KR19980064645A - 소석회의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

탄산칼슘의 입자를 혼입시킨 기류를 하소로를 통하여 통과시켜서 탄산칼슘을 열분해 시키는 단계, 이산화탄소를 포함하는 기체중에 현탁된 산화칼슘 입자를 포함하는 노에서 생성된 분해 생성물의 흐름을 산화칼슘 입자를 물과 접촉시키는 용기로 운반하여 수산화칼슘의 수성 현탁액을 생성시키는 단계, 및 상기 기체로부터 수성 현탁액을 분리시키는 단계를 포함하는 탄산칼슘의 수성 현탁액을 제조하는 방법.

Description

소석회의 제조 방법

본 발명은 소석회를 제조하는 방법에 관한 것이다.

소석회, 즉 수산화칼슘의 수성 현탁액은 다양한 산업 분야에 이용된다. 예를 들어, 이산화탄소와의 반응에 의해 침전된 탄산칼슘(pcc)의 제조에 통상적으로 이용된다.

소석회는 생석회 또는 산화칼슘을 물과 반응시킴으로서 형성된다. 생석회는 예를 들어, 석회암과 같은 무기 원료로부터 수득된 탄산칼슘을 노에서 열분해시킴으로서 생성되는 것이 일반적이다. 통상적으로, 생석회는 노에서의 고체 잔여물로서 수득된다. 냉각 후에, 생석회는 일반적으로 예를 들어, 저장한 후에 사용자에게 전달되는, 백에 포장되거나 대량으로 건조 처리된다. 대안적으로, 이것은 사용자에게 직접 건조 전달될 수 있다. 생석회가 위험한 알칼리성 물질이기 때문에, 이러한 통상적인 방법으로 생성된 건조 생석회의 처리, 저장 및 운반에는 문제가 있다. 생석회로부터 수득된 소석회를 이용하여 결과적으로 생성된 예를 들어, pcc와 같은 생성물의 성질에 영향을 미치는 물과 건조 생석회 분말의 우발적인 접촉을 피하기 위해 주의가 필요하다.

pcc 생성에 있어서, 소석회는 통상적으로 물을 함유하는 용기에서 생석회를 물과 혼합함으로써 생성된다. 통상적으로 생성된 생석회를 소화할 때, 만약 주의를 하지 않는다면, 이런 방법으로 생성된 소석회는 비교적 낮은 고체 수준에서도 점성을 나타낼 수 있고, 비하소된 탄산칼슘 또는 비반응 및 물 연소 생석회로부터 발생한 그릿(grit)을 함유할 수 있다.

본 발명에 따라서, 탄산칼슘의 입자를 혼입시킨 기류를 하소로를 통하여 통과시켜서 탄산칼슘을 열분해 시키는 단계, 이산화탄소를 포함하는 기체중에 현탁된 산화칼슘 입자를 포함하는 노에서 생성된 분해 생성물의 흐름을 산화칼슘 입자를 물과 접촉시키는 용기로 운반하여 수산화칼슘의 수성 현탁액을 생성시키는 단계, 및 상기 기체로부터 수성 현탁액을 분리시키는 단계를 포함하는 수산화칼슘의 수성 현탁액을 제조하는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 구체화한 공정의 개략적 흐름도이다.

산화칼슘이 현탁된 상기 기체는 예를 들어, 분해 반응에 의해 생성된 이산화탄소 뿐만 아니라 산소, 질소 및 수증기와 같은 기체의 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 용기에 공급되기 전에, 분해 생성물의 상기 흐름을 포함하는 기체상 현탁액은 냉각되어, 산화칼슘이 물과 접촉하기 전에, 산화칼슘에 의해 이산화탄소가 실질적으로 재흡되지 않게 하는 것이 바람직하다. 냉각은 또한 하기에 설명된 바와 같이 상기 용기에서 다음 단계의 열적 부하를 감소시키고, 또한 열원을 제공하여 배출 기체의 흐름의 온도를 증가시킬 수 있어서, 이러한 기체가 외부 대기로 운반될 때, 농축 및 기체 기둥의 형성을 제한한다. 냉각은 산화칼슘의 기체상 현탁액을 냉각제 유체 즉, 근접한 구획에서의 액체 또는 기체에 근접한 튜브, 예를 들어 상기 현탁액을 함유하는 튜브를 둘러싸는 재킷을 형성하는 외부 튜브를 따라 통과시키는 열교환기에서 수행될 수 있다. 냉각제는 상응하는 열교환기로 이동되거나 또는 공정의 또 다른 단계에서 열원을 제공할 수 있으며, 상기 냉각제에 의해 획득된 열은 다른 단계에서 손실된다. 냉각제는 하기에 설명된 공정에서 나중에 고체 물질로부터 분리된 배출 기체를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 열교환기는 냉각시키려는 냉각제 기체 및 기체상 현탁액이 반대 방향으로 흐르는 교차-흐름 관형 열교환기이다.

상기 기체상 현탁액은 상기 용기에 삽입되기 전에 80℃ 이상, 바람직하게는 100℃ 이상에서 냉각되는 것이 바람직하다.

상기 용기는 흐르는 물을 기류중의 입자와 접촉시키는 세정기로서 공지된 형태중의 하나를 포함할 수 있다. 물은 분무될 수 있다. 용기는 기류의 흡입 및 소용돌이를 유발하는 벤츄리 목부분을 포함하는 공지된 종류의 세정기일 수 있으며, 물은 벤츄리 내부 또는 근처로 분무된다. 이것은 산화칼슘 입자와 물의 친밀한 접촉을 허용한다.

바람직하게는, 상기 용기에서, 산화칼슘의 기체상 현탁액에 대한 첨가된 물의 온도 및 유량은 산화칼슘 입자의 건조 및 물 연소를 피하기 위해 물의 비점 미만, 바람직하게는 90℃ 미만으로 현탁액 온도를 감소시키기에 충분하다.

상기 용기에서 형성된 수성 현탁액을 산화칼슘 입자의 완전한 소화를 확실히 하기 위해 혼합물을 물과 추가로 접촉시키는 제 2 용기내로 기체와 혼합하여 통과시킬 수 있다. 제 2 용기는 처리된 제 1 혼합물이 물을 함유한 분무에 의해 접촉되는 세정기 예를 들어, 제 1 용기와 유사한 세정기를 또한 포함할 수 있다.

제 1 및/또는 제 2 용기에서 산화칼슘과 접촉하기 위해 이용된 물은 상기 공정으로 이미 생성되고, 적당한 용기에 대한 유입물로서 재순한되는 수산화칼슘의 수성 현탁액를 포함할 수 있다. 이러한 현탁액은 소화 과정에서 산화칼슘의 물 연소를 피하고, 만약 그 후에, 현탁액아 pcc 제조에 이용된다면, 요구된 결정 형태를 제공하기 위해 하기에 설명된 것으로서의 조정된 온도를 가질 수 있다. 온도는 5℃ 내지 95℃, 특히 40℃ 내지 80℃로 조정될 수 있다.

적당한 것으로서 언급된 제 1 또는 제 2 용기에 의한 배출물로서 제공된 혼합물은 소석회 수성 현탁액로부터 이산화탄소 및 다른 기체를 분리하기 위해 기체/액체 분리기로 운반될 수 있다. 분리기는 원심력 및 중력하에 기체와 액체를 분리시키는 공지된 기체/액체 분리기중의 하나 예를 들어, 접선 유입 분리기일 수 있다.

분리기에 의해 분리된 소석회 수성 현탁액는 저장소 또는 완충제 탱크로 이동될 수 있다.

분리기에 의해 분리된 소석회 수성 현탁액는 상기에서 설명한 것으로서 언급된 제 1 또는 제 2 용기로의 유입물을 형성하기 위해 예를 들어, 탱크로부터 라인을 따라 현탁액을 펌프하는 펌프기에 의해 재순환 루프에서 재순환될 수 있다.

재순환 루프가 이산화탄소 및 다른 기체로부터 분리된 소석회 현탁액을 유입된 산화칼슘을 소화하는 용기중 하나로 재순환에 이용되며, 재순환 현탁액의 하나 이상의 특성은 온라인으로 측정될 수 있다. 소석회의 온도 및 고체 농축은 예를 들어 측정될 수 있다. 단지 고체 수준 및 온도가 예를 들어 소석회는 출구도관내로 배출 하는 밸브를 개방함으로써 예정된 값에 도달할 때, 소석회는 재순환 루프로부터 출구도관내로 들어갈 수 있다. 이러한 개방은 하기에 설명된 바와 같이 자동적으로 수행될 수 있다.

재순환 루프의 사용은 재순환 현탁액의 농축 및 온도를 고정하기 위해 공정 조건을 요구된 값으로 알맞게 조절하여, 현탁액이 배출물로서 운반될 때, 이러한 요구되는 특성을 갖게 하는 것이 유리하다.

분리기에 의해 분리된 소석회 수성 현탁액은 추가적 재순환 루프에서 예를 들어 저장소 또는 완충제 탱크로의 유입을 형성하기 위해, 열교환기를 경유하여 기체/액체 분리기의 배출구로 재순환될 수 있다. 이러한 추가의 재순환 루프는 열교환기에서 적당한 가열 또는 냉각에 의해 조절되는 현탁액의 온도를 허용한다.

저장소 또는 완충제 탱크로의 재순환 루프중의 현탁액의 온도는 용기중의 소화된 생석회가 물-연소되지 않아서, 그릿 생성물을 생성하지 않는 것을 확실히 하기 위해 예를 들어 40℃ 내지 80℃로 유리하게 조정된다. 온도 조정은 열교환기를 사용하여 효과적으로 수행될 수 있다.

예를 들어 완충제 탱크로부터 전방으로 운반된 후에, 분리기에 의해 이산화탄소 및 다른 기체로부터 분리된 소석회의 수성 현탁액은 출구도관을 경유하여 운반될 수 있고, 상기 현탁액는 언급된 제 1 재순환 루프로부터 반응기로 확장되어, 이산화탄소와 소석회와의 반응에 의해 탄산칼슘 침전물, 임의적으로 다른 물질 예를 들어, 비말동반된 고체 미립자 및/또는 미섬유 물질과 함께 포함하는 수성 현탁액을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 반응은 pcc 기술분야에서 숙련된 이들에게 잘 공지된 방식으로 수행될 수 있다. 이 반응에 이용된 이산화탄소가 상기 공정으로 기체/액체 분리기로부터 아주 초기에 추출된 것일 수 있다. 소석회 및 이산화탄소는 반응기로 운반되고, 연속, 반연속 또는 배취 공정으로 함께 반응될 수 있다. 그래서, 형성된 pcc 현탁액은 하기에 설명된 공지된 방법중 하나에 이용될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 이용된 하소로는 조절된 온도에서 탄산칼슘의 입자를 새로 하소시키고 예를 들어, 매우 신속한 열 전달 과정에 의해 가열시킬 수 있는 노이다. 예를 들어, 입자는 0.1 내지 5 초간, 대기중에서, 800℃ 내지 1100℃, 특히 950℃ 내지 1000℃로 조정된 온도에서 분해를 유도하기 위해 가열될 수 있다.

비록 하소로에서 입자로의 열 전달이 입자 크기의 감소에 따라 보다 용이해질 것이지만, 공급 물질로서 사용된 탄산칼슘 입자의 크기는 중요하지 않다. 바람직하게는, 비록 입자가 100㎛ 내지 1mm크기 특히, 이용될 수 있는 100㎛ 내지 500㎛ 크기를 가짐에도 불구하고, 입자는 일반적으로 100㎛ 미만 예를 들어, 300 메쉬 스크린을 쉽게 통과하는 53㎛ 이하의 크기를 갖는다. 입자는 예를 들어 공기와 같은 기체 흐름에서 분산된 노로 공급될 수 있다. 기체의 미립자 현탁액이 노을 통하여 공급되는 비율은 반응기 용적의 m³당, 시간당 100 내지 1000㎏이다(산화 생성 비로 나타낸).

설명된 방식으로 탄산칼슘의 입자를 하소시킴으로서, 원하는 크기 및 특징을 갖는 산화칼슘이 제조될 수 있다.

탄산칼슘의 바람직하지 않은 오버(over)-하소 또는 언더(under)-하소는 하소 공정 조건을 조정함으로서 피할 수 있다.

탄산칼슘의 하소가 본 발명에 따른 방법으로 수행되는 하소로는 환상의 흐름 가열 영역이 성립되고, 하소된 입자는 가열 영역으로 주입되는 한상의 유체 흐름의 종류일 수 있다. 환상의 유체 흐름 종류의 노은 원래 공지되어 있다. 이러한 노는 에를 들어 미국 특허 번호 4,479,920에 설명되어 있다. 일반적으로, 더운 기체는 블레이드(blade)의 고리에 있는 각진 블레이드 또는 베인(vane), 또는 노의 작동 챔버에 제공된 베인 사이의 갭을 통하여 통과한다. 블레이드 고리는 예를 들어, 위로 향하는 원뿔 부분, 즉 챔버의 축에 위치한 부분과 같은 중앙의 블록과 챔버의 벽 사이의 환상의 갭에 형성된다. 기류는 블록 주의의 도넛 모양의 영역 및 환상 통로내의 각각의 소용돌이에서 환상 통로를 따라 유도된다. 이들은 기류에서 가열되기 위해 예를 들어, 미립자 물질과 같은 물질로의 효과적인 열 전달를 확실히 한다.

환상의 유체 흐름 종류의 노이 사용되는 곳에서 미립자 물질로의 신속한 열 전달 및 열분해에 의해 생성된 CO₂확산의 신속한 제거는 신속한 반응 및 그 결과 신속한 재료 처리량을 지지하는 단계를 측정하는 반응 비율이다.

환상의 유체 흐름으로의 무기 입자의 운반은 서로 분산된 입자의 주입에 의해 바람직하게 수행된다. 이것은 입자가 환상의 유체 흐름에서 가열될 때, 이들이 서로 접촉하지 않음을 확실히한다. 이러한 접촉은 입자의 융제 및 융화를 야기시킬 수 있고, 연마될 수 있는 생성물을 유도한다. 이러한 연마재는 물질의 다음 공정에 바람직하지 않다.

운반 유체는 현탁시키려는 입자 공급원 위로 초기에 송풍될 수 있는 공기 또는 비활성 기체를 포함하며, 여기에 입자들이 첨가되어 노로 운반될 수 있다. 운반 유체는 만약 필요하다면 가열될 수 있음에도 불구하고, 주위 온도 예를 들어, 20℃에서 존재할 수 있다. 일반적으로, 담체 기체 온도는 중요하지 않다.

본 발명의 구체예는 첨부한 도면에 관계된 실시예의 방법에 의해 지금 설명될 것이다.

도 1에 기재된 바로서, 예를 들어, 석회암과 같은 무기 원료로부터 수득된 탄산칼슘의 입자를 운반하는 공기의 흐름은 탄산칼슘이 신속하게 고온 분해로 처리되는 순간 하소기 3으로의 유입물로서 공급기 1에 형성된다. 순간 하소기 3에서의 온도는 약 950℃ 내지 1000℃이다. 하소기 3로부터의 배출물은 분해 생성물로 구성되어 있고, 이산화 탄소 및 산소를 포함하는 다른 기체, 질소, 및 수증기를 포함하는 기류에서 산화칼슘 입자의 현탁액을 포함한다. 기류는 배출 현탁액의 온도가 약 100℃의 온도 차이에 의해 신속하게 감소되는 열교환기 5를 통하여 통과한다. 열교환기 5로부터 빠져나온 배출 현탁액이 출처 9로부터의 물이 현탁액의 흐름으로 분무되는 제 1 벤츄리 형태 세정기 7로 통과한다. 흐름의 온도는 물로 식힘으로서 약 85℃로 감소된다. 그 후, 세정기 7로부터 형성된 혼합된 액체 및 기체상 현탁액은 이미 형성된 수산화칼슘의 수성 현탁액이 제 1 세정기 7로부터 제공된 처리된 현탁액으로 분무된 제 2 벤츄리 형태 세정기 11로 통과한다. 제 2 세정기 11로부터의 배출은 열교환기 5를 경유하여 팬 17의 보조를 갖는 배출 라인으로 운반되는 기체 이산화탄소를 함유하는 배출물을 생성하는 기체/액체 분리기 13으로 공급된다. 수산화칼슘의 수성 현탁액을 포함하는 분리기 13에 의해 분리된 액체는 라인 21을 경유하는 물과 희석되서 현탁액의 적당한 고체 농도를 제공하는 완충제 탱크 19로 이동한다. 탱크 19중의 현탁액은 판 및 틀 형태의 열교환기 20을 경유하여 현탁액이 완충제 탱크 19로 다시 되돌아가는 순환 라인 23을 통하여 펌프 25에 의해 펌프된다. 열교환기 20을 통한 라인 24를 경유하여 통과한 물은 적당하게 라인 23중의 현탁액을 가열시키거나 냉각시킬 수 있고, 따라서, 온도 모니터 26에 의해 모니터되는 완충제 탱크 19중의 현탁액의 온도를 신속하게 조절할 수 있다. 현탁액은 제 1 재순환 루프 28을 경유하여 제 2 세정기 11로 펌프된다. 루프 28을 통해 순환된 현탁액의 하나 이상의 특성은, 예를 들어, 현탁액의 온도 및 몰랄농도는 공지된 온라인 모니터 27에 의해 모니터될 수 있다. 순환 현탁액이 적당한 특성, 예를 들어 온도 및 몰랄농도를 가질 때, 라인 33에 존재하는 밸브 31이 개방된다. 개방은 요구되는 측정 값을 갖는 모니터 27에 의해 제작된 측정과 비교하여 획득한 대조 시그날을 이용한 대조 루프(기재되지 않았음)에 의한 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 수산화칼슘 현탁액의 형성에서 루프 28로부터의 배출물은 라인 33을 경유하여 현탁액이 라인 15를 경유하여 공급된 이산화탄소를 함유하는 기체의 유입에 의해 탄산화된 반응기 35로 운반된다. 반응기 35에서 생성된 침전된 탄산칼슘을 함유하는 수성 현탁액은 완충제 탱크 37로 이동되고, 이들은 공지된 방법 예를 들어, 종이 제작 또는 종이 코팅 또는 필러, 페인트의 색소 또는 증량제, 중합체, 또는 매개물을 함유하는 공지된 다른 미립자를 위한 조성물의 생성에 이용되기 위해 완충제 탱크로 저장된 후, 운반된다.

기체를 함유하는 비처리된 이산화탄소는 배출구 39를 통하여 반응기 35에 방치됨이 허용되고, 외부 환경으로 소모되는 것으로서 배출될 수 있다.

본 발명은 소석회 공급을 위해 연속 공정의 일부를 제공하거나 형성할 수 있는 방법인 소석회 현탁액을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 유익하게는, 본 발명은 소석회 현탁액이 조정된 석회 입자 크기 및 농도, 조정된 석회 특징, 및 조절된 소석회 몰농도 및 온도를 갖는 효과적으로 생성되는 것을 허용한다. 종래 기술에서 생성되던 그릿을 함유하지 않는 소석회가 생성되어, 시간이 소모되고, 비용이 많이 드는 그릿 분리 공정을 피할 수 있다.

하소 공정에 의해 생성된 산화칼슘이 직접 소석회로 전환되기 때문에, 건조 산화칼슘의 취급과 관련된 종래 기술중의 문제를 해결할 수 있다.

아주 점성이 없는 즉, 흐를 수 있고, 펌프될 수 있는 소석회 현탁액은 본 발명에 따른 방법에 의해 생성될 수 있다. 이러한 현탁액중의 수산화칼슘 입자는 우리의 공동계류중인 영국 특허 출원 번호 GB 9624085에 기재된 바와 같은 분산제를 이용하여 유리하게 분산될 수 있으며, 이러한 경우에 높은 고체 로딩(loading)이 필요하다.

Claims (15)

1. 탄산칼슘의 입자를 혼입시킨 기류를 하소로를 통하여 통과시켜서 탄산칼슘을 열분해 시키는 단계, 이산화탄소를 포함하는 기체중에 현탁된 산화칼슘 입자를 포함하는 노에서 생성된 분해 생성물의 흐름을 산화칼슘 입자를 물과 접촉시키는 용기로 운반하여 수산화칼슘의 수성 현탁액을 생성시키는 단계, 및 상기 기체로부터 수성 현탁액을 분리시키는 단계를 포함하는 수산화칼슘의 수성 현탁액을 제조하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 분해 생성물의 상기 흐름을 포함하는 기체상 현탁액이 상기 용기로 공급되기 전에 냉각됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 용기가 흐르는 물을 기체 흐름중의 입자와 접촉시키는 세정기를 포함함을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 세정기가 기체 흐름의 흡입 및 소용돌이, 및 물에 의한 기체 흐름중의 산화칼슘 입자의 친밀한 접촉을 허용하는 벤츄리 노즐을 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 현탁액의 온도를 용기중의 물의 비점 미만으로 감소시켜서 산화칼슘 입자의 건조를 피하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용기에서 형성된 수성 현탁액을 혼합물을 물과 추가로 접촉시키는 제 2 용기로 기체와 혼합하여 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 제 2 용기가 벤츄리관 목부분을 포함하는 세정기를 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 제 2 용기에 첨가된 물이 상기 방법으로 이미 생성되고, 제 2 용기에 대한 유입물로서 재순환되는 수산화칼슘의 수성 현탁액을 포함함을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용기중에 또는 만약 존재한다면, 상기 제 2 용기중에서 생성된 수성 현탄액 및 기체 혼합물이 기체/액체 분리기에 의해 분리됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 기체/액체 분리기에 의해 분리된 수성 현탁액이 재순환 루프를 경유하여 상기 용기 또는 만약 존재한다면 상기 제 2 용기로 재순환되며, 재순환 루프에서 수성 현탁액의 하나 이상의 특성이 모니터되고/거나 조정됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 수산화칼슘의 수성 현탁액이 배출 라인을 경유하여 재순환 루프로부터 반응기로 운반되어, 이산화탄소와의 반응에 의해 침전된 탄산칼슘을 생성하기 위해 사용됨을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 이산화탄소가 상기 방법으로 초기에 추출된 기체에 함유됨을 특징으로 하는 방법.
13. 상기 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 기체/액체 분리기에 의해 분리된 수성 현탁액의 온도가 현탁액을 재순환 루프중의 열교환기를 통하여 기체/액체 분리기의 배출구로 통과시킴으로서 조절됨을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 하소로가, 공급 물질의 순간 하소를 제공하기 위해 환상의 흐름 가열 영역이 성립된 종류의 노를 포함하는 순간 하소기를 포함함을 특징으로 하는 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 산화칼슘을 생성시키고, 소화시키고, 이산화탄소와의 반응에 의해 생성된 소석회로부터 침전된 탄산칼슘을 직접 생성시키기 위한 연속 또는 반연속 공정을 포함함을 특징으로 하는 방법.