KR20140045459A - 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법 - Google Patents

이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산 마그네슘 화합물을 형성하도록 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 탄산 마그네슘 화합물을 생성하도록 알카리 금속 규산 마그네슘과 알카리 금속 탄산염 또는 중탄산염의 형태 또는 유리 형태의 이산화탄소를 접촉시키는 방법을 포함한다.

Description

이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법{PROCESS FOR THE MINERALIZATION OF CARBON DIOXIDE}
본 발명은, 예를 들면 산업용 연소 방법으로부터의 연도 가스들과 같은 가스 스트림으로부터 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 알카리 금속 규산 마그네슘을 시재료로서 사용하고 탄산 마그네슘 화합물들 및 실리카를 생성한다.
규산 마그네슘 암석들은 지구의 맨틀의 대부분을 구성하고, 또한 그러한 암석들의 큰 표층 퇴적물들은 많은 지역들에서 발견된다. 지구의 맨틀의 조성은 약 70 % 염기성의 마그네슘 정규산염 (Mg2Si04) 이고, 이러한 재료가 지구의 표층 근접에서 결정 형태로 발견될 때, 재료는 일반적으로 지구 맨틀의 두개의 주 구성 요소를 대표하는 고토 감람석 (순수 Mg2Si04) 과 철 감람석 (순수 Fe2Si04) 사이에 실질적으로 고용체가 존재하는 감람석의 형태이다. 지구의 지각에서, 감람석 뿐만 아니라, 무수 규산 마그네슘들은 완화 휘석 (MgSi03) 과 같은 휘석으로서도 발견된다. 물의 작용으로 인해, 지구의 지각의 내부의 깊은 곳 또는 표층에서, 또한 무수 규산 마그네슘들은 사문석 또는 녹니석 (Mg3Si205(OH)4 의 이상화된 전반적인 조성을 가짐) 및 활석 (Mg3Si4O10(OH)2 의 이상화된 전반적인 조성을 가짐) 과 같은 규산 마그네슘 수화물 광물들로 변환된다.
규산 마그네슘 암석들은 표준 대기압 조건들 하에서 이산화탄소 가스의 작용에 의해 안정된 탄산 마그네슘 화합물들로 이론상 용이하게 변환되어야 하는 염기성 마그네슘의 우수한 공급원을 구성한다. 그러나, 실제로, 지구의 표층에서의 천연 규산 마그네슘 광물들의 풍화 및 탄산화는 아주 느리게만 발생된다. 따라서, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 염기성 마그네슘의 공급원으로서 규산 마그네슘들의 사용은 대기 중에 이산화탄소 레벨들을 증가시키는 현재의 경향에 대한 대처 수단으로서 제안되고 있지만, 지금까지 그러한 무기물화를 달성하기 위한 방법들은 설정되고 작동되는데 과도하게 비용이 많이들 뿐만 아니라 과도하게 에너지 집약적이므로, 상업화되지 못했다. 설정하고 작동하는데 상당한 비용이 드는 그러한 방법들을 실행시키는데 있어서 주 기술적 어려움 중 하나는 충분한 고비율 (산업용 용도용) 의 규산 마그네슘 광물들의 탄산화를 달성하도록 상승된 압력들 및 온도들을 사용할 필요성이 있다는 점이다. 일반적으로, 이산화탄소 가스는 처음에 정제되고, 그 후 70 기압을 초과하는 압력에서 압축되고, 그 후 120-200 ℃ 의 온도에서 압력 반응기 내의 미세 연마된 규산 마그네슘들과 접촉되어야만 한다. 이는 규산 마그네슘 암석들을 미세 연마할 뿐만 아니라 여압 방법 및 가스 정제 방법을 작동시키도록 대량의 전력 뿐만 아니라 설치 및 유지하는 데 비용이 많이 드는 특별한 장비를 요구한다.
상기 열거된 일반적인 규산 마그네슘 광물들은 "비반응성" (예를 들면, 규산 마그네슘 광물들은 높은 용융점을 갖고 또한 물 또는 희석된 산들에서 매우 느리게만 용해된다는 점에서) 을 갖는 경향이 있지만, 탄산 나트륨 (Na2CO3) 과 같은 용융된 알카리 금속 탄산염들과는 빠르게 반응한다는 것이 공지되어 있다. 일반적으로 "탄산염 융해" 로 칭해지는 그러한 방법은 화학 분석을 위한 광물들의 제조에서 종종 사용된다. 일반적으로, 과잉의 고체 알카리 금속 탄산염에는 (일반적으로, 1 의 규산 마그네슘 암석에 대해 적어도 10 의 알카리 금속 탄산염) 이 부가되고 혼합물은 알카리 금속 탄산염의 용융점 훨씬 이상으로 가열된다. 규산 마그네슘은 최종 용융에서 완전히 용해되고, 규산 마그네슘은 냉각후 강한 수용성 산 및 용액 내에서 용이하고 빠르게 용해될 수 있고, 그 후 표준 화학 기술들에 의해 분석됨으로써, 암석의 전체 원소에 대한 분석을 가능하게 한다. 탄산염 융해 방법은 작은 규모의 방법이다. 상기 방법은 규산 마그네슘을 완전히 용해시키도록 과잉의 알카리 금속 탄산염을 용융시키는 단계를 포함하므로 분석용이지만 제조용은 아니며 에너지 효율적이지도 않다.
본 발명은 임의의 예비 농축 단계 없이 전형적인 산업용 연도 가스 스트림으로부터 직접적으로 이산화탄소를 제거할 수 있는 방법 및/또는 규산 마그네슘 암석으로부터 제조될 수 있는 알카리 금속 규산 마그네슘을 사용하여 예를 들면 대기압에서 수행될 수 있는 방법에 의해 이산화탄소 (CO2) 를 포획하기 위한 방법을 제공하는 것을 추구한다.
따라서 본 발명은 탄산 마그네슘 화합물을 형성하도록 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 탄산 마그네슘 화합물을 생성하도록 알카리 금속 규산 마그네슘과, 알카리 금속 중탄산염 또는 탄산염의 형태 또는 유리 형태의 이산화탄소를 접촉시키는 단계를 포함한다.
알카리 금속은 바람직하게 칼륨 또는 보다 바람직하게 나트륨이다.
방법은 바람직하게 25 ℃ ~ 100 ℃, 보다 바람직하게 35 ~ 80 ℃ 의 온도에서 수행된다. 이산화탄소는 이산화탄소를 포함하는 가스에서 유리 형태로 존재할 수 있다.
본 발명의 방법은 예를 들면, 대략 대기압에서 또는 감소된 또는 상승된 압력에서 가스로부터 이산화탄소를 제거하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 절대 압력에서, 일반적으로 0.5 바 ~ 100 바, 바람직하게 1 바 ~ 20 바, 가장 바람직하게 대략 1 바에서 이산화탄소를 포함하는 가스 상에서 수행될 수 있다.
처리될 가스는 부피 % 로 이산화탄소를 0.01 % ~ 100 %, 바람직하게 0.1 % ~ 50 %, 보다 바람직하게 1 % ~ 40 % 그리고 가장 바람직하게 4 % ~ 30 % 포함할 수 있다. 가스 스트림은 산업용 연소 방법으로부터의 연도 가스일 수 있다.
또한 이산화탄소는 알카리 금속 수산화물 또는 알카리 금속 탄산염과 이산화탄소를 포함하는 가스를 접촉시킴으로써 형성된 알카리 금속 탄산염 또는 중탄산염의 형태로 존재할 수 있다. 알카리 금속 탄산염 또는 중탄산염은 바람직하게 알카리 금속 수산화물 또는 탄산염의 수용성 용액과 가스 상태의 이산화탄소 사이의 반응에 의해 제조되는 수용성 용액의 형태로 생성된다.
알카리 금속 규산 마그네슘은 바람직하게 미립의 형태로, 예를 들면 바람직하게 100 m2/kg ~ 800 m2/kg, 보다 바람직하게 200 m2/kg ~ 650 m2/kg 의 Blaine 비표면적을 갖는 분말로 존재한다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 생성물에 있어서 수행된다. 알카리 금속 규산 마그네슘은 규산 마그네슘과, 알카리 금속 탄산염, 알카리 금속 중탄산염, 또는 알카리 금속 탄산염 및 알카리 금속 중탄산염의 혼합물인 알카리 금속 탄산염 화합물의 반응에 의해 제조된다. 사용되는 알카리 금속 탄산염 화합물은 일반적으로 물의 존재하에서 이산화탄소를 포함하는 가스를 알카리 금속 규산 마그네슘과 접촉시킴으로써 생성되는 알카리 금속 탄산염을 포함하는 것이 바람직하고, 알카리 금속 규산 마그네슘은 이산화탄소와의 반응에 의해 약간의 마그네슘을 포함하고 실리카가 풍부한 주로 무정형의 생성물 및 탄산 마그네슘들을 포함하는 고체 잔여물을 더한 알카리 금속 탄산염의 용액으로 변환되고, 알카리 금속 탄산염 용액은 규산 마그네슘과의 반응 전에 분리되고 농축된다. 또한 본 발명은 알카리 금속 규산 마그네슘 화합물 (상기 화합물은 바람직하게 R20ㆍMgOㆍSi02 의 조성을 갖고, R 은 알카리 금속을 나타냄) 을 포함하는 생성물을 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 500 ℃ ~ 1100 ℃ 의 온도에서, 알카리 금속 탄산염, 알카리 금속 중탄산염 또는 알카리 금속 탄산염 및 알카리 금속 중탄산염 혼합물인 알카리 금속 탄산염 화합물과 규산 마그네슘의 반응을 포함하고, 식 Si02 의 이산화 규소로서 표현되는 규산 마그네슘에 대한, 식 R20 의 알카리 금속 산화물로서 표현되고 R 은 알카리 금속을 나타내는 알카리 금속 탄산염 화합물의 몰비는 2:1 ~ 1:2 이고, 상기 반응은 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 생성물을 생성한다.
상기 방법에 의해 생성된 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 성형된 또는 미립의 형태의 생성물은 본 발명의 특징을 구성한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의해 생성된 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 일반적으로 수용성의 슬러리를 제공한다.
이산화 규소로서 표현되는 규산 마그네슘에 대한, 알카리 금속 산화물로서 표현되는 알카리 금속 탄산염 화합물의 몰비는 바람직하게 2:1 ~ 1:2, 보다 바람직하게 3:2 ~ 2:3, 예를 들면 4:3 ~ 3:4 이다. 상기 비는 가장 바람직하게 약 1 이다.
도 1 은 본 발명의 방법을 도해적으로 예시한다.
도 2 는 본 발명의 방법을 도시한다
알카리 금속 탄산염 화합물은 바람직하게 알카리 금속 탄산염이다. 알카리 금속 탄산염 화합물이 중탄산염을 포함할 때 중탄산염은 일반적으로 알카리 금속 규산 마그네슘을 제조하도록 사용되는 온도에서 상응하는 탄산염을 분해한다는 것이 이해될 것이다.
알카리 금속 탄산염 화합물은 무수물 또는 수화물일 수 있다. 탄산 나트륨의 수화물들은 1 수화물 및 10 수화물을 포함한다. 탄산 칼륨의 수화물들은 세스키 수화물 (sesquihydrate) (반수화물로서도 공지됨) 을 포함한다. 경제적으로 실시할 때 수화수를 제거하는 데 요구되는 에너지 소비를 회피하도록 무수 알카리 금속 탄산염 화합물들을 사용하는 것이 바람직하다.
알카리 금속 규산 마그네슘의 제조에 사용되는 규산 마그네슘은 일반적으로 광물 규산염, 예를 들면 다음의 일반식의 고농도의, 바람직하게 20 % 이상, 보다 바람직하게 50 % 이상의 규산 마그네슘을 포함하는 암석이다.
m(MgO)ㆍt(MeO)ㆍSi02ㆍxH20
Me 는 마그네슘을 제외한 금속 또는 금속들 (예를 들면, 칼슘 및/또는 철과 같은) 을 나타내고, m 은 0.5 ~ 3, 바람직하게 1 ~ 3 이고, t 는 1 보다 작거나 또는 동등하고, x 는 0 ~ 2 이다.
그러한 광물들은 감람석들, 예를 들면, 고토 감람석 및 몬티셀라이트; 사문석들, 예를 들면, 판온석, 온석면, 리잘다이트, 세피올라이트 및 규니켈석; 휘석들, 예를 들면, 완화 휘석, 투휘석, 고동휘석 및 자소휘석; 각섬석들, 예를 들면, 갈석면, 안소필라이트, 투섬석 및 액티놀라이트; 휴마이트들, 예를 들면, 콘드로다이트 및 노버가이트; 및 녹니석, 활석, 이딩사이트 및 헥토라이트와 같은 다른 광물들을 포함한다. 이러한 광물들은 마그네슘 및 규소 뿐만 아니라 상당한 양의 칼슘, 철 및 알카리 금속들을 포함할 수 있다.
석면은 섬유질 사문석 (예를 들면, 온석면) 및 각섬석 (예를 들면, 갈석면, 안소필라이트, 투섬석 및 액티놀라이트) 광물들을 포함하는 자연적으로 생성된 광물들의 그룹을 포함한다. 석면의 미소 섬유 형태들은 건강에 해롭다는 것이 공지되어 있고 인간에게 발암 물질들로 여겨져 왔다. 본 발명의 방법은 유용한 (그리고 비-발암 물질의) 재료들로 이러한 광물들을 변환하는 수단을 제공한다.
알카리 금속 규산 마그네슘을 제조하는데 사용되는 광물 규산염은 바람직하게 염기성 규산 마그네슘이다. MgO/Si02 의 몰비는 바람직하게 1 ~ 3 이다. CaO/Si02 의 몰비는 바람직하게 0.5 이하이다. FeO/Si02 의 몰비는 바람직하게 0.5 이하이다. (전체 산화물들) 에 관한 다른 원소들의 함량/Si02 의 몰비는 바람직하게 0.2 이하이다.
알카리 금속 규산 마그네슘의 제조에 사용되는 알카리 금속 탄산염 화합물은 광물, 예를 들면 트로나 (3-나트륨 수소 중탄산염 중수화물; Na3H(CO3)2ㆍ2H20), 또는 상업적으로 입수 가능한 화합물일 수 있다. 알카리 금속 탄산염 화합물은 불순물들, 예를 들면 수산화물들 및 규산염들 및 일반적으로 보다 작은 양들의 다른 불순물들, 예를 들면, 염화물들, 황산염들, 아황산염들, 질산염들 및 아질산염들을 포함할 수 있다. 알카리 금속 규산 마그네슘을 제조하는 데 사용되는 온도에서, 알카리 금속 산화물을 분해하는 불순물들 (예를 들면, 알카리 금속 질산염들, 아질산염들 또는 수산화물들) 이 존재한다면, 알카리 금속 산화물의 양을 연산할 때 고려되어야만 한다.
알카리 금속 규산 마그네슘을 제조하는 데 사용되는 방법은 바람직하게 600 ℃ ~ 1000 ℃, 예를 들면 700 ℃ ~ 950 ℃, 보다 바람직하게 800 ℃ ~ 950 ℃ 의 온도에서 수행된다. 가열은 일반적으로 몇 분 ~ 몇 시간 동안, 예를 들면 5 분 ~ 24 시간, 바람직하게 10 분 내지 4 시간 동안 수행된다.
방법은 바람직하게 규산 마그네슘이 고체이고 알카리 금속 탄산염 화합물에 상응하는 알카리 금속 탄산염이 그 용융점 보다 약간 낮은 온도에서 수행된다.
본원 발명자는 두개의 재료들이 고체 상태로 서로와 접촉할 때, 알카리 금속 탄산염 화합물, 바람직하게 알카리 금속 탄산염과 규산 마그네슘 사이에 고도의 반응을 얻을 수 있다는 것을 우연히 발견하였다. 알카리 금속 탄산염과 규산 마그네슘은 바람직하게 예를 들면 분말들과 같은 미립의 형태이다. 바람직하게, 화합물들의 혼합물은 예를 들면 알카리 금속 화합물에 상응하는 알카리 금속 탄산염의 용융점에 근접하지만 용융점보다 낮은 온도로 노 내에서 가열된다. 사용되는 탄산염과 규산염의 비는 바람직하게 알카리 금속 탄산염 화합물에 존재하는 알카리 금속 산화물 (총칭적으로 "R20" 로서 표기되고, 여기서 R 은 알카리 금속을 나타냄) 의 1 몰은 규산 마그네슘 내에 존재하는 실리카 (Si02) 의 1 몰과 등가라는 것을 기초로하여 연산된 화학량론비에 실질적으로 동등하다. 예를 들면, 순수 고토 감람석 (Mg2Si04, 몰 중량 = 140) 과 순수 무수 탄산 나트륨 (Na2CO3, 몰 중량 = 106) 사이에서 반응을 위한 화학량론적 질량비는 140:106 일 것이다. 실시에서 사용되는 실제의 규산염 및 탄산염 공급원은 항상 순수한 규산염 및 탄산염이 아니며, 이상적인 화학량론비는 가열된 혼합물이 전반적으로 1 (unity) 과 실질적으로 동등한 R20:Si02 의 몰비를 갖는 것을 기준으로 한다는 것이 이해될 것이다.
알카리 금속 규산 마그네슘을 제조하는데 사용되는 규산 마그네슘 및 알카리 금속 탄산염 화합물은 바람직하게, 예를 들면, 팰릿들과 같이 미립의 형태 또는 성형된 형태이다.
알카리 금속 규산 마그네슘의 제조를 위해 규산 마그네슘 및/또는 알카리 금속 탄산염 화합물을 제공하도록 사용되는 암석은 일반적으로 건조되고, 파쇄되고, 필요하다면 바람직한 입자 크기 분포로 연마 (예를 들면 공연마) 된다. 예를 들면, 규산 마그네슘은 입도 분석을 위해 미세한 모래 (0.06 mm ~ 0.2 mm 의 입자 크기) 로 분쇄되거나 또는, 필요하다면, 미세한 분말 (0.06 mm 이하의 입자 크기들) 로 연마될 수 있다. 0.06 mm 보다 큰 입자 크기들은 일반적으로 체질을 함으로써 판별된다. 0.06 mm 보다 작은 입자 크기들은 일반적으로 레이저 입도 분석에 의해 판별된다. 바람직하지 않은 광물 불순물들은 기계적 또는 다른 분리 방법들에 의해 에너지 효율적으로 어느 정도 일정하게 분리될 수 있다.
일 실시형태에서, 알카리 금속 규산 마그네슘을 제조하는 방법은 이동하는 화격자 로에서 행해진다.
예를 들면, 알카리 금속 탄산염 화합물 및 규산 마그네슘의 혼합물은, 각각 미립의 형태로, 팰릿들 (예를 들면, 디스크 또는 드럼 팰리타이저를 사용하여) 로 형성된다. 수분이 팰릿화 방법을 용이하게 하도록 혼합물에 부가될 수 있다. 팰릿들은 예를 들면, 뜨거운 가스들, 예를 들면 연료 연소 가스들의 통과에 의해 가열되는, 예를 들면, 내열 합금강을 포함하는 이동하는 화격자 상으로 제공된다. 뜨거운 가스들은 일반적으로 화격자 아래에 위치된 팬들에 의해 화격자 상에서 팰릿들의 베드를 통해 유도될 수 있다. 방법은 첨부된 도면들 중 도 1 에서 도해적으로 예시된다.
일반적으로, 뜨거운 가스들은 천연 가스, 오일 또는 석탄과 같은 화석 연료를 과잉의 공기 내에서 연소시킴으로써 생성되고, 나무 조각들 또는 폐기물 발효 가스들과 같은 폐기물- 또는 바이오매스-로부터 만들어진 연료들이 사용될 수도 있다. 바람직하게 사용되는 연료는 예를 들면, 1 % 미만의 낮은 황 함량을 가져야만 한다. 베드를 통한 뜨거운 가스들의 통과는 바람직한 온도로 궁극적으로 입자들을 가열한다.
가열 속도는 전반적으로 양호한 에너지 효율을 보장하도록 그리고 방법 중에 그 기계적 완전성을 유지하는 것도 보장하도록 예를 들면, 연료의 양, 이동하는 화격자의 속도 및/또는 환기 팬들의 속도를 변화시킴으로써 제어된다. 가스들이 화격자의 길이를 따라 수차례 베드를 통해 통과하여, 가스들과 팰릿들 사이에 효율적인 열 전달을 가능할 수 있게 하고, 따라서 노를 나가는 가스들이 가능한 차갑게 냉각되도록 이동 화격자는 구성된다. 더욱이, 일단 팰릿들이 연료의 연소 바로 직후에 가장 뜨거운 구역 ("연소 구역") 을 통해 통과한다면, 팰릿들은 베드로부터 배출되기 전에 가능한 낮은 온도에 도달하도록 베드를 통해 공기를 통과시킴으로써 냉각된다. 따라서 유출 고체 입자들에 의해 사전 가열되는 유입 공기는 연소 구역에서 연료의 연소를 위한 주 공기 공급원으로서 사용되고, 따라서 이러한 타입의 노에 대해 전반적으로 높은 열 효율을 발생시킨다. 가열 방법 중에 발생된 이론상의 전반적인 화학적 반응은 고토 감람석 (Mg2Si04) 과 알카리 금속 탄산염 사이의 반응을 위해 아래의 등식 (1) 으로 나타내어진다.
(1) Mg2Si04 + R2CO3 => R2MgSi04 를 포함하는 생성물 + CO2↑
R 은 본원에서 이전에 규정된 것이고, R 은 바람직하게 나트륨을 나타낸다.
CO2 뒤의 수직 화살표 ↑는 이러한 반응에 의해 생성된 이산화탄소 가스가 배출 가스들의 나머지와 함께 나가고 베드로부터 탈출한다는 것을 나타낸다. 등식 (1) 에서 나타낸 이상적인 반응은 고토 감람석 및 알카리 금속 탄산염의 화학량론적 혼합물의 직접 반응에 의한 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 생성물의 생성을 예시한다. 이러한 타입의 반응은 주로 이산화탄소 가스의 유리로 인해 매우 흡열성이다. 상기 반응은 유리된 CO2 의 그램당 열을 약 2.6 kJ (즉 약 0.6 kcal) 소비한다. 따라서, 반응이 행해지는 온도에 관계없이, 전반적인 방법에 대해 순에너지 소비는 상당하다. 그러나, 반응이 상기 설명된 바와 같이 뜨거운 유출 가스들과 유입 고체들 사이에 그리고 마찬가지로 뜨거운 유출 고체들과 유입 연소 공기 사이에 양호한 역류 열 교환을 가능하게 하는 노 시스템에서, 행해지면, 순에너지 소비는 상기 주어진 이론적 제한에 근접한 값으로 감소될 수 있다. 에너지 효율을 위해, 예를 들면 상기 설명된 바와 같이 이동하는 화격자 노에서 유입하고 유출하는 방법의 시작 및 종료 모두에서 효율적인 역류 열교환을 갖는다는 것이 중요하다.
추가의 실시형태에서, 알카리 금속 규산 마그네슘의 제조는 이산화탄소를 생성하는 탈탄산화 단계에서의 회전식 가마 및 사전-가열하고 냉각하기 위해 이동하는 화격자들을 포함하는 시스템에서 행해진다.
이동하는 화격자 시스템이 사용될 때, 가스들의 통과를 가능하게 하는 화격자 상에 다공성 베드를 형성하도록 적절하게 크기 설정된 팰릿들의 형태로 고체를 유지하는 것이 중요하다. 팰릿들은 바람직하게 그 기계적 완전성을 유지한다. 또한 팰릿들은 바람직하게 미리 정해진 한계 내에서 그 평균 크기를 유지한다. 본 발명의 특징에 따르면, 팰릿들의 기계적 완전성의 유지를 용이하게 하도록 (a) 방법에서 최고 고체 온도는 알카리 금속 탄산염 화합물에 상응하는 알카리 금속 탄산염의 용윰점을 실질적으로 초과하지 않고 및/또는 (b) 팰릿들에서 용융 형성한 재료 (실질적으로 알카리 금속 탄산염) 의 최고 고체 부피율은 일반적으로 알카리 금속 탄산염이 용융될지라도 단괴가 현저하게 변형되는 값 이하이다. 이러한 값은 일반적으로 전체 고체 부피의 약 40 % 이하이다. 이를 달성하도록, 때때로 실질적으로 바람직한 1의 화학량론비 이하의 값으로 최초 팰릿 조성의 R20/Si02 비를 감소시키는 것이 필수적일 수 있다. 또한 그 후 방법 중에 규산 마그네슘의 반응도는 100 % 보다 작지만 이러한 효과는 반응 생성물들로부터 미반응 규산 마그네슘을 분리하고 새로운 1 회분의 팰릿들의 생성에서 추가적인 규산 마그네슘의 시재료와 함께 규산 마그네슘을 재활용함으로써 잠재적으로 완화될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징에 따르면, 알카리 금속 규산 마그네슘의 제조는 예를 들면 전형적인 현대의 시멘트 공장에서 사용되는 바와 같은 예열기, 예를 들면, 회전식 가마에서 복수의 사이클론들을 포함하는 서스펜션 예열기 시스템에서 행해진다. 예를 들면 실질적으로 혼합된 건조 분말과 같은 시재료들은 예열기의 상단 사이클론 내로 제공 (냉각) 된다. 가마 출구 가스들과 역류 열 교환함으로써 예열기 사이클론 타워를 통한 시재료들의 통과 중에, 재료는 알카리 금속 탄산염 화합물에 상응하는 알카리 금속 탄산염의 용융점에 근접하게 가열되지만, 예를 들면, 예열기의 벽들 상에 부착물들의 형성을 회피하도록 이러한 용융점에는 도달하지 않는다. 예열기 타워의 하단에서, 혼합된 분말은 온도가 알카리 금속 탄산염의 용융점으로 상승할 때 분말이 자체 단괴화하는 회전식 가마로 들어간다. 미립의 형태의 알카리 금속 탄산염 화합물 및 규산 마그네슘의 입자 크기 분포 및/또는 규산 마그네슘에 대한 알카리 금속 탄산염 화합물의 비는 자체 단괴화를 촉진하도록 선택된다. R20/Si02 비는 필요하다면 실질적으로 안정된 단괴들을 형성하도록 1 보다 작을 수 있다. 단괴들은 회전식 가마에서 탈탄산화된다. 그 후 탈탄산화된 단괴들은 또한 예를 들면 전형적인 현대의 시멘트 공장들에서 사용되는 바와 같은 이동하는 화격자 상에서 냉각된다. 뜨거운 단괴들의 열은 역류 열 교환에 의해 가마에 대해 유입 연소 공기를 사전 가열하는데 사용될 수 있다.
그 후 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 냉각되고 탈탄산화된 팰릿들 또는 단괴들은 예를 들면, 대략 대기압에서 또는 감소된 또는 상승된 압력에서 가스로부터 이산화탄소를 제거하도록 구성된 가스 세정 시스템에서 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 냉각되고 탈탄산화된 팰릿들 또는 단괴들은 분사 타워와 같은 통상적인 가스 세정 시스템 내로 직접 분사될 수 있는 수용성 현탁물 또는 슬러리를 제조하도록 수중 연마된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 냉각되고 탈탄산화된 팰릿들 또는 단괴들은 가스가 하단으로부터 상단까지 통과될 수 있는 팰릿들의 충진된 베드를 형성하도록 수직 칼럼 내에 충진되는 한편, 동시에 적절히 제어된 물의 분사는 펠릿이 습성을 유지하는 것을 보장하도록 칼럼의 상단에서 부가된다. 이것은 역류 충진된-베드 가스 흡수기 칼럼을 구성한다. 이 칼럼의 하단을 나가는 물의 유동은 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 수집되고 처리된다. 이러한 타입의 충진된 베드 칼럼을 형성하는데 사용되는 팰릿들 또는 단괴들은 팰릿들 또는 단괴들의 치수들 및 기계적 강도에 대해 사전 선택될 수 있다.
상기 모든 실시형태들에서, 가스 세정 시스템 또는 가스 흡수기 칼럼 내에서 발생된 반응들은 다음과 같다.
(2) R2MgSi04(s) + (1+p)CO2(g) + 물 => (MgO)ㆍp(CO2)ㆍq(H20)(s) + 고체1 + R2CO3 (aq.)
여기서,
ㆍ용어들 (s), (g) 및 (aq.) 는 각각 고체, 가스, 및 수용성 용액을 나타내고,
ㆍp 는 0 초과이고 1 이하이다. 바람직하게, p 는 0.5 이상이다.
ㆍq 는 0 일 수 있지만 몇몇 경우들에서 3 정도로 높은 값을 취할 수 있다.
주요한 고체 생성물들은,
하나 이상의 화학적 화합물을 포함할 수 있고, 가스 스트림으로부터 포획된 이산화탄소의 상당한 양은 안정된 고체 형태로 포함되는 탄산 마그네슘 화합물, (MgO)ㆍp(CO2)ㆍq(H20),
약간의 마그네슘을 포함하고 실리카가 풍부한 주로 무정형의 고체인 고체1 이다.
이러한 두개의 주요한 고체 생성물들은 일반적으로 친화적으로 혼합된다.
존재할 수도 있는 다른 소수의 고체 생성물들은 칼슘 탄산염들 뿐만 아니라 철 산화물들, 수산화물들 또는 탄산염들을 포함한다.
가스 세정 방법으로부터 기인한 알카리 금속 탄산염 용액은 반응 (2) 이 완료되면, 원래의 고체 생성물 내에 존재하는 모든 알카리 금속 이온들을 포함한다. 따라서 반응 (1) 에 따라 고온 방법에서 재사용하기 위해 이러한 알카리 금속 탄산염 용액을 분리하고 고체 형태로 알카리 금속 탄산염들을 추출하는 것이 바람직하다. 원칙적으로, 이것은 탈탄산화 반응 (1) 으로부터 그리고 연도 가스 세정 시스템으로부터도 모두 이용 가능한 폐기물 열을 사용하는 증발 및 결정화 방법들의 조합에 의해 가장 효율적으로 행해질 수 있다 (반응들 (2) 및 (3) 이 모두 높은 발열성이고 따라서 가스 세정 시스템 자체는 가스 세정 시스템에 의해 처리되는 연도 가스들의 온도보다 높은 온도에서 작동하고 따라서 뜨거운 알카리 금속 탄산염의 용액을 생성할 가능성이 있다는 것을 유념해야 한다).
일부 다른 염들이 규산 마그네슘 암석들 또는 연도 가스들에서의 불순물들로 인해 알카리 금속 탄산염 용액 내에 존재할 수 있다. 가장 일반적인 불순물들은 알카리 금속 황산염들, 아황산염들, 질산염들 및 아질산염들일 가능성이 있다. 임의의 환경들 하에서는, 특화된 결정화 및 수세 절차들에 의해 재활용된 알카리 금속 탄산염으로부터 이러한 염들을 분리하는 것이 필수적일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 알카리 금속 규산 마그네슘을 포함하는 냉각되고 탈탄산화된 팰릿들 또는 단괴들은 적절한 중간 입자 크기로 분쇄되고, 필요하다면 연마된다. 그 후 팰릿들 또는 단괴들은 예를 들면, 탱크 내에서, 바람직하게 약간의 기계적 교반에 의해 알카리 금속 중탄산염을 포함하는 용액과 접촉된다. 알카리 금속 중탄산염 용액은 예를 들면, 대기압에서 가스로부터 이산화탄소를 포획하도록 구성된 가스 세정 시스템으로부터 비롯될 수 있다. 이러한 경우에 고체들과 알카리-금속 중탄산염 용액 사이의 전형적인 반응들은 다음의 등식들에 의해 나타내어진다.
(3) R2MgSi04(s) + 2(1+p)RHCO3(aq.) + 물 => (MgO)ㆍp(CO2)ㆍq(H20)(s) + 고체1 + (2+p)R2CO3(aq.)
고체1은 상기 설명된 바와 같다.
반응 (3) 에서 사용된 알카리 금속 중탄산염 용액 (RHCO3(aq.)) 은 반응 (4) 에서 나타내어진 바와 같이 이산화탄소 및 물과의 반응 (3) 에서 생성된 알카리 금속 탄산염 용액 (R2CO3(aq.)) 의 반응에 의해 형성될 수 있다.
(4) R2CO3 (aq.) + CO2(g) + 물 => 2RHCO3(aq.)
따라서 이러한 반응은 폐쇄된 루프의 알카리-탄산염/중탄산염 가스 세정 시스템과 관련된, 분리형 가스 세정 시스템에서 행해질 수 있다.
상기 설명된 반응들은 대량의 이산화탄소를 포획하고 실질적으로 안정적인 고체 탄산 마그네슘 화합물들로 이산화탄소를 변환할 수 있다. 생성된 탄산 마그네슘 고체는 조건들에 따라, 마그네사이트 (MgCO3) 또는 네스퀘호나이트 (MgCO3ㆍ3H20) 와 같은 단일 탄산 마그네슘들 또는 아티나이트 (Mg(OH)2ㆍMgCO3ㆍ3H20), 또는 하이드로마그네사이트, (Mg(OH)2ㆍ4MgCO3ㆍ4H20) 와 같은 복합 마그네슘 수산화탄산 수화물들을 포함할 수 있다. 고체1 을 더한 이러한 모든 침전된 고체들은 많은 경우에 미반응 시재료 (본 예에서 Mg2Si04) 보다 미세하고, 따라서 침적에 의해 시재료로부터 분리되고 그 후 여과에 의해 용액 내에 남아 있는 알카리 금속 탄산염으로부터 분리될 수 있다. 따라서 분리된 미반응 시재료 (본 경우에 Mg2Si04) 는 방법의 시작으로 재활용될 수 있다. 또한 알카리 금속 탄산염 용액은 고체들이 결정화되고 방법의 시작으로 재활용되게 하는 예를 들면 증발에 의해 농축될 수 있다. 이러한 반응들에 의해 생성된 약간의 마그네슘을 포함하고 실리카가 풍부한 주로 무정형의 생성물 및 탄산 마그네슘들의 혼합물은 전반적인 방법의 최종 생성물들 중 하나이고 (그리고 본 발명의 특징을 구성하고) 다른 방법들에서 사용하기 위해 또는 처리하기 위해 분리될 수 있다.
본 발명의 방법의 전반적인 하나의 목적은 (예를 들면, 산업용 연도 가스들로부터의) 가스 상태의 CO2 를 포획하고 이산화탄소를 실질적으로 안정된 탄산 마그네슘 화합물로 변환하도록 일반적인 규산 마그네슘 암석들을 사용하는 것이다.
규산 마그네슘들의 직접적인 탄산화를 위해 일반적으로 요구되는 타입의 임의의 고압 반응기들 또는 오토 클래이브들 (autoclaves) 을 요구하지 않고 다른 산업용 방법들에서의 배출 가스들로부터 CO2 의 포획을 최대화하고 이산화탄소를 에너지 효율적인 방식으로 고체 탄산 마그네슘으로 실질적으로 완전히 변환시키는 것을 추구하는 본 발명의 방법의 예는 도 2 에 도시된다 (도 2 에서는 고체1 은 일부 마그네슘을 포함하고 실리카가 풍부한 주로 무정형의 생성물이다).
가공전 재료들은 조합된 조성이 식 (R2O.nCO2.yH2O) 에 의해 나타내어지는 하나 이상의 알카리 금속 탄산염 화합물들의 조합인 다른 일부와 규산 마그네슘 (mMgO.SiO2.xH2O) 의 일부를 더하여 혼합물을 형성하도록 제조된다; 혼합물은 연료 및 공기가 공급되는 연소기로부터 연료 연소 가스에 의해 가열된다; 가열된 혼합물은 과잉의 이산화탄소를 갖는 배출 가스들을 형성하기 위해 연료 연소 가스들과 혼합된 이산화탄소를 방출하도록 그리고 알카리 금속 규산 마그네슘 (R2O.MgO.SiO2) 을 포함하는 생성물을 형성하도록 반응한다; 액체상의 물은 반응 생성물에 부가되고 생성물은 슬러리를 형성하도록 습식 연마된다; 슬러리는 이산화탄소를 흡수하도록 그리고 탄산 마그네슘 및 이산화 규소를 포함하는 슬러리를 생성하도록 다른 방법들로부터 CO2 를 포함하는 배출 가스들을 갖고 그리고 보다 일찍 생성된 과잉의 이산화탄소를 갖는 배출 가스들과 가스 세정기 내에서 접촉된다; 슬러리는 일부 마그네슘을 포함하고 실리카가 풍부한 주로 무정형의 생성물 및 탄산 마그네슘을 포함하는 여과기 찌꺼기를 생성하도록 여과된다; 여과기 찌꺼기는 건조된 혼합된 고체 생성물을 생성하도록 건조된다; 용액에 알카리 금속 탄산염 화합물을 포함하는 여과액은 시재료로서 사용을 위해 재활용되는 고체 알카리 금속 탄산염 화합물을 생성하도록 결정화되거나 또는 건조된다.
첨부된 청구항들을 포함하는 본 명세서에서, 기재된 퍼센티지는 특별한 언급이 없다면, 질량 %이다.
첨부된 청구항들을 포함하는 본원 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "팰릿들" 은 팰릿들, 단괴들 및 미립자들과 같은 포괄적인 형상의 일반적으로 실질적으로 구의 형태들로서 이해되어야 한다.
약 100 ㎛ 보다 작은 입자 크기들에 대해 레이저 입도 측정에 의해 측정될 때 입자 크기 및 크기 분포는 Malvern MS2000 레이저 입도 측정기를 사용하여 측정된다. 측정은 에탄올에서 수행된다. 광원은 레드 He-Ne 레이저 (632 nm) 및 블루 다이오드 (466 nm) 로 구성된다. 광학 모델은 Mie 의 모델이고 연산 매트릭스는 다분산계 타입을 갖는다. 장치는 입자 크기 분포가 공지된 표준 샘플 (Sifraco C10 실리카) 에 의해 각각의 작업 시간 전에 체크된다.
측정들은 다음의 파라미터들로써 수행된다: 2300 rpm 의 펌프 속도 및 800 rpm 의 교반 속도. 샘플은 10 % ~ 20 % 사이의 차폐를 확립하도록 도입된다. 측정은 차폐의 안정화 이후 수행된다. 80 % 에서 초음파가 샘플의 탈응집화를 보장하도록 처음에 1 분 동안 인가된다. 약 30 초 (가능성 있는 공기 기포들이 사라질 동안) 후, 측정은 15 초 동안 (15000 분석된 화상들) 실행된다. 셀을 비우지 않고, 측정은 가능성 있는 기포들의 제거 및 결과의 안정성을 확보하도록 적어도 두번 반복된다.
특정 범위들 및 설명에서 주어진 모든 값들은 초음파로써 얻어진 평균값들에 상응한다.
약 100 ㎛ 보다 큰 입자 크기들에 대한 입자 크기 분포들 및 입자 크기들은 체질함으로써 측정된다.
이전의 텍스트에서, 구체적으로 언급되지 않는 한, 기호들 R, m, t, x, p, n, z 및 y 는 최초로 규정된 것으로서 이해되어야 한다.
다음의 비제한적인 예들은 본 발명의 실시형태들을 예시한다.
예 1
조성 (Mg0 .94Fe0 .06)2Si04 의 연마된 감람석 모래가 14:11 의 질량비로 탄산 나트륨 수화물 분말과 혼합되었다. 이러한 분말의 25 g 은 팰릿으로 가압되고 백금 도가니의 실험용 노 내에 위치되었다. 분말은 2 시간 이상으로 800 ℃ 로 가열되었고, 1 시간 동안 800 ℃ 로 유지되고 자연 냉각에 의해 실온에서 다시 냉각되었다. 반응 효율을 평가하기 위해, 사용된 탄산 나트륨 및 감람석의 각각의 샘플들은 정확히 동일한 열처리를 받았다. 측정된 점화 손실들은 다음의 표 1 에 나타내어진다.
Figure pct00001
순수 탄산 나트륨의 점화 손실은 전적으로 수화수의 손실로 인한 것이고 탄산염의 분해 또는 증발로 인한 것은 아니었다. 실질적으로 남은 순수 감람석 샘플은 열 처리중에 변경되지 않았지만 혼합된 샘플은 반응했다. 측정된 LOI 데이터로부터, 탄산염으로부터 CO2 의 60 % 가 혼합물로부터 손실되었다는 것이 추정된다. 반응된 샘플의 상 구성이 X-레이 회절에 의해 판별되었다. 이러한 기술로써 관찰된 반응 생성물들은 일부 미반응 감람석 및 탄산 나트륨과 함께 Na2MgSi04 및 Fe203 를 포함했다.
예 2
예 1 에서 사용된 바와 같은 동일한 연마된 순수 감람석 모래 (Mg0.94Fe0.06)2Si04 및 탄산 나트륨 수화물 분말이 1400:1235 의 질량비로 혼합되었다. (이러한 혼합물의 몰비는 1 에 근접한다). 분말은 팰릿들로 가압되고 900 ℃ 로 유지되는 실험용 노 내 (백금 도가니 내) 에 위치되었다. 샘플은 1 시간의 열처리 후 공기-담금질되었다. 사용된 탄산 나트륨 및 감람석의 각각의 샘플들은 동일한 열처리를 받았다. 이러한 온도에서, 탄산 나트륨은 액체 상태라는 것을 언급하는 것이 중요하다. (이러한 화합물의 용융 온도는 851 ℃ 이다). 모든 샘플들의 측정된 점화시 손실은 다음의 표 2 에 제공된다.
Figure pct00002
측정된 LOI 데이터로부터, 반응이 실질적으로 완료된 것을 의미하는 100 % 에 근접한 변환율 (탈탄산화 정도) 이 얻어졌다. 반응 생성물은 X-레이 회절에 의해 분석되었고 검출된 주 상들은 일부 미반응 감람석과 함께 Na2MgSi04를 포함하였다. 관찰된 점화시 손실 데이터와 일치하며, 어떠한 남아있는 탄산 나트륨도 검출되지 않았다.
예 3
예 2 의 분말화된 생성물은 최초 수용성 용액에 다양한 가용성 염들을 부가하는 몇몇 경우에서 다양한 고체 농도들을 갖는 슬러리들 (현탁물들) 을 제공하기 위해 혼합되었다. 슬러리의 샘플은 500 rpm에서 작동하는 기계적 교반기에 의해 요동되고 35 ℃ 로 유지되는 1.65 리터의 전체 부피를 갖는 폐쇄된 반응기 내에 놓여졌다. 반응기는 처음 비워졌고 그 후 1 기압까지 순수 가스 상태의 CO2 로써 충전되었다. 슬러리에 의한 흡착으로 인해 시간이 지남에 따라 감소되는 가스의 압력은 연속적으로 기록되었다. 압력이 상대적으로 일정한 값에 도달할 때마다, 추가의 CO2 가 압력을 1 기압으로 복귀하도록 재차 부가되었다. 재충전들 사이에 시간이 지남에 따른 압력의 변화에 따라, 슬러리와의 반응에 의해 소비된 CO2 의 전체양을 추정하는 것이 가능하였다. 일련의 그러한 실험들의 결과들이 표 3 에 요약된다.
Figure pct00003
이론적 최대 CO2 포획은 고체들에서 MgO 및 Na20 에 의해 표현되는 모든 탄산화 가능한 고체들이 존재하는 임의의 슬러리 부가제들에 관계없이 개별적으로 탄산화하여 MgCO3 및 Na2CO3을 산출한다는 가정하에서 연산되었다. 그러나, 주 고체 생성물들은 일반적으로 하이드로마그네사이트 (Mg(OH)2ㆍ4MgCO3ㆍ4H20) 이고, 하나의 경우에서 최대 이론적 값보다 약간 작은 양의 CO2 포획을 나타내는 아티나이트 (Mg(OH)2ㆍMgCO3ㆍ3H20) 라는 것이 관찰되었다. 어떠한 슬러리 부가제들도 사용되지 않은 실험 4 에서 (즉 순수 물이 상기 슬러리를 제조하는데 사용되었음), 이론적 84 % 에서 포획된 CO2 의 양은 아티나이트가 형성된 주 탄산 마그네슘이었다면 예상되는 것보다 실제적으로 약간 많고, 따라서 다른 탄산염들도 형성되었지만 검출되지 않을 가능성이 있다. 임의의 경우에, 실험 4 의 결과는 대기압에서 약 하루 안에 예 2 의 반응 생성물의 수용성 현탁물을 실질적으로 완전히 탄산화하는 것이 가능하다는 것을 보여준다. (또한 이러한 실험들의 지속 기간은 어떠한 부가적인 CO2 가 압력을 백업하도록 부가될 수 없는 하루밤 동안 방치되어야 하기 때문에 아마도 필요 이상으로 보다 길었을 것이라는 것을 유념하라. 1 기압의 CO2 가 연속적으로 유지되었다면, 반응 시간들은 아마도 현저하게 짧아졌을 것이다).
예 4
Horsmanaho, Finland 로부터 입수 가능한 사문석의 분쇄된 샘플 (43 % 가 75 마이크로미터의 체를 통과하고, 질량 % 로 Si02 로서 표현되는 37.9 % 의 규소, MgO 로서 표현되는 38.7 % 의 마그네슘, Fe203 로서 표현되는 7.4 % 의 철을 포함하고, 950 ℃ 에서 14.9 % 의 점화 손실을 갖는 분말로 볼 밀로 연마됨) 은 5355:4645 의 질량비로 무수 탄산 나트륨 분말과 혼합되었다. 혼합된 분말의 약 5 kg 은 강 도가니 내에서 가압되었고 4.5 시간 동안 950 ℃ 에서 실험용 노 내에서 하소되었다. 하소 중 질량 손실은 27.9 % 였다. 측정된 질량 손실로부터 탈탄산화 반응이 완료되었다는 것이 추정될 수 있다. 반응 생성물은 X-레이 형광 분광 분석법에 의해 분석되고 Si02 로서 표현되는 27.8 % 의 규소, MgO 로서 표현되는 30.4 % 의 마그네슘, Fe203 로서 표현되는 5.7 % 의 철, 및 Na20 로서 표현되는 33.4 %의 나트륨을 포함한다는 것을 보여주었다. X-레이 회절 분석은 생성물 내에 존재하는 대부분의 상이 Na2MgSi04 라는 것을 보여주었다.
예 5
예 2 의 반응 생성물들 (본원에서 "생성물 X"로서 칭해짐), 및 예 4 의 반응 생성물들 (본원에서 "생성물 XS"로서 칭해짐) 은 분말들로 연마되었고, 최종 분말들의 미세도는 Blaine 비표면적 (BSS) 방법을 사용하여 측정되었다. 고체의 생성물 X 또는 XS 의 각 샘플에 대해, 75 g 의 고체가, 500 rpm 으로 작동하는 helicoidal Teflon® 패들을 갖는 교반기가 제공되는 유리 반응기 내에서 1.5 리터의 탈이온화된 물에 부가되었다. 순수 CO2 가스는 시간 당 12 표준 리터들 (그리고 1 기압의 절대 압력에 근접하게) 의 유동 속도로 요동되는 현탁물을 통해 (하단에서 다공성 유리 프리트 (frit) 를 통해) 연속적으로 기포화되었다. 반응기는 뜨거운 물을 순환시킴으로써 가열된 재킷에 의해 70 ℃ 로 유지되었다. 다양한 시간 주기 후, 현탁물의 샘플들은 탄산화 반응의 진행을 평가하도록 선택되었다. 샘플들은 여과되었고 액체 여과액들은 용해된 원소들에 대해 분석되었다. 고체의 여과기 찌꺼기는 110 ℃ 에서 건조되었고 그 후 원소 조성에 대한 X-레이 형광 분광 분석법에 의해, 정성적인 상 조성을 위한 X-레이 회절에 의해 그리고 조합된 CO2 및 물의 정량적 검출을 위해 발생된 가스 분석과 결부된 열 분석에 의해 분석되었다. 반응한 마그네슘의 양을 연산하도록, 건조된 여과기 찌꺼기 내에 모든 CO2 가 하이드로마그네사이트의 형태로 존재한다고 가정되었다.
세개의 상이한 생성물 샘플들에 대한 결과가 표 4에 주어진다.
Figure pct00004
(1) 실험 6 에서, 고동력 요동 시스템이 표준 교반기 대신에 사용되었다
수용성 현탁물 내에서 1 기압으로만 생성물들 X 및 XS을 탄산화하고 3.5 ~ 4 시간의 시간 안에 시재료의 전체 마그네슘의 대략 60-70 % 의 변환 수율을 달성할 수 있다는 것이 상기 결과들로부터 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 탄산 마그네슘 화합물을 형성하도록 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은, 상기 탄산 마그네슘 화합물을 생성하도록 유리 형태 (free form) 또는 알카리 금속 중탄산염 또는 탄산염의 형태의 이산화탄소를 알카리 금속 규산 마그네슘과 접촉시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소는 이산화탄소를 포함하는 가스에서 유리 형태인, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소는 이산화탄소를 포함하는 가스를 알카리 금속 수산화물 또는 알카리 금속 탄산염과 접촉시킴으로써 형성되는 알카리 금속 탄산염 또는 중탄산염의 형태인, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알카리 금속 규산 마그네슘은 알카리 금속 탄산염, 알카리 금속 중탄산염 또는 알카리 금속 탄산염 및 알카리 금속 중탄산염의 혼합물인 알카리 금속 탄산염 화합물과 규산 마그네슘의 반응에 의해 제조되는, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알카리 금속 규산 마그네슘은 500 ℃ ~ 1100 ℃ 의 온도에서 알카리 금속 탄산염, 알카리 금속 중탄산염 또는 알카리 금속 탄산염 및 알카리 금속 중탄산염의 혼합물인 알카리 금속 탄산염 화합물과 규산 마그네슘의 반응에 의해 제조되고, 식 Si02 의 이산화 규소로서 표현되는 규산 마그네슘에 대한, 식 R20 의 알카리 금속 산화물로서 표현되고 R 이 알카리 금속을 나타내는 알카리 금속 탄산염 화합물의 몰비는 2:1 ~ 1:2 이고, 상기 반응은 알카리 금속 규산 마그네슘을 생성하는, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응은 800 ℃ ~ 950 ℃ 의 온도에서 수행되는, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 규산 마그네슘은 일반식 m(MgO)ㆍSi02ㆍxH20 이며,
    m 은 0.5 ~ 3 이고 x 는 0 ~ 2 인, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알카리 금속 탄산염 화합물 및 상기 규산 마그네슘의 반응은 고체 상태에서 수행되는, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알카리 금속 규산 마그네슘은 성형된 또는 미립의 형태인, 이산화탄소를 무기물화하기 위한 방법.
  10. 제 5 항에 규정된 바와 같은, 알카리 금속 규산 마그네슘의 제조를 위한 방법.
  11. 제 5 항에 규정된 반응에 의해 생성된 알카리 금속 규산 마그네슘 화합물을 포함하는 성형된 또는 미립의 형태의 생성물.
  12. 제 5 항에 규정된 반응에 의해 생성된 알카리 금속 규산 마그네슘 화합물을 포함하는 슬러리.
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