KR20150015630A - 칼륨 화합물 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

칼륨 화합물 제조 장치에 관한 것으로, 염수에서 리튬, 마그네슘, 및 칼슘을 추출한 후 얻어진 혼합 원료염을 분리 및 선별이 용이한 입도로 가공하기 위한 파쇄부, 분쇄부, 및 입도 분리부를 포함하는 연속식 전처리 장치; 상기 전처리된 혼합 원료염으로부터 칼륨 화합물을 연속하여 분리 회수하는 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치; 상기 회수된 칼륨 화합물로부터 염화 칼륨과 그라셀라이트(Na2SO4·3K2SO4)를 연속 분리 선별하는 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치; 및 상기 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 추출하는 연속식 황산 칼륨 변환 장치;를 포함하는 칼륨 화합물 제조 장치를 제공할 수 있다.

Description

칼륨 화합물 제조 장치{APPARATUS OF MANUFACTURING POTASSIUM COMPOUND}
칼륨 화합물 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비료용으로 널리 사용되고 있는 염화칼륨(KCl), 황산칼륨 (K2SO4) 등 칼륨 화합물은 다양한 원재료부터 수득되고 있다.
이 중 하나의 예가 해수 또는 염수로부터 칼륨 화합물을 회수하는 것이다.
다만, 해수 또는 염수 내에는 다양한 1가 또는 2가의 금속 이온의 존재하고 있기 때문에 칼륨 화합물만을 선택적으로 회수하기가 매우 어렵다.
또한, 회수 공정의 경제성을 고려한다면, 연속적인 공정 구성이 필요하고, 고농도 염분에 의한 부식이 없어야 한다.
이에 경제적이며 효과적인 칼륨 화합물의 회수 공정이 필요한 실정이다.
염수로부터 칼륨 화합물(KCl, Na2SO4·3K2SO4)만 일괄적으로 선별하여 분리 회수하고, 회수된 칼륨 화합물로부터 단일상의 염화 칼륨(KCl)과 황산 칼륨(K2SO4)를 제조 하기 위한 공정 구성 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 대용량 상업화를 위한 연속 공정 구성 및 고농도 염수 사용에 따른 장비 부식문제를 해결 방안을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는, 염수에서 리튬, 마그네슘, 및 칼슘을 추출한 후 얻어진 혼합 원료염을 분리 및 선별이 용이한 입도로 가공하기 위한 파쇄부, 분쇄부, 및 입도 분리부를 포함하는 연속식 전처리 장치; 상기 전처리된 혼합 원료염으로부터 칼륨 화합물을 연속하여 분리 회수하는 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치; 상기 회수된 칼륨 화합물로부터 염화 칼륨과 그라셀라이트(Na2SO4·3K2SO4)를 연속 분리 선별하는 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치; 및 상기 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 추출하는 연속식 황산 칼륨 변환 장치;를 포함하는 칼륨 화합물 제조 장치를 제공한다.
상기 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치는, 상기 혼합 원료염, 포화 염수, 부선제를 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치; 상기 혼합 원료염과 상기 포화 염수를 혼합하여 슬러리를 만들고 여기에 상기 부선제를 혼합하여 주는 컨디셔너; 상기 혼합 원료염, 상기 포화 염수 및 상기 부선제가 혼합된 슬러리 용액에 기포를 주입하여 칼륨 화합물를 부상시켜 선별하는 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치; 및 상기 선별된 칼륨 화합물과 잔여 슬러리를 고액 분리하는 연속식 고액 분리 장치;를 포함할 수 있다.
상기 혼합 원료염과 상기 포화 염수를 혼합하여 슬러리를 만들고 여기에 상기 부선제를 혼합하여 주는 컨디셔너;에서, 상기 포화 염수 대비 상기 혼합 원료염을 0.1 내지 0.2 중량비로 투입할 수 있다.
상기 부선제는 도데실 황산 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)일 수 있다.
상기 부선제는 슬러리 용액 대비 0.01 내지 0.05 중량비로 투입될 수 있다.
상기 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치는, 선별이 이루어지는 다수개의 셀; 상기 셀 각각에 장착되어 회전하면서 외부의 공기를 빨아드려 상기 슬러리 용액 내에서 작은 기포를 형성시키는 디퓨저; 부상된 칼륨 화합물을 회수하는 스크래퍼; 및 상기 셀 하단에서 초음파 진동을 주어 분리 효율과 순도를 향상시키는 부상 어시스터;를 포함할 수 있다.
상기 셀은 서로 유로가 연결되어 있어 선별이 완료되지 못한 슬러리 용액을 다음 셀로 넘겨 추가로 선별을 시도 할 수 있고, 상기 분리 선별된 슬러리 용액을 다음 셀로 넘겨 칼륨 화합물의 순도를 향상 시킬 수 있는 구조일 수 있다.
상기 디퓨저는 공기 유입 조절 밸브를 포함하고, 이를 통해 기포의 양을 조절할 수 있다.
상기 디퓨저의 회전속도는 분당 10 내지 200 일 수 있다.
상기 선별된 칼륨 화합물과 잔여 슬러리를 고액 분리하는 연속식 고액 분리 장치;를 통해 분리된 여액은 포화 염수를 포함하고, 상기 포화 염수를 포함하는 여액은, 상기 원료 자동 투입 장치;에 재사용될 수 있다.
상기 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치;는, 칼륨 화합물 및 비중액을 혼합기로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치; 상기 투입된 칼륨 화합물과 비중액을 혼합하여 슬러리로 만드는 혼합기; 상기 칼륨 화합물의 비중차를 이용하여 연속적으로 염화 칼륨과 그라셀라이트를 분리하는 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치; 및 상기 선별된 염화 칼륨과 그라셀라이트를 각각 고액 분리는 연속식 고액 분리 장치;를 포함할 수 있다.
상기 비중액의 비중은 2.3 내지 2.4 일 수 있다.
상기 투입된 칼륨 화합물과 비중액을 혼합하여 슬러리로 만드는 혼합기;에서, 상기 비중액 대비 칼륨 화합물은 0.1 내지 0.4 중량비일 수 있다.
상기 혼합기에서 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치로 투입되는 슬러리의 양을 일정한 속도로 조절하기 위한 비례 제어 자동 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 칼륨 화합물 비중 선별 장치 중간 부분으로, 상기 칼륨 화합물 슬러리가 연속적으로 유입되며, 비중이 가벼운 염화 칼륨이 부상하여 인출되는 비중 선별 장치 상부의 염화 칼륨 인출구; 및 비중이 무거운 그라셀라이트가 하강하여 인출되는 비중 선별 장치 하부의 그라셀라이트 인출구;를 더 포함할 수 있다.
상기 선별된 염화 칼륨과 그라셀라이트를 각각 고액 분리는 연속식 고액 분리 장치;에 의해 분리된 여액은 비중액을 포함하고, 상기 비중액을 포함하는 여액은 상기 칼륨 화합물 및 비중액을 혼합기로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치;에 재사용될 수 있다.
상기 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 추출하는 연속식 황산 칼륨 변환 장치;는, 상기 분리된 그라셀라이트와 포화 염화 칼륨 수용액을 연속적으로 투입하는 원료 자동 투입 장치; 상기 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 제조하는 연속식 황산 칼륨 반응기; 및 상기 제조된 황산 칼륨을 고액 분리하는 고액 분리 장치를 포함할 수 있다.
상기 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 제조하는 연속식 황산 칼륨 반응기;는, 제1 반응조 및 제2 반응조를 포함하고, 상기 제1 및 제2 반응조 하부에 위치하여 슬러리를 인입 후 교반하여 반응을 유도하는 연속식 반응 믹서를 포함할 수 있다.
상기 제1 반응조 및 제2 반응조는 제1 반응조와 제2 반응조 사이에 위치하는 격벽; 상기 격벽 하부에 위치하는 유로; 및 상기 유로가 위치하는 격벽의 타측벽 상부에 위치하는 인출구;를 포함하고, 제1 반응조는 상부에서 슬러리가 인입되고, 제2 반응조와의 사이에 존재하는 격벽 하부의 유로를 통해 제1 반응조로부터 제2 반응조로 슬러리가 흐르도록 구성되며, 제2 반응조에는 상기 격벽 타측벽 상부에 인출구가 존재하여 제1 반응조로부터 흘러 들어온 슬러리가 외부로 흘러나가도록 구성될 수 있다.
상기 연속식 반응 믹서는, 상기 제2 반응기 하부로부터 슬러리 중 일부를 인입 후 교반하여 반응을 유도한 후 다시 제1 반응기 상부로 되돌려 보내도록 구성될 수 있다.
상기 연속식 반응 믹서는, 회전수 조절을 통하여 인입 및 인출되는 슬러리 양이 조절할 수 있다.
상기 연속식 황산 칼륨 반응기는 다수개의 반응기가 직렬로 연결된 구조일 수 있다.
상기 제조된 황산 칼륨을 고액 분리하는 고액 분리 장치;를 통해 분리된 여액은 포화 염화 칼륨 수용액을 포함하고, 상기 포화 염화 칼륨 수용액이 포함된 여액은 상기 분리된 그라셀라이트와 포화 염화 칼륨 수용액을 연속적으로 투입하는 원료 자동 투입 장치에 재사용될 수 있다.
염수로부터 칼륨 화합물(KCl, Na2SO4·3K2SO4)만 일괄적으로 선별하여 분리 회수하고, 회수된 칼륨 화합물로부터 단일상의 염화 칼륨(KCl)과 황산 칼륨(K2SO4)를 제조 하기 위한 공정 구성 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 대용량 상업화를 위한 연속 공정 구성 및 고농도 염수 사용에 따른 장비 부식문제를 해결 방안을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 칼륨 화합물 제조 장치의 전체적인 공정도이다.
도 2는 도 1에서 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치에 대한 세부 공정도이다.
도 3은 도 2에서 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치에 대한 구성도이다.
도 4는 도 1에서 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치에 대한 세부 공정도이다.
도 5는 도 4에서 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치에 대한 구성도이다.
도 6은 도 1에서 연속식 황산 칼륨 변환 장치에 대한 세부 공정도이다.
도 7은 도 6에서 연속식 황산 칼륨 반응기에 대한 구성도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 칼륨 화합물 제조 장치는, 염수로부터 무부식 연속식 단일상 칼륨 화합물 제조 장치일 수 있다.
보다 구체적으로, 염수에서 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 등을 추출한 후 선택적인 자연증발 통하여 얻어진 혼합 원료염(NaCl, KCl, Na2SO4·3K2SO4 등)을 분리 선별이 용이한 입도로 가공하기 위한 파쇄, 분쇄, 입도분리 등 연속식 전처리 장치; 전처리된 혼합 원료염으로부터 칼륨 화합물(KCl, Na2SO4·3K2SO4)만을 연속하여 일괄적으로 분리 회수하는 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치와; 회수된 칼륨 화합물(KCl, Na2SO4·3K2SO4)로부터 염화 칼륨(KCl)과 그라셀라이트(Na2SO4·3K2SO4)를 단일상으로 연속 분리 선별하는 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치와; 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨(K2SO4)을 추출하는 연속식 황산칼륨 변환 장치를 포함할 수 있다.
상기 혼합 원료염으로부터 칼륨 화합물만을 연속하여 일괄적으로 분리 회수하기 위한 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치는 원료염, 포화 염수, 및 부선제를 저장하였다가 부유 선별 장치로 정량을 연속적으로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치와; 원료염과 포화 염수를 혼합하여 슬러리를 만들고 여기에 부선제를 혼합하여 주는 컨디셔너와; 원료염, 포화 염수 및 부선제가 혼합된 슬러리 용액에 기포를 주입하여 칼륨 화합물를 부상시켜 선별하는 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치와; 선별된 칼륨 화합물 슬러리와 잔여 슬러리를 각각 고액 분리하여 염 케익과 여액(포화 염수)로 분리시키는 연속식 고액 분리장치를 포함할 수 있다.
상기 원료염과 포화 염수를 혼합하여 슬러리를 만들 때, 포화 염수 대비 원료염을 0.1 내지 0.2 중량비로 투입하여 슬러리 용액으로 만들 수 있다.
상기 포화 염수는 리튬, 마그네슘, 및 칼슘이 제거된 상태의 염수일 수 있다.
한편, 상기 혼합 원료염으로부터 칼륨 화합물만 일괄적으로 선별하기 위한 부선제로 도데실 황산 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)을 사용할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 부선제는 슬러리 용액 대비 0.01 내지 0.05 중량비로 투입될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치는 선별이 이루어지는 다수개의 셀과; 셀 각각에 장착되어 회전하면서 외부의 공기를 빨아드려 슬러리 용액 내에서 작은 기포를 형성시키는 디퓨저와; 부상된 칼륨 화합물을 회수하는 스크래퍼와; 셀 하단에서 초음파 진동을 주어 분리 효율과 순도를 향상시키는 부상 어시스터를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 분리 선별 셀은 서로 유로가 연결되어 있어 선별이 완료되지 못한 슬러리 용액을 다음 셀로 넘겨 추가로 선별을 시도 할 수 있고, 또한 분리 선별된 슬러리 용액을 다음 셀로 넘겨 칼륨 화합물의 순도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 상기 디퓨저는 공기 유입 조절밸브를 조작하여 기포의 양을 조절할 수 있다.
이때, 상기 디퓨저의 회전속도를 분당 10에서 200 회전으로 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 선별된 칼륨 화합물 슬러리와 잔여 슬러리를 각각 고액 분리하여 얻어진 포화 염수는 포화염수 저장탱크로 보내 재활용할 수 있다.
한편, 상기 회수된 칼륨 화합물로부터 염화 칼륨과 그라셀라이트를 단일상으로 연속 분리 선별하는 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치는 칼륨 화합물과 비중액을 저장하였다가 연속으로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치와; 투입된 칼륨 화합물과 비중액을 혼합하여 슬러리로 만드는 혼합기와; 칼륨 화합물의 비중차를 이용하여 연속적으로 염화 칼륨과 그라셀라이트로 분리해 주는 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치와; 선별된 염화 칼륨 슬러리와 그라셀라이트 슬러리를 각각 고액 분리하여 염화 칼륨 및 그라셀라이트 케익과 비중액으로 분리시키는 연속식 고액 분리 장치를 포함할 수 있다.
상기 원료물질 중 염화 칼륨의 비중은 1.99이고, 그라셀라이트의 비중은 2.70로써 비중차를 이용하여 두 물질을 분리하는데 사용되는 비중액은 유기용매인 테트라브로모에탄(Tetrabromoethane, 비중 2.96)과 카본테트라크롤라이드(Carbon Tetrachloride, 비중 1.58)를 일정 비율로 섞어 전체 비중이 2.3 내지 2.4이 되도록 한 후 사용될 수 있다.
이때, 상기 칼륨 화합물과 비중액를 혼합하여 슬러리를 만들 때, 비중액 대비 칼륨 화합물을 0.1 내지 0.4 중량비로 투입될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 칼륨 화합물과 비중액을 혼합한 슬러리는 일정량이 중력에 의해 연속적으로 칼륨 화합물 비중 선별 장치로 투입되는데, 이때 투입은 비례 제어 자동 밸브에 의해 조절될 수 있다.
상기 칼륨 화합물 슬러리는 칼륨 화합물 비중 선별 장치의 측면 중간 부분으로 일정량이 연속적으로 유입되며, 비중이 가벼운 염화 칼륨은 부상하여 비중 선별 장치 상부의 염화 칼륨 인출구를 통하여 인출되고, 비중이 무거운 그라셀라이트는 하강하여 비중 선별 장치 하부의 글라셀라이트 인출구를 통하여 인출될 수 있다.
상기 분리 인출된 염화 칼륨 슬러리와 그라셀라이트 슬러리는 연속식 고액 분리 장치를 이용하여 연속적으로 각각 고액 분리되고, 회수된 비중액은 비중액 저장 탱크로 보내져 재활용될 수 있다.
한편, 상기 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 추출하는 연속식 황산 칼륨 변환 장치는 그라셀라이트와 포화 염화 칼륨 수용액 정량을 연속적으로 투입하는 원료 자동 투입 장치와; 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 연속적으로 제조하는 연속식 황산 칼륨 반응기와; 반응이 완료된 황산 칼륨 슬러리를 고액 분리하여 황산 칼륨 케익을 회수하는 연속식 고액 분리 장치로 구성될 수 있다.
상기 연속식 황산 칼륨 반응기는 제1 반응조(A)와 제2 반응조(B) 두 개로 구성된 반응조와; 두 반응조 하부에 위치하여 슬러리를 혼입하여 고속 교반을 통하여 반응을 유도하는 연속식 반응 믹서로 구성될 수 있다.
상기 반응조의 경우 A 반응조의 상부로 슬러리가 인입되고, B 반응조와의 사이에 존재하는 격벽 하부에 인출구가 존재하여 A 반응조로부터 B 반응조로 슬러리가 흐르도록 구성되어 있으며, B 반응조에는 A 반응조와의 격벽 반대쪽 격벽 상부에 인출구가 존재하여 A 반응조로부터 흘러 들어온 슬러리가 외부로 흘러나가도록 구성될 수 있다.
상기 연속식 반응 믹서는 B 반응기 하부로부터 A 반응기에서 B 반응기로 흘러들어온 슬러리 중 일부를 인입하여 고속 교반을 통해 반응을 유도한 후 다시 A 반응기 상부로 되돌려 보내도록 구성될 수 있다.
따라서 상기 연속식 황산 칼륨 반응기에서 슬러리의 흐름은 A 반응조 상부로 유입되었다가 두 반응조 격벽 하부에 위치한 통로를 통하여 B 반응조로 흘러가서 다시 B 반응조 상부 인출구를 통하여 외부로 흘러가지만 B 반응조 슬러리 중 일부가 연속식 반응 믹서에 의하여 A 반응조로 되돌아가는 구조일 수 있다.
상기 연속식 반응 믹스는 회전수 조절을 통하여 인입 및 인출되는 슬러리 량을 조절하여 B 반응조로부터 A 반응조로 되돌아가는 슬러리의 양을 조절할 수 있고, 이를 통하여 전체 반응기 처리 속도를 조절할 수 있는 구조일 수 있다.
상기 연속식 황산 칼륨 반응기는 다수개의 반응기를 직렬로 연결하여 처리 효율을 증가 시킬 수 있는 구조일 수 있다.
상기 연속식 황산 칼륨 반응기를 통하여 제조된 황산 칼륨 슬러리는 연속식 고액 분리 장치를 이용하여 연속적으로 각각 고액 분리하고, 회수된 염화 칼륨 포화 수용액은 저장 탱크로 보내져 재활용될 수 있다.
또한, 상기 염수와 접촉하는 모든 설비는 부식 방지를 위하여 PVC, PE, FRP 등으로 제작될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 염수로부터 무부식 연속식 단일상 칼륨화합물 제조 장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)이 제거된 염수를 자연 증발시키면 혼합 원료염(NaCl, KCl, Na2SO4·3K2SO4 등)이 석출하고, 석출된 혼합 원료염을 회수하여 건조하고, 분쇄하여 원료를 준비한다. 또한 원료염 슬러리 제조를 위하여 첨가되는 물에 의해 원료염이 녹지 않도록 하기 위하여 염화 나트륨(NaCl) 및 염화 칼륨(KCl)의 포화수용액을 준비한다. 그리고 부선제로 도데실 황산 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)를 준비한다.
원료염 분말과 포화 염수 및 부선제를 각각 저장 탱크에 넣고 자동 공급 장치를 통하여 일정량만큼 연속적으로 컨디셔너에 투입시킨 후, 고속 교반을 통하여 충분히 혼합하여 부선액이 원료염 입자 표면에 잘 코팅되도록 한다.
컨디셔너에서 원료염과 포화 염수와 부선제를 충분히 혼합시키면 부선제가 원료염 입자의 표면 전하에 의해 칼륨(K) 화합물 입자의 표면에만 코팅이 되고, 부선제가 코팅된 입자는 소수성을 나타내게 된다.
이렇게 부선제에 의해 전처리된 원료염 슬러리 용액을 슬러리 펌프를 이용하여 연속적으로 칼륨 화합물 부유 선별 장치의 1차 셀에 공급한다.
연속식 칼륨 화합물 부유선별장치는 적어도 2개 이상의 셀로 구성되어 있고, 각 셀에는 용액 내에서 회전을 통하여 진공을 유발시켜 공기를 유입시키고, 유입된 공기로 기포를 만들어 주는 디퓨저가 장착되어 있다. 이러한 디퓨저는 공기 유입 조절 밸브를 통하여 공기 유입량을 조절할 수 있도록 되어 있고, 회전 속도를 10 내지 200 rpm 으로 변화시키며 공기 유입량 및 기포 생성량을 조절할 수 있게 되어 있다.
또한 셀 하부에는 초음파 진동을 통하여 용액 중에서 칼륨(K) 화합물 입자와 염화나트륨(NaCl) 입자를 신속히 분리될 수 있도록 하여 칼륨 화합물 회수 수율과 순도를 향상시키는 부상 어시스트가 장착되어 있다.
연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치의 1차 셀에 공급된 원료염 슬러리 하부에 디퓨저에 의해 기포가 생성되면 기포가 슬러리 용액 상부로 부상하면서 부선제에 의하여 소수성이된 칼륨(K) 화합물 입자를 기포에 붙어 같이 부상하게 된다.
부상된 칼륨(K) 화합물은 스크레퍼에 의해 회수되고, 잔여 슬러리는 셀 측면에 형성된 유로를 통하여 2차 셀로 넘어가게 되며, 1차 셀에서 다 회수되지 못한 칼륨 화합물이 2차 셀에서 1차 셀과 동일한 조작으로 다시 한번 회수된다. 동일한 방법으로 3차 셀과 4차 셀을 지나면서 슬러리 중에 칼륨 화합물은 90% 이상 회수되게 되고, 회수율을 더 높이기 위해서 셀의 개수를 더 추가 할 수도 있다.
한편 회수된 칼륨 화합물은 세척용 셀로 들어가 다시 한번 분리선별 셀에서와 동일한 처리를 해줌으로서 순도를 향상시킬 수 있다.
회수되어 세척까지 완료된 칼륨 화합물 슬러리는 연속식 고액 분리 장치를 통하여 칼륨 화합물 케익은 회수하고, 남은 포화염수 여액은 다시 공정에 재활용된다.
한편 칼륨 화합물이 회수되고 남은 잔여 슬러리는 동일하게 연속식 고액 분리 장치를 통하여 염화나트륨(NaCl) 케익과 포화염수로 분리되고, 포화 염수는 공정 중에 재활용된다.
회수된 칼륨 화합물 케익은 단일상의 염화 칼륨과 그라셀라이트로 분리하여 회수하기 위하여 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치로 넘어 간다.
연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치에 의해 회수된 칼륨 화합물 케익은 미리 준비된 비중액과 함께 일정한 투입 속도로 연속적으로 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치의 혼합기로 투입되어, 혼합기 내의 교반기에 의하여 균일하게 혼합된다.
이때 사용되는 비중액은 염화칼륨 (비중 1.99)과 그라셀라이트 (비중 2.70)의 분리 효율을 극대화하기 위하여 두 물질의 비중에 중간치인 2.3 내지 2.4이 되도록 만들어 사용하고, 이 비중액은 유기 용매인 테트라브로모에탄(Tetrabromoethane, 비중 2.96)과 카본테트라크롤라이드(Carbon Tetrachloride, 비중 1.58)를 일정 비율로 섞어 원하는 비중이 되도록 만들어 질 수 있다.
혼합기에서 균일하게 혼합된 칼륨 화합물 슬러리는 설비의 중력을 이용하여 일정한 속도로 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치로 투입된다.
이때 분리 조건 확립을 위한 슬러리 투입속도 조절은 혼합기 하부에 장착된 비례 제어 자동 밸브를 조작하여 조절 할 수 있다.
일정한 속도로 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치로 투입된 칼륨 화합물 슬러리는 비중차에 의해 염화 칼륨 입자는 상부로 부상하게 되고, 부상된 염화 칼륨 슬러리는 상부의 인출구로 인출된다.
또한, 비중이 큰 그라셀라이트 입자는 하부로 하강하게 되며, 하부로 하강한 그라셀라이트 슬러리는 하부에 위치한 인출구로 인출된다.
연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치의 상하부 인출구로부터 인출된 염화 칼륨 슬러리와 그라셀라이트 슬러리는 각각 연속식 고액 분리 장치로 인입되어 염화 칼륨 및 그라셀라이트가 케익 상태로 회수되고, 분리된 비중액은 비중액 저장 탱크로 유입시켜 재활용 한다.
여기서 회수된 염화 칼륨 케익은 최종적으로 제품화 하고, 함께 회수된 그라셀라이트 케익은 단일상의 황산칼륨을 추출하기 위하여 연속식 황산 칼륨 변환기로 넘어간다.
그라셀라이트 케익을 미리 준비된 염화 칼륨 포화 수용액과 함께 저장 탱크에서 해교시켜 슬러리로 만들고, 이 슬러리를 일정한 속도로 연속적으로 연속식 황산 칼륨 반응기의 A 반응조 상부로 투입한다.
투입된 그라셀라이트 슬러리는 B 반응조와의 사이에 존재하는 격벽 하부에 인출구를 통하여 B 반응조로 이동한다.
B 반응조로 이동된 슬러리 중 일부는 A 반응조와의 격벽에 반대쪽 격벽의 상부에 위치하는 인출구를 통하여 다음 반응조로 넘어가고, 다른 일부의 슬러리는 B 반응조 하부에 위치한 인입구를 통하여 연속식 반응 믹서로 인입된다.
연속식 반응 믹서로 인입된 슬러리는 고속 교반을 통하여 황산 칼륨 추출 반응을 유도하고, 다시 A 반응조 상부에 위치한 인입구를 통하여 A 반응조로 되돌아 간다.
상기 연속식 황산 칼륨 반응기는 상기와 같이 다음 반응조로 이동한 슬러리 중 일부를 다시 이전 반응조로 이동시킴으로서 전체적인 슬러리 이동속도를 제어할 수 있고, 이를 통하여 황산 칼륨 추출을 위한 반응시간을 확보할 수 있다,
이러한 슬러리 이동 속도 제어는 연속식 반응 믹서의 회전수를 조절하여 이전 반응조로 되돌아가는 슬러리 양을 조절함으로서 달성할 수 있다.
상기와 같이 A 반응조, B 반응조 및 연속식 반응 믹서로 구성된 연속식 황산 칼륨 반응기 다수 개를 직렬로 연결하여 전체 반응기를 구성할 수 있다.
연속식 황산 칼륨 반응기의 최종 반응조를 통하여 인출된 슬러리는 연속식 고액 분리 장치를 통하여 황산칼륨 케익을 획득하고, 이를 최종적으로 제품화 한다.
또한 고액 분리된 염화 칼륨 포화 수용액은 저장 탱크로 보내어 재활용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
3-1 : 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수장치 선별 셀
3-2 : 디퓨저
3-3 : 스크레퍼
3-4 : 부상 어시스터
5-1 : 혼합기
5-2 : 교반기
5-3 : 비례제어 자동밸브
5-4 : 연속식 칼륨 화합물 비중선별장치
5-5 : 염화칼륨 슬러리 인출구
5-6 : 글라셀라이트 슬러리 인출구
7-1 : A 반응조
7-2 : B 반응조
7-3 : A 반응조 인출구
7-4 : B 반응조 인출구
7-5 : 연속식 반응 믹서

Claims (23)

  1. 염수에서 리튬, 마그네슘, 및 칼슘을 추출한 후 얻어진 혼합 원료염을 분리 및 선별이 용이한 입도로 가공하기 위한 파쇄부, 분쇄부, 및 입도 분리부를 포함하는 연속식 전처리 장치;
    상기 전처리된 혼합 원료염으로부터 칼륨 화합물을 연속하여 분리 회수하는 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치;
    상기 회수된 칼륨 화합물로부터 염화 칼륨과 그라셀라이트(Na2SO4·3K2SO4)를 연속 분리 선별하는 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치; 및
    상기 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 추출하는 연속식 황산 칼륨 변환 장치;
    를 포함하는 칼륨 화합물 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속식 칼륨 화합물 일괄 회수 장치는,
    상기 혼합 원료염, 포화 염수, 부선제를 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치 로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치;
    상기 혼합 원료염과 상기 포화 염수를 혼합하여 슬러리를 만들고 여기에 상기 부선제를 혼합하여 주는 컨디셔너;
    상기 혼합 원료염, 상기 포화 염수 및 상기 부선제가 혼합된 슬러리 용액에 기포를 주입하여 칼륨 화합물를 부상시켜 선별하는 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치; 및
    상기 선별된 칼륨 화합물과 잔여 슬러리를 고액 분리하는 연속식 고액 분리 장치;를 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합 원료염과 상기 포화 염수를 혼합하여 슬러리를 만들고 여기에 상기 부선제를 혼합하여 주는 컨디셔너;에서,
    상기 포화 염수 대비 상기 혼합 원료염을 0.1 내지 0.2 중량비로 투입하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 부선제는 도데실 황산 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)인 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부선제는 슬러리 용액 대비 0.01 내지 0.05 중량비로 투입되는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 연속식 칼륨 화합물 부유 선별 장치는,
    선별이 이루어지는 다수개의 셀;
    상기 셀 각각에 장착되어 회전하면서 외부의 공기를 빨아드려 상기 슬러리 용액 내에서 작은 기포를 형성시키는 디퓨저;
    부상된 칼륨 화합물을 회수하는 스크래퍼; 및
    상기 셀 하단에서 초음파 진동을 주어 분리 효율과 순도를 향상시키는 부상 어시스터;를 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀은 서로 유로가 연결되어 있어 선별이 완료되지 못한 슬러리 용액을 다음 셀로 넘겨 추가로 선별을 시도 할 수 있고,
    상기 분리 선별된 슬러리 용액을 다음 셀로 넘겨 칼륨 화합물의 순도를 향상 시킬 수 있는 구조인 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디퓨저는 공기 유입 조절 밸브를 포함하고, 이를 통해 기포의 양을 조절하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디퓨저의 회전속도는 분당 10 내지 200 인 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 선별된 칼륨 화합물과 잔여 슬러리를 고액 분리하는 연속식 고액 분리 장치;를 통해 분리된 여액은 포화 염수를 포함하고,
    상기 포화 염수를 포함하는 여액은, 상기 원료 자동 투입 장치;에 재사용되는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연속식 칼륨 화합물 분리 선별 장치;는,
    칼륨 화합물 및 비중액을 혼합기로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치;
    상기 투입된 칼륨 화합물과 비중액을 혼합하여 슬러리로 만드는 혼합기;
    상기 칼륨 화합물의 비중차를 이용하여 연속적으로 염화 칼륨과 그라셀라이트를 분리하는 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치; 및
    상기 선별된 염화 칼륨과 그라셀라이트를 각각 고액 분리는 연속식 고액 분리 장치;를 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비중액의 비중은 2.3 내지 2.4인 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 투입된 칼륨 화합물과 비중액을 혼합하여 슬러리로 만드는 혼합기;에서,
    상기 비중액 대비 칼륨 화합물은 0.1 내지 0.4 중량비인 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 혼합기에서 연속식 칼륨 화합물 비중 선별 장치로 투입되는 슬러리의 양을 일정한 속도로 조절하기 위한 비례 제어 자동 밸브를 더 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 칼륨 화합물 비중 선별 장치 중간 부분으로, 상기 칼륨 화합물 슬러리가 연속적으로 유입되며,
    비중이 가벼운 염화 칼륨이 부상하여 인출되는 비중 선별 장치 상부의 염화 칼륨 인출구; 및
    비중이 무거운 그라셀라이트가 하강하여 인출되는 비중 선별 장치 하부의 그라셀라이트 인출구;를 더 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 선별된 염화 칼륨과 그라셀라이트를 각각 고액 분리는 연속식 고액 분리 장치;에 의해 분리된 여액은 비중액을 포함하고,
    상기 비중액을 포함하는 여액은 상기 칼륨 화합물 및 비중액을 혼합기로 자동 투입하는 원료 자동 투입 장치;에 재사용되는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 추출하는 연속식 황산 칼륨 변환 장치;는,
    상기 분리된 그라셀라이트와 포화 염화 칼륨 수용액을 연속적으로 투입하는 원료 자동 투입 장치;
    상기 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 제조하는 연속식 황산 칼륨 반응기; 및
    상기 제조된 황산 칼륨을 고액 분리하는 고액 분리 장치를 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 그라셀라이트로부터 황산 칼륨을 제조하는 연속식 황산 칼륨 반응기;는,
    제1 반응조 및 제2 반응조를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 반응조 하부에 위치하여 슬러리를 인입 후 교반하여 반응을 유도하는 연속식 반응 믹서를 포함하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 반응조 및 제2 반응조는
    제1 반응조와 제2 반응조 사이에 위치하는 격벽;
    상기 격벽 하부에 위치하는 유로; 및
    상기 유로가 위치하는 격벽의 타측벽 상부에 위치하는 인출구;를 포함하고,
    제1 반응조는 상부에서 슬러리가 인입되고, 제2 반응조와의 사이에 존재하는 격벽 하부의 유로를 통해 제1 반응조로부터 제2 반응조로 슬러리가 흐르도록 구성되며, 제2 반응조에는 상기 격벽 타측벽 상부에 인출구가 존재하여 제1 반응조로부터 흘러 들어온 슬러리가 외부로 흘러나가도록 구성되는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 연속식 반응 믹서는,
    상기 제2 반응기 하부로부터 슬러리 중 일부를 인입 후 교반하여 반응을 유도한 후 다시 제1 반응기 상부로 되돌려 보내도록 구성되는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 연속식 반응 믹서는,
    회전수 조절을 통하여 인입 및 인출되는 슬러리 양이 조절하는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 연속식 황산 칼륨 반응기는 다수개의 반응기가 직렬로 연결된 구조인 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 제조된 황산 칼륨을 고액 분리하는 고액 분리 장치;를 통해 분리된 여액은 포화 염화 칼륨 수용액을 포함하고,
    상기 포화 염화 칼륨 수용액이 포함된 여액은 상기 분리된 그라셀라이트와 포화 염화 칼륨 수용액을 연속적으로 투입하는 원료 자동 투입 장치에 재사용되는 것인 칼륨 화합물 제조 장치.
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