KR20180010486A - 패각류를 마이크로파 가열처리하여 고활성 산화칼슘을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고활성 산화칼슘의 제조방법에 관한 것으로서, 마이크로파 가열 장치를 이용하여 양질의 고활성 산화칼슘을 단시간에 생산하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 고순도 산화칼슘 제조방법은, 패각(Shell, 貝殼)을 세척하여 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세척 단계; 상기 세척한 패각류를 건조시키는 건조 단계; 상기 건조된 패각류를 적절한 크기로 거칠게 부수는 조분쇄 단계; 상기 조분쇄한 패각분을 마이크로파 가열장치에 투입하여 소성시키는 소성 단계; 상기 소성된 패각분을 냉각시키는 냉각 단계; 상기 냉각된 패각분을 400 메시 이상의 크기로 미분쇄하는 미분쇄 단계; 상기 미분쇄한 패각분을 분산기로 습식 분쇄 및 수분산하여 치수별로 분급하는 습식 분급 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명에 따른 고순도 산화칼슘 제조방법은, 패각(Shell, 貝殼)을 세척하여 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세척 단계; 상기 세척한 패각류를 건조시키는 건조 단계; 상기 건조된 패각류를 적절한 크기로 거칠게 부수는 조분쇄 단계; 상기 조분쇄한 패각분을 마이크로파 가열장치에 투입하여 소성시키는 소성 단계; 상기 소성된 패각분을 냉각시키는 냉각 단계; 상기 냉각된 패각분을 400 메시 이상의 크기로 미분쇄하는 미분쇄 단계; 상기 미분쇄한 패각분을 분산기로 습식 분쇄 및 수분산하여 치수별로 분급하는 습식 분급 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 조개, 굴 껍질과 같은 패각류를 마이크로파 가열처리하여 고활성 산화칼슘을 제조하는 방법에 관한 것이다.
산화칼슘(CaO)은 주로 석회석에서 얻어지며 바다에서 살아가는 패각류(조개류)에서 얻어지기도 한다. 고순도의 제품은 패각류에서 얻어지며 대부분의 공업용으로 쓰이는 저급의 산화칼슘은 석회석에서 얻는다. 패각 내 존재하는 칼슘은 탄산칼슘의 염 형태로 존재하고 있어 이를 사용하기 위하여서는 소성 등의 과정을 통하여, 산화칼슘으로 제조하여야 한다.
패각류를 이용한 고활성 산화칼슘을 제조하는 대표적인 방법으로는 직접소성방식, 간접소성방식, 고온전기분해방식 등이 있다.
직접소성방식은 건조된 패각류를 1,000 ~ 1,500℃로 직접 소성하고, 분말로 만든 후 급랭시켜 포장하는 방법으로서, 소성로 속의 먼지와 그을음이 혼입되어 백색도가 떨어지고, 식용으로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
간접소성방식은 패각류를 담은 내열성 용기를 로 속에 넣어 예정된 온도까지 예열한 후 본소(本燒) 온도에서 5~10분간 간접 소성하는 방법으로서, 이물질의 혼입은 방지할 수 있지만 순도가 낮고 소성시간이 길며 물에 대한 용해성이 떨어진다는 문제점이 있다.
고온전기분해방식은 패각류를 고온(1,500 ~ 5,000℃)에서 30,000~ 70,000V의 전압으로 전기분해 하는 방법으로서, 순도가 매우 높고, 분자간 결합력을 약화시켜 활성도와 용해도가 높으며, 소성 시간이 짧다는 장점이 있으나, 피가열물을 내외부에 골고루 단시간에 가열하는 것은 여전히 매우 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 더 상세하게는 마이크로파 가열 장치를 이용하여 양질의 고활성 산화칼슘을 단시간에 생산하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 고순도 산화칼슘 제조방법은, 패각(Shell, 貝殼)을 세척하여 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세척 단계; 상기 세척한 패각류를 건조시키는 건조 단계; 상기 건조된 패각류를 적절한 크기로 거칠게 부수는 조분쇄 단계; 상기 조분쇄한 패각분을 마이크로파 가열장치에 투입하여 소성시키는 소성 단계; 상기 소성된 패각분을 냉각시키는 냉각 단계; 상기 냉각된 패각분을 400 메시 이상의 크기로 미분쇄하는 미분쇄 단계; 상기 미분쇄한 패각분을 분산기로 습식 분쇄 및 수분산하여 치수별로 분급하는 습식 분급 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 미분쇄 단계는 제트밀(Jet mill)을 이용하여 상기 냉각된 패각분을 약 1,000 메시의 크기로 미분쇄하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소성 단계는 25kW 출력의 마이크로파 가열장치를, 주파수 433MHZ, 915MHZ, 2.45GHZ 중 어느 하나, 온도 1,500℃~2,000℃, 작동시간 10분~30분의 조건으로 설정한 후 작동하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 산화칼슘 제조방법은, 마이크로파에 의한 유전가열 방식을 이용함으로써 대용량의 물질을 가열할 경우에도 표면 및 내부를 거의 동시에 가열할 수 있기 때문에 물성변화를 최소화하면서 단시간에 가열, 건조 처리가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 피가열물만 열을 흡수 발열하고 벽이나 공기는 가열하지 않기 때문에 열효율이 높다. 즉, 종래의 가열법에 비하여 에너지를 절약할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 각종센서 (온도 ,습도 등)의 적용이 용이하고 자동화가 용이하다는 장점이 있다.
또한, 소음, 열기, 배기가스 등의 발생을 억제하여 환경 오염 문제가 없으며, 청결한 환경에서 작업할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 공정시간을 현저히 줄일 수 있어 생산성 향상 및 에너지 효율을 증대시킨다는 장점이 있다.
또한, 가열장치의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 칼슘(Ca)원이 풍부함에도 불구하고 폐기물로 방출되는 석화, 전복, 굴, 피조개, 바지락, 가리비 조개, 진주조개, 진주담치, 꼬막 등의 각종 패각 폐기물을 재활용함으로써 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고활성 산화칼슘의 제조방법을 나타낸 공정 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치의 구성도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘베이어식 가열장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치의 구성도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘베이어식 가열장치의 개념도이다.
이하, 본 발명에 따른 고활성 산화칼슘의 제조방법을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
1. 세척 단계
전복, 굴, 꼬막, 가리비, 조개 등을 포함한 각종 연체동물의 패각(Shell, 貝殼)을 세척하여 표면에 부착된 오니, 해초 등 이물질을 제거하는 단계이다.
패각은 연체동물에서 연체를 싸서 보호하는 무기질의 분비형성물을 말한다. 세척력 및 작업 효율을 높이기 위해 세척기, 초음파 세척 기기, 자동 고압분사기 등을 이용할 수 있다.
2. 건조 단계
세척한 패각류를 건조시키는 단계이다.
가열하거나 열풍을 가하여 건조시킬 수 있다. 그러나 건조 방식에 제한이 있지는 않다.
3. 조분쇄 단계
건조된 패각류를 적절한 크기로 거칠게 부수는 단계이다.
운반 및 취급을 용이하게 하고 소성 단계에서 골고루 소성될 수 있도록 하기 위한 것이다. 직경 1~3cm 크기로 조분쇄하는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
4. 소성 단계
조분쇄한 패각분을 가열장치에 투입하여 소성시키는 단계이다.
패각을 소성함으로써 패각류 껍질속에 잔류하고 있는 각종 독성물질을 제거한다. 이때 패각은 소성로에서 열원에 의하여 패각의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)에서 산화칼슘(CaO)으로 변화하게 된다.
본 발명에서는 패각을 소성하는 데 마이크로파 가열장치를 이용하였다는 점에 그 특징이 있다.
여기서 가열로의 형식은 RHF (Roller Hearth Furnace) 방식으로 피가열물을 연속적으로 소성할 수 있다. 주파수 사용은 433MHZ, 915MHZ, 2.45GHZ 이다. 2.5Kw (마이크로파 발전기)x 10 = 25Kw 씩 4개 구역으로 설치되어 있으며, 입구와 출구에 마이크로파 누출방지를 위해 2중 도어로 안전 설계되어 있다.
승온 한계는 2,000℃까지이며 사용 온도는 1,500℃이다.
설정 온도에 도달하는 시간은 조정 가능하며 최소 10분에서 30분 이내에 완료된다.
마이크로파 가열은 가열온도와 설정온도 간 오차가 매우 작다는 장점이 있다. 또한 소성에 걸리는 시간이 일반로에 비해 1/10에 불과하고, 컨트롤 패널이 단순화되어 누구나 조작이 가능하다 장점이 있다.
본 발명에 따른 가열장치의 주요 구성요소를 살펴보면 다음과 같다.
1)마이크로파 발생장치 (Microwave generator)
마이크로파의 발생원으로서 통상은 마그네트론(magnetron)을 이용하고 있지만 특히 대전력을 필요로 할 경우는 클라이스트론(klystron)이 이용된다.
2)아이솔레이터 (Isolator)
발진 장치로부터 발생된 마이크로파의 전력은 도파관을 경유하여 가열부로 유도되어 그곳에서 흡수되지만 피가열물의 마이크로파 흡수 양상에 따라 도파관에서 가열부를 본 임피던스가 변하여 마이크로파 전력은 전부가 가열부에서 흡수되지않고 일부는 반사되어 발진장치로 되돌아온다. 이것을 발진부 즉 마그네트론에 그대로 되돌려 보내면 발진에 지장을 초래한다.
아이솔레이터는 가열부에서 반사하여온 마이크로파 전력을 발진부로 되돌려 보내지 않고 다른 방향으로 유도하여 그곳에서 흡수하도록 하는 부품으로 서큘레이터(circulator) 와 더미로드 (Dummy load)로 구성되어 있다.
3) 파워모니터 (Power Monitor)
발진부로부터 가열부로 향하는 마이크로파 전력과 가열부에서 부하의 변동 등에 의한 전기적 부정합 때문에 발진부로 향하여 반사되어 오는 전력파를 따로따로 측정하는 모니터로 마이크로파 출력의 제어 등에 불가결한 것이다.
4) 튜너 (Tuner)
정합기, 임피던스 조정기라고도 하며 전원, 발진기의 임피던스와 전송선을 포함한 부하의 임피던스가 일치하지 않으면 부하의 정합이 잡히지 않아 입사전력은 반사되어 전원측으로 되돌아가 가열효율이 저하할 뿐만 아니라 전원을 파손시킬 우려가 있다. 이러한 경우 부하 외에 임피던스를 변화시켜 합성시킨 전임피던스의 정합을 잡으면 마이크로파 전력은 부하에 충분히 소비되도록 된다. 이와 같이 외부에 부가하여 임피던스를 변화시키는 장치를 튜너라고 한다.
5) 마이크로파 분배기 (Microwave Distributer)
1대의 발진장치로부터 발생한 마이크로파 전력을 나누어 가열부로 유도하기 위한 장치이다.
6) 세라믹 용기 (옹기 함지박)
패각분을 담아 소성시키기 위한 용기이다. 세라믹 재질은 마이크로파에 안전하면서도 마이크로파를 내부로 통과시키기 때문에 피가열물을 담아 마이크로파로 소성시키는 데 적합하다.
5. 냉각 단계
소성된 패각분을 냉각시키는 단계이다.
냉각기를 이용하여 냉풍으로 급속 냉각시킬 수 있다.
6. 미분쇄 단계
냉각된 패각분을 제트밀(Jet mill)과 같은 분쇄기를 이용하여 400 메시 이상, 바람직하게 1,000 메시 내외로 미분쇄하는 단계이다.
7. 습식 분급 단계
미분쇄한 패각분을 나노 콜로이드 밀과 같은 분산기로 습식 분쇄 및 수분산하여 분급하는 단계이다. 초 미세 입자로 분쇄된 수분이 함유된 패각분은 스프레이 건조되면서 치수별로 분급된다.
8. 포장 단계
치수별로 분급한 패각류 분말을 습기를 차단할 수 있는 비닐백 또는 용기에 포장하는 단계이다.
이러한 단계를 거쳐 고순도, 고활성의 산화칼슘 제조가 가능하다.
이상, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나 상기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 당업자에게 있어서 명백한 사실이다. 즉, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (3)
- 패각(Shell, 貝殼)을 세척하여 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세척 단계;
상기 세척한 패각류를 건조시키는 건조 단계;
상기 건조된 패각류를 적절한 크기로 거칠게 부수는 조분쇄 단계;
상기 조분쇄한 패각분을 마이크로파 가열장치에 투입하여 소성시키는 소성 단계;
상기 소성된 패각분을 냉각시키는 냉각 단계;
상기 냉각된 패각분을 400 메시 이상의 크기로 미분쇄하는 미분쇄 단계;
상기 미분쇄한 패각분을 분산기로 습식 분쇄 및 수분산하여 치수별로 분급하는 습식 분급 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고활성 산화칼슘 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 미분쇄 단계는 제트밀(Jet mill)을 이용하여 상기 냉각된 패각분을 약 1,000 메시의 크기로 미분쇄하는 것을 특징으로 하는 고활성 산화칼슘 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 소성 단계는 25kW 출력의 마이크로파 가열장치를, 주파수 433MHZ, 915MHZ, 2.45GHZ 중 어느 하나, 온도 1,500℃~2,000℃, 작동시간 10분~30분의 조건으로 설정한 후 작동하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고활성 산화칼슘 제조방법.
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