KR20130034503A

KR20130034503A - 이산화탄소 탄산염 고정화 방법

Info

Publication number: KR20130034503A
Application number: KR1020110098545A
Authority: KR
Inventors: 김태영; 정성엽; 이기춘
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-05
Also published as: US20150232344A1; KR101293955B1; CN103030166A; CN103030166B; US9051189B2; US20130078168A1

Abstract

본 발명은 이산화탄소 탄산염 고정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철강슬래그 또는 자연광물을 이용하여 이산화탄소를 광물상인 탄산염으로 안정하게 전환 및 고정시키는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 원료 슬래그에 추출용매로서 암모늄염 용매를 공급하여 알칼리 성분을 추출하는 제1단계; 탄산화 반응기로 공급된 상기 알칼리 성분을 함유한 추출용액에 이산화탄소를 주입하여 탄산염 침전물로의 전환반응을 유도하여 상기 추출용액으로부터 탄산염 침전물을 생성시키는 제2단계; 원료 슬래그에 추출용매로서 아세트산 용매를 공급하여 알칼리 성분을 최종 추출하는 제3단계; 탄산화 반응기로 공급된 상기 제3단계의 알칼리 성분을 함유한 추출용액에 이산화탄소를 주입하여 탄산염 침전물로의 전환반응을 유도하여 상기 추출용액으로부터 탄산염 침전물을 생성시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법을 제공한다.

Description

이산화탄소 탄산염 고정화 방법{Method for carbon dioxide solidification}

본 발명은 이산화탄소 탄산염 고정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철강슬래그 또는 자연광물을 이용하여 이산화탄소를 광물상인 탄산염으로 안정하게 전환 및 고정시키는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법에 관한 것이다.

이산화탄소의 탄산염 고정화 기술은 분리/회수된 이산화탄소를 처리하는 방법으로서, 지중, 심해층 저장의 대안 기술로 대두되고 있다.

이산화탄소의 고정화에 대한 기술은 이산화탄소의 변환을 통해 탄소성분을 생성해내고, 생성된 탄소성분을 연료 및 산업공정에 필요한 기초화합물로 전환하는데 궁극적인 목적이 있다.

즉, 이산화탄소를 탄산염과 같은 물질로 전환시킴으로써, 지구 온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 제거하여 친환경적인 장점을 제공하는 동시에 이산화탄소를 산업 기초소재의 원료로 응용할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 철강슬래그 또는 자연광물을 이용하여 이산화탄소를 탄산염으로 고정화함에 있어, 칼슘(Ca) 등의 알칼리 금속 성분을 추출하기 위하여 아세트산을 추출용매로 사용하였으며, 아세트산의 칼슘 추출률은 다른 용매와 비교해볼 때 매우 높아 전체 이산화탄소 고정량을 최대화할 수 있는 이점이 있었다.

그러나, 이산화탄소를 탄산염으로 고정화함에 있어 알칼리 금속 성분을 추출하기 위한 추출 용매로서 아세트산을 대량 사용하는 경우, 후각 자극성이 강하여 다루기가 어렵고, 칼슘뿐만 아니라 슬래그의 기타 다른 성분까지 용출되어 이산화탄소의 탄산염 전환 반응시 다른 많은 불순물도 함께 침전되는 문제가 있으며, 또한 탄산염 전환반응을 위해 pH 조정제로서 수산화나트륨(NaOH)을 대량 첨가해야 하므로 추가비용이 소요되고, 수산화나트륨의 사용은 소석회(Ca(OH)₂)를 과다 생성하여 부유물질이 발생하여 칼슘의 탄산칼슘(CaCO₃)으로의 전환을 방해하며, 추가 정제작업이 많이 필요할 만큼 전환된 탄산칼슘의 순도가 낮아 경제성이 저하되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 기존에는 이산화탄소를 탄산염으로 고정화함에 있어 암모늄염 등으로 아세트산을 대체하고 암모늄염의 사용 조건을 최적화하여 이산화탄소를 탄산염으로 안정하게 고정화 처리하고자 하였다.

암모늄염은 아세트산에 비해 무자극성으로 다루기가 용이하고 특히 칼슘 추출 선택도가 높아 슬래그에서 추출시 칼슘 이외의 다른 성분들이 거의 용출되지 않으며, 추출 후 용액의 pH 증가효과가 있어 탄산염 전환반응에서 추가의 수산화나트륨을 첨가하지 않아도 효율적인 탄산염 전환반응이 일어나는 장점이 있다. 또한, 다른 불순성분이 없기 때문에 고순도의 CaCO₃의 회수가 가능하여 수산화나트륨의 사용량 절감 및 고순도의 탄산칼슘 회수에 따른 경제성 증대효과도 기대할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 상기와 같은 암모늄염은 자체의 칼슘 추출률이 낮아 이산화탄소 고정화 효율이 저감되는 문제점이 있으며, 도 2와 같은 종래의 이산화탄소 탄산염 고정화 방법은 매우 낮은 농도의 암모늄염을 사용하여 알칼리 성분의 추출반응을 유도하기 때문에 슬래그에서의 칼슘 추출률이 매우 낮은 문제점이 있다.

또한, 도 2와 같은 종래의 이산화탄소 탄산염 고정화 방법은 칼슘 추출 후 pH 조정과정 없이 바로 이산화탄소를 주입하여 탄산염 전환반응을 유도하므로 최종 전환되는 탄산염의 양 또한 많지 않다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 고농도의 암모늄염을 사용하여 칼슘의 선택적 추출률을 높이고 추출용액의 pH 증가효과에 따라 수산화나트륨의 사용을 최소화하여 효율적인 탄산염 전환반응을 유도하며, 또한 알칼리 성분의 최종 추출시 아세트산을 사용하여 이산화탄소의 고정량을 증가시킴으로써, 효율적인 탄산염 전환반응을 유도할 뿐만 아니라 전체 이산화탄소 고정량까지 확보하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 원료 슬래그에 추출용매로서 암모늄염 용매를 공급하여 알칼리 성분을 추출하는 제1단계; 탄산화 반응기로 공급된 상기 알칼리 성분을 함유한 추출용액에 이산화탄소를 주입하여 탄산염 침전물로의 전환반응을 유도하여 상기 추출용액으로부터 탄산염 침전물을 생성시키는 제2단계; 원료 슬래그에 추출용매로서 아세트산 용매를 공급하여 알칼리 성분을 최종 추출하는 제3단계; 탄산화 반응기로 공급된 상기 제3단계의 알칼리 성분을 함유한 추출용액에 이산화탄소를 주입하여 탄산염 침전물로의 전환반응을 유도하여 상기 추출용액으로부터 탄산염 침전물을 생성시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2단계는 한 차례 혹은 수차례 이상 반복 진행되며, 상기 제1 및 제2단계의 진행완료 후 회수된 원료 슬래그에 상기 아세트산 용매를 공급하여 제3 및 제4단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 제1 및 제2단계 사이에 알칼리 성분을 함유한 추출용액의 pH를 8~9에서 pH 12로 높이기 위해서 pH 조정제를 첨가하는 단계를 선택적으로 진행하며, 상기 제3 및 제4단계 사이에 알칼리 성분을 함유한 추출용액의 pH를 4에서 pH 12로 높이기 위해서 pH 조정제를 첨가하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 암모늄염은 염화암모늄(Ammonium chloride), 질산암모늄(Ammonium Nitrate), 아세트산암모늄(Ammonium Acetate)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 알칼리 성분을 함유한 추출용액과 분리 배출되는 원료 슬래그를 회수하여 재사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이산화탄소 탄산염 고정화 방법은 원료 슬래그에서 칼슘 등 알칼리 성분만을 선택적으로 용액 상태로 추출하여 기체상의 이산화탄소와 반응시켜 탄산염 침전물로 고정화시킴으로써 이산화탄소를 저감시키고 더불어 침전물인 탄산칼슘을 효과적으로 생성 회수할 수 있다.

또한, 본 발명은 암모늄염을 추출용매로 사용하여 고순도의 탄산염을 회수할 수 있음에 따라 물리적 분쇄를 통해 얻는 기존의 저순도 탄산염 대비 정제 작업시간 및 비용이 절감되고, 저순도 탄산염 대비 수 배 이상의 이익을 남길 수 있다.

또한, 본 발명은 저염기도의 슬래그를 회수하여 골재로 재사용하여 폐기처리비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 이산화탄소 탄산염 고정화 방법을 개략적으로 나타낸 일 공정도
도 2는 종래의 이산화탄소 탄산염 고정화 방법을 개략적으로 나타낸 다른 공정도
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 탄산염 고정화 방법을 개략적으로 나타낸 공정도

본 발명은 고농도의 암모늄염을 사용하여 칼슘의 선택적 추출률을 높이고 추출용액의 pH 증가효과에 따라 수산화나트륨의 사용량을 최소화하여 효율적인 탄산염 전환반응을 유도하며, 또한 암모늄염만으로는 고순도의 탄산염 회수는 효과적이나 칼슘 추출성능이 아세트산에 비해 낮아 전체 이산화탄소 고정량이 적다는 단점을 보완하기 위하여 원료 슬래그에서 알칼리 성분의 최종 추출시 아세트산을 사용하여 이산화탄소 고정량을 증가시켜, 효율적인 탄산염 전환반응을 유도할 뿐만 아니라 전체 이산화탄소 고정량까지 증가시키는 최적화된 고정화 방법에 특징이 있다.

이에 본 발명은 한정된 양의 철강 부산물인 슬래그 또는 자연광물을 이용하여 양질의 탄산칼슘을 회수하고 전체 이산화탄소 고정량을 최대화하기 위하여 암모늄염과 아세트산의 두 가지 용매를 순차적으로 사용한다.

이를 위하여, 본 발명은 칼슘, 마그네슘 등의 알칼리 성분을 함유한 자연광물 과 제강 및 전기로슬래그를 이용하여 이산화탄소를 고정화시킴에 있어, 추출 및 탄산화 반응이 상온과 상압에서 진행되는 공정에서 고농도의 암모늄염을 이용하여 칼슘이온을 추출하고 pH 8 이상의 추출용액을 획득하며, pH 조정제의 소량 첨가로 탄산화 반응기로 공급되는 추출용액의 pH를 조정하고, 상기 추출용액에 이산화탄소 주입을 통한 효과적인 탄산염 전환반응을 유도하게 된다.

본 발명은 이산화탄소를 탄산화하여 고정시키기 위하여 사용하는 슬래그 종류를 제강슬래그 뿐만 아니라 전기로슬래그까지 포함하기 때문에 기존에 폐기 처리되는 전기로슬래그의 재활용 효과가 있고, 또한 상온 및 상압에서 이루어지는 공정으로 암모늄염 처리 시 용매의 농도 또한 80g/ℓ로 고농도의 암모늄염을 추출용매로 사용하기 때문에 기존에 비해 칼슘 추출률이 증가되며, 여기에 pH 조정제를 소량 첨가하여 pH를 12로 높인 후 이산화탄소 탄산화 반응을 유도하므로 기존에 비해 다량 및 양질의 탄산칼슘 회수가 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 최종 단계에서 아세트산을 추출용매로 사용하여 칼슘 추출률을 높임으로 인해 전체 이산화탄소 고정량을 최대로 확보할 수 있다.

다시 말해, 본 발명에 따른 이산화탄소 탄산염 고정화 방법은 암모늄염의 칼슘 추출 선택도가 높아 고순도의 탄산칼슘을 얻을 수 있기에 고농도의 암모늄염 사용으로 추출용액의 pH가 증가되어 효율적인 탄산염 전환반응이 가능하며, 이후 최종적으로 아세트산을 추출용매로 사용하여 알칼리 성분의 추출률을 높여 전체 이산화탄소 고정량을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도 3을 참조로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 알칼리 성분 추출반응기(10)에서 알칼리 성분을 추출하는 과정이 진행된다.

예를 들어, 알칼리 성분 추출반응기(10)에 원료 광물 또는 슬래그(예를 들어, 제철공정, 전기로 제강공정에서 발생하는 모든 슬래그)를 공급하는 동시에 고농도의 추출용매를 공급하여 일정 시간 동안 교반시킨다.

상기 알칼리 성분 추출반응기(10)에서 제철 부산물인 슬래그로부터 칼슘과 같은 알칼리 성분을 추출하기 위하여 다양한 종류의 슬래그와 추출용매를 사용할 수 있으며, 상기 추출용매로는 고농도의 암모늄염(염화암모늄[Ammonium chloride], 질산암모늄[Ammonium Nitrate], 아세트산암모늄[Ammonium Acetate])과 아세트산을 순차적으로 사용할 수 있다.

이때, 광물 및 슬래그로부터 먼저 고순도의 탄산염을 생성 회수하기 위하여 고농도의 암모늄염을 추출용매로 사용하여 탄산화 반응을 효율적으로 유도하고, 알칼리금속 성분의 최종 추출 단계에서 아세트산을 추출용매로 사용하여 이산화탄소 고정량을 증대시키고 알칼리금속 성분이 추출 분리된 슬래그(염기도 감소)를 골재로 재활용할 수 있도록 한다.

암모늄염의 경우 자체적으로 pH 6 수준이며, 원료 슬래그를 고농도의 암모늄염과 함께 알칼리 성분 추출반응기(10)에 첨가하여 넣고 교반시킴으로써 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 성분이 추출된 용액 즉, 암모늄염을 추출용매로 사용하여 슬래그에서 추출한 알칼리 성분을 함유한 추출용액의 pH는 8~9가 된다.

즉, 알칼리 성분 추출반응기(10)에 투입된 슬래그는 pH 8~9의 추출용액을 얻을 때까지 교반시키게 된다.

상기 추출용액이 탄산화 반응기(20)에 공급되기 전에 추출용액의 pH를 8~9에서 12로 조정하기 위하여, 추출용액에 pH 조정제로 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 추출용액의 pH를 8~9에서 12로 조정한다.

단, pH 8~9의 추출용액은 pH 농도가 비교적 고농도이므로 경우에 따라 pH 조정과정을 생략하고 바로 탄산화 반응에 사용함이 가능하다. 즉, pH 8~9의 추출용액을 pH 12로 조정하는 과정을 생략하고 바로 탄산화 반응기(20)로 공급함이 가능하다.

다음, 추출된 알칼리 성분을 함유한 pH 12의 용액 즉, 추출용액이 탄산화 반응기(20)로 공급됨과 동시에 이산화탄소 공급수단(30)으로부터 탄산화 반응기(20)로 이산화탄소가 공급된다.

따라서, pH 12의 추출용액(알칼리금속 성분이 함유된 용액)이 탄산화 반응기(20)로 유입되는 동시에 이산화탄소가 주입되면서 추출용액과 반응하여 탄산염 침전물로 전환되는 반응이 진행되고, 이렇게 탄산화 반응기(20) 내에서 탄산화 반응이 유도됨에 따라 추출용액으로부터 탄산염 침전물이 생성된다.

즉, 기체상 이산화탄소를 탄산화 반응기(20)에 직접 주입하여 pH 12에서 이산화탄소와 알칼리 이온을 반응시켜 이산화탄소를 용존 탄산염화하여 침전물/용액 분리를 통해 침전된 고순도의 탄산염을 얻게 되며, 이때 탄산염이 분리된 추출용액의 pH는 6 ~ 7 이 된다.

이와 같이 슬래그에서 추출된 알칼리금속 성분을 함유한 추출용액은 상온 상압에서의 탄산화 반응을 통해 이산화탄소를 높은 전환율로 탄산염화하여 고정할 수 있다.

그리고, 상기 알칼리 성분 추출반응기(10)에서 추출용액과 분리 배출되는 원료 슬래그는 재사용되기 위해 다시 알칼리 성분 추출반응기(10)로 회수된다.

이와 같이 추출용액으로 암모늄염을 사용하여 고순도의 탄산염을 생성 획득하는 과정은 한 차례 혹은 수차례 이상 반복되며, 암모늄염을 사용하여 고순도의 탄산염을 생성하는 과정을 진행완료한 후 최종적으로 아세트산을 추출용매로 사용하여 슬래그에서 알칼리금속 성분을 고추출률로 추출하여 함유하는 추출용액(pH 4)을 생성하게 된다.

아세트산을 추출용매로 하여서 이산화탄소를 처리하는 과정을 보면, 먼저 알칼리 성분 추출반응기(10)로 재순환된 원료 슬래그에 아세트산을 첨가하여 넣고 교반시켜 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 성분이 추출된 용액 즉, 아세트산을 추출용매로 하여 슬래그에서 추출한 알칼리금속 성분을 함유한 추출용액을 생성한다.

이때, 알칼리 성분 추출반응기(10)에 회수된 슬래그는 pH 4의 추출용액을 얻을 때까지 교반시키게 된다.

상기 pH 4의 추출용액이 탄산화 반응기(21)에 공급되기 전에 추출용액의 pH를 4에서 12로 조정하기 위하여, 추출용액에 pH 조정제로 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 추출용액의 pH를 12로 조정한다.

다음, pH가 12로 조정된 추출용액이 탄산화 반응기(21)로 공급됨과 동시에 이산화탄소 공급수단(31)으로부터 탄산화 반응기(21)로 이산화탄소가 공급된다.

따라서, pH 12의 추출용액(알칼리금속 성분을 함유한 용액)이 탄산화 반응기(21)로 유입되는 동시에 이산화탄소가 주입되면서 추출용액과 반응하여 탄산염 침전물로 전환되는 반응이 진행되고, 이렇게 탄산화 반응기(21) 내에서 탄산화 반응이 유도됨에 따라 추출용액으로부터 탄산염 침전물이 생성된다.

즉, 기체상 이산화탄소를 탄산화 반응기(21)에 직접 주입하여 pH 12에서 이산화탄소와 알칼리 이온을 반응시켜 이산화탄소를 용존 탄산염화하여 침전물/용액 분리를 통해 침전된 탄산염을 얻게 되며, 이때 탄산염이 분리된 추출용액의 pH는 6 ~ 7 이 된다.

이와 같이 아세트산을 용매로 하여 추출 반응을 고효율로 진행함으로써 원료 슬래그의 알칼리 성분을 대폭 감소시킨 후 이산화탄소를 추출용액에 주입하여 유도한 탄산화 반응으로 전체 이산화탄소 고정량을 최대화할 수 있고, 최종 처리된 슬래그는 적절한 저수준의 염기도를 갖게 되어 골재로 재사용이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 제시하나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 아래 실시예에서 사용하는 슬래그는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위한 것으로, 실제로는 다양한 종류의 슬래그를 사용할 수 있다.

실시예

철강슬래그를 원료로 사용하고 염화암모늄을 용매로 사용하여 이산화탄소를 탄산염으로 전환하는 탄산화 반응을 실시하였다.

먼저, 철강슬래그 100g을 알칼리 성분 추출반응기에 넣고, 추출용매로 염화암모늄을 물에 용해하여 1ℓ의 용액을 만들어 상기 추출반응기에 투입하였다. 이때 염화암모늄은 철강슬래그 100g 을 기준으로 93.5g/1.74mol%를 사용하였고, 용액의 pH는 6 정도였다.

다음, 알칼리 성분 추출반응기에서 임펠러를 이용하여 슬래그와 용액을 150rpm으로 30분 동안 교반한 후, 필터를 사용하여 슬래그와 이 슬래그에서 용출된 칼슘 성분이 함유된 추출용액을 분리 배출하였다. 이때 추출용액의 pH는 8~9가 되었고, pH 조정제인 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 12로 조정하였다.

그 다음, 탄산화 반응기에서 기체상 이산화탄소를 2ℓ/min의 유량으로 칼슘 성분을 함유한 추출용액에 직접 주입하여 이산화탄소와 칼슘 이온을 반응시켜 탄산칼슘화 반응을 유도하였다. 이산화탄소가 추출용액에 주입되면서 탄산화 반응기 내부에는 탄산칼슘 침전물이 형성되었으며, 추출용액의 pH가 7 내지 6이 될 때까지 반응시킨 후 이산화탄소의 주입을 종료하였고, 침전물과 용액의 분리를 통해 고순도의 탄산칼슘을 얻었다.

상기의 1차 추출 반응 후 초기 철강슬래그의 산화칼슘(CaO) 성분의 15~20% 정도만 칼슘으로 추출되었고, 이에 슬래그의 염기도가 충분히 낮아지지 않았기에 아세트산 대비 낮은 칼슘 추출률을 보완하기 위하여 이미 사용한 슬래그를 회수하여 재추출 반응에 사용하였다.

즉, 1차의 염화암모늄 사용을 통한 칼슘 추출반응을 한번 더 반복하여 이산화탄소의 탄산화 과정을 진행하였다.

염화암모늄을 추출용매로 사용하는 칼슘 추출반응을 여러 번 반복함으로써 칼슘 추출량은 적으나 추출 후 이산화탄소의 탄산염 전환반응시 칼슘 추출 선택도가 높아 칼슘 이온과 이산화탄소의 직접 반응으로 양질의 탄산칼슘을 얻을 수 있었다.

이와 같이 암모늄염을 추출용매로 사용하는 알칼리 금속 성분의 추출반응을 여러번 반복하여 고순도의 탄산칼슘을 생성 회수할 수 있다.

계속해서, 최종적으로 슬래그의 칼슘 추출률을 증가시켜 이산화탄소 고정량을 향상시키기 위하여, 마직막 칼슘 추출공정으로 칼슘 추출률이 90% 이상인 아세트산을 용매로 사용하여 알칼리 성분 추출반응기에서 추출 반응을 진행하여 슬래그의 산화칼슘 성분을 대폭 감소시킨 후, pH를 12로 조정한 추출용액을 탄산화 반응기에 넣고 이산화탄소를 주입하여 탄산화 반응으로 이산화탄소를 고정화시켰다.

다시 말해, 칼슘 성분이 고농도로 추출된 추출용액으로 이산화탄소를 탄산염화하여 전체 이산화탄소 고정량을 최대로 증가시켰다.

아세트산을 사용한 칼슘 추출시 분리 배출된 슬래그는 칼슘이 고추출률로 추출되어 산화칼슘이 크게 감소되어 골재로 재사용하기에 적합한 수준의 저염기도를 갖게 되었다.

상기 실시예에서는 암모늄염을 추출용매로 사용하는 알칼리 성분의 추출반응을 두 차례 반복하여 수행한 후, 최종적으로 아세트산을 추출용매로 사용하여 이산화탄소 고정량을 증가시킴으로써, 고순도의 탄산칼슘을 생성 회수하고 전체 이산화탄소 고정량을 최대화할 수 있었다.

아래 표 1에 암모늄염 및 아세트산 등 알칼리 금속 성분의 추출을 위한 추출용매의 종류에 따른 칼슘 추출률 및 탄산칼슘 전환율을 나타내었다.

이와 같이 본 발명은 초기 알칼리 성분의 추출시 알칼리 성분의 추출 선택도가 우수한 암모늄염을 용매로 사용하여 슬래그 중 다른 성분을 거의 용출시키지 않으며, 공정 중 추출용액의 pH를 8 이상으로 끌어올려 pH 조정제의 사용량을 50% 이상 절감하고 그에 따른 작업시간단축 및 비용절감의 효과를 얻을 수 있으며, 또한 수산화나트륨(NaOH)의 반응부산물인 소석회(Ca(OH)₂)의 생성으로 발생하는 부유물질을 제거하여 추가의 후처리 및 정제작업 없이 고순도, 고품위의 탄산칼슘 침전물을 얻을 수 있어 향후 탄산칼슘의 제품화가 용이하게 된다.

이렇게 화학적 침전으로 얻은 침강성 고순도의 탄산칼슘은 물리적 분쇄를 통해 얻은 일반 탄산칼슘에 비해 수 배 이상의 경제성을 얻을 수 있다.

다만 기존 암모늄염만을 용매로 사용할 시 알칼리 성분의 추출 선택도는 우수하나, 알칼리 성분의 추출률이 아세트산 대비 매우 낮아 이산화탄소의 고정량이 적고 슬래그의 염기도 감소폭이 적어 골재 자재로의 재활용이 어렵게 된다.

이에 본 발명은 이산화탄소의 고정량을 증대하기 위하여, 먼저 암모늄염을 사용하여 슬래그로부터 고순도의 탄산염 회수 과정을 순차적으로 한번 이상 수행하고, 최종공정에서 아세트산을 사용하여 슬래그의 골재 사용성 및 이산화탄소 고정량을 증대시킨다.

이와 같이 본 발명은 이산화탄소를 탄산염화하여 고정하는데 있어, 암모늄염과 아세트산을 순차적으로 사용함으로써 기존의 아세트산 용매의 사용효과를 유지하면서 암모늄염 용매의 사용단점을 보완하여 고순도의 탄산염을 회수하고 pH 조정제의 사용량을 절감하는 부가적인 효과가 있어 궁극적으로 경제성을 향상시킬 수 있다.

10 : 알카리 성분 추출반응기
20,21 : 탄산화 반응기
30,31 : 이산화탄소 공급수단

Claims

원료 슬래그에 추출용매로서 암모늄염 용매를 공급하여 알칼리 성분을 추출하는 제1단계;
탄산화 반응기로 공급된 상기 알칼리 성분을 함유한 추출용액에 이산화탄소를 주입하여 탄산염 침전물로의 전환반응을 유도하여 상기 추출용액으로부터 탄산염 침전물을 생성시키는 제2단계;
원료 슬래그에 추출용매로서 아세트산 용매를 공급하여 알칼리 성분을 최종 추출하는 제3단계;
탄산화 반응기로 공급된 상기 제3단계의 알칼리 성분을 함유한 추출용액에 이산화탄소를 주입하여 탄산염 침전물로의 전환반응을 유도하여 상기 추출용액으로부터 탄산염 침전물을 생성시키는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2단계는 한 차례 혹은 수차례 이상 반복 진행되며, 상기 제1 및 제2단계의 진행완료 후 회수된 원료 슬래그에 상기 아세트산 용매를 공급하여 제3 및 제4단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2단계 사이에 알칼리 성분을 함유한 추출용액의 pH를 8~9에서 pH 12로 높이기 위해서 pH 조정제를 첨가하는 단계를 선택적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 및 제4단계 사이에 알칼리 성분을 함유한 추출용액의 pH를 4에서 pH 12로 높이기 위해서 pH 조정제를 첨가하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 암모늄염은 염화암모늄(Ammonium chloride), 질산암모늄(Ammonium Nitrate), 아세트산암모늄(Ammonium Acetate)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 알칼리 성분을 함유한 추출용액과 분리 배출되는 원료 슬래그를 회수하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 탄산염 고정화 방법.