KR20180135742A - Method of preparing potassium sulfate - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing potassium sulfate, and specifically, provides a method for preparing potassium sulfate, which comprises the following steps: preparing potassium chloride and sulfuric acid; adding the potassium chloride and sulfuric acid to an alcoholic solvent and reacting the mixture; and precipitating the potassium sulfate prepared by the reaction in a solid phase.

Description

황산 칼륨의 제조 방법{METHOD OF PREPARING POTASSIUM SULFATE}METHOD OF PREPARING POTASSIUM SULFATE < RTI ID = 0.0 >

황산 칼륨의 제조 방법에 관한 것이다. To a process for producing potassium sulfate.

황산 칼륨은 무색 무취의 monoclinic 구조를 가질 수 있으며 또는 β상인 othorhombic 구조를 가질 수 있다. 또한, 583℃ 이상에서 α상으로 상전이할 수 있다. Potassium sulfate may have a colorless odorless monoclinic structure, or it may have an othorhombic structure that is a β-state. Phase transition from 583 DEG C or higher to the? Phase.

황산 나트륨과는 달리, 달리 하이드레이트 형태(hydrate form)를 형성하지 않으며, 용해도는 약 25℃에서 120g/L로 높은 편이다. 그 외 물리적 특성 상태밀도 2.66g/cm3, 녹는점 1,069℃이다. Unlike sodium sulfate, it does not otherwise form a hydrate form and its solubility is as high as 120 g / L at 25 ° C. Other physical properties The state density is 2.66 g / cm 3 , melting point is 1,069 ° C.

황산칼륨 제조 방법으로 일반적으로 LeBlanc법과 유사한 방법으로 황산과 반응시켜 염산과 황산칼륨을 얻는다. As a method for preparing potassium sulfate, hydrochloric acid and potassium sulfate are obtained by reacting with sulfuric acid generally by a method similar to LeBlanc method.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

2 KCl + H2SO4 -> 2 HCl + K2SO4 (1)2 KCl + H 2 SO 4 -> 2 HCl + K 2 SO 4 (1)

황산칼륨도 용해도가 높기 때문에 발생된 염산에 모두 용해되서 존재하게 되고 이를 분리하기 위해 증류법을 사용한다. 증류법은 염산을 농축하기 때문에 설비 부식 문제가 있다.Potassium sulfate also dissolves in the generated hydrochloric acid because of its high solubility, and the distillation method is used to separate it. The distillation method has a corrosion problem due to the concentration of hydrochloric acid.

두 번째 방법은 Hargreaves 공정으로 SO2와 산소를 반응시키고, 물과 KCl를 출발물질로서 황산칼륨을 생산하고 염산은 증발시킨다. 이러한 방법은 안정성문제 및 경제성 문제가 있다.The second method involves reacting SO 2 with oxygen in a Hargreaves process, producing potassium sulfate as a starting material with water and KCl, and evaporating hydrochloric acid. These methods have stability and economical problems.

경제적으로, 황산 칼륨을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. Economically, it is intended to provide a method for producing potassium sulfate.

전술한 바와 같이, 황산 칼륨을 제조하기 위한 대표적인 출발 물질은 염화 칼륨이다. As described above, a representative starting material for preparing potassium sulfate is potassium chloride.

이러한 염화 칼륨의 주요 공급원은 염수이며, 이러한 염수에는 칼륨 외에도 다양한 물질을 추출할 수 있다. The main source of this potassium chloride is saline, and various substances besides potassium can be extracted in such brine.

대표적인 물질은 에너지 원소인 리튬이다. 염수로부터 리튬을 추출하고 리튬이 추출된 염수에는 나트륨 다음으로 칼륨의 함량이 높다. 칼륨의 대표적 석출염은 염화 칼륨으로서 염수에서 염화 칼륨을 생산하고 있는 업체는 현재 칠레 SQM이다. A representative material is lithium, an energy element. The salty water from which lithium is extracted from the brine is high in potassium after sodium. The representative precipitation salt of potassium is potassium chloride, and the company that produces potassium chloride in brine is currently Chile SQM.

염화 칼륨은 국내에서 생산되지 않으며, 전량 수입되고 있는 실정으로 2008년 수입물량은 약 65만톤이었으며, 2009년 약 34만톤, 2010년 약 54만톤 2011년 약 73만톤으로 연평균 3.5%씩 증가하고 있다. Potassium chloride is not produced domestically and all of it is imported. In 2008, the import volume was about 650,000 tons. In 2009, about 340,000 tons and 2010 about 540,000 tons, about 730,000 tons, an annual average of 3.5%.

하기 표 1는 아르헨티나 Pozuelos 염수 성분으로 칼륨 함량이 리터당 10g, 염화 칼륨으로 환산할 경우 약 29g/L가 녹아 있다. Table 1 below shows the Pozuelos salt component of Argentina, which contains 10 grams of potassium per liter and 29 grams per liter of potassium chloride.

원소element NaNa KK LiLi CaCa MgMg SS BB ClCl 농도(g/L)Concentration (g / L) 118118 9.549.54 0.7990.799 2.152.15 3.213.21 0.9880.988 0.4640.464 205.7205.7

탄산 리튬 1만톤 생산 기준으로 처리 염수량은 250만톤으로 염화 칼륨이 석출되는 구간에서의 염수는 약 50만m3이 필요하며, 여기서 리터당 50g/L(농축된 농도)의 칼륨이 염화 칼륨으로 석출되므로 약 7만톤이 생산 가능하다. Based on the production of 10,000 tons of lithium carbonate, the treated salt yield is 2.5 million tons, and the salted water in the section where the potassium chloride is precipitated requires about 500,000 m 3 , wherein 50 g / L (concentrated concentration) of potassium is precipitated as potassium chloride Therefore, about 70,000 tons can be produced.

만약 탄산 리튬 2만톤 규모라면 14만톤이며 이는 국내 연간 수입되는 염화 칼륨(73만톤, 4300억원)의 19%이며 817억원의 수입대체 효과가 있다.If it is 20,000 tons of lithium carbonate, it is 140,000 tons, which is 19% of the annual imports of potassium chloride (730,000 tons, 430 billion won) and 81.7 billion won in import substitution effect.

염수에서는 일반적으로 염화 칼륨과과 염화 나트륨이 동시에 석출되게 된다. 이를 분리하기 위해서는 부선법을 이용할 수 있다. 부선법은 SDS와 같은 계면 활성제를 이용하여, 칼륨 화합물을 선별적으로 부유시키는 방법이다. In salt water, potassium chloride and sodium chloride are generally precipitated at the same time. To separate them, the barge method can be used. The flotation method is a method of selectively suspending a potassium compound using a surfactant such as SDS.

전술한 바와 같이, 종래에는 염화 칼륨과 황산을 Aqueous 시스템으로 반응시켜 황산 칼륨을 제조하였다. 그러나, 이는 부생성물인 염산의 처리에 큰 문제가 있다. As described above, conventionally, potassium sulfate and sulfuric acid were reacted with an aqueous system to prepare potassium sulfate. However, this has a great problem in the treatment of hydrochloric acid, which is a by-product.

이에 본 발명의 일 구현예에서는, 용매의 변화를 주는 방법을 적용하였다. 염화 칼륨에서 황산칼륨으로 전화시키기 위해서는 황산이라는 산을 사용해야 한다. 하지만 염화 칼륨을 물에 녹이고 몰비에 맞게 황산이 투입되면 염산과 반응시켰을 때와 마찬가지로 황산 칼륨이 용해되어 염산의 증류를 통해야만 황산 칼륨 분말을 얻을 수 있다. In one embodiment of the present invention, a method of changing the solvent is applied. To call potassium sulfate from potassium chloride, an acid called sulfuric acid should be used. However, when potassium chloride is dissolved in water and sulfuric acid is added in the molar ratio, potassium sulfate is dissolved as in the case of reacting with hydrochloric acid, and potassium sulfate powder can be obtained only by distillation of hydrochloric acid.

황산 칼륨은 알코올계 용매에 녹지 않으며 황산과 염산은 알코올에 가용성이 있다. 따라서 용매를 알코올로 변경하게 되면 투입된 황산에 의해 생성된 황산 칼륨은 염으로 추출될 것이고 황산에 의해 분해된 염화 칼륨의 염소 이온은 염산이 되어 알코올에 용해된다. Potassium sulfate is insoluble in alcoholic solvents, and sulfuric acid and hydrochloric acid are soluble in alcohols. Therefore, when the solvent is changed to alcohol, the potassium sulfate produced by the added sulfuric acid will be extracted into the salt, and the chloride ion of the potassium chloride decomposed by the sulfuric acid becomes hydrochloric acid and dissolved in the alcohol.

염산이 녹아 있는 알코올은 증류시켜 재사용하고, 알코올이 증류되고 남은 물질은 염산 수용액이 되게 된다. 이러한 염산 수용액에는 미반응 칼륨 이온도 포함될 수 있다. The alcohol in which hydrochloric acid is dissolved is distilled and reused, the alcohol is distilled off, and the remaining material becomes an aqueous hydrochloric acid solution. Such an aqueous hydrochloric acid solution may also contain unreacted potassium ions.

결론적으로, 하기 화학식 2와 같이 염화 칼륨에서 황산 칼륨으로 전화시키는데 또 다른 양이온이 투입되지 않기 때문에 2 차 오염이 없어 고순도의 황산 칼륨과 염산를 얻을 수 있다는 장점이 있다. In conclusion, since potassium chloride is converted into potassium sulfate as shown in the following chemical formula 2, since no other cation is added, there is no secondary contamination and potassium sulfate and hydrochloric acid of high purity can be obtained.

[화학식 2](2)

In solvent system: 2KCl (s) + Alcohol (aq) + H2SO4 (aq) -> K2SO4(s) + 2HCl (aq) In solvent system: 2KCl (s) + Alcohol (aq) + H 2 SO 4 (aq) -> K 2 SO 4 (s) + 2HCl (aq)

즉, 본 발명의 일 구현예에서는, 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계; 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계; 및 상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;를 포함하는 황산 칼륨의 제조 방법을 제공할 수 있다. That is, in one embodiment of the present invention, there is provided a method comprising: preparing potassium chloride and sulfuric acid; Adding the potassium chloride and sulfuric acid to an alcoholic solvent and then reacting; And a step of precipitating potassium sulfate produced by the reaction in a solid phase.

상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계;에서, 황산의 농도는 10 내지 20 g/L일 수 있다. 황산의 농도가 적정 범위를 초과하게 되면, 염화 칼륨이 용액 내 충분히 용해되지 못해 반응이 진행되기 어렵다. In the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid, the concentration of sulfuric acid may be 10 to 20 g / L. When the concentration of sulfuric acid exceeds an appropriate range, potassium chloride is not sufficiently dissolved in the solution and the reaction is difficult to proceed.

황산의 농도가 적정 범위보다 낮은 경우에는 황산 용액 내 포함된 물로 인해 생성된 황산 칼륨이 다시 용해되어 황산 칼륨을 고상으로 수득할 수 없게 된다. When the concentration of sulfuric acid is lower than the appropriate range, the potassium sulfate produced by the water contained in the sulfuric acid solution is dissolved again, so that potassium sulfate can not be obtained in a solid phase.

상기 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계;에서, 전체 반응 용액 100부피%에 대해, 알코올계 용매는 30 부피% 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 60 부피% 이상일 수 있으며, 90부피% 이하일 수 있다. In the step of adding the potassium chloride and sulfuric acid to the alcohol-based solvent and then reacting, the alcohol-based solvent may be at least 30% by volume based on 100% by volume of the total reaction solution. More specifically, it may be at least 60 vol.%, And may be at most 90 vol.%.

알코올계 용매의 함량이 증가하게 되면 황산 칼륨의 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 다만, 알코올계 용매의 비용 증가로 인해 경제성이 감소하게 된다. As the content of alcoholic solvent increases, the extraction efficiency of potassium sulfate can be increased. However, the economic cost is reduced due to the increase in the cost of the alcoholic solvent.

상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;이후, 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 분별 증류 방법으로 수행될 수 있으며, 알코올계 용매를 증류시켜 분리할 수 있다. Precipitating potassium sulfate produced by the reaction in a solid phase, and then separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate. This can be carried out by a fractional distillation method, and the alcoholic solvent can be separated by distillation.

이 때 잔류하는 여액은 염산, 및 칼륨을 포함하는 수용액이다. The remaining filtrate is an aqueous solution containing hydrochloric acid, and potassium.

상기 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계;에 의해, 알코올계 용매가 분리된 여액을 상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계의 염화 칼륨 및 황산 원료로 재이용할 수 있다. And separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate, the filtrate from which the alcohol-based solvent has been separated can be reused as the potassium chloride and sulfuric acid raw material in the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid.

상기 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합일 수 있다. 언급한 알코올 종류에 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 황산 칼륨에 대해서는 낮은 용해도를 가지고, 염화 칼륨에 대해서는 상대적으로 높은 용해도를 가지는 알코올계 용매라면 본 발명에 적용될 수 있다. The alcohol-based solvent may be methanol, ethanol, propanol, butanol, or a combination thereof. The present invention is not limited to the above-mentioned alcohol species, and any alcohol-based solvent having a low solubility for potassium sulfate and a relatively high solubility for potassium chloride can be applied to the present invention.

염화 칼륨에서 황산 칼륨으로 직접 전환시킬 수 있는 공정을 제공할 수 있다. 공정이 단축되며 고순도화를 할 수 있어 경제성도 확보할 수 있다. It is possible to provide a process capable of directly converting potassium chloride to potassium sulfate. The process can be shortened and high purity can be achieved, thereby ensuring economical efficiency.

사용된 용매를 재사용 가능한 상태로 회수할 수 있다. The used solvent can be recovered in a reusable state.

반응 생성물인 황산 칼륨의 순도는 95% 이상, 염화 리튬에서 황산 리튬으로 전환율은 80%를 달성할 수 있다. The purity of the reaction product, potassium sulfate, is 95% or more, and the conversion rate from lithium chloride to lithium sulfate is 80%.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 후 추출된 염의 XRD 성분 분석 결과이다.
도 3은 반응 후 여액 중 성분 분석 결과를 황산의 희석 배율에 따라 나타낸 그래프이다.
도 4는 알코올 용매 회수 실험 모식도이다.
1 and 2 are XRD component analysis results of a salt extracted after the reaction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of component analysis in the filtrate after the reaction according to the dilution ratio of sulfuric acid. FIG.
4 is a schematic diagram of an alcohol solvent recovery experiment.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 구현예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예/실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments / embodiments described herein.

실험 방법Experimental Method

구체적인 실험방법으로는 먼저 알코올 30ml를 용매로 이용하여 KCl 18.82g을 넣고 교반을 시킨다. 이때 알코올은 DAEJUNG화금 Ethyl alcohol 94.5%, KCl은 DAEJUNG 화금 Potassium Chloride 를 사용하였으며 Grade는 Extra Pure급의 99%를 사용하였다. As a specific experimental method, firstly, 18.82 g of KCl is added using 30 ml of alcohol as a solvent and stirred. Ethyl alcohol was used in 94.5% of DAEJUNG alcohol, KCl was used in DAEJUNG Potassium Chloride and 99% of Extra Pure grade was used for alcohol.

다음으로 황산 농도에 따른 반응성을 파악하기 위하여 묽은 황산을 농도별로 제조한다. 황산의 농도는 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 70%로 7가지 종류로 제조한다. Next, diluted sulfuric acid is prepared for each concentration to understand the reactivity depending on the sulfuric acid concentration. The concentration of sulfuric acid is 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50% and 70%.

본 실시예에 설명하는 % 농도는 g/L를 의미한다. The% concentration described in this example means g / L.

이때 사용한 황산은 SAMCHUN화학 제품의 Sulfuric Acid 70% solution을 사용하였다. Sulfuric acid 70% solution of SAMCHUN chemical was used for sulfuric acid.

농도별 황산의 제조방법은 70%의 황산에 Deionized water를 섞어 목표한 농도를 제조한다. 농도 10% 황산은 Deionized water 73.56ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 15% 황산은 Deionized water 44.95ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 20% 황산은 Deionized water 30.65ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 30% 황산은 Deionized water 16.34ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 40% 황산은 Deionized water 9.20ml에 70%황산 7.43ml를 희석, 농도 50% 황산은 Deionized water 4.904ml에 70%황산 7.43ml를 희석하여 제조한다. For the production of sulfuric acid by concentration, the desired concentration is prepared by mixing Deionized water with 70% sulfuric acid. Concentrated 10% sulfuric acid was diluted with 73.56 ml of 70% sulfuric acid in 7.45 ml of deionized water, diluted with 44.95 ml of 15% sulfuric acid and 7.43 ml of 70% sulfuric acid to a concentration of 20% sulfuric acid. dilute 70% sulfuric acid (7.43 ml) with 40% sulfuric acid in 16.34 ml of deionized water. Dilute 7.43 ml of 70% sulfuric acid in 9.20 ml of 40% sulfuric acid and add 4. 504 ml of concentrated sulfuric acid to 4.904 ml of deionized water. It is prepared by diluting 7.43 ml of 70% sulfuric acid.

각각의 황산농도 반응성을 파악하기 위해 기 제조한 알코올 용매와 KCl을 섞은 slurry도 7개를 준비한다. Prepare seven slurries containing a mixture of KCl and an alcohol solvent prepared to measure the reactivity of each sulfuric acid concentration.

실험순서 order of experiment

KCl 18.82g + Ethyl alcohol 30ml 30분 교반실시한다. 이후, 농도별로 제조한 황산을 1번의 용액 slurry에 농도별로 각각 투입한다. KCl 18.82g + Ethyl alcohol 30ml The mixture is stirred for 30 minutes. Then, the sulfuric acid prepared for each concentration is added to each slurry of the solution one by one.

1시간 교반후 여과를 실시하고 각각 여액의 농도, 고상침전물의 광물상 분석을 진행한다.After stirring for 1 hour, filtration is carried out and the concentration of the filtrate and the mineral phase of the solid precipitate are analyzed.

여액속 K와 S의 농도를 파악함으로서 알코올 용매에서의 KCl에서 K2SO4의 전환율을 파악할 수 있으며, 추가적으로 광물상 분석을 진행하여 미전환된 KCl이 어떠한 형태의 고상침전물로 남아있는지 알 수 있다. By analyzing the K and S concentrations in the filtrate, the conversion of K 2 SO 4 to KCl in the alcohol solvent can be grasped, and furthermore the mineral phase analysis can be performed to find out what type of solid precipitate remains unconverted KCl.

황산 Sulfuric acid 농도에따른Depending on concentration K2SO4K2SO4 전환율 변화 결과 Conversion rate change result

하기 표 2는 여액속의 K와 S의 농도에 대한 ICP 분석 결과이다. 결과에서 알 수 있듯이 황산의 희석배율이 높아질수록 S의 농도가 낮고, K의 농도가 높아짐을 알 수 있다. Table 2 below shows the results of ICP analysis for K and S concentrations in the filtrate. As can be seen from the results, the higher the dilution ratio of sulfuric acid, the lower the concentration of S and the higher the K concentration.

S의 농도가 낮다는 것은 그만큼 용액 중 용해된 양이 많다는 것을 의미하며, 이는 KCl이 알코올 용매 속에서 황산의 희석배율이 낮을수록 다수 용해되어, K2SO4로 전환이 용이함을 알 수 있다. The low concentration of S means that the amount of dissolved KCl in the solution is large, which means that the lower the dilution ratio of sulfuric acid in the alcohol solvent, the more the KCl is dissolved, and the conversion to K 2 SO 4 is easy.

하지만, 희석배율이 높다는 것은 DI water의 투입량이 많아 K2SO4로 전환은 용이하지만, 생성된 황산 칼륨이 물에 다시 용해되어 전환율은 다소 손해를 볼 수 있다. 이에 따라 황산 농도가 낮은 조건에서의 여액 내 K 농도가 높게 나타난다. However, the high dilution factor suggests that the conversion of K 2 SO 4 into K 2 SO 4 is easy due to the high input of DI water, but the resulting potassium sulfate is dissolved again in water and the conversion is somewhat detrimental. As a result, the concentration of K in the filtrate is high at a low sulfuric acid concentration.

이외에 5% 황산에서는 물의 양이 Insoluble인 알코올에 비해 상대적으로 많아 K2SO4가 석출되지 못하고 그대로 물속에 용해되어 존재하는 것으로 보인다.In addition, in 5% sulfuric acid, the amount of water is relatively higher than that of insoluble alcohol, so that K 2 SO 4 does not precipitate and appears to be dissolved in water.

[표 2] [Table 2]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 후 추출된 염의 XRD 성분 분석 결과이다. 1 and 2 are XRD component analysis results of a salt extracted after the reaction according to an embodiment of the present invention.

XRD 광물상 분석결과 황산 농도가 높은 용액에서는 미반응 KCl과 K3H(SO4)2 K(HSO4)의 수소이온 농도가 높은 용액에서 생성되는 물질이 발생하고 K2SO4는 생성되지 않았다. 하지만, 황산농도가 낮아지는 20%에서는 K2SO4가 생성하기 시작하는 것을 확인 할 수 있었고 도 2에서와 같이 10% 황산에서 K2SO4 단일상을 확인할 수 있었다.XRD mineral analysis showed that K 2 Cl 2 and K 3 H (SO 4 ) 2 K (HSO 4 ) were produced in solution with high hydrogen ion concentration and K 2 SO 4 was not produced in solution with high concentration of sulfuric acid. However, in the 20% that the sulfuric acid concentration decreases was confirmed that K 2 SO 4 in a single-phase 10% sulfuric acid, as shown in Figure 2 could be confirmed that the K 2 SO 4 is started to generate.

도 3은 반응 후 여액 중 성분 분석 결과를 황산의 희석 배율에 따라 나타낸 그래프이다. FIG. 3 is a graph showing the results of component analysis in the filtrate after the reaction according to the dilution ratio of sulfuric acid. FIG.

황산 농도가 높을수록 용액 중 S 농도가 높은 것으로 황산 칼륨이 얻어지지 않은 것으로 판단되며 KCl과 황산이 용액 중 함께 슬러리 상태인 것으로 판단된다. 이는 XRD 결과와도 일치한다. The higher the sulfuric acid concentration, the higher the S concentration in the solution, and it is considered that potassium sulfate was not obtained, and it is judged that KCl and sulfuric acid are in a slurry state together in the solution. This is consistent with the XRD results.

황산 농도가 50%보다 낮아지면서 S의 농도는 낮아지는 것으로 황산칼륨이 생성되었지만, 산성용액에서 K3H(SO4)2 및 K(HSO4)이 소량 생성된 것에 기인한 것으로 XRD 상분석 결과와 일치한다. As the sulfuric acid concentration was lower than 50%, the concentration of S was lowered to produce potassium sulfate, but due to the small amount of K 3 H (SO 4 ) 2 and K (HSO 4 ) produced in the acid solution, the XRD phase analysis .

하지만 황산농도가 20%에서부터 K2SO4의 생성이 시작되어 10% 희석황산에서 단일 상이 얻어진 것을 도 2에 XRD 상분석 결과를 나타내었다. However, the production of K 2 SO 4 from a sulfuric acid concentration of 20% was started and a single phase was obtained in 10% diluted sulfuric acid. The results of XRD analysis are shown in FIG.

즉 황산 농도가 높을 경우(황산의 희석배율이 낮은), 산성 용액에서 KCl이 녹지 않고 남아 용액 중 K 농도가 낮은 것으로 판단되며 황산농도가 낮을수록 KCl이 용해되면서 황산과 반응하고 반응 후 K2SO4는 에탄올에 의해 용해도가 낮아짐에 따라 석출이 일어났다. That is, higher the sulfuric acid concentration (low dilution of the sulfuric acid), in an acidic solution, and it is determined that the low-K concentration of KCl is left not melted solution, the lower the sulfuric acid concentration of KCl Thereafter as the dissolution reaction and the sulfuric acid and the reaction K 2 SO 4 was precipitated as the solubility was lowered by ethanol.

이후 낮은 황산농도에서는 DI water에 재용해되어 일반 물에서 반응했던 것과 같이 반응은 일어났으며, 모두 용해되어 목적 생성물을 얻을 수 없는 상태가 되었다. Then, at low sulfuric acid concentration, the reaction took place as it was reused in DI water and reacted as in the case of general water, and all of them were dissolved and the desired product could not be obtained.

만약 이 용액에 유기용매의 투입량을 증가시키면 목적 생성물이 석출될 것으로 예상하나 경제성을 고려했을 때 그리 바람직하지 않기 때문에 추가 테스트는 진행하지 않기로 하였다. If the amount of organic solvent is increased in this solution, it is expected that the desired product will be precipitated. However, it is not preferable considering economical efficiency.

다만 반응용액 대비 투입 알코올용매의 양이 부피비로 37 부피%에서 염화 칼륨에서 황산 칼륨으로 전환율이 65.7%로 다소 낮았다. However, the conversion rate of potassium alcohol to potassium sulfate was somewhat low at 37% by volume in terms of the volume ratio of the charged alcohol solvent to the reaction solution.

따라서 추가 실험으로 알코올 용매를 반응 용매 부피 대비 62 부피% (50ml)로 늘려 실험을 진행하였다. Therefore, the experiment was carried out by increasing the alcohol solvent to 62 vol% (50 ml) relative to the volume of the reaction solvent.

결과는 알코올용매 양이 늘어남에 따라 전체 용매가 Insoluble 상태의 비율이 높아짐으로써 물속에 용해되어 있던 K2SO4가 추가적으로 석출되었다. As a result, the amount of K 2 SO 4 dissolved in the water was further increased by increasing the ratio of the total solvent to the insoluble state as the amount of the alcohol solvent increased.

10% 황산의 알코올 37 부피%(30ml) 실험은 전환율 65.7%, 순도는 세척후 98.6% 로 나타났으며, 알코올 62 부피%(50ml) 실험은 전환율 84.3%, 순도는 96.4%의 결과를 얻을 수 있었다.Concentration of alcohol was 62.7% (50ml) and the conversion rate was 84.3% and the purity was 96.4%. In the experiment, alcohol content of 10% sulfuric acid 37 vol% there was.

알코올 회수 실험Alcohol recovery experiment

용매로서 사용되었던 알코올의 회수 방법은 분별 증류법을 토대로 실험을 진행하였다. KCl 전환에 사용되었던 알코올의 주요 불순물은 K, Cl, 및 S이다. 표 3에 회수 전 알코올의 ICP 분석결과를 나타내었다. The alcohol recovery method used as the solvent was based on the fractional distillation method. The main impurities of alcohol used in KCl conversion are K, Cl, and S. Table 3 shows the results of ICP analysis of alcohol before recovery.

[표 3][Table 3]

Figure pat00002
Figure pat00002

* 회수 전 알코올의 성분(단위 g/L)* Ingredients of alcohol before recovery (unit g / L)

K, Cl, 및 S가 포함되어있는 500 ml의 알코올 속에는 실제로는 황산 희석 시 사용되었던 물 350 ml, 및 에탄올이 150 ml 존재하고 있다. In 500 ml of alcohol containing K, Cl, and S, 350 ml of water and 150 ml of ethanol were actually present in sulfuric acid dilution.

그러므로 분별 증류 시 물은 그대로 남아있어야 하며 알코올만 증발이 되어 증류하는 방법으로 회수를 해야만 한다. 물의 끓는점이 100℃, 에탄올의 끓는점이 78℃라는 점을 감안하여 약 80℃의 온도에서 350 mbar로 감압을 실시하였다. Therefore, water must remain as it is in fractional distillation, and only alcohol should be evaporated and recovered by distillation. Considering that the boiling point of water is 100 ° C and the boiling point of ethanol is 78 ° C, the decompression is carried out at a temperature of about 80 ° C to 350 mbar.

또한 에탄올 속에 포함된 물의 양이 350 ml이므로 농축액이 350 ml가 될 때까지 감압을 실시하였으며, 실제로도 농축액이 350 ml에서 더 이상 증발이 되지 않고 유지하는 현상을 관찰할 수 있었다. Since the amount of water contained in ethanol is 350 ml, the pressure was reduced until the concentration of the concentrate became 350 ml. In fact, the concentrate was maintained at 350 ml without further evaporation.

즉, 80℃, 350 mbar의 감압증발조건에서 에탄올은 증발이 되었으나 물은 증발되지 않는다는 사실을 알 수 있었다. 위의 방법으로 실험한 모식도를 다음과 같이 도 4와 같이 나타내었다.In other words, it was found that the ethanol evaporated under the reduced pressure of 80 mV and 350 mbar, but the water was not evaporated. The schematic diagram of the experiment by the above method is shown in FIG. 4 as follows.

최종 감압증발실험 후 농축된 물의 양은 350 ml였으며, 증류된 에탄올의 양은 150 ml 였다. 이때 ICP 화학성분 분석결과를 표 4에 나타내었다. After the final vacuum evaporation experiment, the amount of concentrated water was 350 ml, and the amount of distilled ethanol was 150 ml. The results of the ICP chemical composition analysis are shown in Table 4.

[표 4][Table 4]

Figure pat00003
Figure pat00003

* 단위 g/L* Unit g / L

즉, K2SO4 전환 시 유기용매로 사용되었던 알코올은 전량 회수가 가능하며 에탄올 속 불순물의 양도 K(<0.0003 g/L), Cl(0.028 g/L), S(<0.0003 g/L) 로서 재사용이 가능하다고 판단할 수 있다.That is, the total amount of alcohol used as an organic solvent in the conversion of K 2 SO 4 can be recovered and the amounts of impurities in the ethanol are K (<0.0003 g / L), Cl (0.028 g / It can be judged that re-use is possible.

본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention. It is therefore to be understood that the embodiments and / or the examples described above are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (10)

염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계;
알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계; 및
상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;
를 포함하는 황산 칼륨의 제조 방법.
Preparing potassium chloride and sulfuric acid;
Adding the potassium chloride and sulfuric acid to an alcoholic solvent and then reacting; And
Precipitating potassium sulfate produced by the reaction in a solid phase;
&Lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계;에서,
황산의 농도는 10 내지 20 g/L인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Preparing said potassium chloride and sulfuric acid,
And the concentration of sulfuric acid is 10 to 20 g / L.
제1항에 있어서,
상기 알코올계 용매에 상기 염화 칼륨 및 황산을 투입 후 반응시키는 단계;에서,
전체 반응 용액 100부피%에 대해, 알코올계 용매는 30 부피% 이상인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Adding the potassium chloride and sulfuric acid to the alcoholic solvent and then reacting,
Wherein the alcoholic solvent is at least 30% by volume based on 100% by volume of the total reaction solution.
제1항에 있어서,
상기 반응에 의해 생성된 황산 칼륨이 고상으로 침전하는 단계;이후,
잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계를 더 포함하는 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Precipitating potassium sulfate produced by the reaction in a solid phase,
And separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate.
제4항에 있어서,
상기 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계;에 의해,
알코올계 용매가 분리된 여액을 상기 염화 칼륨 및 황산을 준비하는 단계의 염화 칼륨 및 황산 원료로 재이용하는 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Separating the alcohol-based solvent in the residual filtrate,
Wherein the filtrate from which the alcoholic solvent has been separated is recycled as the potassium chloride and sulfuric acid raw materials in the step of preparing the potassium chloride and sulfuric acid.
제4항에 있어서,
상기 잔류 여액 내 알코올계 용매를 분리하는 단계;는,
분별 증류에 위해 수행되는 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Separating the alcoholic solvent in the residual filtrate,
&Lt; / RTI &gt; is carried out for fractional distillation.
제1항에 있어서,
상기 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alcohol-based solvent is methanol, ethanol, propanol, butanol, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 염화 칼륨은 리튬을 포함하는 용액으로부터 추출된 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the potassium chloride is extracted from a solution containing lithium.
제8항에 있어서,
상기 리튬을 포함하는 용액은 염수인 것인 황산 칼륨의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the solution containing lithium is brine.
제9항에 있어서,
상기 염화 칼륨은 염수로부터 추출된 염화 나트륨과 염화 칼륨의 부유 선별에 의해 분리되어 수득된 것인 황산 칼륨의 제조 방법.

10. The method of claim 9,
Wherein the potassium chloride is obtained by separating by distillation of sodium chloride and potassium chloride extracted from brine.

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