KR102621557B1 - 응집체 탄산칼슘 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 석회계 부산물 및 칼슘이온 용출용 첨가제를 교반하여 칼슘이온을 용출시켜 칼슘 용출액을 제조하는 제1 단계, 칼슘 용출액에 침강제를 투입하여 수화 반응을 시키는 제2 단계, 소정의 시간동안 정체 시키는 침강 과정을 통해 침강물을 발생시키는 제3 단계, 하부로 침전된 침강물과 상부의 용출용액을 분리하는 제4 단계, 하부로 침전된 침강물을 제외한 상부의 용출용액에 씨드(Seed)로 중질탄산칼슘을 투입하여 교반하는 제5 단계 및 이산화탄소 함유 가스를 취입하여 응집체 탄산칼슘을 제조하는 제6 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 응집체 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 원지의 표면에 탄산칼슘을 포함하는 안료액을 제조, 도포한 후 프린트할 경우 프린트 된 부분인 인쇄 광택은 두드러지게 보이고 프린트가 되지 않는 부위인 종이 광택은 광택도가 낮은 저광택 코팅 제지, 소위 매트지를 제조하기 위해 안료액에 사용될 수 있는 응집체 탄산칼슘을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 철강 부산물 등에 함유되어 있는 알칼리계 금속과 산업체에서 발생하는 배출가스 중 이산화탄소를 활용하는 CCU(carbon capture & utilization, 이산화탄소 포집 및 전환) 기술은 이산화탄소를 유용한 자원으로 활용하여 부가가치가 높은 다른 탄소화합물(Value-added Chemicals)로 전환하는 기술로, 이와 관련된 연구가 지구온난화와 관련하여 활발하게 진행되고 있다. 이는 이산화탄소를 포집, 정제 후 산업폐기물에 포함되어 있는 산화칼슘(CaO)과 반응하여 이산화탄소 탄산화물로 제조한 후 토목, 건축 및 정밀화학용 제품에 사용하는 기술이다.
이와 같은 기술은 석회계 부산물에 용매를 투입 후 칼슘 용액으로 칼슘성분을 용출해낸 후 이산화탄소와 반응시켜 얻어지는 순도가 높은 침강성 탄산칼슘과 석회계 부산물에 직접 이산화탄소를 반응시켜 얻어지는 순도가 낮은 침강성 탄산칼슘 복합체 제조기술로 나누어 지는데, 이러한 침강성 탄산칼슘이 균일한 분포의 낮은 입도로 제조될 때 2차 제품에 혼입 사용시 응용분야가 더 넓고 부가가치가 높다.
하지만 종래의 기술로 얻어지는 탄산칼슘의 대부분이 저광택 매트지 특성에 맞지 않다. 저광택 매트지에 사용되는 탄산칼슘은 입도 분포도 중요하지만 백색도, 비표면적 (BET) 등이 매트지 특성을 만족시키지 못하고 있는 것이다.
한국공개특허공보 제10-2004-26383호의 제강슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조방법에서는, 제강슬래그의 칼슘 용출액을 이용하기 위해 제강슬래그를 45㎛ 이하로 분쇄하고 물을 주입하여 미용해분과 용출액을 여과분리하여 pH12 이상의 칼슘이온 용출액을 얻고, 이를 이산화탄소 또는 이산화탄소 함유 배가스를 pH7 이상으로 유지되도록 반응시켜 탄산칼슘을 제조하는 방법을 제안하고 있다. 상기 기술은 99.9% 이상의 고순도의 제품을 제조하는 것은 가능할 지 몰라도, 비표면적이 10m2/g 미만으로서 단독 혹은 중질탄산칼슘과 혼입하여 안료로 원지에 도공하여 사용할 경우 종이 광택(Paper Gloss)은 낮지만 높은 광택도가 필요한 인쇄광택(Print Gloss)이 낮게 나와 무광택 매트지 제조는 적절하지 않다.
일본공개특허공보 제1994-306796호에 의하면 중질탄산칼슘 30%, 침강성 탄산칼슘 24% 등의 안료를 사용하여 광택도를 25~50% 정도의 특성을 갖는 매트 코팅지를 개시하고 있다. 이 기술은 단순히 단순 기계적 분쇄에 의해 제조된 중질탄산칼슘과 이산화탄소 합성반응에 의해 제조된 침강성 탄산칼슘 및 분산제 등을 이용하여 안료를 만들어서 매트 코팅지를 제조하는 방법으로서 백색도가 80~90% 정도로 기본적인 특수제지가 갖는 백색도가 낮아 다양한 칼러 특성의 매트 코팅지 제조용으로는 그 특성이 다소 떨어지고 있다.
일본공개공보 제1988-230520호는 질산칼슘, 염화칼슘 및 아세테이트 칼슘 등을 씨드(Seed)제로 투입하고 이산화탄소와 반응시켜 씨드(Seed)제의 양을 변경하면서 씨드(Seed)제인 중질탄산칼슘 표면에 침강성 탄산칼슘의 양을 조절하여 탄산칼슘 평균입자 크기를 제어한다고 개시하고 있다. 상기 특허는 칼슘 염으로서 염화칼슘, 질산칼슘 등을 용해성 칼슘 염으로 제조한 후 탄산칼슘을 생산하는 것으로서 반응 후 잔여 염소 등의 불순물을 또다시 분리하는데 후처리 공정이 필요하거나 전량 폐기하여야 하는 번거로움이 있다.
한국공개특허공보 제10-2021-0065534호는 마이크로 버블 장치를 이용하여 이산화탄소를 공급하여 나노 탄산칼슘을 생성하고, 마이크로 버블 장치는 마이크로 버블 펌프 또는 가압용해 방식 마이크로 버블 장치를 이용하고 원심분리기를 이용하여 회수되는 나노 탄산칼슘 제조방법을 개시하고 있다. 기포 직경 50㎛ 이하의 미세 기포를 제공하기 위하여 마이크로 버블 장치를 이용하고 있는데 이는 반응조에서 이산화탄소 가스를 미세하게 버블링하기 위해 마이크로 버블 장치를 이용하여 이산화탄소 합성반응을 수행하여 나노 칼슘을 제조방법을 제공한다고 되어 있다. 그러나 통상 반응조 내에서 강알칼리 용액에 이산화탄소 가스를 미세하게 버블링하면 이산화탄소 가스의 입도를 미세하게 하여 종국에 제조되는 탄산칼슘의 입도를 미립화하여 나노 입도의 탄산칼슘을 제조에 도움을 줄 수는 있으나, 반응기 내에서 지속되는 반응공정에서 마이크로 버블 제조장치에 탄산칼슘의 고착화 현상으로 마이크로 버블 제조장치의 막힘으로 별도의 세척장비가 필요하게 되는 번거로움이 동반된다. 실제 상용화 공정에서 조업을 위해서는 여분의 마이크로 버블 제조장치를 구비하여 교체하거나, 버블장치의 산세(picking) 등의 과정을 거치야 하는 등의 어려움이 있다.
한국공개특허공보 제10-2014-0089358호는 2개 이상의 상호연결된 일차 입자로 구성된 나노섬유 또는 나노사슬형 응집체 형태인 침강성 탄산칼슘 입자를 불투명화제(opacifier)로서 사용하는 방법으로서, 나노섬유 또는 나노사슬형 응집체는 적어도 일부가 마이크로쉘형 응집체 형태로 결합된 것이며, 나노섬유 또는 나노사슬형 응집체의 평균 직경은 10 내지 100 nm, 또는 20 내지 80 nm, 또는 30 내지 60 nm인 것인 방법을 기재하고 있다. 침강성 탄산칼슘 입자의 크기 (Particle Size)는 침강성 탄산칼슘을 충진재나 보강재로 사용되어 생산되는 제지, 합성수지, 페인트, 실란트 등의 최종 제품의 특성에 영향을 미치는 영향이 크다. 예를 들어 입자의 크기가 작고 입도 분포가 균일한 침강성 탄산칼슘을 특수제지의 안료로 제지 표면에 도포할 때 고광택의 특성에 큰 영향을 미치고 페인트, 실란트 등에 사용할 경우도 마찬가지이다. 이러한 나노 입도의 침강성 탄산칼슘으로 제조된 배합 안료를 특수제지 등의 표면에 도포할 경우 대부분 종이광택(Paper Gloss) 및 인쇄 광택(Print Gloss) 두가지 중요한 특성이 모두 높은 광택을 유지하기 때문에 저광택의 매트지 제조에는 좋지 않다.
한국등록특허공보 제10-0958593호는 제철공정에서 발생되는 석회계 부산물을 이용하여 대량 저가의 상용화 생산이 가능한 고품질의 침강성 탄산칼슘을 제조하는 방법으로 특히 슬래그(Slag)나 생석회 더스트(CaO Dust) 등의 원료에 첨가제를 투입하여 칼슘 이온을 신속히 용출하고, 이 칼슘이온 용출액에 제철공정에서 자연 발생되는 배기가스를 반응시켜, 이산화탄소의 배출량을 저감시키는 동시에 입도와 BET(비표면적) 등을 조절하여 우수한 품질의 침강성 탄산칼슘을 제공하는 방법을 개시하고 있다. 이 기술은 제철소 부산물과 배출가스 중 이산화탄소를 이용해서 이산화탄소를 저감하고 부산물을 이용해 탄산칼슘을 이용한다는 점은 활용가능성이 높으나 이 경우 이산화탄소 합성 반응 후 평균 입도가 4~5㎛ 정도로서 결정의 형상이 육방체의 응집체로 일정하게 석출되어 BET (비표면적) 이 낮아 저광택 매트지에 적용할 경우 종이 광택은 낮게 나타날 수 있으나, 인쇄 광택이 높게 나타나지 않는 단점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2006-0070017호의 칼슘계 원료의 제조방법은, 제철소 부산물의 보다 효율적인 재활용을 위해 칼슘계 화합물로부터 고순도의 초미세립 탄산칼슘을 제조하는 방법으로서, 칼슘계 화합물을 염산 등의 강산과 반응시켜 용해, 추출하여 칼슘이온 용액을 제조하고 pH를 조절하여 소석회를 제조하고, 제조된 소석회를 이산화탄소 가스와 반응시켜 탄산칼슘을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이는 염산 등의 강산과 반응시켜 용해, 추출하여 칼슘이온 용액을 제조하기 때문에 산이나 염에 의한 칼슘 용액을 용출방법은 후처리 공정에 많은 비용이 발생될 수 있다.
한국등록특허공보 제10-0521367호는 침강성 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것으로, 배재슬래그를 물에 투입하여 미용해 배재슬래그 분말을 여과 분리하는 과정을 다수 반복하여 용출액을 제조하고, 탄산가스를 물에 용해시켜 pH3.6-3.9의 탄산용액을 제조한 후 pH 8.3 이상이 되도록 소석회유와 탄산용액을 혼합하여 반응시켜 탄산칼슘 침전물을 얻는 것을 개시하고 있으나, 맑은 용출액을 회수하는 시간이 매우 오래 걸려 생산성에 저조하다는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2000-0038945호의 스테인레스강 정련공정의 부원료분진을 이용한 경질탄산칼슘 제조방법과 제10-2004-0023437호의 스테인레스 정련공정의 분진을 이용한 아라고나이트형 탄산칼슘 제조방법은 생석회 더스트를 원료로 하는 것으로서 개시하고 있으나, 이 역시 제지 안료 제조에 필요한 높은 백색도를 발현하기 위해 탄산칼슘의 순도를 높이는 방법이 어렵다는 단점이 있다. 더욱이 제10-2004-0023437호에는 같은 원료로서 부원료 분진을 물에 수화반응시킨 현탁액 상태에서 불순물을 제거하기 위하여 습식사분, 중력선별 및 자력선별 등 전처리를 수행하고 또한 탄산화 반응이 완료된 상태에서 제품의 세척 및 여과를 실시한다고 개시하고 있으나, 이 경우 선별분리 과정에서 다른 무기화합물에서 용출되거나 완전히 분리되지 못한 부원료 분진의 불순물에 의해 탄산화 반응이 완료된 후 제품을 세척 및 여과를 하더라도 평균입도가 약 1~5 ㎛에 이르는 제품을 분리하기가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 CO2 고정화과 함께 다양한 원료 즉 석회계 부산물과 배출가스 중 이산화탄소를 활용하여 광산에서 석회석을 채굴하여 소성 후 탈탄화시켜 얻어지는 고품질의 생석회를 원료로 하는 기존의 탄산화법에 의한 침강성 탄산칼슘에서도 제조하기 힘들었던 탄산칼슘을 제조하는 것으로, 씨드(Seed)제로서 중질탄산칼슘을 이용하고, 철강 부산물 등으로부터 강알칼리를 용출한 칼슘 용액을 이산화탄소와 반응시켜 비표면적, 백색도 및 입도 분포를 제어하여 응집체 탄산칼슘을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 석회계 부산물 및 칼슘이온 용출용 첨가제를 교반하여 칼슘이온을 용출시켜 칼슘 용출액을 제조하는 제1 단계, 칼슘 용출액에 침강제를 투입하여 수화 반응을 시키는 제2 단계, 소정의 시간동안 정체시키는 침강 과정을 통해 침강물을 발생시키는 제3 단계, 하부로 침전된 침강물과 상부의 용출용액을 분리하는 제4 단계, 하부로 침전된 침강물을 제외한 상부의 용출용액에 씨드(Seed)로 중질탄산칼슘을 투입하여 교반하는 제5 단계 및 이산화탄소 함유 가스를 취입하여 응집체 탄산칼슘을 제조하는 제6 단계를 포함하는 응집체 탄산칼슘 제조방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 칼슘이온 용출용 첨가제는 소듐 트리메타포스페이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 폴리카르본산소듐, 폴리카르본산암모늄, 폴리카르복실산 소듐, 개미산, 숙신산, 자당지방산 에스테르, 구연산나트륨, 구연산암모늄 및 염화암모늄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 석회계 부산물은 제강 슬래그 또는 철강 슬래그를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 제6 단계는 pH9 내지 pH10이 될 때까지 이산화탄소 함유 가스를 주입시켜 반응시키는 탄산화 공정, 탄산화 과정 중에 순환 슬러리 펌프로 슬러리 중 고형분의 층분리가 발생하지 않게 유지시켜 주는 공정 및 하부에 침강된 응집체 탄산칼슘을 수거하는 수거 공정을 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 탄산화 공정 이전의 pH값은 12 내지 13인 것일 수 있다.
바람직하게는, 제1 단계는 석회계 부산물 100 중량부에 대해 칼슘이온 용출용 첨가제 0.01 내지 10.0 중량부를 투입하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 제2 단계는 석회계 부산물 100 중량부에 대해 침강제 0.01 내지 3.0 중량부를 투입하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 침강제는 폴리 아크릴 아미드계의 비이온성, 양이온성 및 음이온성을 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 이산화탄소 함유 가스는 이산화탄소(CO2) 또는 이산화탄소 함유 배가스를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 제6 단계에서는 이산화탄소 함유 가스로 이산화탄소 포집을 통해 생성된 이산화탄소를 사용하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 응집체 탄산칼슘은 중질탄산칼슘 표면에 침강성 탄산칼슘이 석출되어 이루어진 응집 탄산칼슘 복합체일 수 있다.
또한, 상기 목적은, 상술한 응집체 탄산칼슘 제조방법에 의해 제조된 응집체 탄산칼슘에 의해 달성된다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법은 석회계 부산물을 이용한 CO2 고정화 및 중질탄산칼슘을 씨드(Seed)로 사용하여 칼슘 용출액에 투입, 이산화탄소와 반응하여 평균입도 분포가 5㎛이면서 백색도가 95% 이상, 비표면적(BET)이 24~30m2/g의 응집체 탄산칼슘을 제조할 수 있다.
이와 같이, 철강슬래그에서 추출한 강알칼리 용액과 배출가스중 낮은 농도의 이산화탄소를 이용하여 탄산칼슘을 생산함으로써, 은은하면서 차분한 느낌으로 선호되는 저광택 매트지 제조를 위한 탄산칼슘을 대량으로 생산할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법의 흐름도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 실시예 1에서 사용된 중질탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 응집체 탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)이다.
도 4는 비교예 1에서 제조된 응집체 탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 실시예 1에서 사용된 중질탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 응집체 탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)이다.
도 4는 비교예 1에서 제조된 응집체 탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법의 흐름도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법은 석회계 부산물 및 칼슘이온 용출용 첨가제를 교반하여 칼슘이온을 용출시켜 칼슘 용출액을 제조하는 제1 단계(S101), 칼슘 용출액에 침강제를 투입하여 수화 반응을 시키는 제2 단계(S102), 소정의 시간동안 정체시키는 침강 과정을 통해 침강물을 발생시키는 제3 단계(S103), 하부로 침전된 침강물과 상부의 용출용액을 분리하는 제4 단계(S104), 하부로 침전된 침강물을 제외한 상부의 용출용액에 씨드(Seed)로 중질탄산칼슘을 투입하여 교반하는 제5 단계(S105) 및 이산화탄소를 취입하여 응집체 탄산칼슘을 제조하는 제6 단계(S106)를 포함한다.
석회계 부산물 및 칼슘이온 용출용 첨가제를 교반하여 칼슘이온을 용출시켜 칼슘 용출액을 제조하는 제1 단계(S101)에서는 석회계 부산물에 칼슘이온 칼슘 용출액을 투입한 후 필요에 따라 소정의 물에 용해시킨 후 이를 교반함으로써, 석회계 부산물로부터 칼슘이온을 용출시켜 칼슘 용출액을 제조한다.
이때, 석회계 부산물로는 제강 슬래그 또는 철강 슬래그를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명은 제강 슬래그 또는 철강 슬래그와 같은 석회계 부산물로 사용하여 탄산칼슘을 제조할 수 있다.
이때, 제1 단계(S101)에서 칼슘 용출액을 제조시 사용된 칼슘이온 용출용 첨가제는 소듐 트리메타포스페이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 폴리카르본산소듐, 폴리카르본산암모늄, 폴리카르복실산 소듐, 개미산, 숙신산, 자당지방산 에스테르, 구연산나트륨, 구연산암모늄 및 염화암모늄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 칼슘이온 용출용 첨가제는 석회계부산물 중에 있는 칼슘 성분을 물속에 신속히 용출해내는 역할을 수행한다.
제1 단계(S101)에서 칼슘이온 용출용 첨가제는 석회계 부산물 100중량부에 대해 0.01 내지 10.0 중량부를 투입하는 것이 바람직하며, 0.03 내지 2.0 중량부를 투입하는 것이 더욱 바람직하다. 칼슘이온 용출용 첨가제의 함량이 0.01 중량부 미만일 경우 칼슘이온이 용출되지 않으며, 10.0 중량부 초과일 경우 오히려 침강 분리 시간이 오래 걸리고 제조원가가 증가되는 문제를 가진다.
칼슘 용출액에 침강제를 투입하여 수화 반응을 시키는 제2 단계(S102)에서는 제1 단계(S101)에서 석회계 부산물로부터 칼슘이온이 용출되고 남은 잔재물을 침강시키기 위하여 제조된 칼슘 용출액에 침강제를 투입하여 수화 반응을 일으킨다.
제2 단계(S102)에서 사용되는 침강제는 폴리 아크릴 아미드계의 비이온성, 양이온성 및 음이온성을 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 제2 단계(S102)에서는 침강제를 석회계 부산물 100 중량부에 대해 0.01 내지 3.0 중량부를 투입하는 것이 바람직하며, 0.02 내지 1.0 중량부를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 침강제 사용량이 0.01 중량부 미만일 경우 침강이 원활하게 이루어지지 않고, 침강제 사용량이 3.0 중량부 초과일 경우 과도한 응집이 발생되어 신속한 칼슘이온의 용출에 불리하다.
다음으로, 소정의 시간동안 정체시키는 침강 과정을 통해 침강물을 발생시키는 제3 단계(S103)에서는 제2 단계(S102)에서 침강제가 투입된 칼슘 용출액에서 칼슘이온이 용출된 석회계 부산물과 기타 부산물이 수화반응을 통해 응집되어 침강되도록 소정의 시간동안 정체시킨다.
다음으로, 하부로 침전된 침강물과 상부의 용출용액을 분리하는 제4 단계(S104)에서는 이후의 진행 단계에서 상부의 용출용액을 통해 응집체 탄산칼슘을 제조하기 위하여 단계(S103)를 통해 하부에 가라앉아 형성된 침강물과 상부의 용출용액을 별도로 분리한다.
다음으로, 하부로 침전된 침강물을 제외한 상부의 용출용액에 씨드(Seed)로 중질탄산칼슘을 투입하여 교반하는 제5 단계(S105)에서는 씨드로 중질탄산칼슘을 사용함으로써 이후의 제6 단계(S106)에서 중질탄산칼슘의 표면에 침강성 탄산칼슘을 석출시켜 응집형의 탄산칼슘을 만들 수 있도록 한다. 이때, 중질탄산칼슘은 분말 상태로서, 물에 혼합되어 슬러리 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 중질탄산칼슘은 평균입도가 1.0 내지 2.0㎛의 범위를 가지는 것이 바람직하고, 1.5 내지 2.0㎛의 범위를 가지는 것이 더욱 바람직하다.
제5 단계(S105)에서 중질탄산칼슘은 용출용액 100 중량부에 대해 50 내지 70 중량부를 투입하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라 중질탄산칼슘과 함께 분산제를 첨가할 수 있으며, 분산제의 첨가량은 용출용액 100 중량부에 대해 1 내지 3 중량부인 것이 바람직하다.
다음으로, 이산화탄소 함유 가스를 취입하여 응집체 탄산칼슘을 제조하는 제6 단계(S106)는 pH9 내지 pH10이 될 때까지 이산화탄소를 주입시켜 반응시키는 탄산화 공정, 탄산화 과정 중에 순환 슬러리 펌프로 슬러리 중 고형분의 층분리가 발생하지 않게 유지시켜 주는 공정 및 하부에 침강된 응집체 탄산칼슘을 수거하는 수거 공정을 포함한다.
제6 단계(S106)에서 탄산화 공정 이전의 pH값은 12 내지 13이며, 탄산화 공정에서는 pH값이 9 내지 10이 될 때까지 이산화탄소를 주입시켜 반응시킨다. 이는 탄산칼슘 생성 과정에서 pH는 통상 9.0에서 10 이하로 완료하는데 pH가 9.0 미만으로 되면 생성된 탄산칼슘의 재용해가 일어나기 때문에 바람직하지 않게 된다.
이때, 이산화탄소 함유 가스는 이산화탄소(CO2) 또는 이산화탄소 함유 배가스를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 본 발명은 이산화탄소 함유 배가스를 사용하여 에너지 절약 및 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법에서는 이산화탄소 함유 가스로 이산화탄소 포집을 통해 생성된 이산화탄소를 사용함으로써, 이산화탄소 발생 및 배출을 감소시킬 수 있다.
그리고 이산화탄소를 주입시키는 탄산화 공정을 통해 중질탄산칼슘의 표면에 침강성 탄산칼슘이 석출되어 응집형의 탄산칼슘이 침강되면 이를 수거하여 저광택 매트지용 탄산칼슘을 제조한다. 즉, 본 발명에서 제조된 응집체 탄산칼슘은 중질탄산칼슘과 침강성 탄산칼슘으로 이루어진 응집 탄산칼슘 복합체이다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법은 평균입도 분포가 5㎛이면서 백색도가 95% 이상으로 높고, 비표면적(BET)이 24~30m2/g로 우수한 응집체 탄산칼슘을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법은 특수제지에 다량 사용되는 중질탄산칼슘을 씨드(Seed)제로 사용하여 칼슘 용출액에 이산화탄소를 투입하여 중질탄산칼슘과 침강성 탄산칼슘으로 이루어진 응집 탄산칼슘 복합체를 제조하여 저광택 매트지 제조용 탄산칼슘을 제공할 수 있다.
최근 저광택 매트지 제조시 안료는 원지 위에 도공을 하는데 안료는 사전에 중질탄산칼슘, 카올린, 침강성 탄산칼슘, 라텍스, 바인드 등을 교반 혼합하여 액상의 슬러리 상태로 준비한다. 대규모로 생산하는 제지업체에서는 각각의 원료들은 별도의 공급라인으로 구성, 정량 공급되어 안료를 배합하는데 특히, 중질탄산칼슘과 침강성 탄산칼슘은 배합시 겉보기 비중차이로 인하여 슬러리 상태에서 완전하게 분산이 된 상태로 교반하는 것은 매우 어렵다. 그리고 중질탄산칼슘은 가격이 낮고 운송비 등의 비용 등으로 슬러리 내 중질탄산칼슘 고형분의 농도를 약 70%까지 올려 탱크로리(Tank lorry) 차량으로 운송하는데 이때 중질탄산칼슘의 침전 응집방지를 위해 다량의 분산제가 들어가고 있지만, 저광택 매트지용 침강성 탄산칼슘은 대부분 고형분(파우더) 형태로 공급되어 중질탄산칼슘과 클레이 등이 배합될 때 교반 후 분산이 매우 중요하고 각각의 원료가 별도로 공급되므로 운송, 보관, 분산 및 이송에 어려움이 뒤따르게 된다.
그러나 본 발명은 석회계 부산물에서 얻어진 칼슘 용출액(칼슘 알칼리 용출수)에 중질 탄산칼슘을 씨드(Seed)로 공급, 교반하면서 이산화탄소를 반응하여 중질탄산칼슘의 표면에 침강성 탄산칼슘을 석출시켜 응집형의 탄산칼슘을 만들 수 있다. 이 결과 중질탄산칼슘과 침강성 탄산칼슘을 별도로 혼합 교반시켜 안료를 제조하는 것보다 최종 저광택 매트지의 특성향상에 효과가 있다.
또한, 중질탄산칼슘의 사용목적인 충진의 효과와 중질탄산칼슘 보다 비표면적이 상대적으로 높고 우수한 분산성을 갖는 침강성 탄산칼슘을 중질탄산칼슘과 함께 응집체를 만들어 입자 사이의 기공을 확보하여 액상의 안료와 함께 흡수율과 첨가제와의 배합, 분산능을 향상시켜 원지에 안료 도공 후 저광택 매트지 제조에 뛰어난 효과를 가지게 된다.
이와 같은, 본 발명은 중질탄산칼슘과 침강성 탄산칼슘을 각각 투입하여 광택도를 조절할 경우와 비교하여 더 낮은 제지 광택(Paper Gloss)과 높은 인쇄 광택(Print Gloss)을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법을 통해 95% 이상의 백색도를 가지는 침강성 탄산칼슘을 얻을 수 있다. 기존 탄산화법으로 석회석을 소성하여 얻어지는 침강성 탄산칼슘의 방법으로 고순도의 침강성 탄산칼슘을 제조하려면 원료로서 고순도의 석회석을 사용한다. 그러나 우리나라에는 고순도의 석회석광산이 점차 고갈되고 있으며, 이 때문에 중국, 베트남 등 고순도의 석회석을 소성한 산화칼슘을 혼입하여 제조하는 경우가 있으나, 소성과정에서 석탄 등을 사용하는 것으로 인한 불순물 유입 등으로 소성 후 산화칼슘의 순도가 낮아져, 백색도 95% 이상의 침강성 탄산칼슘 제조는 거의 불가능한 실정이다. 소성과정에서 고순도의 석회석을 이용하여 산화칼슘의 순도를 높이기 위해 연료로서 LPG 등의 가스를 사용하기도 하는데 이 경우 소성공정에서 사용되는 에너지 비용이 높아 경제성이 다소 떨어진다. 순도가 높은 탄산칼슘은 제지안료의 백색도에 영향을 미치는 영향이 높으므로 본 발명의 제조방법에 따르면 석회계 부산물을 이용하여 칼슘 용출액을 제조하기 때문에 고순도의 백색도 높은 침강성 탄산칼슘을 손쉽게 제조할 수 있다. 또한 씨드(Seed)제로 사용되는 중질탄산칼슘의 순도가 침강성 탄산칼슘에 비해 다소 낮더라도 침강성 탄산칼슘이 중질탄산칼슘 표면에 석출되면서 백색도 향상에 효과가 있어 최종 제조된 응집체 탄산칼슘 백색도도 높아진다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니 된다.
[실시예]
[실시예 1]
입도 1mm 이하의 제강 슬래그 1,000gr을 수화조에 투입하고, 칼슘이온 용출용 첨가제로서 폴리카르본산계 소듐(제강 슬래그 100 중량부 기준 1중량부)을 물 200ml에 용해하여 투입하고, 수화조에 물 10.5ℓ가 되도록 주입한 후 교반기로 30분간 교반속도 120rpm으로 교반한다. 그리고 침강제로서 양이온성 PAA((Poly Acryl Amide, 분자량 9 x 106 Dalton (1.0% 용액 pH 4)) 0.04g을 물 80ml에 용해시킨 침강용액를 투입한 후 10분간 교반 후 8분간 슬러리 용액을 체류시켰다. 이때, 칼슘이온이 용출되고 남은 침강물이 하부로 침전된 후, 상부의 칼슘 용출용액 650gr을 얻었다.
다음으로, 칼슘 용출용액을 반응기로 옮기고 미리 준비된 씨드(Seed)제로서 중질탄산칼슘(평균입도 1.8㎛) 슬러리 1.0gr(고형분 67%)을 반응기에 투입하여 30분간 교반을 실시하였다. 이때 pH 값은 12.6 이었다.
다음으로, 상온(25℃) 및 상압(1기압) 분위기의 반응기 하부에서 10% 농도의 이산화탄소를 취입하여 반응을 실시하였고 교반속도는 90rpm으로 제어하였다. 그리고 pH 값이 8.2에 도달한 후 이산화 탄소 반응을 중단한 후 응집체 탄산칼슘을 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 1의 응집체 탄산칼슘은 후술하는 표 1에 기재된 바와 같이 탄산칼슘의 평균입도 5.2㎛, 백색도는 98, 비표면적 28.4m2/g인 것으로 나타났다.
또한, 실시예 1에서 사용된 중질탄산칼슘의 전자현미경 사진 (SEM)은 도 2와 같이 나타났으며, 실시예 1에서 제조된 응집체 탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)은 도 3과 같이 나타났다.
[실시예 2]
칼슘이온 용출용 첨가제로서 구연산나트륨을 제강 슬래그 100 중량부 기준 0.8 중량부로 물 100ml에 용해한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 응집체 탄산칼슘을 제조하였다.
[실시예 3]
씨드(Seed)제로서 중질탄산칼슘(평균입도 1.8㎛) 슬러리 1.5gr(고형분 67%)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 응집체 탄산칼슘을 제조하였다.
[실시예 4]
칼슘이온 용출용 첨가제로서 폴리카르본산계 소듐을 제강 슬래그 100 중량부 기준 1 중량부로 물 200ml에 용해한 것과 구연산나트륨을 제강 슬래그 100 중량부 기준 0.8 중량부로 물 100ml에 용해한 것을 혼합하여 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 응집체 탄산칼슘을 제조하였다.
[
실시예
5]
칼슘이온 용출용 첨가제로서 폴리카르본산계 소듐을 제강 슬래그 100 중량부 기준 1중량부로 물 200ml에 용해한 것과 용출제로서 구연산나트륨을 제강 슬래그 100 중량부 기준 0.8 중량부로 물 100ml에 용해한 것을 혼합하여 사용하고, 씨드(Seed)제로서 중질탄산칼슘(평균입도 1.8㎛) 슬러리 2.0gr(고형분 67%)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 응집체 탄산칼슘을 제조하였다.
[비교예]
[비교예 1]
전로 슬래그를 45㎛이하로 분쇄한 다음 물을 반응물의 pH가 12 이상이 될때까지 주입한 후 미용해분과 용출액을 여과 분리하여 전로 슬래그의 칼슘 이온 용출액을 제조한 후, pH가 12 이상인 칼슘 이온 용출액 200㎖을 비이커에 넣고 탄산가스를 분당 0.5ℓ로 취입하여 백탁용액을 형성한다. 그리고 백탁용액에 계속 탄산가스를 취입하여 pH 약 7 이하에서 탄산칼슘이 중탄산칼슘으로 재용해되어 백탁이 엷어지기 시작하면, 백색 탄산칼슘 침전물을 여과하여 순도는 99.9% 이상의 탄산칼슘을 얻었다. 다음으로, 얻어진 침강성 탄산칼슘을 실시예 1에서 사용된 중질탄산칼슘을 전체 중량 중 53중량% 사용하여 응집체 탄산칼슘을 제조하였다. 이때, 비교예 1에서 제조된 응집체 탄산칼슘의 전자현미경 사진(SEM)은 도 4와 같이 나타났다.
[비교예 2]
예비처리조에 물을 약 3ℓ와 입도 약 150㎛의 생석회 더스트 60g을 예비처리조에 투입하고, 첨가제로서 구연산나트륨(생석회 더스트 100중량부기준 0.6중량부: 0.36g)을 물 40ml에 용해한 용액과 자당지방산 에스테르(생석회 더스트 100중량부기준 0.2중량부: 0.12g)를 물 40ml에 용해한 용액을 첨가하여 5분 동안 호모믹스로 교반한 후 용출조로 투입하면서, 용출조에 물을 26.2ℓ가 되도록 주입하고, 물 주입이 완료될 때까지 용출조에서는 임펠러(Impeller) 교반기 및 하부 에어레이터에 의해 5분 동안 교반을 실시하고 교반 종료전 침강제(생석회 더스트 100중량부 기준 음이온성 침강제 0.02중량부와 생석회더스트 100중량부기준 비이온성 침강제 0.018중량부의 비율로 혼합한 것)를 용출조 하부에 투입하고 6분동안 체류시켜 하부에 생석회 더스트를 침강시킨 후, 상부의 맑은 용출액은 용출액 배출구를 통해서 반응조의 용출액 유입구로 펌프를 통해서 이송한다.
이때, 침강제는 음이온성 PAA ((Poly Acryl Amide, 분자량 12 x 106 Dalton (1.0% 용액 pH 6~7)) 0.02g을 물 50ml에 용해시킨 용액과 비이온성 PAA ((Poly Acryl Amide, 분자량 8.0 x 106 Dalton(1.0% 용액 pH 5.5~7.5)) 0.018g을 물 50ml에 용해시킨 용액을 혼합하여 사용하였다. 그리고 서로 다른 용출조 중에서 첫 번째 용출조의 용출액 배출이 시작됨과 동시에 다음 용출조로는 원료용액과 물이 공급되어 동일한 과정을 거치게 되며, 나머지 용출조도 동일한 과정을 순차적으로 거치게 된다. 첫 번째 반응조로 용출액이 주입되는 과정에서 용출액은 이산화탄소와 반응하게 되는데, 이때 주입되는 이산화탄소는 농도는 23 %로서 압축기와 가스혼합기를 사용하여 반응조로 취입되는 이산화탄소의 농도를 맞춰준다. 이와 같이 이산화탄소가 취입되면서 반응조 내부에 탄산칼슘 침전물이 형성(최종 pH는 9.0)된 이후, 상등액은 다시 첫 번째 용출조로 주입하고 반응조 하부에 있는 슬러리 상태의 탄산칼슘을 배출하여 탈수, 건조하여 분말상태의 탄산칼슘을 제조하고, 나머지 반응조들도 동일한 과정을 순차적으로 수행하여 침강성 탄산칼슘을 제조한다. 다음으로, 얻어진 침강성 탄산칼슘을 실시예 1에서 사용된 중질탄산칼슘을 전체 중량 중 53중량% 사용하여 응집체 탄산칼슘을 제조하였다.
실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에서 제조된 탄산칼슘, 이로부터 형성된 안료와 이를 도공한 측정 결과를 표 1 내지 표 5에 기재하였다.
[
실험예
]
(1) 탄산칼슘 특성 평가
실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에서 제조된 탄산칼슘에 대해 평균 입도, 백색도 및 비표면적을 측정하였다.
이때, 측정방법은 다음과 같다.
- 백색도: 국제표준기구 ISO 2470
- 평균 입도: 레이저 회절 입도분석기(Laser Scattering Particle Size Analyzer, Mastersizer 2000, Malvern)를 이용
- 비표면적: N2 가스의 흡착법을 이용하여 분석기(ASAP 2010, Micromeritics)를 통해 비표면적 측정
(2) 안료 특성 평가
실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에서 제조된 탄산칼슘을 표 2에 기재된 함량과 같이 배합하여 안료를 제조하였다. 그리고 제조된 안료를 표 2와 같은 도공 컬러 조제방법을 통해 도공한 후 도공 컬러의 특성, 최종 종이 광택(Paper Gloss) 및 인쇄 광택 (Print Gloss)을 Byk Gardner사의 광택 측정장치로 측정하였다. 이때, 도공액은 10 g/㎡으로 도포했으며 No.9 Rod를 이용하였다.
| 구분 | 탄산칼슘의 평균 입도 (㎛) | 백색도 (%) | 비표면적(m2/g) | ||||||
| 응집체 탄산 칼슘 |
침강성 탄산 칼슘 |
중질 탄산 칼슘 |
응집체 탄산 칼슘 |
침강성 탄산 칼슘 |
중질 탄산 칼슘 |
응집체 탄산 칼슘 |
침강성 탄산 칼슘 |
중질 탄산 칼슘 |
|
| 실시예 1 | 5.2 | - | 1.8 | 98 | - | 92 | 28.4 | - | 2.3 |
| 실시예 2 | 4.8 | - | 1.8 | 99 | - | 92 | 30.5 | - | 2.3 |
| 실시예 3 | 5.1 | - | 1.8 | 96 | - | 92 | 24.0 | - | 2.3 |
| 실시예 4 | 4.5 | - | 1.8 | 96 | - | 92 | 30.1 | - | 2.3 |
| 실시예 5 | 5.6 | - | 1.8 | 99 | - | 92 | 25.8 | - | 2.3 |
| 비교예 1 | 5.8 | - | 1.8 | - | 97 | 92 | - | 11.8 | 2.3 |
| 비교예 2 | 4.9 | - | 1.8 | - | 98 | 92 | - | 12.2 | 2.3 |
| 도공 컬러 조제 | |||||||
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| #1 Clay | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 |
| GCC | 53 | 53 | 53 | 53 | 53 | 53 | 53 |
| 응집형 PCC | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 | - | - |
| PCC | - | - | - | - | - | 18 | 18 |
| SBR Latex (KSL-218) |
9.2 | 9.2 | 9.2 | 9.2 | 9.2 | 9.2 | 9.2 |
| Synthetic Co-Binder | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
| Solid (%) | 41 | 41 | 41 | 41 | 41 | 41 | 41 |
(*GCC: Ground Calcium Carbonate, PCC: Precipitated Calcium Carbonate)
| 도공 컬러 특성 | |||||||
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| pH | 7.41 | 7.43 | 7.40 | 7.42 | 7.43 | 7.43 | 7.45 |
| B.F cps (60rpm., 1min) |
562 | 581 | 498 | 577 | 482 | 425 | 432 |
| 온도(℃) | 15.8 | 16.0 | 15.8 | 15.9 | 16.0 | 16.1 | 15.9 |
| Water retention g/㎡(AA-GWR) |
160.2 | 161.2 | 142.5 | 163.5 | 132.5 | 124.6 | 125.4 |
| Torque at 6600 rpm (Kilodyne/㎝) |
316 | 316 | 316 | 316 | 316 | 316 | 316 |
| Apparent Viscosity at 6600 rpm | 3.70 | 3.68 | 3.66 | 3.70 | 3.72 | 3.50 | 3.42 |
| 도공 광택 특성 | |||||||
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 평량(g/㎡) | 116.4 | 116.6 | 116.3 | 116.4 | 116.2 | 115.9 | 116.0 |
| Calliper(㎛) | 136 | 136 | 135 | 136 | 135 | 135 | 135 |
| 평활도(sec) | 21 | 20 | 18 | 21 | 20 | 19 | 18 |
| Whiteness(%) | 91.11 | 91.08 | 88.9 | 92.5 | 89.2 | 84.52 | 85.44 |
| 종이 광택 Paper gloss |
8.2 | 8.3 | 8.6 | 8.0 | 8.7 | 9.9 | 10.2 |
| 인쇄 광택 (Print Gloss) | |||||||
| 청색 | 64.21 | 65.88 | 62.21 | 64.92 | 61.54 | 58.22 | 57.66 |
| 적색 | 49.66 | 48.72 | 44.65 | 48.93 | 45.22 | 43.64 | 44.21 |
| 흑색 | 56.45 | 56.23 | 53.52 | 55.68 | 51.48 | 50.25 | 50.40 |
| 평균 | 56.77 | 56.94 | 53.46 | 56.51 | 52.75 | 50.70 | 50.76 |
| Set off(5점법) | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 3.9 | 4.0 | 4.0 |
| Dry pick(5점법) | 4.0 | 3.9 | 3.9 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 3.9 |
| Wet pick(5점법) | 3.9 | 3.9 | 4.0 | 4.0 | 3.9 | 3.9 | 4.0 |
| Wet ink receptivity (5점법) |
4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 3.9 | 3.9 | 4.0 |
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5의 방법으로 탄산칼슘을 제조하는 경우 비교예 1과 2에 비하여 비표면적이 현저히 증가된 것으로 알 수 있다. 이는 이산화탄소 합성반응전 칼슘용액 내에 중질탄산칼슘이 씨드(Seed)제로 투입할 경우 침강성 탄산칼슘이 중질탄산칼슘 표면 주위로 석출되며 백색도가 침강성 탄산칼슘보다 낮은 중질탄산칼슘의 특성을 향상시킴과 동시에 비표면적을 증대시키는 효과를 가지고 있기 때문이다.
그리고 표 2 내지 표 5를 참고하면, 실시예 1 내지 5는 대부분 종이광택 (Paper Gloss)은 비교예 1 및 2보다 광택도가 낮게 나타났으며, 인쇄광택(Print Gloss)은 반대로 광택도가 높게 나타남으로써, 저광택 매트지의 특성에 효과가 있는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
Claims (12)
- 석회계 부산물 및 칼슘이온 용출용 첨가제를 교반하여 칼슘이온을 용출시켜 칼슘 용출액을 제조하는 제1 단계;
상기 칼슘 용출액에 침강제를 투입하여 수화 반응을 시키는 제2 단계;
소정의 시간동안 정체 시키는 침강 과정을 통해 침강물을 발생시키는 제3 단계;
하부로 침전된 침강물과 상부의 용출용액을 분리하는 제4 단계;
하부로 침전된 침강물을 제외한 상부의 용출용액에 씨드(Seed)로 중질탄산칼슘을 투입하여 교반하는 제5 단계; 및
이산화탄소 함유 가스를 취입하여 응집체 탄산칼슘을 제조하는 제6 단계;
를 포함하며,
상기 중질탄산칼슘은 평균입도가 1.0 내지 2.0㎛이고,
상기 응집체 탄산칼슘은 평균 입도가 4.5 내지 5.6㎛이며, 백색도가 95% 이상이고, 비표면적(BET)이 24~30.5m2/g이며, 중질탄산칼슘 표면에 침강성 탄산칼슘이 석출되어 이루어진 응집 탄산칼슘 복합체이고,
상기 제6 단계는,
pH9 내지 pH10이 될 때까지 이산화탄소 함유 가스를 주입시켜 반응시키는 탄산화 공정; 상기 탄산화 과정 중에 순환 슬러리 펌프로 슬러리 중 고형분의 층분리가 발생하지 않게 유지시켜 주는 공정; 및 하부에 침강된 응집체 탄산칼슘을 수거하는 수거 공정;
을 포함하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
칼슘이온 용출용 첨가제는 소듐 트리메타포스페이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 폴리카르본산소듐, 폴리카르본산암모늄, 폴리카르복실산 소듐, 개미산, 숙신산, 자당지방산 에스테르, 구연산나트륨, 구연산암모늄 및 염화암모늄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 석회계 부산물은 제강 슬래그 또는 철강 슬래그를 포함하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄산화 공정 이전의 pH값은 12 내지 13인, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단계는 상기 석회계 부산물 100 중량부에 대해 상기 칼슘이온 용출용 첨가제 0.01 내지 10.0 중량부를 투입하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 단계는 상기 석회계 부산물 100 중량부에 대해 상기 침강제 0.01 내지 3.0 중량부를 투입하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 침강제는 폴리 아크릴 아미드계의 비이온성, 양이온성 및 음이온성을 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
이산화탄소 함유 가스는 이산화탄소(CO2) 또는 이산화탄소 함유 배가스를 포함하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제6 단계에서는 이산화탄소 함유 가스로 이산화탄소 포집을 통해 생성된 이산화탄소를 사용하는, 응집체 탄산칼슘 제조방법. - 삭제
- 제1항에 따른 응집체 탄산칼슘 제조방법에 의해 제조된 응집체 탄산칼슘.
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