KR20190050236A - Method for extracting calcium ions from inorganic materials containing alkaline ions for indirect carbonation process - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for extracting calcium ions from inorganic materials containing alkaline ions such as steel-making slag for an indirect carbonation process. According to an embodiment, the method for extracting calcium ions comprises the following steps of: dissolving ions contained in the inorganic materials containing alkaline ions in an eluting agent such as a hydrogen chloride solution; immersing and separating a foreign substance except for calcium ions by adjusting pH concentration by adding a basic solution to the eluting agent containing the ions; and immersing and separating calcium hydroxide by inputting sodium hydroxide (NaOH) to the basic solution in which the calcium ions are dissolved.

Description

간접 탄산화 공정을 위한 알칼리이온 함유 무기물로부터의 칼슘 이온 추출 방법{Method for extracting calcium ions from inorganic materials containing alkaline ions for indirect carbonation process}[0001] The present invention relates to a method for extracting calcium ions from an alkaline ion-containing inorganic material for an indirect carbonation process,

본 발명은 간접 탄산화 공정을 위하여, 제철슬래그 등과 같은 산업 부산물이나 산업 폐기물로부터 알칼리이온들을 추출하고, 추출된 알칼리이온들로부터 타이온을 분리함으로써 고순도의 칼슘 이온을 추출하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for extracting high-purity calcium ions by extracting alkaline ions from industrial by-products or industrial wastes such as steel slag and the like, and separating tions from the extracted alkali ions for the indirect carbonation process.

최근 이산화탄소 배출의 급격한 증가로 인해 지구의 급속한 온난화를 초래하였다. 이에 대한 대응 방안으로 이산화탄소의 제거 및/또는 자원화 방안이 제시되고 있는데, 이를 이산화탄소 포집 및 저장(Carbon Capture & Storage, CCS) 기술이라고 한다. CCS 기술은 이산화탄소(CO2)가 대기로 배출되기 전에 고농도로 모은 후 압축 수송해 저장하는 기술을 통칭한다. CCS 기술의 하나가 이산화탄소의 자원화인데, 이것은 이산화탄소를 다른 형태의 물질로 변화하여 이를 자원으로 활용하는 것을 가리킨다. 예를 들어, 탄산화 공정(carbonation process)은 이산화탄소를 탄산칼슘으로 변환하는 것으로, 이를 통하여 수득되는 탄산칼슘은 건축 자재 등 다양한 산업 활동에 활용하려는 연구가 이루어지고 있다. The recent rapid increase in carbon dioxide emissions has resulted in rapid global warming. As a countermeasure against this, a carbon dioxide removal and / or recycling method is suggested, which is called a carbon capture and storage (CCS) technique. CCS technology collects carbon dioxide (CO2) at high concentration before it is discharged to the atmosphere, and collectively refers to the technology of compressing and transporting it. One of the CCS technologies is the recycling of carbon dioxide, which refers to the conversion of carbon dioxide into other forms of material and utilization of it as a resource. For example, the carbonation process converts carbon dioxide into calcium carbonate, and the calcium carbonate obtained through the carbonation process is being used for various industrial activities such as building materials.

이산화탄소를 탄산칼슘으로 변환하기 위해서는 칼슘 또는 칼슘 이온(이하, '칼슘 이온'이라고 한다)이 필요하다. 그리고 칼슘 이온의 공급원의 하나로 제철슬래그(slag) 등과 같은 산업 부산물 또는 폐기물을 활용할 경우에, 자원의 재활용 측면에서도 도움이 된다. 이와 같이, 산업 부산물 또는 폐기물로부터 분리된 칼슘 이온을 활용하여 탄산칼슘을 생성하는 것을 간접 탄산화 공정(indirect carbonation process)이라고 한다. 다만, 이 경우에 칼슘 이온에 함유되어 있는 불순물(이하, '타이온'이라 한다)의 양이 증가할수록 간접 탄산화 공정의 효율이 떨어질 수 있다. 왜냐하면, 칼슘 이온을 추출하는 과정에서 타이온이 함께 추출될 경우에는 최종 생성물인 칼슘 이온의 순도가 떨어지며, 타이온의 함유량만큼 탄산화 반응의 효율도 떨어뜨리기 때문이다. 따라서 간접 탄산화 공정의 효율을 증진시키기 위해서는 칼슘 이온에 포함되는 타이온(불순물)의 양을 최소화하기 위한 타이온의 분리 방법이 필요하다.In order to convert carbon dioxide to calcium carbonate, calcium or calcium ions (hereinafter referred to as " calcium ions ") are required. Also, as one of the sources of calcium ions, it is helpful in terms of resource recycling when utilizing industrial by-products or wastes such as steel slag and the like. Thus, the production of calcium carbonate by utilizing calcium ions separated from industrial by-products or wastes is referred to as an indirect carbonation process. However, in this case, the efficiency of the indirect carbonation process may decrease as the amount of the impurity (hereinafter referred to as "tion") contained in the calcium ion is increased. This is because, when the tion is extracted together with the extraction of calcium ions, the purity of the final product, calcium ion, is lowered and the efficiency of the carbonation reaction is lowered by the content of tion. Therefore, in order to improve the efficiency of the indirect carbonation process, a tie separation method is needed to minimize the amount of tie (impurity) contained in the calcium ion.

한국공개특허 제10-2014-0095194호Korean Patent Publication No. 10-2014-0095194 한국등록특허 제10-1549980Korean Patent No. 10-1549980

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 제철슬래그와 같은 알칼리이온 함유 무기물로부터 타이온을 효과적으로 분리함으로써 불순물의 함유가 최소화된 칼슘 이온을 추출할 수 있는 알칼리이온 함유 무기물로부터의 칼슘 이온 추출 방법을 제공하는 것이다.One of the problems to be solved by the present invention is to provide a method for extracting calcium ions from an alkali ion-containing inorganic material capable of extracting calcium ions whose content of impurities is minimized by effectively separating tions from alkaline ion-containing inorganic substances such as steel- will be.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 알칼리이온 함유 무기물로부터의 칼슘 이온 추출 방법은 (a) 알칼리이온 함유 무기물에 포함되어 있는 함유 이온들을 용출제에 용해시켜서 용출시키는 단계, (b) 상기 함유 이온들이 포함된 용출제 용액에 염기성 용액을 투입하여 pH 농도를 조절함으로써 칼슘 이온 이외의 타이온들을 침전시켜 분리하는 단계 및 (c) 칼슘 이온이 용해된 상기 염기성 용액에 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 수산화칼슘을 침전시켜 분리하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for extracting calcium ions from an alkali ion-containing inorganic material, comprising the steps of: (a) dissolving and dissolving ions contained in an alkali ion- b) precipitating tions other than calcium ions by adjusting the pH concentration by adding a basic solution to the solution containing the ion containing ions, and (c) adding sodium hydroxide (NaOH ) Is added to precipitate and separate calcium hydroxide.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 단계 (b)에서 상기 pH 농도는 9.5 이상으로 조절될 수 있다. According to an aspect of the embodiment, in step (b), the pH concentration may be adjusted to 9.5 or more.

상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 단계 (b)에서 상기 염기성 용액은 수산화암모늄(NH4OH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 포함할 수 있다. According to another aspect of the embodiment, in the step (b), the basic solution may include ammonium hydroxide (NH4OH) or sodium hydroxide (NaOH).

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 칼슘 이외의 타이온은 마그네슘(Mg), 규소(Si) 및 알루미늄(Al) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. According to another aspect of the embodiment, the tantalum other than calcium may include at least one of magnesium (Mg), silicon (Si), and aluminum (Al).

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 단계 (c)에서는 pH가 13 이상이 되도록 상기 수산화나트륨을 투입할 수 있다. According to still another aspect of the present invention, in step (c), sodium hydroxide may be added so that the pH is 13 or higher.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 칼슘 이온 추출 방법은 (d) 수산화칼슘이 분리된 용액을 전기 분해하여 수산화나트륨을 수득하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계 (d)에서 수득한 수산화나트륨은 후속되는 칼슘 이온 추출 공정에서 상기 단계 (c) 또는 상기 단계 (b)와 (c)에서 사용될 수 있다. According to another aspect of the embodiment, the calcium ion extraction method further comprises the step of (d) electrolyzing the separated solution of calcium hydroxide to obtain sodium hydroxide, and the sodium hydroxide obtained in step (d) (C) or (b) and (c) in a calcium ion extraction process.

전술한 본 발명의 실시예에 의하면, 칼슘 이온과 타이온들과의 용해도 차이, 특히 pH 9.5 이상에서 나타나는 용해도 차이 특성을 이용하여 칼슘 이온과 타이온을 분리하기 때문에, 타이온을 효율적으로 제거함으로써 수득하는 칼슘 이온의 순도를 높일 수가 있다. 그리고 이러한 높은 순도의 칼슘 이온은 간접탄산화 공정에 활용하면, 간접탄산화 공정의 효율을 높일 수가 있다. 아울러, 수산화칼슘을 분리하고 남은 용액으로부터 수산화나트륨을 수득하여 후속되는 칼슘 이온의 추출 공정에 재활용할 수가 있기 때문에 전체 공정 비용을 낮출 수가 있다. According to the embodiment of the present invention described above, since the calcium ion and the tion are separated using the difference in solubility between calcium ion and tions, particularly, the solubility difference property at pH 9.5 or more, the calcium obtained by efficiently removing tion The purity of the ions can be increased. These high-purity calcium ions can be used in the indirect carbonation process to increase the efficiency of the indirect carbonation process. In addition, the sodium hydroxide can be recovered from the remaining solution by separating the calcium hydroxide and can be recycled to the subsequent extraction process of calcium ions, so that the entire process cost can be lowered.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간접 탄산화 공정을 위한 제철슬래그로부터의 칼슘 이온 추출 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 2는 표 3의 염화수소 용액의 농도별 이온 추출량을 그래프로 도시한 것이다.
도 3은 pH의 변화에 따른 칼슘 및 타이온의 용해도를 보여 주는 그래프(pC-pH diagram)이다.
도 4는 단계 S20 공정의 pH 조절을 위하여 수산화암모늄 용액을 투입한 경우의 실험 결과를 보여 주는 그래프이다.
도 5는 단계 S20 공정의 pH 조절을 위하여 수산화나트륨 용액을 투입한 경우의 실험 결과를 보여 주는 그래프이다.
도 6은 샘플에 대한 XRD 패턴 분석 결과를 보여 주는 그래프이다.
도 7은 도 1을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따라서 단계 S30까지 칼슘 이온 추출 방법을 수행한 이후에 잔류 용액을 증발시켜서 염화나트륨이 잔류 용액에 존재하는 것을 확인하는 과정까지 도시한 흐름도의 일례이다.
도 8은 도 1의 단계 S40에서 수행되는 전기 분해 공정의 구성도의 일례이다.
도 9는 도 1을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따라서 단계 S40까지 칼슘 이온 추출 방법을 수행하는 과정을 도시한 흐름도의 일례이다.
1 is a flowchart showing a method of extracting calcium ions from a steel slag for an indirect carbonation process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing ion extraction amounts of the hydrogen chloride solution of Table 3 according to concentration. FIG.
FIG. 3 is a graph (pC-pH diagram) showing the solubility of calcium and tion with changes in pH.
FIG. 4 is a graph showing experimental results when an ammonium hydroxide solution is added for pH control in step S20. FIG.
FIG. 5 is a graph showing experimental results when sodium hydroxide solution is added for pH control in step S20. FIG.
6 is a graph showing an XRD pattern analysis result for a sample.
FIG. 7 is a flow chart illustrating the process of confirming that sodium chloride is present in the residual solution by evaporating the residual solution after performing the calcium ion extraction method up to step S30 according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. It is an example.
8 is an example of a configuration diagram of the electrolysis process performed in step S40 of Fig.
FIG. 9 is an example of a flowchart illustrating a process of performing the calcium ion extraction method up to step S40 according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms and words used in the present specification are selected in consideration of the functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the intention or custom of the invention. Therefore, the terms used in the following embodiments are defined according to their definitions when they are specifically defined in this specification, and unless otherwise specified, they should be construed in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간접 탄산화 공정을 위한 제철슬래그로부터의 칼슘 이온 추출 방법을 보여 주는 흐름도이다. 1 is a flowchart showing a method of extracting calcium ions from a steel slag for an indirect carbonation process according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 염화수소(HCl) 용액을 이용하여 제철슬래그에 함유된 이온들을 용해시켜서 추출한다(S10). 일례로, 2M HCl 용액 100ml를 이용하여 10g의 제철슬래그 내 칼슘 이온과 타이온을 추출할 수 있다(25℃). 추출 결과, 제철슬래그에 포함되어 있는 여러 가지 알칼리이온 등은 용액에 용해되어 존재하며, 제철슬래그를 형성하는 그 이외의 물질들(고형물)은 침전물로서 여과하여 걸러낸다. Referring to FIG. 1, first, ions contained in a steel slag are dissolved and extracted using a hydrogen chloride (HCl) solution (S10). For example, 100 ml of 2M HCl solution can be used to extract 10 g of calcium ions and tions in the steel slag (25 ° C). As a result of extraction, various alkali ions and the like contained in the iron slag exist in the solution and other substances (solid matter) forming the iron slag are filtered and filtered as a precipitate.

본 발명의 실시예에서 단계 S10에서의 제철슬래그는 산업 부산물 또는 산업 폐기물의 일례로서, CCS 기술 중에서 간접광물탄산화 공정에 적용시킬 수 있는 물질을 가리킨다. 따라서 단계 S10에서의 제철슬래그는 적어도 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등의 알칼리이온과 함께 추가적으로 규소(Si) 등을 주성분으로 포함하는 "알칼리이온 함유 무기물"의 일례에 해당한다. 알칼리이온 함유 무기물은 예컨대, 폐시멘트, 슬래그, 플라이 애쉬, 펠드스파(Feldspar; CaAl2Si2O8), 포스테라이트(Forsterite; Mg2SiO4), 그라우코나이트(Glauconite), 일메나이트(Ilmenite; FeTiO3), 리스트웨나이트(Listwanite; carbonated serpentinite), 마그네타이트(magnetite), 오리빈(Olivine; (Mg,Fe)2SiO4), 오포카(Opoka), 써펜틴(Serpentine), 써펜티나이트(Serpentinite), 탈크(talc; Mg3Si4Si10(OH)2), 월라스토나이트(Wollastonite; CaSiO3) 또는 이들 둘 이상의 조성물일 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다.The steel slag in step S10 in the embodiment of the present invention is an example of industrial by-products or industrial waste, and refers to a substance that can be applied to the indirect mineral carbonation process among the CCS techniques. Therefore, the steel-making slag in step S10 corresponds to at least one example of an " alkaline ion-containing inorganic material " containing alkaline ions such as calcium (Ca), magnesium (Mg) do. Examples of the alkali ion-containing inorganic material include waste cement, slag, fly ash, Feldspar (CaAl2Si2O8), Forsterite (Mg2SiO4), Glauconite, Ilmenite (FeTiO3) (Mg, Fe) 2SiO4), Opoka, Serpentine, Serpentinite, talc (Mg3Si4Si10), talc (OH) 2), wollastonite (CaSiO3), or a combination of two or more thereof.

아래 표 1과 표 2는 칼슘 이온을 포함하는 알칼리이온 함유 무기물의 일종인 제철슬래그 등에 포함되어 있는 칼슘 이온의 양을 보여 주는 것으로서, 표 1은 EDS 분석(analysis) 결과이고 표 2는 IC/ICP 분석 결과이다. 후술하는 본 발명의 실험예에서는 제철슬래그 1을 사용하여 실험을 진행하였다. Table 1 and Table 2 below show the amounts of calcium ions contained in steel slag, which is a kind of alkali ion-containing inorganic material containing calcium ions. Table 1 shows the results of EDS analysis. Table 2 shows IC / ICP The results of the analysis. In the experimental example of the present invention to be described later, the experiment was conducted using steel slag 1.

Figure pat00001
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Figure pat00002
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그리고 전술한 단계 S10에서 사용된 용제인 염화수소(HCl)는 칼슘 이온을 포함하여 알칼리이온 등을 추출할 수 있는 용출제의 일례이다. 따라서 용출제는 염화수소 용액에만 한정되는 것은 아니며, 동일한 기능, 즉 적어도 칼슘 이온을 용해시켜서 제철슬래그로부터 추출할 수 있는 기능을 수행하는 용액은 그 종류에 상관없이 사용될 수 있다. The hydrogen chloride (HCl) used as the solvent in step S10 is an example of an extraction agent capable of extracting alkali ions and the like, including calcium ions. Therefore, the solubilizing agent is not limited to the hydrogen chloride solution, and the same function, that is, a solution capable of dissolving at least calcium ion and extracting from the steel slag can be used irrespective of the kind thereof.

단계 S10의 수행 결과, 염화수소 용액에는 칼슘 이온과 함께 제철슬래그의 다른 주성분인 알루미늄 이온, 규소 이온 및 마그네슘 이온(이하, '타이온'이라 한다)도 함께 추출되었다. 이러한 추출 결과의 일 실험예는 표 3에 개시되어 있는데, 표 3은 염화수소 용액의 다양한 농도에서의 칼슘 이온 및 타이온들 각각의 추출량을 개시하고 있다. 그리고 도 2는 표 3의 염화수소 용액의 농도별 이온 추출량을 그래프로 도시한 것이다.As a result of performing Step S10, aluminum ions, silicon ions, and magnesium ions (hereinafter, referred to as "tions"), which are other main components of the steel slag, were also extracted together with calcium ions in the hydrogen chloride solution. One experimental example of this extraction result is shown in Table 3, which discloses the extraction amounts of each of the calcium ions and tions at various concentrations of the hydrogen chloride solution. And FIG. 2 is a graph showing the ion extraction amount by the concentration of the hydrogen chloride solution of Table 3.

Figure pat00003
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계속해서 도 1을 참조하면, 칼슘 이온 및 타이온들이 용해된 용액의 pH를 조절하여 칼슘 이온을 제외한 타이온들을 침전시켜서 분리한다(S20). 본 단계는 칼슘 이온과 타이온들 사이의 pH에 따른 용해도 차이를 이용함으로써 용출제에 용해되어 있는 칼슘 이온 이외의 타이온을 분리하는 것이다. 그리고 pH의 조절을 위하여, 본 발명의 실시예에서는 수산화암모늄(NH4OH) 용액 또는 수산화나트륨(NaOH) 용액을 이용할 수 있으며, 이 때 pH 농도는 약 9.5 이상이 되도록 조절할 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 1, the pH of a solution in which calcium ions and tions are dissolved is adjusted to precipitate tions except calcium ions (S20). This step separates tions other than calcium ions that are dissolved in the eluent by utilizing the difference in solubility between the calcium ions and the tions according to their pH. For the adjustment of pH, ammonium hydroxide (NH4OH) solution or sodium hydroxide (NaOH) solution may be used in the embodiment of the present invention, and the pH can be adjusted to be about 9.5 or more.

도 3은 pH의 변화에 따른 칼슘 이온 및 타이온의 용해도를 보여 주는 그래프(pC-pH diagram)이다. 도 3을 참조하면, pH가 9이상으로서 약 pH 11까지는 pH가 증가할수록 칼슘 이온에 비하여 타이온들이 먼저 침전되며, pH가 13 이상이 되면 칼슘 이온도 침전이 되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 3 is a graph (pC-pH diagram) showing the solubility of calcium ions and tions with changes in pH. Referring to FIG. 3, it can be seen that as the pH is higher than 9 and the pH is higher than 9, the tions are precipitated earlier than the calcium ions as the pH is increased, and the calcium ions are also precipitated when the pH is 13 or higher.

그리고 표 4는 도 3의 그래프에서 pH 9와 10 사이의 범위에서 타이온들의 추출량을 보여 주는 것이다. 표 4를 참조하면, pH가 9.5ㅁ0.1의 범위에서 타이온의 추출량이 가장 낮으므로, 칼슘 이온을 선택적으로 추출하기 위한 최적의 조건으로 판단된다. And Table 4 shows the extraction of tions in the range of pH 9 and 10 in the graph of FIG. As shown in Table 4, since the extraction amount of tion is the lowest in the pH range of 9.5? 0.1, it is judged that it is the optimum condition for selectively extracting calcium ions.

도 4는 단계 S20 공정의 pH 조절을 위하여 수산화암모늄 용액을 투입한 경우의 실험 결과를 보여 주는 그래프이다. 이 때, 수산화암모늄 용액을 칼슘 이온의 몰수에 비례하여 1배, 1.5배, 2배 및 4배 주입하여 실험을 하였으며, 그에 따른 pH는 9.6 ~ 10.5의 범위가 되었다. 도 4를 참조하면, 해당 pH의 범위에서 타이온은 대부분 침전되고 칼슘 이온은 침전되지 않는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 is a graph showing experimental results when an ammonium hydroxide solution is added for pH control in step S20. FIG. At this time, the ammonium hydroxide solution was injected 1, 1.5, 2, and 4 times in proportion to the number of moles of calcium ions, and the pH of the solution was in the range of 9.6 to 10.5. Referring to FIG. 4, it can be confirmed that most of the tie is precipitated and the calcium ions are not precipitated in the range of the corresponding pH.

도 5는 단계 S20 공정의 pH 조절을 위하여 수산화나트륨 용액을 투입한 경우의 실험 결과를 보여 주는 그래프이다. 이 때, 수산화나트륨 용액도 칼슘 이온의 몰수에 비례하여 1배, 1.5배, 2배 및 4배 주입하여 실험을 하였으며, 그에 따른 pH는 8.75 ~ 13.05의 범위가 되었다. 도 5를 참조하면, pH의 범위가 8.75 ~ 12.18의 범위에서 타이온은 대부분 침전되고 칼슘 이온은 침전되지 않는 것을 확인할 수 있지만, pH가 13.05가 되는 경우에는 칼슘 이온도 침전되는 것을 확인할 수 있다. 결구, NaOH 용액으로 pH를 조절할 경우에는 pH가 13 이상으로 높지 않으면 칼슘 이온은 침전되지 않을 것으로 예측할 수 있다.FIG. 5 is a graph showing experimental results when sodium hydroxide solution is added for pH control in step S20. FIG. At this time, the sodium hydroxide solution was also injected 1, 1.5, 2 and 4 times in proportion to the number of moles of calcium ions, and the pH was in the range of 8.75 to 13.05. Referring to FIG. 5, it can be confirmed that most of the tie is precipitated and the calcium ion is not precipitated in the pH range of 8.75 to 12.18, but when the pH is 13.05, it is confirmed that the calcium ion also precipitates. When pH is adjusted with NaOH solution, calcium ion can not be precipitated unless the pH is higher than 13.

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계속해서 도 1을 참조하면, 단계 S20의 결과물로서 칼슘 이온이 용해되어 있는 용액에 수산화나트륨(NaOH)를 투입하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 침전시켜서 분리한다(S30). 수산화나트륨은 수산화기(OH-)를 제공하고 또한 용액의 pH가 13 이상이 되도록 하기 위하여 투입되는 것으로서, 그 결과 용액 속의 칼슘 이온은 수산화기와 반응하여 수산화칼슘의 형태로 침전 분리가 일어난다. 이러한 단계 S30까지의 과정에 의하여, 제철슬래그에 포함되어 있는 칼슘 이온을 수득할 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 1, sodium hydroxide (NaOH) is added to a solution in which calcium ions are dissolved as a result of step S20 to precipitate and separate calcium hydroxide (Ca (OH) 2) (S30). Sodium hydroxide is added to provide a hydroxyl group (OH - ) and also to bring the pH of the solution to 13 or higher. As a result, the calcium ion in the solution reacts with hydroxyl group to precipitate in the form of calcium hydroxide. By the process up to this step S30, calcium ions contained in the seasonal slag can be obtained.

그리고 단계 S30의 결과물(다만, 해당 결과물은 단계 S20에서 pH 조절을 위하여 수산화나트륨을 이용한 경우이다)로서 남은 용액의 성분을 확인하였다. 이를 위하여, 칼슘 이온 추출 이후의 용액을 증발시켜서 고형물을 얻어서 샘플을 제작하였으며, 제작된 샘플에 대하여 XRD 패턴 분석을 하였다. 도 6은 이러한 샘플에 대한 XRD 패턴 분석 결과를 보여 주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 남은 용액에는 염화나트륨(NaCl)이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 그리고 염화나트륨(NaCl)의 순도를 계산하기 위하여, 수산화나트륨을 과량 주입 후 침전되는 물질의 질량 균형(mass balance)을 이용하여 계산한 결과, 99.98557%의 순도를 나타냈었다(단, 수산화나트륨(NaOH) 제외).The resultant solution of step S30 (however, the resultant solution was sodium hydroxide for pH adjustment in step S20) was confirmed. For this, a sample was prepared by evaporating the solution after calcium ion extraction to obtain a solid, and XRD pattern analysis was performed on the prepared sample. 6 is a graph showing the results of XRD pattern analysis for these samples. Referring to FIG. 6, sodium chloride (NaCl) is present in the remaining solution. In order to calculate the purity of sodium chloride (NaCl), the purity of 99.98557% was calculated using the mass balance of the precipitated material after excessive injection of sodium hydroxide (sodium hydroxide (NaOH) except).

도 7은 도 1을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따라서 단계 S30까지 칼슘 이온 추출 방법을 수행한 이후에 잔류 용액을 증발시켜서 염화나트륨이 잔류 용액에 존재하는 것을 확인하는 과정까지 도시한 흐름도의 일례이다. 도 7에 도시된 흐름도에 대해서는 위에서 상세히 설명하였으므로, 이하에서는 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. FIG. 7 is a flow chart illustrating the process of confirming that sodium chloride is present in the residual solution by evaporating the residual solution after performing the calcium ion extraction method up to step S30 according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. It is an example. Since the flowchart shown in FIG. 7 has been described in detail above, a description thereof will be omitted below.

계속해서 도 1을 참조하면, 단계 S30의 결과물로서 수산화칼슘이 침전 분리되고 남은 용액으로서 염화나트륨이 용해되어 있는 것으로 확인된 용액을 전기 분해하여 수산화나트륨을 수득한다(S40). 단계 S40에서 수행되는 전기 분해 공정의 구성도의 일례는 도 8에 도시된 바와 같으며, 그 구체적인 과정은 한국등록특허 제10-1549980, "전기분해 시스템을 이용한 알칼리이온의 탄산염 제조방법"에 개시되어 있는 기술을 활용할 수 있으므로, 이하에서는 이에 대한 세부적인 설명은 생략하기로 한다. Subsequently, referring to FIG. 1, as a result of the step S30, sodium hydroxide is obtained by electrolysis of a solution in which calcium hydroxide is precipitated and separated and the sodium chloride is confirmed to be dissolved as a remaining solution (S40). An example of a configuration diagram of the electrolysis process performed in step S40 is shown in FIG. 8, and a specific process thereof is disclosed in Korean Patent No. 10-1549980, " Method for producing carbonate of alkaline ion using electrolysis system & A detailed description thereof will be omitted in the following.

본 단계(S40)는 칼슘 이온의 분리 추출 이후에 남은 용액을 본 발명의 실시예에 따른 공정에 재활용하기 위한 것이다. 왜냐하면, 수산화나트륨은 도 1을 참조하여 전술한 칼슘 이온 추출 방법의 단계 S30은 물론 실시예에 따라서는 단계 S20에도 활용될 수 있는 물질이기 때문이다. 이에 의하면, 단계 S40의 결과물로서 추출되는 수산화나트륨은 전술한 단계 S30 또는 단계 S20과 단계 S30에 활용할 수 있기 때문에, 추가적인 약품(화합물)의 투입이 없어도 연속 공정이 가능하다. This step (S40) is for recycling the remaining solution after the separation and extraction of calcium ions to the process according to the embodiment of the present invention. This is because sodium hydroxide is a substance that can be utilized in step S30 of the calcium ion extraction method described above with reference to FIG. 1 and also in step S20 depending on the embodiment. According to this, since sodium hydroxide extracted as the result of step S40 can be utilized in step S30, step S20, and step S30 described above, a continuous process is possible without addition of additional chemicals (compounds).

도 9는 도 1을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따라서 단계 S40까지 칼슘 이온 추출 방법을 수행하는 과정을 도시한 흐름도의 일례이다. 도 9에 도시된 흐름도에 대해서도 위에서 상세히 설명하였으므로, 이하에서는 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.FIG. 9 is an example of a flowchart illustrating a process of performing the calcium ion extraction method up to step S40 according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. Since the flowchart shown in FIG. 9 has been described in detail above, a description thereof will be omitted below.

이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It is possible.

Claims (6)

(a) 알칼리이온 함유 무기물에 포함되어 있는 함유 이온들을 용출제에 용해시켜서 용출시키는 단계;
(b) 상기 함유 이온들이 포함된 용출제 용액에 염기성 용액을 투입하여 pH 농도를 조절함으로써 칼슘 이온 이외의 타이온들을 침전시켜 분리하는 단계; 및
(c) 칼슘 이온이 용해된 상기 염기성 용액에 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 수산화칼슘을 침전시켜 분리하는 단계를 포함하는 칼슘 이온의 추출 방법.
(a) dissolving and dissolving ions contained in an alkali ion-containing inorganic material in an eluent;
(b) precipitating tions other than calcium ions by separating the calcium ions by adjusting the pH concentration by adding a basic solution to the solution of the eluent containing the ions; And
(c) introducing sodium hydroxide (NaOH) into the basic solution in which calcium ions are dissolved to precipitate and separate calcium hydroxide.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 상기 pH 농도는 9.5 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 칼슘 이온의 추출 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pH is adjusted to 9.5 or more in the step (b).
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 상기 염기성 용액은 수산화암모늄(NH4OH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘 이온의 추출 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the basic solution in step (b) comprises ammonium hydroxide (NH4OH) or sodium hydroxide (NaOH).
제1항에 있어서,
상기 칼슘 이외의 타이온은 마그네슘(Mg) 이온, 규소(Si) 이온 및 알루미늄(Al) 이온 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘 이온의 추출 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the tions other than calcium include at least one of magnesium (Mg) ions, silicon (Si) ions and aluminum (Al) ions.
제1항에 있어서,
상기 단계 (c)에서는 pH가 13 이상이 되도록 상기 수산화나트륨을 투입하는 것을 특징으로 하는 칼슘 이온의 추출 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sodium hydroxide is added so that the pH is 13 or more in the step (c).
제1항에 있어서,
(d) 수산화칼슘이 분리된 용액을 전기 분해하여 수산화나트륨을 수득하는 단계를 더 포함하고,
상기 단계 (d)에서 수득한 수산화나트륨은 후속되는 칼슘 이온의 추출 공정에서 상기 단계 (c) 또는 상기 단계 (b)와 (c)에서 사용하는 것을 특징으로 하는 칼슘 이온의 추출 방법.
The method according to claim 1,
(d) electrolyzing the separated solution of calcium hydroxide to obtain sodium hydroxide,
Wherein the sodium hydroxide obtained in step (d) is used in step (c) or steps (b) and (c) in the subsequent step of extracting calcium ions.
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