KR102378525B1 - Method of preparing potassium sulfate - Google Patents

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Abstract

황산 칼륨의 제조 방법에 대한 것으로, 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계; 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계; 및 상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;를 포함하는 황산 칼륨의 제조 방법을 제공할 수 있다. A method for producing potassium sulfate, comprising the steps of: preparing potassium chloride and sulfuric acid; reacting after adding the potassium chloride and sulfuric acid to an alcoholic solvent; and precipitating the potassium sulfate produced by the reaction into a solid phase; may provide a method for producing potassium sulfate comprising.

Description

황산 칼륨의 제조 방법{METHOD OF PREPARING POTASSIUM SULFATE}Method for producing potassium sulfate {METHOD OF PREPARING POTASSIUM SULFATE}

황산 칼륨의 제조 방법에 관한 것이다. It relates to a method for producing potassium sulfate.

황산 칼륨은 무색 무취의 monoclinic 구조를 가질 수 있으며 또는 β상인 othorhombic 구조를 가질 수 있다. 또한, 583℃ 이상에서 α상으로 상전이할 수 있다. Potassium sulfate may have a colorless, odorless monoclinic structure or an othorhombic structure of β phase. In addition, it may undergo a phase transition to the α phase at 583° C. or higher.

황산 나트륨과는 달리, 달리 하이드레이트 형태(hydrate form)를 형성하지 않으며, 용해도는 약 25℃에서 120g/L로 높은 편이다. 그 외 물리적 특성 상태밀도 2.66g/cm3, 녹는점 1,069℃이다. Unlike sodium sulfate, it does not form a hydrate form unlike sodium sulfate, and its solubility is high at about 25° C. at 120 g/L. Other physical properties The density of the state is 2.66g/cm 3 , and the melting point is 1,069℃.

황산칼륨 제조 방법으로 일반적으로 LeBlanc법과 유사한 방법으로 황산과 반응시켜 염산과 황산칼륨을 얻는다. As a method for producing potassium sulfate, hydrochloric acid and potassium sulfate are generally obtained by reacting with sulfuric acid in a method similar to the LeBlanc method.

[화학식 1][Formula 1]

2 KCl + H2SO4 -> 2 HCl + K2SO4 (1)2 KCl + H 2 SO 4 -> 2 HCl + K 2 SO 4 (1)

황산칼륨도 용해도가 높기 때문에 발생된 염산에 모두 용해되서 존재하게 되고 이를 분리하기 위해 증류법을 사용한다. 증류법은 염산을 농축하기 때문에 설비 부식 문제가 있다.Potassium sulfate also has high solubility, so it is all dissolved in the generated hydrochloric acid, and distillation is used to separate it. Since the distillation method concentrates hydrochloric acid, there is a problem of equipment corrosion.

두 번째 방법은 Hargreaves 공정으로 SO2와 산소를 반응시키고, 물과 KCl를 출발물질로서 황산칼륨을 생산하고 염산은 증발시킨다. 이러한 방법은 안정성문제 및 경제성 문제가 있다.The second method is the Hargreaves process, where SO 2 and oxygen are reacted, potassium sulfate is produced using water and KCl as starting materials, and hydrochloric acid is evaporated. This method has problems of stability and economic feasibility.

경제적으로, 황산 칼륨을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a method capable of economically producing potassium sulfate.

전술한 바와 같이, 황산 칼륨을 제조하기 위한 대표적인 출발 물질은 염화 칼륨이다. As mentioned above, a representative starting material for preparing potassium sulfate is potassium chloride.

이러한 염화 칼륨의 주요 공급원은 염수이며, 이러한 염수에는 칼륨 외에도 다양한 물질을 추출할 수 있다. The main source of such potassium chloride is brine, and various substances other than potassium can be extracted from this brine.

대표적인 물질은 에너지 원소인 리튬이다. 염수로부터 리튬을 추출하고 리튬이 추출된 염수에는 나트륨 다음으로 칼륨의 함량이 높다. 칼륨의 대표적 석출염은 염화 칼륨으로서 염수에서 염화 칼륨을 생산하고 있는 업체는 현재 칠레 SQM이다. A typical material is lithium, which is an energy element. Lithium is extracted from brine, and the brine from which lithium is extracted has the highest content of potassium after sodium. The representative precipitated salt of potassium is potassium chloride, and the company that produces potassium chloride from brine is Chile SQM.

염화 칼륨은 국내에서 생산되지 않으며, 전량 수입되고 있는 실정으로 2008년 수입물량은 약 65만톤이었으며, 2009년 약 34만톤, 2010년 약 54만톤 2011년 약 73만톤으로 연평균 3.5%씩 증가하고 있다. Potassium chloride is not produced in Korea and is imported in full. The import volume in 2008 was about 650,000 tons, about 340,000 tons in 2009, about 540,000 tons in 2010, and about 730,000 tons in 2011, increasing by an average of 3.5% annually.

하기 표 1는 아르헨티나 Pozuelos 염수 성분으로 칼륨 함량이 리터당 10g, 염화 칼륨으로 환산할 경우 약 29g/L가 녹아 있다. Table 1 below is a component of the Argentine Pozuelos brine, with a potassium content of 10 g per liter, when converted to potassium chloride, about 29 g/L is dissolved.

원소element NaNa KK LiLi CaCa MgMg SS BB ClCl 농도(g/L)Concentration (g/L) 118118 9.549.54 0.7990.799 2.152.15 3.213.21 0.9880.988 0.4640.464 205.7205.7

탄산 리튬 1만톤 생산 기준으로 처리 염수량은 250만톤으로 염화 칼륨이 석출되는 구간에서의 염수는 약 50만m3이 필요하며, 여기서 리터당 50g/L(농축된 농도)의 칼륨이 염화 칼륨으로 석출되므로 약 7만톤이 생산 가능하다. Based on the production of 10,000 tons of lithium carbonate, the amount of brine to be treated is 2.5 million tons, and about 500,000 m 3 of brine is required in the section where potassium chloride is precipitated, where 50 g/L (concentrated concentration) of potassium per liter is precipitated as potassium chloride Therefore, about 70,000 tons can be produced.

만약 탄산 리튬 2만톤 규모라면 14만톤이며 이는 국내 연간 수입되는 염화 칼륨(73만톤, 4300억원)의 19%이며 817억원의 수입대체 효과가 있다.If the scale of lithium carbonate is 20,000 tons, it is 140,000 tons, which is 19% of the annual domestic potassium chloride import (73 thousand tons, 430 billion won), and has an import substitution effect of 81.7 billion won.

염수에서는 일반적으로 염화 칼륨과과 염화 나트륨이 동시에 석출되게 된다. 이를 분리하기 위해서는 부선법을 이용할 수 있다. 부선법은 SDS와 같은 계면 활성제를 이용하여, 칼륨 화합물을 선별적으로 부유시키는 방법이다. In brine, potassium chloride and sodium chloride are generally precipitated simultaneously. In order to separate them, a flotation method can be used. The flotation method is a method of selectively suspending potassium compounds using a surfactant such as SDS.

전술한 바와 같이, 종래에는 염화 칼륨과 황산을 Aqueous 시스템으로 반응시켜 황산 칼륨을 제조하였다. 그러나, 이는 부생성물인 염산의 처리에 큰 문제가 있다. As described above, in the related art, potassium sulfate was prepared by reacting potassium chloride and sulfuric acid in an aqueous system. However, this has a major problem in the treatment of hydrochloric acid as a by-product.

이에 본 발명의 일 구현예에서는, 용매의 변화를 주는 방법을 적용하였다. 염화 칼륨에서 황산칼륨으로 전화시키기 위해서는 황산이라는 산을 사용해야 한다. 하지만 염화 칼륨을 물에 녹이고 몰비에 맞게 황산이 투입되면 염산과 반응시켰을 때와 마찬가지로 황산 칼륨이 용해되어 염산의 증류를 통해야만 황산 칼륨 분말을 얻을 수 있다. Accordingly, in one embodiment of the present invention, a method of changing the solvent was applied. To convert potassium chloride to potassium sulfate, an acid called sulfuric acid must be used. However, when potassium chloride is dissolved in water and sulfuric acid is added according to the molar ratio, potassium sulfate is dissolved as in the case of reacting with hydrochloric acid, and potassium sulfate powder can be obtained only through distillation of hydrochloric acid.

황산 칼륨은 알코올계 용매에 녹지 않으며 황산과 염산은 알코올에 가용성이 있다. 따라서 용매를 알코올로 변경하게 되면 투입된 황산에 의해 생성된 황산 칼륨은 염으로 추출될 것이고 황산에 의해 분해된 염화 칼륨의 염소 이온은 염산이 되어 알코올에 용해된다. Potassium sulfate is insoluble in alcoholic solvents, and sulfuric acid and hydrochloric acid are soluble in alcohol. Therefore, when the solvent is changed to alcohol, the potassium sulfate produced by the added sulfuric acid will be extracted as a salt, and the chlorine ion of potassium chloride decomposed by the sulfuric acid will become hydrochloric acid and dissolved in the alcohol.

염산이 녹아 있는 알코올은 증류시켜 재사용하고, 알코올이 증류되고 남은 물질은 염산 수용액이 되게 된다. 이러한 염산 수용액에는 미반응 칼륨 이온도 포함될 수 있다. The alcohol in which the hydrochloric acid is dissolved is distilled and reused, and the remaining substance after the alcohol is distilled becomes an aqueous hydrochloric acid solution. The aqueous hydrochloric acid solution may also contain unreacted potassium ions.

결론적으로, 하기 화학식 2와 같이 염화 칼륨에서 황산 칼륨으로 전화시키는데 또 다른 양이온이 투입되지 않기 때문에 2 차 오염이 없어 고순도의 황산 칼륨과 염산를 얻을 수 있다는 장점이 있다. In conclusion, there is an advantage in that potassium sulfate and hydrochloric acid of high purity can be obtained without secondary contamination because another cation is not input to convert potassium chloride to potassium sulfate as shown in Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

In solvent system: 2KCl (s) + Alcohol (aq) + H2SO4 (aq) -> K2SO4(s) + 2HCl (aq) In solvent system: 2KCl (s) + Alcohol (aq) + H 2 SO 4 (aq) -> K 2 SO 4 (s) + 2HCl (aq)

즉, 본 발명의 일 구현예에서는, 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계; 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계; 및 상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;를 포함하는 황산 칼륨의 제조 방법을 제공할 수 있다. That is, in one embodiment of the present invention, preparing potassium chloride and sulfuric acid; reacting after adding the potassium chloride and sulfuric acid to an alcoholic solvent; and precipitating the potassium sulfate produced by the reaction into a solid phase; may provide a method for producing potassium sulfate comprising.

상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계;에서, 황산의 농도는 10 내지 20 g/L일 수 있다. 황산의 농도가 적정 범위를 초과하게 되면, 염화 칼륨이 용액 내 충분히 용해되지 못해 반응이 진행되기 어렵다. In the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid, the concentration of the sulfuric acid may be 10 to 20 g / L. When the concentration of sulfuric acid exceeds the appropriate range, potassium chloride is not sufficiently dissolved in the solution, so that the reaction is difficult to proceed.

황산의 농도가 적정 범위보다 낮은 경우에는 황산 용액 내 포함된 물로 인해 생성된 황산 칼륨이 다시 용해되어 황산 칼륨을 고상으로 수득할 수 없게 된다. When the concentration of sulfuric acid is lower than the appropriate range, potassium sulfate produced due to water contained in the sulfuric acid solution is dissolved again, and potassium sulfate cannot be obtained as a solid phase.

상기 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계;에서, 전체 반응 용액 100부피%에 대해, 알코올계 용매는 30 부피% 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 60 부피% 이상일 수 있으며, 90부피% 이하일 수 있다. In the step of reacting after adding the potassium chloride and sulfuric acid to the alcoholic solvent, with respect to 100% by volume of the total reaction solution, the alcohol-based solvent may be 30% by volume or more. More specifically, it may be 60% by volume or more, and may be 90% by volume or less.

알코올계 용매의 함량이 증가하게 되면 황산 칼륨의 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 다만, 알코올계 용매의 비용 증가로 인해 경제성이 감소하게 된다. When the content of the alcohol-based solvent is increased, it is possible to increase the extraction efficiency of potassium sulfate. However, the economical efficiency is reduced due to the increase in the cost of the alcohol-based solvent.

상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;이후, 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 분별 증류 방법으로 수행될 수 있으며, 알코올계 용매를 증류시켜 분리할 수 있다. Precipitating the potassium sulfate produced by the reaction into a solid phase; Thereafter, the method may further include separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate. This may be performed by a fractional distillation method, and may be separated by distilling an alcoholic solvent.

이 때 잔류하는 여액은 염산, 및 칼륨을 포함하는 수용액이다. The filtrate remaining at this time is an aqueous solution containing hydrochloric acid and potassium.

상기 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계;에 의해, 알코올계 용매가 분리된 여액을 상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계의 염화 칼륨 및 황산 원료로 재이용할 수 있다. Separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate; by, the alcohol-based solvent is separated filtrate can be reused as raw materials for potassium chloride and sulfuric acid in the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid.

상기 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합일 수 있다. 언급한 알코올 종류에 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 황산 칼륨에 대해서는 낮은 용해도를 가지고, 염화 칼륨에 대해서는 상대적으로 높은 용해도를 가지는 알코올계 용매라면 본 발명에 적용될 수 있다. The alcohol-based solvent may be methanol, ethanol, propanol, butanol, or a combination thereof. The present invention is not limited to the above-mentioned alcohol types, and any alcoholic solvent having a low solubility in potassium sulfate and a relatively high solubility in potassium chloride may be applied to the present invention.

염화 칼륨에서 황산 칼륨으로 직접 전환시킬 수 있는 공정을 제공할 수 있다. 공정이 단축되며 고순도화를 할 수 있어 경제성도 확보할 수 있다. It is possible to provide a process for the direct conversion of potassium chloride to potassium sulfate. The process can be shortened and high purity can be achieved, thereby securing economic feasibility.

사용된 용매를 재사용 가능한 상태로 회수할 수 있다. The used solvent can be recovered in a reusable state.

반응 생성물인 황산 칼륨의 순도는 95% 이상, 염화 리튬에서 황산 리튬으로 전환율은 80%를 달성할 수 있다. The purity of the reaction product, potassium sulfate, can be 95% or more, and the conversion rate from lithium chloride to lithium sulfate can be 80%.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 후 추출된 염의 XRD 성분 분석 결과이다.
도 3은 반응 후 여액 중 성분 분석 결과를 황산의 희석 배율에 따라 나타낸 그래프이다.
도 4는 알코올 용매 회수 실험 모식도이다.
1 and 2 are XRD component analysis results of the salt extracted after the reaction according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the results of component analysis in the filtrate after the reaction according to the dilution ratio of sulfuric acid.
4 is a schematic diagram of an alcohol solvent recovery experiment.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 구현예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예/실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments/embodiments described herein.

실험 방법experimental method

구체적인 실험방법으로는 먼저 알코올 30ml를 용매로 이용하여 KCl 18.82g을 넣고 교반을 시킨다. 이때 알코올은 DAEJUNG화금 Ethyl alcohol 94.5%, KCl은 DAEJUNG 화금 Potassium Chloride 를 사용하였으며 Grade는 Extra Pure급의 99%를 사용하였다. As a specific experimental method, first, using 30 ml of alcohol as a solvent, 18.82 g of KCl was added and stirred. At this time, DAEJUNG Hwageum Ethyl alcohol 94.5%, KCl was DAEJUNG Hwageum Potassium Chloride, and 99% of Extra Pure grade was used for the alcohol.

다음으로 황산 농도에 따른 반응성을 파악하기 위하여 묽은 황산을 농도별로 제조한다. 황산의 농도는 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 70%로 7가지 종류로 제조한다. Next, dilute sulfuric acid is prepared by concentration to determine the reactivity according to the concentration of sulfuric acid. The concentration of sulfuric acid is 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, and 70%.

본 실시예에 설명하는 % 농도는 g/L를 의미한다. The % concentration described in this example means g/L.

이때 사용한 황산은 SAMCHUN화학 제품의 Sulfuric Acid 70% solution을 사용하였다. The sulfuric acid used at this time was a 70% solution of Sulfuric Acid manufactured by SAMCHUN Chemicals.

농도별 황산의 제조방법은 70%의 황산에 Deionized water를 섞어 목표한 농도를 제조한다. 농도 10% 황산은 Deionized water 73.56ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 15% 황산은 Deionized water 44.95ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 20% 황산은 Deionized water 30.65ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 30% 황산은 Deionized water 16.34ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 40% 황산은 Deionized water 9.20ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 50% 황산은 Deionized water 4.904ml에 70%황산 7.43ml를 희석하여 제조한다. To prepare sulfuric acid by concentration, 70% sulfuric acid is mixed with deionized water to prepare a target concentration. For concentration 10% sulfuric acid, dilute 7.43ml of 70% sulfuric acid in 73.56ml of deionized water. For concentration of 15% sulfuric acid, dilute 7.43ml of 70%sulfuric acid in 44.95ml of deionized water. For concentration of 20% sulfuric acid, dilute 7.43ml of 70% sulfuric acid in 30.65ml of deionized water. ml, dilute 7.43 ml of 70% sulfuric acid in 16.34 ml of deionized water for 30% sulfuric acid, and 7.43 ml of 70% sulfuric acid in 9.20 ml of deionized water for 40% sulfuric acid. It is prepared by diluting 7.43 ml of 70% sulfuric acid.

각각의 황산농도 반응성을 파악하기 위해 기 제조한 알코올 용매와 KCl을 섞은 slurry도 7개를 준비한다. To check the reactivity of each sulfuric acid concentration, prepare 7 slurries prepared by mixing alcohol solvent and KCl.

실험순서 order of experiment

KCl 18.82g + Ethyl alcohol 30ml 30분 교반실시한다. 이후, 농도별로 제조한 황산을 1번의 용액 slurry에 농도별로 각각 투입한다. KCl 18.82g + Ethyl alcohol 30ml Stir for 30 minutes. After that, each concentration of sulfuric acid prepared by concentration is added to the solution slurry No. 1 for each concentration.

1시간 교반후 여과를 실시하고 각각 여액의 농도, 고상침전물의 광물상 분석을 진행한다.After stirring for 1 hour, filtration is carried out, and the concentration of each filtrate and the mineral phase of the solid precipitate are analyzed.

여액속 K와 S의 농도를 파악함으로서 알코올 용매에서의 KCl에서 K2SO4의 전환율을 파악할 수 있으며, 추가적으로 광물상 분석을 진행하여 미전환된 KCl이 어떠한 형태의 고상침전물로 남아있는지 알 수 있다. By determining the concentrations of K and S in the filtrate, the conversion rate of K 2 SO 4 in KCl in an alcohol solvent can be determined, and additional mineral phase analysis is performed to determine what type of solid precipitate unconverted KCl remains.

황산 sulfuric acid 농도에따른according to concentration K2SO4K2SO4 전환율 변화 결과 Conversion rate change result

하기 표 2는 여액속의 K와 S의 농도에 대한 ICP 분석 결과이다. 결과에서 알 수 있듯이 황산의 희석배율이 높아질수록 S의 농도가 낮고, K의 농도가 높아짐을 알 수 있다. Table 2 below shows the ICP analysis results for the concentrations of K and S in the filtrate. As can be seen from the results, it can be seen that the higher the dilution factor of sulfuric acid, the lower the concentration of S and the higher the concentration of K.

S의 농도가 낮다는 것은 그만큼 용액 중 용해된 양이 많다는 것을 의미하며, 이는 KCl이 알코올 용매 속에서 황산의 희석배율이 낮을수록 다수 용해되어, K2SO4로 전환이 용이함을 알 수 있다. A low concentration of S means a large amount of dissolved amount in the solution, which means that KCl is dissolved in large numbers as the dilution ratio of sulfuric acid in the alcohol solvent is low, and it can be seen that conversion to K 2 SO 4 is easy.

하지만, 희석배율이 높다는 것은 DI water의 투입량이 많아 K2SO4로 전환은 용이하지만, 생성된 황산 칼륨이 물에 다시 용해되어 전환율은 다소 손해를 볼 수 있다. 이에 따라 황산 농도가 낮은 조건에서의 여액 내 K 농도가 높게 나타난다. However, a high dilution ratio means that the amount of DI water is large, so conversion to K 2 SO 4 is easy, but the resulting potassium sulfate is dissolved again in water, so the conversion rate may suffer somewhat. Accordingly, the K concentration in the filtrate under the condition of low sulfuric acid concentration is high.

이외에 5% 황산에서는 물의 양이 Insoluble인 알코올에 비해 상대적으로 많아 K2SO4가 석출되지 못하고 그대로 물속에 용해되어 존재하는 것으로 보인다.In addition, in 5% sulfuric acid, the amount of water is relatively higher than that of insoluble alcohol, so K 2 SO 4 does not precipitate but appears to be dissolved in water as it is.

[표 2] [Table 2]

Figure 112017056433542-pat00001
Figure 112017056433542-pat00001

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 후 추출된 염의 XRD 성분 분석 결과이다. 1 and 2 are XRD component analysis results of the salt extracted after the reaction according to an embodiment of the present invention.

XRD 광물상 분석결과 황산 농도가 높은 용액에서는 미반응 KCl과 K3H(SO4)2 K(HSO4)의 수소이온 농도가 높은 용액에서 생성되는 물질이 발생하고 K2SO4는 생성되지 않았다. 하지만, 황산농도가 낮아지는 20%에서는 K2SO4가 생성하기 시작하는 것을 확인 할 수 있었고 도 2에서와 같이 10% 황산에서 K2SO4 단일상을 확인할 수 있었다.As a result of XRD mineral phase analysis, in a solution with a high concentration of sulfuric acid, a substance formed in a solution with a high concentration of hydrogen ions of unreacted KCl and K 3 H(SO 4 ) 2 K(HSO 4 ) was generated, but K 2 SO 4 was not generated. However, at 20% where the sulfuric acid concentration was lowered, it was confirmed that K 2 SO 4 was started to be formed, and a single phase of K 2 SO 4 was confirmed in 10% sulfuric acid as shown in FIG. 2 .

도 3은 반응 후 여액 중 성분 분석 결과를 황산의 희석 배율에 따라 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the results of component analysis in the filtrate after the reaction according to the dilution ratio of sulfuric acid.

황산 농도가 높을수록 용액 중 S 농도가 높은 것으로 황산 칼륨이 얻어지지 않은 것으로 판단되며 KCl과 황산이 용액 중 함께 슬러리 상태인 것으로 판단된다. 이는 XRD 결과와도 일치한다. The higher the sulfuric acid concentration, the higher the S concentration in the solution, which indicates that potassium sulfate was not obtained, and it was determined that KCl and sulfuric acid were in a slurry state together in the solution. This is also consistent with the XRD results.

황산 농도가 50%보다 낮아지면서 S의 농도는 낮아지는 것으로 황산칼륨이 생성되었지만, 산성용액에서 K3H(SO4)2 및 K(HSO4)이 소량 생성된 것에 기인한 것으로 XRD 상분석 결과와 일치한다. As the sulfuric acid concentration was lower than 50%, potassium sulfate was produced as the concentration of S was lowered, but K 3 H(SO 4 ) 2 and K(HSO 4 ) were generated in small amounts in the acidic solution, as a result of XRD phase analysis. matches with

하지만 황산농도가 20%에서부터 K2SO4의 생성이 시작되어 10% 희석황산에서 단일 상이 얻어진 것을 도 2에 XRD 상분석 결과를 나타내었다. However, the XRD phase analysis result is shown in FIG. 2 that the generation of K 2 SO 4 started from 20% of the sulfuric acid concentration and a single phase was obtained in 10% diluted sulfuric acid.

즉 황산 농도가 높을 경우(황산의 희석배율이 낮은), 산성 용액에서 KCl이 녹지 않고 남아 용액 중 K 농도가 낮은 것으로 판단되며 황산농도가 낮을수록 KCl이 용해되면서 황산과 반응하고 반응 후 K2SO4는 에탄올에 의해 용해도가 낮아짐에 따라 석출이 일어났다. That is, when the concentration of sulfuric acid is high (the dilution ratio of sulfuric acid is low), KCl remains insoluble in the acidic solution and it is judged that the K concentration in the solution is low. 4 was precipitated as solubility was lowered by ethanol.

이후 낮은 황산농도에서는 DI water에 재용해되어 일반 물에서 반응했던 것과 같이 반응은 일어났으며, 모두 용해되어 목적 생성물을 얻을 수 없는 상태가 되었다. After that, at low sulfuric acid concentration, it was re-dissolved in DI water and the reaction occurred as in general water, and all dissolved and the target product was not obtained.

만약 이 용액에 유기용매의 투입량을 증가시키면 목적 생성물이 석출될 것으로 예상하나 경제성을 고려했을 때 그리 바람직하지 않기 때문에 추가 테스트는 진행하지 않기로 하였다. If the amount of the organic solvent added to this solution is increased, it is expected that the desired product will be precipitated, but since it is not so desirable in consideration of economic feasibility, it was decided not to proceed with the additional test.

다만 반응용액 대비 투입 알코올용매의 양이 부피비로 37 부피%에서 염화 칼륨에서 황산 칼륨으로 전환율이 65.7%로 다소 낮았다. However, the conversion rate from potassium chloride to potassium sulfate was 65.7%, which was rather low at 37% by volume of the amount of the alcohol solvent input compared to the reaction solution.

따라서 추가 실험으로 알코올 용매를 반응 용매 부피 대비 62 부피% (50ml)로 늘려 실험을 진행하였다. Therefore, as an additional experiment, the alcohol solvent was increased to 62% by volume (50ml) relative to the volume of the reaction solvent, and the experiment was carried out.

결과는 알코올용매 양이 늘어남에 따라 전체 용매가 Insoluble 상태의 비율이 높아짐으로써 물속에 용해되어 있던 K2SO4가 추가적으로 석출되었다. As a result, as the amount of alcohol solvent increased, the ratio of the total solvent insoluble state increased, so that K 2 SO 4 dissolved in water was additionally precipitated.

10% 황산의 알코올 37 부피%(30ml) 실험은 전환율 65.7%, 순도는 세척후 98.6% 로 나타났으며, 알코올 62 부피%(50ml) 실험은 전환율 84.3%, 순도는 96.4%의 결과를 얻을 수 있었다.The 10% sulfuric acid alcohol 37% by volume (30ml) experiment showed a conversion rate of 65.7% and the purity was 98.6% after washing, and the 62% alcohol (50ml) experiment showed a conversion rate of 84.3% and a purity of 96.4%. there was.

알코올 회수 실험alcohol recovery experiment

용매로서 사용되었던 알코올의 회수 방법은 분별 증류법을 토대로 실험을 진행하였다. KCl 전환에 사용되었던 알코올의 주요 불순물은 K, Cl, 및 S이다. 표 3에 회수 전 알코올의 ICP 분석결과를 나타내었다. The recovery method of alcohol used as a solvent was tested based on fractional distillation. The main impurities in the alcohol used for KCl conversion are K, Cl, and S. Table 3 shows the ICP analysis results of alcohol before recovery.

[표 3][Table 3]

Figure 112017056433542-pat00002
Figure 112017056433542-pat00002

* 회수 전 알코올의 성분(단위 g/L)* Components of alcohol before recovery (unit g/L)

K, Cl, 및 S가 포함되어있는 500 ml의 알코올 속에는 실제로는 황산 희석 시 사용되었던 물 350 ml, 및 에탄올이 150 ml 존재하고 있다. In 500 ml of alcohol containing K, Cl, and S, 350 ml of water and 150 ml of ethanol, which were actually used for diluting sulfuric acid, are present.

그러므로 분별 증류 시 물은 그대로 남아있어야 하며 알코올만 증발이 되어 증류하는 방법으로 회수를 해야만 한다. 물의 끓는점이 100℃, 에탄올의 끓는점이 78℃라는 점을 감안하여 약 80℃의 온도에서 350 mbar로 감압을 실시하였다. Therefore, during fractional distillation, water must remain as it is, and only alcohol evaporates and must be recovered by distillation. Considering that the boiling point of water is 100°C and the boiling point of ethanol is 78°C, the pressure was reduced to 350 mbar at a temperature of about 80°C.

또한 에탄올 속에 포함된 물의 양이 350 ml이므로 농축액이 350 ml가 될 때까지 감압을 실시하였으며, 실제로도 농축액이 350 ml에서 더 이상 증발이 되지 않고 유지하는 현상을 관찰할 수 있었다. In addition, since the amount of water contained in ethanol was 350 ml, the pressure was carried out until the concentration of the concentrated solution became 350 ml, and in fact, it was observed that the concentrated solution was maintained without evaporating any more at 350 ml.

즉, 80℃, 350 mbar의 감압증발조건에서 에탄올은 증발이 되었으나 물은 증발되지 않는다는 사실을 알 수 있었다. 위의 방법으로 실험한 모식도를 다음과 같이 도 4와 같이 나타내었다.That is, it was found that ethanol was evaporated under reduced pressure evaporation conditions of 80° C. and 350 mbar, but water was not evaporated. A schematic diagram of the experiment performed by the above method is shown in FIG. 4 as follows.

최종 감압증발실험 후 농축된 물의 양은 350 ml였으며, 증류된 에탄올의 양은 150 ml 였다. 이때 ICP 화학성분 분석결과를 표 4에 나타내었다. After the final vacuum evaporation experiment, the amount of concentrated water was 350 ml, and the amount of distilled ethanol was 150 ml. At this time, the ICP chemical composition analysis results are shown in Table 4.

[표 4][Table 4]

Figure 112017056433542-pat00003
Figure 112017056433542-pat00003

* 단위 g/L* Unit g/L

즉, K2SO4 전환 시 유기용매로 사용되었던 알코올은 전량 회수가 가능하며 에탄올 속 불순물의 양도 K(<0.0003 g/L), Cl(0.028 g/L), S(<0.0003 g/L) 로서 재사용이 가능하다고 판단할 수 있다.That is, when converting K 2 SO 4 , the entire amount of alcohol used as an organic solvent can be recovered, and the amount of impurities in ethanol is K (<0.0003 g/L), Cl (0.028 g/L), S (<0.0003 g/L) As such, it can be judged that it can be reused.

본 발명은 상기 구현예 및/또는 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 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments and/or embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may change the technical spirit or essential features of the present invention It will be understood that the present invention may be implemented in other specific forms without not doing so. Therefore, it should be understood that the embodiments and/or embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (10)

염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계;
알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계; 및
상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;
를 포함하고,
상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계;에서,
황산의 농도는 10 내지 15 g/L인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
preparing potassium chloride and sulfuric acid;
reacting after adding the potassium chloride and sulfuric acid to an alcoholic solvent; and
precipitating the potassium sulfate produced by the reaction into a solid phase;
including,
In the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid;
A method for producing potassium sulfate, wherein the concentration of sulfuric acid is 10 to 15 g / L.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계;에서,
전체 반응 용액 100부피%에 대해, 알코올계 용매는 30 부피% 이상인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step of reacting after adding the potassium chloride and sulfuric acid to the alcohol solvent;
With respect to 100% by volume of the total reaction solution, the alcohol-based solvent is a method for producing potassium sulfate that is 30% by volume or more.
제1항에 있어서,
상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;이후,
잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계를 더 포함하는 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method of claim 1,
Precipitating potassium sulfate produced by the reaction into a solid phase;
Method for producing potassium sulfate further comprising the step of separating the alcoholic solvent in the residual filtrate.
제4항에 있어서,
상기 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계;에 의해,
알코올계 용매가 분리된 여액을 상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계의 염화 칼륨 및 황산 원료로 재이용하는 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate; by,
A method for producing potassium sulfate wherein the filtrate from which the alcohol-based solvent is separated is reused as raw materials for potassium chloride and sulfuric acid in the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid.
제4항에 있어서,
상기 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계;는,
분별 증류에 위해 수행되는 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate;
A process for the production of potassium sulfate, which is carried out for fractional distillation.
제1항에 있어서,
상기 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method of claim 1,
The alcohol-based solvent is methanol, ethanol, propanol, butanol, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 염화 칼륨은 리튬을 포함하는 용액으로부터 추출된 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method of claim 1,
The method for producing potassium sulfate, wherein the potassium chloride is extracted from a solution containing lithium.
제8항에 있어서,
상기 리튬을 포함하는 용액은 염수인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method for producing potassium sulfate that the solution containing lithium is brine.
제9항에 있어서,
상기 염화 칼륨은 염수로부터 추출된 염화 나트륨과 염화 칼륨의 부유 선별에 의해 분리되어 수득된 것인 황산 칼륨의 제조 방법.

10. The method of claim 9,
The potassium chloride is a method for producing potassium sulfate that is obtained by separation by flotation of sodium chloride and potassium chloride extracted from brine.

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