KR20220043565A - 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패각을 세척 및 분쇄하여 이물질을 제거하는 제1단계; 상기 패각을 건조하는 제2단계; 상기 건조한 패각을 소성하는 제3단계; 상기 소성한 패각을 분쇄하여 활성화하는 제4단계; 상기 활성화한 패각을 물과 혼합하여 수화시키는 제5단계; 상기 수화물을 습식분쇄하여 활성화하는 제6단계; 상기 활성화한 수화물을 정제하는 제7단계;를 포함하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 소성 패각 생석회와 습식상태의 소석회를 활성화하여 반응성과 분산성이 우수한 고순도의 소석회를 제조할 수 있는 효과를 갖는다. 특히 본 발명은 다른 종류의 패각을 활용하여 소석회를 제조할 수 있으므로 사용효율 및 활용범위를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법{Method for producing highly reactive slaked lime with large specific surface area using shell}

본 발명은 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소성 패각 생석회와 습식상태의 소석회를 활성화하여 반응성과 분산성이 우수한 고순도의 소석회를 제조할 수 있도록 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업용, 가정용 등 다양한 분야에서 소석회는 다량 사용한다.

특히 식용의 소석회(수산화칼륨)은 산업용에 비해 고가이며, 고순도와 고비표면적이 요구된다.

따라서 종래에는 소석회 제조를 위한 원료로 천연의 탄산칼슘 및 굴 패각이 활용되고 있다.

또한, 패각을 열처리하여 소성시킨 후 분쇄하는 공정을 취하고 있거나 분쇄후 소성하는 공정을 제시하고 있다.

그러나 상기 선행기술들에 의하면 91.5%의 수화율(전환율)을 보이고 있어 수화의 정도가 낮고 수화되지 않은 분말이 뭉치게 되므로 생산성이 떨어지는 문제를 갖게 되었다.

한편, 소성에 의해 산화칼슘을 제조한 후 분말화하고 물을 첨가하여 수화반응시켜 인위적으로 겔화한 후에 다시 다량의 물을 투입하는 2중 공정을 취하고 있어 제조공정이 번거롭고, 분말에 물을 투입한 후 교반하는 시간 데이터를 제시하지 않아 수화를 위한 교반에 많은 시간을 필요하는 문제를 갖게 되었다.

아울러 분체를 이용한 소성공정에 대하여 구체적 방법이 제시되지 않고 있어서 생산효율을 저하시키는 문제를 갖게 되었다.

한국등록특허공보 제10-0745853호(2007.08.02.) 한국공개특허공보 제10-2009-0120908호(2009.11.25.) 한국등록특허공보 제10-1297989호(2013.08.26.) 한국공개특허공보 제10-2014-0010114호(2014.01.23.) 한국공개특허공보 제10-2020-0110882호(2020.09.28.)

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서,

본 발명은 꼬막 및 굴 등과 같은 각종 패각을 이용하여 비표면적이 높고 반응성과 분산성이 우수한 소석회를 제조할 수 있는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법은,

패각을 세척 및 분쇄하여 이물질을 제거하는 제1단계;

상기 패각을 건조하는 제2단계;

상기 건조한 패각을 소성하는 제3단계;

상기 소성한 패각을 분쇄하여 활성화하는 제4단계;

상기 활성화한 패각을 물과 혼합하여 수화시키는 제5단계;

상기 수화물을 습식분쇄하여 활성화하는 제6단계;

상기 활성화한 수화물을 정제하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 제1단계는 상기 패각을 세척하기 위해서 일측으로 기울어진 상태의 세척통과, 상기 세척통의 내측으로 패각을 공급하는 컨베이어와, 상기 세척통의 표면으로 고압수를 분사하여 패각을 세척할 수 있는 세척장치를 활용하고, 세척한 패각은 100 메쉬를 갖는 상부 거름망과, 상부 거름망의 하부에 위치한 200 메쉬를 갖는 하부 거름망을 마련하는 2단 형태의 거름망을 순차적으로 통과시켜 패각에 포함된 이물질을 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계는 세척한 패각을 100 내지 150℃의 열풍을 공급하는 터널을 통과시켜 건조하는 것을 특징으로 한다.

특히 상기 제3단계는 건조한 패각을 900℃에서 1시간 이상 가열하고 다시 30분 이상 가열하는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 제4단계는 소성한 패각을 300 내지 400 메쉬를 갖도록 분쇄를 하여 비표면적이 1200 내지 1500㎠/g이 되도록 활성화하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제6단계는 상기 수화물을 지름이 2㎜인 지르코니아 비드가 함유된 다이노밀에 투입하여 1500 내지 1700rpm의 속도로 회전시켜 분쇄하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 소성 패각 생석회와 습식상태의 소석회를 활성화하여 반응성과 분산성이 우수한 고순도의 소석회를 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

특히 본 발명은 다른 종류의 패각을 활용하여 소석회를 제조할 수 있으므로 사용효율 및 활용범위를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법의 제조공정도.
도 2는 본 발명에서 실시예 및 비교예를 나타내기 위한 그래프.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법을 설명한다.

본 발명은 패각을 세척 및 분쇄하여 이물질을 제거하는 제1단계;

상기 패각을 건조하는 제2단계;

상기 건조한 패각을 소성하는 제3단계;

상기 소성한 패각을 분쇄하여 활성화하는 제4단계;

상기 활성화한 패각을 물과 혼합하여 수화시키는 제5단계;

상기 수화물을 습식분쇄하여 활성화하는 제6단계;

상기 활성화한 수화물을 정제하는 제7단계;를 포함한다.

본 발명에서 상기 제1단계는 다양한 종류 및 크기를 갖는 패각을 크기별로 선별한 후 염분 및 진흙 등 협잡물을 제거하기 위해 세척한다.

이때 상기 패각을 세척하기 위해서 일측으로 기울어진 상태의 세척통과, 상기 세척통의 내측으로 패각을 공급하는 컨베이어와, 상기 세척통의 표면으로 고압수를 분사하여 패각을 세척할 수 있는 별도의 세척장치를 활용할 수 있다.

또한, 상기 패각은 초음파 세척과정을 통해 표면에 부착된 불순물 및 염분을 제거할 수도 있다.

특히 세척한 패각은 100 메쉬를 갖는 상부 거름망과, 상부 거름망의 하부에 위치한 200 메쉬를 갖는 하부 거름망을 마련하는 2단 형태의 거름망을 순차적으로 통과시켜 패각에 포함된 이물질을 제거한다.

아울러 세척된 패각에 남아있는 이물질을 제거하기 위해 수산화나트륨을 세척수에 투입하여 세척작업을 진행할 수 있다.

본 발명에서 상기 제2단계는 세척한 패각은 상온에서 자연 건조할 수 있음은 물론 100 내지 150℃의 열풍을 공급하는 터널을 통과시켜 건조할 수 있다.

본 발명에서 상기 제3단계는 건조한 패각을 900℃의 고온에서 가열하여 소성함으로써 패각의 내부 및 외부에 대한 전체 소독효과를 증대시키고 미생물을 멸균하도록 한다.

이때, 상기 패각은 900℃로 1시간 이상 가열하는 것이 바람직한데, 이는 가열 온도가 900℃ 미만이면 패각의 미생물 멸균에 대한 효과 및 파쇄작업의 효율성이 떨어지게 되며, 반대로 가열 온도가 900℃ 이상이 되면 경제적 측면에서 효과적이지 않게 된다.

이렇게 소성한 패각은 다음 <반응식 1>에 따라 진행된다.

<반응식 1>

CaCO₃ → CaO + CO₂(g)

그리고 상기 제3단계는 1차 소성과정을 900℃에서 1시간 이상 시행한 다음, 2차 소성과정으로 30분 이상 시행할 수 있다.

이렇게 소성과정을 1차와 2차로 분리하여 시행하는 이유는 패각에 붙어 있는 미생물과 이물질을 완전히 제거하기 위해서이며, 분쇄과정에서 용이성을 확보함과 동시에 작업시간을 단축할 수 있다.

본 발명에서 상기 제4단계는 패각을 300 내지 400 메쉬를 갖도록 분쇄를 하여 비표면적이 증대됨에 따라 활성화를 극대화할수 있다.

이때 패각은 원심진동밀 또는 어트리션밀을 이용하여 비표면적이 1200 내지 1500㎠/g이 되도록 패각을 활성화하였다.

특히 분쇄된 패각이 300 메쉬 이하가 되면 활성화효율이 저하되고, 반대로 분쇄된 패각이 400 메쉬 이상이 되면 소성단계에서 작업성이 떨어지는 문제를 갖게 된다.

여기서 상기 패각의 활성화 처리는 원심진동밀 또는 어트리션밀을 이용한 분쇄과정을 통해서 재료의 결합 상태를 변화시켜 재료의 물리화학적 성질을 변화시켜 주는 메카노케미컬 활성화를 이용한 것이다.

본 발명에서 상기 제5단계는 소성한 패각을 물과 혼합하여 수화시킨다.

여기서 수화반응용액의 초기온도를 제어하여 반응성을 향상시켜 분산도를 높인다.

이때 물의 초기온도는 50℃ 내지 80℃로 제어한다.

이러한 제5단계의 수화 반응은 다음 <반응식 2>에 따라 진행된다.

<반응식 2>

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + Heat (DH = -63.7 kJ/mol of CaO)

특히 물과 소성한 패각의 비율은 1:0.9로 하는 것이 바람직하다.

따라서 물과 소성한 패각이 혼합된 초기온도를 50℃ 내지 80℃로 제어하여 수화반응을 진행시킨다.

이때 물과 소성한 패각은 교반기를 통해 교반하여, 교반속도는 5 내지 30rpm을 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제6단계는 상기 수화물을 습식분쇄하기 위해서 다이노밀에 투입하고 1500 내지 1700rpm의 속도로 분쇄한다.

특히 지름이 2㎜인 지르코니아 비드가 함유된 다이노밀에 투입하여 상기 수화물을 습식분쇄하여 활성화시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 제7단계는 습식분쇄한 수화물을 20 내지 50℃로 건조시켜 정제하여 소석회를 제조하는 것으로, 상기 수화물을 20℃ 미만으로 건조시킬 경우 소석회가 액상으로 존재하고, 반대로 50℃를 초과하는 경우에는 제조된 소석회의 성분이 변할 수 있다.

(1) 활성화 탄산칼슘의 제조

패각을 세척 후 200℃까지 1시간 동안 건조시키고, 250메쉬로 분쇄하여 비표면적이 약 2000㎠/g인 탄산칼슘(CaCO₃)를 얻었다.

(2) 활성화 생석회의 제조: 패각을 소성로에 넣고 1000 내지 1200℃ 온도에서 CaO함량이 90%이상이고 비표면적이 약 5000㎠/g 활성화 생석회를 제조하였다.

이를 원심진동밀에 투입한 후 1차 활성화하는 공정을 시행하였다.

상기 1차 활성화한 생석회에 관한 물성을 측정하여 <표 1>에 나타내었다.

<비교실시예 1>

기계화학적 활성화 생석회 대신에 활성화하지 않은 생석회를 사용하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 소성 후 생석회를 제조하였다.

비교실시예1의 활성화되지 않는 생석회에 관한 물성을 측정하여 <표 1>에 나타내었다.

물성측정 :

상기 실시예 및 비교실시예에서 측정된 물성의 측정방법은 다음과 같다.

1. 비표면적(BET) 측정

각각의 분말을 이용하여 방사되는 비표면적을 측정하였다.

2. 수화율 측정

수화율을 측정하였다.

세척 및 건조된 패각을 평균입도 0.2mm로 1차 활성화 분쇄 후 1200℃에서 열처리하고, 평균입도 0.04mm로 2차 활성화 분쇄한 폐각 소성물인 생석회 분쇄물을 100g 당250㎖의 물과 함께 교반하였고, 교반 20분 정도에 겔화하여 더 이상의 교반이 불가능한 상태가 되었으며, 전환율은 97.53% 였다.

평균입도 0.2mm로 1차 분쇄 후 1200℃에서 열처리하고, 평균입도 0.04mm로 2차 활성화 분쇄한 폐각 분쇄물을 100g 당500㎖의 물과 함께 60분간 교반하였고, 전환율은 97.42% 였다.

<비교예 3>

평균입도 0.2mm로 1차 활성화 분쇄 후 1200℃에서 열처리하고, 기존 볼밀을 이용하여 평균 입도 0.04mm로 2차 활성화 분쇄한 폐각 분쇄물을 100g 당500㎖의 물과 함께 120분간 교반하였고, 전환율은 92.40% 였다.

<비교예 4>

평균입도 0.2mm로 1차 분쇄 후 1200℃에서 열처리하고, 기존 볼밀을 이용하여 평균입도 0.04mm로 2차 분쇄한 폐각 분쇄물을 100g 당500㎖의 물과 함께 150분간 교반하였고, 전환율은 93.01% 였다.

<비교예 5>

평균입도 0.2mm로 1차 분쇄 후 1200℃에서 열처리하고, 기존 볼밀을 이용하여 평균입도 0.04mm로 2차 분쇄한 폐각 분쇄물을 100g당 500㎖의 물과 함께 180분간 교반하였고, 전환율은 93.24% 였다.

상기와 같은 결과를 도 2에 도시하였으며, 도 2를 참조하면 전환율을 최고로 하는 교반 시간은 180분이고, 180분을 넘는 교반은 유의미한 결과를 보이지 않았으며, 활성화에 의해 전환율을 극대화하면서도 경제성을 고려한 교반시간은 120분임을 알 수 있다.

이처럼 상기와 같이 본 발명의 실시한 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시한 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 포함되는 것은 당연하다.

Claims (6)

1. 패각을 세척 및 분쇄하여 이물질을 제거하는 제1단계;
   상기 패각을 건조하는 제2단계;
   상기 건조한 패각을 소성하는 제3단계;
   상기 소성한 패각을 분쇄하여 활성화하는 제4단계;
   상기 활성화한 패각을 물과 혼합하여 수화시키는 제5단계;
   상기 수화물을 습식분쇄하여 활성화하는 제6단계;
   상기 활성화한 수화물을 정제하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1단계는 상기 패각을 세척하기 위해서 일측으로 기울어진 상태의 세척통과, 상기 세척통의 내측으로 패각을 공급하는 컨베이어와, 상기 세척통의 표면으로 고압수를 분사하여 패각을 세척할 수 있는 세척장치를 활용하고, 세척한 패각은 100 메쉬를 갖는 상부 거름망과, 상부 거름망의 하부에 위치한 200 메쉬를 갖는 하부 거름망을 마련하는 2단 형태의 거름망을 순차적으로 통과시켜 패각에 포함된 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2단계는 세척한 패각을 100 내지 150℃의 열풍을 공급하는 터널을 통과시켜 건조하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제3단계는 건조한 패각을 900℃에서 1시간 이상 가열하고 다시 30분 이상 가열하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제4단계는 소성한 패각을 300 내지 400 메쉬를 갖도록 분쇄를 하여 비표면적이 1200 내지 1500㎠/g이 되도록 활성화하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제6단계는 상기 수화물을 지름이 2㎜인 지르코니아 비드가 함유된 다이노밀에 투입하여 1500 내지 1700rpm의 속도로 회전시켜 분쇄하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 비표면적이 높은 고반응성 소석회 제조방법.

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