KR102642978B1 - Manufacturing method of precipitated calcium carbonate using blast furnace slag - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은, 선철을 제조하는 과정에서 부산물로 발생되는 고로슬래그 및 이산화탄소를 재활용함으로써 환경보호에 기여하면서도 제조비용은 절감할 수 있는 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법은 (a) 고로슬래그를 분쇄하여 준비하는 단계, (b) 염산에 상기 준비된 고로슬래그 분말을 용해시켜 산용출모액을 수득하는 단계, (c) 상기 산용출모액에 산화제, 응집제 및 금속제거제 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하여 불순물을 침전시키고 침출모액을 추출하는 단계, (d) 상기 침출모액에 pH조절제, 황화수소나트륨 및 황화나트륨 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하고 불순물을 침전 및 분리시켜 칼슘모액을 수득하는 단계, (e) 상기 칼슘모액과 이산화탄소를 적어도 2회 이상 다단 탄산화 반응시키는 단계, 및 (f) 상기 탄산화 반응에 의해 생성된 탄산칼슘 슬러리를 여과 및 건조하여 침강성 탄산칼슘을 수득하는 단계를 포함한다.The disclosed content relates to a method for manufacturing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag, which can reduce manufacturing costs while contributing to environmental protection by recycling blast furnace slag and carbon dioxide generated as by-products in the process of manufacturing pig iron.
The method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag includes (a) preparing blast furnace slag by pulverizing it, (b) dissolving the prepared blast furnace slag powder in hydrochloric acid to obtain an acid-dissolving mother liquor, and (c) the acid-dissolving mother liquor. Adding at least one selected from oxidizing agents, coagulants, and metal removers to the leaching mother liquor to precipitate impurities and extract the leaching mother liquor, (d) adding at least one pH adjuster selected from sodium hydrogen sulfide and sodium sulfide to the leaching mother liquor. and precipitating and separating impurities to obtain a calcium mother solution, (e) performing a multi-stage carbonation reaction of the calcium mother solution and carbon dioxide at least twice, and (f) filtering the calcium carbonate slurry produced by the carbonation reaction and and drying to obtain precipitated calcium carbonate.
Description
본 명세서에 개시된 내용은 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다.The information disclosed in this specification relates to a method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag.
본 명세서에서 달리 표시하지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the material described in this section is not prior art to the claims of this application, and is not admitted to be prior art by inclusion in this section.
일반적으로 고로슬래그 중 칼슘 용출 및 고액분리 과정 후 상등액과 이산화탄소의 반응을 통해 탄산칼슘을 제조한다. 이산화탄소는 대표적인 온실가스로 감축문제는 전세계적인 이슈로 부상하고 있으나 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS)과 같이 실질적인 온실가스 감축기술들은 경제성 측면에서 아직 상용화가 어렵다. 즉, 포집된 이산화탄소의 처리를 통한 경제성 확보는 현실적으로 쉽지 않은 상황이다.Generally, calcium carbonate is produced through the reaction of supernatant and carbon dioxide after calcium elution from blast furnace slag and solid-liquid separation. Carbon dioxide is a representative greenhouse gas, and its reduction is emerging as a global issue. However, practical greenhouse gas reduction technologies such as carbon dioxide capture and storage (CCS) are still difficult to commercialize in terms of economic feasibility. In other words, it is not realistically easy to secure economic feasibility through processing of captured carbon dioxide.
국내의 경우 이산화탄소 시장의 대부분을 차지하는 조선업계의 용접용, 음료용 등 액화탄산 시장은 약 100만 톤/년 이내, 액체탄산 공급 가격은 15만원/톤이며, 시장은 거의 포화상태로 알려져 있다. 따라서, 대량의 이산화탄소 배출원인 발전소나 제철소 등에만 국한시켜 이산화탄소 포집 및 판매 사업을 추진한다고 하더라도 포집된 이산화탄소의 상업적인 시장은 상당히 제한적이다. 그럼에도 불구하고 전세계의 많은 국가들은 지속 가능한 발전을 위한 필수불가결한 요소로 이산화탄소로 인한 온실가스 감축에 주목하고 있으며, 우리나라에서도 이의 중요성을 인식하여 국가적 온실가스 감축 목표를 천명하였다. 아울러 온실가스 감축을 위한 산업ㆍ발전ㆍ수송ㆍ건물 부문의 감축방안을 소개하였고, 그 중 발전부문의 주요 감축수단으로 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS)의 상용화에 주목하였다.In Korea, the market for liquefied carbon dioxide for welding and beverage purposes in the shipbuilding industry, which accounts for most of the carbon dioxide market, is approximately 1 million tons/year, the supply price of liquid carbonate is 150,000 won/ton, and the market is known to be almost saturated. Therefore, even if carbon dioxide capture and sales projects are promoted only to power plants and steel mills, which are sources of large amounts of carbon dioxide emissions, the commercial market for captured carbon dioxide is quite limited. Nevertheless, many countries around the world are paying attention to reducing greenhouse gases caused by carbon dioxide as an essential element for sustainable development, and Korea also recognized the importance of this and declared a national greenhouse gas reduction goal. In addition, we introduced reduction measures in the industry, power generation, transportation, and building sectors to reduce greenhouse gases, and focused on the commercialization of carbon dioxide capture and storage technology (CCS) as a major reduction method in the power generation sector.
이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS)은 발전소, 제철소 등 이산화탄소를 대량으로 배출하는 배출원으로부터 이산화탄소를 포집한 후 지중이나 해양에 오랜 기간 이산화탄소를 저장하는 기술이다. 하지만 우리나라의 경우 지질학적 여건 상 이산화탄소 저장지의 확보가 쉽지 않고, 저장시설 역시 막대한 투자 및 관리비용을 요구하는 문제가 있다. 이에 따라 최근에는 이산화탄소를 포집하여 단순 저장하는 개념을 넘어 유용한 자원으로 재사용하고자 하는 이산화탄소 활용 및 저장기술(CCUS)이 주목 받고 있다. Carbon dioxide capture and storage technology (CCS) is a technology that captures carbon dioxide from sources that emit large amounts of carbon dioxide, such as power plants and steel mills, and then stores the carbon dioxide in the ground or ocean for a long period of time. However, in the case of Korea, it is not easy to secure a carbon dioxide storage site due to geological conditions, and storage facilities also have the problem of requiring enormous investment and management costs. Accordingly, recently, carbon dioxide utilization and storage technology (CCUS), which seeks to reuse carbon dioxide as a useful resource beyond the concept of simply capturing and storing it, has been attracting attention.
이산화탄소 활용 및 저장기술(CCUS)은 이산화탄소를 활용하여 부가가치가 높은 물질로 전환하는 것을 특징으로 하며, 이산화탄소의 재활용을 통한 저장소 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS)에서 발생되는 이산화탄소 저감 비용을 상쇄시키는 장점이 있어 새로운 대안이 될 전망이다.Carbon dioxide utilization and storage technology (CCUS) is characterized by utilizing carbon dioxide and converting it into a material with high added value. It not only solves the storage problem through recycling of carbon dioxide, but also solves the storage problem generated by existing carbon dioxide capture and storage technology (CCS). It is expected to become a new alternative as it has the advantage of offsetting the cost of reducing carbon dioxide.
이산화탄소 활용 및 저장기술(CCUS) 중 다양한 광물자원을 이산화탄소와 직접 또는 간접적으로 반응시켜 탄산염의 형태로 전환시키는 기술인 광물탄산화 또는 광물화는 이산화탄소를 안전하게 격리 및 저장할 수 있는 기술이다. 하지만 처리 용량이 현재 중소규모이며, 원료물질의 파쇄 등 에너지 집약적인 전처리 과정, 전체적으로 느린 반응속도, 광물자원과 이산화탄소 배출원의 위치적 문제, 탄산염을 수용할 수 있는 대규모의 수송저장시설 부족 등의 문제로 그 효과가 제한되고 있다.Among carbon dioxide utilization and storage technologies (CCUS), mineral carbonation or mineralization, a technology that converts various mineral resources into carbonate form by directly or indirectly reacting with carbon dioxide, is a technology that can safely isolate and store carbon dioxide. However, the processing capacity is currently small to medium-sized, and problems include energy-intensive pretreatment processes such as crushing of raw materials, overall slow reaction speed, location problems of mineral resources and carbon dioxide emission sources, and lack of large-scale transportation and storage facilities that can accommodate carbonate. Therefore, its effect is limited.
또한, 광물탄산화 과정에서 생성된 탄산염보다 엄밀하게는 침강성 탄산칼슘을 고부가 물질로 활용할 수 있다는 측면에서도 기술개발이 필요한 분야이다. 제철과정에서는 다량의 고로슬래그가 배출되며, 현재는 도로 노반재, 성토용 골재 등의 용도로 사용하고 있지만 점차 이들 고로슬래그의 고부가가치화를 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 알칼리 성분을 다량 함유하고 있는 고로슬래그는 광물탄산화 반응을 통해 침강성 탄산칼슘을 생성하고 이를 경량 블록, 천장재와 같은 건축소재에 활용이 가능하다는 점에서 고부가가치 제품으로 자원화가 가능하며 동시에 이산화탄소의 저장 및 고정화 측면에서 그 의미가 매우 크다.In addition, this is an area that requires technological development in that precipitated calcium carbonate can be used as a high value-added material rather than carbonate produced during the mineral carbonation process. A large amount of blast furnace slag is discharged during the steelmaking process, and is currently used as roadbed material and fill aggregate, but various efforts are being made to gradually increase the value of this blast furnace slag. In particular, blast furnace slag, which contains a large amount of alkaline components, generates precipitated calcium carbonate through a mineral carbonation reaction and can be used as a high value-added product in that it can be used in building materials such as lightweight blocks and ceiling materials, while also storing carbon dioxide. and has great significance in terms of immobilization.
이산화탄소로 인한 환경문제를 개선하면서도 품질, 경제성 및 생산성을 만족시킬 수 있는 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법을 제공하고자 한다.The aim is to provide a method for manufacturing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag that can improve environmental problems caused by carbon dioxide while satisfying quality, economic efficiency, and productivity.
또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.Additionally, it is not limited to the technical challenges described above, and it is obvious that other technical challenges may be derived from the description below.
개시된 내용의 일 실시예에 의하면, 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법은 (a) 고로슬래그를 분쇄하여 준비하는 단계, (b) 염산에 상기 준비된 고로슬래그 분말을 용해시켜 산용출모액을 수득하는 단계, (c) 상기 산용출모액에 산화제, 응집제 및 금속제거제 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하여 불순물을 침전시키고 침출모액을 추출하는 단계, (d) 상기 침출모액에 pH조절제, 황화수소나트륨 및 황화나트륨 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하고 불순물을 침전 및 분리시켜 칼슘모액을 수득하는 단계, (e) 상기 칼슘모액과 이산화탄소를 적어도 2회 이상 다단 탄산화 반응시키는 단계 및 (f) 상기 탄산화 반응에 의해 생성된 탄산칼슘 슬러리를 여과 및 건조하여 침강성 탄산칼슘을 수득하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the disclosed content, the method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag includes (a) preparing blast furnace slag by pulverizing it, (b) dissolving the prepared blast furnace slag powder in hydrochloric acid to obtain an acid-eluting mother liquor. (c) adding at least one selected from oxidizing agents, coagulants, and metal removers to the acid-dissolving mother liquor to precipitate impurities and extract the leaching mother liquor, (d) adding a pH adjuster, sodium hydrogen sulfide, and sulfide to the leaching mother liquor. Obtaining a calcium mother liquid by adding at least one selected from sodium and precipitating and separating impurities, (e) performing a multi-stage carbonation reaction of the calcium mother liquid and carbon dioxide at least twice, and (f) producing by the carbonation reaction. and filtering and drying the calcium carbonate slurry to obtain precipitated calcium carbonate.
또한, 상기 (b)단계는 pH 3~4의 조건 하에서 실시될 수 있다.Additionally, step (b) may be performed under conditions of pH 3 to 4.
또한, 상기 (c)단계에서 산화제는 차아염소산나트륨, 과산화수소 및 염소산 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Additionally, in step (c), the oxidizing agent may be one or more selected from sodium hypochlorite, hydrogen peroxide, and chloric acid.
또한, 상기 (c)단계에서 응집제는 폴리아크릴아미드, 황산철 및 염화철 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Additionally, in step (c), the coagulant may be one or more selected from polyacrylamide, iron sulfate, and iron chloride.
또한, 상기 (c)단계에서 금속제거제는 산화마그네슘, 염화마그네슘 및 수산화마그네슘 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Additionally, in step (c), the metal remover may be one or more selected from magnesium oxide, magnesium chloride, and magnesium hydroxide.
또한, 상기 (d)단계에서 침출모액의 pH는 상기 pH조절제에 의해 pH 6.5~8.5 범위로 조절되되, 상기 pH조절제는 암모니아수 및 수산화나트륨 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, in step (d), the pH of the leaching mother liquor is adjusted to a pH range of 6.5 to 8.5 by the pH adjuster, and the pH adjuster may be one or more selected from ammonia water and sodium hydroxide.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법은 선철을 제조하는 과정에서 부산물로 발생되는 고로슬래그 및 이산화탄소를 재활용함으로써 환경보호에 기여하면서도 제조비용은 절감할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment disclosed herein, the method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag can reduce manufacturing costs while contributing to environmental protection by recycling blast furnace slag and carbon dioxide generated as by-products in the process of manufacturing pig iron. It works.
도 1은 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 고로슬래그를 이용한 연속식 침강성 탄산칼슘의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.1 is a process diagram illustrating a method for producing continuous precipitated calcium carbonate using blast furnace slag according to an embodiment of the disclosure disclosed herein.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개시된 내용의 바람직한 실시예의 구성 및 작용 효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operational effects of preferred embodiments of the disclosed content will be examined with reference to the attached drawings. For reference, in the drawings below, each component is omitted or schematically shown for convenience and clarity, and the size of each component does not reflect the actual size. In addition, the same reference numerals refer to the same components throughout the specification, and reference numerals for the same components in individual drawings will be omitted.
이하 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법을 도면에 따라 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag according to an embodiment of the content disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.1 is a process diagram illustrating a method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag according to an embodiment of the content disclosed herein.
도 1을 참조하면, 우선, 고로슬래그를 분쇄하여 준비한다(S10).Referring to Figure 1, first, blast furnace slag is prepared by grinding (S10).
본 실시예의 주원료인 고로슬래그는 고로에서 선철을 제조할 때 발생되는 부산물을 말하며 화학성분은 산화칼슘(CaO), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등을 주성분으로 93~98%를 차지하고 소량의 산화망간(MnO), 산화철(FeO), 산화티타늄(TiO2), 황(S)이 섞여 있다. 산화칼슘/이산화규소(CaO/SiO2)의 무게비가 1이상의 것을 염기성슬래그, 1이하의 것을 산성슬래그로 분류한다. 본 실시예에서 사용되는 고로슬래그는 고로에서 용융 슬래그를 물로 급랭하여 얻어지는 모래 모양의 유리질 슬래그인 수쇄슬래그를 말한다.Blast furnace slag, the main raw material of this embodiment, refers to a by-product generated when producing pig iron in a blast furnace, and its chemical components include calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO). It accounts for 93-98% of the main ingredients, and small amounts of manganese oxide (MnO), iron oxide (FeO), titanium oxide (TiO 2 ), and sulfur (S) are mixed in. Those with a weight ratio of calcium oxide/silicon dioxide (CaO/SiO 2 ) of more than 1 are classified as basic slag, and those with a weight ratio of 1 or less are classified as acid slag. The blast furnace slag used in this example refers to crushed slag, which is sand-like glassy slag obtained by rapidly cooling molten slag with water in a blast furnace.
고로슬래그는 하기에서 후술할 염산에 용이하게 용해될 수 있도록 볼 밀(Ball mill), 레이몬드 밀(Raymond mill), 해머 밀(Hammer mill), 아크리션 밀(Attrition mill), 제트 밀(Jet mill), 회전 밀(Rotary mill) 및 진동 밀(Vibration mill) 중에서 선택되는 하나 이상의 장비로 분쇄될 수 있다. 이렇게 분쇄된 고로슬래그 분말은 0.01~0.3mm의 평균입경을 가질 수 있는데, 이는 고로슬래그 분말의 평균입경이 0.01mm 미만이면, 취급이 어렵고 공기 중으로 분산되어 손실되는 양이 많아질 수 있고, 0.3mm를 초과하면, 고로슬래그 분말이 염산과 접촉하는 표면적이 적어 칼슘 용출율이 낮을 수 있으므로 바람직하지 못하다. 그러므로 고로슬래그 분말이 염산에 보다 효율적으로 용해될 수 있도록 고로슬래그를 0.01~0.3mm의 평균입경을 갖도록 분쇄하는 것이 바람직하다. Blast furnace slag can be easily dissolved in hydrochloric acid, which will be described later, in a ball mill, Raymond mill, hammer mill, attrition mill, or jet mill. ), it can be pulverized with one or more equipment selected from a rotary mill and a vibration mill. The blast furnace slag powder pulverized in this way may have an average particle diameter of 0.01 to 0.3 mm. If the average particle diameter of the blast furnace slag powder is less than 0.01 mm, it is difficult to handle and the amount of loss due to dispersion in the air may increase, and 0.3 mm If it exceeds, it is undesirable because the surface area of the blast furnace slag powder in contact with hydrochloric acid is small and the calcium dissolution rate may be low. Therefore, it is desirable to grind the blast furnace slag to have an average particle diameter of 0.01 to 0.3 mm so that the blast furnace slag powder can be more efficiently dissolved in hydrochloric acid.
고로슬래그를 분쇄한 이후에 체를 이용하여 0.01~0.3mm의 입경 범위를 갖는 고로슬래그 분말만을 선별하는 단계를 더 실시할 수 있으며, 0.3mm의 범위를 초과하는 고로슬래그 분말은 0.01~0.3mm의 입경 범위를 갖도록 더 분쇄하는 작업을 실시할 수 있다. 이와 같이 선별단계를 더 실시함에 따라 산용출모액 수득단계에서 고로슬래그 분말이 염산에 용이하게 용해됨으로써 칼슘 용출율이 더욱 높아질 수 있다. After pulverizing the blast furnace slag, a step of selecting only the blast furnace slag powder having a particle size range of 0.01 to 0.3 mm may be further performed using a sieve, and the blast furnace slag powder exceeding the particle size range of 0.3 mm may be further carried out. Further pulverization can be performed to have a particle size range. As the selection step is further performed, the calcium elution rate can be further increased by easily dissolving the blast furnace slag powder in hydrochloric acid in the step of obtaining the acid-dissolving mother liquor.
그 다음 염산에 고로슬래그 분말을 용해시켜 산용출모액을 수득한다(S20).Next, the blast furnace slag powder is dissolved in hydrochloric acid to obtain the acid-dissolving mother liquor (S20).
상기 S10단계에서 준비된 고로슬래그 분말을 용해조에 투입한 후 칼슘의 용출이 완료될 때까지 염산을 서서히 첨가하되 pH 3~4의 조건 하에서 용해시킬 수 있으며, 용해는 적어도 2회 이상 실시할 수 있다. 다른 산용액보다 염산을 사용하는 경우에 칼슘 용출율이 가장 높으면서도 경제적일 수 있다. 또한, 암모니아수(NH4OH)를 추가로 첨가할 수 있으며, 암모니아수(NH4OH)에 의해 생성된 염화암모늄(NH4Cl)은 침출액으로 사용될 수 있다. After putting the blast furnace slag powder prepared in step S10 into the dissolution tank, hydrochloric acid can be slowly added until the elution of calcium is completed, but dissolution can be performed under conditions of pH 3 to 4, and dissolution can be performed at least twice. When using hydrochloric acid rather than other acid solutions, the calcium dissolution rate is the highest and it can be more economical. In addition, ammonia water (NH 4 OH) can be additionally added, and ammonium chloride (NH 4 Cl) generated by ammonia water (NH 4 OH) can be used as a leachate.
한편, 상기 용해조는 내마모성 및 내산성 재질로 구성될 수 있고 고로슬래그의 물성을 감안하여 내부는 바잘트로 처리된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 고로슬래그 분말을 직접 용출시키는 제1 용해조와 침출이 완료된 침출 슬래그를 추가 용해시키는 제2 용해조로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, the dissolution tank may be made of a wear-resistant and acid-resistant material, and considering the physical properties of blast furnace slag, it is preferable to use an interior treated with basalt. The first dissolution tank for directly eluting the blast furnace slag powder and the leached slag for which leaching has been completed are used. It may consist of a second dissolution tank for additional dissolution, but is not limited thereto.
그 후, 산용출모액에 산화제, 응집제 및 금속제거제 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하여 불순물을 침전시키고 침출모액을 추출한다(S30).Thereafter, at least one selected from oxidizing agents, coagulants, and metal removers is added to the acid-dissolving mother liquor to precipitate impurities and extract the leaching mother liquor (S30).
상기 S20단계에서 수득된 산용출모액에 산화제, 응집제 및 금속제거제 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하여 불순물을 침전시키고 침출모액을 추출할 수 있으며, 이때 상기 산용출모액은 염산에 의해 용출된 산용출액과 미용출된 잔사를 포함할 수 있다.One or more selected from oxidizing agents, coagulants, and metal removers may be added to the acid-eluting mother liquor obtained in step S20 to precipitate impurities and extract the leaching mother liquor. It may contain unreleased residue.
상기 산화제로는 차아염소산나트륨(NaOCl), 과산화수소(H2O2) 및 과염소산(HClO3) 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있고, 상기 응집제로는 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 황산철(FeSO4) 및 염화철(FeCl2) 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 상기 금속제거제는 인(P) 등을 제거하기 위해 첨가하는 것으로 산화마그네슘(MgO), 염화마그네슘(MgCl2) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.The oxidizing agent may be one or more selected from sodium hypochlorite (NaOCl), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and perchloric acid (HClO 3 ), and the coagulant may be polyacrylamide, iron sulfate (FeSO 4 ) . ) and iron chloride (FeCl 2 ) can be used, and the metal remover is added to remove phosphorus (P), etc., and includes magnesium oxide (MgO), magnesium chloride (MgCl 2 ), and magnesium hydroxide (Mg). (OH) 2 ) can be used.
한편, S30단계는 다단계로 구성된 복수의 침출조에서 연속적으로 순환되면서 실시될 수 있으며, 각 단계의 농도를 조절함으로써 침출모액 및 잔사를 보다 효율적으로 분리할 수 있고, 각 단계의 침출조에서의 체류 시간을 높임으로써 침출율을 높일 수 있다. 예컨대 첫단에 위치된 침출조에는 산화제, 응집제 및 금속제거제 중에서 선택되는 하나 이상을 공급하여 산용출모액 내에 포함된 철 염 등을 산화 및 침전시킬 수 있고, 말단에 위치된 침출조에는 세척수를 공급하여 잔사를 세척함으로써 잔사에 묻어나가는 용출모액이 없도록 할 수 있다.On the other hand, step S30 can be carried out by continuously circulating in a plurality of leaching tanks composed of multiple stages, and by adjusting the concentration of each stage, the leaching mother liquor and residue can be more efficiently separated, and the retention in the leaching tank at each stage is possible. The leaching rate can be increased by increasing the time. For example, one or more selected from oxidizing agents, coagulants, and metal removers can be supplied to the leaching tank located at the first stage to oxidize and precipitate iron salts contained in the mother acid solution, and washing water can be supplied to the leaching tank located at the end. By washing the residue, you can prevent any eluted mother liquor from sticking to the residue.
그리고, 침출모액에 pH조절제, 황화수소나트륨(NaHS) 및 황화나트륨(Na2S) 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하고 불순물을 침전 및 분리시켜 칼슘모액을 수득한다(S40).Then, one or more pH adjusters selected from sodium hydrogen sulfide (NaHS) and sodium sulfide (Na 2 S) are added to the leaching mother liquor, and impurities are precipitated and separated to obtain calcium mother liquor (S40).
상기 S30단계에서 수득된 침출모액의 pH는 암모니아수 및 수산화나트륨(NaOH) 중에서 선택되는 하나 이상의 pH조절제에 의해 pH가 6.5~8.5 범위로 조절됨으로써 칼슘성분만을 남기고 나머지 마그네슘, 철 성분 등은 침전시켜 분리할 수 있다. 상기 언급한 pH범위를 만족하는 경우 침출모액으로부터 마그네슘, 철 성분 등을 보다 용이하게 침전시킬 수 있다. The pH of the leaching mother liquor obtained in step S30 is adjusted to a pH range of 6.5 to 8.5 by one or more pH adjusters selected from ammonia water and sodium hydroxide (NaOH), leaving only the calcium component and separating the remaining magnesium and iron components by precipitation. can do. If the above-mentioned pH range is satisfied, magnesium, iron, etc. can be more easily precipitated from the leaching mother liquor.
또한, 미량 녹아있는 금속염 등은 황화수소나트륨(NaHS) 및 황화나트륨(Na2S) 중에서 선택되는 하나 이상을 전체 중량%에 대하여 0.1~1중량% 첨가하여 황화염으로 침전시킴으로써 제거할 수 있는데, 이때 첨가되는 함량이 1중량%를 초과하게 되면 경제성에 영향을 미칠 수 있으므로 상기 언급한 범위를 만족하는 것이 바람직하다. In addition, trace amounts of dissolved metal salts can be removed by adding 0.1 to 1% by weight of one or more selected from sodium hydrogen sulfide (NaHS) and sodium sulfide (Na 2 S) based on the total weight % and precipitating them as sulfide salts. If the added content exceeds 1% by weight, economic feasibility may be affected, so it is desirable to satisfy the above-mentioned range.
그 다음 칼슘모액과 이산화탄소를 적어도 2회 이상 다단 탄산화 반응시킨다(S50).Next, the calcium mother liquor and carbon dioxide are subjected to a multi-stage carbonation reaction at least twice (S50).
상기 S40단계에서 수득된 칼슘모액과 이산화탄소를 적어도 2회 이상 다단 탄산화 반응시켜 탄산칼슘 슬러리를 생성할 수 있으며, 이때 탄산화 반응은 탄산화 반응 장치에 의해 실시될 수 있다. 상기 이산화탄소로는 고로슬래그가 발생되는 과정 중 발생된 것과 생활쓰레기 소각로 또는 하수슬러리 처리시설에서 발생된 것을 회수하여 사용할 수 있으며, 상기 회수된 이산화탄소는 습식세정탑을 이용하여 이산화탄소 내 이물질을 제거하고 냉각시킨 후 자체 순환하는 방식으로 포집하여 정제한 다음 탄산화 반응에 사용할 수 있다. 따라서 이산화탄소의 대기 배출을 최소화하여 환경은 보전하면서도 제조비용은 절감할 수 있다.Calcium carbonate slurry can be produced by performing a multi-stage carbonation reaction of the calcium mother liquid and carbon dioxide obtained in step S40 at least twice. In this case, the carbonation reaction can be performed by a carbonation reaction device. The carbon dioxide generated during the process of generating blast furnace slag and that generated from a household waste incinerator or sewage slurry treatment facility can be recovered and used. The recovered carbon dioxide is used to remove foreign substances in the carbon dioxide using a wet scrubber and cool it. After this, it can be collected and purified in a self-circulating manner and then used in a carbonation reaction. Therefore, by minimizing carbon dioxide emissions into the atmosphere, manufacturing costs can be reduced while preserving the environment.
탄산화 반응 장치는 칼슘모액을 저장하며, 상기 칼슘모액과 이산화탄소가 탄산화 반응하는 반응컬럼, 상기 반응컬럼에 연결되고, 반응컬럼에서 미반응된 칼슘모액과 이산화탄소가 연속적으로 탄산화 반응하는 복수의 반응조, 및 상기 반응컬럼에서 미반응된 이산화탄소를 회수하여 별도의 잉여 이산화탄소를 처리하기 위한 예비 반응조로 구성될 수 있다. The carbonation reaction device stores the calcium mother liquid, a reaction column in which the calcium mother liquid and carbon dioxide undergo a carbonation reaction, a plurality of reaction tanks connected to the reaction column and in which the unreacted calcium mother liquid and carbon dioxide in the reaction column continuously undergo a carbonation reaction, and It may be configured as a preliminary reaction tank for recovering unreacted carbon dioxide from the reaction column and separately processing excess carbon dioxide.
상기 이산화탄소는 칼슘모액의 미반응 농도와 관계없이 반응이 완결된 역순으로 이산화탄소가 연속적으로 투입됨으로써 침강성 탄산칼슘의 반응 완결도를 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 다단으로 진행되므로 회수되는 이산화탄소 외에 별도로 외부로부터 이산화탄소를 공급하지 않아도 탄산화 반응의 완결이 가능하며 이산화탄소의 손실을 최소화할 수 있다.The carbon dioxide can be continuously added in the reverse order in which the reaction was completed, regardless of the unreacted concentration of the calcium mother liquor, thereby maximizing the completeness of the reaction of the precipitated calcium carbonate. In addition, since it is carried out in multiple stages, the carbonation reaction can be completed without separately supplying carbon dioxide from outside in addition to the recovered carbon dioxide, and carbon dioxide loss can be minimized.
마지막으로, 탄산칼슘 슬러리를 여과 및 건조한다(S60).Finally, the calcium carbonate slurry is filtered and dried (S60).
상기 S50단계에서 탄산화 반응에 의해 생성된 탄산칼슘 슬러리를 프레스필터를 이용하여 연속적으로 여과 및 건조기(Spin flesh dryer)에서 105~120℃의 온도 조건에서 건조하여 침강성 탄산칼슘을 수득하고 염화암모늄 용액(NH4Cl)은 회수할 수 있다. 회수된 염화암모늄 용액은 침출액으로 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The calcium carbonate slurry produced by the carbonation reaction in step S50 was continuously filtered using a press filter and dried in a spin flesh dryer at a temperature of 105 to 120° C. to obtain precipitated calcium carbonate, and an ammonium chloride solution ( NH 4 Cl) can be recovered. The recovered ammonium chloride solution can be used as a leachate, but is not limited thereto.
상술한 방법에 의해 수득된 침강성 탄산칼슘은 고순도 품질을 확보하면서도 경제성 및 생산성을 만족할 수 있다.The precipitated calcium carbonate obtained by the above-described method can satisfy economic efficiency and productivity while ensuring high purity and quality.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.The disclosed content is merely an example, and various modifications and implementations may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the claims, so the scope of protection of the disclosed content is limited to the above-mentioned specific scope. It is not limited to the examples.
Claims (6)
(b) 염산에 상기 준비된 고로슬래그 분말을 용해시켜 산용출모액을 수득하는 단계;
(c) 상기 산용출모액에 산화제, 응집제 및 금속제거제 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하여 불순물을 침전시키고 침출모액을 추출하는 단계;
(d) 상기 침출모액에 pH조절제, 황화수소나트륨 및 황화나트륨 중에서 선택되는 하나 이상을 첨가하고 불순물을 침전 및 분리시켜 칼슘모액을 수득하는 단계;
(e) 상기 칼슘모액과 이산화탄소를 적어도 2회 이상 다단 탄산화 반응시키는 단계; 및
(f) 상기 탄산화 반응에 의해 생성된 탄산칼슘 슬러리를 여과 및 건조하여 침강성 탄산칼슘을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 (c)단계에서 상기 산화제는 차아염소산나트륨, 과산화수소 및 염소산 중에서 선택되는 하나 이상이고,
상기 응집제는 폴리아크릴아미드, 황산철 및 염화철 중에서 선택되는 하나 이상이며,
상기 금속제거제는 산화마그네슘, 염화마그네슘 및 수산화마그네슘 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법.
(a) preparing blast furnace slag by pulverizing it;
(b) dissolving the prepared blast furnace slag powder in hydrochloric acid to obtain an acid-dissolving mother liquor;
(c) adding at least one selected from an oxidizing agent, a coagulant, and a metal remover to the acid-dissolving mother liquor to precipitate impurities and extract the leaching mother liquor;
(d) adding at least one selected from a pH adjuster, sodium hydrogen sulfide, and sodium sulfide to the leaching mother liquor and precipitating and separating impurities to obtain a calcium mother liquor;
(e) performing a multi-stage carbonation reaction of the calcium mother liquid and carbon dioxide at least twice; and
(f) filtering and drying the calcium carbonate slurry produced by the carbonation reaction to obtain precipitated calcium carbonate,
In step (c), the oxidizing agent is at least one selected from sodium hypochlorite, hydrogen peroxide, and chloric acid,
The coagulant is at least one selected from polyacrylamide, iron sulfate, and iron chloride,
A method for producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag, wherein the metal remover is at least one selected from magnesium oxide, magnesium chloride, and magnesium hydroxide.
상기 (b)단계는 pH 3~4의 조건 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법.
According to paragraph 1,
Step (b) is a method of producing precipitated calcium carbonate using blast furnace slag, characterized in that it is carried out under conditions of pH 3 to 4.
상기 (d)단계에서 침출모액의 pH는 상기 pH조절제에 의해 pH 6.5~8.5 범위로 조절되되, 상기 pH조절제는 암모니아수 및 수산화나트륨 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고로슬래그를 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법.According to paragraph 1,
In step (d), the pH of the leaching mother liquor is adjusted to a pH range of 6.5 to 8.5 by the pH adjuster, and the pH adjuster is at least one selected from ammonia water and sodium hydroxide. Precipitated calcium carbonate using blast furnace slag Manufacturing method.
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