KR20180053963A

KR20180053963A - 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법

Info

Publication number: KR20180053963A
Application number: KR1020160151179A
Authority: KR
Inventors: 최상걸; 최진산; 최신일; 최완수; 박병용
Original assignee: (주)로송
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-05-24
Also published as: KR101908297B1

Abstract

본 발명은 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법에 관한 것으로, 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 부직포를 이용하여 필터링하고 25 ~ 30℃의 온도를 유지하여 정제 간수를 제조하는 제1 단계; 상기 정제 간수에 알칼리 용액을 첨가하여 40 ~ 60℃의 온도로 겔(Gel) 반응을 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하는 제2 단계; 상기 겔(Gel) 반응 1 ~ 2시간 경과 후 100 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하여 수산화마그네슘 분말을 형성하는 제3 단계; 상기 반응 완료 후 60 ~ 70℃로 냉각하여 수산화마그네슘 분말과 소금액을 분리하는 제4 단계; 상기 수산화마그네슘 분말을 세척하는 제5 단계; 상기 세척된 수산화마그네슘 분말을 100 ~ 125℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 건조한 후 분쇄하는 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법은 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 정제한 후 알칼리 용액을 첨가하고 겔(Gel) 반응단계와 결정화 반응단계를 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성함으로써 순도가 높은 수산화마그네슘 분말을 저비용으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 이를 고무 및 플라스틱 등의 난연제로 사용할 시 상기 수산화마그네슘 분말은 육각판상 결정형으로 인하여 분산성이 우수하여 소량 사용하여도 난연성이 탁월하며, 또한 수산화마그네슘 분말로부터 분리된 소금액을 농축하여 정제염을 회수할 수 있어 제조공정상 매우 경제적인 효과가 있다.

Description

간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법{Preparation process of incombustible magnesium hydroxide from bitterns}

본 발명은 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 정제한 후 알칼리 용액을 첨가하고 겔(Gel) 반응과 결정화 반응을 실시하여 고순도의 합성 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 제조함과 동시에 이로부터 분리된 소금액을 농축하여 고순도의 정제염을 얻는 단계를 포함함으로써 생산 공정이 매우 경제적일 뿐만 아니라 이 수산화마그네슘 분말을 고무 및 플라스틱 등의 난연제로 사용할 시 분산성이 매우 우수한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법에 관한 것이다.

우리나라 서해안은 조수간만의 차이가 크고 경사가 완만하면서 일조량이 풍부하여 천일염 산업이 발달되어 왔다. 천일염 생산과정에서 고농도의 무기물을 포함하는 간수가 부산물로 다량 발생하는데, ‘간수’란 일반적으로 천일염을 생산해 소금창고에 보관하거나 또는 포대에 담아둘 때 조해작용에 의해 저절로 흘러나오는 고농도의 무기물 액체를 의미하지만, 소금을 제조하는 과정 중에 발생하게 되는 부산물 액체를 통칭하기도 한다.

즉, 일반적 의미의 간수 외에도 염전의 결정지에서 천일염을 생산하고 남은 모액도 간수에 해당되며, 또한 천일염 산지 종합처리장이나 가공공장에서 원심분리기를 이용하여 인위적으로 천일염을 탈수하는 과정에서도 발생한다. 이들은 모두 소금 제조과정에서 발생하는 부산물로 그 발생원에 따라 탈수염 간수(dehydrated salt bittern), 함수(concentrated sea water), 천일염 간수(solar salt bittern) 및 숙성 천일염 간수(bittern from solar salt during storage)로 분류되지만, 그 종류에 관계없이 거의 일정한 화학조성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

일반적으로, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)의 주원료인 마그네슘(Mg)은 천연 브루사이트광석을 정제하여 사용하는 방법과 해수에 포함되어 있는 미량의 마그네슘을 가성소다(NaOH)나 석회(CaO, Ca(OH)₂) 등과 침전 반응시킨 후 이를 정제하여 합성하는 방법이 알려져 있다. 우리나라에서 난연제로 사용되는 고순도 수산화마그네슘은 대부분 해외에서 수입하여 사용되고 있는데, 그 원인은 주원료인 마그네슘 광물 매장량이 빈약하여 주로 해수로부터 마그네슘을 생산함에 따라 2차 정제공정을 반드시 거쳐야 고품질의 수산화마그네슘을 제조할 수 있기 때문에 가격 경쟁력을 가지지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 해수에 포함된 염화마그네슘(MgCl₂)의 농도가 0.5% 정도에 불과하고 경제성이 없는 문제점을 개선하기 위해 염전에서 발생되는 간수에 10 ~ 16% 정도로 함유하고 있는 MgCl₂을 복잡한 정제공정 없이 직접 고품질의 수산화마그네슘을 제조하고자 하는 것이다. 즉, 간수에는 MgCl₂ 외에도 NaCl을 10 ~ 17% 정도로 함께 존재하고 있어 고품질의 수산화마그네슘을 합성하는데 장애가 될 수 있으나, 그 제조공정상의 조건을 최적화함으로써 고품질의 난연성 수산화마그네슘을 얻고자 한다.

참고로, 합성수지의 난연제로는 유기 할로겐화합물 또는 삼산화안티몬 등이 널리 사용되고 있지만, 이러한 조합으로 이루어지는 난연제는 화재시에 대량의 연기와 유독가스를 발생시켜 안전에 상당한 문제를 일으킴에 따라 할로겐계 난연제를 가능한 사용하지 않는 친환경 난연제에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

현재 친환경 난연제로는 인계 난연제와 무기계 난연제가 주로 사용되고 있고, 무기계 난연제로는 수산화마그네슘과 수산화알루미늄이 많이 사용되고 있다. 그런데 수산화마그네슘 입자는 수지에 배합하였을 때 분해온도(330℃)가 수지의 가공온도(250℃)보다 높아서 탈수분해에 의한 수지 성형체를 발포시키는 현상이 없을 뿐만 아니라 연소시의 발연량이 적고 난연성이 우수하여 무독성 난연제로 적용될 수 있는 합성수지의 범위가 넓다. 반면, 수산화알루미늄 입자는 분해온도(200℃)가 수지의 가공온도보다 낮아서 적용될 수 있는 합성수지의 범위가 좁다.

상기와 같은 이유로 수산화마그네슘 난연제에 관한 대표적인 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0082135호에서는 입도가 0.2~5.0㎛, 평균 입도가 1.0~1.5㎛, 비표면적이 3~8㎡/g의 범위 내에 있고, 또한 산화마그네슘의 수화에 의해 생성된 다면상의 결정형태를 갖는 난연제용 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 입자로서, 산화마그네슘(MgO)을 325메시 이하의 입도로 분쇄하는 단계; 분쇄된 산화마그네슘과 물을 혼합하여 얻어진 혼합 용액에 무기산 또는 마그네슘염을 첨가하여 수화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 제조방법이 기재되어 있으며, 상기에 기재된 수산화마그네슘 입자를 물에 분산시켜 슬러리를 제조하는 단계; 상기 제조된 슬러리를 승온하여 유지하는 단계; 및 상기 수산화마그네슘 슬러리에 표면처리제로서 탄소수가 10개 이상의 지방산유와 계면활성제를 첨가하고 혼합하여 표면 처리하는 단계를 포함하고 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0894872호에서는 해수로부터 제조된 마그네시아를 45㎛ 이하의 평균 입경을 가지도록 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 마그네시아를 물에 수화하여 수산화마그네슘을 제조하는 단계로서, 이때 초산 및 염산을 단독 또는 복합 첨가하여 수화하는 단계; 상기 수산화마그네슘을 세척한 다음 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 분쇄된 수산화마그네슘의 순도는 98% 이상이고, 수산화마그네슘의 금속화합물로 이루어진 불순물 함량은 0.05중량% 이하인 것을 특징으로 하는 난연제용 분산성이 우수한 수산화마그네슘의 제조방법을 개시하고 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0985186호는 상압의 조건에서 마그네슘염과 알칼리 용액을 반응시켜 균일성과 고분산성을 갖는 판상형 수산화마그네슘을 제조하는 것이 가능하도록, 반응기에 15∼30% 마그네슘염 용액의 총 투입량 100중량% 중에서 20∼60중량%를 넣고 30∼60℃를 유지한 상태에서 40∼60% 알칼리 용액을 마그네슘염 용액의 총 투입량에 대하여 15∼50중량%를 0.5∼2시간에 걸쳐 천천히 투입하면서 강력히 교반한 다음 온도를 30∼80℃를 유지한 상태에서 1∼3시간 교반하여 겔화를 진행하는 겔화단계와, 겔화가 완료되면 온도를 100∼120℃로 상승시킨 후 3∼7시간 동안 결정화를 진행하는 1차결정화단계와, 1차 결정화가 완료되면 다시 15∼30% 마그네슘염 용액의 나머지 40∼80중량%를 천천히 투입하고 온도를 90∼120℃를 유지하면서 3∼7시간 동안 결정화를 진행하는 2차결정화단계와, 2차 결정화가 완료되면 증류수로 세척하여 120∼180℃에서 1∼3시간 건조를 행하는 세척건조단계를 포함하는 난연성 수산화마그네슘 제조방법을 제공하고 있다.

그리고 대한민국 등록특허공보 제10-1300229호를 보면, (a) 마그네슘을 포함하는 고즙에 희석수를 혼합하여 희석시키는 단계; (b) 희석된 고즙에 알칼리 용액을 혼합하여 수산화마그네슘 입자를 형성하는 단계; (c) 혼합된 혼합액을 교반시켜 수산화마그네슘 입자를 성장시키는 단계; (d) 상기 혼합액에 시드를 첨가하는 단계; (e) 상기 혼합액을 숙성시키고 여과를 통해 침전물을 분리하여 수산화마그네슘을 얻는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계의 알칼리 용액은 수산화나트륨을 포함하고, 혼합 시 상기 고즙과 상기 수산화나트륨의 몰비(Mg:Na 몰비)가 1:2 내지 1:5이며, 혼합 시 반응온도가 20℃ 내지 80℃ 이며, 혼합속도가 50 rpm 내지 100 rpm에서 10분 이내로 교반되는 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 제조방법이 기재되어 있다.

한편, 본 발명은 복잡한 단계를 거치지 않고 바로 간수에 알칼리 용액을 첨가하고 겔(Gel) 반응을 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성한 후에 결정화 반응을 실시하여 고순도의 육각판상 수산화마그네슘 분말을 제조함과 동시에 이로부터 분리된 소금액을 농축하여 고순도의 정제염을 얻는 단계를 포함함으로써 생산 공정이 매우 경제적일 뿐만 아니라 이 수산화마그네슘 분말을 고무 및 플라스틱 등의 난연제로 사용할 시 우수한 분산성을 갖는 난연성 수산화마그네슘을 제조하는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0082135호(공개일자 : 2008. 09. 11) 대한민국 등록특허공보 제10-0894872호(공고일자 : 2009. 04. 24) 대한민국 등록특허공보 제10-0985186호(공고일자 : 2010. 10. 05) 대한민국 등록특허공보 제10-1300229호(공고일자 : 2013. 08. 26)

본 발명의 목적은 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 정제한 후 알칼리 용액을 첨가하고 겔(Gel) 반응을 실시하여 합성되는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)에 결정화 반응을 실시하여 고순도의 육각판상 결정형 수산화마그네슘 분말을 제조함으로써 이를 고무 및 플라스틱 등의 난연제로 사용할 시 분산성과 난연성이 우수하며, 또한 수산화마그네슘 분말로부터 분리된 소금액을 농축하여 정제염을 제조하는 단계를 포함함에 따라 생산 공정이 매우 경제적인 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법은, 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 부직포를 이용하여 필터링하고 25 ~ 30℃의 온도를 유지하여 정제 간수를 제조하는 제1 단계; 상기 정제 간수에 알칼리 용액을 첨가하여 40 ~ 60℃의 온도로 겔(Gel) 반응을 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하는 제2 단계; 상기 겔(Gel) 반응 1 ~ 2시간 경과 후 100 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하여 수산화마그네슘 분말을 형성하는 제3 단계; 상기 반응 완료 후 60 ~ 70℃로 냉각하여 수산화마그네슘 분말과 소금액을 분리하는 제4 단계; 상기 수산화마그네슘 분말을 세척하는 제5 단계; 상기 세척된 수산화마그네슘 분말을 100 ~ 125℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 건조한 후 분쇄하는 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 단계에서의 정제 간수는 NaCl 10 ~ 17중량%, MgCl₂ 10 ~ 16중량%를 함유하고 있으며, 상기 제2 단계에서의 알칼리 용액은 20 ~ 50중량%의 NaOH, NH₃ 수용액 중에서 선택되는 어느 1종으로서, 알칼리 용액의 몰비(NaOH/MgCl₂)는 2.0 ~ 2.02 범위로 유지하며, 상기 제3 단계에서의 결정화 반응은 1차 결정화 공정과 2차 결정화 공정을 실시하여 0.5 ~ 2㎛ 입자 크기의 수산화마그네슘 분말을 형성함으로써 육각판상 결정형인 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 본 발명은 상기 제4 단계 후에 분리된 소금액을 농축하여 고순도의 정제염을 제조하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제5 단계의 세척은 물로 2 ~ 5회 1차 세척하고, 약산으로 pH 9가 될 때까지 2차 세척한 후, 다시 물로 1회 3차 세척하는 것이 바람직하며, 상기 제6 단계를 거쳐 제조되는 수산화마그네슘의 순도는 99.5% 이상이고 염소 농도는 30ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법은 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 정제한 후 알칼리 용액을 첨가하고 겔(Gel) 반응단계와 결정화 반응단계를 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성함으로써 순도가 높은 수산화마그네슘 분말을 저비용으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 이를 고무 및 플라스틱 등의 난연제로 사용할 시 상기 수산화마그네슘 분말은 육각판상 결정형으로 인하여 분산성이 우수하여 소량 사용하여도 난연성이 탁월하며, 또한 수산화마그네슘 분말로부터 분리된 소금액을 농축하여 정제염을 회수할 수 있어 제조공정상 매우 경제적인 효과가 있다.

도 1은 실시예 1에 의해 제조된 수산화마그네슘 분말을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 실시예 2에 의해 제조된 수산화마그네슘 분말을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.

본 발명의 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법은, 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 부직포를 이용하여 필터링하고 25 ~ 30℃의 온도를 유지하여 정제 간수를 제조하는 제1 단계; 상기 정제 간수에 알칼리 용액을 첨가하여 40 ~ 60℃의 온도로 겔(Gel) 반응을 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하는 제2 단계; 상기 겔(Gel) 반응 1 ~ 2시간 경과 후 100 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하여 수산화마그네슘 분말을 형성하는 제3 단계; 상기 반응 완료 후 60 ~ 70℃로 냉각하여 수산화마그네슘 분말과 소금액을 분리하는 제4 단계; 상기 수산화마그네슘 분말을 세척하는 제5 단계; 상기 세척된 수산화마그네슘 분말을 100 ~ 125℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 건조한 후 분쇄하는 제6 단계로 이루어진다.

이하에서는 본 발명의 각 단계별 공정을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

먼저, 제1 단계는 천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 부직포를 이용하여 필터링하고 25 ~ 30℃의 온도를 유지하여 정제 간수를 제조하는 공정으로, 이 단계는 자연에서 얻어지는 간수에 포함된 이물질을 제거하고 침전시켜 고품질의 수산화마그네슘을 얻기 위한 준비단계이다.

상기 정제 간수는 통상적으로 간수 총량을 기준으로 NaCl 10 ~ 17중량%, MgCl₂ 10 ~ 16중량%를 함유하는 것이 마그네슘 이온의 침전 반응이 양호하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하기에 경제적이다.

종래에는 간수에 마그네슘(Mg) 이온 외에도 고농도의 여러 이온(Na, K, Ca 이온 등)이 함유되어 있어 알칼리 용액을 첨가할 경우, 고품질의 수산화마그네슘이 생성되는데 방해가 되기 때문에 먼저 마그네슘 이온을 석회(Ca(OH)₂)와 반응시켜 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성한 후 고/액 분리과정을 통해 Na과 다른 이온을 1차 제거하고, 다시 산 용액에 용해시켜 2차 불순물을 제거한 후에 알칼리 용액과 반응시키는 것이 고순도의 수산화마그네슘을 얻을 수 있는 제조방법으로 알려져 있다. 그러나 이런 복잡한 공정으로 인해 설치비용과 제조비용이 높아지는 문제가 있었다.

한편, 제2 단계는 상기 정제 간수에 알칼리 용액을 첨가하여 40 ~ 60℃의 온도로 겔(Gel) 반응을 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하는 공정으로서, 본 발명에서는 상기 정제 간수에 첨가되는 알칼리 용액의 몰비(NaOH/MgCl₂)를 2.0 ~ 2.02 범위로 유지함으로써 마그네슘 이온의 침전이 원활하게 이루어지면서 불순물의 생성을 최대한 방지하여 소규모 설비에 의하더라도 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)의 회수율과 순도가 양호하게 된다. 이때, 염화마그네슘에 대한 알칼리 용액의 몰비(NaOH/MgCl₂)가 너무 작으면 반응성이 부족하고, 너무 크게 하면 생산되는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)에 포함되는 불순물이 증가하여 제품의 품질에 나쁜 영향을 끼치게 된다.

상기 제2 단계에서의 알칼리 용액은 20 ~ 50중량%의 NaOH, NH₃ 수용액 중에서 선택되는 어느 1종을 선택하는 것이 바람직하며, 그 이외의 고순도 석회석이나 석회유(Ca(OH)₂ Slurry) 등을 사용하거나 혼합하는 것은 불순물의 증가로 인하여 고순도의 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하기 어렵고 이를 정제하기 위한 추가적인 공정이 요구된다.

일반적으로, 바닷물 속에 존재하는 마그네슘 이온(Mg⁺²)은 해수의 pH가 증가함에 따라 불안정해지기 때문에 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)으로 침강하는 경향을 나타낸다. 따라서 해수로부터 고순도 마그네시아 원료를 제조할 시 바닷물로부터 마그네슘 이온(Mg⁺²)을 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)의 형태로 채취하기 위한 방편으로 통상 고순도 석회석이나 가성소다(NaOH) 및/또는 석회유(Ca(OH)₂ Slurry)를 투입하여 마그네슘 이온을 침전시켜 수산화마그네슘을 침전시켜 제조해 오고 있으나, 이는 고순도를 요구하는 고부가가치의 제품 생산에 사용하는데 한계가 있고 공침된 불순물들을 제거하기 위한 여러 가지 공정이 추가로 요구된다.

제3 단계는 상기 겔(Gel) 반응 1 ~ 2시간 경과 후 100 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하여 수산화마그네슘 분말을 형성하게 되는데, 겔(Gel) 반응을 통해 생성된 무결정형의 수산화마그네슘은 이러한 결정화 반응을 통해 불순물이 제거되고 순도가 증대될 뿐만 아니라 육각판상 결정형을 형성하여 플라스틱 재료의 난연제로 사용할 시 분산성이 우수하게 되고 그로 인하여 난연성이 향상되는 것이다.

즉, 상기 제3 단계에서의 결정화 반응은 100 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 1차 결정화 공정과 2차 결정화 공정을 연속적으로 실시하는 것이 종래의 결정화 반응에 비해 더욱 간편하게 균일한 입자를 얻는 것으로 연구되었으며, 이러한 결정화 반응공정을 통해 0.5 ~ 2㎛ 입자 크기의 고순도 육각판상 결정형의 수산화마그네슘 분말이 형성된다.

제4 단계는 상기 결정화 반응 완료 후 60 ~ 70℃로 냉각하여 수산화마그네슘 분말과 소금액을 분리하게 되며, 본 발명은 상기 제4 단계 후에 분리된 소금액(모액)을 농축하여 고순도의 정제염을 제조하는 단계를 포함함으로써 그로부터 회수된 정제염은 부가적인 경제적 가치를 창출할 수 있게 된다. 상기와 같이 수산화마그네슘 분말과 분리된 소금액을 농축하여 다양한 기능성 정제염을 생산하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있는 다양한 방법을 채용할 수 있으므로 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.

제5 단계는 상기 수산화마그네슘 분말을 세척하는 공정으로, 상기 제5 단계의 세척은 물로 2 ~ 5회 1차 세척하고, 약산으로 pH 9가 될 때까지 2차 세척한 후, 다시 물로 1회 3차 세척함으로써 순도가 높은 수산화마그네슘 분말을 얻을 수 있으며, 이에 사용되는 약산은 그 구체적인 종류에 제한이 있는 것은 아니지만, 수산화마그네슘 분말과의 반응성, 잔존률, 유해성, 경제성 등을 고려해 볼 때, 초산(CH₃COOH)을 사용하는 것이 가장 바람직한 것으로 조사되었으며, 상기 세척에 사용되는 물은 증류수 또는 물속의 이온이 완전히 제거된 정제수를 사용하는 것이 효과적이다.

마지막으로, 제6 단계는 상기 세척된 수산화마그네슘 분말을 100 ~ 125℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 건조한 후 분쇄하는 공정으로, 건조시간은 무결정형 수산화마그네슘 분말의 경우에는 위와 같은 온도에서 12시간 정도 걸리지만, 본 발명에서 제조되는 수산화마그네슘 분말은 비표면적이 매우 높은 육각판상 결정형이기 때문에 건조시간이 현저히 단축되어 생산성이 향상되는 것이다.

상기와 같은 제6 단계를 거쳐 제조되는 수산화마그네슘의 순도는 99.5% 이상이고 염소 농도는 30ppm 이하인 것을 특징으로 하고 있어 종래의 광석이나 해수, 간수를 정제하여 제조하는 수산화마그네슘에 비해 대략 2 ~ 10% 이상의 순도 향상을 기대할 수 있다.

다음으로, 상기 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법에 관한 실시예를 살펴보기로 하되, 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

소금 제조 후 발생되는 염전 간수(NaCl 13 ~ 16%, MgCl₂ 13 ~ 15% 함유) 2517g을 부직포로 1차 필터링한 후 실온(25 ~ 30℃)으로 유지한다. NaOH/MgCl₂의 몰비를 2.0 ~ 2.02 정도로 하고, 알칼리 용액 NaOH(50%) 568g을 5L 반응기에 투입한 후에 준비된 간수를 천천히 투입한다. Gel공정(40 ~ 60℃) 2시간 경과 후 2회의 결정화 공정을 실시한다. 결정화를 위해 130 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하였다. 반응 완료 후 증류수 3회 세척, 초산(0.1mol) 1회 세척, 증류수 1회 세척 공정을 실시하였다. 세척이 완료된 수산화마그네슘을 105℃ 건조기에서 2시간 동안 건조하여 수산화마그네슘 분말을 제조하였다.

[실시예 2]

소금 저장조에서 발생되는 염전 간수(NaCl 13 ~ 16%, MgCl₂ 13 ~ 15%) 2517g을 부직포로 1차 필터링한 후 실온(25 ~ 30℃)으로 유지한다. NaOH/MgCl₂의 몰비를 2.0 ~ 2.02 정도로 하고, 알칼리 용액 NaOH(50%) 568g을 5L 반응기에 투입한 후에 준비된 간수를 천천히 투입한다. Gel공정(40 ~ 60℃) 2시간 경과 후 2회의 결정화 공정을 실시한다. 결정화를 위해 130 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하였다. 반응 완료 후 증류수 3회 세척, 초산(0.1mol) 1회 세척, 증류수 1회 세척 공정을 실시하였다. 세척이 완료된 수산화마그네슘을 105℃ 건조기에서 2시간 동안 건조하여 수산화마그네슘 분말을 제조하였다.

[실험예]

하기 표 1에는 실시예 1, 2로부터 얻어진 수산화마그네슘에 대한 특성을 측정한 결과를 나타내었으며, 이들을 전자현미경으로 촬영한 사진은 도 1, 도 2와 같다.

항목	실시예 1	실시예 2	비고
Mg(OH)₂ 순도	99.5%	99.6%
LOI(강열감량)	33.2	33.3	800℃ 1h
LOD(건조감량)	0.1%	0.1%	105℃ 2h
평균입도	1.76	1.56
Cl	20ppm	17ppm
Na	8ppm	7ppm
Fe	-	-
L(밝기)	99.8	99.6	Lightness
Wie(백도)	97.2	96.9	Whiteness

상기 표 1의 결과 및 도면에서와 같이, 본 발명의 제조방법으로 염소(Cl) 농도가 매우 낮으면서 순도 99.5% 이상의 육각판상 결정형 수산화마그네슘 분말을 얻을 수 있었으며, 이를 분쇄하고 플라스틱 재료에 첨가하여 난연제로 사용할 경우, 분산성이 우수하여 기존보다 약 20% 정도 적은 양으로 사용하여도 종래의 고순도 수산화마그네슘보다 동등 이상의 난연성을 발휘하게 된다는 사실을 확인하였다.

따라서 본 발명에 따라 제조된 수산화마그네슘은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 각종 고무나 플라스틱 재료에 배합하여 난연성을 부여하는 난연제는 물론 염기성 내화재료인 마그네시아(MgO) 제조용 원료, 폐수용 흡착제, 배연탈황제, 배수중화제, 토질개량제, 각종 의약제 등 탁월한 분산성과 순도로 인하여 화학작용을 나타내는 기능성 물질로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.

Claims

천일염 제조 후에 생성되는 염전 간수를 부직포를 이용하여 필터링하고 25 ~ 30℃의 온도를 유지하여 정제 간수를 제조하는 제1 단계;
상기 정제 간수에 알칼리 용액을 첨가하여 40 ~ 60℃의 온도로 겔(Gel) 반응을 실시하여 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 합성하는 제2 단계;
상기 겔(Gel) 반응 1 ~ 2시간 경과 후 100 ~ 150℃의 온도에서 2 ~ 4시간 동안 결정화 반응을 실시하여 수산화마그네슘 분말을 형성하는 제3 단계;
상기 반응 완료 후 60 ~ 70℃로 냉각하여 수산화마그네슘 분말과 소금액을 분리하는 제4 단계;
상기 수산화마그네슘 분말을 세척하는 제5 단계;
상기 세척된 수산화마그네슘 분말을 100 ~ 125℃의 온도에서 1 ~ 3시간 동안 건조한 후 분쇄하는 제6 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서의 정제 간수는 NaCl 10 ~ 17중량%, MgCl₂ 10 ~ 16중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 알칼리 용액은 20 ~ 50중량%의 NaOH, NH₃ 수용액 중에서 선택되는 어느 1종인 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 정제 간수에 첨가되는 알칼리 용액의 몰비(NaOH/MgCl₂)는 2.0 ~ 2.02 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 단계에서의 결정화 반응은 1차 결정화 공정과 2차 결정화 공정을 실시하여 0.5 ~ 2㎛ 입자 크기의 수산화마그네슘 분말을 형성하는 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 제3 단계를 거쳐 제조되는 수산화마그네슘 분말은 육각판상 결정형인 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제4 단계 후에 분리된 소금액을 농축하여 고순도의 정제염을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제5 단계의 세척은 물로 2 ~ 5회 1차 세척하고, 약산으로 pH 9가 될 때까지 세척한 후, 다시 물로 1회 3차 세척하는 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제6 단계를 거쳐 제조되는 수산화마그네슘의 순도는 99.5% 이상이고 염소 농도는 30ppm 이하인 것을 특징으로 하는 간수를 이용한 난연성 수산화마그네슘의 제조방법.