KR20160034036A - 고순도 흑연 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고순도 즉, 순도 99.9999999% 흑연을 선광하기 위한 정제 방법에 관한 것으로,
흑연이 포함된 광물을 특정 크기로 분쇄하는 물리적 분쇄단계와, 상기 물리적 단계를 거친 분쇄물을 이온수가 저장된 탱크에 투입하여 온도를 높여 흑연을 선광하는 선광단계를 포함하여 이루어져,
통상적으로 진행되던 산처리 방식을 탈피하여 유해물질 발생 우려가 없고 간단하면서도 용이하게 고순도 흑연을 정제할 수 있는 것을 특징으로 하는 흑연 정제 방법에 관한 것이다.

Description

고순도 흑연 정제 방법{FURIFYING METHOD OF GRAPHITE}

본 발명은 고순도 즉, 순도 99.9999999% 흑연을 선광하기 위한 정제 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 통상적으로 진행되던 산처리 방식 등을 탈피하고 진공 방식을 도입하여 기존 방식에 비해 유해물질 발생 우려가 없고 간단하면서도 용이하게 고순도 흑연을 정제할 수 있는 것을 특징으로 하는 흑연 정제 방법에 관한 것이다.

흑연은 전자 부품을 비롯하여 전지, 탄소부품, 윤활제, 분말금속, 원자로의 흑연포일, 공업용 액체, 자동차, 고순도 내화벽돌, 고성능 윤활제, 마찰제 등에 많이 사용되고 있으며,

또한 흑연은 좋은 전도도를 가지고 있으므로 건전지, 알칼리전지 또는 브러쉬, 가변모터 등에 사용되며,

또 라디오, 플래쉬, 리모콘, 휴대전화, 컴퓨터 등의 배터리에 사용되고 있다.

흑연은 사용용도 및 특성에 따라 금속광택을 내는데 사용하는 인상흑연과, 연하고 검은 토질을 나타내는 토상흑연 또는 카본블랙이라고 하는 합성흑연, 그리고 흑연섬유라 불리는 탄소섬유 등으로 구분할 수 있다.

상기한 탄소섬유는 우주항공, 자동차, 보트, 테니스라켓, 낚시대, 스키용품 등으로 광범위하게 사용되고 있는데, 이러한 여러 용도로 사용되는 탄소섬유는 고순도일수록 보다 나은 품질의 제품을 만들 수 있게 된다.

물론 탄소섬유만이 아니라 전자 부품에 사용되는 흑연의 경우 타 제품에 사용되는 것에 비해 더 높은 순도의 흑연이 요구되는 것으로, 99.9999999%의 순도가 요구되고 있다.

이에 채굴된 광물에서 순수 흑연만을 선광하는 작업이 요구되는데, 종래에는 흑연 원광석을 조크러셔(jaw crusher)와 롤크러셔(roll crusher)를 이용하여 파쇄하는 파쇄공정 및 이를 다시 로드밀(rod mill)과 볼밀(ball mill)을 이용하여 분쇄하는 분쇄공정, 그리고 분쇄된 흑연가루를 물속에서 교반하여 모래가루 등의 불순물은 물속에 가라앉고 흑연가루는 물 위로 부상되게 하여 선별하는 선광공정을 통해서 순도 95∼99%의 흑연을 제조할 수는 있었으나, 상기 공정만으로는 전자 부품에 요구되는 순도를 가진 흑연을 제조할 수는 없고 이로 인해 제품의 고품질화에 기여하지 못한다는 한계를 가진다.

참고로, 광산에서 채굴된 광물이 받는 선광처리의 일반적인 과정에서 파쇄공정과 분쇄공정은 다음과 같은 차이를 가진다.

파쇄공정은 벨트 컨베이어, 광차, 덤프트럭 등에 의해서 운반되어 온 광물을 호퍼, 피더 등의 설비를 통해서 해머프러셔로 공급되어 파쇄되는 것을 의미한다. 광물의 최대 입도는 수십 ㎝ 부터 때로는 1~2 m 에 이르지만 파쇄공정에서 10 ㎜ 이하 정도의 입도로까지 파쇄된 다음 수용탱트에 저장된다.

다음으로 분쇄공정은 광물을 선별과정에 적합한 입도로 부수고, 목적하는 광물을 다른 광물로부터 떼어내는 단체분리 공정을 의미한다. 즉 수용탱크로부터 일정한 속도로 배출된 광물은 불밀(Ball mill) 등의 분쇄기 등에 의해서 20 ㎛ 이하 정도로까지 분쇄된다. 그리고 이 정도의 분쇄에 의해서 선별에 필요한 단체분리는 거의 완성된다.

그리고 현대의 선광기술로는 부유선광이 대표적인데, 부유선광이라 함은 광물 표면의 계면화학적 성질의 차를 이용하는 선광방식이다. 그 외 비중 차를 이용하여 광물을 선별하는 비중선광, 광물의 자기적 성질의 차를 이용하는 자력선광 등의 방법이 있다.

다음으로 상기 언급된 종래 선광방법의 문제점을 해결하고자 등록특허 제10-0983224호(2010.09.14)『흑연의 미세입자 및 흑연 콜로이드 제조방법』가 개시된 바 있고, 등록특허 제10-0983224호에서는 수차례의 분쇄공정 및 부유선광공정을 거친 후 진공탈수공정, 고온가열공정. 산처리공정 등을 거쳐 순도 높은 흑연을 제조하고자 하는 기술이 개시되어 있다.

특히 산처리공정에서는 백필터에 포집된 초미립자 크기의 흑연성분입자를 혼합탱크에 투입한 다음 황산탱크 및 질산탱크 각각에 저장되어 있는 황산 및 질산과 함께 물을 혼합탱크에 주입하고 모터를 가동시켜 교반날개로 교반시켜서 흑연성분입자에 혼입되어 있는 철가루를 산처리하는 공정이 개시되어 있다. 그리고 이러한 산처리공정을 통해 흑연성분입자에 함유되어 있는 철가루를 산처리로 녹여 증발시켜서 제거하기 위함이다.

그러나 등록특허 제10-0983224호에 개시된 산처리공정에 의하면 유독가스인 발생 유려가 있고, 더욱이 황산 및 질산 자체가 유독 물질이기에 처리 공정에 있어 안전성이 보장되지 않는다는 한계가 있다.

이에 본 발명에서는 유독물질을 사용하고 유독가스 발생 우려가 있는 산처리공정을 적용하지 않으면서도 고순도의 흑연을 선광할 수 있는 흑연 정제 방법을 제공하고자 함을 제 1 목적으로 한다.

더욱이 전자부품에 요구되는 고순도 즉, 99.9999999%의 순도가 보장되는 흑연을 얻을 수 있는 흑연 정제 방법을 제공하고자 함을 목적으로 한다.

이에 상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 고순도 흑연 정제 방법은,

흑연이 포함된 광물을 특정 크기로 분쇄하는 물리적 분쇄단계; 및

상기 물리적 단계를 거친 분쇄물을 이온수가 저장된 탱크에 투입하여 온도를 높여 흑연을 선광하는 선광단계를 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 선광단계에서 탱크 내부를 진공처리하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 선광단계에서 이온수 내로 초음파를 부여하는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 흑연 정제 방법에 의하면, 물리적 분쇄과정을 거친 분쇄물을 탱크 투입 후 가열시킴에 있어 탱크 내부를 진공 처리를 함에 따라 보다 빠르고 용이하게 분쇄물들의 분자 운동을 활발하게 하여 순수 흑연에 대한 선광이 용이하다는 효과를 기대할 수 있으며,

또한 초음파를 전가함으로써 이온수에 투입되어 있는 각 분쇄물들의 간극을 넓혀 이로 인해 순수 흑연만을 효율적으로 정제할 수 있다는 효과를 가진다.

물론 기존 통상적으로 채용해오던 산처리방식을 진행하지 않아도 되기에 유해가스 배출에 대한 위험이 제거되었다는 효과 역시 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흑연 정제 방법에 있어 선광단계를 개략적으로 도시한 도면.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 흑연 정제 방법을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

앞서 설명한 바와 같이 흑연 즉, 그라파이트는 최근 다양한 분야에 적용이 되고 있다. 그 중에서도 전자 부품에 많이 사용되고 있는데 이는 그라파이트가 가지는 방열성때문이기도 하다.

이러한 전자 부품에 사용되는 흑연은 타 분야에 사용되는 흑연보다 고e도로 높은 순도를 요구하게 된다. 즉, 통상적으로 고순도라고 요청되는 흑연의 순도가 99.9%라고 한다면 전자 부품에서 요구되는 흑연의 순도는 99.9999999%이다.

그리고 이러한 99.9999999%의 흑연을 얻기 위해서는 기존 방식으로의 흑연 정제는 한계가 있으며, 유해가스 발생 등의 안전상의 문제도 있기에 하기 설명되는 본 발명에 따른 흑연 정제 방법이 고안되었다.

우선 본 발명에 따른 흑연 정제 방법은 채굴된 흑연을 포함한 광물을 해머 등의 기기로 물리적으로 분쇄하는 물리적 분쇄단계를 거친다.

물론, 선광처리의 일반적인 과정에서 전술된 바와 같이 상기 단계를 분쇄라기보다는 파쇄라는 용어를 사용하는 것이 더 바람직할 수도 있다. 또는 20㎛ 이하 정도까지의 분쇄를 포함하는 광의의 의미로 해석될 수도 있음은 물론이다.

다음으로 분쇄단계의 상황에 따라서는 해머 등이 아닌 볼밀(ball mill)을 이용하여 보다 작은 입도 즉, 20㎛ 이하 크기 정도로 추가 분쇄작업이 진행될 수 있다.

상기와 같은 분쇄단계를 거친 분쇄물은 도 1에 도시된 장치로 투입되면서 선광단계를 거치게 된다.

본 발명에 따른 선광단계는 산처리 방식이 아니라 진공처리 및 초음파 처리를 이용하여 고순도의 흑연을 정제하고자 함에 기술적 특징이 있다.

즉, 도 1에서 확인되는 바와 같이 물리적 분쇄단계를 거친 분쇄물을 이온수(M)가 저장된 탱크(T)로 투입하고, 상기 탱크를 가열시키되 탱크 내부를 진공으로 처리하여 이온수의 끓는 점을 낮춘다.

이온수(M)를 가열시킴으로써 이온수에 혼합되어 있는 분쇄된 광물에서 흑연(G)을 이온수 표면으로 띄워 걸러냄으로써 흑연을 정제하게 되는데,

탱크 내부를 진공수단(S)을 통해 진공처리함으로서 이온수의 끓는 점을 의도적으로 낮출 수 있고 이로 인해 분쇄된 광물들의 운동을 빠른 시간 내로 활발히 유도할 수 있기 때문이다.

다음으로 본 발명에서는 광물들의 활발한 분자 활동을 돕기 위해 초음파 전도수단(U)을 이용하여 이온수에 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하고, 이로 인해 각 물질들의 간극이 벌어짐으로써 광물들의 운동을 보다 원활히 유도할 수 있고, 종국적으로는 이온수 표면에 뜨는 흑연 양을 늘릴 수 있게 된다.

그리고 상기 이온수로는 알칼리수와 산성수 모두 고려될 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정의 흑연 정제 방법을 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
T: 탱크 S: 진공수단 U: 초음파 전도수단
M: 이온수 G: 흑연

Claims (3)

1. 흑연이 포함된 광물을 특정 크기로 분쇄하는 물리적 분쇄단계; 및
   상기 물리적 단계를 거친 분쇄물을 이온수가 저장된 탱크에 투입하여 온도를 높여 흑연을 선광하는 선광단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고순도 흑연 정제 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 선광단계에서 탱부 내부를 진공처리하는 것을 특징으로 하는 고순도 흑연 정제 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 선광단계에서 이온수 내로 초음파를 부여하는 것을 특징으로 하는 고순도 흑연 정제 방법.

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