 알루미노실리케이트 화합물 이외에 리튬 광석 내의 운모나 석영에 기인하는 광물학적으로 매우 안정한 형태인 석영상(SiO2)이 약 7% 함유되어 있어 이 광물질을 사전 처리하여 제거하지 않으면 최종 생성물인 제올라이트의 품질을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.The main mineral phase of lithium by-products, the aluminosilicate compound mineral phase (aluminosilicate, Albite), which shows about 93% content, is composed of silica and alumina, which are the main components of zeolite, so it can be sufficiently used as a raw material for synthetic zeolite. is judged However, in the lithium by-product, in addition to the aluminosilicate compound, which is the main component of zeolite, about 7% of quartzite (SiO 2 ), a mineralogically very stable form caused by mica or quartz in lithium ore, is contained. If it is not removed, it will act as a factor that deteriorates the quality of the final product, zeolite.

리튬 부산물 내에 혼재하는 SiO2 광물상의 유래는 리튬 성분을 포함하고 있는 모암이 주로 운모 계통의 광석이기 때문이며, 또한 지각 구성 성분의 90% 이상을 차지하는 실리카 성분이 리튬 광석 내에 포함되어 있기 때문에 리튬 성분 추출 후에 잔류하는 리튬 부산물 내에 공존하게 되는 것이다. SiO2 광물상은 광물학적으로 매우 안정한 물질로서 강산 용액에는 불용성이며, 강알카리 용액 조건하에서도 극히 매우 적은 양만 용해되는 특성을 나타내는 물질로 알려져 있다. The origin of the SiO 2 mineral phase mixed in the lithium by-product is because the mother rock containing the lithium component is mainly a mica type ore, and since the silica component, which accounts for more than 90% of the crustal components, is contained in the lithium ore, lithium component extraction It will coexist in the lithium by-product remaining later. The SiO 2 mineral phase is mineralogically very stable, insoluble in a strong acid solution, and is known as a material exhibiting properties of dissolving only a very small amount even under a strong alkaline solution condition.

본 개시는 광물학적으로 매우 안정한 SiO2 광물상을 사전 처리를 통해 화학적으로 용해 가능한 형태로 전이시켜 제올라이트 구성성분인 실리카 원으로 활용될 수 있도록 하여 최종 생성물인 제올라이트 내로 불순 광물 혼입을 배제함으로써 제올라이트의 품질을 향상시키고자 하는 것이다.The present disclosure provides the quality of zeolite by excluding the incorporation of impure minerals into the final product, zeolite, by transferring the mineralogically very stable SiO 2 mineral phase to a chemically soluble form through pre-treatment so that it can be utilized as a silica source, which is a component of zeolite. is to improve

이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example

(1) 리튬 부산물의 제조(1) Preparation of lithium by-products

산화리튬 (Li2O) 함량이 약 1.5% 정도인 리튬 광석을 부유선광 등으로 장석과 운모 등을 제거하여 산화리튬 (Li2O) 함량 약 6% 정도로 농축시킨 호주산 갤럭시광을 이용하였다.Lithium ore having a lithium oxide (Li2O) content of about 1.5% was removed by flotation, etc. to remove feldspar and mica, and then concentrated to about 6% lithium oxide (Li2O) content.

이후, 1000℃로 열처리 하여 β-spodumene으로 전이시킨 후, 분쇄 처리하여 후속공정에서의 반응성 향상을 위해 입도 조정 하였다. 입도 조정된 β-spodumene에 95% 황산을 무게비로 3배 첨가, 혼합한 후 250℃에서 1시간 황산 배소처리 하였다. Then, it was heat-treated at 1000°C to convert it to β-spodumene, and then pulverized to adjust the particle size to improve reactivity in the subsequent process. 95% sulfuric acid was added 3 times by weight to β-spodumene whose particle size was adjusted, mixed, and then roasted with sulfuric acid at 250° C. for 1 hour.

황산 배소 후 무게비로 5배의 물을 첨가, 교반하여 1시간 동안 수침출하고, 필터프레스를 이용하여 고액 분리함으로써 리튬 부산물을 회수하였다. After roasting the sulfuric acid, 5 times the weight of water was added, stirred, water leached for 1 hour, and the lithium by-product was recovered by separating the solid and liquid using a filter press.

필터프레스에서 회수한 리튬 부산물의 구성 성분과 함량을 하기 표 1 및 2에, XRD 분석결과를 표 3에, 입도분포를 측정 결과를 도 2에 각각 나타내었다.The components and contents of the lithium by-product recovered from the filter press are shown in Tables 1 and 2 below, the results of XRD analysis are shown in Table 3, and the measurement results of the particle size distribution are shown in FIG. 2, respectively.

XRF 분석 (중량%)XRF analysis (wt%) 성분ingredient Li2OLi 2 O Al2O3 Al 2 O 3 SiO2 SiO 2 CaOCaO Na2ONa 2 O K2OK 2 O P2O5 P 2 O 5 Fe2O3 Fe 2 O 3 CoOCoO MnOMnO Cr2O3 Cr 2 O 3 MgOMgO CuOCuO NiONiO TiO2 TiO 2 함량content 분석 불가no analysis 25.825.8 66.266.2 0.40.4 0.10.1 0.50.5 0.10.1 1.61.6 -- 0.10.1 0.030.03 0.10.1 -- 0.010.01 0.040.04

ICP 분석 (중량%)ICP analysis (wt%) 성분ingredient LiLi AlAl SiSi CaCa NaNa KK PP FeFe CoCo MnMn CrCr MgMg CuCu NiNi 함량content 0.510.51 12.5912.59 28.4128.41 0.320.32 0.400.40 0.600.60 0.0630.063 1.111.11 < 0.005< 0.005 0.110.11 0.0230.023 0.210.21 < 0.005< 0.005 0.010.01

구분division 성분비ingredient ratio Aluminosilicate (AlSi2O6)Aluminosilicate (AlSi 2 O 6 ) 83.7%83.7% Quartz (SiO2)Quartz (SiO 2 ) 6.7%6.7% Albite (Na(AlSi3O8))Albite (Na(AlSi 3 O 8 )) 9.6%9.6%

필터프레스에서 회수한 리튬 부산물은 매우 미세한 입자들이 응결되어 있는 상태이고, 함수율은 약 39%정도, pH는 약산성인 3.1정도를 나타내었다.The lithium by-product recovered from the filter press was in a state in which very fine particles were condensed, and the moisture content was about 39% and the pH was about 3.1, which is slightly acidic.

(2) 리튬 부산물의 pH 조절(2) pH control of lithium by-products

[발명예 1] 상기 제조된 리튬 부산물을 건조기에서 충분히 건조시키고, 완전 건조된 리튬 부산물 3Kg에 증류수 15kg을 첨가하여, 고액비(물/리튬 부산물, 중량비) 5/1 조건으로 조정하고, 500 rpm으로 3시간 교반 후 여과, 건조하는 일연의 조작을 3회 반복하여 3회 수세하여 pH 6 내지 8의 리튬 부산물을 제조하였다.[Invention Example 1] The prepared lithium by-product was sufficiently dried in a dryer, and 15 kg of distilled water was added to 3 kg of the completely dried lithium by-product, and the solid-liquid ratio (water/lithium by-product, weight ratio) was adjusted to 5/1, and 500 rpm After stirring for 3 hours, the series of filtration and drying operations were repeated 3 times and washed 3 times to prepare a lithium by-product having a pH of 6 to 8.

수세된 리튬 부산물의 pH를 폐기물 공정 시험방법의 pH 측정기준에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The pH of the washed lithium by-product was measured according to the pH measurement standard of the waste process test method, and the results are shown in Table 4 below.

[비교예 1] 수세 조작을 1회만 실시한 것을 제외하고는 발명예 1과 동일한 조건으로 수세를 실시하고, 수세한 리튬 부산물의 pH를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.[Comparative Example 1] Water washing was performed under the same conditions as in Inventive Example 1 except that the water washing operation was performed only once, and the pH of the washed lithium by-product was measured, and the results are shown in Table 4 below.

[비교예 2] 수세 조작을 2회만 실시한 것을 제외하고는 발명예 1과 동일한 조건으로 수세를 실시하고, 수세한 리튬 부산물의 pH를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.[Comparative Example 2] Water washing was performed under the same conditions as in Invention Example 1 except that the water washing operation was performed only twice, and the pH of the washed lithium by-product was measured, and the results are shown in Table 4 below.

구분division 고액비
(잔사/물, 중량비)
high cost
(residue/water, weight ratio)
잔사량(Kg)Residual amount (Kg) 수세수 량(Kg)Amount of washing water (Kg) 수세 (회)Wash (times) 부산물 최종 pHBy-product final pH
발명예 1Invention Example 1 1/51/5 33 1515 3회3rd time 6.086.08 비교예 1Comparative Example 1 1/51/5 33 1515 1회1 time 3.233.23 비교예 2Comparative Example 2 1/51/5 33 1515 2회Episode 2 3.843.84

또한, 리튬 잔사를 1회, 2회, 3회 수세하여 제조한 시료의 성분 및 함량을 ICP로 분석하여 하기 표 5에 나타내었다.In addition, the components and contents of the samples prepared by washing the lithium residue with water once, twice, and three times were analyzed by ICP and shown in Table 5 below.

Figure 112019128660715-pat00001
Figure 112019128660715-pat00001

상기 표 4에서와 같이, 발명예 1에서 고액비(리튬 부산물/물 중량비) 1/5의 조건으로 교반, 여과, 건조하는 일연의 과정을 3회 반복하여 제조한 리튬 부산물의 최종 pH는 6.08로서, 수침출 후 최초 회수된 공정 발생 리튬 부산물의 pH 3.13에 비하여 중성영역인 pH 6.08에 도달하였음을 알 수 있었다. 반복 수세과정에 의하여 리튬 부산물 내에 잔류하고 있던 과량의 미반응 황산용액이 제거되었기 때문이다.As shown in Table 4, the final pH of the lithium by-product prepared by repeating a series of stirring, filtering, and drying three times under the condition of solid-liquid ratio (lithium by-product/water weight ratio) 1/5 in Inventive Example 1 was 6.08. , it can be seen that the pH reached 6.08, which is a neutral region, compared to the pH 3.13 of the lithium by-product recovered from the first process after water leaching. This is because the excess unreacted sulfuric acid solution remaining in the lithium by-product was removed by repeated washing with water.

그러나 비교예 1 및 비교예 2의 경우, 수세 회수를 1회 또는 2회만 실시하여 제조된 리튬 부산물의 pH가 각각 3.23, 3.84를 나타내었다. 이를 통하여, 비교예 1 및 비교예 2의 수세된 리튬 부산물에는 황산 배소시 사용한 과량의 황산에 의한 황산이온(SO4 2-)가 잔류하고 있어 약산성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.However, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the pH of the lithium by-product prepared by performing water washing only once or twice was 3.23 and 3.84, respectively. Through this, it was found that the washed lithium by-products of Comparative Examples 1 and 2 showed weak acidity because sulfate ions (SO 4 2- ) caused by excess sulfuric acid used during sulfuric acid roasting remained.

상기 표 5의 수세 횟수에 따라 제조된 리튬 부산물의 성분 및 함량 변화 유무를 확인한 결과 수세 횟수에 따라서는 거의 변화가 없는 것으로 확인되었다.As a result of checking the presence or absence of changes in the components and contents of the lithium by-products prepared according to the number of times of washing in Table 5, it was confirmed that there was almost no change according to the number of times of washing.

따라서, 공정 발생 리튬 부산물을 제올라이트 제조를 위한 원료로 활용하기 위해서는 충분한 수세과정을 통해 리튬 부산물내 존재하고 있는 황산기(SO4 2-)를 최소화 시켜 리튬 부산물의 pH를 중성영역으로 조정시켜 제조하는 것이 매우 중요하다.Therefore, in order to use the process-generated lithium by-product as a raw material for manufacturing zeolite, it is necessary to minimize the sulfuric acid group (SO 4 2- ) present in the lithium by-product through a sufficient water washing process to adjust the pH of the lithium by-product to a neutral region. very important.

(3) 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Al/Si)의 조절(3) Control of the molar ratio of silicon to aluminum (Al/Si)

[발명예 2 내지 8][Invention Examples 2 to 8]

상기 발명예 1에 따라 수세한 리튬 부산물은 성분 구성비가 Al 12.6mol%, Si 31.4mol%이었다. 이 중성의 리튬 부산물 50g에 NaAlO2 또는 Na2SiO3를 첨가하여 리튬 부산물내 Si/Al 성분 몰비를 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 2.25, 2.5, 3.0 이 되게끔 성분 조정하였다.The lithium by-product washed with water according to Inventive Example 1 had a component composition ratio of 12.6 mol% Al and 31.4 mol% Si. NaAlO 2 or Na 2 SiO 3 was added to 50 g of the neutral lithium by-product to adjust the Si/Al component molar ratio in the lithium by-product to be 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 2.25, 2.5, 3.0.

성분 조정된 리튬 부산물 50g에 NaOH 알카리 분말 62.5g을 첨가하여 알카리 분말/리튬 부산물의 중량비를 1.25로 조정한 시료를 텀블러 혼합기(tumbler mixer)를 이용하여 균일하게 혼합하여 원료 물질을 형성하였다. 이후 균일 원료 물질을 알루미나 도가니에 투입하고, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/분으로 하여 550℃에서 1.5시간 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다.A sample obtained by adjusting the weight ratio of alkali powder/lithium by-product to 1.25 by adding 62.5 g of NaOH alkali powder to 50 g of the component-adjusted lithium by-product was uniformly mixed using a tumbler mixer to form a raw material. Thereafter, the homogeneous raw material was put into an alumina crucible, and the raw material was heat-treated by furnace cooling after maintaining it at 550 °C for 1.5 hours in a muffle furnace at a temperature increase rate of 10 °C/min.

상기 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 증류수 1560ml를 투입하여 (알카리 62.5g/증류수 1560ml=1.0M NaOH 용액) 반응 용액의 알카리 농도를 1.0M 용액으로 제조하였다. 이를 500rpm으로 교반하면서 90℃로 승온하고, 24시간 동안 유지하여 결정화 하였다. 결정화가 종료된 시료는 pH가 9가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다. 리튬 부산물과 알카리 분말을 열처리한 후 얻어진 열처리된 원료 물질과 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 6에 각각 나타내었다.After the heat-treated raw material was put into a 2L glass reactor, 1560 ml of distilled water was added (alkali 62.5g/distilled water 1560ml=1.0M NaOH solution) to prepare a 1.0M solution in alkali concentration of the reaction solution. It was heated to 90° C. while stirring at 500 rpm, and maintained for 24 hours to crystallize. The crystallized sample was repeatedly washed with water until the pH reached 9, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product. The heat-treated raw material obtained after heat-treating the lithium by-product and alkali powder and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 6 below.

[비교예 3 내지 4][Comparative Examples 3 to 4]

Si/Al 몰비를 0.5, 3.5로 한 것을 제외하고는 발명예 2 내지 8과 동일한 방법으로 제올라이트를 합성하고 그 결과를 표 6에 각각 나타내었다.Zeolites were synthesized in the same manner as in Inventive Examples 2 to 8, except that the Si/Al molar ratio was set to 0.5 and 3.5, and the results are shown in Table 6, respectively.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리분말/리튬부산물
(중량비)
Alkali powder/lithium by-product
(weight ratio)
열처리 온도/
열처리시간
heat treatment temperature/
heat treatment time
알카리
용액농도(M)
alkali
Solution concentration (M)
결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 22 0.750.75 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-X+Z-AZ-X+Z-A
33 1.01.0 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Z-XZ-X
44 1.51.5 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 55 2.02.0 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 66 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 77 2.52.5 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 88 3.03.0 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 비교예comparative example 33 0.50.5 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 방비석+Z-ADefense Stone + Z-A
44 3.53.5 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Z-P+H.SZ-P+H.S

*상기 표 6에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다.* In Table 6, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite, and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 5의 [발명예 2 내지 8]에 나타낸바와 같이 알루미나 성분 또는 실리카 성분을 추가, 공급하여 Si/Al 성분 몰비를 0.75 내지 3.0으로 조정하고, 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.25로 조정하여 550℃에서 1.5시간 동안 열처리하여 제조한 시료는 Na2SiO3, 방비석(analcime), 하석(nepheline) 등 새로운 물질로 생성 되었으며, 리튬 부산물 내에 존재하던 석영(quartz, SiO2) 광물은 알카리와 반응하여 가용성의 Na2SiO3로 전이 되었음을 확인할 수 있다. 열처리 시료를 이용하여 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형과 제올라이트 X형으로 제조할 수 있었다. 또한 Si/Al 성분비를 조정하지 않은 리튬 부산물 원료 성분비 (Si/Al=2.25) 그대로 사용한 경우 (발명예 6)에도 제올라이트 P형 단일상으로 제조할수 있었다. As shown in [Invention Examples 2 to 8] of Table 5, an alumina component or a silica component was added and supplied to adjust the Si/Al component molar ratio to 0.75 to 3.0, and the alkali powder/lithium by-product weight ratio was adjusted to 1.25 to 550 in ℃ sample heat-treated produced for 1.5 hours, Na 2 SiO 3, bangbiseok (analcime), nepheline (nepheline), etc. have been created as a new material, a quartz (quartz, SiO 2) was present in the lithium-product mineral is reacted with an alkali Soluble Na 2 SiO 3 It can be confirmed that the transition. The final product prepared by crystallization using the heat treatment sample could be prepared as zeolite P-type and zeolite X-type with good crystallinity. In addition, even in the case of using the lithium by-product raw material ratio (Si/Al=2.25) without adjusting the Si/Al component ratio as it is (Invention Example 6), a zeolite P-type single phase could be produced.

그러나 비교예 (3~4)에 나타낸 바와같이 Si/Al 성분 몰비를 0.5로 과도하게 낮게 조정하여 상대적으로 Al 함량을 높게 한 용액을 이용하여 제조한 최종 생성물은 제올라이트 A형 이외에 방비석이 혼입 생성 되었으며, Si/Al 성분 몰비를 3.5로 과도하게 높게 조정하여 Si 함량이 상대적으로 매우 높은 성분비로 조정한 용액을 이용하여 제조한 경우에는 제올라이트 P형 이외에 하이드록시 소달라이트가 혼입되어 생성되어지는 것을 확인할 수 있다.However, as shown in Comparative Examples (3~4), the final product prepared using a solution in which the Al content was relatively high by adjusting the Si/Al component molar ratio to 0.5 excessively low was mixed with zeolite other than A-type zeolite. , when the Si/Al component molar ratio is excessively high to 3.5 and the Si content is adjusted to a relatively very high component ratio, it can be confirmed that hydroxy sodalite is mixed in addition to the zeolite P type. have.

따라서, 중성의 리튬 부산물 원료 성분비 (Si/Al=2.25) 그대로 사용하거나 또는 성분 조정을 통해 Si/Al 성분 몰비를 0.75 내지 3.0 범위 내로 조정하여 제조하면 최종 생성물에는 리튬 부산물 원료 내에 존재하던 석영이 가용성 성분인 Na2SiO3로 전이하여 제올라이트 생성에 기여하게 되어 결정성이 양호한 제올라이트 단일 결정상으로 생성됨을 확인할 수 있다.Therefore, if the neutral lithium by-product raw material ratio (Si/Al=2.25) is used as it is or the Si/Al component molar ratio is adjusted within the range of 0.75 to 3.0 through component adjustment, the quartz present in the lithium by-product raw material is soluble in the final product It can be confirmed that a single crystal phase of zeolite with good crystallinity is generated by transitioning to Na 2 SiO 3 , which is a component, and contributing to zeolite production.

(4) 알칼리 분말 함량 조절(4) Alkali powder content control

[발명예 9 내지 11][Inventive Examples 9 to 11]

상기 발명예 1에 따라 수세한 리튬 부산물은 성분 구성비가 Al 12.6mol%, Si 31.4mol%이었다. 이 중성의 리튬 부산물을 성분 조정하지 않고 그대로 사용하였다.The lithium by-product washed with water according to Inventive Example 1 had a component composition ratio of 12.6 mol% Al and 31.4 mol% Si. This neutral lithium by-product was used as it was without any component adjustment.

리튬 부산물 50g에 알칼리 분말을 각각 50, 62.5, 75g 첨가하여 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.0, 1.25, 1.50으로 각각 조정하여 혼합하여 원료 물질을 제조하였다. 이 원료 물질을 텀블러 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일하게 혼합된 원료 물질을 알루미나 도가니에 각각 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/분으로 하여 550℃ 에서 1.5시간 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다. 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 증류수를 각각 1250ml, 1560ml, 1850ml을 투입하여 반응 용액의 알카리 농도를 1.0M 용액으로 제조하고, 500rpm으로 교반하면서 90℃로 승온하고, 24시간 동안 유지하여 결정화 하였다.A raw material was prepared by adding 50, 62.5, and 75 g of alkali powder to 50 g of lithium by-product, respectively, adjusting the weight ratio of alkali powder/lithium by-product to 1.0, 1.25, and 1.50, respectively. This raw material was uniformly mixed using a tumbler mixer, the uniformly mixed raw material was put into an alumina crucible, respectively, and the temperature was raised at 10 °C/min in a muffle furnace and maintained at 550 °C for 1.5 hours. After furnace cooling, heat-treated raw materials were prepared. After the heat-treated raw material was put into a 2L glass reactor, 1250ml, 1560ml, and 1850ml of distilled water were added to prepare a 1.0M solution of the alkali concentration of the reaction solution, and the temperature was raised to 90°C while stirring at 500rpm, and maintained for 24 hours. and crystallized.

결정화가 종료된 시료는 pH 9가 될때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.The crystallization-finished sample was repeatedly washed with water until pH was 9, and the water-washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 7에 각각 나타내었다.The sample obtained after heat-treating the lithium by-product and the alkali mixture and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 7 below.

[비교예 5 내지 7][Comparative Examples 5 to 7]

리튬 부산물 50g에 알카리 분말 15g, 25g, 37.5g을 각각 투입하여 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 0.3, 0.5, 0.75로 각각 조정한 것과 열처리 시료를 2L 유리 반응기에 투입한 후 각각 추가 25g NaOH/1L 증류수, 추가 15g NaOH/1L, 추가 2.5g NaOH/1L 을 투입하여 알카리 농도가 1.0M이 되도록 제조한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 7에 각각 나타내었다.15 g, 25 g, and 37.5 g of alkali powder were added to 50 g of lithium by-product, respectively, and the weight ratio of alkali powder/lithium by-product was adjusted to 0.3, 0.5, and 0.75, respectively, and after the heat treatment sample was put into a 2L glass reactor, each additional 25 g NaOH/1L distilled water , an additional 15 g NaOH/1L, an additional 2.5 g NaOH/1L were added to prepare an alkali concentration of 1.0M, and the same method as in the Inventive Example was carried out, and a sample obtained after heat-treating a lithium by-product and an alkali mixture and the crystal phase of the final product prepared by crystallization was analyzed by XRD, and the results are shown in Table 7 below.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리/리튬부산물
(중량비)
Alkali/Lithium By-product
(weight ratio)
열처리 온도/열처리시간Heat treatment temperature/heat treatment time 알칼리 용액 농도 (M)Alkaline solution concentration (M) 결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 99 2.252.25 1.01.0 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
1010 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
1111 2.252.25 1.501.50 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
비교예comparative example 55 2.252.25 0.30.3 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 방비석
테트라소듐트리알루미노실리케이트
하석
석영(SiO2)
stele
Tetrasodium Trialuminosilicate
Ha Seok
Quartz (SiO 2 )
방비석+Z-P
+석영
Defense Stone + ZP
+quartz
66 2.252.25 0.50.5 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
H.S
하석
석영(SiO2)
Na 2 SiO 3
stele
HS
Ha Seok
Quartz (SiO 2 )
Z-P+H.S
+석영
Z-P+HS
+quartz
77 2.252.25 0.750.75 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
H.S
하석
석영(SiO2)
Na 2 SiO 3
stele
HS
Ha Seok
Quartz (SiO 2 )
Z-P+H.S
+석영
Z-P+HS
+quartz

*상기 표에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다. * In the above table, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 7의 발명예 9 내지 11에서 나타난 바와 같이 Si/Al 성분비를 임의로 조정하지않고 리튬 부산물 성분비 (Si/Al=2.25) 그대로 사용하고, 리튬 부산물에 대한 알칼리 분말의 중량비를 1.0 이상의 조건으로 하여 열처리한 시료는 Na2SiO3, 방비석, 하석 화합물로 생성되고, 원료 리튬 부산물에 존재하던 석영(SiO2) 광물상은 첨가한 알카리와 반응하여 가용성인 Na2SiO3로 전이되었음을 확인할 수 있다. 이 발명예 원료 물질들을 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형 단일상으로 각각 생성되어짐을 확인할 수 있다. As shown in Invention Examples 9 to 11 of Table 7, the lithium by-product component ratio (Si/Al=2.25) was used as it is without arbitrarily adjusting the Si/Al component ratio, and the weight ratio of the alkali powder to the lithium by-product was set to 1.0 or more. The heat-treated sample is produced as a compound of Na 2 SiO 3 , bantamite, and oxite, and it can be confirmed that the quartz (SiO 2 ) mineral phase present in the raw material lithium by-product reacts with the added alkali to convert to soluble Na 2 SiO 3 . It can be seen that the final product prepared by crystallizing the raw materials of this invention example is produced as a zeolite P-type single phase with good crystallinity, respectively.

그러나 비교예 5 내지 7에 나타낸 바와 같이 리튬 부산물에 대한 알카리 분말의 비를 1.0 미만으로 조정하여 제조한 경우에는 P형 제올라이트 이외에 방비석이나 H.S (하이드로시소달라이트)가 혼입되어 생성되는 것을 확인할 수 있다.However, as shown in Comparative Examples 5 to 7, when the ratio of the alkali powder to the lithium by-product was adjusted to less than 1.0, it can be confirmed that, in addition to the P-type zeolite, banisterite or HS (hydrosisodalite) is mixed and produced. .

따라서, 리튬 부산물 원료에 알카리 분말을 첨가하여 리튬 부산물-알카리 혼합물을 제조할 경우에는 리튬 부산물 원료에 대한 알카리 분말의 중량비를 1.0 이상으로 조정하여 결정화 시키는 경우에는 최종 생성물인 제올라이트에 석영이 존재하지 않는 결정성이 매우 양호한 제올라이트 단일 결정상으로 생성되어짐을 확인할 수 있다.Therefore, in the case of preparing a lithium by-product-alkali mixture by adding alkali powder to the lithium by-product raw material, when crystallizing by adjusting the weight ratio of the alkali powder to the lithium by-product raw material to 1.0 or more, the final product zeolite does not contain quartz. It can be confirmed that a single crystal phase of zeolite with very good crystallinity is produced.

(5) 열처리 온도의 제어(5) Control of heat treatment temperature

[발명예 12 내지 16][Inventive Examples 12 to 16]

리튬 부산물 50g에 알카리 분말을 62.5g을 첨가하여 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.25로 조정한 후 텀블러 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일하게 혼합된 원료 물질을 알루미나 도가니에 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/분으로 하여 각각 500℃, 550℃, 600℃, 700℃, 800℃에서 1.5시간 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다. 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 NaOH 추가 투입 없이 증류수 1560ml을 투입하여 반응 용액의 알카리 농도를 1.0M 용액으로 제조하고, 500rpm으로 교반하면서 90℃로 승온하고, 24시간 동안 유지하여 결정화 하였다. After adding 62.5 g of alkali powder to 50 g of lithium by-product, the alkali powder/lithium by-product weight ratio was adjusted to 1.25, and then uniformly mixed using a tumbler mixer, and the uniformly mixed raw material was put into an alumina crucible, muffle furnace) at a temperature increase rate of 10°C/min and maintained at 500°C, 550°C, 600°C, 700°C, and 800°C for 1.5 hours, respectively, and then furnace-cooled to prepare heat-treated raw materials. After the heat-treated raw material was put into a 2L glass reactor, 1560 ml of distilled water was added without adding NaOH to prepare a 1.0M solution in alkali concentration of the reaction solution, and the temperature was raised to 90° C. while stirring at 500 rpm, and maintained for 24 hours to crystallize. did.

결정화가 종료된 시료는 pH 9가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다. After the crystallization was completed, the sample was repeatedly washed with water until pH was 9, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 8에 각각 나타내었다.The sample obtained after heat-treating the lithium by-product and the alkali mixture and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 8, respectively.

[비교예 8 내지 10][Comparative Examples 8 to 10]

리튬 부산물과 알카리 분말을 균일하게 혼합한 원료 물질을 300℃, 400℃, 450℃에서 각각 1.5시간 유지하여 열처리 한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 원료 물질과 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 8에 각각 나타내었다.It was carried out in the same manner as in the above invention example, except that the raw material in which the lithium by-product and the alkali powder were uniformly mixed was heat-treated at 300°C, 400°C, and 450°C for 1.5 hours, respectively, and the lithium by-product and the alkali mixture were heat-treated Then, the obtained raw material and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 8, respectively.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리/리튬부산물
(중량비)
Alkali/Lithium By-product
(weight ratio)
열처리 온도
열처리시간
heat treatment temperature
heat treatment time
알칼리 용액 농도 (M)Alkaline solution concentration (M) 결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 1212 2.252.25 1.251.25 500℃
1.5h
500℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
1313 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P
1414 2.252.25 1.251.25 600℃1.5h600℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 1515 2.252.25 1.251.25 700℃1.5h700℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 1616 2.252.25 1.251.25 800℃1.5h800℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 비교예comparative example 88 2.252.25 1.251.25 300℃
1.5h
300℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석+Z-P
+ 석영
Defense Stone + ZP
+ Quartz
99 2.252.25 1.251.25 400℃
1.5h
400℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
Z-P+H.S
+ 석영
Z-P+HS
+ Quartz
1010 2.252.25 1.251.25 450℃1.5h450℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
석영
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
quartz
Z-P+H.S
+ 석영
Z-P+HS
+ Quartz

*상기 표에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다.* In the table above, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite, and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 8의 발명예 12 내지 16에 나타낸 바와 같이 Si/Al 성분비를 임의로 조정하지 않고 리튬 부산물 성분비(Si/Al=2.25) 그대로를 사용하고, 리튬 부산물에 대한 알카리 분말의 비를 1.25 조건으로 하여 500℃ 내지 800℃ 범위 조건에서 1.5시간동안 각각 열처리하여 제조한 시료는 Na2SiO3, 방비석, 하석 화합물로 생성되었으며, 원료 리튬 부산물에 존재하던 석영(SiO2) 광물상은 첨가한 알카리와 반응하여 가용성인 Na2SiO3로 전이 되었음을 확인할 수 있다. As shown in Invention Examples 12 to 16 of Table 8, the lithium by-product component ratio (Si/Al=2.25) was used as it is without arbitrarily adjusting the Si/Al component ratio, and the ratio of the alkali powder to the lithium by-product was 1.25. Samples prepared by heat treatment for 1.5 hours under conditions in the range of 500 ° C to 800 ° C, respectively, were produced as Na 2 SiO 3 , banisterite, and halite compounds, and the quartz (SiO 2 ) mineral phase present in the raw lithium byproduct reacted with added alkali Soluble Na 2 SiO 3 It can be confirmed that the transition.

이 시료를 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형 단일상으로 각각 생성되었다.The final product prepared by crystallizing this sample was produced as a zeolite P-type single phase with good crystallinity, respectively.

그러나 비교예 8 내지 10에 나타낸 바와 같이 열처리 온도를 500℃ 미만의 조건으로 열처리하여 제조한 원료 물질의 경우에는 Na2SiO3, 방비석, 하석, 석영 등의 광물상으로 존재하고 있으며, 이 원료 물질을 이용하여 결정화시켜 제조한 최종 생성물은 P형 제올라이트 이외에 방비석, H.S (하이드록시소달라이트), 석영 등이 혼재하여 제올라이트의 품질을 저하시키는 결과를 초래하고 있다.However, as shown in Comparative Examples 8 to 10, in the case of a raw material prepared by heat treatment at a heat treatment temperature of less than 500 ° C., Na 2 SiO 3 , and exists in the form of minerals such as magnolia, haite, and quartz, and this raw material is In the final product produced by crystallization using the P-type zeolite, pyrethrum, HS (hydroxysodalite), quartz, etc. are mixed, resulting in lowering the quality of the zeolite.

따라서, 리튬 부산물-알카리 분말의 균일한 혼합물을 열처리 할 경우에는 열처리 온도를 500℃ 이상으로 하여 첨가한 알카리 분말과 원료인 리튬 부산물내에 존재하는 석영(SiO2) 결정상이 충분한 활성화 에너지를 공급받아 가용성인 Na2SiO3 물질로 전환되는 전이반응이 진행 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Therefore, when a uniform mixture of lithium by-product-alkali powder is heat-treated, the alkali powder added at a heat treatment temperature of 500° C. or higher and the quartz (SiO 2 ) crystal phase present in the lithium by-product, which is the raw material, are supplied with sufficient activation energy and are soluble Phosphorus Na 2 SiO 3 It is desirable to allow the transition reaction to proceed to the material.

(6) 열처리 시간의 제어(6) Control of heat treatment time

[발명예 17 내지 21][Inventive Examples 17 to 21]

발명예 1의 리튬 부산물 50g에 알카리 분말을 62.5g을 첨가하여 알카리 분말/리튬부산물 중량비를 1.25로 조정한 후 텀블러 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일하게 혼합된 원료 물질을 알루미나 도가니에 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/분으로 하여 550℃에서 30분, 1시간, 1.5시간, 2시간, 3시간 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다. 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 추가 NaOH 투입 없이 증류수 1560ml을 투입하여 반응 용액의 알카리 농도를 1.0M 용액으로 제조하고, 500rpm으로 교반하면서 90℃로 승온하고, 24시간 동안 유지하여 결정화 하였다. After adding 62.5 g of alkali powder to 50 g of the lithium by-product of Invention Example 1 to adjust the alkali powder/lithium by-product weight ratio to 1.25, the mixture was uniformly mixed using a tumbler mixer, and the uniformly mixed raw material was put into an alumina crucible. , in a muffle furnace at a temperature increase rate of 10°C/min, maintained at 550°C for 30 minutes, 1 hour, 1.5 hours, 2 hours, and 3 hours, and then furnace-cooled to prepare a heat-treated raw material. After inputting the heat-treated raw material into a 2L glass reactor, 1560 ml of distilled water was added without additional NaOH input to prepare a 1.0M solution in alkali concentration of the reaction solution, and the temperature was raised to 90° C. while stirring at 500 rpm, and maintained for 24 hours to crystallize. did.

결정화가 종료된 시료는 pH 9가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization was completed, the sample was repeatedly washed with water until pH was 9, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 9에 각각 나타내었다.The sample obtained after heat-treating the lithium by-product and the alkali mixture and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 9, respectively.

[비교예 11 내지 12][Comparative Examples 11 to 12]

리튬 부산물과 알카리 분말이 균일하게 혼합된 원료 물질을 550℃에서 각각 10분, 20분간 유지하여 열처리한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 9에 각각 나타내었다.It was carried out in the same manner as in the invention example, except that the raw material in which the lithium by-product and the alkali powder were uniformly mixed was heat-treated at 550° C. for 10 minutes and 20 minutes, respectively, and the lithium by-product and the alkali mixture were heat-treated. The sample and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 9, respectively.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리/리튬부산물
(중량비)
Alkali/Lithium By-product
(weight ratio)
열처리 온도/열처리시간Heat treatment temperature/heat treatment time 알칼리 용액 농도 (M)Alkaline solution concentration (M) 결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 1717 2.252.25 1.251.25 550℃
30min.
550℃
30 min.
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
1818 2.252.25 1.251.25 550℃
1.0h
550℃
1.0h
1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P
1919 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 2020 2.252.25 1.251.25 550℃2.0h550℃2.0h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 2121 2.252.25 1.251.25 550℃3.0h550℃3.0h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 비교예comparative example 1111 2.252.25 1.251.25 300℃
10min.
300℃
10 min.
1.01.0 9090 2424 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석+Z-P
+석영
Defense Stone + ZP
+quartz
1212 2.252.25 1.251.25 400℃
20min.
400℃
20 min.
1.01.0 9090 2424 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
Z-P+H.S
+석영
Z-P+HS
+quartz

*상기 표에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다.* In the table above, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite, and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 9의 발명예 17 내지 21에 나타낸 바와 같이 Si/Al 성분비를 임의로 조정하지 않고 리튬 부산물 성분비(Si/Al=2.25) 그대로를 사용하고, 리튬 부산물에 대한 알카리 분말의 비를 1.25 조건으로 하여 550℃에서 30분 내지 3시간 동안 각각 열처리하여 제조한 시료는 Na2SiO3, 방비석, 하석 화합물로 생성되었으며, 원료 리튬 부산물에 존재하던 석영(SiO2) 광물상은 첨가한 알카리와 반응하여 가용성의 Na2SiO3 물질로 전이 되었음을 확인할 수 있다. 이 시료를 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형 단일상으로 각각 생성되었다. As shown in Invention Examples 17 to 21 of Table 9, the lithium by-product component ratio (Si/Al=2.25) was used as it is without arbitrarily adjusting the Si/Al component ratio, and the ratio of alkali powder to lithium by-product was 1.25. Samples prepared by heat treatment at 550° C. for 30 minutes to 3 hours, respectively, were produced as Na 2 SiO 3 , bantamite, and pyrite, and the quartz (SiO 2 ) mineral phase present in the raw material lithium by-product reacted with added alkali to form soluble It can be confirmed that the Na 2 SiO 3 material has been transferred. The final products prepared by crystallizing this sample were each produced as a zeolite P-type single phase with good crystallinity.

그러나 비교예 (11~12)에 나타낸 바와같이 열처리 시간을 30 분 미만의 조건으로 열처리하여 제조한 시료의 경우에는 Na2SiO3, 방비석, 하석, 석영 등의 광물상으로 존재하고 있으며, 이 시료를 이용하여 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 P형 제올라이트 이외에 방비석, H.S (하이드록시소달라이트), 석영 등이 혼재하여 제올라이트의 품질을 저하시키는 결과를 초래하고 있다.However, as shown in Comparative Examples (11 to 12), in the case of a sample prepared by heat treatment under the condition of a heat treatment time of less than 30 minutes, Na 2 SiO 3 , and exists in the form of minerals such as magnolia, haite, and quartz, and this sample is In the final product produced by crystallization using P-type zeolite, pyrethrum, HS (hydroxysodalite), quartz, etc. are mixed, resulting in lowering the quality of the zeolite.

따라서, 리튬 부산물-알카리 분말의 균일한 혼합물을 열처리 할 경우에는 열처리 온도 500℃ 이상의 조건에서 열처리 시간을 30 분 이상으로 하여 첨가한 알카리 분말과 원료인 리튬 부산물내에 존재하는 석영 (SiO2) 결정상이 충분한 활성화 에너지를 공급받아 가용성인 Na2SiO3 물질로 전환되는 전이반응이 진행될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. Therefore, in the case of heat treatment of a uniform mixture of lithium by-product-alkali powder, the quartz (SiO 2 ) crystal phase present in the lithium by-product, which is the raw material, and the alkali powder added by setting the heat treatment time to 30 minutes or more at the heat treatment temperature of 500° C. or higher It is preferable to receive sufficient activation energy so that the transition reaction to be converted into a soluble Na 2 SiO 3 material can proceed.

(7) 결정화 온도의 제어(7) Control of crystallization temperature

[발명예 22 내지 26][Inventive Examples 22 to 26]

상기 [발명예 1]의 조건으로 제조한 중성의 리튬 부산물은 성분 구성비가 Al 12.6 mol%, Si 28.41 mol%로서, Si/Al비가 2.25로 구성되어 있는 원료이다.The neutral lithium by-product prepared under the conditions of [Invention Example 1] is a raw material in which the component composition ratio is Al 12.6 mol% and Si 28.41 mol%, and the Si/Al ratio is 2.25.

중성의 리튬 부산물 50g을 성분 조정 하지않고, 리튬 부산물 원료 구성비 그대로 원료로 사용하였다. 리튬 부산물 50g에 알카리 분말을 62.5g을 첨가하여 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.25로 조정한 후 텀블러 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일하게 혼합된 원료 물질을 알루미나 도가니에 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/분으로 하여 550℃에서 1.5시간 동안 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다. 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 NaOH 추가 투입 없이 증류수 1560ml을 투입하여 반응 용액의 알카리 농도를 1.0M 용액으로 제조하고, 500rpm으로 교반하면서 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃로 각각 승온하고, 24시간 동안 유지하여 결정화 하였다. 50 g of neutral lithium by-product was used as a raw material without adjusting the composition of the lithium by-product raw material. After adding 62.5 g of alkali powder to 50 g of lithium by-product, the alkali powder/lithium by-product weight ratio was adjusted to 1.25, and then uniformly mixed using a tumbler mixer, and the uniformly mixed raw material was put into an alumina crucible, muffle furnace) at a heating rate of 10°C/min and maintained at 550°C for 1.5 hours, followed by furnace cooling to prepare a heat-treated raw material. After the heat-treated raw material was put into a 2L glass reactor, 1560 ml of distilled water was added without adding NaOH to prepare a 1.0M solution with an alkali concentration of the reaction solution, and stirred at 500 rpm at 60°C, 70°C, 80°C, 90°C, The temperature was raised to 100 °C, respectively, and maintained for 24 hours to crystallize.

결정화가 종료된 시료는 pH 9가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization was completed, the sample was repeatedly washed with water until pH was 9, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 10에 각각 나타내었다.The sample obtained after heat-treating the lithium byproduct and the alkali mixture and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 10, respectively.

[비교예 13 내지 14][Comparative Examples 13 to 14]

리튬 부산물과 알카리 분말 균일 혼합물 시료를 550℃에서 1.5시간 동안 유지하여 열처리한 원료 물질을 결정화 온도 50℃, 110℃로 결정화 처리한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 10에 각각 나타내었다.It was carried out in the same manner as in the invention example, except that the raw material, which was heat-treated by maintaining the sample of a homogeneous mixture of lithium by-product and alkali powder at 550 ° C. for 1.5 hours, was crystallized at a crystallization temperature of 50 ° C. and 110 ° C. The samples obtained after the alkali mixture was heat-treated and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 10, respectively.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리/리튬부산물
(중량비)
Alkali/Lithium By-product
(weight ratio)
열처리 온도
열처리시간
heat treatment temperature
heat treatment time
알칼리 용액 농도 (M)Alkaline solution concentration (M) 결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 2222 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h.
550℃
1.5h.
1.01.0 6060 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
2323 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 7070 2424 Z-PZ-P
2424 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 8080 2424 Z-PZ-P 2525 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P 2626 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 100100 2424 Z-PZ-P 비교예comparative example 1313 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 5050 2424 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석stele
1414 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 110110 2424 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석+Z-PDefense Stone + Z-P

*상기 표에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다.* In the table above, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite, and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 10의 발명예 22 내지 26에 나타낸 바와 같이 Si/Al 성분비를 임의로 조정하지 않고 리튬 부산물 성분비(Si/Al=2.25) 그대로를 사용하고, 리튬 부산물에 대한 알카리 분말의 비를 1.25 조건으로 하여 550℃에서 1.5시간 동안 각각 열처리하여 제조한 시료는 Na2SiO3, 방비석, 하석 화합물로 생성되었으며, 원료 리튬 부산물에 존재하던 석영(SiO2) 광물상은 첨가한 알칼리 분말과 반응하여 가용성의 Na2SiO3 물질로 전이되었음을 확인할 수 있다. 이 시료를 결정화 온도 60℃ 내지 100℃범위의 조건으로 각각 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형 단일상으로 각각 생성되었다. As shown in Invention Examples 22 to 26 of Table 10, the lithium by-product component ratio (Si/Al=2.25) was used as it is without arbitrarily adjusting the Si/Al component ratio, and the ratio of alkali powder to lithium by-product was 1.25. Samples prepared by heat treatment at 550° C. for 1.5 hours each were produced as Na 2 SiO 3 , banisterite, and pyrite, and the quartz (SiO 2 ) mineral phase present in the raw lithium by-product reacted with the added alkali powder to form soluble Na 2 It can be confirmed that the transition to the SiO 3 material. The final product prepared by crystallizing this sample at a crystallization temperature of 60°C to 100°C, respectively, was produced as a zeolite P-type single phase with good crystallinity.

그러나 비교예 13 내지 14에 나타낸 바와 같이 결정화 처리 온도를 50℃와 110℃로 각각 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 방비석 단일상 또는 P형 제올라이트와 방비석이 혼재하는 생성물로 생성되었다.However, as shown in Comparative Examples 13 to 14, the final product prepared by crystallizing the crystallization treatment temperature at 50° C. and 110° C., respectively, was produced as a single phase of garolite or a product in which P-type zeolite and garterite were mixed.

따라서, 리튬 부산물과 알카리 분말의 혼합물을 열처리하여 제조한 시료를 결정화하여 제올라이트 결정을 제조할 경우에는 결정화 온도를 60~100℃ 범위내로 조절하여 제조하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that when a zeolite crystal is prepared by crystallizing a sample prepared by heat-treating a mixture of lithium by-product and alkali powder, it is preferable to prepare the crystallization temperature by adjusting the crystallization temperature within the range of 60 to 100°C.

(8) 결정화 알칼리 용액 농도 제어(8) Crystallization alkali solution concentration control

[발명예 27 내지 32][Inventive Examples 27 to 32]

상기 발명예 1의 조건으로 제조한 중성의 리튬 부산물은 성분 구성비가 Al 12.6mol%, Si 28.41mol%로서, Si/Al비가 2.25로 구성되어 있는 원료이다.The neutral lithium by-product prepared under the conditions of Invention Example 1 is a raw material in which the component composition ratio is Al 12.6 mol% and Si 28.41 mol%, and the Si/Al ratio is 2.25.

중성의 리튬 부산물 50g을 성분 조정 하지않고, 리튬 부산물 원료 구성비 그대로 원료로 사용하였다. 이 리튬 부산물 50g에 알카리 분말을 62.5g을 첨가하여 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.25로 조정한 후 텀블러 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일하게 혼합된 원료 물질을 알루미나 도가니에 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/분으로 하여 550℃에서 1.5시간 동안 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다. 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 추가 알칼리를 투입하여 반응 용액의 알칼리 농도를 1.0M, 2.0M, 3.0M, 4.0M, 5.0M, 6.0M 용액으로 각각 제조하고, 500rpm으로 교반하면서 90℃로 각각 승온하고, 24시간 동안 유지하여 결정화 하였다.50 g of neutral lithium by-product was used as a raw material without adjusting the composition of the lithium by-product raw material. After adding 62.5 g of alkali powder to 50 g of this lithium by-product, the alkali powder/lithium by-product weight ratio was adjusted to 1.25, and then uniformly mixed using a tumbler mixer, and the uniformly mixed raw material was put into an alumina crucible, (Muffle furnace) at a heating rate of 10°C/min, maintained at 550°C for 1.5 hours, and then furnace-cooled to prepare a heat-treated raw material. After the heat-treated raw material is put into a 2L glass reactor, additional alkali is added to prepare the alkali concentration of the reaction solution into 1.0M, 2.0M, 3.0M, 4.0M, 5.0M, and 6.0M solutions, respectively, while stirring at 500rpm The temperature was raised to 90 °C, respectively, and was maintained for 24 hours to crystallize.

결정화가 종료된 시료는 pH 9가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종생성물을 제조하였다.After the crystallization was completed, the sample was repeatedly washed with water until pH was 9, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

리튬 부산물과 알카리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 11에 각각 나타내었다. The sample obtained after heat-treating the lithium by-product and the alkali mixture and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 11, respectively.

[비교예 15 내지 16][Comparative Examples 15 to 16]

열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 추가 알칼리를 투입하여 반응 용액의 알칼리 농도를 0.5M, 7.0M 용액으로 각각 제조, 처리한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 리튬 부산물과 알칼리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 시료와 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 11에 각각 나타내었다.After the heat-treated raw material was put into a 2L glass reactor, additional alkali was added, and the alkali concentration of the reaction solution was prepared and treated with 0.5M and 7.0M solutions, respectively, in the same manner as in the invention example, and lithium After heat treatment of the by-product and alkali mixture, the sample obtained and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 11, respectively.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리/리튬부산물
(weight ratio)
Alkali/Lithium By-product
(weight ratio)
열처리 온도
열처리시간
heat treatment temperature
heat treatment time
알칼리 용액 농도 (M)Alkaline solution concentration (M) 결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 2727 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h.
550℃
1.5h.
1.01.0 9090 2424 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
2828 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
2.02.0 9090 2424 Z-PZ-P
2929 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 3.03.0 9090 2424 Z-PZ-P 3030 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 4.04.0 9090 2424 Z-PZ-P 3131 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 5.05.0 9090 2424 Z-PZ-P 3232 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 6.06.0 9090 2424 Z-PZ-P 비교예comparative example 1515 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
0.50.5 9090 2424 Z-P+H.S+방비석Z-P+H.S+Gatestone
1616 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
0.70.7 9090 2424 H.SH.S.

*상기 표에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다.* In the table above, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite, and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 11의 발명예 27 내지 32에 나타낸 바와 같이 Si/Al 성분비를 임의로 조정하지 않고 리튬 부산물 성분비(Si/Al=2.25) 그대로를 사용하고, 리튬 부산물에 대한 알칼리 분말의 중량비를 1.25 조건으로 하여 550℃에서 1.5시간 동안 각각 열처리하여 제조한 시료는 Na2SiO3, 방비석, 하석 화합물로 생성되었으며, 원료 리튬 부산물에 존재하던 석영 (SiO2) 광물상은 첨가한 알칼리 분말과 반응하여 가용성의 Na2SiO3 물질로 전이 되었음을 확인할 수 있다. 이 시료에 추가 알카리를 첨가하여 반응 용액의 알카리 농도를 1.0~6.0M 농도로 조정한 후 결정화 온도 90℃에서 24시간 동안 각각 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형 단일상으로 각각 생성되었다. As shown in Invention Examples 27 to 32 of Table 11, the lithium by-product component ratio (Si/Al=2.25) was used as it is without arbitrarily adjusting the Si/Al component ratio, and the weight ratio of the alkali powder to the lithium by-product was 1.25. Samples prepared by heat treatment at 550° C. for 1.5 hours each were produced as Na 2 SiO 3 , bantamite, and pyrite, and the quartz (SiO 2 ) mineral phase present in the raw lithium by-product reacted with the added alkali powder to form soluble Na 2 It can be confirmed that the transition to the SiO 3 material. After adjusting the alkali concentration of the reaction solution to 1.0~6.0M concentration by adding additional alkali to this sample, the final product prepared by crystallizing each at a crystallization temperature of 90°C for 24 hours is a zeolite P-type single phase with good crystallinity, respectively. was created

그러나 비교예 15 내지 16에 나타낸 바와 같이 반응 용액의 알칼리 농도를 0.5M 농도로 조정하여 결정화 시킨 경우는 제올라이트 P형 이외에 H.S(하이드록시소달라이트)와 방비석이 혼합되어 생성되고 있음을 확인할 수 있다. 한편, 알칼리 농도를 7.0M 농도로 조정한 후 결정화 시킨 경우는 H.S (하이드록시소달라이트) 단일상으로 생성되고 있음을 확인할 수 있다. However, as shown in Comparative Examples 15 to 16, when the alkali concentration of the reaction solution was adjusted to a concentration of 0.5 M and crystallized, it can be confirmed that H.S (hydroxysodalite) and banister are mixed in addition to zeolite P type. On the other hand, when the alkali concentration is adjusted to 7.0M and crystallized, it can be confirmed that H.S (hydroxysodalite) is produced as a single phase.

따라서, 리튬 부산물과 알칼리 분말의 혼합물을 열처리하여 제조한 원료 물질을 결정화하여 제올라이트 결정을 제조할 경우, 이 혼합물을 알칼리 용액과 혼합하여 제올라이트로 결정화시킬 경우 혼합 용액의 알카리 농도는 1.0 내지 6.0M 범위 내로 조정하여 반응시키는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.Therefore, when a zeolite crystal is prepared by crystallizing a raw material prepared by heat-treating a mixture of lithium by-product and alkali powder, when the mixture is mixed with an alkali solution to crystallize into zeolite, the alkali concentration of the mixed solution is in the range of 1.0 to 6.0M It can be seen that it is preferable to adjust the reaction within

(9) 결정화 시간 제어(9) crystallization time control

[발명예 33 내지 35][Inventive Examples 33 to 35]

상기 발명예 1의 중성의 리튬 부산물은 성분 구성비가 Al 12.6 mol%, Si 28.41 mol%로서, Si/Al비가 2.25로 구성되어 있는 원료이다. 이 중성의 리튬 부산물 50g을 성분 조정 하지않고, 리튬 부산물 원료 구성비 그대로 원료로 사용하였다.The neutral lithium by-product of Invention Example 1 is a raw material in which the component composition ratio is Al 12.6 mol% and Si 28.41 mol%, and the Si/Al ratio is 2.25. 50 g of this neutral lithium by-product was used as a raw material as it was, without any component adjustment.

리튬 부산물 50g에 알칼리 분말을 62.5g을 첨가하여 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.25로 조정한 후 텀블러 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일하게 혼합된 원료 물질을 알루미나 도가니에 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온 속도 10℃/분으로 하여 550℃에서 1.5시간 동안 유지한 후 로냉하여 열처리된 원료 물질을 제조하였다. 열처리된 원료 물질을 2L 유리 반응기에 투입한 후 NaOH 추가 투입 없이 증류수 1560ml을 투입하여 반응 용액의 알칼리 농도를 1.0M 용액으로 제조하고, 500rpm으로 교반하면서 90℃로 승온하여 12시간, 24시간, 48시간 동안 각각 유지하면서 결정화 하였다. After adding 62.5 g of alkali powder to 50 g of lithium by-product to adjust the weight ratio of alkali powder/lithium by-product to 1.25, uniformly mixing using a tumbler mixer, and putting the uniformly mixed raw material into an alumina crucible, with a muffle furnace ( muffle furnace) at a heating rate of 10°C/min and maintained at 550°C for 1.5 hours, followed by furnace cooling to prepare a heat-treated raw material. After putting the heat-treated raw material into a 2L glass reactor, 1560 ml of distilled water was added without adding NaOH to prepare a 1.0M solution of alkali concentration of the reaction solution, and the temperature was raised to 90° C. while stirring at 500 rpm for 12 hours, 24 hours, 48 hours crystallized while holding each for an hour.

결정화가 종료된 시료는 pH 9가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종생성물을 제조하였다.After the crystallization was completed, the sample was repeatedly washed with water until pH was 9, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

리튬 부산물과 알칼리 혼합물을 열처리한 후 얻어진 원료 물질과 결정화 하여 제조한 최종 생성물의 결정상을 XRD로 분석하고, 그 결과를 하기 표 12에 각각 나타내었다. After heat treatment of the lithium by-product and alkali mixture, the obtained raw material and the crystal phase of the final product prepared by crystallization were analyzed by XRD, and the results are shown in Table 12, respectively.

[비교예 17 내지 19][Comparative Examples 17 to 19]

리튬 부산물과 알칼리 분말을 균일하게 혼합한 원료물질을 550℃에서 1.5시간 동안 유지하여 열처리 한 시료를 결정화 온도 90℃에서 1시간, 3시간, 6시간 동안 각각 유지하면서 결정화 시킨 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 그 결과를 하기 표 12에 각각 나타내었다.Except for crystallizing the heat-treated sample at a crystallization temperature of 90° C. for 1 hour, 3 hours, and 6 hours, respectively, the raw material obtained by uniformly mixing lithium by-product and alkali powder was maintained at 550° C. for 1.5 hours. It was carried out in the same way as honor, and the results are shown in Table 12, respectively.

구분division 잔사
Si/Al (몰비)
residue
Si/Al (molar ratio)
알카리/리튬부산물
(weight ratio)
Alkali/Lithium By-product
(weight ratio)
열처리 온도
열처리시간
heat treatment temperature
heat treatment time
알칼리 용액 농도 (M)Alkaline solution concentration (M) 결정화
온도(℃)
crystallization
Temperature (℃)
결정화
시간(hr.)
crystallization
time (hr.)
열처리후
결정상
after heat treatment
crystalline phase
결정화후
결정상
after crystallization
crystalline phase
발명예invention example 3333 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h.
550℃
1.5h.
1.01.0 9090 1212 Na2SiO3
방비석
하석
Na 2 SiO 3
stele
Ha Seok
Z-PZ-P
3434 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 2424 Z-PZ-P
3535 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 4848 Z-PZ-P 비교예comparative example 1717 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 1One 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석stele
1818 2.252.25 1.251.25 550℃
1.5h
550℃
1.5h
1.01.0 9090 33 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석stele
1919 2.252.25 1.251.25 550℃1.5h550℃1.5h 1.01.0 9090 66 방비석
하석
석영
stele
Ha Seok
quartz
방비석stele

*상기 표에서 Z-A, Z-X 및 Z-P는 각각 A형 제올라이트, X형 제올라이트 및 P형 제올라이트를 의미한다. H.S 는 하이드록시소달라이트를 의미한다.* In the table above, Z-A, Z-X and Z-P mean A-type zeolite, X-type zeolite, and P-type zeolite, respectively. H.S means hydroxysodalite.

상기 표 12의 발명예 33 내지 35에 나타낸 바와 같이 Si/Al 성분비를 임의로 조정하지 않고 리튬 부산물 성분비(Si/Al=2.25) 그대로를 사용하고, 리튬 부산물에 대한 알칼리 분말의 비를 1.25 조건으로 하여 550℃에서 1.5시간 동안 각각 열처리하여 제조한 원료 물질은 Na2SiO3, 방비석, 하석 화합물로 생성되었으며, 원료 리튬 부산물에 존재하던 석영 (SiO2) 광물상은 첨가한 알칼리 분말과 반응하여 가용성의 Na2SiO3 물질로 전이 되었음을 확인할 수 있다. 이 시료를 결정화 온도 90℃에서 12시간 이상 범위의 조건으로 각각 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 양호한 제올라이트 P형 단일상으로 각각 생성되었다. As shown in Invention Examples 33 to 35 of Table 12, the lithium by-product component ratio (Si/Al=2.25) was used as it is without arbitrarily adjusting the Si/Al component ratio, and the ratio of the alkali powder to the lithium by-product was 1.25. The raw materials prepared by heat treatment at 550° C. for 1.5 hours each were produced as Na 2 SiO 3 , banisterite, and pyrite, and the quartz (SiO 2 ) mineral phase present in the raw lithium by-product reacted with the added alkali powder to form soluble Na 2 SiO 3 It can be confirmed that the material has been transferred. The final products prepared by crystallizing this sample at a crystallization temperature of 90° C. under conditions in the range of 12 hours or more were each produced as a zeolite P-type single phase with good crystallinity.

그러나 비교예 17 내지 19에 나타낸 바와 같이 결정화 처리 시간을 12시간 미만의 조건으로 각각 결정화 시켜 제조한 최종 생성물은 방비석 단일상으로 생성되었다. However, as shown in Comparative Examples 17 to 19, the final products prepared by crystallizing each crystallization treatment time under the condition of less than 12 hours were produced as a single phase of garite.

따라서, 리튬 부산물과 알카리 분말의 혼합물을 열처리하여 제조한 시료를 결정화하여 제올라이트 결정을 제조할 경우에는 결정화 온도를 60~100℃ 범위내에서 결정화 처리 시간을 12시간 이상으로 조절하여 제조하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.Therefore, when producing zeolite crystals by crystallizing a sample prepared by heat-treating a mixture of lithium by-product and alkali powder, it is preferable to prepare the crystallization temperature by adjusting the crystallization treatment time to 12 hours or more within the range of 60 to 100 ° C. it can be seen that

본 발명은 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.The present invention is not limited to the embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may develop other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that this may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (16)

리튬 부산물을 준비하는 단계;
상기 리튬 부산물을 3회 이상 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계;
상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계;
상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계;
상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;
상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계; 및
상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;를 포함하고,
상기 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 조절된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계;에서
알칼리 분말/리튬 부산물 중량비는 1.0 이상인,
제올라이트 제조방법.
preparing a lithium by-product;
adjusting the lithium by-product to pH 6 to 8 by washing the lithium by-product with water three or more times;
adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) included in the washed lithium by-product;
uniformly mixing an alkali powder with the lithium by-product whose molar ratio of silicon to aluminum is adjusted;
forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder;
mixing a solution with the heat-treated raw material; and
Including; crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed;
In the step of uniformly mixing the alkali powder with the lithium by-product with the molar ratio of silicon to aluminum adjusted;
The alkali powder/lithium by-product weight ratio is 1.0 or more,
A method for manufacturing zeolite.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;에서,
열처리는 온도가 500℃ 이상인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
In the step of heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder to form a raw material;
Heat treatment is a zeolite manufacturing method, wherein the temperature is 500 ° C. or higher.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계;에서,
열처리는 시간이 30분 이상인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
In the step of heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder to form a raw material;
The heat treatment time is 30 minutes or more, zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 리튬 부산물을 수세하여 리튬 부산물을 pH 6 내지 8로 조절하는 단계;는,
상기 리튬 부산물로부터 산의 짝염기를 제거하는 단계인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
adjusting the lithium by-product to pH 6 to 8 by washing the lithium by-product;
The step of removing the conjugate base of the acid from the lithium by-product, zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 수세된 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 조절하는 단계;는,
상기 리튬 부산물에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 상기 리튬 부산물에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비 (Si/Al 비)를 0.75 내지 3.0으로 조절하는 단계인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) contained in the washed lithium by-product;
The step of adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) contained in the lithium by-product to 0.75 to 3.0 by adding an alumina supplementary material or silica supplementary material to the lithium byproduct.
제6항에 있어서,
상기 알루미나 보충 물질은 알루미나 수화물 (Al(OH)3) 및 소듐알루미네이트 (NaAlO2) 중에서 1종 이상을 포함하는, 제올라이트 제조방법.
7. The method of claim 6,
wherein the alumina supplemental material comprises at least one of alumina hydrate (Al(OH) 3 ) and sodium aluminate (NaAlO 2 ).
제6항에 있어서,
상기 실리카 보충 물질은 소듐 실리케이트 (Na2OSiO2)인, 제올라이트 제조방법.
7. The method of claim 6,
wherein the silica supplemental material is sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ).
제1항에 있어서,
상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;는,
상기 열처리된 원료 물질을 포함하는 용액의 OH- 이온 몰농도가 1.0 내지 6.0M 농도가 되도록 하는 단계인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Mixing the solution with the heat-treated raw material;
The step of allowing the OH- ion molar concentration of the solution containing the heat-treated raw material to be 1.0 to 6.0M, the zeolite manufacturing method.
제9항에 있어서,
상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;에서
상기 용액은 증류수인, 제올라이트 제조방법.
10. The method of claim 9,
In the step of mixing the solution to the heat-treated raw material;
The solution is distilled water, zeolite manufacturing method.
제9항에 있어서,
상기 열처리된 원료 물질에 용액을 혼합하는 단계;에서,
상기 용액은 열처리된 원료 물질을 포함하는 용액에 OH- 이온을 공급하는 알칼리 용액인, 제올라이트 제조방법.
10. The method of claim 9,
In the step of mixing a solution with the heat-treated raw material;
The solution is an alkaline solution for supplying OH- ions to a solution containing the heat-treated raw material, the method for producing zeolite.
제1항에 있어서,
상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;는
결정화 온도가 60 내지 100℃인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed;
The crystallization temperature is 60 to 100 ℃, zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계;는
결정화 시간이 12시간 이상인, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed;
A method for producing a zeolite, wherein the crystallization time is 12 hours or more.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하여 원료 물질을 형성하는 단계; 이후에,
열처리된 원료 물질을 파쇄하여 분말화하는 단계를 더 포함하는, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
forming a raw material by heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; Since the,
Further comprising the step of pulverizing the heat-treated raw material to pulverize, zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 용액이 혼합된 열처리된 원료 물질을 결정화하는 단계; 이후에,
상기 결정을 여과하는 단계; 및
상기 여과된 결정을 수세하고 건조하는 단계;를 더 포함하는 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
crystallizing the heat-treated raw material in which the solution is mixed; Since the,
filtering the crystals; and
A method for producing zeolite further comprising; washing the filtered crystals with water and drying the crystals.
제1항 및 제3항 내지 제15항 중 어느 하나의 항으로 제조된 제올라이트는 P형 제올라이트, A형 제올라이트, 및 X 형 제올라이트로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종이상의 결정상으로만 이루어지는 것인, 제올라이트.
16. The zeolite prepared according to any one of claims 1 and 3 to 15, wherein the zeolite consists only of one or more crystal phases selected from the group consisting of P-type zeolite, A-type zeolite, and X-type zeolite.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024050600A1 (en) * 2022-09-08 2024-03-14 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method of producing zeolite from an acid-refractory mineral composition
CN115786732A (en) * 2022-11-11 2023-03-14 湖北金泉新材料有限公司 Method for extracting lithium resource from clay type lithium ore

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5141587A (en) * 1988-07-14 1992-08-25 Bridgestone Corporation Two stage tire building apparatus
KR19990079638A (en) * 1998-04-08 1999-11-05 유지현 Manufacturing method of antibacterial agent with excellent resin transparency and low water adsorption rate
KR20060013227A (en) * 2004-08-06 2006-02-09 주식회사제오빌더 Method for preparing zeolite

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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