KR20040087052A

KR20040087052A - 침강성 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040087052A
Application number: KR1020030021292A
Authority: KR
Inventors: 안지환; 주성민; 김형석
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-10-13
Also published as: KR100500731B1

Abstract

본 발명은 침강성 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법에 관한 것으로, 탄산칼슘의 입도 및 입형을 자유롭게 변형 생산할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘은, 증류수와 산화칼슘(CaO)의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 탄산가스(CO₂)의 탄산화반응에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치는, 증류수와 산화칼슘(CaO)의 반응에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)₂)현탁액을 생성하는 수화반응수단(100)과; 탄산가스(CO₂)를 공급하는 탄산가스 공급수단(200)과; 상기 수화반응수단과 탄산가스 공급수단에서 각각 공급되는 수산화칼슘 현탁액과 탄산가스에 의해 탄산화 반응을 일으켜 탄산칼슘이 생성되도록 하는 주반응수단(300)과; 상기 주반응수단의 내부 온도를 조절하는 온도조절수단(400)과; 상기 주반응수단에서 생성된 탄산칼슘 현탁액을 여과하는 여과수단(500)과; 그리고, 상기의 각 수단의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

Description

침강성 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법{Precipitated Calcium Carbonate and Equipment and Method for Recrystallization Reaction of it}

본 발명은 침강성(沈降性) 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄산칼슘의 입자 형태를 자유롭게 변형 제조할 수 있는 침강성 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법에 관한 것이다.

종이, 플라스틱, 페인트, 의약·식료품 등의 충진제로 사용되는 탄산칼슘은 천연산의 백색 석회석을 기계적으로 분쇄한 중질탄산칼슘과 화학적 침전반응에 의해 제조되는 침강성 탄산칼슘으로 대별된다.

상기 침강성 탄산칼슘은 탄산칼슘을 제조하는 결정화 반응장치(또는 제조장치)에 의해 석회석을 소성, 수화 및 재합성 공정 처리함으로써 화학적으로 제조된 것으로서, 합성하는 방법으로는 석회석을 출발물질로 하여 소성 및 수화공정을 거쳐 석회유를 만든 다음 탄산가스를 활용하는 탄산가스 화합법, 탄산염을 이용하는 석회-소다법 및 소다법 등의 3가지 방법으로 구분된다. 이중 비교적 공정이 단순하면서도 입자의 크기나 모양을 합성조건에 따라 조절이 가능한 탄산가스 화합법이 공업용으로 가장 많이 사용되고 있다.

국내에서는 대부분 물리적으로 탄산칼슘 원석을 분쇄 및 미분쇄 공정을 거친 보통 및 중질 탄산칼슘으로 도로포장 시 아스팔트 충진제, 유리, 중화 및 배연 탈황, 사료, 비료 및 플라스틱, 고무, 도료 및 종이 등에 사용되고 있다.

그러나, 원석을 물리적으로 분쇄한 경우에는 원석의 결정을 변형하지 않고 입자의 크기만을 매우 작게 한 것으로 최근 산업의 다양화, 고급화로 인한 각종 소재의 고품위화에 부응하지 못하고 있는 실정이다. 반면 침강성 탄산칼슘의 경우에는 원석의 결정을 변형하던가 또는 칼슘이나 탄산기를 가진 화합물을 이용하여 합성한 것으로 중질 탄산칼슘에서는 발휘하지 못하는 기능을 발휘하는데 사용된다. 즉, 중질 탄산칼슘은 그 입자모양이 불규칙하면서 둥근 형태이지만 침강성 탄산칼슘은 방추형이나 입방형 또는 침상형의 규칙적인 입자모양을 가지며, 제조 조건에 따라 여러 가지 입자크기를 가진 분체를 제조할 수 있다. 탄산칼슘 분체는 최근에 기능성을 부여한 무기 필러에 의한 복합재료 형태로 물성개선이 절실히 요구되고 있으며, 국제적으로는 탄산칼슘을 흡착제, 칼슘제 및 의약품 첨가제 등으로의 기능성 재료로서 활용이 기대되어지고 있다. 결국 고기능 필러로서의 침강성 탄산칼슘 분체 제조의 핵심기술은 안정적인 형태 및 입도 제어 기술에 있다.

그러나, 침강성 탄산칼슘은 상온 상압 하에서 안정한 결정상으로 합성조건을 제어하지 않고서도 생성영역이 넓기 때문에 일반적으로 간단히 합성할 수 있어서 국내에서 시도된 연구나 제조 생산업체에서는 생성 메카니즘의 구명 없이 생산하고 기술개발을 통한 제품품질의 안정화를 도모하지 않기 때문에 다형 제어 및 입도 제어 기술이 확립되지 않았다.

이러한 문제점 때문에 국내 침강성 탄산칼슘 제조가 안정적으로 합성조건 변화를 통해 균일한 크기와 형상 제어가 되어지지 않은 상태이므로 최고 선진기술인일본에서도 80년의 제조역사와 20여년의 안정기술확립 노력에서 살펴볼 수 있듯이 침강성 탄산칼슘 제조가 시급히 필요하고 제품의 안정생산기술의 확립을 통해 단계별로 실용화가 필요하다.

현재 분말형태의 완제품으로 생산되어지고 있는 침강성 탄산칼슘은 여과 및 건조 등의 후처리 공정이 필요하며, 후처리 공정으로 인한 분말의 응집에 의한 특성 저하, 건조공정과 운송과정을 거치면서 물성이 저하되고, 많은 손실량이 많아 성능저하와 비효율성의 문제가 있다. 또한, 탄산칼슘 다형 제어를 위한 고비용의 후처리 공정이 필요하여 공정이 복잡화되고 투자비용이 증가하게 되는 문제점을 안고있다. 이로 인하여 탄산칼슘 충진제와 제지 원료간의 계면 특성 제어 연구가 절실히 요구되며, 응용 재료와의 계면 결합성 저하로 인한 충진제의 과량 투입, 제지의 강도 및 인성 등의 약화 그리고 제품특성 저하속도의 증가로 인한 제품 수명의 단축 등을 초래하게 된다.

따라서, 침강성 탄산칼슘을 응용분야에 그대로 적용하기까지 콜로이드 형태로 계속 유지할 수 있다면 공정의 단순화, 소실의 최소화 및 최종 생산물의 물성향상 등이 기대된다. 그러나, 현재는 국내의 침강성 탄산칼슘의 분산처리 기술은 거의 전무한 형편으로 본 연구과제를 포함하여 유동성 및 분산성 향상을 위한 핵심기술 개발이 절실히 요구되고 는 상황이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 침강성 탄산칼슘의 입자 형태를 자유롭게 변형 제조할 수 있도록 한 침강성 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치에 적용된 수화반응 장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치에 적용된 주반응 장치의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치에 적용된 온도제어 장치의 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치에 적용된 여과 장치의 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 제조방법에 의한 제조 공정도

도 7a와 도 7b는 각각 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘의 반응 장치 및 방법에 의해 제조된 콜로이드형 탄산칼슘과 입방형 탄산칼슘의 확대도.

<도면의 주요 부분에 사용된 부호 설명>

100 : 수화반응수단, 200 : 탄산가스 공급수단

300 : 주반응수단, 400 : 온도조절수단

500 : 여과수단,

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘은, 증류수와 산화칼슘(CaO)의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 탄산가스(CO₂)의 탄산화반응에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치는, 증류수와 산화칼슘(CaO)의 반응에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)₂)현탁액을 생성하는 수화반응수단과; 탄산가스(CO₂)를 공급하는 탄산가스 공급수단과; 상기 수화반응수단과 탄산가스공급수단에서 각각 공급되는 수산화칼슘 현탁액과 탄산가스에 의해 탄산화 반응을 일으켜 탄산칼슘이 생성되도록 하는 주반응수단과; 상기 주반응수단의 내부 온도를 조절하는 온도조절수단과; 상기 주반응수단에서 생성된 탄산칼슘 현탁액을 여과하는 여과수단과; 상기 주반응부 내부를 세척하는 세척수단과; 그리고, 상기의 각 수단의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 방법은, 증류수와 산화칼슘의 수화반응에 의해 제조된 수산화칼슘 및 탄산가스를 각각 준비하는 단계와; 상기 단계에서 준비된 수산화칼슘을 주반응조에 투입하는 단계와; 상기 주반응조 내부 온도를 대략 10~20℃로 셋팅하는 단계와; 상기 단계에서 준비된 탄산가스를 주반응조에 투입하여 교반하는 단계와; 상기 수산화칼슘과 탄산가스의 반응에의해 탄산칼슘이 생성되도록 하는 반응단계와; 상기 반응단계에서 탄산칼슘이 생성된 후 탄산가스의 투입을 중단하는 단계와; 그리고, 상기 반응단계에서 생성된 탄산칼슘 현탁액을 침전시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘은, 증류수와 산화칼슘(CaO)의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 탄산가스(CO₂)의 탄산화반응에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 증류수, 산화칼슘의 혼합비, 탄산가스의 투입량 등에 따라 다양한 입도 및 입자 형태의 탄산칼슘이 제조될 수 있다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치는, 증류수와 산화칼슘(CaO)을 혼합하여 수산화칼슘(Ca(OH)_{2 )}현탁액을 공급하는 수화반응수단(100)과; 탄산가스(CO₂)를 공급하는 탄산가스공급수단(200)과; 상기 수화반응수단과 탄산가스공급수단에서 각각 공급되는 수산화칼슘 현탁액과 탄산가스에 의해 탄산화 반응을 일으켜 탄산칼슘이 생성되도록 하는 주반응수단(300)과; 상기 주반응수단의 내부 온도를 조절하는 온도조절수단(400)과; 상기 주반응수단에서 생성된 탄산칼슘 현탁액을 여과하는 여과수단(500)과; 상기 주반응부 내부를 세척하는 세척수단과; 그리고, 상기의 각 수단의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 수화반응수단(100)은 증류수와 산화칼슘(CaO)의 수화반응에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 용액을 제조하는 것으로, 수화반응조(110), 이 수화반응조(110) 내부에 설치되며 구동모터(121)를 구동원으로 하여 구동되면서 수화반응조(110)에 투입된 증류수와 산화칼슘의 수화반응이 원활하도록 이를 교반하는 교반기(120)로 구성된다.

이 수화반응조(110)는 증류수와 산화칼슘의 주입 및 수산화칼슘의 배출을 위한 주입구(111)와 배출구(112)가 각각 구비된다. 아울러, 수화반응조(110)와 후술하는 주반응수단(300)의 주반응조(310)는 배관을 통해 연결되며 이 배관에는 수산화칼슘을 압송하기 위한 펌프(130)가 설치된다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 탄산가스 공급수단(200)은 수화반응수단(100)에 의해 생성된 수산화칼슘과 탄산화반응을 일으켜 탄산칼슘을 생성하기 위하여 탄산가스를 공급하는 것으로, 탄산가스 탱크(210) 및 탄산가스 탱크(210)로부터 탄산가스의 유량을 조절하여 공급하는 조절기(220)로 이루어진다.

조절기(220)에서는 대략 40℃로 가열된 탄산가스를 후술하는 주반응수단(300)의 주반응조(310) 내부의 버블(bubbler)(350)을 통하여 공급한다.

도 3에서 보이는 바와 같이, 주반응수단(300)은, 그 내부 온도가 반응 온도로 조절된 상태에서 수화반응수단(100)과 탄산가스 공급수단(200)에서 각각 공급되는 수산화칼슘과 탄산가스가 탄산화반응하여 탄산칼슘을 생성하는 곳으로, 수산화칼슘 및 탄산가스주입구(311,312)가 각각 구비된 주반응조(310)와, 주반응조(310)의 외주부에 설치되며 그 내부에 냉각가스가 순환되는 재킷(320)과, 주반응조(310)의 내부에 설치되며 모터(331)를 통해 구동되는 교반기(330)와, 주반응조(310)에서 탄산화반응에 의해 생성된 탄산칼슘을 압송하는 펌프(340)로 이루어질 수 있다. 주반응조(310)의 내부에는 탄산가스를 분사하는 버블(bubbler)(350)이 설치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 온도조절수단(400)은, 주반응조(310) 내부를 탄산화반응이 일어날 수 있는 온도로 조절하는 것이며, 냉매를 정해진 온도로 유지시키는 냉각기(chiller)(410)와, 냉각기(410)에 의해 냉각된 냉매를 주반응조(310)의 재킷(320)에 공급하는 펌프(420)를 포함하여 이루어질 수 있다.

주반응조(310)의 내부 온도는 예컨대, 10~20℃일 수 있으며, 바람직하게 15℃로 유지될 수 있다. 반응 적정온도인 15℃를 맞추기 위한 방법으로 예컨대, 적정온도인 15℃보다 낮은 14.6℃로 온도를 설정하고, 설정시 자동(AUTO)으로 되어 있는 것을 수동(MANL)으로 바꾸어 설정한다. 이때 설정된 온도는 처음 공정을 시작할 때 지정을 해주며 공정 중에는 변경하지 않는 것이 좋다.

이때 냉각기(410)에는 고압 및 저압 게이지가 있는데 고압의 경우 최고 15이상을 초과하거나 저압의 경우 7이상을 초과해서는 안 된다. 현재 저압 조절 센서가 냉각장치(410)의 진동에 의해 분리되는 경우가 발생함으로 저압 게이지가 7이상을 넘었을 경우 저압 조절 센서가 분리되었는지 확인하고, 냉각기(410)의 사용수명을연장시키기 위해서 ON의 경우는 압축기 → 펌프 순으로 스위치를 올리고, OFF의 경우는 펌프 → 압축기 순으로 스위치를 내린다.

여과수단(500)은, 압축공기와 탄산칼슘 현탁액이 각각 주입되는 주입구(511,512) 및 배출구(513)가 구비된 여과조(510)와, 여과조(510)의 내부에 설치되며 구동모터(521)를 통해 구동되면서 여과조(510)에 투입된 압축공기와 탄산칼슘 현탁액을 교반하는 교반기(520)와, 여과조(510) 내부의 바닥부에 설치되는 여과부재(530)를 포함하여 구성된다.

여과조(510)에서 여과된 탄산칼슘 현탁액은 여과부재(530)를 거쳐 배출구(513)를 통해 미도시된 침전부로 배출되며, 여과부재(530)에 잔류하는 입도가 큰 물질은 여과부재(530)를 빼내어 건조시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 탄산화반응에 의해 탄산칼슘이 생성된 주반응조(310)의 내부에는 잔여물이 코팅된 것처럼 잔류할 수 있으며, 이러한 잔여물은 그 다음 탄산화반응에 의해 생성되는 탄산칼슘의 질을 떨어뜨릴 수 있으므로 주반응조(310) 내부를 세척할 수 있다. 세척방법으로는 주반응조(310) 내부에 물에 의해 희석된 염화수소를 분사하여 제거할수 있다.

컨트롤러는, 주반응수단(300)의 내부온도, 주반응수단(300)의 재킷(320)의 온도, 각 수단(100,200,300,400,500)의 작동 여부, 현재 진행중인 부분, 탄산탄산가스 공급량/속도, 전기전도도 및 pH 등을 확인할 수 있도록 프로그램되어 있으며, 각 항에 표시된 부분을 클릭하면 원하는 정보를 얻을 수 있다. 그러나 표시된 부분을 클릭 한 후에는 설정된 값은 필요한 경우 이외에는 변경하지 않아야 한다.

본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치에 의하면, 탄산화반응에 의해 생성되는 탄산칼슘의 pH 값을 대략 7로 설정할 수 있다. 그 방법으로는 탄산가스공급으로 탄산화 반응이 일어나면서 염기성에서 중성방향으로 반응이 진행되어 pH 값이 7에 가까워진다. 즉, pH 값 설정 버튼을 조작하여 pH 값을 셋팅하면 자동으로 탄산가스의 공급량을 조절함으로써 탄산칼슘의 pH 값을 설정된 값 즉 7로 맞출 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 제조 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 제조 방법은 컴퓨터에 의해 자동화 공정으로 진행될 수 있다. 작동순서를 보면 우선 컴퓨터의 전원 스위치를 누르면 화면이 나타나면서 카보네이션 프로세스 시스템(carbonation process system)이 자동적으로 나타나도록 되어 있으며 프로그램이 시작된다. 메인 디렉토리(main directory)중의 프로세스(process) 부분의 카보네이션(carbonation) 부분을 클릭하면 실행하도록 되어있다.

이렇게 하여 기본적인 공정변수를 셋팅한 후, 다음과 같은 방법에 의거하여 탄산칼슘을 생성한다.

(S100) 수산화칼슘( Ca(OH)₂)현탁액과 탄산가스를 각각 준비한다.

수산화칼슘 현탁액은 수화반응수단(100)에 의해 제조할 수 있다. 수화반응수단(100)의 수화반응조(110)에 증류수와 산화칼슘(CaO)을 각각 투입하여 구동모터(121)를 구동원으로 하는 교반기(120)를 구동시켜 이를 교반하면 증류수와산화칼슘이 수화반응을 일으켜 수산화칼슘 현탁액이 생성된다. 증류수와 산화칼슘을 투입한 후 교반하지 않고 그냥 둘 경우 다시 침전이 생길 수 있으므로 교반은 대략 25분~35분 동안 이루어질 수 있으며, 바람직하게 30분 정도 교반한다.

(S200) 상기 (S100) 단계에서 생성된 수산화칼슘을 주반응조(310)에 투입한다. 수화반응조(110)에서 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)₂)현탁액을 펌프(130)에 의해 주반응수단(300)의 주반응조(310)에 투입한다. 펌프(130)가 작동하지 않는 경우 ON/OFF를 반복하여 작동을 유도하며, 그래도 펌프(130)가 작동을 하지 않을 경우 펌프(130)를 분해한 후 완충액을 넣어 주어서 작동시킨다.

(S300) 주반응조(300) 내부를 탄산반응이 원활히 일어나는 온도로 셋팅한다. 냉각기(410)를 통해 주반응조(310)의 내부온도를 대략10~20℃로 셋팅할 수 있으며, 바람직하게 15℃로 셋팅한다. 반응온도를 설정하기 위하여 컴퓨터 프로그램에서 온도설정에 대한 수동(MANL)을 클릭한 후 셋 포인트 버튼(SP)을 클릭하면 온도를 셋팅할 수 있는 온도셋팅창이 팝업되며, 이 온도셋팅창에서 온도를 셋팅한다. 반응 적정온도를 15℃로 할 경우 이 온도를 맞추기 위한 방법으로 예컨대, 적정온도인 15℃보다 낮은 14.6℃로 온도를 설정하고, 설정시 자동(AUTO)으로 되어 있는 것을 수동(MANL)으로 바꾸어 설정한다. 이때 설정된 온도는 처음 공정을 시작할 때 지정을 해주며 공정 중에는 변경하지 않는 것이 좋다. 온도 셋팅이 진행되는 동안 교반기(330)가 작동한다.

(S400) 수산화칼슘이 탄산반응에 의해 탄산칼슘이 생성되도록 주반응조(310)에 탄산가스(CO₂)를 투입한다. 탄산가스는 버블(350)을 통해 주반응조(310)의 하부에서 위쪽으로 분사될 수 있으며, 이때, 버블(350)이 침전물에 의해 막힐 수 있으므로 탄산가스를 공급하기 이전에 탄산가스를 원활하게 공급할 수 있도록 에어컴프레서를 통해 버블(350)에 공기를 주입하여 버블(350)의 분사공을 개방시킨다.

설정된 온도에 도달하면 가스 조절기(gas regulator)(220)의 밸브를 열고 수동(MANL) 상태에서 최초 값을 입력한 후 자동(AUTO)을 클릭하면 탄산가스가 주입되기 시작한다. 수동(MANL) 상태에서는 탄산가스가 주입되지 않으므로 주의해야 한다. 단 탄산가스의 공급시 가스 조절기(220) 부분이 동결되는 경우가 발생하는데 이때는 주변의 온도를 상승시켜 주고 조절기(220)를 가열 시켜주면 동결되는 현상이 없어진다. pH 값이 7정도를 유지하면서 충분한 탄산화 반응이 일어나도록 탄산가스의 공급을 대략 15~25분간 유지해주고, 가스 조절기 게이지의 수치를 일정하게 유지시킨다. 그러나 가스 조절기가 동결되는 경우 CO₂의 공급이 일정하지 않아서 정확한 공정이 되지 않을 수 있으므로 지속적으로 확인을 요한다. 탄산가스가 공급되는 동안 컨트롤러는 탄산가스의 공급량을 체크하게 하여 정해진 공급량이 공급되지 않는 경우 이를 제어한다.

(S500) 상기 (S400) 단계에서 투입된 탄산가스와 수산화칼슘이 탄산반응을 일으켜 탄산칼슘이 생성된다. 탄산가스공급으로 탄산화 반응이 일어나면서 염기성에서 중성방향으로 반응이 진행되어 pH 값이 7에 가까워지도록 한다. pH 값 설정 버튼을 조작하여 pH 값을 셋팅하면 자동으로 탄산가스의 공급량을 조절함으로써 탄산칼슘의 pH 값을 설정된 값 즉 7로 맞출 수 있다다.

(S600) 상기 (S600) 단계에서 탄산칼슘이 안정되면 탄산가스의 투입을 중단한다. 탄산가스의 공급을 중단할 때는 수동(MANL) 상태에서 기본값을 0으로 설정한 후 가스 조절기(220)의 밸브를 모두 잠근다. 가스 조절기(220)를 잠그지 않을 경우 미량의 탄산가스가 세어 나올 수 있으므로 반드시 모든 밸브를 잠근다.

(S700) 상기 (S600)단계에서 탄산반응에 의해 생성된 탄산칼슘을 침전시킨다. 주반응조(310)에서 생성된 탄산칼슘을 빼내어 침전부에 투입한 후 침전이 될 때까지 유지시킨다. 반응이 모두 끝난 탄산칼슘 슬러리를 빼내기 위한 단계로 하수구로 배출되는 호수를 제거하고 짧은 호스를 연결한 후 침전부에 호스를 댄 후에 ON 스위치를 누른다. 이때 펌프 작동시 분출압에 의해 호스가 심하게 움직임으로 반드시 호스를 잡고 슬러리를 용기에 담는다. 펌핑시 펌프가 멈추는 경우에는 분리하여 완충액을 넣으면 작동이 원활할 것이다.

상기 (S500) 탄산화반응 단계이후 탄산칼슘을 안정화시키는 안정화단계(S800)가 더 포함될 수 있다다. 이 안정화단계에서는 탄산칼슘의 pH 값이 7이하로 안정되도록 한 후, 이 상태가 대략 15~25분정도 바람직하게 20분정도 유지되도록 한다.

상기 공정을 거침으로써 탄산칼슘의 제조가 완료되며, 이 탄산칼슘을 건조기에서 건조시켜 그 입도 및 형상 등의 분석을 행하여 인쇄용지, 피복용 등으로 사용되는 입방형 탄산칼슘을 제조할 수 있고, 플라스틱 고무 등의 충진제로 사용되는 콜로이드형 탄산칼슘을 제조할 수 있다.

부가적으로, 생성된 탄산칼슘을 여과하는 여과단계와 주반응조(310)의 내부를 세척하는 세척단계가 더 포함될 수 있다. 상기 여과단계에서는 탄산칼슘 현탁액과 압축공기를 여과조(510)에 투입하여 입도가 큰 이물질 등을 여과할 수 있고, 세척단계에서는 주반응조(310)에 염화수소를 투입하여 주반응조 내부를 중성에 가깝게 한다.

하기의 표는 본 발명에 따라 콜로이드형 및 입방형 침강성 탄산칼슘을 제조하기 위한 성분을 보이기 위한 것이다.

표에서 보이는 바와 같이, 물 15ℓ에 산화칼슘을 375g과 750g 각각 첨가하여 수산화칼슘 현탁액을 제조한 후, 탄산가스를 7.5ℓ/min의 유속으로 불어넣어 반응온도 15℃에서 탄산화반응 후 각각 콜로이드형 및 입방형 침강성 탄산칼슘으로 제조할 수 있다.

구 분	콜로이드형 탄산칼슘(Colloidal Calcium Carbonate)	입방형 탄산칼슘(Rhmbohedral Calcium Carbonate)
물(H₂O)	15ℓ	15ℓ
출발물질(산화칼슘)	375g	750g
탄산가스 유속(CO₂gas flow rate)	7.5ℓ/min	7.5ℓ/min
반응 온도(Reaction Temp)	15℃	15℃
교반기(Stirrer)회전수	600rpm	600rpm

이 표에 의해 제조된 콜로이드형 침강성 탄산칼슘과 입방형 침강성 탄산칼슘은 도 7a 및 도 7b에서 보이는 바와 같은 형태를 보이고 있다. 이 표를 통해 물에 대한 산화칼슘의 혼합량을 달리함으로써 탄산칼슘을 콜로이드형과 입방형으로 제조할 수 있음을 알 수 있다. 나아가서는 탄산가스의 유량, 반응온도 등을 달리함으로써 여러 가지 형태의 탄산칼슘을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘과 그 재결정 반응 장치 및 방법에 의하면, 탄산화 반응에 의해 탄산칼슘을 제조할 때 물에 대한 산화칼슘의 혼합량, 탄산가스의 양 등을 달리함으로써 콜로이드형 및 입방형 탄산칼슘을 제조할 수 있음은 물론 여러 형태의 입자를 갖는 탄산칼슘을 제조할 수 있다. 따라서, 탄산칼슘의 입자 형태를 다르게 제조하기 위한 별도의 장치 및 후처리 공정이 소요되지 않으므로 탄산칼슘을 효율적으로 생산할 수 있다.

그리고, 탄산칼슘의 입도 및 입자모양의 균일성을 유지할 수 있으므로 고급제품의 용도로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치 및 방법은 제품에 요구되는 기술개발 및 고부가가치 상품에 적용하기 위하여 국내에서의 연구나 제조 생산업체에서의 적용가능성을 확인하였다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

증류수와 산화칼슘(CaO)의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 탄산가스(CO₂)의 탄산화반응에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘.
증류수와 산화칼슘(CaO)의 반응에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)₂)현탁액을 생성하는 수화반응수단(100)과;

탄산가스(CO₂)를 공급하는 탄산가스공급수단(200)과;

상기 수화반응수단과 탄산가스공급수단에서 각각 공급되는 수산화칼슘 현탁액과 탄산가스에 의해 탄산화 반응을 일으켜 탄산칼슘이 생성되도록 하는 주반응수단(300)과;

상기 주반응수단의 내부 온도를 조절하는 온도조절수단(400)과;

상기 주반응수단에서 생성된 탄산칼슘 현탁액을 여과하는 여과수단(500)과;

상기 주반응부 내부를 세척하는 세척수단과; 그리고,

상기의 각 수단의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 수화반응수단은, 증류수/산화칼슘이 주입되는 주입구(111) 및 배출구(112)가 구비된 수화반응조(110)와, 이 수화반응조의 내부에 설치되며 구동모터(121)를 매개로 하여 구동되면서 수화반응조에 투입되는 증류수와 산화칼슘을 교반하는 교반기(120) 및 수화반응조에서 수화반응으로 얻어진 수산화칼슘 용액을 배출시키는 펌프(130)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 탄산가스 공급수단은, 탄산가스 탱크(210) 및 탄산가스의 유량을 조절하여 공급하는 조절기(220)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 주반응수단은, 수산화칼슘/탄산가스가 각각 주입되는 주입구(311,312) 및 배출구가 구비된 주반응조(310)와, 상기 주반응조의 외주부에 상기 온도조절수단과 연결되도록 설치되며 그 내부에 냉매가 순환되는 재킷(320)과, 상기 주반응조의 내부에 설치되며 구동모터(331)를 통해 구동되면서 주반응조에 투입되는 수산화칼슘과 탄산가스를 교반하는 교반기(330) 및 상기 주반응조에서 반응되어 생성된 탄산칼슘 현탁액을 압송하는 펌프(340)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치.
제 2 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 온도조절수단은, 냉매를 냉각하는 냉각기(410) 및 상기 냉각기에서 냉각된 냉매를 상기 주반응조의 재킷에 순환시키는 펌프(420)로 이루어진 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치.
제 2 항에 있어서, 여과수단은, 압축공기/탄산칼슘 현탁액이 각각 주입되는 주입구(511,512) 및 배출구(513)가 구비된 여과조(510)와, 상기 여과조의 내부에 설치되며 구동모터(521)에 의해 구동되면서 압축공기와 탄산칼슘 현탁액을 교반하는 교반기(520) 및 상기 여과조의 내부에 설치되는 여과부재(530)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 장치.
(S100) 증류수와 산화칼슘의 수화반응에 의해 제조된 수산화칼슘 및 탄산가스를 각각 준비하는 단계와;

(S200) 상기 (S100) 단계에서 준비된 수산화칼슘을 주반응조에 투입하는 단계와;

(S300) 상기 주반응조 내부 온도를 탄산화 반응을 위한 온도로 셋팅하는 단계와;

(S400) 상기 (S100) 단계에서 준비된 탄산가스를 상기 (S300) 단계에서 온도가 셋팅된 주반응조에 투입하여 교반하는 단계와;

(S500) 상기 주반응조 내부에서 수산화칼슘과 탄산가스의 반응에 의해 탄산칼슘이 생성되도록 하는 반응단계와;

(S600) 상기 반응단계에서 탄산칼슘이 생성된 후 탄산가스의 투입을 중단하는 단계와; 그리고,

(S700) 상기 반응단계에서 생성된 탄산칼슘 현탁액을 침전시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 방법.
제 8 항에 있어서, (S800) 상기 (S500) 탄산화반응단계서 생성된 탄산칼슘을 ph가 7이하로 안정시키고, 이 상태가 대략 15~25분 정도 유지되도록 하는 안정화단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 탄산화반응단계가 이루어지는 주반응조 내부를 물에 의해 희석된 염화수소(HCl)로 세척하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 (S300) 온도셋팅단계에서는, 상기 주반응조 내부 온도를 대략 10~20℃로 셋팅하는 것을 특징으로 하는 침강성 탄산칼슘 재결정 반응 방법.