KR20190037038A - 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조 방법 - Google Patents
시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법, 이를 이용하여 제조된 염화칼륨, 염화칼륨비료에 관한 것이다. 본 발명의 염화칼륨 제조방법은 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계, 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계, 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계, 불순물 제거 단계 이후에 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계, 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계, 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계, 산출하는 단계에서 생성된 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 용액을 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계 및 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 염화칼륨 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 바이패스 더스트를 이용하여 염화칼륨을 제조하는 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해서 제조된 염화칼륨 및 염화칼륨비료에 관한 것이다.
최근 환경보호의 필요성에 대한 인식이 확산되고 있다. 이러한 인식속에서 자원을 재활용하려는 기술 개발 활동도 증가되고 있다. 지금까지는 종이, 플라스틱, 알류미늄캔 등 생활 쓰레기로 버려지는 것들에 대한 재활용에 집중되어 왔다.
산업 현장에서 버려지는 폐기물 중에도 각종의 유용한 자원이 포함된 경우가 많다. 예컨대, 시멘트 생산 공정에서 발생하는 시멘트 바이패스 더스트의 경우에는 염화칼륨 등과 같이 산업에 필수적인 자원이 상당량 포함되어 있다.
하지만, 산업 폐기물의 경우에는 이를 재활용 과정에서 고도의 재처리 기술이 요구되고, 이러한 재처리 기술이 적용됨에 따라 처리 비용이 상승하게 된다. 이로 인하여 종래에는 산업 폐기물을 재처리하는 것보다는 매립하는 방식이 경제성이 좋으므로, 산업 폐기물에 대한 재처리를 기피하는 경향이 있었다.
또한, 처리 비용의 문제외에도 산업 폐기물의 경우에는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 비소(As) 등의 중금속이 포함되어 있으므로, 이를 제거하기 위해서는 새로운 방식의 재처리 기술이 요구되어 왔다.
이러한 필요성에 따라 시멘트 바이패스 더스트로부터 산업상 필요한 자원을 추출하는 새로운 방식의 제조방법이 요청되고 있는 실정이다.
상술한 필요성에 따라 안출된 본 발명은 제조 공정이 매우 간단하고, 제조 공정의 최종 산출물에서 중금속을 완전히 제거함으로써 산업재로 재활용이 가능한 시멘트 바이패스 더스트를 이용하여 염화칼륨 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 염화칼륨을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법은, 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계, 상기 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 상기 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계, 상기 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계, 상기 불순물 제거 단계 이후에 상기 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계, 상기 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 상기 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계, 상기 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계, 상기 산출하는 단계에서 생성된 상기 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 상기 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 상기 용액을 상기 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계 및 상기 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함한다.
이 경우에, 상기 1차 불순물 제거 단계는, 상기 포스트 탱크에 구비된 이산화탄소 가스 발생기에 이산화탄소 가스를 생성하는 단계와, 상기 제1 상등액의 pH가 9.0보다 크거나 같고 10.5보다 작거나 같을 때까지 상기 이산화탄소 가스를 상기 제1 중금속 제거제로서 상기 포스트 탱크에 공급하는 단계를 포함한다.
이 경우에 , 상기 2차 불순물 제거 단계는, 상기 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면, 기 결정된 농도의 H2O2를 상기 제2 중금속 제거제로서 상기 제1 상등액의 중량대비 1.0% 내지 1.3%의 비율로 상기 포스트 탱크에 투입한다.
한편, 상기 2차 불순물 제거 단계는, 상기 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면, 기 결정된 농도의 NaOCl을 상기 제2 중금속 제거제로서 상기 제1 상등액의 중량대비 0.5% 내지 1.0%의 비율로 상기 포스트 탱크에 투입한다.
한편, 상기 2차 불순물 제거 단계는, 상기 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면, 기 결정된 농도의 K2CO3를 상기 제2 중금속 제거제로서 상기 제1 상등액의 중량대비 0.3% 내지 0.5%의 비율로 상기 포스트 탱크에 투입한다.
이 경우에, 상기 2차 불순물 제거 단계 이후에, 상기 제2 중금속 제거제가 투입된 상기 제1 상등액을 기 결정된 시간동안 교반하는 단계를 더 포함한다.
이 경우에, 상기 교반하는 단계 이후에, 상기 제1 상등액에 폴리염화알루미늄을 응집제로서 첨가하여 침출된 중금속을 응집시키는 단계를 더 포함한다.
이 경우에, 상기 중금속을 응집시키는 단계는, 상기 폴리염화알루미늄을 상기 제1 상등액의 중량에 대비하여 0.3% 내지 1.0%의 비율로 투입하는 단계와, 상기 폴리염화알루미늄이 첨가된 상기 제1 상등액을 1시간 이상 교반하는 단계와, 상기 교반하는 단계 이후에 1시간 이상 중금속을 응집시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 염화칼륨은, 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계, 상기 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 상기 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계, 상기 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계, 상기 불순물 제거 단계 이후에 상기 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계, 상기 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 상기 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계, 상기 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계, 상기 산출하는 단계에서 생성된 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 상기 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 상기 용액을 상기 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계 및 상기 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법에 의해서 제조된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 염화칼륨비료는, 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계, 상기 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 상기 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계, 상기 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계, 상기 불순물 제거 단계 이후에 상기 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계, 상기 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 상기 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계, 상기 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계, 상기 산출하는 단계에서 생성된 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 상기 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 상기 용액을 상기 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계 및 상기 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법에 의해서 제조된 염화칼륨을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 제조 공정이 매우 간단하므로 재처리를 위한 공정 비용이 낮아지고, 제조 공정의 최종 산출물에서 중금속을 제거함으로써 산업재로서의 기준치를 충족하는 염화칼륨을 산출할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법을 구현하기 위한 세미 플랜트의 개념도,
도 2는 더스트, 슬러리 온도 15℃ 조건의 슬러지 및 수득 KCl의 미세구조를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼률 제조방법을 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 불순물 제거 공정을 예시적으로 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차 중금속 제거 공정을 예시적으로 설명하는 흐름도,
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 클링커 제조를 위한 소성 사이클을 설명하는 도면,
도 7는 KCl 제조공정에서 발생된 슬러지의 종류 및 함량변화에 따른 클링커 광물 형상에 대한 편광현미경의 촬영 사진 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 슬러지의 종류에 따른 클링커에 대한 XRD 도면.
도 2는 더스트, 슬러리 온도 15℃ 조건의 슬러지 및 수득 KCl의 미세구조를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼률 제조방법을 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 불순물 제거 공정을 예시적으로 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차 중금속 제거 공정을 예시적으로 설명하는 흐름도,
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 클링커 제조를 위한 소성 사이클을 설명하는 도면,
도 7는 KCl 제조공정에서 발생된 슬러지의 종류 및 함량변화에 따른 클링커 광물 형상에 대한 편광현미경의 촬영 사진 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 슬러지의 종류에 따른 클링커에 대한 XRD 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다양한 실시 예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서 도면의 축적이나 비율은 예시적인 것에 불과하고, 실시 예에 따라 도면에 도시된 본 발명의 구성요소는 모양, 형태, 치수 또는 크기가 다르게 설계될 수 있다.
<세미 플랜트의 구조>
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법을 구현하기 위한 세미 플랜트의 개념도이다. 도 1을 참고하면, 세미 플랜트(100)는 더스트 저장 및 인출 장치(110), 혼합수 저장 탱크(120), 혼합 장치(130), 탈수 장치(140), 중금속 제거 장치(150), 증발 장치(160) 및 산출물 저장 및 출하 장치(170)를 일부 또는 전부 포함한다.
먼저, 더스트 저장 및 인출 장치(110)는 더스트 사일로(111) 및 로터리 댐퍼(112)를 포함한다. 더스트 사일로(111)는 시멘트 킬른(cement kiln)에서 인출되어 이송된 시멘트 바이패스 더스트를 저장한다. 로터리 댐퍼(112)는 더스트 사일로(111)에서 슬래이커(slacker)로 더스트를 투입시키는 장비이다. 로터리 댐퍼(112)는 10ton/h의 용량으로 설계한다.
혼합수 저장 탱크(120)는 상온수, 고온수, 회수수 등을 저장하는 워터 탱크(water tank)이다. 혼합수 저장 탱크(120)의 용량은 14ton의 물을 저장할 수 있도록 설계할 수 있다.
혼합 장치(130)는 슬래이커(131) 및 혼합액 탱크(132)를 포함한다. 슬래이커(131)는 9㎥/h의 용량으로 더스트와 혼합수를 혼합하여 슬러리(Slury)를 생산한다.
슬래이커(131)는 더스트 처리과정 중 더스트 용해를 위해 교반설비로 사용한다. 슬래이커(131)는 두 종류 이상, 예컨대 물과 분체의 물질을 임펠러(Impeller)에 의하여 혼합하는 장치이다.
슬래이커(131)는 더스트와 혼합수의 혼합효율을 높이기 위하여 횡방향 혼합기로 설치한다. 슬래이커(131)의 하부는 V자형으로 설치함으로써, 수평형 구조가 갔는 하부 가장자리의 슬러지가 혼합 또는 배출되지 않는 문제를 제거한다.
또한, 혼합수와 더스트의 혼합액을 휘저어 더스트 내 염화칼륨이 쉽게 용해되도록 하는 교반기(Agitator)의 하부 패들도 슬래이커(131)의 바닥에 맞추어 V자 형으로 설치하여 혼합 및 배출효율을 높일 수 있다. 교반기에는 인버터를 설치하여 교반기의 회전 속도를 조절할 수 있도록 하여 혼합 효율을 극대화 할 수 있다.
슬래이커(131)는 더스트와 물을 1:2 내지 1:3의 비율로 투입하여, 혼합·배출하는데 소요되는 시간이 30분이며 1회에 4.5㎥를 처리할 수 있으므로, 1시간에 9.0㎥를 수세할 수 있다. 즉, 슬레이커(131)는 1시간에 2톤의 더스트를 수세할 수 있는 용량이나 중금속 제거공정에서 중금속을 침출 및 배출에 6시간이 소요되므로 용해공정에서 3시간에 12㎥를 처리하여야 한다. 그러므로, 탈수 및 중금속 제거 공정 등을 감안하여 수세공정 용량을 설계 제작한다. 슬래이커(131)의 바디 및 교반기의 패들은 염소 더스트의 염분에 의해 부식되는 것을 방지하기 위하여 혼합물과 접촉하는 면에는 염분에 강한 스테인레스 재질의 SUS304로 설치한다. 슬래이커는 염소 더스트 1톤과 혼합수 3톤을 혼합하여 충분히 용해될 수 있도록 30분간 교반한다.
혼합액 탱크(132)는 더스트와 물을 혼합하여 저장하는 탱크이다. 혼합액 탱크(132)에는 1차 중금속 제거제(예컨대, 아황산 계열의 중금속 제거제)를 투입하여 슬러리 과정에서 용출된 중금속 등을 침출시킨다.
탈수 장치(140)는 제1 필터 프레스(141), 제2 필터 프레스(142), 원심 분리기(143) 및 로터리 드라이어(Rotary dryer ; 144)을 포함한다. 제1, 2 필터 프레스(141, 142)는 1회당 약 816리터의 혼합수를 여과할 수 있다. 제1, 2 필터 프레스(141, 142)의 1회 동작은 약 36분의 시간이 소요된다.
탈수 장치(140)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 염화칼륨 제조방법에서 탈수공정을 담당한다. 탈수공정은 더스트와 혼합수가 혼합된 용액을 슬러지와 여과액으로 분리시킨다. 혼합수의 필터 프레스 공정, 진공증발기에서 수분증발에 따라 농축된 농축액을 KCl 결정으로부터 탈수시키는 원심분리기공정, 원심분리기에서 탈수된 에 남아있는 수분을 완전 탈수 건조시키는 로터리 드라이어(건조) 공정, 침출된 증금속으로부터 혼합수를 여과시키는 필터 프레스 공정으로 구분된다.
필터 프레스 공정은 정압 여과시킬 수 있는 필터 프레스를 이용하여 여과판 압착 슬러지 투입, 맴브레인 압착탈수, 여과판 해압, 탈수 케익 배출등의 공정으로 설계한다.
필터 프레스는 연속운전이 아닌 회분(Batch)식으로 앞서 언급한 바와 같이 정압여과방식으로 작동한다. 정압여과방식은 압송할 펌프의 압력으로 여액을 분리하는 방식이다. 탈수공정에서 발생된 슬러지를 시멘트 공정에 재활용하기 위해서는 슬러지의 수분함량이 일정해야 하기 때문에 정압방식을 선택하고, 그 압력은 1 ~ 7kg/㎠ 정도로 하였고, 멤브레인 시스템을 설치하여 2차 압착되도록하여 슬러지내 수분의 함량을 40%대로 유지토록 한다. 멤브레인 시스템은 이중막 여과판 격막에 물리적으로 압력을 가하는 여과판 가압장치를 설치하여 여과 발생시 생성된 탈수 를 강제적으로 압축시켜 준다. 처리액성상 등의 조건에 따라 최적의 형식 및 재질을 선정하여 설계한다. 필터 프레스는 프레임, 여과포, 여과판(멤브레인 : 2중막 여과판), 여과판 가압장치, 판분리 장치, 여과포 세척장치, 슬러지 이송펌프로 구성된다. 탈수공정의 필터 프레스 시스템은 슬러지 펌프의 선정이 필터 프레스의 탈수효율을 결정하여 주는 중요한 요소이므로, AOD 펌프를 선정하여 설치한다.
AOD 펌프는 압축공기(1 ~ 7Kg/㎠)를 이용하여 다이아프램으로 1회씩 공기가 공급되면서 샤프트(shaft)에 연결된 두개의 다이아프램을 좌우로 동작시켜, 한쪽 다이아프램의 내면을 밀어주는 압축공기의 힘에 의해 물질을 토출, 흡입시키며 이렇게 계속되는 반복운동으로 물질을 이송 또는 압축하여 탈수기의 탈수용 이송용으로 아주 탁월한 성능을 발휘하는 AOD 펌프를 설치한다.
원심분리기(143)는 5㎥/h의 용량으로 슬러리를 여과액과 슬러지로 분리할 수 있다. 또한, 원심분리기(143)는 진공증발기에서 수분증발에 따라 농축된 농축액을 KCl결정으로부터 탈수시키는 설비이다. 진공증발기로부터 공급된 KCl농축액을 원심분리의 원리를 이용해 성분이나 비중이 다른 KCl결정으로부터 농축액을 탈수시켜 KCl결정은 건조설비로 이송되고, 탈수된 농축액은 진공증발설비로 연속 순화되도록 설치한다.
본 발명의 원심분리기(143)는 데칸타형 원심분리기로 원액이 원심분리기 내부로 연결된 배관에 공급되면 고속으로 회전하는 원통(BOWL)의 강력한 원심력으로 여과액 중에 비중이 상대적으로 높은 KCl결정이 원통 내부로 달라붙게 되고, 농축액은 원통내부에서 회전하여 밖으로 배출되게 함으로써, KCL 결정체와 농축액이 분 리된다. 원통 내부에 달라붙은 KCl 결정체는 원통(BOWL) 내부의 스크류가 회전하 면서 결정체를 긁어 외부로 배출하는 구조를 갖는다.
원심분리기(143)에서 KCl결정체와 분리된 농축액은 2차 증발기의 내부로 다시 보내어 2차 진공증발기에서 재 순화되면서 수분은 증발되고, 농축되며 KCl은 결정화되어 다시 원심분리기로 유입되는 연속순환공정을 거쳐 건조설비인 로터리 드라이어에 투입된다.
원심분리기(143)에서 배출된 KCL결정을 후속공정인 드라이어로 이송하기 위한 이송설비가 필요하다. 원심분리기(143)에서 배출된 KCl결정은 수분을 10 ~ 15%함유하고 있기 때문에 후속 탈수 설비인 드라이어로의 이송을 벨트 컨베이어로 이송 시 벨트에 부착되어 이송 중 유실 및 환경문제가 발생될 수 있으므로, 스크류 컨베이어를 설치한다.
스크류 컨베이어는 U자형의 홈통 속에서 스크류를 회전시켜, 분립체에 축방 향의 추진력을 주어 수송하는 장치이다. 스크류 컨베이어는 분립체와 홈통 및 스크류면 간의 틈을 주어 마찰에 의한 동력 손실을 최소화 되도록 설계한다. 홈통에 커버(덮개)를 밀폐해서 분진의 비산 및 외부 비산 더스트가 유입되지 않도록 한다.스크류 컨베이어는 일반적으로 수평 수송과 호퍼(Hopper)나 사일로(Silo) 또는 로타리 밸브의 하부에 설치하여 분체와 입자가 있는 물체 이송용으로 사용된다. 이송되는 KCl은 염분이 있기 때문에 녹방지를 위해 SUS304 재질로 제작한다.
로터리 드라이어(144)는 300kg/h의 용량으로 여과액을 KCl 염으로 건조한다. 구체적으로 로터리 드라이어(144)는 10% 정도의 수분을 함유하고 원심분리기(143)를 통과한 KCl을 완제품으로 건조하는 설비이다. 진공증발농축장치에서 결정체가 형성된 KCl(염화칼륨)은 농축액과 혼합된 상태로 펌프를 이용하여 원심분리기(143)로 보내지고, 원심분리기(143)에서 용액과 KCl결정으로 분리된다. 원심분리기(143)를 통과한 KCl은 U-자 형 스크류 컨베이어로 이송하여 로터리 드라이어(144)에 투입된다. U-자형 스크류 컨베이어는 KCl의 염분에 의한 부식을 방지하기 위하여 스테인레스 SUS304재질로 제작된다. 기울어진 로터리 드라이어(144)는 회전하는 원통으로 한쪽으로 KCl결정과 증기(steam)을 투입하고, 반대쪽은 덮개로 막아서 외부공기 흡입을 방지하며, 건조된 재료와 공기를 배출 할 수 있도록 하여 건조 효율을 높을 수 있다. 회전 원통의 내부는 재료 투입부에 수분이 다량 포함되어 있으므로 스크레퍼(scraper)를 부착하여 드럼 내부에 부착되는 것을 방지하고, 중간부 부터는 약간 건조되어 결정 형상으로 된 재료를 리프터(Lifter)로 들어 올려서 드럼 직경의 3/4지점에서 낙하시키면서 건조되도록 하여 건조 효율을 높일 수 있다. 드럼의 구동은 드럼 양쪽에 타이어를 설치하여 드럼을 지지하고 드럼 입구부분의 스프라켓(sprocket)을 체인으로 회전시키도록 설계한다. 또한, 드럼 회전은 인버터(inverter)를 설치하여 드럼의 회전속도를 쉽게 변경할 수 있게 한다. 프레임(Frame)은 드럼 및 양쪽 덮개를 지지하는 것으로 경사 각도를 조정할 수 있 도록 하여 배출되는 결정의 건조 정도를 확인하면서 배출되도록 설계한다. 드럼의 경사각도가 클수록 드럼내 결정체가 쉽게 배출되기 때문에, 입구 측 덮개는 재료 투입구 및 열풍 투입구 재료 부착을 방지하기 위한 진동기(vibrator)가 부착된다. 출구 측 덮개는 보수할 수 있는 맨홀 및 점검창 배기 플랜지 공기 역류를 방지하기 위한 플랩댐퍼를 설치한다. 열 팽창을 흡수할 수 있도록 신축이음(expansion joint) 을 설치한다. 로터리 드라이어의 건조는 물성 및 수분의 량에 따라 건조 필요 시간 및 열풍량이 다르므로 원통의 회전 속도를 변환할 수 있도록 하여 건조 상태가 덜 건조되면 회전 속도를 느리게하여 건조 시간을 길게 하고, 경사 각도를 조정하여 건조 상태가 덜 건조 되면 경사 각도를 작게하여 건조 시간을 길게 할 수 있다. 건조기 출구 상부에 배풍기를 설치하여 드라이어 내부를 항상 음압으로 제어할 수 있도록 회전력에 의하여 KCl을 통과시며 완전 건조된 제품(KCl)을 회전력과 로터리 드라이어의 경사에 따른 자동배출 생산되는 시스템으로 설계한다.
중금속 제거 장치(150)는 포스트 탱크(151) 및 여과액 탱크(152)를 포함한다. 포스트 탱크(151)는 12㎥의 용량으로 설계한다. 포스트 탱크(151)에는 제1 상등액이 저장되고, 불순물 제거제(예컨대, CO2)가 투입되며, 기 결정된 시간 동안 유지된다. 포스트 탱크(151)에 저장된 제1 상등액에 포함된 불순물(S이온, Ca이온 등)은 불순물 제거제에 의해서 응집된다. 불순물이 제거 처리된 제1 상등액을 저장하고 있는 포스트 탱크(151)에 제2 중금속 제거제(예컨대, H2O2, K2CO3, NaOCl 등)를 투입하고, 소정의 유지 시간을 유지하면 잔존 중금속 및 불순물의 응집 현상이 이루어진다.
제2 필터 프레스(142)에 의해서 포스트 탱크(151)로부터 유입된 중금속 및 불순물 제거 처리된 제1 상등액을 제2 상등액과 제2 슬러지로 여과한다. 제2 필터 프레스(142)에 의해서 여과된 제2 상등액은 여과액 탱크(153)로 이송되고, 제2 슬러지는 시멘트 원료로 재활용하도록 시멘트 킬른으로 이송한다. 여과액 탱크(152)는 여과액을 저장한다. 여과액 탱크(152)의 용량은 12㎥로 설계하고, 정량 펌프를 구비한다.
증발 장치(160)는 2단으로 구성된 다중진공증발관(161) 및 건조기(162)를 포함한다. 다중진공증발관(161)은 1㎥/h의 용량으로 설계된다. 다중진공증발관(161)은 여과액에 포함된 수분을 증발시키고, 이 과정에서 여과액은 농축된다. 다중진공증발관(161)은 증발된 수분(증기)를 응축하여 혼합수 저장 탱크(120)로 전달한다. 농축수는 원심분리기(143)에서 재탈수 과정을 거치고, 결정으로 분리된다. 원심분리기(143)에서 탈수하여 얻어진 KCl결정은 건조기(144)로 이송된다. 건조기(144)는 일부 수분을 포함하는 KCL 결정을 완전히 건조한다.
산출물 저장 및 출하 장치(170)는 저장 사일로(171) 및 출하설비(172)로 구성된다. 저장 사일로(171)는 염화칼륨을 저장한다. 저장 사일로(171)의 용량은 10㎥로 설계한다. 출하설비(172)는 로터리 댐퍼로 구성되고, 15㎥/h의 용량으로 설계한다.
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혼합수와
더스트의
혼합비율에 따른
KCl의
수득량
변화>
시멘트 바이패스 더스트는 시멘트 소성 공정에서 발생되는 부산물이다. 시멘트 바이패스 더스트(이하, '더스트'라 함)를 구성하는 성분은 이하 표 1과 같다.
상기 표 1을 참고하면, Cl- 의 비율은 20%이고, K2O의 비율은 33.1%, CaO의 비율은 27.4%로 분석된다. 즉, KCl을 구성할 수 있는 K2O와 Cl- 의 함량은 60.5%임임을 확인할 수 있다. 이는 습식분석에서 검량된 K+ 이온을 단순히 산화물로 환산한 결과이기도 하다. 더스트 내에 존재하는 중금속은 Pb, Cd, Cr6 + 및 Cu 등이 존재한다. 시멘트 바이패스 더스트에 존재하는 K2O와 Cl- 에 의해서 KCl이 결정으로 석출된다. KCl 결정은 물에 용해되는 수용성의 특징을 갖는다.
일반적인 조건(대기압, 20℃ 온도)에서 1L의 물에 약 344g의 KCl이 용해된다는 보고가 있다. 또한, 온도 상승에 따라 용해도가 증가되는 경향이 있다. 0℃일 때 281g/L, 20℃일 때 344g/L, 100℃일 때 567g/L의 용해도를 보인다. 그러나 이는 KCl 결정만을 용해할 경우이며, 다른 물질과 혼합되었을 경우에는 용해도의 차이가 발생한다. 그러므로 본 실시예 1에서는 KCl의 용해 조건을 확인하기 위하여 혼합수와 더스트의 혼합 비율에 따라 최종 수득된 KCl의 수득량을 비교분석한 표는 다음의 표 2와 같다.
상기 표 2를 참고하면, 시멘트 바이패스 더스트 100g에 대해서 혼합수를 100g, 150g, 200g, 250g, 300g으로 각각 혼합한 뒤, 각 조건에 대해서 최종 KCl의 수득량을 확인한 결과이다. 더스트와 혼합수의 중량부의 비율이 1:1일 경우 KCl의 수득량은 15.40g이고, 1:1.5일 경우 KCl의 수득량은 23.94g이며, 1:2일 경우 KCl의 수득량은 30.15g이고, 1:2.5일 경우 KCl의 수득량은 33.29g이며, 1:3일 경우 KCl의 수득량은 35.80g이다. 즉, 더스트에 혼합되는 혼합수의 양이 증가하면 KCl의 수득량도 증가함을 확인할 수 있다. 하지만, 더스트와 혼합수의 중량부의 비율이 1:2.0까지는 혼합수의 증가에 따라 KCl의 증가폭이 컸지만, 1:2.5 이후에는 그 증가폭이 둔화됨을 확인할 수 있다.
또한, 더스트에 혼합되는 혼합수의 양이 증가하면, KCl을 추출하고 남은 슬러지를 건조했을 때, 건조 슬러지의 양이 반비례로 감소하게 됨을 다음 표 3과 같이 확인할 수 있다.
이하에서는 더스트와 혼합수의 중량부의 비율을 1:2 내지 3으로 하되, 바람직하게는 더스트와 혼합수의 혼합비율을 중량부 1:3으로 혼합하여 사용한 결과를 중심으로 설명한다.
<슬러리의 온도에 따른
KCl의
수득율
변화>
더스트 100g에 혼합수 200g을 혼합하여 제조한 슬러리를 온도 조건 15℃, 30℃, 50℃ 및 75℃로 변화시켜서 30분 동안 교반한다. 슬러리 온도가 15℃에서 50℃까지 상승해도 KCl의 수득량은 큰 변화가 발생되지 않는다. 그러나 슬러리 온도가 75℃까지 상승할 경우, 수득량은 큰 폭으로 증가한다. 예컨대 15℃에서 KCl의 수득량은 30.15g이고, 30℃에서는 34.17g, 50℃에서는 31.52g, 75℃에서는 40.68g의 KCl이 수득됨을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 혼합수 온도 상승에 따른 KCl 용해도 증가 때문으로 판단된다. 더불어 일정 온도 이하에서는 더스트 입자 내부에 존재하는 KCl의 분해 및 용출이 쉽지 않기 때문이다.
도 2는 더스트, 슬러리 온도 15℃ 조건의 슬러지 및 수득 KCl의 미세구조를 나타내는 도면이다. 도 2를 참고하면 더스트 입자는 1차 입자(1㎛ 이하의 미세입자)가 결합하여 약 15 ~ 20㎛ 크기의 2차 입자로 구성되어 있다. 1차 입자들은 매우 느슨한 형태로 결합되어 있으며, 1차 입자들 사이는 빈공간이 다량 존재한다. 하지만 슬러지 입자는 상대적으로 빈 공간이 없는 치밀한 상태이고 판상의 Ca(OH)2도 일부 관찰된다. 이와 같은 현상은 더스트 교반 과정에서 1차 입자에 존재하는 KCl 등이 용출되어 형상유지가 불가능해지고, 더불어 1차 입자들의 치밀화 및 수화·성장도 진행되기 때문이다. 이와 같은 치밀화 현상으로 KCl 용출은 점차 어려워지나, 슬러지 온도가 일정 온도 이상으로 높아지면 수용해 이온들의 이동이 좀더 활발해 져서 KCl 용출량은 증가하게 된다. 즉 혼합수 온도가 일정 온도 이상일 경우, 더스트 입자 내부로의 수분 이동이 좀더 활발해지고, K+, Cl- 이온의 이동도 용이해지기 때문이다.
그러므로, KCl 수득량을 증가시키기 위해서 혼합수 함량을 1:2 이상으로 제어하고, 슬러리 온도를 75℃로 유지하는 것이 요구된다. 그러나 KCl 수득량 뿐만 아니라, 중금속 용출특성도 고려해야 한다. 다시 말해서 KCl 용출특성이 향상될 경우, 중금속 용출 가능서도 증가하기 때문이다. 즉, 시멘트 바이패스 더스트의 용해를 통한 KCl 수득은 수득량과 더불어 중금속 용출이 이루어지지 않는 적정 범위에서 선정해 주어야 한다.
<슬러리
교반시간에
따른
KCl
수득율
변화>
본 발명의 일 실시 예에 따라 더스트 100g에 혼합수 200g 을 혼합하여 5분, 10분, 20분, 30분 및 40분 동안 각각 교반한다. 이때 슬러리 온도는 15℃로 유지한다. KCl 수득량은 5분 교반시에 가장 낮은 15g이고, 10분 교반시에는 약 29g이다. 그러나 교반시간이 20분을 넘어가도 큰 폭의 수득량 증가는 확인할 수 없다. 하지만, 시료 상태 및 시료 함량 등에 따라 충분한 혼합 및 교반이 이루어져야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 더스트와 혼합수의 혼합 비율이 중량부 1:2이상으로 하고, 슬러리 온도는 75℃ 이상을 유지하고, 교반시간은 최소 10분 이상, 바람직하게는 20분 내지 30분을 유지한다.
<여과액의 유지시간에 따른 중금속 함량 변화>
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 슬러리를 여과한 여과액에 포함된 중금속을 제거하기 위해서 중금속 제거제를 투입한다. 여과액에 중금속 제거제를 투입하여 유지하는 시간을 변화시키면서 중금속의 함량 변화를 관찰한다.
더스트와 혼합수의 혼합비율을 중량부 1:3으로 제어하고, 중금속 제거제로 NaOCl을 투입하며, 유지시간을 5시간에서 10시간까지 1시간 단위로 변환하면서 납(Pb)의 함량을 관찰한다. 다음의 표 4에는 여과액 유지시간에 따라 중금속(Pb)의 함량 변화를 나타낸다.
상기 표 4를 참고하면, 더스트와 혼합수의 혼합비율이 1:3이고, 유지 시간을 5시간 유지할 경우에 NaOCl의 농도가 1%인 경우와 5%인 경우에 각각 납(Pb)의 잔량은 88mg/kg과 20mg/kg으로 나타난다. 유지 시간(Retention Time, 단위 : hour)을 6시간으로 변경하면 납의 잔량은 25.9mg/kg이 되고, 유지 시간을 7시간으로 변경하면 납의 잔량은 24.3mg/kg이 되며, 유지 시간을 8시간으로 변경하면 납은 검출되지 않는다. 즉, 유지 시간을 8시간 이상 유지할 경우에는 여과액에서 납을 검출할 수 없음을 확인할 수 있다.
다음의 표 5는 표 4에 제시된 조건과 동일한 조건이지만 시험 장소를 달리하여 얻어진 시험 데이터를 나타낸다. 표 5는 여과액 유지시간에 따라 중금속(Pb)의 함량 변화를 나타낸다
표 5를 참고하면, 여과액의 유지 시간을 5시간으로 유지할 경우에는 납의 잔량이 56.0mg/kg으로 확인된다. 다만 유지 시간을 5시간 유지하더라도 중금속 제거제의 농도를 1%에서 5%로 변화시킬 경우에는 5시간의 유지 시간에도 납이 검출되지 않는다. NaOCl의 농도가 1%인 경우에도 유지 시간을 6시간 이상으로 유지할 경우에는 여과액에서 납(Pb)이 검출되지 않는다.
상기 표 4와 표 5의 결과에 따르면 여과액에 중금속 제거제를 투입하고, 적어도 6시간 이상을 유지할 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
<중금속 제거제의 비율에 따른 중금속 제거 효과 비교>
본 발명의 일 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트는 산출되는 시기에 따라 구성 성분에 차이가 있으므로, 유지 시간을 10시간으로 유지하고, 더스트와 혼합수의 혼합 비율을 중량부 1:2.5 또는 1:3으로 제어하고, 중금속 제거제의 비율에 따른 중금속(Pb)의 잔량을 비교하면 다음과 같이 표 6 내지 표 11에 나타난 결과를 확인할 수 있다.
상기 표 6을 참고하면, 더스트와 혼합수의 비율을 중량부(wt%) 1:2.5로 제어하고, 중금속 제거제(NaOCl)의 투입량을 더스트 중량 대비 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%로 변화시키면서 중금속의 잔량을 확인한다. 중금속 제거제를 더스트의 중량대비 0.5%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 1.0mg/kg으로 확인된다. 하지만, 중금속 제거제를 1% 이상의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
상기 표 7을 참고하면, 더스트와 혼합수의 비율을 중량부(wt%) 1:3으로 제어하고, 중금속 제거제(NaOCl)의 투입량을 더스트의 중량 대비 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%로 변화시키면서 중금속의 잔량을 확인한다. 중금속 제거제를 0.5%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 0.5mg/kg으로 확인된다. 하지만 중금속 제거제를 1% 이상의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
상기 표 6 및 7의 경우에는 12월에 생산된 시멘트 바이패스 더스트를 사용하고, 중금속 제거제로 NaOCl을 사용한 경우이다.
상기 표 8을 참고하면, 더스트와 혼합수의 비율을 중량부(wt%) 1:2.5로 제어하고, 중금속 제거제(NaOCl)의 투입량을 더스트의 중량 대비 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%로 변화시키면서 중금속의 잔량을 확인한다. 중금속 제거제를 0.5%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 0.7mg/kg으로 확인된다. 하지만 중금속 제거제를 1% 이상의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
상기 표 9를 참고하면, 더스트와 혼합수의 비율을 중량부(wt%) 1:3으로 제어하고, 중금속 제거제(NaOCl)의 투입량을 더스트의 중량 대비 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%로 변화시키면서 중금속의 잔량을 확인한다. 중금속 제거제를 0.5%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 0.6mg/kg 확인된다. 하지만 중금속 제거제를 1% 이상의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
상기 표 8 및 9의 경우에는 3월에 인출된 시멘트 바이패스 더스트를 사용하고, 중금속 제거제로 NaOCl을 사용한 경우이다.
상기 표 10을 참고하면, 더스트와 혼합수의 비율을 중량부(wt%) 1:2.5로 제어하고, 중금속 제거제(H2O2)의 투입량을 더스트의 중량 대비 1.5%, 2%, 2.5%로 변화시키면서 중금속의 잔량을 확인한다. 중금속 제거제를 1.5%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 1.5mg/kg로 확인된다. 하지만, 중금속 제거제를 2% 이상의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
상기 표 11을 참고하면, 더스트와 혼합수의 비율을 중량부(wt%) 1:3으로 제어하고, 중금속 제거제(H2O2)의 투입량을 더스트의 중량 대비 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%로 변화시면서 중극속의 잔량을 확인한다. 중금속 제거제를 0.5%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 4.6mg/kg로 확인되고, 1.0%의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)의 잔량이 19mg/kg로 확인된다. 하지만 중금속 제거제를 1.5% 이상의 중량부로 투입한 경우에는 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
상기 표 10 및 11의 경우에는 5월에 인출된 시멘트 바이패스 더스트를 사용하고, 중금속 제거제로 H2O2 를 사용한 경우이다.
상술한 시험 결과에 기초할 경우, 침전시간이 길어질수록 중금속(Pb)의 함량이 줄어들고, 8시간 이후에는 중금속(Pb)가 검출되지 않는다.
또한, 12월에 산출된 더스트를 이용한 경우에는 NaOCl의 첨가량 및 혼합수량이 증가할수록 KCl의 수득율도 증가함을 확인할 수 있다. 그러나 NaOCl의 첨가량이 일정량 이상일 경우에는 오히려 KCl의 수득량이 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 중금속 제거제로서 NaOCl을 첨가할 경우에 더스트의 중량 대비 1% 중량부 이상을 투입하면 KCl 결정에 중금속(Pb)이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
3월에 산출된 더스트를 이용한 실험에서도 5월에서 산출된 더스트를 이용한 실험의 결과와 유사한 결과를 확인할 수 있다.
또한, 5월에 산출된 더스트를 이용한 실험에서 중금속 제거제로 H2O2 를 첨가하고, H2O2 의 첨가량 및 혼합수량이 증가할수록 KCl의 수득율이 증가함을 확인할 수 있다. 중금속 제거제로 NaOCl을 첨가할 때와 유사하게 일정량 이상 첨가시에는 KCl의 수득량이 감속함을 확인할 수 있다.
이러한 실험 데이터에 따라 더스트와 혼합수의 비율은 1:2.5일 경우에는 H2O2 의 경우에는 더스트의 중량에 대비하여 2% 중량부 이상을 첨가해야 중금속의 검출이 안됨을 확인할 수 있고, 더스트와 혼합수의 비율이 1:3일 경우에는 H2O2 의 경우에는 더스트의 중량에 대비하여 1.5% 중량부 이상을 첨가해야 중금속(Pb)가 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
따라서, KCl의 수득율을 높이면서 중금속의 불검출을 위해서는 더스트와 혼합수의 함량을 1:3 wt%로 제어하고, NaOCl은 더스트의 중량 대비 1.0 wt%으로 제어하고, H2O2 의 경우에는 더스트의 중량 대비 2.0 wt% 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.
<염화칼륨 제조 공정>
1) 제1 실시예
본 발명의 일 실시 예에 따른 염화칼륨 제조 공정은 시멘트 바이패스 더스트로부터 염화칼륨을 녹여내는 용해공정(제1 단계)과, 용해된 염화칼륨 용액에서 중금속 및 칼슘(Ca), 황(S)등 불순물을 제거하는 중금속 및 불순물 제거 공정(제2 단계)과, 중금속 및 불순물이 제거된 염화칼륨 여과액을 다중효용진공관에서 농축시켜 염화칼륨 염을 석출하는 진공증발염석출공정(제3 단계)과 석출된 염화칼륨 염을 건조하는 건조공정(제4 단계)을 포함한다.
<용해 공정>
먼저 용해공정(제1 단계)의 경우, 시멘트 제조 공정에서 산출된 시멘트 바이패스 더스트를 벌크 트럭으로 운반한다. 벌크 트럭의 연결구와 사일로의 커플러(coupler)가 연결되고, 공기 이송장치인 파이프(pipe)로 라인(line)이 구성되며,송풍기로 압송하여 벌크 트럭에서 사일로로 더스트를 공급하여 저장한다(더스트 저장 과정). 이때, 공기 이송장치인 파이프는 사일로에 하중을 받지 않도록 익스팬션 조인트(expansion joint)로 연결한다. 사일로의 호퍼 하부에는 로드 셀(Load Cell)을 설치하고, 로드셀을 이용하여 사일로에 투입되는 더스트의 양을 측정한다.
사일로에 저장된 더스트는 슬래이커(Slacker)로 직접 투입된다. 슬레이커에서 혼합수와 더스트를 혼합하여 슬러리를 제조한다(슬러리 제조 과정). 슬러리 제조 과정에서 KCl, 중금속, 칼슘, 황 등이 용출된다.
<불순물 및 중금속 제거 공정>
슬러리에 첨가되는 1차 중금속 제거제는 폐수처리에 사용되는 아황산 계열의 중금속 제거제를 사용할 수 있다. 1차 중금속 제거제에 의해서 중금속 응집이 끝난 슬러리는 에어다이아프램 펌프(AOD Pump)를 이용하여 1차 필터 프레스(141)로 이송된다.
1차 중금속 제거된 슬러리는 1차 필터 프레스(141)에 의해서 제1 슬러지와 제1 상등액으로 분리된다. 제1 슬러지는 슬러지 호퍼로 이송되고, 이때 발생한 제1 슬러지는 시멘트 원료로 재사용될 수 있다. 또한, 제1 상등액은 제1 포스트 탱크(151-1)로 이송된다.
제1 포스트 탱크(151-1)에 CO2 가스를 투입하여, 제1 상등액에 포함된 불순물(Ca 이온, S 이온)을 제거하고, 제1 상등액의 pH를 중화시킨다. 여기서, CO2 가스는 제1 포스트 탱크(151-1)의 바닥에 설치된 이산화탄소 가스 발생장치에 의해서 버블링되어 생성된다. 이 과정에서 CO2 가스는 제1 상등액 내에 용출되어 있는 Ca이온을 CaCO3로 침출시키고, S이온을 K2SO4, CaSO4, H2O 등으로 침출시켜 제거함으로써 상등액의 pH를 낮춰줄 수 있다(불순물 제거 과정). 여기서, CO2 가스는 제1 상등액의 pH가 9.0 내지 10.5 범위에 도달할 때까지 공급된다. 이를 위해서, 제1 포스트 탱크(151-1)에는 pH를 측정할 수 있는 센서를 구비한다. pH 측정 센서에 의해서 제1 포스트 탱크(151-1)에 저장된 제1 상등액의 pH를 확인할 수 있다.
불순물 제거 과정인 CO2 가스의 투입이 중단되면, 제1 상등액에 2차 중금속 제거제를 투입한다. 정량 펌프를 이용하여 농도 30~34%의 H2O2를 제1 상등액의 중량 대비 1.0 내지 1.3%로 투입하여 제1 상등액 내에 잔존하는 중금속과 불순물을 침전시킨다(제2 중금속 제거 과정). 이때 사용하는 중금속 침전 제거제는 H2O2 이외에 K2CO3, NaOCl 등을 사용할 수 있다, 만약 중금속 제거제로서 K2CO3를 사용할 경우에는 투입량을 상등액 대비 0.3~0.5%로 제어하고, NaOCl를 사용할 경우에는 투입량을 상등액 대비 0.5 ~ 1.0%로 제어한다. 이러한 2차 중금속 제거제는 최소 4 ~ 6시간 동안 제1 상등액과 교반하며 제1 상등액에 잔존하는 중금속을 침출시킨다, 이때 침출된 중금속은 과립형에서 미립자형까지 다양한 크기로 침출된다.
시간이 지나면 침출된 중금속이 해리되기도 하므로 이를 방지하기 위하여 폴리염화알루미늄(polyaluminium chloride) 성분의 응집제를 투입하여 침출된 중금속을 응집 및 응결시킨다.
이때, 응집제 투입량은 시멘트 바이패스 더스트의 중금속 함량, 및 상등액에 침출된 중금속 성상에 따라 상등액 중량 대비 0.3% ~ 1.0%의 비율로 투입하고 1시간정도 교반을 하고, 1시간 이상 동안 응집 및 응결시킨다.
제1 상등액에 불순물 및 중금속 제거 및 응집 처리된 산출물(CaCO3, K2SO4, CaSO4, H2O 등)은 2차 필터프레스(142)에 의해서 제2 슬러지와 제2 상등액으로 분리되고, 제2 슬러지는 슬러지 호퍼로 이송되며, 제2 상등액은 여과액 탱크로 이송된다.
<
진공증발
염석출
공정>
진공증발 염석출 공정(제3 단계)은 진공증발농출설비와 데칸터 원심분리기를 이용하여 제2 상등액(여과액)을 농축하고, 농축액에서 KCl 염을 분리한다. 구체적으로, 진공증발농축설비(161)는 물의 포화 수증기압보다 낮은 조건으로 유지되고 있는 밀폐용기에 고온의 물이 분무되면, 분무된 물은 순간적으로 기화하여 증발이 이루어지게 된다. 증발밀폐용기(161-1, 161-2)를 다중으로 설계함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 상등액의 일부는 진공증발농축설비(161)에 의해서 결정으로 석출되고, 나머지는 용액으로 존재한다. 잔존하는 용액은 원심분리기(143)에 의해서 진공증발농축설비(161)로 다시 이송되고, KCl 결정만을 건조기(144)로 이송시킨다.
진공증발농축설비(161)에서 증발된 잔여 용액은 워터피드(water feed)를 거쳐 혼합수 저장 탱크(120)로 이송된다. 이후 혼합수 저장 탱크(120)에 보관된 용액은 청수와 함께 더스트에 혼합되는 혼합수로 재활용된다.
<건조 공정>
건조 공정(제4 단계)은 기울어져 회전하는 원통으로 이루어진 로터리 드라이어(Rotary Dryer)의 한쪽으로 KCl 결정과 전기 열풍로에서 공급되는 뜨거운 공기를 투입하고, 로터리 드라이어의 반대쪽은 덮개로 막아서 외부공기 흡입을 방지하며 건조된 재료 및 공기를 배출하도록 하여 건조효율을 높을 수 있게 한다.
회전 원통의 내부는 결정 형상으로 된 재료를 리프터(Lifter)로 들어 올려서 드럼 직경의 3/4 지점에서 낙하시키면서 건조되도록 함으로써 건조 효율을 높인다. 드럼의 구동은 드럼 양쪽에 타이어를 설치하여 드럼을 지지하고 드럼 입구부분의 스프라켓(Sprocket)을 체인으로 회전시킨다. 또한, 드럼에는 인버터(Inverter)를 설치하여 드럼의 회전속도를 가변할 수 있도록 설계한다.
로터리 드라이어의 프레임(Frame)은 드럼 및 양쪽 덮개를 지지하는 것으로 경사 각도를 조정할 수 있도록 설계하고, 배출되는 KCl 결정의 건조 정도를 확인하면서 배출될 수 있도록 한다. 드럼의 경사각도가 클수록 드럼 내 KCl 결정체가 쉽게 배출된다. 로터리 드라이어의 입구 측 덮개는 재료 투입구 및 열풍 투입구, 재료 부착을 방지하기 위한 진동기(Vibrator)가 부착되며 출구측 덮개는 보수할 수 있는 맨홀 및 점검창, 배기 플랜지, 공기 역류를 방지하기 위한 플랩 댐퍼(Flap Damper)를 구비하며, 열 팽창을 흡수할 수 있도록 익스팬션 조인트(Expansion Joint)를 설치한다.
로터리 드라이어의 건조는 물성 및 수분량에 따라 건조 필요 시간 및 열풍량이 다르므로 원통의 회전 속도를 변환할 수 있도록 하여 타겟이 건조되면 회전 속도를 느리게하여 건조 시간을 길게하고 경사 각도를 조정하여 타겟의 건조 상태를 건조기 출구 상부에 배풍기를 설치하여 드라이어 내부를 항상 음압으로 제어할 수 있도록 한다. 로터리 드라이어는 회전력에 의하여 KCl를 통과시키며 완전 건조된 타겟(KCl)을 회전력과 로터리 드라이어의 경사에 따른 자동배출 및 생산되도록 설계한다.
원심분리기에서 얻어진 결정은 건조기로 이송되어 완전히 건조되며, 건조된 제품을 저장 사일로로 이송한 뒤 출하하게 된다.
2) 제2 실시예
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼률 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법은 슬러리를 제조하는 단계(S310), 1차 중금속 제거 단계(S320), 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계(S330), 불순물 제거 단계(S340), 2차 중금속 제거 단계(S350), 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계(S360), 염화칼륨 결정을 산출하는 단계(S370), 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계(S380) 및 염화칼륨을 건조하는 단계(S390)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 불순물 제거 공정을 예시적으로 설명하는 흐름도이다. 도 4를 참고하면, 불순물 제거 단계(S340)는, 포스트 탱크에 구비된 이산화탄소 가스 발생기에 이산화탄소 가스를 생성하는 단계(S341)와, 제1 상등액의 pH가 9.0보다 크거나 같고 10.5보다 작거나 같을 때까지 이산화탄소 가스를 불순물 제거제로서 포스트 탱크에 공급하는 단계(S342)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차 중금속 제거 공정을 예시적으로 설명하는 흐름도이다. 도 5를 참고하면, 2차 중금속 제거 단계(S350)는, 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면 기 결정된 농도의 H2O2를 제2 중금속 제거제로서 제1 상등액의 중량대비 1.0% 내지 1.3%의 비율로 포스트 탱크에 투입한다. 이때, 제2 중금속 제거제는 NaOCl, K2CO3 등을 사용할 수 있다. 2차 중금속 제거 단계(S350) 이후에, 제2 중금속 제거제가 투입된 상기 제1 상등액을 기 결정된 시간동안 교반하는 단계(S351)를 추가할 수 있다. 교반하는 단계(S351) 이후에 제1 상등액에 폴리염화알루미늄을 응집제로서 첨가하는 단계(S352)를 추가할 수 있다. 폴리염화알루미늄을 제1 상등액의 중량에 대비하여 0.3% 내지 1.0%의 비율로 투입할 수 있다.
중금속을 응집시키는 단계(S352) 이후에, 폴리염화알루미늄이 첨가된 제1 상등액을 1시간 이상 교반하는 단계(S354)와, 교반하는 단계(S353) 이후에 1시간 이상 중금속을 응집시키는 단계(S355)를 더 실시할 수 있다.
<
슬러지를
이용한 시멘트
클링커
제조>
상술한 바와 같이 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조과정 중에는 슬러지가 발생하며, 슬러지의 재활용을 위해서 시멘트 공정(원료 및 첨가제)에 투입하여 재활용하게 된다. 다만, 슬러지를 시멘트 제조공정에 재투입할 경우에 시멘트의 품질에 직접적인 영향을 미칠 수 있게 된다. 이러한 영향을 확인하기 위하여 슬러지를 이용하여 제조한 시멘트 클링커의 물성을 확인함으로써 슬러지의 재활용 가능성을 검토한다.
1) 출발원료
본 발명에서 시멘트 클링커 제조에 사용된 출발원료는 실제 시멘트 제조 공정에서 사용되는 원료를 사용한다. 또한 슬러지는 상술한 바와 같이 세미 플랜트에서 산출된 슬러지를 완전 건조하여 사용한다. 초기 발생된 슬러지는 Cl 함량이 높아서 시멘트 제조공정에서 공정상의 문제를 야기시킬 수 있으므로, 초기 슬러지는 다른 슬래이커 탱크에 담아 슬러지와 물의 비율을 1:2로 혼합하여 필터 프레스로 2차 탈수 과정을 거쳐 발생된 2차 슬러지내 염분의 함량이 20,000ppm 이하일 경우에 조합원료에 투입한다. 탈수액은 1차 용해시 사용하는 워터 탱크로 순환시켜 재활용한다. 조합원료 및 1, 2차 슬러지는 XRF를 이용하여 분석하면 다음의 표 12와 같다.
염화칼륨 제조과정 중 발생되는 슬러지의 양은 1일 약 10톤 정도 발생된다. 시멘트 공정은 대용량으로 1일 조합원료 사용량이 15,000톤에서 25,000톤에 이른다. 조합원료에 제조과정 중 발생되는 슬러지를 투입하더라도 그 비율은 0.06% ~ 0.3%이므로 무의미하다. 따라서, 이하의 시멘트 클링커 제조 시험은 슬러지를 0.1% 비율로 투입할때와 0.3%로 투입할 때로 가정하여 진행한다. 클링커의 소성시험용 시료는 실제 킬른 공정에서 투입되는 조합원료에 1차 슬러지와 2차 슬러지를 각각 0.1%와 0.3% 첨가하여 혼합기로 30분간 혼합하여 조제한다. 슬러지의 종류 및 첨가함량별 시료의 화학성분은 XRF를 이용하여 분석하고, 분석결과는 다음의 표 13과 같다.
2) 조합원료의 소성실험
KCl 슬러지의 종류 및 혼입량에 따라 준비된 조합원료들을 소성하기 위해서는 조합원료의 성구작업이 필요하다. 분말의 조합원료를 1450℃의 고온 전기로에서 소성시 조합원료의 초기비산과 고온에서 응축으로 인하여 중간부까지 열 전달이 고르게 되지 않아 소성이 불균일하게 되기 때문에 원료 내부까지 열전달이 성구화시키기 위하여 준비된 시료에 물 20%를 투입하여 20~30mm 크기의 구형으로 성구시킨다. 수분이 함유된 성구를 전기로에 직접 소성하면 성구내 수분의 증발로 인하여 성구 및 전기로가 소손되므로 송구들을 완전히 건조시켜야 한다. 성구의 건조는 드라이 오븐에서 100℃로 24시간 동안 완전히 건조시키고 소성실험을 진행한다.
건조된 성구를 고온전기로에 넣고 전기로의 온도를 분당 15℃로 900℃까지 승온한고, 900℃에서 60분동안 탈탄산시킨다. 이때 원료내 CaCO3 는 CO2가 분해되어 CaO로 탈산되고, MgCO3도 MgO와 CO2 로 탈탄산된다. 이때 원료내 순환물질인 S와 K, Cl, Na 성분도 일부 기화되고 일부는 원료에 고형화되게 된다.
CaCO3 와 MgCO3의 반응식은 다음과 같다.
900℃에서 60분동안 탈탄산 후 다시 분단 15℃로 승온하여 1,450℃까지 승온하여 20분 소성한다. 1,450℃에서 소성된 클링커는 1,250℃까지 분당 15℃로 감온하여 대기중에 공기로 급냉한다. 1,450℃의 소성존에서 CaO는 SiO2 , Al2O3, Fe2O3 와결합하여 클링커의 주요광물인 Alite(Tricalcium Silicate, 3CaOSiO2), Belite(Dicalcium Silicate, 2CaOSiO2)와 C3A(Tricalcium Alluminate, 3CaOAl2O3), C4AF(Tetracalcium Allumino Ferrite, 4CaAl2O3Fe2O3)로 변이되고, 냉각과정을 거치면서 변이가 끝나고 광물이 완성된다.
소성된 클링커는 화학분석 및 Free CaO 측정, 현미경에 의한 광물형상과 광물 크기 측정, XRD 분석을 통해 소성정도를 평가한다. 클링커 제조를 위한 소성 사이클은 도 6에 도시된 바와 같다.
3) 클링커의 소성 평가
제조한 클링커는 XRF를 이용하여 화학조성을 분석한다. 편광현미경으로 광물의 성상과 크기를 확인한다. KS L 5120 포틀랜트 시멘트의 화학분석방법에 따라 유리 석회(Free CaO) 정량방법에 따라 유리석회 함량을 측정하여 소성정도를 확인한다. 또한, XRD(X-선회절분석기)를 통한 정성분석으로 KCl 공정 슬러지의 종류 및 함량에 따른 차이를 확인할 수 있다.
실험실 고온전기로에서 조제한 클링커의 화학성분은 조제된 클링커를 크러싱(crushing) 후 시료 100g을 채취하여, 그라인딩 펠릿(grinding pellet) 2정을 첨가하여 디스크 필(disk mill)에서 1분간 분쇄한다. 그 후에 프레스에서 압축, 성형하여 XRF에서 분석한다. 소성 클링커의 화학성분은 다음의 표 14와 같다.
소성 클링커의 화학성분의 분석 결과에 따르면 클링커에서 염소(Cl-)가 전혀 분석되지 않고, 원료에서 0.6%이상 함유되었던 K2O의 함량이 소성후 0.3% 정도 줄어 들었다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 전기로에서 소성 시험시 시멘트 공정과 다르게 휘발성이 강한 K2O와 Cl- 성분이 휘발된 것으로 판단된다. 시멘트 공정에서는 이 휘발 순환물질이 가스화되어 소성로 굴뚝으로 배출되는 과정에서 원료에 다시 흡착되어 소성로에 다시 유입되는 순환과정에서 클링커에 고용되지만, 전기로에서는 순환물질을 가두어 둘 수 있는 장치가 없으므로 클링커에 고형화되지 않고 대기중에 배출된 것으로 판단된다. 1차 슬러지의 K2O가 슬러지 무첨가나 2차 슬러지를 혼합한 클링커보다 낮은 것은 1차 슬러지의 높은 Cl-함량으로 KCl화되어 기화된 것으로 판단되며, 그 외 클링커의 화학성분상의 차이는 확인할 수 없다.
4) 클링커 내 유리석회
소성 정도를 확인하기 위한 또 하나의 방법으로 제조된 클링커 내 유리석회(Free CaO)의 정량을 측정하여 소성정도를 확인한다. 유리석회 함량은 유리 석회(Free CaO) 정량방법(KS L 5120 포틀랜드 시멘트의 화학분석방법)에 따라 실험한다. KCl 공정 슬러지 종류 및 투입량의 변화에 큰 차이가 없음을 확인하였고, 이는 슬러지 투입율이 적었기 때문에 클링커 소성에 영향을 주지 않는 것으로 볼 수 있다. 조제 클링커의 Free-CaO 분석 결과는 표 15와 같다.
5) 편광현미경 분석결과
편광현미경을 이용하여 500배 배율로 클링커 광물의 형태, 크기, 분포상태 등을 관찰하여 KCl 제조공정상 슬러지의 종류 및 함량변화에 따른 클링커 소성 변화를 확인한다.
클링커는 보통 4대 광물로 구성되어 있다. 규산삼칼슘인 Alite(Tricalcium Silicate, 3CaOSiO2), 규산이칼슘인 Belite(Dicalcium Silicate, 2CaOSiO2)와 알무루민산삼칼슘인 Aluminate(C3A, 3CaOAl2O3)와 철알무민산4칼슘인 Ferrite(C4AF, 4CaAl2O3Fe2O3)가 클링커의 4대 광물이다. 이 4대 광물의 형상을 확인함으로써 더스트 슬러지가 클링커의 소성성에 미치는 영향을 확인한다.
소성변화는 클링커내 Alite(Tricalcium Silicate, 3CaOSiO2), Belite(Dicalcium Silicate, 2CaOSiO2)의 광물 형상 및 크기를 중점적으로 확인한다. 알라이트와 베라이트의 간극물질인 Aluminate와 Ferrite는 그 분포도만 확인인한다. Alite는 시멘트 초기강도와 초결에 가장 큰 영향을 주는 것으로 육각판상형의 구조를 갖으며, 소성상태 및 냉각상태가 좋을수록 그 각이 뚜렷해지는 특징이 있다. Belite는 시멘트 장기강도와 종결에 영향을 주는 클링커 광물로 원형의 구조에 빗살형태의 라멜라형상을 갖으며 소성상태 및 냉각상태가 좋을수록 원형 및 라멜라 형상이 뚜렷해진다. 알루미네이트가 많을수록 초기응결이 빨라진다고 알려져 있으나 알루미네이트의 비율은 대부분 조합원료에서 Al2O3 성분 함량으로 결정되므로 페라이트와 함께 분포도만 확인한다.
조제된 클링커를 편광현미경을 이용하여 500배의 배율로 확인한 결과에 따르면, KCl 제조공정 슬러지의 종류 및 함량변화에 따른 클링커 광물 형상이 모두 Alite의 육각판상형 구조가 뚜렷한 형상을 보이고 있다. Belite는 또한 원형상의 빗살형의 라멜라 구조가 잘 발달되었고, Alite와 Belite가 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
Alite와 Belite의 크기도 평균 30~35㎛로 안정된 크기를 나타내고 있다. Alite와 Belite는 크기가 클수록 시멘트 응결 및 콘크리트 반응이 빨라지기 때문에 보통 20 ~ 50 ㎛ 크기가 적당한 것으로 알려져 있다. Alite와 Belite 사이의 흰색과 회색의 형상으로 보이는 간극물질인 Aluminate와 Ferrite의 광물들도 분포상태가 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. KCl 제조공정에서 발생된 슬러지의 종류 및 함량변화에 따른 클링커 광물 형상은 도 7에 도시된 현미경 사진을 통해서 확인할 수 있다.
6) XRD 분석결과
제조된 클링커는 X선 회절분석기에 의한 클링커 구성광물을 분석하였다. 그 조건은 다음의 표 16에 나타나 있다.
KCl 제조공정의 슬러지 종류 및 함량변화에 따른 클링커 XRD 분석 결과를 참고하면, 전체적으로 Calcium Silicate 성분으로 Alite의 피크가 높고 많이 나타나고 있다. 그 다음으로 Belite 성분의 피크가 높고 많이 나타나고 있다. 화학성분상에서도 언급한 바와 같이 K2O와 Cl- 의 성분이 낮기 때문에 XRD 상에서는 거의 찾아볼 수 없었고 이러한 현상은 슬러지의 종류와 투입량에 상관없이 동일하게 나타난다. 도 8에는 슬러지의 종류에 따른 XRD 그래프를 도시하고 있다.
7) 제조된 클링커의 시멘트 물성 평가
제조된 클링커의 시멘트의 물성평가를 위해 먼저 제조된 클링커를 분석하여 응 결지연제로 이수석고를 시멘트 기준 5.9% 첨가하여 2kg Ball Mill에서 KS L 5106 공기 투과 장치에 의한 포틀랜드 시멘트의 분말도 시험방법에 따라 분말도 3,500 ± 50㎠/g이 되도록 분쇄하여 시멘트를 제조한다. 이때 사용한 이수석고는 보령탈황석고를 사용한다. 시멘트 제조에 사용된 석고의 화학성분 분석결과는 표 17에 나타난 바와 같다.
시멘트 제조를 위해 먼저 조제된 클링커를 Jaw Crusher에서 1 ~ 2mm 크기로 조분쇄하고, 석고와 혼합하여 2kg Ball Mill에서 분말도 3,500 ± 50㎠/g이 되도록 미분쇄한다. 시험실 Ball Miil에서 제조된 시멘트는 XRF를 이용하여 화학성분을 분석하고, KS L 5106 공기 투과 장치에 의한 포틀랜드 시멘트의 분말도 시험방법에 따라 측정한다. 분석한 시멘트의 화학성분 및 분말도의 측정결과는 표 18에 나타나 있다.
제조된 클링커의 시멘트의 물성평가는 클링커를 시멘트로 조제하여 KS L 5108 비카트침에 의한 수경성 시멘트의 응결시간 시험방법으로 응결(초결, 종결) 시험을 실시한다. 응결시험은 어떤 특정값에 도달할 때까지 표준주도(Standard Consistence)를 가진 시멘트 페이스트(Cement Paste) 속에 들어가는 바늘의 침입도 를 관찰하여 응결시간을 측장한다. 초결은 시험시작으로부터 바늘과 바닥판의 거 리가 4±1 mm가 될 때를 시멘트의 초결시간으로 삼는다. 종결은 바늘이 0.5mm 관통하였을 때를 종결시간으로 하낟. 응결시험결과 슬러지의 종류와 혼합량에 따른 응결시간의 차이는 보이지 않는다. 응결 시험결과는 표 19에 나타나 있다.
시멘트 압축강도는 KS L ISO 670 시멘트의 강도시험방법에 따라 압축강도(28일)를 실시한다. 압축강도 측정 결과 28일기준 슬러지의 종류와 혼합량에 따른 응결시간의 차이는 보이지 않는다.
비록 본 발명의 예시적인 실시예 및 적용예가 도시되고 설명되었더라도, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 많은 변화 및 수정이 가능하고, 이러한 변형은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있습니다. 따라서, 설명된 실시예는 예시적이지 제한적인 것이 아니며, 본 발명은 첨부된 상세한 설명에 의해서 제한되는 것이 아니지만 청구항의 기술적 범위 내에서 수정가능하다.
100 : 세미 플랜트
110 : 더스트 저장 및 인출 장치
120 : 혼합수 저장 탱크 130 : 혼합 장치(130)
140 : 탈수 장치 150 : 중금속 제거 장치
160 : 증발 장치 170 : 산출물 저장 및 출하 장치
120 : 혼합수 저장 탱크 130 : 혼합 장치(130)
140 : 탈수 장치 150 : 중금속 제거 장치
160 : 증발 장치 170 : 산출물 저장 및 출하 장치
Claims (10)
- 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계;
상기 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계;
상기 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 상기 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계;
상기 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계;
상기 불순물 제거 단계 이후에 상기 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계;
상기 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 상기 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계;
상기 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계;
상기 산출하는 단계에서 생성된 상기 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 상기 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 상기 용액을 상기 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계; 및
상기 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제1 항에 있어서,
상기 불순물 제거 단계는, 상기 포스트 탱크에 구비된 이산화탄소 가스 발생기에 이산화탄소 가스를 생성하는 단계와,
상기 제1 상등액의 pH가 9.0보다 크거나 같고 10.5보다 작거나 같을 때까지 상기 이산화탄소 가스를 상기 불순물 제거제로서 상기 포스트 탱크에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제2 항에 있어서,
상기 2차 중금속 제거 단계는, 상기 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면, 기 결정된 농도의 H2O2를 상기 제2 중금속 제거제로서 상기 제1 상등액의 중량대비 1.0% 내지 1.3%의 비율로 상기 포스트 탱크에 투입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제2 항에 있어서,
상기 2차 중금속 제거 단계는, 상기 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면, 기 결정된 농도의 NaOCl을 상기 제2 중금속 제거제로서 상기 제1 상등액의 중량대비 0.5% 내지 1.0%의 비율로 상기 포스트 탱크에 투입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제2 항에 있어서,
상기 2차 중금속 제거 단계는, 상기 이산화탄소 가스의 공급이 종료되면, 기 결정된 농도의 K2CO3를 상기 제2 중금속 제거제로서 상기 제1 상등액의 중량대비 0.3% 내지 0.5%의 비율로 상기 포스트 탱크에 투입하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 중금속 제거 단계 이후에, 상기 제2 중금속 제거제가 투입된 상기 제1 상등액을 기 결정된 시간동안 교반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제6 항에 있어서,
상기 교반하는 단계 이후에, 상기 제1 상등액에 폴리염화알루미늄을 응집제로서 첨가하여 침출된 중금속을 응집시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 제7 항에 있어서,
상기 중금속을 응집시키는 단계는, 상기 폴리염화알루미늄을 상기 제1 상등액의 중량에 대비하여 0.3% 내지 1.0%의 비율로 투입하는 단계와,
상기 폴리염화알루미늄이 첨가된 상기 제1 상등액을 1시간 이상 교반하는 단계와,
상기 교반하는 단계 이후에 1시간 이상 중금속을 응집시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법. - 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계, 상기 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 상기 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계, 상기 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계, 상기 불순물 제거 단계 이후에 상기 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계, 상기 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 상기 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계, 상기 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계, 상기 산출하는 단계에서 생성된 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 상기 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 상기 용액을 상기 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계 및 상기 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법에 의해서 제조된 염화칼륨.
- 시멘트 바이패스 더스트에 혼합수를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리에 제1 중금속 제거제를 투입하여 중금속을 침출시키는 1차 중금속 제거 단계, 상기 슬러리를 제1 상등액과 제1 슬러지로 분리하고, 상기 제1 상등액을 포스트 탱크에 저장하는 단계, 상기 포스트 탱크에 불순물 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 불순물을 침출시키는 불순물 제거 단계, 상기 불순물 제거 단계 이후에 상기 제1 상등액에 제2 중금속 제거제를 투입하여 상기 제1 상등액에 포함된 잔존 중금속을 침출시키는 2차 중금속 제거 단계, 상기 2차 중금속 제거 단계 이후에 생성된 물질을 제2 상등액과 제2 슬러지로 분리하고, 상기 제2 상등액을 여과액 탱크에 저장하는 단계, 상기 제2 상등액을 진공증발농축 장비에 의해서 염화칼륨 결정을 산출하는 단계, 상기 산출하는 단계에서 생성된 염화칼륨 결정과 용액을 원심분리하여 상기 염화칼륨 결정을 건조기로 이송하고, 상기 용액을 상기 진공증발농축 장비에 재투입하여 염화칼륨 결정을 재산출하는 단계 및 상기 염화칼륨 결정을 건조하여 염화칼륨을 산출하는 단계를 포함하는 시멘트 바이패스 더스트를 이용한 염화칼륨 제조방법에 의해서 제조된 염화칼륨을 포함하는 염화칼륨비료.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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