KR20200064870A - 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드의 처리방법 및 용도 - Google Patents

수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드의 처리방법 및 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드의 처리방법 및 용도에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드를 수집하는 제 1단계; 수집한 레드머드에 액상처리제 및/또는 고상처리제를 주입하여 혼합 반응하는 제 2단계; 및 반응물을 수득하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드의 처리방법 및 수득한 반응물을 성토재 또는 건자재 원료 및 비료원료 등으로 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드의 처리방법 및 용도{Treatment and Application of Red Mud in the Production Process of Aluminum hydroxide}
본 발명은 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 공정폐기물인 레드머드의 처리방법 및 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레드머드를 처리하거나 처리 과정에서 생성되는 반응물을 재활용할 수 있는, 건자재 원료 및 성토재, 비료원료 등 다용도로 활용하는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법 및 용도에 관한 것이다.
수산화알루미늄 제조공정은 바이어법(Bayer process)에 의하는데, 이는 분쇄 및 탈규소 공정, 용출 공정, 정화 공정, 석출 공정, 및 분류 공정으로 나누어진다.
분쇄 및 탈규소 공정에서는 보크사이트는 산출지역에 따라 성상 및 물성에 있어서 차이가 있기 때문에 이를 200㎛까지 분쇄한다. 분쇄된 보크사이트에 함유된 규소성분을 제거하는 과정을 포함한다. 규소의 제거는 규소의 반응온도가 낮아 공정 중 쉽게 용해되어 최종 제품인 수산화알루미늄에 유입되어 순도가 낮아지게 하고 배관이나 설비에 스케일을 형성하기 때문이다.
용출 공정에서는 보크사이트로부터 알루미나를 추출하기 위한 과정을 포함한다. 투입되는 보크사이트이 화학조성에 따라 용출 온도조건이 달라진다. 깁사이트의 경우 비교적 저온에서 용출되는 반면 배마이트의 경우 고온에서 용출되고 다이아스포어의 경우 더 높은 온도에서 용출된다.
여기서 보크사이트에 수산화나트륨을 가해 200~400℃로 가열 및 가압하는 과정이 포함된다. 이 때 수산화알루미늄 1톤 생산에 보크사이트 잔재물인 레드머드가 1~2톤 발생하게 되며 연간 20만~30만톤 가량 발생하고 있다.
정화 공정에서는 용출 공정에서 용해된 알루민산나트륨 용액과 불용해 잔사물간의 고체 및 액체를 분리하는 과정을 포함한다. 이 과정은 과포화된 알루민산나트륨 용액을 침전조에서 분리하여 맑은 액만을 다음 석출공정으로 보내는 것과 원가가 높은 가성소다 분을 회수하기 위한 것이다.
석출 공정에서는 알루미나가 많이 함유된 공정액을 종자를 투입해 입자성장을 촉진하고 냉각하여 수산화알루미늄을 침전조에서 석출시키는 과정을 포함한다. 석출 공정은 생산량, 품질 및 입도분포도를 원하는 제품으로 생산하는 것을 목적으로 하며 이 과정에서 불순물 함량이 달라진다.
분류 공정에서는 완료된 제품을 입자크기별로 분류하는 과정을 포함한다. 이를 분류하는 방법은 습식 싸이클론이나 다단 침전조를 이용하는데 첫 단에서 불리된 미세입자는 종자(seed)로서 사용되며 다음 단의 보다 굵은 입자는 생산제품으로 분류된다. 일반적으로 2가지 종자(Fine and Coarse seed)와 2가지 제품(Normal and Coarse product)을 생산을 한다.
공정폐기물인 레드머드는 알루미늄 성분 10~15%, 철 성분 25~40%, 나트륨 성분 5~10%, 및 티타늄 성분 1~5% 가량 포함되어 있고, 함수율이 35~45% 정도로 매우 점성이 높다. 또 색상이 산화철과 비슷한 붉은 색이며, 수산화나트륨이 남아 있어 pH가 10~12 이상의 강알칼리성이므로 이를 그대로 성토재나 건자재 원료 등으로 활용하기는 어렵다. 즉 강알칼리성으로 인한 환경위해성, 나트륨과 칼슘 등이 공기 중 탄산과 반응하여 백화현상이 발생하기 때문이다. 게다가 강알칼리성으로 인하여 매립도 불가능하기 때문에 레드머드를 처리함에 있어 전 세계적으로 많은 어려움이 있다.
종래의 처리기술은 레드머드를 시멘트와 혼합하여 어느 정도 경화시킨 후 이를 해양에 투기하는 방법과 물을 가하여 유동성이 있는 슬러리 상으로 만든 후 파이프를 통하여 심해에 가라앉히는 방법으로 처리되는 것이 일반적인 처리방법이다. 그러나 이러한 처리방법은 처리비용이 많이 들고 환경에 악영향을 끼친다.
또한 성토재 및 건자재로 재활용하나 백화현상을 완화시키지 못하여 처리비 및 재활용 사용유지보수비용이 많이 소요되고 있다.
한국등록특허공보 제1964794호 한국등록특허공보 제1535909호 한국공개특허공보 제2015-0037175호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드의 강알칼리성을 pH 6~9 범위 낮추고, 함수율을 떨어뜨려 처리비용을 줄일 수 있는 처리방법 및 물리적인 성상측면에서 취급이 용이하도록 강도를 가지는 펠릿형태의 성상을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드를 유용하게 재활용할 수 있는 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법 및 용도는 수산화알루미늄 제조공정 중 레드머드를 수집하는 제 1단계; 수집한 레드머드를 액상 처리제 및 고상 처리제를 주입하여 혼합반응하는 제 2단계; 및 반응물을 수득하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법에서, 액상처리제는 칼슘, 알루미늄, 및 철 중 어느 하나 이상을 함유한 산성용액 또는 알칼리용액인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법에서, 상기 고상처리제는 칼슘, 알루미늄, 철, 칼륨, 및 마그네슘 중 어느 하나 이상을 함유하는 입상 또는 분말인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법에서 수득된 반응물을 성토재로 사용하는 방법인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법에서 수득된 반응물을 건자재로 사용하는 방법인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법은 액상처리제나 고상처리제를 단독 또는 함께 사용하여 레드머드의 pH를 6~9 범위로 낮추어 환경위해성(강알칼리성)을 완화시켜주고, 함수율을 떨어뜨려 점성을 낮추고, 백화현상을 방지하여 기능성 건자재 및 친환경 성토재로 사용가능하게 하며, 운반 및 현장 적용성 측면에서 강도를 가지는 펠릿(과립)형태의 성상을 제공하여, 기존 레드머드의 처리와 활용에 한계를 극복하여 처리비용을 저감시키고, 경제성 높은 처리 및 재활용을 가능하게 해준다.
도 1은 본 발명의 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드 처리방법을 설명하는 흐름도이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 본 발명에 따른 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법 및 용도에 관하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 레드머드 처리방법은, 수집한 레드머드에 액상 처리제 및 고상처리를 혼합 반응하여 반응물이 수득되어 진다.
도 1은 발명의 제조공정에서 발생하는 레드머드의 처리방법을 설명하는 흐름도이다.
먼저 도 1을 참조하면서 레드머드 처리방법에 관하여 설명하면, 본 발명에 따른 레드머드의 처리방법은, 수산화알루미늄 제조공정 중 레드머드를 수집하는 제1단계, 수집한 레드머드에 액상처리제 및/또는 고상처리제를 주입하여 혼합 반응하는 제2단계, 및 반응이 완료된 반응물을 수득하는 제 3단계를 포함하여 구성된다.
진술한 바와 같이 수산화알루미늄 제조공정에서는 용출 공정을 거치게 되고 이 때 가성소다를 넣어 가열하여, 알루미나 성분을 용해한다. 이 때 발생하는 레드머드는 알루미늄, 철, 나트륨, 및 티타늄을 함유하며 pH가 10~12 이상의 강알칼리성을 띠게 된다. 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드를 수집하는 제1단계는 정화 공정에서 불용해 잔사물인 레드머드를 분리하여 수집하는 단계이다.
제1단계에서는, 수산화알루미늄 제조공정 중 정화공정에서 보크사이트와 가성소다를 사용하여 발생되는 강알칼리성을 가지는 레드머드를 침전조에서 용해된 알루민산나트륨 용액과 분리하여 수집한다.
제 2단계는 수집한 레드머드를 액상처리제 및/또는 고상처리제를 혼합 반응시키는 단계이다.
여기서 액상처리제는 산성 용액 또는 알칼리 용액이고, 칼슘, 알루미늄, 및 철 중 어느 한 성분 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
레드머드와 액상처리제의 바람직한 혼합 중량비는, 레드머드 1 : 액상처리제 0.4~2일 수 있다. 칼슘, 알루미늄, 철 등은 다가 양이온으로서, 응집/응결핵/입자화 등의 효과와 수화물 생성시 공침 등의 효과로 용출억제 효과가 있다.
상기 고상처리제는 함수율이 1~15부피%이고, 칼슘, 알루미늄, 철, 칼륨, 및 마그네슘 중 어느 하나 이상을 포함하는 분체이다. 여기서, 알루미늄은 1~10 중량%, 철 0.5~20 중량%, 칼륨 0.5~15중량%, 마그네슘 0.1~3중량%%, 및 칼슘 15~85중량%%를 함유할 수 있다.
레드머드와 고상처리제의 바람직한 혼합 중량비는, 레드머드 1 : 고상처리제 0.4~2일 수 있다. 물론 액상처리제와 고상처리제를 동시에 첨가하는 경우의 혼합 중량비는 레드머드 1 : 액상처리제 0.4~2 : 고상처리제 0.4~2 일 수 있다.
제 3단계는 반응물을 수득하는 단계이다.
여기서 수득하는 반응물은 pH가 6~9 범위이고, 함수율이 떨어져 점성이 없어지며, 백화현상이 일어나지 않는다.
한편, 본 발명의 제 3단계에서 수득한 반응물을 여러 가지 용도로 사용할 수 있다.
상기 반응물이 액상처리제 및/또는 고상처리제에 의해 고화처리 되어 성토재로 사용될 수 있다.
종래의 성토재는 하천제방, 간척제방, 도로성토, 철도성토, 조성지성토, 및 필댐 등에 사용되는 것으로 흙 또는 사력을 사용하고 있다. 이러한 성토재는 환경위해성이 없고, 함수율이 낮아 소정의 다짐이 이루어지기 쉬운 고화체이다.
본 발명의 반응물은 액상처리제 및/또는 고상처리제에 의해 고화 처리되어 함수율이 낮고 pH가 6~9 범위로 환경위해성이 없어 성토재로 사용될 수 있다.
상기 반응물이 액상처리제 및/또는 고상처리제에 의해 함수율이 낮아 건자재로 사용될 수 있다.
종래의 건자재는 벽돌 등이 있으며, 점토 및 석분을 이용하여 만든다. 이러한 건자재는 함수율이 낮아 점성이 없으며, 백화현상이 일어나지 않는다.
본 발명의 반응물은 액상처리제 및/또는 고상처리제에 의해 함수율이 낮아 점성이 사라지고, 백화현상이 방지되며, pH가 6~9 범위로 환경위해성이 없어 친환경 건자재로 사용될 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

Claims (5)

  1. 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드를 수집하는 제 1단계;
    수집한 레드머드에 액상처리제 및 고상처리제를 주입하여 혼합 반응하는 제 2단계; 및 반응물을 수득하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액상처리제는 칼슘, 알루미늄, 및 철 중 어느 하나 이상을 함유하는 산성용액 또는 알칼리용액인 것을 특징으로 하는 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고상처리제는 칼슘, 알루미늄, 철 및 마그네슘 중 어느 하나 이상을 함유하는 입상 또는 분말인 것을 특징으로 하는 수산화알루미늄 제조공정에서 발생하는 레드머드 처리방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 반응물을 친환경 건자재 원료로 사용하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 반응물을 성토재로 사용하는 방법.
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