KR20210151636A - 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템 - Google Patents
이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본원은 공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석, 시약과 물을 일정한 배합비로 연속적으로 투입하여 충분히 혼합시키는 원료 사전 세척 장치; 슬러리가 연속적으로 투입되고, 이산화탄소가 연속적으로 투입되며, 반응을 거친 슬러리를 연속적으로 배출하는 반응장치; 슬러리를 다단 고액분리시키고, 고액분리된 미반응 고체입자를 원료 사전 세척 장치에 순환시키는 다단 고액분리장치; 상청액에 포함되는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 칼슘 마그네슘 제품으로 제조하는 부생성물 제조장치; 회수수를 시스템으로 환류시키는 회수수 순환 장치;를 포함하는 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템을 개시한다. 본원은 연속적인 반응을 구현하여 처리량을 최대화시킬 수 있고, 다단 순환 반응도 가능케 할 수 있으며, 또한 회분식 반응에서 원료를 제거하는 과정에서의 이산화탄소 손실을 감소시킨다.
Description
본원은 습식제련기술, 이산화탄소의 포집, 활용 및 저장(Carbon Capture, Utilization and Sequestration), 고형 폐기물 자원화 활용 분야에 속한 것으로, 구체적으로는 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템에 관한 것이다.
강철 제조공장, 발전소 또는 전기분해 알루미늄 업체가 작업 과정에서 생성한 공업 폐기물, 수많은 광석 원료 또는 폐석을 합리적으로 처리, 사용 또는 활용하지 않고 직접 방출하면 토양, 물과 대기를 오염시키고 다른 파생적인 환경 문제를 초래할 수 있다.
공개번호가 CN 106999947 B인 특허에서는 쇠 부스러기 또는 강 부스러기의 제1 소스; 쇠 부스러기 또는 강 부스러기의 상기 제1 소스를 미리 정해진 크기로 연마하는 연마 모듈; 상기 쇠 부스러기 또는 강 부스러기로부터 비자기성 재료 리치 부분을 분리시켜 생산하는 자기 보조형 유동상; 물, 염용액, 산, 연기 또는 그 중의 적어도 하나를 포함하는 액상 시스템을 포함하며, 상기 비자기성 재료 리치 부분이 상기 액상 시스템과 접촉되도록 설치되는 광재처리모듈; 상기 광재처리모듈과 유체상으로 연통되는 제1 침전모듈; 산과 킬레이트화제를 포함하는 산 침출모듈; 광재 잔여물 스트림과 금속 산화물, 금속 탄산염과 희토류 원소를 포함하는 적어도 하나의 침출액 스트림을 생성하는 분리기; 금속 탄산염 제품, 금속 산화물 제품과 희토류 원소 제품 중의 적어도 하나가 생성되도록 설치되는 제2 침전모듈; 및 상기 산 침출모듈과 유체상으로 연통되고, 상기 광재 잔여물 스트림으로부터 물유리가 생산되도록 설치되는 전환 반응기;를 포함하는 강 부스러기 및 쇠 부스러기로부터 제품을 회수하는 방법 및 시스템을 공개하였다. 상기 특허에서 공개한 강 부스러기 및 쇠 부스러기로부터 제품을 회수하는 방법 및 시스템은 기체, 액체, 고체 삼상의 회분식 반응을 수행하며, 원료 투여, 원료 제거를 반복하는 순환 과정에서 불필요하게 시간을 낭비하게 되어 시스템 전체의 단위 시간당 처리량을 감소시킨다.
따라서, 반응기에 원료를 연속적으로 투여하고 반응시키며 제거하고 다단 분리시키는 기술을 통해 시스템 전체가 안정적이고 지속적으로 최적화 부하에서 끊임없이 반응할 수 있는 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템을 개발하는 것이 시급한 기술적 문제이다.
전술한 기존 기술의 단점 또는 결점에 대해, 본원이 해결하고자 하는 기술적 문제는 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 문제를 해결하기 위해, 본원은 다음과 같은 기술 방안을 제공한다.
본원은 공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석, 시약과 물을 일정한 배합비로 연속적으로 투입하여 충분히 혼합시키는 원료 사전 세척 장치;
원료 사전 세척 장치에 의해 충분히 혼합된 상기 슬러리가 동력장치에 의해 연속적으로 투입되며, 이산화탄소를 일정한 압력에서 연속적으로 투입하여 상기 슬러리와 혼합시키고 반응시키며, 반응을 거친 슬러리를 연속적으로 배출하는 반응장치;
상기 반응장치에 의해 연속적으로 배출된 반응 후의 상기 슬러리를 다단 고액분리시키며, 고액분리된 미반응 고체입자는 원료로 순환 사용되고 다음 단계의 반응 및 분리에 사용되는 다단 고액분리장치;
연속적으로 투입된 상청액에 포함되는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온이 칼슘 마그네슘 제품으로 제조되나, 원료의 상이한 성분에 따라 칼슘 마그네슘 이온과 칼슘 마그네슘 제품의 제조에 한정되지 않는 부생성물 제조장치; 및
상기 상청액이 제품을 생성한 후의 회수수를 해당 시스템으로 환류시키는 회수수 순환 장치;를 포함하는 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템을 개시한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 다단 고액분리장치 다음에 설치되는 불순물 제거장치를 더 포함하며, 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 상청액에는 타깃 칼슘이온과 마그네슘이온 외에, 철, 실리콘, 알루미늄 등 불순물 이온이 더 포함되나 이에 한정되지 않고, 상기 상청액은 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 후 상기 불순물 제거장치에 연속적으로 투입되며, 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하도록 물리 및/또는 화학적 방식으로 상기 상청액의 pH를 변화시킨다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석은 상기 물의 질량의 10%를 초과하지 않고, 상기 시약은 상기 물의 질량의 5%를 초과하지 않는다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상술한 바와 같이 이산화탄소를 일정한 압력에서 상기 반응장치에 연속적으로 투입하여 상기 슬러리와 혼합시키고 반응시키는 경우, 상기 이산화탄소는 100 bar 이하의 압력으로 상기 반응장치에 연속적으로 투입되어 상기 슬러리와 혼합되고 반응되며, 반응 온도는 90℃를 초과하지 않는다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 다단 고액분리장치는 입경≥5~10μm인 고체입자를 제거하기 위한 1차 조분리유닛과 입경≤1~5μm인 고체입자를 제거하기 위한 2차 정밀분리유닛을 포함하며, 상기 1차 조분리유닛과 상기 2차 정밀분리유닛은 반응 시간≤1h이다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 다단 고액분리장치는 침강형 원심 분리기와 디스크형 원심 분리기의 조합, 필터 프레스와 필터 프레스의 조합, 또는 침강형 원심 분리기와 필터 프레스의 조합을 포함한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 미반응 고체입자는 원료로 순환 사용되고 다음 단계의 반응 및 분리에 사용되며, 상기 미반응 고체입자의 순환 횟수는 n≤5이다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상술한 바와 같이 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하도록 물리 및/또는 화학적 방식으로 상기 상청액의 pH를 변화시키는 경우, 알칼리성 또는 산성 시약을 연속적으로 첨가하고, 용액 질량의 1%를 초과하지 않는 응집제 및/또는 응고제를 연속적으로 첨가하며, 압축 공기/수증기를 연속적으로 도입하고 가열을 통해 상기 상청액의 pH를 변화시킴으로써 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거할 수 있다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 다단 고액분리장치는 상기 불순물 제거장치의 다음 공정에 설치되는 3차 고액분리유닛을 더 포함하며, 디스크형 원심 분리기, 필터 프레스 또는 여과기를 통해 끊임없이 분리시켜 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상청액을 연속적으로 획득한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 3차 고액분리유닛에 의해 분리된 상청액에 철 원소가 많이 포함되어 있는 경우, 농축을 통해 수산화철 침전을 수집한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상술한 바와 같이 상기 부생성물 제조장치에 연속적으로 투입되는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상기 상청액이 칼슘 마그네슘 제품의 제조에 사용되는 경우, 상기 칼슘 마그네슘 제품은 탄산칼슘마그네슘, 탄산칼슘과 탄산마그네슘, 수산화칼슘과 수산화마그네슘, 황산칼슘마그네슘 또는 질산칼슘마그네슘을 포함한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상술한 바와 같이 상기 상청액이 제품을 생성한 후의 회수수가 회수수 순환 장치에 의해 상기 시스템으로 환류되는 경우, 상기 회수수의 순환 횟수는 m≥2이다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 공업 폐기물은 강 부스러기, 쇠 부스러기, 비산회, 저회, 적니, 건축 폐기물/폐기 시멘트, 폐석 등을 포함한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 광석 원료는 칼슘 마그네슘류 광석을 포함한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 시약은 적어도 하나의 유기산기를 가진 산, 염 또는 조성물을 포함하며, 상기 유기산기를 가진 산은 수산, 구연산, 피콜린산, 글루콘산, 글루타민산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 낙산, 펜타노익산, 젖산, 숙신산, 인산, 피로인산, 아스코르브산 또는 프탈산을 포함한다.
나아가, 상기 시스템에 있어서, 상기 이산화탄소는 발전소 연기, 철강 공장 용광로, 회전로, 정련로, 석회가마 연기, 석탄화공 폐기 또는 석유화공 폐기로부터 유래된 것이고, 함유량이 15%~98% 범위이다.
기존 기술에 비해, 본원은 다음과 같은 기술 효과를 가지고 있다.
본원은 반응장치에 슬러리와 이산화탄소를 연속적으로 투입함으로써, 연속적이며 끊임없는 반응을 구현하여 처리량을 최대화시킬 수 있고 다단 순환 반응도 가능케 할 수 있으며, 또한 회분식 반응에서 원료를 제거하는 과정에서의 이산화탄소 손실을 감소시키고, 기존의 기체, 액체, 고체 삼상의 회분식 반응의 경우 원료를 반복적으로 투여하고 제거하는 순환 과정에서 불필요하게 시간을 낭비하게 되어 시스템 전체의 단위 시간당 처리량이 감소되는 기술적 단점을 극복한다.
본원은 이산화탄소의 압력, 보조 시약의 배합비와 반응 온도를 조절함으로써 강산 또는 부식성이 높은 산의 사용을 배제하여(질산, 염산, 황산, 불화 수소산이 없음), 목적 성분에 대한 친환경적인 침출을 구현한다.
본원은 다단 분리를 통해 입경 범위가 다른 입자를 최적화적으로 분리시킴으로써, 분리기기가 안정적이고 지속적으로 최적 부하 조건에서 연속적으로 고액분리되도록 확보하며, 전체 분리 시간을 효과적으로 단축시키고 분리 시스템의 연속적이고 안정적인 작동 시간을 연장시킨다.
연속 반응 및 분리 시스템의 집적화 및 최적화를 통해 본원의 대규모 공업화를 가능케 한다.
본원에 따르면, 고형 폐기물과 이산화탄소의 자원화 재활용을 구현할 수 있고, 친환경 재생을 구현할 수 있으며, 별도로 투입되는 물자 소모와 에너지 소모를 제어할 수 있고, 2차 오염이 거의 발생되지 않으며, 별도의 탄소 이력이 발생되지 않고 탄소 방출량을 감소시키면서 활용할 수 있어 친환경적이다.
하기 첨부 도면에 의한 비제한적인 실시예에 대한 상세한 설명을 참조하면, 본원의 다른 특징, 목적과 장점이 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본원에 따른 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템의 흐름도이다.
도 1은 본원에 따른 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템의 흐름도이다.
이하에서는 본원의 목적, 특징과 효과가 충분히 이해되도록 하기 위해, 첨부 도면을 통해 본원의 사상, 구체적 구조 및 그 기술 효과에 대해 더 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본원의 일 실시예에 따른 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템은,
공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석, 시약과 물을 일정한 배합비로 연속적으로 투입하여 충분히 혼합시키는 원료 사전 세척 장치(10);
원료 사전 세척 장치(10)에 의해 충분히 혼합된 슬러리가 동력장치에 의해 연속적으로 투입되며, 이산화탄소를 일정한 압력에서 연속적으로 투입하여 상기 슬러리와 혼합시키고 반응시키며, 반응을 거친 슬러리를 연속적으로 배출하는 반응장치(20);
상기 반응장치(20)에 의해 연속적으로 배출된 반응 후의 상기 슬러리를 다단 고액분리시키며, 고액분리된 미반응 고체입자(M)는 원료로 순환 사용되고 다음 단계의 반응 및 분리에 사용되는 다단 고액분리장치;
연속적으로 투입된 상청액에 포함되는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온이 칼슘 마그네슘 제품으로 제조되는 부생성물 제조장치(70); 및
상기 상청액이 제품을 생성한 후의 회수수를 해당 시스템으로 환류시키는 회수수 순환 장치;를 포함한다.
본 실시예에서, 반응장치(20)에 슬러리와 이산화탄소를 연속적으로 투입함으로써, 연속적이며 끊임없는 반응을 구현하여 처리량을 최대화시킬 수 있고 다단 순환 반응도 가능케 할 수 있으며, 또한 회분식 반응에서 원료를 제거하는 과정에서의 이산화탄소 방출과 손실을 감소시킨다.
본 실시예는 상기 다단 고액분리장치의 다음 공정에 설치되는 불순물 제거장치(50)를 더 포함하며, 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 상청액에는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온 외에, 철, 실리콘, 알루미늄 등 불순물 이온을 더 포함하고, 상기 상청액은 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 후 상기 불순물 제거장치(50)에 연속적으로 투입되며, 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하도록 물리 및/또는 화학적 방식으로 상기 상청액의 pH를 변화시킨다.
나아가, 상기 공업 폐기물 또는 광석 원료는 상기 물의 질량의 10%를 초과하지 않고, 상기 시약은 상기 물의 질량의 5%를 초과하지 않는다. 실제 적용 시, 공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석 성분이 달라지는 경우, 상기 비율은 필요에 따라 유연하게 조정할 수 있다.
그 중, 상기 공업 폐기물은 강 부스러기, 쇠 부스러기, 비산회, 저회, 적니, 건축 폐기물/폐기 시멘트, 광산폐석 등을 포함한다.
상기 광석 원료는 칼슘 마그네슘류 광석을 포함한다.
상기 시약은 적어도 하나의 유기산기를 가진 산, 염 또는 조성물을 포함하며, 상기 유기산기를 가진 산은 수산, 구연산, 피콜린산, 글루콘산, 글루타민산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 낙산, 펜타노익산, 젖산, 숙신산, 인산, 피로인산, 아스코르브산 또는 프탈산을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
그 중, 상기 물은 신선한 물을 사용할 수도 있고, 상기 반응 및 분리 시스템이 생성한 회수수를 순환적으로 사용할 수도 있다.
그 중, 상술한 바와 같이 이산화탄소를 일정한 압력에서 상기 반응장치(20)에 연속적으로 투입하여 상기 슬러리와 혼합시키고 반응시키는 경우, 상기 이산화탄소는 100 bar 이하의 압력으로 상기 반응장치(20)에 연속적으로 투입되어 상기 슬러리와 혼합되고 반응되며, 상기 반응 온도는 90℃를 초과하지 않고, 본 실시예는 이산화탄소의 압력, 보조 시약의 배합비와 반응 온도를 조절함으로써 강산 또는 부식성이 높은 산의 사용을 배제하여(질산, 염산, 황산, 불화 수소산이 없음), 목적 성분에 대한 연속적인 침출을 구현한다.
본 실시예에서, 상기 이산화탄소는 발전소 연기, 철강 공장 용광로, 회전로, 정련로, 석회가마 연기, 석탄화공 폐기 또는 석유화공 폐기로부터 유래된 것이며, 함유량은 15%~98% 범위이고 그 소스에 따라 달라진다.
나아가, 상기 다단 고액분리장치는 입경≥5~10μm인 고체입자를 제거하기 위한 1차 조분리유닛(30)과 입경≤1~5μm인 고체입자를 제거하기 위한 2차 정밀분리유닛(40)을 포함하며, 상기 1차 조분리유닛(30)과 상기 2차 정밀분리유닛(40)은 반응 시간≤1h이다. 본 실시예는 다단 분리를 통해 입경 범위가 다른 입자를 최적화적으로 분리시킴으로써, 분리기기가 안정적이고 지속적으로 최적 부하 조건에서 연속적으로 고액분리되도록 확보하며, 전체 분리 시간을 효과적으로 단축시키고 분리 시스템의 연속적이고 안정적인 작동 시간을 연장시키며, 다음과 같은 단일 분리에 따른 기술적 문제를 효과적으로 방지한다. 예를 들면, 원료 중의 모든 입자(큰 입자 및 작은 입자)를 한꺼번에 효과적으로 제거해야 하여 기존의 분리기기에 큰 부담을 주며, 채택한 침강형 원심 분리기는 5μm 이하의 입자를 효과적으로 분리할 수 없어 단위 시간당 처리량에 영향을 미치고 큰 에너지 소모를 초래하며, 채택한 플레이트 프레임으로 인해 큰 입자과 작은 입자가 함께 여과포를 통과하여 여과포가 막히게 되고 단위 시간당 처리량이 저하되며 빈번하게 교체해야 하여 사용 원가를 증가시킨다.
그 중, 상기 다단 고액분리장치는 침강형 원심 분리기와 디스크형 원심 분리기의 조합, 필터 프레스와 필터 프레스의 조합, 또는 침강형 원심 분리기와 필터 프레스의 조합 중의 임의의 조합 형태를 사용할 수 있다.
다단 고액분리장치에 의한 분리 과정에서는 상기 반응장치(20)에 의해 연속적으로 배출된 반응 후의 상기 슬러리를 다단 고액분리시키며, 고액분리된 미반응 고체입자(M)는 원료로 순환 사용되고 다음 단계의 반응 및 분리에 사용되며, 상기 미반응 고체입자(M)는 순환 횟수가 n≤5이다.
나아가, 본 실시예에서, 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 상청액에는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온 외에, 철, 실리콘, 알루미늄 등 불순물 이온을 더 포함하며, 상기 상청액은 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 후 상기 불순물 제거장치(50)에 연속적으로 투입되고, 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하도록 물리 및/또는 화학적 방식으로 상기 상청액의 pH를 변화시키는 경우, 알칼리성 또는 산성 시약을 연속적으로 첨가하고, 용액 질량의 1%를 초과하지 않는 응집제 및/또는 응고제를 연속적으로 첨가하며, 압축 공기/수증기를 연속적으로 도입하고 가열을 통해 상기 상청액의 pH를 변화시킴으로써 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거할 수 있다.
나아가, 본 실시예에서, 상기 다단 고액분리장치는 상기 불순물 제거장치(50)의 다음 공정에 설치되는 3차 고액분리유닛(60)을 더 포함하고, 디스크형 원심 분리기, 필터 프레스 또는 여과기 등을 통해 끊임없이 분리시켜 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상청액을 연속적으로 획득하며, 획득한 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상청액은 후술할 부생성물 제조장치(70)로 투입된다.
그 중, 상기 3차 고액분리유닛(60)에 의해 분리된 상청액에 철 원소가 많이 포함되어 있는 경우, 농축을 통해 수산화철(N) 침전을 수집함으로써 상기 많은 철 원소를 합리적이고 효과적으로 회수하여 활용한다.
상술한 바와 같이 상기 부생성물 제조장치(70)에 연속적으로 투입된 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상기 상청액이 칼슘 마그네슘 제품의 제조에 사용되는 경우, 상기 칼슘 마그네슘 제품은 탄산칼슘마그네슘, 탄산칼슘과 탄산마그네슘, 수산화칼슘과 수산화마그네슘, 황산칼슘마그네슘 또는 질산칼슘마그네슘을 포함한다.
나아가, 상술한 바와 같이 상기 상청액이 제품을 생성한 후의 회수수를 회수수 순환 장치에 의해 상기 시스템으로 환류시키는 경우, 순환 횟수는 m≥2이다.
본원은 반응장치에 슬러리와 이산화탄소를 연속적으로 투입함으로써, 연속적이며 끊임없는 반응을 구현하여 처리량을 최대화시킬 수 있고, 다단 순환 반응도 가능케 할 수 있으며, 또한 회분식 반응에서 원료를 제거하는 과정에서의 이산화탄소 손실을 감소시키고, 기존의 기체, 액체, 고체 삼상의 회분식 반응에서 원료를 반복적으로 투여하고 제거하는 순환 과정에서 불필요하게 시간을 낭비하게 되어 시스템 전체의 단위 시간당 처리량이 감소되는 기술적 단점을 극복하며, 본원은 이산화탄소의 압력, 보조 시약의 배합비와 반응 온도를 조절함으로써 강산 또는 부식성이 높은 산의 사용을 배제하여(질산, 염산, 황산, 불화 수소산이 없음), 목적 성분에 대한 침출을 구현하고, 본원은 다단 분리를 통해 입경 범위가 다른 입자를 최적화적으로 분리시킴으로써, 분리기기가 안정적이고 지속적으로 최적 부하 조건에서 연속적으로 고액분리되도록 확보하며, 전체 분리 시간을 효과적으로 단축시키고 분리 시스템의 연속적이고 안정적인 작동 시간을 연장시키며, 연속 반응 및 분리 시스템의 집적화 및 최적화를 통해 본원의 대규모 공업화를 가능케 하고, 본원은 고형 폐기물과 이산화탄소의 자원화 재활용을 구현할 수 있으며, 친환경 재생을 구현할 수 있고, 별도로 투입되는 물자 소모와 에너지 소모를 제어할 수 있으며, 2차 오염이 거의 발생되지 않고, 별도의 탄소 이력이 발생되지 않으며, 탄소 방출량을 감소시키면서 활용할 수 있어 친환경적이다. 전술한 바와 같이, 본원은 높은 시장 적용 전망을 가지고 있다.
상기 실시예는 단지 본원의 기술 방안을 설명하기 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 바람직한 실시예를 참조하여 본원을 상세하게 설명하였다. 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원의 기술 방안의 정신과 범위에서 벗어나지 않고 본원의 기술 방안을 수정하거나 등가적으로 교체할 수 있으며, 이러한 수정 및 등가 교체는 모두 본원의 청구의 범위에 포함되어야 함을 이해해야 할 것이다.
Claims (16)
- 공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석, 시약과 물을 일정한 배합비로 연속적으로 투입하여 충분히 혼합시키는 원료 사전 세척 장치;
원료 사전 세척 장치에 의해 충분히 혼합된 상기 슬러리가 동력장치에 의해 연속적으로 투입되고, 이산화탄소를 일정한 압력에서 연속적으로 투입하여 상기 슬러리와 혼합시키고 반응시키며, 반응을 거친 슬러리를 연속적으로 배출하는 반응장치;
상기 반응장치에 의해 연속적으로 배출된 반응 후의 상기 슬러리를 다단 고액분리시키며, 고액분리된 미반응 고체입자는 원료로 순환 사용되고 다음 단계의 반응 및 분리에 사용되는 다단 고액분리장치;
연속적으로 투입되는 상청액에 포함되는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온이 칼슘 마그네슘 제품으로 제조되는 부생성물 제조장치; 및
상기 상청액이 제품을 생성한 후의 회수수를 해당 시스템으로 환류시키는 회수수 순환 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 기반 습식제련의 다단 반응 및 분리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 다단 고액분리장치 다음에 설치되는 불순물 제거장치를 더 포함하며, 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 상청액에는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온 외에, 철, 실리콘, 알루미늄 등 불순물 이온을 더 포함하고, 상기 상청액은 상기 다단 고액분리장치에 의해 분리된 후 상기 불순물 제거장치에 연속적으로 투입되며, 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하도록 물리 및/또는 화학적 방식으로 상기 상청액의 pH를 변화시키는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 공업 폐기물, 광석 원료 또는 폐석은 상기 물의 질량의 10%를 초과하지 않고, 상기 시약은 상기 물의 질량의 5%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상술한 바와 같이 이산화탄소를 일정한 압력에서 상기 반응장치에 연속적으로 투입하여 상기 슬러리와 혼합시키고 반응시키는 경우, 상기 이산화탄소는 100 bar 이하의 압력으로 상기 반응장치에 연속적으로 투입되어 상기 슬러리와 혼합되고 반응되며, 반응 온도는 90℃를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 다단 고액분리장치는 입경≥5~10μm인 고체입자를 제거하기 위한 1차 조분리유닛과 입경≤1~5μm인 고체입자를 제거하기 위한 2차 정밀분리유닛을 포함하며, 상기 1차 조분리유닛과 상기 2차 정밀분리유닛은 반응 시간≤1h인 것을 특징으로 하는 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 다단 고액분리장치는 침강형 원심 분리기와 디스크형 원심 분리기의 조합, 필터 프레스와 필터 프레스의 조합, 또는 침강형 원심 분리기와 필터 프레스의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 고액분리된 미반응 고체입자는 원료로 순환 사용되고 다음 단계의 반응 및 분리에 사용되며, 상기 미반응 고체입자의 순환 횟수는 n≤5인 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하도록 물리 및/또는 화학적 방식으로 상기 상청액의 pH를 변화시키는 경우, 알칼리성 또는 산성 시약을 연속적으로 첨가하고, 용액 질량의 1%를 초과하지 않는 응집제 및/또는 응고제를 연속적으로 첨가하며, 압축 공기/수증기를 연속적으로 도입하고 가열을 통해 상기 상청액의 pH를 변화시킴으로써 상기 불순물 이온을 침전 형태로 제거하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 다단 고액분리장치는 상기 불순물 제거장치의 다음 공정에 설치되는 3차 고액분리유닛을 더 포함하며, 디스크형 원심 분리기, 필터 프레스 또는 여과기를 통해 끊임없이 분리시켜 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상청액을 연속적으로 획득하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 3차 고액분리유닛에 의해 분리된 상청액에 철 원소가 많이 포함되어 있는 경우, 농축을 통해 수산화철 침전을 수집하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
상술한 바와 같이 상기 부생성물 제조장치에 연속적으로 투입되는 목적 칼슘이온과 마그네슘이온을 포함하는 상기 상청액이 칼슘 마그네슘 제품의 제조에 사용되는 경우, 상기 칼슘 마그네슘 제품은 탄산칼슘마그네슘, 탄산칼슘과 탄산마그네슘, 수산화칼슘과 수산화마그네슘, 황산칼슘마그네슘 또는 질산칼슘마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
상술한 바와 같이 상기 상청액이 제품을 생성한 후의 회수수를 회수수 순환 장치에 의해 상기 시스템으로 환류시키는 경우, 상기 회수수의 순환 횟수는 m≥2인 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 공업 폐기물은 강 부스러기, 쇠 부스러기, 비산회, 저회, 적니, 건축 폐기물/폐기 시멘트, 폐석을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 광석 원료 또는 폐석은 칼슘 마그네슘류 광석을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 시약은 적어도 하나의 유기산기를 가진 산, 염 또는 조성물을 포함하며, 상기 유기산기를 가진 산은 수산, 구연산, 피콜린산, 글루콘산, 글루타민산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 낙산, 펜타노익산, 젖산, 숙신산, 인산, 피로인산, 아스코르브산 또는 프탈산을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 이산화탄소는 발전소 연기, 철강 공장 용광로, 회전로, 정련로, 석회가마 연기, 석탄화공 폐기 또는 석유화공 폐기에서 유래된 것이고, 함유량이 15%~98% 범위인 것을 특징으로 하는 시스템.
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