KR20120069366A

KR20120069366A - 탄산칼슘의 제조방법

Info

Publication number: KR20120069366A
Application number: KR1020100130882A
Authority: KR
Inventors: 한건우; 안치규
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-28
Also published as: KR101221989B1

Abstract

본 발명에 따른 탄산칼슘의 제조방법은, 용출액이 포함된 용출반응기 내에 탄산화 원료 물질을 장입하여 칼슘 이온을 용출하는 단계와, 칼슘 이온이 용출된 상등액을 여과하여 탄산화 반응기에 유입하는 단계와, 이산화탄소 포집 공정을 통해 이산화탄소 및 암모니아수를 생성하여 탄산화 반응기 내에 이산화탄소 및 암모니아수를 주입함으로써 탄산칼슘을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

탄산칼슘의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING CALCIUM CARBONATE}

본 발명은 광물 탄산화 기술에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 암석 혹은 산업부산물로부터 탄산 칼슘을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 광물 탄산화 기술은 직접 탄산화와 간접 탄산화 기술로 크게 분류할 수 있다. 간접 탄산화 기술은, 먼저 산 용액 등 용출액을 이용하여 칼슘 이온을 용출하고, 그 후 이를 여과시킨 후 그 수용액을 탄산화시킨다. 여기서, 산 용액을 사용하는 경우 수산화 나트륨 등을 이용하여 탄산화하고자 하는 수용액의 산도를 낮추며, 동시에 산 용액을 회수한다.

이러한 종래의 광물 탄산화 기술의 주요 인자는 원료 물질(암석 혹은 산업부산물/폐기물)중 금속 성분의 효과적 용출과 탄산화 반응의 고속화를 들 수 있는데, 산 용액을 이용하여 칼슘 이온을 용출하는 것은 기술적으로는 용이한 방법이나, 추후 용액의 산도가 증가(pH 감소)함으로써, 이산화탄소의 주입에 의한 탄산 칼슘 생성이 곤란하다. 이를 해결하기 위하여 수산화 나트륨 등 염기 수용액을 이용하여 페하(PH)를 낮추어 탄산 칼슘을 침전시켜 얻는다. 이러한 방법은 광물 탄산화 공정을 산업적으로 이용하기에는 반응 속도가 매우 느리며, 수산화 나트륨의 사용 등에 따른 경제성 저하의 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 용액의 pH 를 조절하기 위해 사용되는 수산화 나트륨 대신에 이산화탄소 포집 공정에서 획득할 수 있는 다른 염기 수용액인 암모니아수를 이용함으로써 탄산칼슘 제조공정의 경제성을 증대시키는 것을 목적으로 한다.

여기서, 이산화탄소 포집 공정은, 이산화탄소가 함유된 혼합가스를 흡수탑의 하부로 유입하고 동시에 흡수탑의 상부로 암모니아 및 세정수를 낙하시켜 이산화탄소 함유 암모니아수를 생성하는 단계와, 이산화탄소 함유 암모니아수를 열교환기를 거쳐 재생탑으로 유입하는 단계와, 재생탑에서 이산화탄소 함유 암모니아수를 가열하여 이산화탄소를 탈거하는 단계와, 재생탑에서 이산화탄소가 탈거된 상기 암모니아수를 상기 열교환기로 냉각시켜 흡수탑으로 재투입하는 단계와, 흡수탑 및 재생탑에 저장된 암모니아수를 농축탑에 저장하는 단계를 포함하고, 재생탑에서 탈거된 이산화탄소 및 농축탑에 저장된 암모니아수를 탄산화 반응기 내에 유입한다.

본 발명에 따르면, 이산화탄소 포집 공정과 광물 탄산화 공정을 통합함으로써 공정의 간략화 및 집적화가 가능해진다. 그리고, 이산화탄소 포집 공정에서 발생하는 폐수를 탄산화 반응기에 주입하게 됨으로써 폐수로 방출되는 암모니아수를 대폭 줄일 수 있다. 또한, 종래의 탄산화 반응기에서 pH를 조절하기 위해서 다량으로 사용하던 수산화 나트륨 등 염기성 용액의 사용량을 줄일 수 있어 공정의 경제성이 증대될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄산칼슘의 제조방법을 설명하는 공정 개요도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탄산칼슘의 제조방법의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 탄산칼슘의 제조방법은, 예컨대 산 용액과 같은 용출액이 포함된 용출반응기 내에 탄산화 원료 물질(예컨대, 암석, 산업부산물, 또는 폐기물)을 장입하여 칼슘 이온을 용출한다. 그리고, 이렇게 칼슘 이온이 용출된 상등액을 여과하여 탄산화 반응기에 유입한다. 그 후, 이산화탄소 포집 공정을 통해 이산화탄소 및 암모니아수를 생성하여 탄산화 반응기 내에 이산화탄소 및 암모니아수를 주입함으로써 탄산칼슘을 생성한다.

한편, 이산화탄소 포집 공정은, 연소 배가스와 같이 이산화탄소가 함유된 혼합가스를 흡수탑의 하부로 유입하고 동시에 흡수탑의 상부로 암모니아 및 세정수를 낙하시켜 이산화탄소가 함유된 암모니아수를 생성한다. 그 후, 이렇게 이산화탄소가 함유된 암모니아수를 소정의 열교환기를 거쳐 재생탑으로 유입한다. 그리고, 재생탑에서는 이산화탄소가 함유된 암모니아수를 가열하여 이산화탄소를 탈거한다. 한편, 재생탑에서 이산화탄소가 탈거된 암모니아수는 다시 열교환기로 냉각시켜 흡수탑으로 재투입한다. 또한, 암모니아의 휘발을 억제하기 위하여, 흡수탑 및 재생탑의 최상부에서 세정수를 낙하하게 되며, 이에 의해 암모니아가 저농도로 포함된 세정수가 얻어진다. 이렇게 하여 얻어진 저농도의 암모니아수를 농축탑에서 가열하여 농축하게 된다. 그리고, 농축된 암모니아 가스는 다시 재생탑 또는 흡수탑에 공급되어 사용될 수 있다. 이러한 이산화탄소 포집 공정에 사용되는 암모니아수의 농도, 압력, 온도 등의 공정 조건에 따라 농축 공정이 생략될 수도 있다. 그리하여, 재생탑에서 탈거된 이산화탄소 및 농축탑에 저장된 암모니아수를 탄산화 반응기 내에 유입한다.

상술한 본 발명에 따른 탄산칼슘의 제조방법을 도 1을 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

이 발명의 구성 및 작용은 실시예를 이용하여 설명하고자 한다. 먼저, 용출액(1)이 포함된 용출 반응기(2) 내에 탄산화 원료 물질(3)을 주입하여 칼슘 이온을 용출시킨다. 이렇게 칼슘 이온이 용출된 상등액(4)을 여과기 혹은 농축기(5)를 거쳐 여과한 후, 탄산화 반응기(7) 내에 유입한다. 이때, 탄산화 반응기(7) 내에 이산화탄소(6) 및 암모니아수(10)를 주입하여 탄산화시킨다. 추가적으로, 여과기 혹은 농축기(8)를 이용하여 최종적으로 탄산 칼슘(9)을 얻는다.

여기서, 이산화탄소(6) 및 암모니아수(10)는 이산화탄소 포집 공정에서 생성될 수 있다. 즉, 처리하고자 하는 가스 즉, 이산화탄소를 함유하는 혼합가스(11)를 흡수탑(12)의 하부로 유입한다. 이때, 흡수탑의 상부에서는 암모니아수(13)가 낙하한다. 화학반응에 의해 이산화탄소는 암모니아수에 선택적으로 용해 및 포획되며, 이 수용액(14)은 이산화탄소를 함유한 암모니아수로서 흡수탑(12)의 하부로 모이게 된다. 이렇게 흡수탑(12)의 하부에 저장된 이산화탄소가 함유된 암모니아수는 열교환기(15)를 거쳐 재생탑(16)으로 보내지게 된다. 그리고, 재생탑(16)의 하부에서 예컨대 70℃~88℃로 가열되며, 그에 의해 이산화탄소(6)가 포집된다. 다시, 재생탑(16)에 저장된 암모니아수는 열교환기(15)를 거쳐 온도가 하강되어 흡수탑(12)의 상부로 재투입된다. 흡수탑(12)의 상부를 통해 처리된 가스(17)가 배출되며, 재생탑(16)의 상부에서는 고순도의 이산화탄소(6)를 얻을 수 있다.

한편, 흡수탑(12) 및 재생탑(16)의 상부에서는 암모니아의 휘발을 방지하기 위해서 다량의 세정수(19)를 사용하게 된다. 이 세정수는 암모니아 가스를 포획하게 되어 염기성을 띤 수용액 즉, 암모니아수(20, 21)이 된다. 이 암모니아수(20, 21)가 모아져 농축탑(22)에 저장된다. 즉, 흡수탑(12) 및 재생탑(16)의 상부에서는 암모니아의 휘발을 방지하기 위해서 사용된 다량의 세정수에 의해 염기성 세정수(암모니아수)(10)가 된다. 이 수용액(10)을 탄산화 공정의 탄산화 반응기에 주입하여, 탄산화 수용액의 pH 를 조절할 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 용출액 2: 용출반응기
3: 탄산화 원료 물질 4: 상등액
5: 여과기 6: 이산화탄소
7: 탄산화 반응기 8: 농축기
9: 탄산 칼슘 10: 암모니아수
11: 혼합가스 12: 흡수탑
13: 암모니아수 14: 이산화탄소가 함유된 암모니아수
15: 열교환기 16: 재생탑
17: 처리가스 19: 세정수

Claims

용출액이 포함된 용출반응기 내에 탄산화 원료 물질을 장입하여 칼슘 이온을 용출하는 단계와,
상기 칼슘 이온이 용출된 상등액을 여과하여 탄산화 반응기에 유입하는 단계와,
이산화탄소 포집 공정을 통해 이산화탄소 및 암모니아수를 생성하여 상기 탄산화 반응기 내에 상기 이산화탄소 및 상기 암모니아수를 주입함으로써 탄산칼슘을 생성하는 단계를 포함하는 탄산칼슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집 공정은, 이산화탄소가 함유된 혼합가스를 흡수탑의 하부로 유입하고 동시에 상기 흡수탑의 상부로 암모니아 및 세정수를 낙하시켜 이산화탄소 함유 암모니아수를 생성하는 단계와, 상기 이산화탄소 함유 암모니아수를 열교환기를 거쳐 재생탑으로 유입하는 단계와, 상기 재생탑에서 상기 이산화탄소 함유 암모니아수를 가열하여 이산화탄소를 탈거하는 단계와, 상기 재생탑에서 상기 이산화탄소가 탈거된 상기 암모니아수를 상기 열교환기로 냉각시켜 상기 흡수탑으로 재투입하는 단계와, 상기 흡수탑 및 상기 재생탑에서 저장된 암모니아수를 농축탑에 저장하는 단계를 포함하고, 상기 재생탑에서 탈거된 상기 이산화탄소 및 상기 농축탑에 저장된 상기 암모니아수를 상기 탄산화 반응기 내에 유입하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 용출액은 산 용액인 것을 특징으로 하는 탄산칼슘의 제조방법.