KR102560360B1 - 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 (a) 소정의 물과, 지방산 및 계면활성제를 혼합하여 코팅제를 제조하기 위한 코팅제 조성단계; (b) 분말 형태의 원료와 소정 비율의 물을 충진하고, 상기 코팅제 조성단계에서 조성된 코팅제를 투입하여 가열 및 교반을 통해 분말의 표면을 코팅하기 위한 습식코팅단계; (c) 상기 습식코팅단계의 혼합액 중 필터프레스에 의해 슬러지와 공정수를 분리하기 위한 슬러지 분리단계; (d) 상기 슬러지 분리단계에 추출된 슬러지를 건조하기 위한 건조단계; 및 (e) 상기 건조단계를 통해 건조된 슬러지를 저장하고, 포장하는 코팅완료단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 슬러지 분리단계에서 분리된 공정수를 회수하여 상기 습식코팅단계로 재순환시키는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 난연제인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 분말을 지방산으로 습식코팅 시, 발생하는 공정수를 방류하거나, 폐수처리하지 않고, 회수하여 습식코팅공정의 공정수를 재활용함으로써 환경오염을 방지하고, 또한 이미 가열된 상태의 공정수를 재사용함으로써 습식코팅공정에서 재가열하는 데에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정을 제안하고자 한다.

Description

폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정{Wet fatty acid coating process through wastewater recycling}

본 발명은 난연제인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 분말을 지방산으로 습식코팅 시, 발생하는 공정수를 방류하거나, 폐수처리하지 않고, 회수하여 습식코팅공정의 공정수를 재활용함으로써 환경오염을 방지하고, 또한 이미 가열된 상태의 공정수를 재사용함으로써 습식코팅공정에서 재가열하는 데에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정에 관한 것이다.

일반적으로 수산화마그네슘은 산화 마그네슘을 제조하기 위한 중간물질로서 사용되어 왔으나, 최근에는 산성폐수를 중화시키는 폐수 중화제, 배기가스의 황산화물 발생을 억제하는 습식 탈황제, 연안해역 부영양화에 의해 발생되는 적조방제를 위한 적조방지제, 오폐수에 의해 퇴적된 오니에서 발생되는 독성 악취물질을 제거하는 악취제거제, 식물의 필수 영양소인 마그네슘을 공급하는 친환경 수산화 고토비료 등의 친환경 제품들이 개발되어 시장을 확대해 나가고 있다.

특히 플라스틱이 불에 잘 타지 않도록 첨가하는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 난연제는 무독성 난연 케이블 제조에 주로 사용되는 첨가제로서 150℃ 이상의 고온에서 가공이 요구되는 엔지니어링 플라스틱의 난연성 증가에 가장 주목받는 친환경 난연제이다.

이러한 친환경 난연제인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄에 난연성을 보다 극대화시키기 위해 지방산과 같은 첨가제를 이용하여 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 분말을 습식코팅을 수행하게 된다.

이와 같은 습식코팅은 필연적으로 공정수가 발생하게 되는데, 기존의 코팅공정이나 시설에서는 코팅된 슬러지 내지 슬러리를 여과하여 추출하는 과정에서 분리된 공정수는 외부로 배출되어 폐기되는 경우 대부분이다. 이러한 공정수는 페하, 즉 PH가 13정도로 강알칼리성을 띄게 된다. 따라서 공정수를 바로 배출하여 하천이나 바다로 방류하는 경우 환경오염원이 될 수 있고, 이를 별도의 처리설비를 통해 처리 후, 방류하는 경우 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0607429호(2006.07.25. 공개)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

난연제인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 분말을 지방산으로 습식코팅 시, 발생하는 공정수를 방류하거나, 폐수처리하지 않고, 회수하여 습식코팅공정의 공정수를 재활용함으로써 환경오염을 방지하고, 또한 이미 가열된 상태의 공정수를 재사용함으로써 습식코팅공정에서 재가열하는 데에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정은 (a) 소정의 물과, 지방산 및 계면활성제를 혼합하여 코팅제를 제조하기 위한 코팅제 조성단계; (b) 분말 형태의 원료와 소정 비율의 물을 충진하고, 상기 코팅제 조성단계에서 조성된 코팅제를 투입하여 가열 및 교반을 통해 분말의 표면을 코팅하기 위한 습식코팅단계; (c) 상기 습식코팅단계의 혼합액 중 필터프레스에 의해 슬러지와 공정수를 분리하기 위한 슬러지 분리단계; (d) 상기 슬러지 분리단계에 추출된 슬러지를 건조하기 위한 건조단계; 및 (e) 상기 건조단계를 통해 건조된 슬러지를 저장하고, 포장하는 코팅완료단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 슬러지 분리단계에서 분리된 공정수를 회수하여 상기 습식코팅단계로 재순환시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 회수된 공정수의 페하(PH)를 소정 범위로 조절하기 위해 소정량의 초산을 투입하기 위한 초산투입공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 초산투입단계에서 초산의 투입량은 회수되는 공정수 중량에 대하여 0.00033 내지 0.005중량부인 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 코팅제 조성단계에서 혼합된 코팅제에는 원료 중량에 대하여 물은 6중량부, 지방산은 2.5중량부로 첨가되고, 상기 계면활성제는 상기 지방산 중량에 대하여 5중량부로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정은 난연제인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 분말을 지방산으로 습식코팅 시, 발생하는 공정수를 방류하거나, 폐수처리하지 않고, 회수하여 습식코팅공정의 공정수를 재활용함으로써 환경오염을 방지하여 친환경 코팅공정을 구축할 수 있다.

또한 본 발명은 이미 가열된 상태의 공정수를 재사용함으로써 습식코팅공정에서 재가열하는 데에 필요한 에너지를 절감할 수 있고, 이를 통해 생산단가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정을 나타내는 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 습식 지방산 코팅공정을 나타내는 공정도.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시례를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정은 (a) 코팅제 조성단계(S100), (b) 원료, 물 및 코팅제를 혼합하여 원료 분말 표면에 코팅제를 도포하기 위한 습식코팅단계(S200), (c) 혼합액 중 슬러지와 공정수를 분리하는 슬러지 분리단계(S300), (d) 분리된 슬러지의 건조단계(S400) 및 (e) 건조된 슬러지의 저장 및 포장하는 코팅종료단계(S500)를 포함하여 구성된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 (a) 단계(S100)는 소정의 물과, 지방산 및 계면활성제를 혼합하여 코팅제를 제조하는 코팅제 조성공정이다.

먼저 제1 혼합조(100)에 소정량의 물과, 지방산 및 계면활성제를 첨가하여 교반하고, 일정한 온도 이상으로 가열하게 된다. 이를 위해 제1 혼합조(100)에는 교반축에 의하여 회동하기 위한 교반날개가 구비되어 물, 지방산 및 계면활성제를 혼합하게 된다. 또한 전기히터, 가스 내지 기름버너 등을 이용하여 코팅제 혼합액을 가열하여 일정 온도, 예컨대 코팅제 혼압액의 온도가 80℃ 이상이 되도록 가열하는 것이 바람직하다. 이는 코팅공정에서 코팅제의 부착성을 확보하기 위함이다. 이 경우 교반시간은 대략 10분 이상 교반하도록 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄은 플라스틱 첨각제로 최근 많이 사용되고 있는 난연제이다. 이러한 난연제에 대하여 보다 효과적인 난연성을 부여하기 위해 지방산을 첨가하게 된다. 지방산이 포함된 혼합액으로 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 입자를 습식 코팅을 하게 되면 연소시 발생되는 독성가스를 최소화하여 난연제로서의 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

따라서 코팅 대상 원료인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄에 대한 습식 코팅공정에 앞서서 (a) 단계(S100)에서는 코팅제를 제조하게 되는 것이다.

이와 같은 코팅제 조성단계(S100)에서 물과 지방산은 무기물과 유기물로 상호간에 혼합이 원활하지 않기 때문에 코팅제의 조성 시, 일정량의 계면활성제를 첨가하여 코팅제의 분산성을 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 (a) 단계(S100)에서 제조되는 코팅제는 원료 중량에 대하여 물은 6중량부, 지방산은 2.5중량부로 첨가되고, 계면활성제는 지방산 중량에 대하여 5중량부로 첨가하는 것이 바람직하다.

예컨대 코팅 대상 원료가 1ton 이라 가정하면, 물은 6중량부에 따라 60kg, 지방산은 2.5중량부에 따라 25kg이 첨가되고, 계면활성제는 지방산 25kg에 대하여 5중량부로 1.25kg이 첨가될 수 있다.

상기한 바와 같인 제조된 코팅제는 원료인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 입자를 코팅하게 위해 (b) 단계인 습식코팅단계(S200)에서 투입된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 (b) 단계(S200)는 분말 형태의 원료와 소정 비율의 물을 충진하고, 코팅제 조성단계에서 조성된 코팅제를 투입하여 가열 및 교반을 통해 분말의 표면을 코팅하기 위한 습식코팅공정이다.

본 발명에 따른 (b) 단계(S200)는 습식코팅공정으로 제2 혼합조(200)에 원료 대비 물을 일정 비율로 공급하고, 원료를 투입하게 된다. 이 경우 코팅액 조성단계에서 조성된 코팅제를 투입하여 일정한 시간동안 교반하여 혼합함과 동시에, 혼합액이 소정 온도를 유지할 수 있도록 가열을 하게 된다.

여기서 원료는 전술한 바와 같이 난연제인 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 분말을 소정 량만큼 투여하게 되는데, 원료의 투입에 앞서 또는 동시에 물을 원료 대비 3배에 해당하는 양을 제2 혼합조(200)에 공급할 수 있다. 예컨대 코팅 대상인 원료가 1ton 이라 가정할 때, 물은 3배인 3,000kg을 투입하게 된다. 물론 코팅제 조성단계에서 조성된 코팅제를 제2 혼합조(200)에 첨가하여야 함을 물론이다.

이와 같이 물, 원료 및 코팅제를 투여한 후, 일정속도로 20분 이상 교반하여 혼합하고, 동시에 혼합액이 80℃ 이상이 될 수 있도록 가열하게 된다. 혼합액의 가열 온도 80℃는 원료인 분말에 코팅제가 코팅될 수 있는 최적의 온도 상태이다.

상기한 바와 같이 (b) 단계(S200)의 혼합액은 원료 분말에 코팅제가 습식 방식으로 코팅된 일종의 액상 슬러지 형태이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 (c) 단계(S300)는 (b) 단계인 습식코팅단계(S200)의 혼합액을 중 필터프레스(300)에 의해 슬러지와 공정수를 분리하기 위한 슬러지 분리공정이다.

즉 본 발명에 따른 (c) 단계(S300)는 원료 분말 표면에 코팅제가 도포된 혼합액, 즉 액상 슬러지를 필터케이스에 공급하고, 필터프레스(300)는 일정한 압력을 가하여 슬러지를 여과하여 분리하게 된다. 이 과정에서 필터프레스(300)로부터 분리된 공정수는 별도의 회수조(700)에서 저장된다.

필터프레스(300)에서 분리된 슬러지는 수분을 30% 정도 함유하도록 하는 것이 바람직하다.

특히 필터프레스(300)로부터 분리된 공정수는 회수조(700)에 저장되어 버려지지 않고, (b) 단계인 습식코팅단계(S200)의 제2 혼합조(200)로 재순환시켜 재활용하게 된다.

이는 기존의 코팅공정에서 습식코팅 후, 분리된 공정수는 외부로 배출되어 폐기되는 경우 대부분이다. 이러한 공정수는 페하, 즉 PH가 13정도로 강알칼리성을 띄게 된다. 따라서 공정수를 바로 배출하여 하천이나 바다로 방류하는 경우 오염원이 될 수 있고, 이를 별도의 처리설비를 통해 처리 후, 방류하는 경우 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

따라서 상기한 바와 같은 기존 코팅공정의 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 혼합액 중 슬러리와 공정수를 분리하고, 분리된 공정수를 회수조(700)에 저장한 후, 다시 제2 혼합조(200)로 재순환하여 재활용하기 위한 (b′) 단계인 공정수 회수단계(S210)를 더 포함함으로써 환경오염 문제나 별도 설비에 의한 처리비용을 절감할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 회수되어 재순환되는 공정수는 (b) 단계(S200)에서 일정 온도, 즉 80℃ 이상으로 가열된 상태라는 점에서 제2 혼합조(200)로 재순환시키는 경우 재가열을 통한 에너지 소비를 줄일 수 있다는 점에서 에너지 절감효과 또한 얻을 수 있다.

이 경우 분리된 슬러지는 일정 비율로 수분을 포함하여야 하는 것이 바람직하므로 분리되어 재순환되는 공정수는 최초로 투입된 물의 양에서 일정 부분 손실이 발생하게 된다. 따라서 이렇게 손실된 양만큼 공정수를 제2 혼합조(200)로 재순환시키는 경우 보충수를 공급하여 일정한 수위를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다만 전술한 바와 같이 분리된 공정수는 페하, 즉 PH가 13으로 강알칼리성으로 이를 일정한 페하를 갖도록 조절할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 미량의 초산을 공정수의 재순환 시, 제2 혼합조(200)에 첨가하여 페하, 즉 PH를 5 ~ 7로 유지하기 위해 (b′′) 단계인 초산투입단계(S220)를 더 포함하게 된다.

이 경우 첨가되는 초산의 투입량은 아주 미소량으로 공정수 중량에 대하여 공정수 중량에 대하여 0.00033 내지 0.005중량부로 첨가되도록 하는 것이 바람직하다.

가령 (c) 단계인 슬러지 분리단계(S300)에서 분리된 공정수가 최초 제2 혼합조(200)로 투입된 물로부터 손실이 없다고 가정하면, 즉 공정수가 투입된 물과 동일한 양이라 가정할 때, 즉 공정수가 3,000kg에 대하여 초산은 1g ~ 15g 정도로 첨가될 수 있다.

이와 같이 미소량의 초산이 투입되면 회수되어 재순환되는 공정수의 페하, 즉 PH는 5 ~ 7을 유지할 수 있다. 즉 재순환 공정수가 중성 내지 약산성을 유지하는 경우 효과적인 코팅을 유지할 수 있고, 가장 바람직하게는 PH가 5.5 정도를 유지할 수 있도록 초산의 투입량을 조절하게 되면 가장 이상적인 코팅품질을 유지할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 (d) 단계(S400)는 (c) 단계인 슬러지 분리단계(S300)에 추출된 슬러지를 건조하기 위한 공정이다.

(c) 단계인 슬러지 분리단계(S300)에서 추출된 슬러지는 일정량의 수분, 즉 30% 정도의 수분을 포함하고 있기 때문에 건조공정을 거치게 된다. 이를 위해 분리된 슬러지는 건조기(400)로 이송되어 건조된다.

이 경우 건조 온도는 100℃ ~ 200℃로 하는 것이 바람직하다. 건조온도가 100℃에 미달하면 건조 후 제품의 수분 함유량이 많아 수지와 배합시 블루밍 현상이 발생할 수 있고, 건조온도가 200℃를 초과하면 건조시 입자에 코팅된 표면처리제, 즉 지방산 용액이 열에 의해 손상을 입어 변색이 되며, 에너지 손실도 커 경제적으로도 바람직하지 않다. 따라서 슬러지의 건조는 100℃ ~ 200℃로 실시하는 것이 보다 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 (e) 단계(S500)는 (d) 단계인 건조단계(S400)에서 건조된 슬러지를 저장하고, 포장하여 코팅공정을 완료하는 공정이다.

(d) 단계에서 건조된 슬러지는 저장조(500)에 보내져 일정 시간 내지 제품 출하 시까지 저장되고, 저장된 슬러지는 포장기(600)에 의하여 포장 처리되어 제품으로 출하될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시례를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시례가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 제1 혼합조
200 : 제2 혼합조
300 : 필터프레스
400 : 건조기
500 : 저장조
600 : 포장기
700 : 회수조

Claims (4)

1. (a) 소정의 물과, 지방산 및 계면활성제를 제1 혼합조(100)에서 혼합하여 코팅제를 제조하기 위한 코팅제 조성단계(S100);
   (b) 분말 형태의 원료와 소정 비율의 물을 제2 혼합조(200)에 충진하고, 상기 코팅제 조성단계(S100)에서 조성된 코팅제를 상기 제1 혼합조(100)에서 상기 제2 혼합조(200)로 투입하여 가열 및 교반을 통해 분말의 표면을 코팅하기 위한 습식코팅단계(S200);
   (c) 상기 습식코팅단계(S200)의 혼합액 중 필터프레스(300)에 의해 슬러지와 공정수를 분리하기 위한 슬러지 분리단계(S300);
   (d) 상기 슬러지 분리단계(S300)에 추출된 슬러지를 건조기(400)에서 건조하기 위한 건조단계(S400); 및
   (e) 상기 건조단계(S400)를 통해 건조된 슬러지를 저장조(500)에 저장하고, 포장기(600)에 의해 포장하는 코팅완료단계(S500);를 포함하여 이루어지되,
   상기 슬러지 분리단계(S300)에서 분리된 공정수를 회수조(700)에 회수되어 상기 습식코팅단계(S200)의 제2 혼합조(200)로 재순환시키기 위한 (b′) 공정수 회수단계(210)를 포함하고,
   상기 회수된 공정수를 회수하여 상기 회수조(700)에서 상기 제2 혼합조(200)로 재순환시키는 경우 분리된 슬러지에 포함된 수분만큼 보충수를 공급하며,
   상기 회수된 공정수의 페하(PH)를 소정 범위로 조절하기 위해 소정량의 초산을 투입하기 위한 초산투입단계(S220)를 더 포함하되,
   상기 초산투입단계(S220)에서 초산의 투입량은 회수되는 공정수 중량에 대하여 0.00033 내지 0.005중량부이며,
   상기 건조단계(S400)에서 건조온도는 100℃ ~ 200℃인 것을 특징으로 하는 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅제 조성단계(S100)에서 혼합된 코팅제에는 원료 중량에 대하여 물은 6중량부, 지방산은 2.5중량부로 첨가되고,
   상기 계면활성제는 상기 지방산 중량에 대하여 5중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 폐수재활용을 통한 습식 지방산 코팅공정.