KR20100087603A - Continuous process for preparing fine particulate zinc oxide, and the apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산화아연의 연속 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더 상세히는, 금속 아연을 용융하여 용융된 아연을 증발(기화)시켜 얻어진 기상 아연을 산소/공기와 산화 반응시켜 산화아연을 얻고, 이를 냉각하여 산화아연을 제조하는 방법에 있어서, The present invention relates to a continuous production method of zinc oxide and an apparatus thereof. More specifically, in the method of producing zinc oxide by oxidizing gaseous zinc obtained by melting metal zinc by evaporating (vaporizing) molten zinc with oxygen / air to obtain zinc oxide, and cooling it,
원료(아연)는 제어기로부터 명령을 받은 원료(아연) 투입기를 통하여 용융로로 자동으로 이송되어지고, 용융로에서 용융된 아연은 원료(아연)의 투입에 따라 용융로 배출구를 넘쳐흘러 증발로로 투입되고, 증발로에서 용융된 아연이 증발되어, 정착탱크로 이송되는 도중의 이송라인의 일부에서 형성된 공기/산소 주입구를 로부터 유입된 공기/산소와 기상의 아연과 반응하여 산화아연을 형성하고 정착 탱크 및 사이클링 탱크를 거쳐 완제품인 산화아연을 제조하는 방법으로, 증발로에서 용융 아연이 증발되어 배출되고 남아있는 용융아연의 양을 용융물레벨측정기로 연속적으로 측정 인식하고 제어기에서 판단하여 원료를 연속적으로 투입하도록 명령하여, 산화아연을 연속적으로 제조하는 장치와 방법에 관한 것이다.The raw material (zinc) is automatically transferred to the melting furnace through the raw material (zinc) injector commanded from the controller, and the molten zinc in the melting furnace flows over the melting furnace outlet in accordance with the input of the raw material (zinc), and is introduced into the evaporation furnace. Molten zinc is evaporated in the evaporation furnace, and the air / oxygen inlet formed in part of the transfer line during the transfer to the fixing tank reacts with the air / oxygen and gaseous zinc introduced from to form zinc oxide, and the fixing tank and cycling A method of manufacturing zinc oxide, a finished product, through a tank, in which the molten zinc is evaporated and discharged from the evaporation furnace, and the amount of remaining zinc is continuously measured and recognized by the melt level meter, and the controller judges to input raw materials continuously. The present invention relates to an apparatus and a method for continuously producing zinc oxide.
산화아연(ZnO)은 가황촉진제, 도료, 인쇄 잉크, 유약, 촉매, 썬 크림 등의 화장료, 의약품 제조용 촉매, 안료, 전지, 반도체 재료 등 광범위하게 사용되고 있다. Zinc oxide (ZnO) is widely used in vulcanization accelerators, paints, printing inks, glazes, catalysts, cosmetics such as sun creams, catalysts for manufacturing pharmaceuticals, pigments, batteries, and semiconductor materials.
종래 미세 산화아연의 제조방법으로서는 습식법과 건식법으로 대별되고, 대량 생산을 위해서는 건식법이 채용되고 있으며, 이러한 건식법으로서는 간접법인 프랑스법과 직접법인 아메리카 법이 알려져 있다. 직접법인 아메리카 법은 아연광에 코크스, 석탄 등의 환원제를 첨가하고 고온에서 가열 환원하여 증기화 하고 공기 중에서 산화반응으로 산화아연을 얻는 방법으로 불순물을 많이 포함하고 있는 단점이 있다. 반면 프랑스 법은 순수아연을 1100-1300 ℃까지 가열하여 아연을 기화시키고, 기화된 아연과 산소 또는 공기와 반응시켜 산화아연을 얻는 방법으로, 높은 품질의 제품을 생산할 수 있다.Conventionally, the method of producing fine zinc oxide is roughly classified into a wet method and a dry method, and a dry method is adopted for mass production. As such a dry method, a French method which is an indirect method and an American method which is a direct method are known. The American law, which is a direct corporation, has a disadvantage in that it contains a large amount of impurities by adding a reducing agent such as coke and coal to zinc ore, heating and reducing it at high temperature to vaporize it, and obtaining zinc oxide by oxidation in the air. On the other hand, the French method produces a high quality product by heating zinc to 1100-1300 ° C. to vaporize zinc and reacting the vaporized zinc with oxygen or air to obtain zinc oxide.
또한, 프랑스 법에 의한 산화아연의 제조는 원료의 용융과 용융된 원료의 증발과 증발된 아연의 산소와의 반응과 핵생성 및 산화반응 후 냉각되고 포집되는 절차로 이루어져있다.In addition, the production of zinc oxide by the French method consists of the melting of raw materials, the evaporation of molten raw materials, the reaction of evaporated zinc with oxygen, the nucleation, and the cooling and collection after oxidation.
프랑스 법은 산화아연의 대량생산에 적합한 공정이지만 증발, 반응형태가 배치 또는 반연속식 형태이며, 공기가 증발로에 유입되어 표면에서의 산화반응으로 인한 산화피막의 형성과 증발면적 감소로 인한 기상아연의 배출량 저하와 산화아연 생산량 저하가 일어나게 된다. 그리고 이러한 증발기에 투입된 낮은 온도의 용융원료를 증발온도까지 빠르게 승온시키기 위해 오일 또는 가스를 원료로 하는 버너를 사용하여 과도하게 열량을 공급시켜야 하며, 결과적으로 공급열 대비 생산효율이 낮다. 또한 배치 또는 반연속식 단위로 낮은 온도의 용융원료가 투입되고 승온되어 증발이 시작되는 온도와 반응이 활발히 일어나는 온도 사이의 온도범위에서의 반응에 의한 비균질 1차 입자가 생성되며, 빠르고 과도한 승온에 따른 용융물 방울의 튐으로 인한 침상형 산화아연과 같은 다른 형태의 1차 입자 생성과 같은 문제가 존재한다. 이러한 다른 형태의 1차 입자는 제품의 응용분야 사용 시 공정에서의 흐름성 저하, 반응속도 불균일에 따른 최종제품의 품질저하를 야기 시킨다.French law is suitable for mass production of zinc oxide, but evaporation, reaction type is batch or semi-continuous type, and air is introduced into the evaporation furnace to form an oxide film due to oxidation reaction on the surface and vapor phase due to reduction of evaporation area. Lower emissions of zinc and lower zinc oxide production occur. And in order to heat up the low temperature of the molten raw material into the evaporator quickly to the evaporation temperature to supply the heat excessively using a burner of oil or gas as a result, the production efficiency compared to the supply heat is low. In addition, in a batch or semi-continuous unit, a low temperature molten raw material is added and the temperature is raised to generate heterogeneous primary particles by the reaction in the temperature range between the temperature at which evaporation starts and the temperature at which the reaction is active. Problems such as the production of other forms of primary particles, such as acicular zinc oxide, due to the splashing of the melt droplets accordingly. These different types of primary particles cause degradation of the final product due to uneven flow rate and uneven reaction rate in the application of the product.
또한 배치, 반연속식 반응의 운영인 용융원료의 투입 및 관리와 같은 작업성이 나쁘다.In addition, workability is poor, such as the introduction and management of molten raw materials, which are operations of batch and semi-continuous reactions.
이러한 프랑스법의 문제를 개선한 방법으로 아연증기와 공기의 산화반응시 발생되는 반응열로 용융아연을 기화시켜 지속적으로 산화 반응시키는 방법(특허문헌 1), 표면에 산화피막을 가진 아연분말을 산소 함유 분위기에서 가열 처리하여 산화아연을 제조하는 방법(특허문헌 2, 특허문헌 3), 불활성가스를 이용하여 기상아연을 생성시키고, 산화반응 영역으로 이동시켜 산소함유 가스와 산화 반응시킨 후 이를 특수 불활성가스로 냉각시켜 산화아연을 얻고 방법(특허문헌 4) 등이 제안되어 있다. As a method of improving the problem of the French method, a method of continuously oxidizing and oxidizing molten zinc by reaction heat generated during oxidation of zinc vapor and air (Patent Document 1), and oxygen containing zinc powder having an oxide film on the surface Method of producing zinc oxide by heat treatment in atmosphere (
또한 습식법으로는 황산아연이나 염화아연을 탄산나트륨과 같은 탄산염과 반응시켜 탄산아연을 얻고, 이를 배소시켜 산화아연을 얻는 방법(특허문헌 5) 등이 알려져 있으나, 이 방법은 순도나 비표면적이 크다는 장점은 있으나, 처리 비용이 높고, 반응 공정이 번잡하여 산업상 크게 이용되지 않고 있다. In addition, as a wet method, a method of obtaining zinc carbonate by reacting zinc sulfate or zinc chloride with a carbonate such as sodium carbonate, and roasting it to obtain zinc oxide (Patent Document 5) is known, but this method has the advantages of high purity and specific surface area. However, the treatment cost is high, and the reaction process is complicated and is not widely used in industry.
특허문헌 1: 공개특허 제2003-67630호Patent Document 1: Publication No. 2003-67630
특허문헌 2: 특허공보 1993-7857호Patent Document 2: Patent Publication No. 1993-7857
특허문헌 3: 특허 136901호Patent Document 3: Patent 136901
특허문헌 4: 일본공개특허 2007-161580호Patent Document 4: Japanese Patent Application Publication No. 2007-161580
특허문헌 5: 일본특허공개 2002-284527호Patent Document 5: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-284527
전술한 종래의 기술에 있어서 배치 또는 반연속식 반응형태에서의 낮은 작업성 효율과 높은 유지비용이 요구되는 오일 또는 가스타입의 버너타입으로 인한 낮은 에너지 효율을 향상시키기 위해 배치 형태 증발설비를 여러 대를 설치하고 산화반응과 포집시키고 있으며, 버너타입의 사용에 따른 과도한 열공급과 손실을 줄이기 위해 증발로에 사용하고 남은 폐열을 회수하기 위한 열교환기 장치의 도입과 높은 유지비용이 요구되는 오일 또는 가스타입의 버너를 대체하여 높은 승온속도를 구현하는 고주파 전기로와 같은 고가의 장치를 설치와 같은 노력을 하고 있지만, 배치 또는 반연속식의 반응형태로부터 야기되는 문제에 대한 근본적인 해결이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.In the above-mentioned prior art, several batch-type evaporators are used to improve low energy efficiency due to burner type of oil or gas type which requires low work efficiency and high maintenance cost in batch or semi-continuous reaction mode. Oil and gas type requiring high maintenance cost and introduction of heat exchanger device to recover waste heat remaining in evaporation furnace to reduce excessive heat supply and loss due to burner type. Although efforts have been made to install expensive devices such as high-frequency electric furnaces that replace high-speed burners to achieve high heating rates, there are no fundamental solutions to problems caused by batch or semi-continuous reaction patterns. .
또한 배치식 및 반연속식에 유입되는 공기로 인해 표면의 산화 피막으로 인한 낮은 생산성의 향상을 위해 증발기를 밀봉하고 아연 증발에 캐리어 가스인 불활성 가스를 공급하여 증발의 촉진과 산화피막 생성 억제를 통한 생성량을 증대시키려 노력하지만, 오히려 불활성 가스의 투입으로 제조에 원가비중이 높아져 산화아연 가격 또한 증가하게 된다.In addition, due to the air flowing into the batch and semi-continuous type, the evaporator is sealed and the inert gas, which is a carrier gas, is supplied to zinc evaporation to improve the low productivity due to the oxide film on the surface. Although efforts are being made to increase the amount produced, the price of zinc oxide is also increased due to the high cost-weight ratio in the production of inert gas.
균일한 형태를 위해 불활성가스의 사용과 산화반응에의 산소투입과 같은 장치를 설치하고 산화반응을 진행하지만 추가 장치와 가스 공급 공정의 제어 복잡성으로 인한 생산관리의 어려움과 그 효율성이 높지 않으며, 대량생산에 적합하지 않다.In order to achieve a uniform shape, devices such as the use of inert gas and the introduction of oxygen into the oxidation reaction proceed with the oxidation reaction, but the difficulty of production management and the efficiency are not high due to the complexity of the control of the additional equipment and the gas supply process. Not suitable for production
결과적으로 이러한 기술들은 배치 또는 반연속 산화아연 제조로 인한 생산량 대비 낮은 에너지 효율과 제조공정의 생산성 및 품질의 균일성을 향상시키기에는 부족한 실정이다.As a result, these techniques are insufficient to improve the energy efficiency and uniformity of the productivity and quality of the manufacturing process compared to the production due to batch or semi-continuous zinc oxide production.
이에 따라 본 발명의 목적은, 전술한 종래 기술의 문제점인 배치 또는 반연속식 공정구성으로 인한 낮은 용융물 온도의 증발온도까지의 재가열을 위한 추가 에너지 공급이 없고, 그로 인한 낮은 생산성 효율을 높일 수 있는 공정의 개발과 캐리어, 연소, 냉각 가스와 같은 추가 생산요소가 필요 없으면서 휘스커와 같이 부산물이 없이 균일한 산화아연을 연속적으로 생산하는 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is that there is no additional energy supply for reheating up to the evaporation temperature of the low melt temperature due to the batch or semi-continuous process configuration, which is a problem of the prior art described above, thereby increasing the low productivity efficiency. The invention provides a device and method for the continuous production of uniform zinc oxide free from byproducts such as whiskers without the need for process development and additional production elements such as carriers, combustion and cooling gases.
발명자들은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 우선, 도 4 또는 도 5에 나타난 바와 같이, 증발로의 외부를 내화물로 내화벽을 쌓고, 이 내화벽의 외부를 보온재로 형성하며, 이 내화벽에 전기 히터을 설치하고, 증발로의 전방에 원료 주입구를 형성하고, 후방에 기화된 아연을 배출하는 배출구를 형성하는 폐쇄 증발로를 설치함으로서 증발로의 온도를 일정하게 유지하는 제1수단;In order to solve the above problems, the inventors first build a fireproof wall with refractory on the outside of the evaporation furnace as shown in FIG. 4 or FIG. First means for maintaining a constant temperature of the evaporation furnace by installing a heater, forming a raw material inlet in front of the evaporation furnace, and installing a closed evaporation furnace for forming a discharge port for discharging zinc vaporized in the rear;
원료 아연을 용융로에 연속적으로 투입하기 위하여 증발로에 존재하는 용융 아연의 양을 계속하여 측정하는 장치를 설치하여 증발로 중의 용융 아연의 레벨을 측정하고, 이 측정된 값을 제어부로 보내고, 제어부에서는 증발로 중의 용융 아연이 기화하여 감소되는 양만큼 계속하여 용융로에서 용융 아연이 증발로로 들어가게 하고, 또한 용융로 중의 용융 아연이 감소되는 만큼 원료인 아연 인곳이 원료 투입 구를 통해 용융로로 투입되도록 하는 제어부를 설치함으로서 원료투입부에서는 원료인 아연 인곳이 자동으로 용융로로 투입되고, 용융로에서는 용융된 아연을 증발로의 용융 아연이 기화하여 부족되는 양만큼 자동으로 이송되도록 하는 제2수단; 및In order to continuously feed the raw material zinc into the melting furnace, a device for continuously measuring the amount of molten zinc present in the evaporating furnace is installed to measure the level of molten zinc in the evaporating furnace, and the measured value is sent to the control unit. A control unit that allows molten zinc to continuously enter the evaporation furnace in an amount that is reduced by vaporization of the molten zinc in the evaporation furnace, and the zinc ingot as a raw material is introduced into the melting furnace through the raw material inlet as the molten zinc in the melting furnace is reduced. The second means for automatically supplying the zinc ingot as a raw material in the raw material input unit into the melting furnace by installing the, and the molten zinc in the melting furnace to automatically transfer the molten zinc in the evaporation furnace by the amount insufficient. And
증발로에 직접 산소나 공기를 주입하여 산화 반응시키는 것은 전술한 바와 같이, 산화아연이 용융아연의 표면을 덮어 산소의 접촉성 불량, 산화아연의 도가니 내부벽면에 부착과 반응으로 인한 증발로의 짧은 수명 및 잦은 수리 등의 문제를 해결하기 위하여 증발로 투입구로부터 공기가 들어가지 못하도록 용융물을 채우고 증발로 기화된 아연이 증발로에서 배출되어 이동되는 관로의 소정 부위에 공기/산소 주입부를 설치하여 증발로와 정착탱크 중간의 관로에서 기상아연과 공기/산소와 반응하여 산화아연을 형성하고, 형성된 산화아연은 집진기 위에 설치된 배기팬의 흡기력에 의해 정착탱크로 이송되게 함으로서 증발로 내부에서는 공기와 산화반응으로 인한 용융물 표면에 산화피막 형성과 발열을 억제하고, 내부 온도와 증발량을 일정하게 유지함으로써 균일한 입차 형태의 산화 아연을 연속적으로 얻을 수 있게 하는 제3수단;에 의해 본 발명을 완성하게 되었다.Oxidation reaction by injecting oxygen or air directly into the evaporation furnace, as described above, zinc oxide covers the surface of the molten zinc, so poor contact of oxygen, zinc oxide on the crucible inner wall surface and short evaporation due to reaction In order to solve problems such as lifespan and frequent repairs, it is necessary to fill the melt to prevent air from entering the evaporation inlet and install an air / oxygen inlet at a predetermined part of the pipe where zinc vaporized by evaporation is discharged from the evaporation furnace and moved. And zinc oxide react with gaseous zinc and air / oxygen in the pipeline in the middle of the settling tank, and the formed zinc oxide is transferred to the settling tank by the intake force of the exhaust fan installed on the dust collector. It suppresses the formation of oxide film and heat generation on the surface of the melt, and keeps the internal temperature and evaporation constant. The present invention has been completed by a third means for continuously obtaining zinc oxide in the form of uniform loading.
본 발명의 방법 및 그 장치에 의하면, 증발기는 용융물의 채워진 후 증발이 시작되어짐으로 원료 투입구 측으로부터 공기 유입이 없으며, 아연의 증기압에 의해 배출구로부터의 공기 유입도 없으므로 증발기 내부 용융물의 표면에의 산화피막 형성을 억제 시킬 수 있으며, 이로 인한 생산성 저하를 억제 시킬 수 있다. 또한 공기유입과 집진흡입압력의 차로 인한 공기흐름 생성과 찬 공기 유입으로 인한 용융물의 냉각을 억제 시킬 수 있다.According to the method and apparatus of the present invention, since the evaporator starts to evaporate after the melt is filled, there is no air inflow from the raw material inlet side, and there is no air inflow from the outlet port due to the vapor pressure of zinc, so that the evaporator is oxidized to the surface of the melt inside the evaporator. It can suppress the formation of the film, thereby suppressing the decrease in productivity. In addition, it is possible to suppress the formation of airflow due to the difference between the air inflow and the dust collection suction pressure, and cooling of the melt due to cold air inflow.
아연의 증발이 진행되어짐에 따라 용융물의 높이는 점차 낮아지게 된다. 이때 용융물 투입구 측에 설치되어 있는 용융물 레벨(level) 측정기는 연속적으로 이 수위를 측정하고 이를 연산기에 신호를 보내며, 연산기는 세팅(setting) 높이보다 낮아지는 시점을 판단하여 원료 투입기 측에 투입신호를 보내어 투입을 지시한다.As the evaporation of zinc proceeds, the height of the melt gradually decreases. At this time, the melt level meter installed at the melt inlet side continuously measures this level and sends a signal to the calculator, and the calculator judges the time when it is lower than the setting height. Send to order the input.
이러한 레벨 측정과 연산(판단) 및 투입명령의 연속적인 작업으로 용융물은 일정량이 용융물 이송로를 통해 자연 낙하되어 연속적으로 증발기로 흘러서 투입되어 짐에 따라 증발로 인해 부족해진 정량만큼 용융물이 투입되어짐에 따라 히터는 증발을 위해 필요한 열량과 추가로 소량의 연속 유입되는 양 및 열손실만큼의 온도 보상을 해줌에 따라 과열이 필요 없고, 과열 승온으로 인한 용융물의 끓음과 휘스커와 같은 부산물의 생성방지 및 안정화 온도까지의 온도편차 발생을 억제시켜 결과적으로는 증발로의 온도를 일정히 유지시킬 수 있다. The continuous operation of level measurement, calculation (judgment), and feeding command causes the melt to be injected as much as the quantity insufficient due to evaporation as a certain amount naturally falls through the melt transfer path and flows into the evaporator continuously. Therefore, the heater compensates the amount of heat required for evaporation, and additionally a small amount of continuous inflow and heat loss, so there is no need for overheating, and prevention and stabilization of the production of by-products such as boiling of the melt and whiskers due to overheating The occurrence of temperature deviation up to temperature can be suppressed, and as a result, the temperature in the evaporation furnace can be kept constant.
이러한 균일품질과 생산성을 저해 시키는 요소들의 제거가 됨에 따라 증발과 반응의 조건이 일정해지게 되고 결과적으로 침상형 산화아연과 같은 부산물의 생성이 억제되고, 1차 입자의 크기가 균일해지며, 에너지 대비 생산성과 에너지 효율이 향상되어 진다.As the removal of the elements that impede the uniformity and productivity, the conditions of evaporation and reaction become constant, and as a result, the formation of by-products such as acicular zinc oxide is suppressed, the size of primary particles becomes uniform, and energy Productivity and energy efficiency are improved.
기화된 아연은 증발기 배출구를 통해 배출되며, 이 배출구를 통해 산화반응 영역으로 유입된 공기와 접촉하여 산화반응이 진행되어 산화아연이 형성되고 생성된 산화아연은 정착탱크와 사이클론을 거쳐 포집된다.The vaporized zinc is discharged through the evaporator outlet, through which the oxidation reaction proceeds in contact with the air introduced into the oxidation reaction zone, whereby zinc oxide is formed, and the produced zinc oxide is collected through the fixing tank and the cyclone.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 산화아연의 제조를 위한 장치를 상세히 설명한다. Hereinafter, a device for producing zinc oxide according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
도 1은 본 발명에 따른 산화아연 제조의 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1중 아연을 용융하고, 이를 기화(증발)시키고, 얻어진 기상 아연에 공기나 산소(이하, 단순히 “산소”라 약칭한다)를 반응시켜 산화아연을 얻고 이를 냉각시킨 후, 포집하는 것은 종래부터 알려진 방법이다.1 shows a block diagram of zinc oxide production according to the invention. In FIG. 1, zinc is melted, vaporized (evaporated), and the obtained gaseous zinc is reacted with air or oxygen (hereinafter simply abbreviated as “oxygen”) to obtain zinc oxide, cool it, and then collect it. This is a known method.
이러한 종래 방법 및 그 장치를 이용하는 것은 전술한 바와 같이, 침상형 산화아연과 같은 입형이 다른 부산물이 생성되며 1차 입자 크기와 형태가 균일하지 않고 에너지 효율 대비 생산을 향상 시킬 수 있도록, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 원료 투입부(20)와 용융로(110) 및 증발로(120)를 연속적으로 진행시킬 수 있도록 증발로의 도가니(121) 중의 용융 아연의 레벨을 측정하는 용융물 레벨 측정기(12)를 부착하여 증발량을 측정하고, 이를 제어부(11)에 송신하여 원료투입부(20)로부터 원료 투입을 제어/투입하는 해당 소프트를 부착한다. 도 4 및 도 5에 대해서는 다음에 상세히 설명한다. Using the conventional method and the apparatus thereof, as described above, different by-products such as acicular zinc oxide can be produced, and the primary particle size and shape are not uniform and energy production can be improved in comparison with FIGS. As shown in FIG. 4, a melt level meter for measuring the level of molten zinc in the
도 2는 본 발명에 산화아연 연속 제조장치의 대략적 전체 구성도이다. 2 is a schematic overall configuration diagram of a zinc oxide continuous production apparatus according to the present invention.
즉, 본 발명은 도 2, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 원료인 아연 금속인 인곳을 용융로(110)에 주입된 후, 700~800℃로 용융된 아연 금속을 950~1200℃의 증발로(120)로 이송된 후, 용융 아연은 기화되고, 기화된 아연은 기화되는 증기압력과 집진기 상방에 설치된 배기팬의 흡인에 의해 정착 탱크로 이송하게 되며, 이 때, 반응기와 정착 탱크 사이에 형성된 공기 주입구로부터 공기가 주입되어, 정착 탱크로 이송 도중 기화된 아연과 산화 반응을 일으켜 산화아연을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 산화아연은 정착 탱크로 이송하게 되고, 정착 탱크(140)에서 정착되어 일부는 하방의 배출구를 통해 이송 컨베이어(180)로 떨어지고, 일부는 사이클론 탱크(150)로 이송되며, 다시 사이클론 탱크(150)에서 일부는 이송 컨베이어(180)로 떨어지고, 일부는 사이클론 탱크(150)를 넘어 집진기(160)를 통해 하방의 이송 컨베이어(180)로 보내어진다. 여기서는 도 2의 개략적 전체 구성에 대해서만 설명하고, 원료투입부(20), 용융로(110), 증발로(120), 이들의 연결부위 등에 대해서는 후술한다. That is, in the present invention, as shown in Figures 2, 3 and 4, after the ingot of zinc metal as a raw material is injected into the
도 3은 본 발명에 따른 산화아연 제조장치에 있어 원료투입부에서 정착탱크(141) 이전까지의 세부 구조를 보인 단면 구조도이다. 또한 도 4는 다른 실시예를 나타내는 단면 구조도이다. 3 is a cross-sectional structural view showing a detailed structure from the raw material input portion to the
도 3을 참조하는 바와 같이, 본 발명에 있어서 원료 투입부(20), 용융로(110), 증발로(120), 용융물 레벨 측정기(12), 제어부(11), 용융로 배출구(113), 증발로 배출구(127), 증발로 배출구(127)에 연결된 배기관(P)으로 이루어져 있으며, 이들의 구성, 작용에 대하여 상세히 설명한다.As shown in FIG. 3, in the present invention, the raw
원료인 아연 인곳(21)의 용융로에의 투입은 제어부(11)에 의해 원료 투입부(20)로부터 용융로(110)에 투입된다. 이 때, 원료 투입부(20)는 리프트 등의 공지의 수단에 의해 수행된다. 용융로(110)는 그 상부에 아연 인곳의 투입 시 튐 방지를 위한, 용융물 덮개(111)가 설치되어 있으며, 용융물 덥게 측면에 자동투입기 에 의해 투입되는 아연 인곳이 통과할 수 있을 만한 크기의 구명이 있으며, 이 구멍을 통해 아연 인곳은 용융솥(112)으로 투입된다.The input of the
용융로(110)는 전기 히터를 배치하여 용융로의 용융솥(112)의 온도를 600~800℃로 유지한다. 아연의 융점은 419.5℃이나, 이 융점에서는 아연이 충분히 용융되지 못하고, 또한, 이 정도의 온도는 용융로에 연결되는 증발로(120) 중의 도가니(121)의 온도와 차이 커서 증발로의 온도를 저하시키므로, 전술한 온도를 유지하여 용융시키는 것이 바람직하다. The
용융로(110) 중의 용융 아연은 용융물 레벨 측정기(12)의 명령에 따라 원료투입기로부터 아연 인곳이 용융솥으로 공급되고, 용융물의 부피가 증가함에 따라 용융솥 배출구(113)를 통해 넘침과 자연낙하로 배출라인(113)을 통해 증발로(120)로 이송된다. 이 배출구(113)의 길이는 너무 길지 않게 설정하고, 또한 히터(114)를 부착하여 배출되는 동안 온도 손실이 없도록 하는 것이 바람직하다. 이 히터(114)의 온도는 용융로(110)의 온도 이상, 특히 바람직하기로는 용융로의 온도보다 50?100℃ 높게 유지하는 것이다. The molten zinc in the
이렇게 하여 용융 아연은 증발로(120)의 도가니(121)로 이송된다. In this way, the molten zinc is transferred to the
이 증발로(120)는, 일측에 용융된 아연이 유입되는 유입구(125)가 구비되고 타측에 배출구(127)가 구비된 도가니(121)를 포함하고, 상기 증발로(120)의 외벽은 하우징(122)으로 이루어지고, 이 하우징(112)은 증발로(120)로부터 분리 가능하고, 상기 하우징(122) 내에는 세라믹 등과 같이 내열성 섬유로 이루어진 내화물(123)이 충진되고, 내화물(123)의 외측에는 보온재(124)가 설치된다. 또한 상기 도가 니(121)의 주변의 내화물(123) 내에는 전기 저항에 의해 발열하는 코일 형태의 전기히터(126)가 장착된다.The
본 발명에 의한 상기 구조의 증발로(120)는 분해 가능한 구조여서 종전의 도가니 구조보다 유지 및 보수비용이 저렴하다. 즉, 종전의 버너를 이용한 반응로는 내화물을 비롯하여 복잡한 구조의 연로를 모두 해체해야만 도가니를 분리할 수 있고, 수리 혹은 새로운 반응로를 설치하고자 하는 경우에는 다시 내화물과 연로를 시공해야만 하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 의한 증발로(120)는, 상기 내화물(123)이 세라믹 등의 섬유로 충진되어 있으므로, 증발로(120)의 보수 혹은 교체가 필요한 경우, 유입구(125)를 개방하여 도가니(121)를 하우징(122)에서 분리하기만 하면 되고, 기타 하우징(122)이나 내화물(123) 및 전기히터(126) 등의 일부 또는 전부를 분해할 필요가 없다.The
이러한 구조의 증발로(120)는, 도가니(121)에 유입된 아연 용융물이 전기히터(126)에 의해 약 950~1300℃로 가열되어 기화되고, 기화된 아연은 도 2를 참조하는 바와 같이 집진기(160) 상방에 설치된 배기팬(170)의 흡인에 의해 정착 탱크(140)로 배출구(127)를 통해 이송된다. 상기 배출구(127)는 상방으로 약 10~60°, 바람직하기로는 약 20~40°로 상방으로 경사지게 형성하여 기화 아연이 배기관(P)으로 이송되기 용이하게 한다. 이 배기구(127)에 연결된 배기관(P)의 소정부위, 특히 한정하지 않으나, 배기구로부터 약 30~80㎝ 떨어진 위치에 공기 주입구(128)가 연결되어 있다. 공기 주입을 위해 송풍기를 특별히 설치할 필요는 없다. 즉, 집진기(160) 상방에 설치된 배기팬(170)의 흡인에 의해 공기가 충분히 흡인될 수 있으며, 이렇게 흡인된 공기와 증발로(120)의 도가니(121)의 배출구(127)로부터 배기관(P)으로 이송된 기상 아연이 순간적으로 반응하여 산화아연을 형성한다. In the
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 3과의 차이점은 증발로(120)의 배출구(127)에 챔버(130)를 설치하고, 이 챔버의 공기 주입구(131)로부터 공기가 흡인되어 배출구(127)로부터 배출된 기상 아연과 챔버(130) 내에서 산화 반응하여 산화아연을 형성하고, 생성된 산화아연은 챔버의 배출구(132)를 통해 정착탱크(140)로 이송하게 된다. 이러한 챔버(130)는 기상 아연과 공기가 반응에 의해 산화아연을 생성할 때, 발열 반응으로 인해 온도가 약 1500℃로 급상승하게 되므로, 이러한 고온으로 인한 문제점을 완화하여 주는 이점이 있어 바람직하다. 4 is another embodiment of the present invention, which is different from FIG. 3 in that the
상기와 같이 하여 형성된 극미소 분말상의 산화아연은 도 2와 같이 정착 탱크(140)로 이송된다. 이 정착탱크(140)에서 산화아연은 안정화되고, 안정화된 산화아연은 정착 탱크(140)의 하방에 설치된 밸브(141)를 통해 하부에 설치된 이송 스크류(180)를 거쳐 포집장치(미도시)로 이송되고, 한편, 정착탱크(140) 중 극미소 분말상으로 존재하는 산화아연은 배기팬(170)의 작동에 의해 사이클론탱크(150)로 이송되고, 이 사이클론탱크(150)에서 와류에 의하여 일정 사이즈로 애그리게이션을 일으키게 되어 일부는 사이클론탱크(150) 하부에 설치된 밸브(151)를 통해 하부의 이송 스크류(180)를 거쳐 포집장치로 이송된다. 이 사이클론탱크에서 여전히 극미소 분말상으로 존재하는 산화아연은 다시 집진기(160)로 이송되어 필터(161)를 거쳐 하부의 이송 스크류(180)를 거쳐 포집장치로 이송된다. The ultrafine powdered zinc oxide formed as described above is transferred to the
도 5a는 본 발명에 따라 증발로에서 연속증발과 원료의 연속투입으로 얻어진 산화아연의 입형을 보인 전자현미경 사진이고, 도 5b 내지 도 5c는 본 발명 장치를 이용하되, 반연속 방식으로 원료를 투입하여 얻어진 산화아연의 입형을 보인 전자현미경 사진이고, 도 5d는 종래 기술인 배치 방식에 의해 얻어진 산화아연의 입형을 보인 전자현미경 사진이다. Figure 5a is an electron micrograph showing the shape of the zinc oxide obtained by the continuous evaporation and continuous input of the raw material in the evaporation furnace according to the present invention, Figures 5b to 5c using the present invention, the raw material is added in a semi-continuous manner 5D is an electron micrograph showing the shape of the zinc oxide obtained by the prior art batch method.
도 6은 본 발명에 따라 증발로 도가니의 온도별로 얻어진 산화아연과 종래 기술에 의해 얻어진 산화아연의 X레이 회절분석의 스펙트럼을 나타낸 것이다. Figure 6 shows the spectrum of the X-ray diffraction analysis of zinc oxide obtained by the temperature of the crucible by evaporation according to the present invention and zinc oxide obtained by the prior art.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. Hereinafter, an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail. However, these examples do not limit the scope of the present invention.
실시예 1 Example 1
도 4에 도시된 본 발명의 장치에서, 제어부를 작동시켜 원료투입부로부터 해 순도 99.99%의 아연 인곳을 전기 저항 히터에 의해 750±5℃로 유지되는 용량 500리터의 용융솥(112)에 계속 투입하고, 용융된 아연을 전기 저항 히터에 의해 1250℃로 유지되는 용량 500리터의 증발로의 도가니(121)에 주입하였다. 도가니 중의 용융 아연이 기상 아연으로 증발하여 집진기(160)에 연결된 배기팬(170)에 의해, 증발로 배출구(127)를 통해 배기관(P)으로 배출되고 배기관에 설치된 공기 주입관으로부터 들어오는 공기와 반응하여 형성된 극미소 분말상 산화아연을 정착탱크(140), 정착탱크(140)로부터 사이클론(150), 집진기(160)로 흡입 부압을 유지시키며 진행하였다. 극미소 분말상 산화아연이 성숙 산화아연으로 된 것을 정착탱크(140), 사이클론(150), 집진기(160)의 하방의 로터리 밸브(141), (151), (162)를 통해 24시간 이송 스크류(180)로 배출시켜 산화아연을 포집하였다. In the apparatus of the present invention shown in Fig. 4, the control unit is operated to keep the zinc ingot of purity 99.99% from the raw material inlet in a 500-
한편, 용융로의 도가니(121)의 용융 아연의 레벨을 용융물 레벨 측정기(12)로 계속 측정하면서, 용융 아연이 증발되어 배출구(127)를 통해 빠져 나가는 양만큼을 제어부(11)에 송신하고, 제어부(11)에서는 원료투입부(20)에 명령하여 아연 인곳이 용융로(110)로 투입되게 하고, 용융 아연이 증발로의 도가니(121)로 계속 주입되도록 하여 산화아연을 연속적으로 제조하였다. 이 때, 용융로(110) 중의 융융 아연이 배출로(113)에서 온도가 강하하는 것을 방지하기 위하여 히터(114)의 온도를 750±5℃로 유지하였다.On the other hand, while continuously measuring the level of molten zinc in the
이 반응을 동일한 조건으로 7일 동안 연속하여 쉬지 않고 운전하였다. The reaction was run continuously for 7 days under the same conditions.
비교예의 산화아연의 제조방법에 따른 생산성, 부산물의 생성유무, 평균입경을 비교하기 위해, 운전 중 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 1차 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.Electron microscope of primary shape analysis of zinc oxide and amount of zinc ingot to be added for 7 days during operation to compare the productivity, by-product formation and average particle diameter of zinc oxide production method of Comparative Example The secondary particle size of the particle size analysis of the photo-laser method was confirmed.
투입되는 아연 인곳의 양: 3.6 ton/일Quantity of zinc ingot committed: 3.6 ton / day
얻어진 산화아연의 양: 4.5 ton/일Amount of zinc oxide obtained: 4.5 ton / day
전자 현미경 사진: 도 5aElectron micrograph: FIG. 5A
X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6X-ray diffraction spectrum: FIG. 6
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1과 동일한 장치를 이용하여, 용융물 수위의 측정과 판단을 통한 자 동원료 투입 없이 1시간 간격으로 증발로 투입구에 용융물이 줄어든 만큼 원료인 아연 인곳을 수동으로 투입하고 용융솥의 용융물이 넘쳐흘러 자연 낙하방식으로 증발로로 투입되게 하는 이외는 동일하게 운전하였다. By using the same apparatus as in Example 1, the zinc ingot as a raw material was manually added to the inlet as the melt was reduced in the inlet by the evaporation at an interval of 1 hour without the automatic raw material input through measurement and determination of the melt level. The same operation was carried out except that it flowed into the evaporation furnace by a natural drop method.
운전 중 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 1차 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.The amount of zinc ingot injected during the operation, the amount of zinc oxide obtained, the electron micrograph of the primary shape analysis of zinc oxide, and the secondary particle size of the particle size analysis of the laser method were confirmed.
투입되는 아연 인곳의 양: 3.2 ton/일Quantity of zinc ingot committed: 3.2 ton / day
얻어진 산화아연의 양: 4 ton/일Amount of zinc oxide obtained: 4 ton / day
전자 현미경 사진: 도 5bElectron micrograph: Fig. 5b
X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6X-ray diffraction spectrum: FIG. 6
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1과 동일한 장치를 이용하여, 증발로 투입구 측으로 공기가 유입될 수 있도록 용융물을 완전히 충진하지 않았으며, 용융물 수위의 측정과 판단을 통한 자동원료 투입 없이, 1시간 간격으로 투입구로부터 보이는 증발로 내부 바닥에 용융물이 줄어든 만큼 원료인 아연 인곳을 수동으로 투입하고 용융솥의 용융물이 넘쳐흘러 자연 낙하방식으로 증발로로 투입되게 하는 이외는 동일하게 운전하였다. By using the same apparatus as in Example 1, the melt was not completely filled so that air could be introduced into the inlet by evaporation, and the evaporation furnace could be seen from the inlet at an interval of 1 hour without automatic raw material input through measurement and determination of the melt level. The same operation was carried out except that zinc ingots as raw materials were manually added to the inner bottom, and the melt of the melter was overflowed to be introduced into the evaporation furnace by a natural drop method.
운전 중 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 1차 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.The amount of zinc ingot injected during the operation, the amount of zinc oxide obtained, the electron micrograph of the primary shape analysis of zinc oxide, and the secondary particle size of the particle size analysis of the laser method were confirmed.
투입되는 아연 인곳의 양: 2.1 ton/일Quantity of zinc ingot committed: 2.1 ton / day
얻어진 산화아연의 양: 2.6 ton/일Amount of zinc oxide obtained: 2.6 ton / day
전자 현미경 사진: 도 5cElectron micrograph: Fig. 5c
X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6X-ray diffraction spectrum: FIG. 6
비교예 3Comparative Example 3
순도 99.99%의 아연 잉곳 1.6 ton을 용탕에 넣고, 용탕 온도를 약 750℃로 가열하여 용융시키고, 이 용융된 아연을 증발기에 넣고, 전기 히터를 이용하여 1250℃에 도달하면, 증발하기 시작하면서, 반응기 내부의 공기와 접촉하여 증발과 산화반응을 시켰으며, 증발되는 아연과 공기와 접촉하여 반응된 산화아연은 배출구를 통하여 이동하고 정착탱크와 사이클론을 거처 집진기에 포집시켜 제조하였다. 1.6 ton of zinc ingot of 99.99% purity was placed in the molten metal, and the molten zinc was heated to about 750 ° C to melt, and the molten zinc was placed in an evaporator, and when it reached 1250 ° C using an electric heater, it began to evaporate. Evaporation and oxidation were carried out in contact with the air inside the reactor, and zinc oxide reacted with the evaporated zinc and air was moved through the outlet and collected by collecting the settling tank and cyclone in the dust collector.
용융물의 투입은 증발로에서 용융의 양이 증발로 높이(부피)의 50%로부터 40% 이하로 내려가는 시점에 아연 인곳을 용융로에 투입하여 용융물이 흘러넘터 자연낙하 방식으로 증발로에 흘러 들어가도록 하여 운전하였다.The melt is injected into the furnace by injecting zinc ingot into the furnace when the amount of melt in the evaporator drops from 50% of the height (volume) to less than 40% of the evaporator. Drive.
다시 전술한 방법을 그대로 진행하여 7일간 투입되는 아연 인곳의 양, 얻어지는 산화아연의 양 및 산화아연의 primary 형상분석의 전자현미경 사진, 레이저방식의 입도분석의 2차 입도를 확인하였다.The method described above was carried out as it was to confirm the amount of zinc ingot, the amount of zinc oxide obtained, the electron micrograph of the primary shape analysis of zinc oxide, and the secondary particle size of the particle size analysis of the laser method.
투입되는 아연 인곳의 양: 0.48 ton/dayQuantity of zinc ingot committed: 0.48 ton / day
얻어진 산화아연의 양: 0.6 ton/dayAmount of zinc oxide obtained: 0.6 ton / day
전자 현미경 사진: 도 5dElectron micrograph: Fig. 5D
X레이 회절분석 스펙트럼: 도 6X-ray diffraction spectrum: FIG. 6
상기 실시예 및 비교예를 정리하여 하기 표 1에 나타낸다.The said Example and a comparative example are put together in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
투입
속도Of raw material (zinc)
input
speed
생산량
(ton/
7day)Zinc oxide
output
(ton /
7day)
평균
생산량
(ton/day)Zinc oxide
Average
output
(ton / day)
일평균
투입량
(ton/day)Of raw material (zinc)
Daily average
input
(ton / day)
단위
투입량Of raw material (zinc)
unit
input
산화
아연
생성
유/무Needle-shaped
Oxidation
zinc
produce
The presence or absence
(평균/
Top)2nd insertion size (um)
(Average/
Top)
상태in
condition
제어
투입continuity
Control
input
투입Semicontinuous
input
산화, 증발Fever
Oxidation, evaporation
투입Semicontinuous
input
산화,증발Fever
Oxidation, evaporation
투입arrangement
input
* 용융로 온도: 750 ℃* Melting Furnace Temperature: 750 ℃
* 증발로 온도: 1250 ℃* Evaporation Furnace Temperature: 1250 ℃
* 비교예 2의 생산 운전일: 7일* Production operation day of Comparative Example 2: 7 days
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2 및 3에서 사용한 증발로 및 반응기를 해체하여 내부를 확인한 결과, 본 발명의 장치는 거의 손상이 없으며, 추후 1년 내지 2년 정도 사용하는데 아무런 지장이 없음을 확인하였으며, 비교예 2, 3의 반응기는 벽면이 산화아연 찌꺼기, 기타 무기산화물로 덮여 있어 용융물의 투입조차 어려운 상태이었으며, 사용하는 것이 곤란하였다. As a result of confirming the inside of the evaporation furnace and the reactor used in Example 1 and Comparative Examples 1, 2 and 3, the device of the present invention is almost intact, and there is no problem in using it for one to two years later. In the reactors of Comparative Examples 2 and 3, the walls of the reactors were covered with zinc oxide residue and other inorganic oxides.
도 1은 본 발명에 따라 산화아연을 제조하기 위한 블록 다이어그램을 나타낸다.1 shows a block diagram for producing zinc oxide according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 산화아연 제조장치의 전체 구성도를 개략적으로 나타낸다.Figure 2 schematically shows the overall configuration of the zinc oxide production apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명의 용융로와 증발로의 일 실시예의 상세한 구조를 보인 확대 단면도이다.Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing a detailed structure of an embodiment of the melting furnace and the evaporation furnace of the present invention.
도 4는 도 3의 증발로에서 기상 아연이 배출되는 배출구에 챔버를 부착한 실시예의 확대 단면도이다.4 is an enlarged cross-sectional view of an embodiment in which a chamber is attached to an outlet through which gaseous zinc is discharged in the evaporation furnace of FIG. 3.
도 5는 본 발명에 따라 얻어진 산화아연의 전자현미경 사진(도 5a), 비교예에서 얻어진 산화아연의 전자현미경 사진(도 5b 및 5c), 종래 방법의 배치방법에 의해 전자현미경 사진(도 5d)을 나타낸다.5 is an electron micrograph of zinc oxide obtained in accordance with the present invention (FIG. 5A), an electron micrograph of zinc oxide obtained in Comparative Example (FIGS. 5B and 5C), and an electron micrograph (FIG. 5D) by a conventional arrangement method. Indicates.
도 6은 본발명에 따라 얻어진 산화아연, 비교예 1, 2, 3에 의해서 얻어진 산화아연의 X레이 회절분석(XRD) 스펙트럼을 나타낸다.Fig. 6 shows the X-ray diffraction analysis (XRD) spectra of zinc oxide obtained in accordance with the present invention and zinc oxide obtained in Comparative Examples 1, 2 and 3.
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Applications Claiming Priority (1)
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KR1020090006732A KR101043642B1 (en) | 2009-01-28 | 2009-01-28 | Continuous process for preparing fine particulate zinc oxide, and the apparatus therefor |
Publications (2)
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KR101043642B1 KR101043642B1 (en) | 2011-06-22 |
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