KR102399347B1 - Method for producing high-purity hydroxyapatite from sludge during production of Li-compounds - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a preparation method of hydroxyapatite with a purity of 99% or more by converting Ca(OH)_2 and CaO, which are the main components, contained in waste sludge generated during the manufacturing process of a lithium compound for a secondary battery into hydroxyapatite and removing impurity oxides.

Description

리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법{Method for producing high-purity hydroxyapatite from sludge during production of Li-compounds}Method for producing high-purity hydroxyapatite from sludge during production of Li-compounds

본 발명은 2차전지용 리튬화합물 제조공정 중에 발생하는 폐슬러지 내에 포함되어 있는 주성분인 Ca5(PO4)2OH, Ca(OH)2 및 CaO를 수산화아파타이트로 변환시키고 불순산화물을 제거하여 99% 이상의 고순도 수산화아파타이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention converts Ca 5 (PO 4 ) 2 OH, Ca(OH) 2 and CaO, which are main components contained in the waste sludge generated during the lithium compound manufacturing process for secondary batteries, into hydroxide apatite and removes impure oxides to 99% It relates to a method for producing high-purity hydroxyapatite.

현재 2차 전지산업의 근간이 되는 Li2CO3와 LiOH의 Li화합물은 염화물, 산화물 등의 다양한 원료로부터 추출되어 양극재의 원료가 되고 있다.Li compounds of Li 2 CO 3 and LiOH, which are the basis of the current secondary battery industry, are extracted from various raw materials such as chlorides and oxides to become raw materials for cathode materials.

또한 Li 폐전지로부터 유가금속 채취 공정에서도 Li화합물이 제조되고 있다.In addition, Li compounds are being produced in the process of collecting valuable metals from waste Li batteries.

이들 Li화합물 제조 공정 중에 다양한 부산물이 발생하고 있으며, 그 중 인산을 사용하는 경우, 이를 분리하고자 하여 CaO, CaCO3 등의 Ca원료가 사용되고 있다. 이들은 인산과의 반응에서 Ca-P 화합물의 형태로 다량 부산되어 전량 폐기되고 있는 실정이다.Various by-products are generated during the manufacturing process of these Li compounds. Among them, when phosphoric acid is used, Ca raw materials such as CaO and CaCO 3 are used to separate them. These are by-products in the form of Ca-P compounds in a reaction with phosphoric acid, and thus the entire amount is discarded.

현재 2차전지 양극재의 원료가 되는 Li2CO3 및 LiOH 제조공정에서 많은 양의 슬러지가 발생하는데 특히 Ca와 P을 함유한 슬러지가 다량 발생한다.Currently, a large amount of sludge is generated in the manufacturing process of Li 2 CO 3 and LiOH, which are raw materials for secondary battery cathode materials. In particular, a large amount of sludge containing Ca and P is generated.

상기 슬러지는 그 조성이 Ca5(PO4)2OH, Ca(OH)2, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 등으로 이루어지며, 이때 SiO2, Al2O3, Fe2O3의 무기산화물이 혼재된 상태로 부산되어 별다른 사용처 없이 폐기되거나 또는 시멘트 제조시의 Ca공급원 정도로만 사용되고 있는 실정이다.The sludge has a composition of Ca 5 (PO 4 ) 2 OH, Ca(OH) 2 , CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , etc., in which case SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe Inorganic oxides of 2 O 3 are by-products in a mixed state and are either discarded without any specific use or used only as a Ca source in cement manufacturing.

상기 슬러지를 재활용하기 위해서는 주성분인 Ca5(PO4)2OH, Ca(OH)2, CaO 등을 Ca5(PO4)2OH로 변환시키고 백색도 및 순도 저하의 불순성분으로 존재하는 SiO2, Al2O3, Fe2O3 등을 제거하는 것이 바람직하다.In order to recycle the sludge, Ca 5 (PO 4 ) 2 OH, Ca(OH) 2 , CaO, etc., which are main components, are converted into Ca 5 (PO 4 ) 2 OH, and SiO 2 present as an impurity component of lowering whiteness and purity, It is preferable to remove Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and the like.

한편, 수산화아파타이트[Ca10(PO4)·(OH)2]는 인간 신체의 뼈를 구성하는 물질과 성분이 유사하기 때문에 인공뼈 임플란트 재료로 각광을 받고 있다.On the other hand, hydroxyapatite [Ca 10 (PO 4 )·(OH) 2 ] is in the spotlight as an artificial bone implant material because its composition is similar to that of human bones.

이와 더불어, 상기 수산화아파타이트를 생체용 세라믹스의 강화재, 골 결손부의 충진재, 중금속 이온의 교환체, 칼럼 크로마토그래피의 충진재, 단백질, 핵산 등의 생체 고분자 물질이나 아미노산 등의 다양한 용도에 부합되도록 하기 위한 입자 형상 및 크기를 제어하는 기술은 산업적으로도 매우 중요하다.In addition, particles for making the hydroxyapatite suitable for various uses, such as a reinforcing material for bioceramics, a filler for bone defect, a filler for heavy metal ions, a filler for column chromatography, proteins, and biopolymers such as nucleic acids, amino acids, etc. The technology to control the shape and size is also very important industrially.

이와 같은 상황에도 불구하고, 종래 개시되어 있는 대부분의 기술은 특정한 입자 형상의 수산화아파타이트 입자를 제조하는 방법에만 국한되어 있고, 입자의 형상을 다양하게 제조할 수 있는 포괄적인 기술은 현재 제한적이다. In spite of this situation, most of the conventionally disclosed techniques are limited to a method for manufacturing hydroxyapatite particles having a specific particle shape, and a comprehensive technique capable of manufacturing various particle shapes is currently limited.

이로써, 흡착재, 항균 및 방취용 재료 등 다양한 분야에 적용되고 있는 상기 수산화아파타이트가 용도에 맞는 특성을 제공하기 위해, 각 적용 분야별로 고순도와 적합한 입자 형상 및 크기를 가질 것이 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, in order to provide properties suitable for use of the hydroxide apatite, which is being applied to various fields such as adsorbents, antibacterial and deodorizing materials, it is required to have high purity and suitable particle shape and size for each application field.

대한민국 등록특허 10-0492946(등록일자 2005년05월24일)Republic of Korea Patent Registration 10-0492946 (Registration Date May 24, 2005)

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2차전지용 리튬화합물 제조공정 중 발생하는 폐슬러지 내에 포함되어 있는 주성분인 Ca5(PO4)2OH, Ca(OH)2, CaO를 수산화아파타이트로 변환시키고 불순산화물을 제거하여 99% 이상의 고순도 수산화아파타이트를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention converts Ca 5 (PO 4 ) 2 OH, Ca(OH) 2 , CaO, which are main components contained in waste sludge generated during the lithium compound manufacturing process for secondary batteries, into hydroxyapatite. It is an object of the present invention to provide a method for preparing high purity hydroxyapatite of 99% or more by removing impure oxides.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 리튬화합물 제조 공정시 발생하는 폐슬러지를 부유선별하여 상기 폐슬러지로부터 무기산화물을 제거하는 단계(S10); The present invention comprises the steps of removing inorganic oxides from the waste sludge by flotation of waste sludge generated during the lithium compound manufacturing process (S10);

분말상의 칼슘염 및 인산염을 증류수에 용해시킨 후, 젤라틴과 우레아를 첨가하여 용해시켜 혼합수용액을 제조하는 단계(S20);After dissolving powdery calcium salt and phosphate in distilled water, adding and dissolving gelatin and urea to prepare a mixed aqueous solution (S20);

상기 혼합수용액의 pH를 3~13으로 조절하는 단계(S30); adjusting the pH of the mixed aqueous solution to 3 to 13 (S30);

상기 pH를 조절한 혼합수용액을 상기 S10단계를 거친 폐슬러지와 혼합한 후 70~95 ℃의 열을 가하여 수산화아파타이트 침전물을 생성하는 단계(S40); generating a hydroxide apatite precipitate by mixing the pH-adjusted mixed aqueous solution with the waste sludge that has undergone the step S10 and applying heat at 70 to 95° C. (S40);

상기 침전물을 건조하는 단계(S50);를 포함하는, 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법을 제공한다.Drying the precipitate (S50); provides a method for producing high-purity hydroxyapatite using waste sludge generated during production of a lithium compound.

본 발명에 따른, 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법은 다음의 효과를 갖는다.According to the present invention, a method for producing high-purity hydroxide apatite using waste sludge generated during production of a lithium compound has the following effects.

첫째. 리튬화합물 제조시 발생하여 폐기되는 슬러지 부산물을 재활용하여 99% 이상의 고순도 수산화아파타이트를 제조함으로써, 환경오염 방지와 재활용에 따른 고부가가치의 효과를 줄 수 있다.first. By recycling sludge by-products generated and discarded during the production of lithium compounds to produce 99% or more of high-purity hydroxide apatite, it is possible to prevent environmental pollution and provide high added-value effects through recycling.

둘째. 본 발명에 따른 방법은 고상 반응법, 수열합성법 등 장치가 고가이고 소비 에너지가 커서 공업적으로 불리한 종래 방법을 사용하지 않고 매우 간단한 공정으로 진행될 수 있어 대량생산에 매우 적합하다는 장점을 갖는다.second. The method according to the present invention has the advantage of being very suitable for mass production because it can be carried out in a very simple process without using a conventional method, which is industrially disadvantageous due to an expensive apparatus such as a solid-phase reaction method and a hydrothermal synthesis method and high energy consumption.

도 1은 본 발명의 수산화아파타이트 제조방법에 따른 순서도이다.1 is a flowchart according to the method for producing hydroxyapatite according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른, 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법에 대한 구체적인 기술 내용을 실시예 및 도면과 함께 살펴보도록 한다.Hereinafter, detailed technical contents of a method for manufacturing high-purity hydroxyapatite using waste sludge generated during manufacturing a lithium compound according to the present invention will be described along with examples and drawings.

본 발명에서 제시하는 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 후술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments presented in the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the examples described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

도 1에 도시된 바와 같이,As shown in Figure 1,

본 발명에 따른 고순도 수산화아파타이트 제조방법은 The method for producing high-purity hydroxyapatite according to the present invention

리튬화합물 제조 공정시 발생하는 폐슬러지를 부유선별하여 상기 폐슬러지로부터 무기산화물을 제거하는 단계(S10); removing inorganic oxides from the waste sludge by flotation of waste sludge generated during the lithium compound manufacturing process (S10);

분말상의 칼슘염 및 인산염을 증류수에 용해시킨 후, 젤라틴과 우레아를 첨가하여 용해시켜 혼합수용액을 제조하는 단계(S20);After dissolving powdery calcium salt and phosphate in distilled water, adding and dissolving gelatin and urea to prepare a mixed aqueous solution (S20);

상기 혼합수용액의 pH를 3~13으로 조절하는 단계(S30); adjusting the pH of the mixed aqueous solution to 3 to 13 (S30);

상기 pH를 조절한 혼합수용액을 상기 S10단계를 거친 폐슬러지와 혼합한 후 70~95 ℃의 열을 가하여 수산화아파타이트 침전물을 생성하는 단계(S40); generating a hydroxide apatite precipitate by mixing the pH-adjusted mixed aqueous solution with the waste sludge that has undergone the step S10 and applying heat at 70 to 95° C. (S40);

상기 침전물을 건조하는 단계(S50);를 포함한다.and drying the precipitate (S50).

이하, 각 단계별 기술 구성을 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, the technical configuration of each step will be described in more detail.

[ 폐슬러지로부터 무기산화물 제거 단계(S10) ][Step of removing inorganic oxides from waste sludge (S10)]

상기 S10단계는 리튬화합물 제조 공정시 발생하는 폐슬러지를 부유선별함으로써 상기 폐슬러지에 포함되어 있는 무기산화물을 제거하는 단계이다.The step S10 is a step of removing inorganic oxides contained in the waste sludge by flotation of waste sludge generated during the lithium compound manufacturing process.

상기 폐슬러지는 2차전지 양극재의 원료가 되는 Li2CO3 및 LiOH 제조공정에서 많은 양으로 발생되는 슬러지로서, Ca와 P를 함유하고 있는데 그 조성이 Ca5(PO4)2OH, Ca(OH)2, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 등으로 무기물과 혼재된 상태로 존재한다.The waste sludge is sludge generated in a large amount in the manufacturing process of Li 2 CO 3 and LiOH, which is a raw material for a cathode material for a secondary battery, and contains Ca and P, and its composition is Ca 5 (PO 4 ) 2 OH, Ca( OH) 2 , CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 It exists in a mixed state with inorganic substances.

따라서, 부유선별을 통해 SiO2, Al2O3, Fe2O3를 제거한다.Therefore, SiO 2 , Al 2 O 3 , and Fe 2 O 3 are removed through flotation.

부유선별은 부유선광기를 이용하여 유가광물의 철저한 분리, 불순물의 제거는 물론 높은 회수율로 원하는 성분을 얻기 위한 것이다.Flotation is to obtain desired components with high recovery rate as well as thorough separation of valuable minerals and removal of impurities using a flotation machine.

물에 젖는 광물의 친수성(hydrophillic) 표면과 잘 젖지않는 소수성(hydrophobic) 표면을 이용하는 것으로서, 부유선광기에서 공기를 광액속에 주입하면 소수성 표면을 가진 광물이 기포에 붙어 수면 위로 부상하게 되고, 친수성 표면을 가진 광물은 물속에 가라앉게 된다. 이와 같은 방법은 광물의 비중과 관계없이 광물표면이 가지는 특유한 성질 차이로 인해 서로 분리할 수 있는 방법이다.It uses the hydrophilic surface of the mineral wetted with water and the hydrophobic surface that does not wet well. When air is injected into the mineral liquid in the flotation machine, the mineral with a hydrophobic surface is attached to the bubble and floats to the surface of the water surface, and the hydrophilic surface is formed. Minerals with it will sink in the water. Such a method is a method that can be separated from each other due to the difference in the unique properties of the mineral surface regardless of the specific gravity of the mineral.

즉, 상기 부유선별은 광석으로부터 목적으로 하는 광물을 선택적으로 채집하는 방법의 하나로서, 고-액 또는 고-액-기 계면의 계면화학적 성질을 이용한 특정광물을 기포(bubble)에 부착시켜 부상분리하는 방법이다. That is, the flotation is one of the methods of selectively collecting the target mineral from the ore, and attaches a specific mineral using the interfacial chemical properties of the solid-liquid or solid-liquid-phase interface to bubbles to separate them by flotation. way to do it

광석은 각각의 입자가 단일의 광물이 되도록 수중에서 미세하게 분쇄시켜 광액(pulp) 상태로 만들며, 상기 광액에 포수제와 기포제를 적당량 첨가하여 격렬하게 교반시키면 상기 포수제에 의해 표면이 소수성화된 특정광물만 부착시켜 부상 및 회수한다.The ore is finely pulverized in water so that each particle becomes a single mineral to make a mineral liquid (pulp). Only specific minerals are attached to float and recover.

본 발명에 따른 부유선별은 슬러지에 물을 투입하되, 슬러지와 물의 비율이 1: 55 ~ 70 중량비를 이루도록 투입한다. In the flotation according to the present invention, water is added to the sludge, and the ratio of the sludge to water is 1: 55 to 70 by weight.

다음으로, 물이 투입된 슬러지액을 초음파 분쇄기(ultrasonic processor)를 이용하여 1 ~ 3 시간동안 초음파 분쇄과정을 거친다.Next, the water-infused sludge solution is subjected to an ultrasonic pulverization process for 1 to 3 hours using an ultrasonic processor.

다음으로, 초음파 분쇄과정을 거친 슬러지액 중 상층에서 부유하고 있는 부유물을 펌프를 이용하여 자력선별기로 이송한 후, 자력선별기를 통해 상기 슬러지액에 포함되어 있는 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3를 선별하여 제거한다.Next, the suspended matter suspended in the upper layer of the sludge liquid that has undergone the ultrasonic grinding process is transferred to the magnetic separator by using a pump, and then SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 contained in the sludge liquid through the magnetic separator. O 3 is selected and removed.

[ 혼합수용액 제조 단계(S20) ][ Mixed aqueous solution preparation step (S20) ]

상기 S20단계는 분말상의 칼슘염 및 인산염을 증류수에 용해시킨 후, 젤라틴과 우레아를 첨가하여 용해시켜 혼합수용액을 제조하는 단계이다.Step S20 is a step of preparing a mixed aqueous solution by dissolving powdered calcium salt and phosphate in distilled water, and then dissolving by adding gelatin and urea.

즉, 상기 혼합수용액은 칼슘염과 인산염이 혼합된 용액에 젤라틴과 우레아를 첨가함으로써 제공된다.That is, the mixed aqueous solution is provided by adding gelatin and urea to a solution in which calcium salt and phosphate are mixed.

상기 혼합수용액 중의 칼슘염의 농도는 10-3 ~ 1M이 유지되도록 한다. 바람직하게는 농도가 0.01 ~ 0.5M이 되도록 칼슘염을 용해시킨다.The concentration of calcium salt in the mixed aqueous solution is maintained at 10 -3 to 1M. Preferably, the calcium salt is dissolved so that the concentration is 0.01 to 0.5M.

그리고 상기 인산염은, 상기 칼슘염과 인산염에 대한 Ca/P 몰비가 1 ~ 10이 되도록 용해시킨다.And the phosphate is dissolved so that the Ca/P molar ratio to the calcium salt and the phosphate is 1 to 10.

예컨대, 수산화아파타이트의 제조시 상기 Ca/P의 화학량론적 몰비는 약 1.67이지만, 상기 몰비보다 크거나 작은 값을 갖는 혼합수용액도 본 발명에서 사용 가능하다.For example, in the preparation of hydroxyapatite, the stoichiometric molar ratio of Ca/P is about 1.67, but a mixed aqueous solution having a value larger or smaller than the molar ratio may be used in the present invention.

더욱 상세하게는, 상기 Ca/P의 몰비가 1보다 작은 경우에는 건조된 분말에 인산일칼슘 등의 이차상이 잔류하게 되며, 10보다 큰 경우에는 침전물에 칼슘염이 존재하여 순수한 아파타이트의 생성이 곤란하므로, 상기 Ca/P 몰비 1~10을 유지하는 것이 바람직하다.More specifically, when the molar ratio of Ca/P is less than 1, a secondary phase such as monocalcium phosphate remains in the dried powder, and when it is greater than 10, calcium salt is present in the precipitate, making it difficult to produce pure apatite. Therefore, it is preferable to maintain the Ca/P molar ratio of 1 to 10.

상기 칼슘염은 질산칼슘(Ca(NO3)2), 염화칼슘(CaCl2) 또는 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 염을 사용한다.The calcium salt is calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ), or calcium acetate (Ca(CH 3 CO 2 ) 2 ) Any one or two or more salts selected from among them are used.

상기 인산염은 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4) 및 제2인산암모늄((NH4)2HPO4) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 염을 사용한다.The phosphate salt is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sodium phosphate monobasic (NaH 2 PO 4 ), sodium phosphate dibasic (Na 2 HPO 4 ), potassium phosphate monobasic (KH 2 PO 4 ), potassium phosphate dibasic (K 2 HPO 4 ), monoammonium phosphate ((NH 4 )H 2 PO 4 ), and diammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) Any one or two or more kinds of salts selected from the group are used.

상기 혼합수용액에 첨가하는 젤라틴은 수산화아파타이트가 생성되기 전단계인 전구체로서 중간 반응물인 인산칼슘화합물의 크기를 고르게하여 침전시키는 역할을 한다.The gelatin added to the mixed aqueous solution is a precursor, which is a step before the formation of hydroxyapatite, and plays a role in precipitating the calcium phosphate compound as an intermediate reactant by evening the size.

상기 혼합수용액에 첨가하는 젤라틴(Sigma)은 농도를 10-3 ~ 1M, 바람직하게는 0.01 ~ 0.5M로 하여 용해시킨다.Gelatin (Sigma) added to the mixed aqueous solution is dissolved at a concentration of 10 -3 to 1M, preferably 0.01 to 0.5M.

또한 상기 혼합수용액에 첨가하는 우레아는 농도를 2×10-3 ~ 2M로, 바람직하게는 0.02 ~ 1.0M로 하여 용해시킨다.In addition, the urea added to the mixed aqueous solution is dissolved at a concentration of 2×10 -3 to 2M, preferably 0.02 to 1.0M.

상기 젤라틴의 농도가 1M를 초과하여 그 함량이 너무 많으면 인산칼슘화합물 생성 수율이 낮고, 10-3M 미만으로 미량일 경우에는 균일한 크기의 인산칼슘화합물을 얻기 어려우므로, 상기한 바와 같이 10-3 ~ 1M의 농도범위를 유지하는 것이 바람직하다.If the concentration of the gelatin exceeds 1M and the content is too large, the yield of calcium phosphate compound production is low, and when the concentration is less than 10 -3 M, it is difficult to obtain a calcium phosphate compound of a uniform size . It is preferable to maintain the concentration range of 3 ~ 1M.

상기 우레아는 반응 온도가 70 ℃ 이상인 경우, 다음의 반응식 1에서와 같이 물에 가수분해가 되어 pH를 높일뿐 만 아니라 OH기를 지속적으로 제공하여 중간반응물로부터 수산화아파타이트로의 상전이를 촉진시키는 역할을 한다.When the reaction temperature is 70 ° C. or higher, the urea is hydrolyzed in water as shown in the following Reaction Scheme 1 to increase the pH and continuously provide OH groups to promote the phase transition from the intermediate reactant to hydroxyapatite. .

[ 반응식 1 ][ Scheme 1 ]

(NH2)2CO + 3H2O → 2NH4 + + 2OH + CO2 (NH 2 ) 2 CO + 3H 2 O → 2NH 4 + + 2OH + CO 2

[ 혼합수용액의 pH 조절 단계(S30) ][ pH adjustment step of the mixed aqueous solution (S30) ]

상기 S30단계는 각종 유·무기산과 염기를 이용하여 상기 혼합수용액의 pH를 3 ~ 13으로 조절하는 단계이다.The step S30 is a step of adjusting the pH of the mixed aqueous solution to 3 to 13 using various organic and inorganic acids and bases.

상기 유기산의 예로는 시트르산이다.An example of the organic acid is citric acid.

상기 무기산의 예로는 염산, 황산, 질산 또는 과염소산이다.Examples of the inorganic acid are hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid or perchloric acid.

상기 염기의 예로는 수산화나트륨 수용액이다.An example of the base is an aqueous sodium hydroxide solution.

상기 pH 값에 따라 초기 생성되는 중간 반응물 종류 및 그 형태가 달라지고, 그에 따라 이후 최종적으로 생성되는 수산화아파타이트의 형상과 입도가 결정되므로, 상기 제시된 범위 내에서 상기 혼합수용액의 pH를 유지하는 것이 바람직하다.Since the type and form of the intermediate reactant initially produced varies depending on the pH value, and thus the shape and particle size of the hydroxyapatite finally produced thereafter, it is preferable to maintain the pH of the mixed aqueous solution within the range presented above. Do.

[ 수산화아파타이트 침전물 생성 단계(S40) ][ hydroxyapatite precipitate generation step ( S40 ) ]

상기 S40단계는 상기 혼합수용액에 열을 가하여 반응시켜 수산화아파타이트 침전물을 생성하는 단계이다.The step S40 is a step of generating a hydroxide apatite precipitate by applying heat to the mixed aqueous solution and reacting it.

이때 열에 의해 가해지는 온도범위는 30 ~ 200 ℃의 범위이며, 바람직하게는 70 ~ 95 ℃이다.At this time, the temperature range applied by heat is in the range of 30 ~ 200 ℃, preferably 70 ~ 95 ℃.

이때, 상기 반응을 위한 온도가 30 ℃ 미만으로 유지되는 경우에는 중간반응물로부터 수산화아파타이트로 상전이 되는 시간이 길어져 대량생산에 문제점이 있고, 온도가 200 ℃를 초과하여 유지하게 되는 경우에는 수산화아파타이트로 상전이되는 시간이 짧아지기는 하나 압력용기가 필요하기 때문에 이 또한 대량생산에 바람직하지 않다는 단점이 있다.At this time, when the temperature for the reaction is maintained below 30 ℃, the time for the phase change from the intermediate reactant to hydroxyapatite is long, so there is a problem in mass production. Although the production time is shortened, since a pressure vessel is required, this also has the disadvantage that it is not desirable for mass production.

따라서, 상기 열을 가하여 유지되는 반응온도 범위는 30 ~ 200 ℃를 유지하는 것이 바람직하다.Therefore, the reaction temperature range maintained by applying the heat is preferably maintained at 30 ~ 200 ℃.

특히 반응온도를 70 ~ 95 ℃ 범위 내에서 유지하게 되는 경우에는 압력용기가 필요치 않고 간단한 용기에서 수산화아파타이트 상전이 반응을 진행할 수 있으므로 보다 바람직한 온도범위라고 할 수 있다.In particular, when the reaction temperature is maintained within the range of 70 ~ 95 ℃, it can be said that a more preferable temperature range because a pressure vessel is not required and the hydroxideapatite phase change reaction can be carried out in a simple vessel.

상기 제시된 30 ~ 200 ℃의 반응온도 조건에서의 반응시간은 2 ~ 96시간이다. 바람직하게는 2 ~ 24시간이다.The reaction time at the reaction temperature condition of 30 ~ 200 ℃ given above is 2 ~ 96 hours. Preferably it is 2 to 24 hours.

상기 반응시간이 2시간 미만으로 유지되는 경우에는, 시간이 너무 짧아 수산화아파타이트를 수득하기 어렵고, 96 시간을 초과하게 되는 경우에는 시간이 너무 길어 공정효율적인 측면에서 비경제적이므로, 상기 반응시간은 2 ~ 96시간의 범위내로 유지하는 것이 바람직하다.When the reaction time is kept less than 2 hours, it is difficult to obtain hydroxyapatite because the time is too short, and when it exceeds 96 hours, the time is too long and it is uneconomical in terms of process efficiency, so the reaction time is 2 ~ It is preferable to keep it within the range of 96 hours.

또한 필요에 따라서는 상기 혼합수용액을 교반할 수도 있는데 반응 전 과정 중 반응 초기 일부 구간에서만 선택적으로 교반할 수도 있다.In addition, if necessary, the mixed aqueous solution may be stirred, and may be selectively stirred only in a portion of the initial reaction period during the entire reaction process.

상기 S30단계에서 조절된 pH 값에 따라서 S40단계에서는 중간 반응물로서 DCPA(Dicalcium phosphate anhydrate), OCP(Octacalcium phosphate) 또는 ACP (amorphous calcium phosphate)의 인산칼슘화합물이 먼저 생성된 다음 수산화아파타이트로 상전이 된다. 물론 처음부터 수산화아파타이트로 생성이 되는 경우도 있다.According to the pH value adjusted in step S30, in step S40, as an intermediate reactant, a calcium phosphate compound of DCPA (Dicalcium phosphate anhydrate), OCP (Octacalcium phosphate), or ACP (amorphous calcium phosphate) is first generated, and then the phase change to hydroxyapatite. Of course, there are cases where it is produced from the beginning as hydroxyapatite.

다음의 표 1은 0.02 M의 칼슘염 농도와 Ca/P비는 1, 0.02 M의 젤라틴, 그리고 0.04 M의 우레아를 용해시킨 혼합수용액의 pH를 조절하여 반응 시간에 따른 초기 생성물, 중간 반응물과 최종 생성물(HAp) 및 그 형상을 정리한 것이다.The following Table 1 shows the initial product, intermediate reactant and final product according to the reaction time by adjusting the pH of the mixed aqueous solution in which the calcium salt concentration of 0.02 M and the Ca/P ratio of 1, 0.02 M gelatin and 0.04 M urea were dissolved. The product (HAp) and its shape are summarized.

pH조건pH conditions 4.74.7 7.57.5 1010 1313 0hr0hr 침전없음no precipitation HAp(엽상)HAp (leaf) ACP(구형)ACP (older) ACP(침상)ACP (bed) 2hr2hr OCP(휘스커형태)OCP (whisker type) HApHAp HApHAp HApHAp 12hr12hr OCP, HApOCP, HAp HApHAp HApHAp HApHAp 24hr24hr HAp(휘스커 형태)HAp (whisker form) HAp(엽상)HAp (leaf) HAp(침상)HAp (bed) HAp(구형)HAp (older)

[ 침전물 건조 단계(S50) ][ Precipitate drying step (S50) ]

상기 S50단계는 상기 S40단계에서 생성된 수산화아파타이트 침전물을 여과한 후 건조시켜 분말 형태의 수산화아파타이트를 제조하는 단계이다.In step S50, the hydroxide apatite precipitate produced in step S40 is filtered and dried to prepare a powder form of hydroxide apatite.

상기 건조는 상압의 조건에서 25 ~ 200 ℃의 온도에서 이루어지는 일반 건조방식이 적용되나, 바람직하게는 동결건조하는 것이다.For the drying, a general drying method made at a temperature of 25 to 200° C. under atmospheric pressure is applied, but preferably freeze-drying.

상기 일반 건조방식의 경우, 물의 표면장력으로 인하여 입자간의 응집을 발생시킬 우려가 있고 침전물 내에 갇혀 있는 물 분자의 급격한 증발로 인하여 입자 구조가 손상될 우려가 있으므로, 동결건조방식을 취하는 것이 바람직하다.In the case of the general drying method, there is a risk of aggregation between particles due to the surface tension of water, and there is a risk of damage to the particle structure due to rapid evaporation of water molecules trapped in the sediment.

상기 동결건조방식은 입자의 응집을 억제하여 미세한 분말을 얻을 수 있기 때문이다.This is because the freeze-drying method suppresses aggregation of particles to obtain a fine powder.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 pH 조절에 따라 수산화아파타이트를 휘스커, 침상, 엽상 및 구형 중 어느 하나의 형상을 가지도록 제조할 수가 있다. As described above, according to the present invention, hydroxyapatite can be manufactured to have any one shape among whiskers, needles, lobes and spherical shapes according to pH control.

특히 형상에 따라 별개의 공정을 이용하는 것이 아니라, 하나의 공정 안에서 pH 조절을 통해, 중간 반응물의 종류를 달리하고 그것의 상전이로부터 다양한 형태의 수산화아파타이트를 얻을 수 있다.In particular, instead of using a separate process according to the shape, it is possible to obtain various types of hydroxyapatite by changing the type of the intermediate reactant and from the phase transition by adjusting the pH in one process.

상기 표 1을 통해 제시한 바와 같이, pH가 낮은 구간에서는 휘스커 형태가 얻어지며 pH가 높아질수록 엽상, 침상, 구형으로 그 형태가 달라진다.As shown in Table 1, a whisker shape is obtained in a section with a low pH, and as the pH increases, the shape changes to a leaf shape, a needle shape, and a spherical shape.

이렇게 하나의 공정 내에서 휘스커, 엽상, 침상 및 구형 수산화아파타이트를 수득하는 기술은 본 발명 이전에 알려진 바가 없다. A technique for obtaining whiskers, lobes, needles and spherical hydroxyapatite in one process was not known prior to the present invention.

이와 같이, 본 발명에서 제시하는 비교적 간단한 침전 공정에 의해 다양한 형태의 수산화아파타이트를 제조할 수 있어, 제조공정의 단순화를 통해 원가 절감이 가능하고 이를 기반으로 대량생산에 보다 유리하다.As described above, various types of hydroxyapatite can be manufactured by the relatively simple precipitation process presented in the present invention, and thus the cost can be reduced through the simplification of the manufacturing process, and based on this, it is more advantageous for mass production.

이하, 전술한 본 발명의 다양한 측면을 구체적인 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다. 다음에 제시하는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니라, 본 발명을 구현하는 일부 예시적인 것에 불과하다.Hereinafter, various aspects of the present invention described above will be described in more detail through specific examples. The examples presented below are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely exemplary for implementing the present invention.

다음의 실시예 1은 본 발명에 따른, 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 생성 메커니즘을 제시한다.The following Example 1 presents a mechanism for generating high-purity hydroxyapatite using waste sludge generated during the production of a lithium compound according to the present invention.

[ pH 4.7에서 휘스커 형태의 수산화아파타이트 제조 ][Preparation of hydroxyapatite in whisker form at pH 4.7]

Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해한 후, 젤라틴(10 mmol)과 우레아(20 mmol)를 첨가하여 용해시켜 혼합수용액을 제조한다.Ca(NO 3 ) 2 (10 mmol, powder) and NaH 2 PO 4 (10 mmol, powder) were dissolved in 500 ml of distilled water, and then gelatin (10 mmol) and urea (20 mmol) were added and dissolved to prepare a mixed aqueous solution do.

질산(HNO3)을 이용하여 상기 혼합수용액의 pH를 4.7로 조절한다.The pH of the mixed aqueous solution is adjusted to 4.7 using nitric acid (HNO 3 ).

상기 pH를 조절한 혼합수용액과 슬러지를 혼합한 후, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시킨다.After mixing the pH-adjusted mixed aqueous solution and sludge, it is placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and reacted in an oven at 90°C.

상기 반응과정을 통해 생성된 중간 반응물 및 최종 결과물에 대해 X선 회절분석을 행하였으며, 형상 및 크기를 관찰하고자 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였다.X-ray diffraction analysis was performed on the intermediate reactants and final products generated through the reaction process, and images were taken with a scanning electron microscope (SEM) to observe the shape and size.

상기 실시예 1에서 반응 시간에 따라서 생성되는 중간 반응물인 인산칼슘화합물과 최종적으로 생성된 수산화아파타이트의 X선 회절패턴 확인 결과, 반응 초기에는 OCP(octacalcium phosphate, Ca8(HPO4)2(PO4)5H2O)가 생성되고 시간이 진행됨에 따라서 수산화아파타이트로 상전이되어 가는 과정을 볼 수 있었다.As a result of confirming the X-ray diffraction pattern of the calcium phosphate compound, which is an intermediate reactant produced according to the reaction time in Example 1, and the finally produced hydroxide apatite, at the beginning of the reaction, OCP (octacalcium phosphate, Ca 8 (HPO 4 ) 2 (PO 4 ) ) 5H 2 O) was formed and as time progressed, the phase transition to hydroxyapatite was observed.

상기 실시예 1을 통해, 상기 혼합수용액 내에서 합성된 수산화아파타이트 휘스커는 휘스커 형태의 OCP(octacalcium phosphate, Ca8(HPO4)2(PO4)5H2O)가 먼저 생성된 뒤에 수산화아파타이트로 상전이 석출됨을 확인할 수 있었다.In Example 1, the hydroxyapatite whisker synthesized in the mixed aqueous solution was octacalcium phosphate (OCP, Ca 8 (HPO 4 ) 2 (PO 4 ) 5H 2 O) in the form of a whisker, after which hydroxyapatite was first generated. It was confirmed that the phase phase was precipitated.

이로써, 인체 이식용 고강도 아파타이트 복합체로서 요구되는 휘스커 형태 아파타이트 입자를 제공할 수 있음을 상시 실시예 1을 통해 확인할 수 있었다.Accordingly, it was confirmed through Example 1 that it was possible to provide whisker-shaped apatite particles required as a high-strength apatite composite for human transplantation.

[ pH 7.5에서 엽상의 수산화아파타이트 제조 ][Preparation of foliar hydroxyapatite at pH 7.5]

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 혼합수용액을 제조한 후 암모니아를 이용하여 pH를 7.5로 조절하고, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시켰다.After preparing a mixed aqueous solution under the same conditions as in Example 1, the pH was adjusted to 7.5 using ammonia, placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and reacted in an oven at 90°C.

상기 실시예 2에 따른, 반응 시간에 따라서 생성되는 생성물의 X선 회절패턴 확인 결과, pH 7.5 조건에서는 반응 초기부터 엽상의 수산화아파타이트가 생성되고 일정한 반응 시간이 지나도 엽상의 수산화아파타이트가 계속 유지되는 것을 확인할 수 있었다.As a result of confirming the X-ray diffraction pattern of the product produced according to the reaction time according to Example 2, foliar hydroxide apatite was generated from the beginning of the reaction under the condition of pH 7.5, and even after a certain reaction time, the foliar hydroxide apatite was continuously maintained. could check

본 실시예 2를 통해, 골 충진재 및 고무와 제지의 충진재로 사용하는 판상의 수산화아파타이트 입자를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.Through this Example 2, it was confirmed that plate-shaped hydroxyapatite particles used as bone fillers and rubber and paper fillers could be obtained.

[ pH 10에서 구형의 ACP(amorphous calcium phosphate)와 침상의 수산화아파타이트 제조 ][Preparation of spherical ACP (amorphous calcium phosphate) and needle-shaped hydroxyapatite at pH 10]

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 혼합수용액을 제조한 후 암모니아를 이용하여 pH를 10으로 조절하고, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시켰다.After preparing a mixed aqueous solution under the same conditions as in Example 1, the pH was adjusted to 10 using ammonia, placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and reacted in an oven at 90°C.

실시예 3에 따른, 반응 시간에 따라서 생성되는 중간 반응물인 인산칼슘화합물과 최종적으로 생성된 수산화아파타이트의 X선 회절패턴과, 반응 초기 침전물과 최종적으로 얻어진 수산화아파타이트의 SEM 사진 분석결과, 반응 초기에는 구형의 ACP(amorphous calcium phosphate)가 생성되고 일정한 반응 시간이 지나면 길이 100 ~ 200 nm의 침상 수산화아파타이트가 생성됨을 확인할 수 있었다.According to Example 3, the X-ray diffraction pattern of the calcium phosphate compound, which is an intermediate reactant produced according to the reaction time, and the finally formed hydroxide apatite according to Example 3, and the SEM photograph analysis results of the initial reaction precipitate and the finally obtained hydroxide apatite, at the initial stage of the reaction It was confirmed that spherical amorphous calcium phosphate (ACP) was generated and needle-shaped hydroxyapatite having a length of 100 to 200 nm was formed after a certain reaction time.

[ pH 13에서 침상의 ACP와 구형의 수산화아파타이트 제조 ][Preparation of needle-like ACP and spherical hydroxyapatite at pH 13]

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 혼합 수용액을 제조한 후 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 pH를 13으로 조절하고, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시켰다.After preparing a mixed aqueous solution under the same conditions as in Example 1, the pH was adjusted to 13 using sodium hydroxide (NaOH), placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and reacted in an oven at 90 ° C.

실시예 4에 따른, 반응 시간에 따라서 생성되는 중간 반응물인 인산칼슘화합물과 최종적으로 생성된 수산화아파타이트의 X선 회절패턴과, 반응 초기 침전물과 최종적으로 얻어진 수산화아파타이트의 SEM 사진 분석결과, 반응 초기에 침상의 ACP(amorphous calcium phosphate)가 생성되고 일정한 반응 시간이 지나면 길이가 20 ~ 30nm인 구형의 수산화아파타이트를 균일한 입도 분포로 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.As a result of the X-ray diffraction pattern of the calcium phosphate compound, which is an intermediate reactant produced according to the reaction time, and the finally formed hydroxide apatite according to Example 4, and the SEM photo analysis of the initial reaction precipitate and the finally obtained hydroxide apatite, at the initial stage of the reaction It was confirmed that acicular amorphous calcium phosphate (ACP) was produced and, after a certain reaction time, spherical hydroxyapatite having a length of 20 to 30 nm could be obtained with a uniform particle size distribution.

상기 실시예 4에 따르면, 약물 담체 또는 금속 임플란트의 표면 코팅재로서의 구형 아파타이트 입자를 제공할 수 있다. 특히 구형 입자의 크기가 나노미터 수준으로 얻어지기 때문에 나노미터 수준 내지 수 마이크로미터 수준의 입자 크기를 필요로 하는 의료 분야에서 사용되기에 매우 적합하다.According to Example 4, it is possible to provide spherical apatite particles as a drug carrier or a surface coating material for a metal implant. In particular, since the size of the spherical particles is obtained at the nanometer level, it is very suitable for use in the medical field requiring a particle size of a nanometer level to several micrometers level.

[ 우레아 10 mmol을 첨가하여 휘스커 형태의 수산화아파타이트 제조 ][Preparation of hydroxyapatite in whisker form by adding 10 mmol of urea]

우레아 양을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진행하였다. Except for the amount of urea, the same conditions as in Example 1 were performed.

즉, Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 젤라틴(10 mmol)과 우레아(10 mmol)를 용해시켜 혼합수용액을 제조한 후, HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절하였다. That is, Ca(NO 3 ) 2 (10 mmol, powder) and NaH 2 PO 4 (10 mmol, powder) were dissolved in 500 ml of distilled water, and gelatin (10 mmol) and urea (10 mmol) were dissolved to prepare a mixed aqueous solution. Then, the pH of the aqueous solution was adjusted to 4.7 using HNO 3 .

그런 다음, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있도록 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시켰다.Then, it was put in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and reacted in an oven at 90 °C.

실시예 15에 따라 최종적으로 얻어진 수산화아파타이트의 SEM 사진분석결과, 실시예 1과 마찬가지로, 50 ~ 100 ㎛ 길이의 휘스커 수산화아파타이트를 얻을 수 있었다.As a result of SEM photo analysis of the hydroxyapatite finally obtained according to Example 15, as in Example 1, whisker hydroxyapatite having a length of 50 to 100 μm was obtained.

이하에서는, 상기 제시한 실시예들과 비교하여 살펴볼 수 있는 비교예에 대해 살펴보도록 한다.Hereinafter, a comparative example that can be looked at by comparing with the examples presented above will be described.

[비교예 1][Comparative Example 1]

[ 우레아를 첨가하지 않은 경우 ][ When urea is not added ]

Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500 ㎖ 증류수에 용해한 후에, 우레아는 첨가하지 않고 젤라틴(10 mmol)만 첨가하여 용해시켰다.After dissolving Ca(NO 3 ) 2 (10 mmol, powder) and NaH 2 PO 4 (10 mmol, powder) in 500 ml distilled water, urea was not added and only gelatin (10 mmol) was added and dissolved.

HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절한 후에 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절하였다. After adjusting the pH of the aqueous solution to 4.7 using HNO 3 , it was placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and the pH of the aqueous solution was adjusted to 4.7 using HNO 3 .

비교예 1을 통해 얻어진 수산화아파타이트의 SEM 사진 분석결과, As a result of SEM photo analysis of hydroxyapatite obtained in Comparative Example 1,

이렇게 우레아를 첨가하지 않은 경우에는 무정형일 뿐만 아니라 침전된 분말이 극소량으로 우레아를 첨가하는 본 발명에 따른 실시예의 경우보다 수율이 현저하게 떨어진다.In this way, when urea is not added, the yield is significantly lower than in the case of the example according to the present invention in which urea is added in a very small amount to the precipitated powder as well as amorphous.

[비교예 2][Comparative Example 2]

[ 젤라틴을 첨가하지 않은 경우 ][ When gelatin is not added ]

Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 젤라틴은 첨가하지 않고 우레아(20 mmol)만 용해시켜 혼합수용액을 제조하였다. HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절한 후에 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시켰다.A mixed aqueous solution was prepared by dissolving Ca(NO 3 ) 2 (10 mmol, powder) and NaH 2 PO 4 (10 mmol, powder) in 500 ml distilled water and only urea (20 mmol) without adding gelatin. After adjusting the pH of the aqueous solution to 4.7 using HNO 3 , it was placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature, and reacted in an oven at 90 ° C.

최종적으로 얻어진 수산화아파타이트의 SEM 사진 분석결과, 전반적으로 무정형이고 젤라틴을 첨가하는 본 발명에 따른 실시예의 경우보다 크기의 균일도가 매우 떨어지는 것을 알 수 있었다.As a result of the SEM photo analysis of the finally obtained hydroxyapatite, it was found that the uniformity of size was much lower than in the case of the example according to the present invention, which was generally amorphous and gelatin was added.

[비교예 3][Comparative Example 3]

[ 우레아 및 젤라틴을 첨가하지 않은 경우 ][ Without urea and gelatin added ]

Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고, 우레아와 젤라틴은 첨가하지 않고 HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절하였다. 그리고 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90 ℃ 오븐에서 반응시켰다.Ca(NO 3 ) 2 (10 mmol, powder) and NaH 2 PO 4 (10 mmol, powder) were dissolved in 500 ml distilled water, and the pH of the aqueous solution was adjusted to 4.7 using HNO 3 without adding urea and gelatin. . Then, it was placed in a Corning bottle to react at a constant pressure and temperature and reacted in an oven at 90 °C.

최종적으로 얻어진 수산화아파타이트의 SEM 사진 분석결과, 매우 조대한 무정형의 입자가 생성되고 우레아와 젤라틴을 모두 첨가하는 본 발명에 따른 실시예에 비하여 크기의 균일도가 매우 떨어진다는 것을 알 수 있었다.As a result of SEM photo analysis of the finally obtained hydroxyapatite, it was found that very coarse amorphous particles were generated and the size uniformity was very poor compared to the Example according to the present invention in which both urea and gelatin were added.

상기 제시한 비교예들로부터, pH 조절에 따라 휘스커, 엽상, 침상, 구형 등 원하는 형상의 수산화아파타이트를 얻기 위해서는 본 발명에서 제시하는 바와 같이 우레아와 젤라틴의 사용이 필수적이다.From the comparative examples presented above, it is essential to use urea and gelatin as suggested in the present invention in order to obtain hydroxyapatite having a desired shape, such as whisker, leaf shape, needle shape, or spherical shape, according to pH control.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 기반으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 제시된 실시예에 한정되지 않는다.As described above, it has been described based on the preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the embodiment presented above.

본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능하다는 것은 명백하다.It is clear that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

본 발명의 예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.Examples of the invention are to be considered in all respects, illustrative and non-limiting, which is intended to include the scope of the invention as indicated by the appended claims, the scope of equivalents of the claims and all modifications within the means, rather than the detailed description therein. will be.

본 발명에 따른 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법은 고상반응법, 수열합성법 등의 장치가 고가이고 소비에너지가 커서 공업적으로 불리한 방법에 의하지 않고도 매우 간단한 공정으로 진행될 수 있어 대량생산에 매우 적합하다는 장점을 갖고 있어 산업상 이용가능성이 크다.The method for producing high-purity hydroxide apatite using waste sludge generated during the production of lithium compounds according to the present invention is a very simple process without industrially disadvantageous methods due to the high cost of equipment such as the solid-phase reaction method and hydrothermal synthesis method and high energy consumption. It has the advantage of being very suitable for mass production, and therefore has great industrial applicability.

Claims (7)

리튬화합물 제조 공정시 발생하는 폐슬러지를 부유선별하여 제거하되, 슬러지와 물의 비율이 1: 55~70 중량비를 이루도록 상기 슬러지에 물을 투입한 후, 물이 투입된 슬러지액을 초음파 분쇄기(ultrasonic processor)를 이용하여 1~3 시간동안 초음파 분쇄과정을 거친 슬러지액에 포함되어 있는 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3를 자력선별기를 통해 제거하는 단계(S10)와,
분말상의 칼슘염 및 인산염을 증류수에 용해시킨 후, 젤라틴과 우레아를 첨가하여 용해시켜 혼합수용액을 제조하는 단계(S20);
상기 혼합수용액의 pH를 3~13으로 조절하는 단계(S30);
상기 pH를 조절한 혼합수용액을 상기 S10단계를 거친 폐슬러지와 혼합한 후 70~95 ℃의 열을 가하여 수산화아파타이트 침전물을 생성하는 단계(S40);
상기 침전물을 건조하는 단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법.
The waste sludge generated during the lithium compound manufacturing process is removed by flotation, but water is added to the sludge so that the ratio of sludge to water is 1: 55 to 70 by weight, and then the sludge liquid into which water is added is treated with an ultrasonic processor (ultrasonic processor) removing SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 contained in the sludge solution subjected to ultrasonic grinding for 1 to 3 hours using a magnetic separator (S10);
After dissolving the powdery calcium salt and phosphate in distilled water, adding and dissolving gelatin and urea to prepare a mixed aqueous solution (S20);
adjusting the pH of the mixed aqueous solution to 3 to 13 (S30);
generating a hydroxide apatite precipitate by mixing the pH-adjusted mixed aqueous solution with the waste sludge that has undergone the step S10 and applying heat at 70 to 95° C. (S40);
Drying the precipitate (S50); A method for producing high-purity hydroxyapatite using waste sludge generated during production of a lithium compound, characterized in that it comprises a.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
칼슘염은 질산칼슘(Ca(NO3)2), 염화칼슘(CaCl2) 또는 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법.
The method according to claim 1,
Calcium salt is any one or two or more selected from calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ), or calcium acetate (Ca(CH 3 CO 2 ) 2 ) When preparing a lithium compound A method for producing high-purity hydroxyapatite using the generated waste sludge.
청구항 1에 있어서,
인산염은 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4) 또는 제2인산암모늄((NH4)2HPO4) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법.
The method according to claim 1,
Phosphate is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sodium phosphate monobasic (NaH 2 PO 4 ), sodium phosphate dibasic (Na 2 HPO 4 ), potassium phosphate monobasic (KH 2 PO 4 ), potassium phosphate dibasic (K 2 ) HPO 4 ), monoammonium phosphate ((NH 4 )H 2 PO 4 ) or diammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) A method for producing high-purity hydroxyapatite using the generated waste sludge.
청구항 1에 있어서,
혼합수용액의 젤라틴 농도는 10-3 ~ 1 M이고, 우레아 농도는 2×10-3 ~ 2 M인 것을 특징으로 하는 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing high-purity hydroxyapatite using waste sludge generated during the production of lithium compounds, characterized in that the gelatin concentration of the mixed aqueous solution is 10 -3 to 1 M, and the urea concentration is 2×10 -3 to 2 M.
청구항 1에 있어서,
S40단계는 혼합수용액을 압력용기에 넣어 열을 가하는 것을 특징으로 하는 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법.
The method according to claim 1,
Step S40 is a method for producing high-purity hydroxide apatite using waste sludge generated during the production of a lithium compound, characterized in that heat is applied by putting the mixed aqueous solution in a pressure vessel.
청구항 1에 있어서,
S30단계의 후단에,
혼합수용액의 pH조절을 통해, 수산화아파타이트와는 다른 상을 갖는 중간 반응물을 생성하는 단계(S60);
상기 중간 반응물로부터 수산화아파타이트로 상전이하는 단계(S70)를 더 포함하며,
상기 중간 반응물은 OCP(Octacalcium phosphate) 또는 ACP(amorphous calcium phosphate)인 것을 특징으로 하는 리튬화합물 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 고순도 수산화아파타이트 제조방법.





The method according to claim 1,
At the end of step S30,
generating an intermediate reactant having a phase different from that of hydroxyapatite by adjusting the pH of the mixed aqueous solution (S60);
Further comprising the step (S70) of phase transition from the intermediate reactant to hydroxyapatite,
The intermediate reactant is OCP (Octacalcium phosphate) or ACP (amorphous calcium phosphate), characterized in that the high-purity hydroxyapatite production method using waste sludge generated during the production of a lithium compound.





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