KR20020004916A - 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조방법에 관한 것으로, 850-1100℃에서 석회석(CaCO3)을 소성하여 제조된 완소 생석회(CaO)를 중량비 300-500wt%의 소화수에 반응시켜 비표면적이 큰 고반응성의 소석회 분말을 제조하는 방법으로써, 구체적으로는 물에 대한 중량비로 50-150wt%의 low alcohol을 넣은 용매 또는 물만을 사용한 용매에 1-3wt%의 수화 지연제(유기산 및 염등), 1-3wt%의 분산제(계면활성제 등)를 첨가한 소화수를 사용하여 5-40℃의 온도에서 10-100분 수화시켜 여과·건조 과정을 거쳐 25-44m²/g의 비표면적을 갖는 고반응성의 소석회 분말을 제조하는 것이다.

Description

비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법{Manufacturing method of slaked lime}

본 발명은 소석회 분말의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소화수에 low alcohol이나 수화지연제 또는 분산제를 첨가하여, 비표면적이 매우 큰 소석회 분말을 얻을 수 있도록 하는 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 소석회는 높은 반응성과 자체의 알카리성으로 인해 환경, 화학, 건축, 건설 등의 여러분야에서 널리 사용되어왔다. 특히 근래에 들어서는 환경문제의 대두로 인하여 소각로, 발전소, 화학공장 등에서 발생되는 SOx, HCl, HF등의 유해가스를 제거하는데 많이 이용되고 있다.

이러한 소석회는 일반적으로 석회석(CaCO3)을 약 900℃의 온도에서 다양한 방법에 의해 소성시켜 얻어지는 생석회(CaO)를 물과 반응시킴으로서 제조된다. 이렇게 제조된 소석회는 1차적으로 석회석의 하소온도와 시간, 그리고 제조된 생석회의 순도에 따라, 2차적으로는 수화반응 과정에서 소화수의 양과 온도, 첨가제 등에 따라 비표면적과 반응성 등에 영향을 받게 된다.

그러나, 종래의 소석회는 대부분 생석회를 건식 및 습식 방법을 통하여 단순 수화 및 숙성 공정을 통해 제조하여왔으며, 이러한 종래의 소석회 제조방법으로는 생석회와 물 간의 반응조건이 조절되지 않기 때문에 수화반응 시 급격한 소석회의 핵생성 및 성장이 일어나 불균일한 입자크기, 형상, 내부기공을 가지게 되어 비표면적이 2-10m²/g 정도의 낮은 값을 가지게 된다.

이에 따라 근래에는 소석회 제조공정에 첨가제 부여, 재소성 공정 등의 기술을 도입하여 비표면적의 증대를 이루고자하고 있으나, 이러한 방법에 의한 소석회 분말 및 액상 소석회의 경우 비표면적이 28m²/g 이상을 넘지 못하였다.

또한, 상기 액상 소석회로써 제조공정상 비표면적 증대에 한계가 있고, 겨울철에는 수분에 의한 얼음현상 등으로 인해 많은 애로점을 지니고 있으며, 분말 소석회의 경우에도 낮은 비표면적으로 인한 반응성 저하로 가스 제거 효율, 소석회 사용량 및 부산물 처리 등에 있어 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 생석회를 수화시켜 소석회를 제조하는 방법에 있어서, 수화반응 시의 온도조절, 첨가제로써 산, 계면활성제 등을 첨가하여 기존의 소석회에 비해 미세하고 균일한 입자크기와 25-44m²/g의 비표면적을 가지는 고반응성 분말 소석회의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 하기에서 살펴본다.

본 발명에 따른 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법은 850-1100℃에서 석회석(CaCO3)을 소성하여 제조된 완소 생석회(CaO)를 사용하여 300-500wt%의 소화수에 넣어 10-100분(바람직하게는 1시간)동안 교반시켜 수화반응을 시킨 후, 이렇게 얻어진 소석회 슬러리를 여과·건조 과정을 거쳐 소석회 분말을 얻는다. 이때 소화수에 첨가되는 첨가제로써는 물에 대한 중량비로써 50-150wt%의 low alchol, 1-3wt%의 수화지연제인 산(Acid)류, 1-3wt%의 분산제 또는 계면활성제를 부여한다. 수화반응 시의 온도는 5-40℃, 바람직하게는 30℃ 이하로 유지해 준다.

한편, 상기한 본 발명에서 사용한 첨가제의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

Low alcohol(메탄올 또는 에탄올)의 경우 수화반응 속도를 지연시킴으로써 분산성 향상 및 비표면적의 증대를 가져오게 하고, 또한 용매 내에서 수화물(소석회)에 대한 용해도를 낮추어 소화수 내의 생석회로부터 생성되는 소석회의 침전을 증대시키는 역할을 한다. 이런 작용에 의해 소석회의 핵생성 및 성장이 억제되어 미세하고 비표면적이 큰 소석회 입자가 제조되어진다.

또한, 수화 지연제는 일반적으로 시멘트 등에서 수화반응을 억제시켜 응결시간을 지연시키는데 이용되고 있는데, 본 발명에서는 침전된 소석회 입자에 흡착되어 수화반응을 억제함으로써 입자의 성장속도를 저하시켜 생성된 결정의 크기를 작고 균일하게 하는 작용을 하며, 이 수화지연제로 사용가능한 물질에는 유기산으로써 옥살산(Oxalic acid), 타르타르산(Tataric acid), 젖산(Latic acid), 구연산(Citric acid), 글리세르산(Glyceric acid), 술폰산(Sulfonic acid) 등을 들 수 있으며, 염으로는 오르토인산염(Orth-phosphate), 황산염(Sulfate), 붕산염(Borate), 규산염(Silicate) 등이 있다.

그리고, 분산제는 생성된 소석회 입자의 표면에 부착되어 ionic 또는 steric stabilization을 이루어 입자간 척력(서로 밀어내는 힘)을 발생시켜 분산성을 향상시키는 작용을 하며, 이러한 분산제로 사용 가능한 물질은 주로 계면활성제로 이용되는 물질로 글리콜(Ethylene glycol, Diethylene glycol, Triethylene glycol 등), Triton-X계 물질, Fish oil, amine계 물질 등을 들 수 있다.

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다

우선, 물과 low alcohol(물에 대한 중량비로 50-150wt%) 또는 물로 된 용매에 수화 지연제 및 분산제를 용매에 대한 중량비로 0.5-3wt%를 첨가한 후 1-3시간동안 충분히 교반시켜 혼합한 후 소화수를 제조한다. 이렇게 제조된 소화수에 분말 혹은 괴 상태의 생석회를 고형분 기준 25-30wt%으로 첨가하여 수화반응을 시킨다. 이때, 수화조의 온도는 5-40℃, 바람직하게는 30℃이하의 온도를 유지시켜야 하는데, 이는 생석회와 물 간의 반응시 발생되는 열에 의한 핵생성 및 입자성장 속도를 완화하기 위해서이다.

그리고, 이 슬러리를 50-300rpm의 속도로 10분-100분 간(물+Low alcohol의 경우 40분 이상, 물의 경우 20분 이상 교반하는 것이 바람직함) 교반하여 소석회슬러리를 제조한다.

교반이 완료된 슬러리는 정치시간 없이 바로 여과공정을 거쳐 110-120℃에서 건조를 시켜 소석회 분말을 제조하며, 이 분말제조 과정에서는 바람직하게 진공건조기를 사용한다.

이하, 비교예와 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

비교예 1.(종래방법)

2.5kg의 소화수(물)에 괴 상태의 생석회 500g을 첨가하여 20분 동안 200rpm의 속도로 교반시켜 상온에서 수화반응을 시킨 후 여과·건조 공정을 거쳐 소석회 분말을 제조하고 BET법으로 비표면적을 측정해본 결과 5-9m²/g인 것을 확인하였다.

실시예 1.

2.5kg의 소화수(물)에 수화 지연제 1wt%와 분산제 1wt%를 첨가하여 3시간 동안 교반시켜 소화수를 준비한다. 비교예 1과 같은 방법으로 괴 상태의 생석회 500g을 첨가하여 수화조의 온도를 15℃로 고정시키고 25분 동안 200rpm의 속도로 교반하면서 수화반응을 시킨 소석회 분말을 제조한 후 BET법으로 비표면적을 측정해본 결과 25-28m²/g인 것을 확인하였다.

실시예 2.

물 1.25kg과 에탄올 1.25kg을 혼합하여 소화수를 준비하여 괴 상태의 생석회를 500g 첨가하여 수화조의 온도를 15℃로 고정시키고 40분 동안 200rpm의 속도로교반하면서 수화반응을 시킨 소석회 분말을 제조한 후 BET법으로 비표면적을 측정해본 결과 28-32m²/g인 것을 확인하였다.

실시예 3.

물 1.25kg과 에탄올 1.25kg을 혼합한 용액에 수화지연제와 분산제를 각 1wt% 첨가하여 실시예 1과 같은 방법으로 소화수를 제조한다. 수화조의 온도응 15℃로 고정시키고 45분 동안 200rpm의 속도로 교반하면서 수화반응을 시킨 소석회 분말을 제조한 후 BET법으로 비표면적을 측정해본 결과 38-40m²/g인 것을 확인하였다.

실시예 4.

물 1.25kg과 에탄올 1.25kg을 혼합한 용액에 수화지연제와 분산제를 각 2wt% 첨가하여 실시예 1과 같은 방법으로 소화수를 제조한다. 수화조의 온도를 15℃로 고정시키고 45분 동안 200rpm의 속도로 교반하면서 수화반응을 시킨 소석회 분말을 제조한 후 BET법으로 비표면적을 측정해본 결과 42-44m²/g인 것을 확인하였다.

이상의 실시예를 요약하면 하기의 표. 1과 같다.

따라서, 본 발명에 의한 비표면적이 큰 고반응성 소석회는 수화지연제와 분산제를 사용하여 생석회와 물 간의 수화반응에 의해 생성되는 입자의 크기 및 형상을 제어하여 제조한 것으로, 반응성 및 표면활성이 높고 용해도 및 분산성이 우수하여 소각로, 화학공장, 발전소 등에서 발생되는 대기오염물질인 SOx, HF, HCl등의 유해가스 제거용 중화제로 사용하기 적합하며, 특히 대기오염 물질에 대한 규제가 강화될 경우 기존에 사용되어온 소석회에 비해 소량으로 높은 효율을 기대할 수 있기 때문에 사용량 및 부산물 처리 등의 문제점을 해결할 수 있다. 이 외에 화학약품 제조용 첨가제, 고무 및 플라스틱용 충진제, 토질안정제 등으로 활용될 수 있다.

Claims (3)

1. 석회석(CaCO3)을 소성하여 제조된 완소 생석회(CaO)를 소화수에 넣어 교반시켜 수화반응을 시킨 후, 이렇게 얻어진 소석회 슬러리를 여과·건조 과정을 거쳐 소석회 분말을 얻는 소석회 분말의 제조 방법에 있어서,

   상기 소화수에는 메탄올 또는 에탄올중에서 택일된 low alchol이 물에 대한 중량비로써 50-150wt% 첨가되고, 수화반응 시의 온도는 5-40℃인 것을 특징으로 하는 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법.
2. 석회석(CaCO3)을 소성하여 제조된 완소 생석회(CaO)를 소화수에 넣어 교반시켜 수화반응을 시킨 후, 이렇게 얻어진 소석회 슬러리를 여과·건조 과정을 거쳐 소석회 분말을 얻는 소석회 분말의 제조 방법에 있어서,

   상기 소화수에는 옥살산, 타르타르산, 젖산, 구연산, 글리세르산, 술폰산, 오르토인산염, 황산염, 붕산염, 규산염중에서 택일된 산(Acid)류가 물에 대한 중량비로써 1-3wt%가 첨가되고, 글리콜, Triton-X계 물질, Fish oil, amine계 물질중에서 택일된 분산제 또는 계면활성제가 물에 대한 중량비로써 1-3wt% 첨가되며, 수화반응 시의 온도는 5-40℃인 것을 특징으로 하는 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법.
3. 석회석(CaCO3)을 소성하여 제조된 완소 생석회(CaO)를 소화수에 넣어 교반시켜 수화반응을 시킨 후, 이렇게 얻어진 소석회 슬러리를 여과·건조 과정을 거쳐 소석회 분말을 얻는 소석회 분말의 제조 방법에 있어서,

   상기 소화수에는 메탄올 또는 에탄올중에서 택일된 low alchol이 물에 대한 중량비로써 50-150wt% 첨가되고, 상기 소화수에는 옥살산, 타르타르산, 젖산, 구연산, 글리세르산, 술폰산, 오르토인산염, 황산염, 붕산염, 규산염중에서 택일된 산(Acid)류가 물에 대한 중량비로써 1-3wt%가 첨가되고, 글리콜, Triton-X계 물질, Fish oil, amine계 물질중에서 택일된 분산제 또는 계면활성제가 물에 대한 중량비로써 1-3wt% 첨가되며, 수화반응 시의 온도는 5-40℃인 것을 특징으로 하는 비표면적이 큰 고반응성 소석회 분말의 제조 방법.