KR20220075904A - Manufacturing method of zeolite using lithium residue - Google Patents

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KR20220075904A KR1020200164506A KR20200164506A KR20220075904A KR 20220075904 A KR20220075904 A KR 20220075904A KR 1020200164506 A KR1020200164506 A KR 1020200164506A KR 20200164506 A KR20200164506 A KR 20200164506A KR 20220075904 A KR20220075904 A KR 20220075904A
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Abstract

본 발명은 리튬 부산물을 준비하는 단계; 상기 리튬 부산물에 알칼리 분말을 혼합하여 혼합 분말원료를 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;는, 상기 혼합하는 물과 상기 혼합 분말원료에 포함된 고체 리튬 부산물의 중량비(물/고체 리튬 부산물 비)가 15/1 ~ 37.5/1인, 제올라이트 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of preparing a lithium by-product; preparing a mixed powder raw material by mixing an alkali powder with the lithium by-product; and preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; and preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; is, the mixing water and the mixed powder raw material It relates to a method for producing a zeolite, wherein the weight ratio (water/solid lithium by-product ratio) of the solid lithium by-product contained in the is 15/1 to 37.5/1.

Description

리튬 부산물을 이용한 제올라이트 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF ZEOLITE USING LITHIUM RESIDUE}Manufacturing method of zeolite using lithium by-product {MANUFACTURING METHOD OF ZEOLITE USING LITHIUM RESIDUE}

본 발명은 리튬 부산물을 이용한 제올라이트 제조방법으로서, 보다 구체적으로는 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정 중에 발생하는 리튬 부산물을 이용하여 얻어지는 제올라이트에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing zeolite using a lithium by-product, and more particularly, to a zeolite obtained by using a lithium by-product generated during a process of recovering lithium from lithium ore.

제올라이트 (Zeolite, M[(Al2O3)x(SiO2)y]zH2O)는 세탁세제(builder), 폐수중 중금속 제거(removal of heavy metal ions in effluent), 배가스의 유해물질 제거 (removal of toxic materials from flue gases)를 위한 촉매 등으로 활용되고 있는 물질이다. 이것은 제올라이트가 가지고 있는 독특한 응용 광물학적 성질, 즉, 양이온 교환특성 (CEC, Cation Exchange Capacity), 흡착 (adsorption) 및 분자체 특성 (molecular sieve), 촉매 특성, 탈수 및 재흡수 특성 등이 관련 산업에 효용 가치가 있다는 점에 기인하여 활용, 적용되고 있는 것이다.Zeolite (Zeolite, M[(Al 2 O 3 ) x (SiO 2 ) y ] z H 2 O) is a laundry detergent (builder), removal of heavy metal ions in effluent, removal of harmful substances from exhaust gas (Removal of toxic materials from flue gases) It is a material used as a catalyst. This is because the unique applied mineralogical properties of zeolite, such as cation exchange capacity (CEC), adsorption and molecular sieve properties, catalytic properties, dehydration and resorption properties, etc., have been applied to related industries. It is being utilized and applied due to the fact that it has utility value.

제올라이트 합성에 관한 연구는 1949년 산업 응용 목적에서 A형 제올라이트가 유니온 카바이드사의 연구진에 의해 최초로 합성 되었고, A형 합성 제올라이트의 우수한 응용 광물학적 특성이 알려지게 됨에 따라 제올라이트 합성에 관한 관심이 고조되어 많은 연구가 뒤 따르게 되었다. 1960년대에 미국에서 석유 화학 공정에서의 성공적인 응용과 X형 및 Y형과 같은 Faujasite형 제올라이트의 뛰어난 효능을 갖는 새로운 합성 제올라이트들의 등장으로 제올라이트에 대한 연구가 본격적으로 이루어지게 되었다. 근래에는 제올라이트의 응용 범위가 크게 확대됨에 따라 제올라이트의 세공 구조와 그 특성에 있어서 보다 다양성이 요구되어 새로운 세공 구조와 응용 광물학적 특성을 갖는 제올라이트를 합성하기 위한 연구가 진행되어 산업 응용면에서 가장 각광 받고 있는 ZSM-5(Zeolite Socony Mobil-5)를 비롯한 약 150여종에 달하는 많은 합성 제올라이트가 개발되기에 이르렀다. 제올라이트의 응용범위로는, Faujasite형 제올라이트인 Z-X는 배기 가스중 이산화탄소의 제거나 가스 건조에, Linde Type A형인 Z-A는 세제산업에서 연화제나 가스 건조제로, Gismondine 형 제올라이트인 Z-P는 세제산업의 연화제나 폐수 처리제 등으로 광범위하게 활용되고 있다.In the study of zeolite synthesis, type A zeolite was first synthesized by Union Carbide's research team for industrial application purposes in 1949, and as the excellent applied mineralogical properties of type A synthetic zeolite became known, interest in zeolite synthesis increased Research followed. In the 1960s, research on zeolites began in earnest in the United States with the advent of new synthetic zeolites with excellent efficacy of Faujasite-type zeolites such as X-type and Y-type and successful application in petrochemical processes in the United States. In recent years, as the application range of zeolite has been greatly expanded, more diversity is required in the pore structure and characteristics of zeolite, and research to synthesize zeolite having a new pore structure and applied mineralogical properties has been conducted, and it is in the spotlight in industrial applications. About 150 kinds of synthetic zeolites have been developed, including ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5), which is being accepted. As for the scope of application of zeolite, Z-X, a faujasite type zeolite, is used to remove carbon dioxide from exhaust gas or for gas drying, Linde type A type Z-A is a softener or gas desiccant in the detergent industry, and Z-P, a Gismondine type zeolite, is a softener or softener in the detergent industry. It is widely used as a wastewater treatment agent.

제올라이트 합성은 대개 상온에서 200℃ 범위의 온도조건에서 소위 "hydrogel process" 라고 일컬어 지는 수열 합성법 (hydrothermal process) 으로 제조되어 진다. 일반적으로 제올라이트는 생성과정에서 특별한 압력조건을 필요로 하지 않고 낮은 온도에서 비교적 쉽게 합성 된다는 특징을 가지고 있다. 현재 일반적으로 제올라이트 합성용 원료로 사용하고 있는 시약급의 sodium silicate (Na2SiO3), sodium aluminate (NaAlO2), Aluminium hydroxide (Al(OH)3)등은 대부분 순도 98% 이상의 품질을 나타내기 때문에 이들 원료를 사용하여 제조한 제올라이트 품질 또한 매우 높은 순도로 제조되고 있다. 이러한 시약 원료를 사용하여 합성된 제올라이트는 세공 특성이 다양할 뿐만 아니라 그 성능, 효능이 우수하나 실제로 응용 될 때에는 보다 값싼 천연 제올라이트에 비해 가격면에서 다소 불리한 어려움을 갖고 있다. 따라서, 우수한 특성을 갖는 제올라이트를 균질하게 합성할 수 있는 보다 저렴한 합성법 (cost effective method)을 모색하기 위한 노력들이 현재 진행되고 있다.Zeolite synthesis is usually prepared by a so-called “hydrogel process” at a temperature ranging from room temperature to 200°C by a hydrothermal process. In general, zeolites do not require special pressure conditions in the production process and are relatively easily synthesized at low temperatures. Currently, reagent grade sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2 ), and aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), which are generally used as raw materials for zeolite synthesis, have a purity of 98% or more. Therefore, the quality of the zeolite manufactured using these raw materials is also manufactured with very high purity. The zeolite synthesized using these reagent raw materials has various pore characteristics as well as excellent performance and efficacy, but when applied in practice, it has some disadvantages in terms of price compared to cheaper natural zeolite. Therefore, efforts are currently underway to find a more cost effective method capable of homogeneously synthesizing zeolite having excellent properties.

보다 저렴한 합성 방안으로는 종래에 주로 제올라이트 합성용 원료로 사용 되었던 시약 형태의 물질인 sodium silicate, sodium aluminate, silica gel, fumed silica보다 값싼 천연재료, 즉 제올라이트 합성에 적합한 조성을 갖는 규산염 광물을 원료로 사용하는 방안들이 검토되고 있다. 천연 광물을 이용한 제올라이트 합성에 관한 연구는 주로 점토 (Clay), 고령토, 카올린 (Kaoline), 화산 유리질 암석을 대상으로 이루어져 오고 있다. 또한 부존 자원이 부족한 천연 광물 대신에 산업 공정에서 다량으로 발생되는 다양한 부산물들을 제올라이트 합성용 원료로 사용하는 연구도 지속적으로 진행되고 있는 상황이다. 산업 공정 발생 부산물로서는 대표적인 물질인 fly ash를 비롯하여 제지산업 발생 제지 슬러지, 채굴과정에서 발생되는 waste sandstone cake, 석재나 골재 생산공정에서 원석의 1 ~ 10%에 해당되게 발생하는 쇄석 미분말, 알루미늄 제조공정에서 발생하는 알루미늄 드로스, 제철공정에서 다량으로 발생하는 수쇄슬래그 분말등 다양한 부산물을 이용하여 부산물의 재활용과 함께 부가가치를 창출할 수 있는 기능성 재료의 제조 가능성에 관심이 높아지고 있다.As a cheaper synthesis method, natural materials that are cheaper than sodium silicate, sodium aluminate, silica gel, and fumed silica, which are reagent-type materials that have been mainly used as raw materials for zeolite synthesis, are used as raw materials, that is, silicate minerals having a composition suitable for zeolite synthesis. measures are being considered. Research on the synthesis of zeolite using natural minerals has mainly been made on clay, kaolin, kaolin, and volcanic vitreous rocks. In addition, research on using various by-products generated in large quantities in industrial processes as raw materials for zeolite synthesis instead of natural minerals with insufficient natural resources is being continuously conducted. As by-products of industrial process, fly ash, a representative material, paper sludge generated in the paper industry, waste sandstone cake generated in the mining process, fine crushed stone powder generated corresponding to 1 to 10% of raw stone in the stone or aggregate production process, aluminum manufacturing process There is growing interest in the possibility of manufacturing functional materials that can create added value along with recycling of by-products by using various by-products such as aluminum dross generated in steel mills and crushed slag powder generated in large quantities in the steelmaking process.

그러나 시약급 원료 대비 매우 저렴한 원료인 천연광물 (점토, 고령토, 카올린등), 또는 부존자원이 부족한 천연광물 대신 산업공정 발생 부산물을 이용하여 제올라이트를 제조할 경우에는 천연광물 또는 산업공정 발생 부산물에 존재하는 다양한 종류의 불순 광물 및 불순물 성분들이 최종 생성물인 제올라이트에 유입되어 품질을 저하시키는 문제점이 지적되고 있다. 따라서 천연광물 또는 산업공정 발생 부산물과 같은 저렴한 원료를 이용하여 우수한 품질의 제올라이트를 제조하기 위해서는 원료내의 불순물 제거 또는 저감 방법에 대한 방안이 모색 되어져야 한다.However, when zeolite is manufactured using natural minerals (clay, kaolin, kaolin, etc.), which are very inexpensive raw materials compared to reagent-grade raw materials, or by-products generated from industrial processes instead of natural minerals with insufficient natural resources, they are present in natural minerals or by-products generated by industrial processes. Various kinds of impure minerals and impurity components are introduced into the zeolite, which is the final product, and there is a problem that the quality deteriorates. Therefore, in order to manufacture zeolite of excellent quality using inexpensive raw materials such as natural minerals or by-products from industrial processes, methods for removing or reducing impurities in raw materials should be sought.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에 있어서 다량으로 발생하는 리튬 부산물을 이용하여 흡착 특성이 우수하여 이산화탄소 가스의 제거제로 각광받고 있는 Faujasite 형태의 제올라이트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to use lithium by-products generated in a large amount in the process of recovering lithium from lithium ore and have excellent adsorption properties, and thus it is in the spotlight as a remover of carbon dioxide gas. It is to provide a zeolite in the form of Faujasite received and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 측면은, 리튬 부산물을 준비하는 단계; 상기 리튬 부산물에 알칼리 분말을 혼합하여 혼합 분말원료를 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;는, 상기 혼합하는 물과 상기 혼합 분말원료에 포함된 고체 리튬 부산물의 중량비(물/고체 리튬 부산물 비)가 15/1 ~ 37.5/1인, 제올라이트 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention comprises the steps of preparing a lithium by-product; preparing a mixed powder raw material by mixing an alkali powder with the lithium by-product; and preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; and preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; is, the mixing water and the mixed powder raw material It provides a method for producing a zeolite, wherein the weight ratio (water/solid lithium by-product ratio) of the solid lithium by-product contained in the is 15/1 to 37.5/1.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 하이드로겔 용액에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰 비(Si/Al 비)를 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) contained in the hydrogel solution by adding an alumina supplementary material or silica supplementary material to the hydrogel solution; may further include have.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 조절된 몰 비(Si/Al 비)가 1.25 ~ 3.5일 수 있다.In one embodiment, the adjusted molar ratio (Si/Al ratio) of silicon to aluminum contained in the hydrogel solution may be 1.25 to 3.5.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of aging the hydrogel solution; may further include.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;는, 숙성온도가 0℃ ~ 40℃일 수 있다.In one embodiment, the step of aging the hydrogel solution; the aging temperature may be 0 ℃ ~ 40 ℃.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;는, 숙성시간이 6시간 이상일 수 있다.In one embodiment, the step of aging the hydrogel solution; the aging time may be 6 hours or more.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of crystallizing the hydrogel solution; may further include.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는, 결정화 온도가 70℃ ~ 90℃일 수 있다.In one embodiment, the step of crystallizing the hydrogel solution; may be a crystallization temperature of 70 ℃ ~ 90 ℃.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는, 결정화 반응시간이 9시간 이상일 수 있다.In one embodiment, the step of crystallizing the hydrogel solution; the crystallization reaction time may be 9 hours or more.

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는, 0rpm ~ 300rpm의 교반속도로 교반하면서 결정화 반응시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of crystallizing the hydrogel solution; may be a crystallization reaction while stirring at a stirring speed of 0rpm ~ 300rpm.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 부산물을 준비하는 단계; 이후에, 상기 리튬 부산물을 수세하여 pH를 6 내지 8로 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, preparing the lithium by-product; Thereafter, washing the lithium by-product with water to adjust the pH to 6 to 8; may further include.

일 실시예에 있어서, 상기 알칼리는 NaOH 및 KOH 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the alkali may include at least one of NaOH and KOH.

일 실시예에 있어서, 상기 알루미나 보충 물질은 소듐알루미네이트(NaAlO2)일 수 있다.In one embodiment, the alumina supplement material may be sodium aluminate (NaAlO 2 ).

일 실시예에 있어서, 상기 실리카 보충 물질은 소듐실리케이트(Na2OSiO2)일 수 있다.In one embodiment, the silica supplement material may be sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ).

일 실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계; 이후에, 상기 결정을 여과하는 단계; 상기 여과된 결정을 수세하는 단계; 및 상기 수세된 결정을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, crystallizing the hydrogel solution; thereafter, filtering the crystals; washing the filtered crystals with water; and drying the washed crystals.

일 실시예에 있어서, 상기 여과된 결정을 수세하는 단계;는, 상기 수세과정에 의한 최종 생성물의 상등액 pH를 10 이하로 조절하는 단계;일 수 있다.In one embodiment, washing the filtered crystals with water; adjusting the pH of the supernatant of the final product by the washing process to 10 or less; may be.

본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에서 다량으로 발생하는 리튬 부산물을 원료로 사용하여, 우수한 흡착 특성을 가지고 있어 배기 가스중의 CO2를 제거하는 가스 흡착재나 세탁세재 빌더용으로 사용하는 것이 가능한 Faujasite형 제올라이트를 수득할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a gas adsorbent or laundry detergent builder that removes CO 2 in exhaust gas by using a lithium by-product generated in a large amount in the process of recovering lithium from lithium ore as a raw material and has excellent adsorption properties. It is possible to obtain a Faujasite-type zeolite that can be used for this purpose.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 리튬 회수공정에서 다량으로 발생하는 리튬 부산물을 기능성 소재로 활용함으로써 발생 부산물의 폐기 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 부가 가치가 있는 소재를 제조하여 환경 친화적 기능성 재료로서 활용할 수 있다.According to another aspect of the present invention, by utilizing the lithium by-product generated in a large amount in the lithium recovery process as a functional material, it is possible to reduce the cost of disposing of the generated by-product as well as to manufacture a material with added value as an environmentally friendly functional material. can be used

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 다량의 리튬 부산물을 재활용할 수 있는 방안을 제시함으로써 자원 순환 사회의 구축에도 기여할 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, it is possible to contribute to the construction of a resource circulation society by suggesting a method for recycling a large amount of lithium by-products.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트의 전자 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 비교예에 따라 제조된 제올라이트(Z-A+SOD)의 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 비교예에 따라 제조된 제올라이트(Faujasite+Z-P)의 전자 현미경 사진이다.
1 is an electron micrograph of a zeolite prepared according to an embodiment of the present invention.
2 is an electron micrograph of a zeolite (Z-A+SOD) prepared according to a comparative example of the present invention.
3 is an electron micrograph of a zeolite (Faujasite+ZP) prepared according to another comparative example of the present invention.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second and third etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and includes the presence or absence of another characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component. It does not exclude additions.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part, or the other part may be involved in between. In contrast, when a part is referred to as being "directly above" another part, the other part is not interposed therebetween.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.In addition, unless otherwise specified, % means weight %, and 1 ppm is 0.0001 weight %.

본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.In an embodiment of the present invention, the meaning of further including the additional element means that the remaining iron (Fe) is included by replacing the additional amount of the additional element.

다르게 정의하지는 않았으나, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as those commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Commonly used terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명은 Li2O 약 1.5% 정도 함유하고 있는 리튬 광석을 부유 선광하여 약 6%정도로 농축시킨 후 리튬을 회수하는 공정에 있어서, 특히 리튬 광석 열처리, 분쇄, 황산 배소, 수침출, 그리고 고액 분리하는 일연의 공정에서 다량으로 발생하는 리튬 부산물을 이용하여 흡착 특성이 우수하여 이산화 탄소 가스의 제거제로 각광받고 있는 Faujasite 형태의 제올라이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for recovering lithium after flotation of lithium ore containing about 1.5% of Li 2 O and concentration to about 6%, in particular, lithium ore heat treatment, grinding, sulfuric acid roasting, water leaching, and solid-liquid separation It relates to a method for producing a faujasite-type zeolite, which is in the spotlight as a carbon dioxide gas scavenger, because of its excellent adsorption properties using lithium by-products generated in large amounts in a series of processes.

리튬 광석은 주로 스포듀민(LiAl2SiO6) 광물로 구성되어 있으며, 황산배소 및 수침출에 의해 Li을 회수한 후 잔류하는 잔류물, 즉, 리튬 부산물은 Al2O3 4SiO 2로서, 알루미나와 실리카 성분을 주요 구성성분으로 하는 알루미노 실리케이트 화합물이며, 불순 광물로서 매우 복잡한 조성을 가지는 운모(mica, (K,Ca,Na)2,(Fe,Mg,Al,Mn,Fe,Ti)4~6(Si,Al)8(OH,F))를 비롯하여 지각의 90%를 차지하는 결정성 석영(SiO2)을 많게는 약 10% 정도까지 함유하고 있는 물질이다.Lithium ores are mainly composed of spodumene (LiAl 2 SiO 6 ) minerals, and the residue remaining after recovering Li by roasting sulfate and water leaching, that is, lithium by-products, is Al 2 O 3 4SiO 2 , and alumina and It is an aluminosilicate compound whose main component is silica, and as an impure mineral, mica (mica, (K,Ca,Na) 2 , (Fe, Mg, Al, Mn, Fe, Ti) 4~6 (Si,Al) 8 (OH,F)) and crystalline quartz (SiO 2 ) occupying 90% of the earth's crust is a material containing at most about 10%.

제올라이트는 알루미나 성분과 실리카 성분이 망목구조 형태로 구성되어 있는 물질이기 때문에 제올라이트 구성성분과 동일한 알루미나 성분과 실리카 성분으로 구성되어 있는 리튬 부산물을 이용하여 적정한 처리 process를 통해 여러 형태의 제올라이트를 제조할 수 있을 것으로 판단한다.Since zeolite is a material in which an alumina component and a silica component are composed of a network structure, various types of zeolite can be manufactured through an appropriate treatment process using lithium by-products composed of the same alumina component and silica component as the zeolite component. judge that there will be

따라서, 본 발명은 리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에 있어서, 특히 광석 열처리, 분쇄, 황산 배소, 수침출, 그리고 고액 분리하는 일연의 공정에서 다량으로 발생하는 실리카와 알루미나 두성분의 합이 약 90% 이상인 알루미노 실리케이트 화합물 형태로 존재하는 리튬 부산물을 이용하여 우수한 흡착특성을 가지고 있어 배기 가스 중 이산화탄소의 제거나 가스 건조용 등으로 응용 가능한 Faujasite형태의 제올라이트인 X형 제올라이트 입자의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, in the present invention, in the process of recovering lithium from lithium ore, in particular, the sum of the two components of silica and alumina generated in large amounts in a series of ore heat treatment, grinding, sulfuric acid roasting, water leaching, and solid-liquid separation is about 90 To provide a method for manufacturing X-type zeolite particles, which is a faujasite-type zeolite, which has excellent adsorption properties using lithium by-products present in the form of aluminosilicate compounds of % or more it is for

이하, 리튬 부산물 및 제올라이트 제조방법 각 단계에 대하여 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, each step of the lithium by-product and zeolite manufacturing method will be described in detail.

리튬 부산물lithium by-product

리튬 광석으로부터 리튬을 회수하는 공정에 있어서, 리튬 광석의 주 광물상인 스포듀민(Li2O Al2O3 4SiO2, LiAl2Si2O6)이 황산 배소공정 및 후속 수 침출 공정에 의해 수용성 Li2SO4로 용해, 침출되고 후속공정에서 적정한 중화반응 등에 의해 Li으로 회수될 수 있다.In the process of recovering lithium from lithium ore, spodumene (Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 , LiAl 2 Si 2 O 6 ), the main mineral phase of lithium ore, is water-soluble Li by the sulfuric acid roasting process and subsequent water leaching process. It is dissolved and leached into 2 SO 4 and can be recovered as Li by an appropriate neutralization reaction in a subsequent process.

반면 수 침출 후 고액분리 분리과정에서 스포듀민(Li2O Al2O3 4SiO2, LiAl2Si2O6)의 나머지 구성 성분인 Al2O3와 SiO2는 알루미노실리케이트(Al2O3 4SiO2, AlSi2O6) 고체 화합물 형태로 잔류하여 리튬 부산물을 구성할 수 있다.On the other hand, in the solid-liquid separation process after water leaching, Al 2 O 3 and SiO 2 , the remaining components of spodumene (Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 , LiAl 2 Si 2 O 6 ), are aluminosilicate (Al 2 O 3 ). 4SiO 2 , AlSi 2 O 6 ) It may remain in the form of a solid compound to constitute a lithium by-product.

상기 리튬 부산물은 Al2O3 약 26 중량%, SiO2 약 66 중량%, Fe2O3 1.6 중량%, 그리고 이외에 CaO, Na2O, K2O등 알카리 금속을 0.1 ~ 0.4 중량% 함유할 수 있으며, 알루미노실리케이트(Al2O3 4SiO2, AlSi2O6), 석영(SiO2), 및 알바이트(albite) 등으로 구성되어 있는 결정상으로서 평균 입도는 약 14 ~ 25 ㎛ 정도의 특성을 가진 물질일 수 있다.The lithium by-product is Al 2 O 3 about 26% by weight, SiO 2 about 66% by weight, Fe 2 O 3 1.6% by weight, and in addition to CaO, Na 2 O, K 2 O, such as 0.1 to 0.4% by weight of alkali metals. It is a crystalline phase composed of aluminosilicate (Al 2 O 3 4SiO 2 , AlSi 2 O 6 ), quartz (SiO 2 ), and albite, and has an average particle size of about 14 to 25 μm. It may be a material with

리튬 부산물의 주요 광물상, 약 93% 함량을 나타내는 알루미노실리케이트 화합물 광물상(알루미노실리케이트, Albite)은 제올라이트의 주요 구성성분인 실리카와 알루미나 성분으로 구성되어 있기 때문에 합성 제올라이트의 원료로 충분히 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 리튬 부산물 내에는 제올라이트 주요 구성성분이 되는 알루미노실리케이트 화합물 광물상 이외에 광물학적으로 매우 안정한 형태인 석영상(SiO2)이 약 7% 함유되어 있어 이 광물질을 사전 처리하여 제거하지 않으면 최종 생성물인 제올라이트의 품질을 저하시키는 주된 요인으로 작용하게 된다.As the main mineral phase of lithium by-products, the aluminosilicate compound mineral phase (aluminosilicate, Albite) with a content of about 93% consists of silica and alumina, which are the main components of zeolite, so it can be used sufficiently as a raw material for synthetic zeolite. is judged However, in addition to the aluminosilicate compound mineral phase, which is the main component of zeolite, about 7% of quartz (SiO 2 ), a very stable mineral form, is contained in the lithium by-product in about 7%. It is the main factor that deteriorates the quality of

본 발명은 광물학적으로 매우 안정한 SiO2 광물상을 사전 처리를 통해 화학적으로 용해 가능한 형태로 전이시켜 제올라이트 구성성분인 실리카 원으로 활용될 수 있도록 한 후, 반응액의 적정한 숙성(aging) 과정과 결정화 반응을 통해 불순물인 Quartz 광물질의 유입을 차단하여 순도가 높은 Faujasite형 제올라이트인 X형 제올라이트를 제조하고자 하는 것이다.The present invention converts the mineralogically very stable SiO 2 mineral phase into a chemically soluble form through pre-treatment so that it can be used as a silica source, which is a component of zeolite, followed by an appropriate aging process and crystallization reaction of the reaction solution It is intended to manufacture X-type zeolite, which is a high-purity Faujasite-type zeolite, by blocking the inflow of an impurity, Quartz mineral.

제올라이트 제조방법Zeolite manufacturing method

본 발명의 일 측면에 따른 제올라이트 제조방법은, 리튬 부산물을 준비하는 단계; 상기 리튬 부산물에 알칼리 분말을 혼합하여 혼합 분말원료를 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;는, 상기 혼합하는 물과 상기 혼합 분말원료에 포함된 고체 리튬 부산물의 중량비(물/고체 리튬 부산물 비)가 15/1 ~ 37.5/1 일 수 있다.A zeolite manufacturing method according to an aspect of the present invention comprises the steps of preparing a lithium by-product; preparing a mixed powder raw material by mixing an alkali powder with the lithium by-product; and preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; and preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; is, the mixing water and the mixed powder raw material The weight ratio (water/solid lithium by-product ratio) of the solid lithium by-product contained in may be 15/1 to 37.5/1.

상기 리튬 부산물을 준비하는 단계;는 리튬 함유 광석을 열처리하는 단계; 상기 열처리된 리튬 함유 광석을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 리튬 함유 광석 내의 리튬 성분을 황산리튬으로 석출하는 단계; 상기 황산리튬을 물에 침출시키는 단계; 및 고액 분리에 의해 리튬 잔사를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.Preparing the lithium by-product; heat-treating the lithium-containing ore; pulverizing the heat-treated lithium-containing ore; precipitating the lithium component in the pulverized lithium-containing ore as lithium sulfate; leaching the lithium sulfate into water; and obtaining a lithium residue by solid-liquid separation.

상기 리튬 부산물을 준비하는 단계; 이후에, 상기 리튬 부산물을 수세하여 pH를 6 내지 8로 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.preparing the lithium by-product; Thereafter, washing the lithium by-product with water to adjust the pH to 6 to 8; may further include.

상기 리튬 부산물을 수세하여 pH를 6 내지 8으로 조절하는 단계는, 상기 리튬 부산물로부터 산의 짝염기를 제거하는 단계일 수 있다. 상기 산의 짝염기는 리튬 수 침출시 황산 배소로 인한 황산기(SO4 2-)일 수 있다.The step of adjusting the pH to 6 to 8 by washing the lithium by-product may be a step of removing the conjugate base of the acid from the lithium by-product. The conjugate base of the acid may be a sulfate group (SO 4 2- ) resulting from sulfuric acid roasting during lithium water leaching.

리튬 부산물이 산성을 띄는 이유는 리튬 광석 전처리 과정에서 황산으로 배소시 과량의 황산을 사용하기 때문에 수 침출시 미반응 상태로 남아 있던 황산이 용해되어 리튬 부산물에 포함, 잔류하기 때문이다. 따라서, 잔존하는 황산기(SO4 2-)를 포함한 산성의 리튬 부산물을 수세하지 않고 그대로 제올라이트 제조용 원료로 사용할 경우에는 잔존하는 황산기 이온이 리튬 부산물 원료와의 반응을 위해 첨가하는 알칼리 성분을 우선 소모하게 되고, 그 결과로 인해 과량의 알카리 첨가가 필요하게 될 뿐만 아니라 첨가한 알카리 성분과 잔존하는 황산기(SO4 2-) 이온이 반응하여 망초(Na2SO4) 를 형성하게 되므로 결과적으로는 불용성 석영과 첨가한 알칼리와의 반응에 의하여 형성되는 용해 가능한 광물상(SiO2+NaOH->Na2SiO3)의 형성을 방해하기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 리튬 회수 공정 발생 산성의 리튬 부산물을 이용하여 합성 제올라이트를 제조하기 위한 원료로 사용하기 위해서는 산성의 리튬 부산물을 충분한 수세 과정을 통해 황산기(SO4 2-) 이온을 제거하여 pH 6 내지 8의 리튬 부산물로 제조하는 것이 반드시 선행 되어야 한다.The reason that lithium by-products are acidic is that, when roasting with sulfuric acid in the lithium ore pretreatment process, excess sulfuric acid is used, so the sulfuric acid remaining unreacted during water leaching is dissolved and included in the lithium by-products. Therefore, if the acidic lithium by-product containing the remaining sulfate group (SO 4 2- ) is used as a raw material for zeolite production without washing with water, the remaining sulfate ion will consume the alkali component added for reaction with the lithium by-product raw material first. As a result, not only the addition of an excess of alkali is required, but also the added alkali component and the remaining sulfate group (SO 4 2- ) ions react to form the salt (Na 2 SO 4 ). As a result, insoluble quartz It is not preferable because it interferes with the formation of a soluble mineral phase (SiO 2 +NaOH->Na 2 SiO 3 ) formed by the reaction with the added alkali. Therefore, in order to use the acidic lithium by-product generated in the lithium recovery process as a raw material for manufacturing synthetic zeolite, the acidic lithium by-product is washed with sufficient water to remove sulfate group (SO 4 2- ) ions to have a pH of 6 to 8. Manufacturing as a lithium by-product must be preceded.

상기 수세된 리튬 부산물에 알칼리 분말을 혼합하여 혼합 분말원료를 제조하는 단계:는 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계; 및 상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.Preparing a mixed powder raw material by mixing the alkali powder with the washed lithium by-product: uniformly mixing the alkali powder with the lithium by-product; and heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder.

상기 리튬 부산물에 알칼리 분말을 균일하게 혼합하는 단계;에서, 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비는 1.0 이상일 수 있다. 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.0 이상의 조건으로 제조한 혼합하고 열처리한 원료 물질내에는 SiO2 결정상은 소멸하였고, SiO2 결정상이 소멸한 시료를 이용하여 결정화 반응을 통해 제조한 최종 생성물은 X형 제올라이트가 생성될 수 있다.In the step of uniformly mixing the alkali powder with the lithium by-product; the alkali powder/lithium by-product weight ratio may be 1.0 or more. The SiO 2 crystal phase disappeared in the mixed and heat-treated raw material prepared under the conditions of alkali powder/lithium by-product weight ratio of 1.0 or more, and the final product prepared through a crystallization reaction using a sample in which the SiO 2 crystal phase disappeared is X-type zeolite can be created.

그러나 알칼리 분말/리튬 부산물 중량비가 1.0 미만인 경우에는 SiO2 결정상이 원료인 리튬 부산물과 같은 상태로 그대로 존재하고 있으며, SiO2 결정상이 혼재하고 있는 시료를 이용하여 결정화 반응을 통해 제조한 최종 생성물은 이온 교환능이 낮아 산업적으로의 응용성이 적은 방비석, SOD을 비롯하여 하석, P형 제올라이트, X형 제올라이트등 여러가지 제올라이트 결정상과 SiO2 결정상이 혼재해 있는 물질로 생성될 수 있어, 제올라이트 품질에 악영향을 미치는 문제가 있다.However, when the alkali powder/lithium by-product weight ratio is less than 1.0, the SiO 2 crystal phase is in the same state as the raw material lithium by-product, and the final product prepared through the crystallization reaction using a sample in which the SiO 2 crystal phase is mixed is an ion A problem that adversely affects the quality of zeolite, as it can be produced as a material in which various zeolite crystal phases and SiO 2 crystal phases are mixed, such as P-type zeolite, X-type zeolite, etc. there is

따라서, 리튬 부산물과 알카리 분말을 혼합하여 균일한 혼합물을 제조하는 단계에서, 알카리 분말/리튬 부산물 중량비를 1.0 이상으로 조정하여 열처리함으로써 리튬 부산물 내에 존재하는 석영(SiO2) 결정상이 첨가한 알칼리 분말과 충분히 반응하여 가용성 물질 형태(sodium silicate, sodium aluminate, sodium aluminium silicate)가 생성 되도록 하고, 이 시료가 후속의 결정화 과정을 통해 제올라이트 단일상으로 생성시킴으로써 합성 제올라이트의 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, in the step of preparing a uniform mixture by mixing the lithium by-product and the alkali powder, the quartz (SiO 2 ) crystal phase present in the lithium by-product is heated by adjusting the weight ratio of the alkali powder/lithium by-product to 1.0 or more. It is possible to improve the quality of synthetic zeolite by sufficiently reacting to form soluble substances (sodium silicate, sodium aluminate, sodium aluminum silicate), and by generating this sample as a single zeolite phase through the subsequent crystallization process.

상기 알칼리는 NaOH 및 KOH 중에서 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.The alkali may include at least one of NaOH and KOH.

상기 알칼리 분말은 제올라이트 형성에 필요한 구성 성분을 제공하는 것이면 어느 것이든 사용가능하며, 예를 들어 Na를 공급하는 NaOH가 바람직하며, KOH도 사용할 수 있다. 또한, 사용되는 알칼리는 리튬 부산물과 균일하게 혼합될 수 있고, 또한 반응성이 높은 분말형을 사용하는 것이 보다 바람직하다.Any of the alkali powders may be used as long as they provide the constituents necessary for the formation of zeolite. For example, NaOH supplying Na is preferable, and KOH may also be used. In addition, the alkali used can be uniformly mixed with the lithium by-product, and it is more preferable to use a powder form with high reactivity.

상기 상기 알칼리 분말이 혼합된 리튬 부산물을 열처리하는 단계;에서, 열처리 온도가 500℃ 이상, 열처리 시간은 30분 이상일 수 있다.In the step of heat-treating the lithium by-product mixed with the alkali powder; in, the heat treatment temperature is 500 ℃ or more, the heat treatment time may be 30 minutes or more.

열처리 온도가 500℃ 미만, 열처리 시간 30분 미만인 경우에는 리튬 부산물 내에 존재하는 SiO2 결정상이 첨가한 알카리 분말과 반응하여 새로운 결정상으로의 전이에 필요한 활성화 에너지(Ea)가 부족하여 용해 가능한 형태 물질인 소듐실리케이트, 소듐알루미네이트, 소듐알루미늄실리케이트 등으로의 전이 반응이 충분히 진행되지 못하기 때문이다. 열처리 온도와 열처리 시간은 반응 물질이 새로운 생성물로 완전하게 전이하는데 필요한 활성화 에너지만큼만 공급하면 충분하며, 활성화 에너지를 공급할수 있는 조건 범위 내에서는 가능한 낮은 에너지를 사용하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 과도하게 높아지거나 열처리 시간이 과도하게 길어지면 에너지 사용면에서도 불리할 뿐만 아니라 열처리 후 리튬 부산물과 저융점 화합물인 알칼리가 반응하여 매우 강고한 결합체를 형성하기 때문에 후속 결정화시 반응성을 향상 시키기 위한 원료의 미세화 공정에서 또 다른 분쇄 에너지가 필요하기 때문이다.When the heat treatment temperature is less than 500 °C and the heat treatment time is less than 30 minutes, the SiO 2 crystal phase present in the lithium by-product reacts with the added alkali powder and the activation energy (Ea) required for transition to a new crystal phase is insufficient, so it is a soluble form material. This is because the transition reaction to sodium silicate, sodium aluminate, sodium aluminum silicate, etc. does not proceed sufficiently. As for the heat treatment temperature and heat treatment time, it is sufficient to supply only the activation energy required for the complete transition of the reactant to a new product, and it is preferable to use as low energy as possible within the range of conditions that can supply the activation energy. If the heat treatment temperature is excessively high or the heat treatment time is excessively long, not only is it disadvantageous in terms of energy use, but also the lithium by-product and alkali, a low-melting compound, react after heat treatment to form a very strong bond. This is because another grinding energy is required in the process of refining the raw material for

상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;는, 상기 혼합하는 물과 상기 혼합 분말원료에 포함된 고체 리튬 부산물의 중량비(이하, "물/고체 리튬 부산물 비")가 15/1 ~ 37.5/1 일 수 있다.Preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material; The weight ratio of the mixed water and the solid lithium by-product contained in the mixed powder raw material (hereinafter, "water/solid lithium by-product ratio") is 15 It can be /1 to 37.5/1.

본 명세서에서, 15/1 ~ 37.5/1의 물/고체 리튬 부산물 비는 6/1 ~ 15/1의 물/혼합 분말원료 비(alkali-fused powder, 잔사+알칼리)로 표현될 수 있다.In this specification, the water/solid lithium by-product ratio of 15/1 to 37.5/1 may be expressed as a water/mixed powder raw material ratio (alkali-fused powder, residue+alkali) of 6/1 to 15/1.

물/고체 리튬 부산물 비 15/1 미만인 조건에서 제조된 최종 생성물에는 Faujasite형 X 제올라이트 결정상 이외에 이온 교환능이 작아 산업적으로 응용 가능성이 낮은 하이드록시 소달라이트(hydroxysodalite,Na8(AlSiO6)4(OH)2 Si2O6 H2O)가 혼입, 생성되기 때문에 흡착 특성이 우수한 Faujasite형 제올라이트 단일 결정상을 제조할 수 없게 된다. 또한 물/고체 리튬 부산물 비 50/1 초과인 조건에서 제조된 최종 생성물은 제올라이트 결정상으로 석출하지 않고, 비정질 상태인 amorphous 상태로 생성되어 지기 때문에 바람직하지 못하다. 물/고체 리튬 부산물 비 15/1 미만인 조건에서 하이드록시 소달라이트 결정상이 혼입 생성되는 것은 원료인 용융 알칼리 분말에 대해 상대적으로 혼합하는 물의 양이 적어 본 반응계에서 원료 대상물질을 용해시키는 추출제로 사용하는 알칼리량이 많아지는 조건으로서, 용액내에 OH- 이온농도가 높아져서 결정화 반응을 통해 생성된 X형 제올라이트가 열역학적으로 불안정하여 고농도의 OH- 조건에서 보다 안정한 결정상인 하이드록시 소달라이트로 상전이 하기 때문에 나타난 결과로 판단된다. 물/고체 리튬 부산물 비 50/1 초과인 조건에서 제올라이트 결정으로 석출하지 않고 비정질 상태인 amorphous 상태로 생성되는 것은 원료인 혼합 분말원료에 대해 혼합되는 물의 양이 과도하게 많아져 용해, 추출제인 알칼리 양이 상대적으로 부족하여 OH- 이온 농도가 낮아져서 출발 원료 물질인 비결정질의 hydrogel 입자를 효과적으로 용해, 추출하는 반응이 진행되지 못해 결과론적으로는 원료 물질에 대한 용해능이 부족하여 출발 원료상태 그대로인 비결정질 상태(amorphous상)로 잔존하기 때문에 나타난 결과로 판단된다. 그러나, 물/고체 리튬 부산물 비를 15/1 ~ 37.5/1 범위내로 조정한 후 결정화 반응시켜 제조한 최종 생성물은 결정성이 매우 우수한 Faujasite형 제올라이트 단일상으로 생성되게 된다.In the final product prepared under the condition that the water/solid lithium by-product ratio is less than 15/1, in addition to the Faujasite-type X zeolite crystal phase, the ion exchange capacity is small, so hydroxysodalite, Na 8 (AlSiO 6 ) 4 (OH) 2 Si 2 O 6 H 2 O) is mixed and generated, so a single crystal phase of Faujasite-type zeolite with excellent adsorption properties cannot be prepared. In addition, the final product prepared under the condition that the water/solid lithium by-product ratio is more than 50/1 is not preferable because it does not precipitate as a zeolite crystal phase and is generated in an amorphous state, which is an amorphous state. When the water/solid lithium by-product ratio is less than 15/1, when the hydroxy sodalite crystal phase is mixed and generated, the amount of water to be mixed with the molten alkali powder as the raw material is relatively small, so it is used as an extractant that dissolves the raw material in this reaction system. As a condition in which the amount of alkali increases, the OH- ion concentration in the solution is increased, so that the X-type zeolite produced through the crystallization reaction is thermodynamically unstable and undergoes a phase change to hydroxy sodalite, which is a more stable crystalline phase under high OH- conditions. is judged When the water/solid lithium by-product ratio is more than 50/1, it does not precipitate as zeolite crystals and is produced in an amorphous state, which is an amorphous state. Due to this relatively insufficient OH- ion concentration, the reaction of effectively dissolving and extracting the amorphous hydrogel particles, which is the starting raw material, does not proceed. It is judged as the result that appeared because it remains as the top). However, the final product prepared by the crystallization reaction after adjusting the water/solid lithium by-product ratio within the range of 15/1 to 37.5/1 is produced as a single phase of Faujasite-type zeolite having excellent crystallinity.

물/고체 리튬 부산물 비 조절단계에서 사용하는 용매는 물일 수 있다. 상기 물은 공업 용수, 일반 수도수 등도 사용할 수 있지만 보다 바람직하게는 증류수, 이온교환수 등을 사용하는 것이 Ca, Na 등 알칼리 금속을 비롯하여 기타 불순물의 유입을 배제할 수 있어 최종 생성물인 제올라이트 품질에 영향을 미치지 않아 보다 바람직하다.The solvent used in the step of adjusting the water/solid lithium byproduct ratio may be water. Industrial water, general tap water, etc. can also be used as the water, but more preferably distilled water or ion-exchanged water can be used to exclude the inflow of other impurities including alkali metals such as Ca and Na. It is more preferable because it does not affect.

상기 하이드로겔 용액에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 하이드로겔 용액에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰 비(이하, "Si/Al 비")를 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 조절된 Si/Al 비는 1.25 ~ 3.5 일 수 있다.Controlling the molar ratio of silicon to aluminum (hereinafter, "Si/Al ratio") contained in the hydrogel solution by adding an alumina supplementary material or silica supplementary material to the hydrogel solution; may further include; The adjusted Si/Al ratio may be 1.25 to 3.5.

Si/Al 비가 1.25 이하인 조건에서 제조된 최종 생성물에는 Faujasite형 제올라이트 결정상 이외에 이온 교환능이 작아 산업적으로 응용 가능성이 낮은 하이드록시 소달라이트가 혼입, 생성되기 때문에 흡착 특성이 우수한 제올라이트 단일 결정상을 제조할 수 없게 된다. 또한 Si/Al 비가 4.0 이상인 조건에서 제조된 최종 생성물에는 Faujasite형 제올라이트 결정상 이외에 Gismondine형 제올라이트 결정상이 혼입, 생성되기 때문에 바람직하지 못하다. 그러나 Si/Al 비를 1.50 ~ 3.50 범위 내로 조정하여 결정화 반응을 통해 제조한 최종 생성물은 결정성이 매우 우수한 Faujasite형 X형 제올라이트 단일상으로 생성되게 된다.In the final product prepared under the condition of Si/Al ratio of 1.25 or less, in addition to the Faujasite-type zeolite crystal phase, hydroxy sodalite, which has low ion exchange capacity and low industrial application potential, is mixed and generated, so it is impossible to produce a single crystal phase of zeolite with excellent adsorption properties. do. In addition, it is not preferable because a Gismondine-type zeolite crystal phase in addition to the Faujasite-type zeolite crystal phase is mixed and generated in the final product prepared under the condition of a Si/Al ratio of 4.0 or more. However, the final product prepared through the crystallization reaction by adjusting the Si/Al ratio within the range of 1.50 to 3.50 is produced as a single phase of Faujasite-type X-zeolite having excellent crystallinity.

상기 하이드로겔 용액에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 Si/Al 비를 조절하는 단계;에서 알루미나 보충 물질로는 소듐알루미네이트(NaAlO2)를, 실리카 보충 물질로는 소듐실리케이트(Na2OSiO2)를 사용하는 것이 바람직하다.In the step of adjusting the Si / Al ratio by adding an alumina supplementary material or silica supplementary material to the hydrogel solution; sodium aluminate (NaAlO 2 ) as an alumina supplement material, and sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ) as a silica supplement material 2 ) is preferably used.

실리카 보충 물질로는 실리카겔, 건식 실리카(fumed silica) 등이 있고 알루미나 보충 물질로는 수산화알루미늄이 있지만, 이들 물질에 비해 상기 소듐알루미네이트(NaAlO2)와 소듐실리케이트(Na2OSiO2)가 수용액에 대한 용해도가 높아 단시간 내에 소정의 Si/Al 비로 조정된 반응물을 제조할 수 있어 제조 시간을 보다 단축할 수 있다는 장점이 있어 보충 물질로 사용하기에 더 바람직하다.Silica supplement materials include silica gel, fumed silica, etc., and alumina supplement materials include aluminum hydroxide, but compared to these materials, the sodium aluminate (NaAlO 2 ) and sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ) are in aqueous solution. It has the advantage of being able to produce a reactant adjusted to a predetermined Si/Al ratio within a short time due to its high solubility in the compound, and thus it is more preferable to use it as a supplementary material.

상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.It may further include; aging the hydrogel solution.

상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;는, 숙성온도가 0℃ ~ 40℃ 일 수 있다. 구체적으로는 25℃ ~ 40℃ 범위, 보다 구체적으로는 30℃ ~ 35℃ 범위일 수 있다.The step of aging the hydrogel solution; the aging temperature may be 0 ℃ ~ 40 ℃. Specifically, it may be in the range of 25 °C to 40 °C, more specifically in the range of 30 °C to 35 °C.

상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;는, 숙성시간이 6시간 이상일 수 있다. 구체적으로는 6시간 ~ 24시간, 보다 구체적으로는 10시간 ~ 20시간일 수 있다.The step of aging the hydrogel solution; the aging time may be 6 hours or more. Specifically, it may be 6 hours to 24 hours, more specifically, 10 hours to 20 hours.

상기 "숙성(aging)"의 의미는 비결정질 물질인 하이드로겔 형태의 반응용액으로부터 균질한 제올라이트 핵(nuclei)을 생성, 유도시키는 것으로서, 일반적으로 숙성온도가 높으면 핵 생성속도가 빨라서 보다 많은 핵을 생성하게 되고, 그 결과 결정 성장에 기여하는 반응물질의 양은 감소하게 되어 최종적으로는 생성하는 물질의 입자크기가 작아지게 되는 경향을 나타내게 된다.The meaning of "aging" is to generate and induce homogeneous zeolite nuclei from a reaction solution in the form of a hydrogel, which is an amorphous material. In general, when the aging temperature is high, the nucleation rate is fast, so that more nuclei are generated As a result, the amount of reactants contributing to crystal growth is reduced, and ultimately, the particle size of the produced material tends to decrease.

숙성시 반응용액의 교반속도는 반응용액이 균일하게 혼합될 수 있는 중간 정도의 교반속도로 진행하는 것이 바람직하며, 중간 정도의 교반속도는 약 300rpm 정도가 적당하다. 숙성시 반응물을 교반하지 않으면 반응용액의 불균일 반응으로 최종 생성물의 입도 분포가 나빠지게 되는 결과를 초래하므로 무교반(정치) 상태보다는 반응용액의 균질한 혼합 및 균질한 최종 생성물을 제조하는 측면에서는 중간 정도의 교반속도로 교반하는 것이 바람직하다. During aging, the stirring speed of the reaction solution is preferably a medium stirring speed at which the reaction solution can be uniformly mixed, and about 300 rpm is suitable for the medium stirring speed. If the reactants are not stirred during aging, the non-uniform reaction of the reaction solution results in poor particle size distribution of the final product. It is preferable to stir at a stirring speed of the order of magnitude.

숙성온도를 50℃ 이상으로 조정하여 제조한 최종 생성물은 Faujasite형 제올라이트 결정상 이외에 제올라이트 결정에는 속하지만 이온 교환능이 적어 산업적으로의 응용성이 낮은 하이드록시 소달라이트가 혼입, 생성되기 때문에 바람직하지 못하다. 그러나 숙성온도를 0℃ ~ 40℃ 범위의 조건에서 제조한 최종 생성물은 결정성이 매우 우수한 Faujasite형 제올라이트 단일상으로 생성되게 된다.The final product prepared by adjusting the aging temperature to 50 ° C. or higher is not preferable because hydroxy sodalite, which belongs to zeolite crystals other than the Faujasite-type zeolite crystal phase, but has low ion exchange ability and low industrial applicability, is mixed and produced. However, the final product prepared at the aging temperature in the range of 0°C to 40°C is produced as a single phase of Faujasite-type zeolite having very good crystallinity.

적정 농도로 조정된 반응용액을 숙성하는 단계에서 숙성시간은 6시간 이상인 조건으로 설정하여 진행하는 것이 바람직하다. 숙성시간을 3시간 이하의 조건으로 제조한 최종 생성물은 큰입자의 경우는 1.7 ~ 3.5㎛ 정도, 작은 입자의 경우는 0.3 ~ 0.5㎛정도로 입도분포가 매우 불균일한 특성을 나타내었다. 그러나, 숙성시간을 6시간 이상인 조건으로 제조한 최종 생성물은 큰입자 1.7㎛ 정도, 작은 입자 0.7 ~ 1.0㎛ 정도로서 숙성시간을 3시간 이하로 조정하여 제조한 생성물에 비해 상대적으로 균질한 입도분포를 나타내었다. 숙성을 하지 않거나 숙성시간이 3시간 이하로 불충분하게 진행할 경우는 최종 생성물의 입도분포 불균일화 현상은 커지고, 숙성시간이 증가하면 최종 생성물의 입도분포 균일화와 입자 미세화가 동시에 진행되는 효과가 있는 것으로 판단된다.In the step of aging the reaction solution adjusted to an appropriate concentration, the aging time is preferably set to 6 hours or longer. The final product prepared under the condition of aging time of 3 hours or less showed very non-uniform particle size distribution for large particles of about 1.7 to 3.5 μm and for small particles of about 0.3 to 0.5 μm. However, the final product prepared under the condition that the aging time is 6 hours or more shows a relatively homogeneous particle size distribution compared to the product prepared by adjusting the aging time to 3 hours or less, with large particles of about 1.7 μm and small particles of about 0.7 to 1.0 μm. it was If the aging time is not performed or the aging time is insufficiently 3 hours or less, the non-uniformity of the particle size distribution of the final product increases. do.

상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.It may further include; crystallizing the hydrogel solution.

상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는, 결정화 온도가 70℃ ~ 90℃일 수 있다. 구체적으로는 75℃ ~ 90℃ 범위, 보다 구체적으로는 75℃ ~ 85℃ 범위일 수 있다.Crystallizing the hydrogel solution; may be a crystallization temperature of 70 ℃ ~ 90 ℃. Specifically, it may be in the range of 75 °C to 90 °C, more specifically in the range of 75 °C to 85 °C.

상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는 결정화 반응시간이 9시간 이상일 수 있다. 구체적으로는 9시간 ~ 24시간, 보다 구체적으로는 12시간 ~ 20시간일 수 있다.Crystallizing the hydrogel solution; crystallization reaction time may be 9 hours or more. Specifically, it may be 9 hours to 24 hours, more specifically 12 hours to 20 hours.

상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는, 0rpm ~ 300rpm의 교반속도로 반응시키는 단계;일 수 있다.The step of crystallizing the hydrogel solution; the step of reacting at a stirring speed of 0rpm ~ 300rpm; may be.

온도에 따른 제올라이트의 열역학적 안정상 순서는 Faujasite(X, Y형 제올라이트)-> Linde Type A(Z-A)-> Gismondene(Z-P)-> SOD 순으로서, 여러가지 형태의 제올라이트 중 열역학적으로 가장 안정한 제올라이트는 하이드록시 소달라이트이며, 가장 불안정한 형태는 Faujasite 형태인 X형, Y형 제올라이트로 알려져 있다. 특히 Faujasite 형태의 X형, Y형 제올라이트는 생성 영역도 좁을 뿐만 아니라 특정한 제한된 합성조건에서만 생성되는 것으로 알려져 있어 단일 결정상으로 제조하는 것이 매우 까다로운 것으로 알려져 있다.The thermodynamically stable phase sequence of zeolite according to temperature is Faujasite (X, Y-type zeolite) -> Linde Type A (Z-A) -> Gismondene (Z-P) -> SOD. Among the various types of zeolites, the most thermodynamically stable zeolite is It is hydroxy sodalite, and the most unstable form is known as faujasite type X-type and Y-type zeolite. In particular, Faujasite-type X-type and Y-type zeolite is known to be produced only under certain limited synthetic conditions as well as a narrow formation area, so it is known that it is very difficult to prepare it as a single crystal phase.

결정화 온도를 70℃ 미만인 조건으로 설정하여 제조한 최종 생성물은 비결정질 상태인 amorphous상태로 존재하거나 또는 일부 Faujasite형 제올라이트로 결정이 석출되지만 다량의 비결정질 상태로 존재하기 때문에 바람직하지 못하다. 결정화 온도를 100℃ 이상인 조건으로 설정하여 제조한 최종 생성물에는 Faujasite형 제올라이트 이외에 이온 교환능이 작아 산업적으로 응용 가능성이 낮은 하이드록시 소달라이트가 혼입, 생성 되어지기 때문에 흡착 특성이 우수한 X형 제올라이트 단일 결정상을 제조할 수 없다. 결정화 반응온도가 100℃ 이상인 조건에서 하이드록시 소달라이트가 혼입, 생성되는 이유는 열역학적으로 매우 불안정한 X형 제올라이트가 고온에서 보다 안정한 상인 하이드록시 소달라이트로 상전이하기 때문이다.The final product prepared by setting the crystallization temperature to less than 70° C. is not preferable because it exists in an amorphous state, which is an amorphous state, or crystals are precipitated in some Faujasite-type zeolite, but exists in an amorphous state in a large amount. In the final product manufactured by setting the crystallization temperature to 100°C or higher, in addition to faujasite-type zeolite, hydroxy sodalite, which has low ion exchange capacity and low industrial application potential, is mixed and produced. cannot be manufactured The reason why hydroxy sodalite is mixed and produced under the condition that the crystallization reaction temperature is 100° C. or higher is that the thermodynamically very unstable X-type zeolite undergoes a phase change to hydroxy sodalite, which is a more stable phase at high temperatures.

결정화 시간을 9시간 미만인 조건으로 실시하여 제조한 최종 생성물은 X형 제올라이트 이외에 비결정질 상태인 amorphous상이 공존하게 되어 X형 제올라이트 단일상을 제조할 수 없다. 결정화 시간 9시간 미만인 조건에서 비결정질 amorphous상이 공존하는 이유는 수산기 이온에 의한 불충분한 용해, 추출작용으로 비결정질의 반응용액이 그대로 혼재하기 때문에 나타난 결과이다.In the final product prepared by carrying out the crystallization time under the condition of less than 9 hours, an amorphous phase in an amorphous state coexist in addition to the X-type zeolite, so that a single X-type zeolite cannot be prepared. The reason for the coexistence of amorphous amorphous phases under the condition of crystallization time of less than 9 hours is that the amorphous reaction solution is mixed as it is due to insufficient dissolution and extraction by hydroxyl ions.

결정화 반응시 반응용액의 교반속도를 500rpm 정도로 아주 빠르게 설정하여 진행한 경우, 최종 생성물은 X형 제올라이트 이외에 Z-P형 제올라이트가 혼입, 생성된다. 교반속도를 상기와 같이 아주 빠른 속도로 진행하는 경우 X형 제올라이트 이외에 Z-P형 제올라이트가 혼입, 생성되는 이유는 열역학적으로 준안정상인 X형 제올라이트가 고온 또는 빠른 교반속도 등의 external force를 받아서 보다 안정한 결정상인 Z-P로 상전이하기 때문에 나타난 결과로 판단된다. 반면, 교반속도를 정치상태(교반속도 0rpm) 또는 300rpm 이하의 조건하에서 제조한 최종 생성물은 결정성이 우수한 X형 제올라이트 단일상으로 제조되었다. 따라서, 하이드로겔 용액을 승온하여 결정화 반응을 통해 제올라이트 결정으로 석출시키는 결정화 단계에서는 반응용액을 무교반(정치) 상태로 진행시키거나 300rpm이하의 교반속도로 교반하면서 반응시키는 것이 바람직하다.When the crystallization reaction is carried out by setting the stirring speed of the reaction solution very fast to about 500 rpm, the final product is Z-P-type zeolite in addition to X-type zeolite. When the stirring speed is performed at a very high speed as described above, the reason that Z-P type zeolite is mixed and produced in addition to X-type zeolite is that X-type zeolite, which is a thermodynamically metastable phase, receives external force such as high temperature or high stirring speed to make more stable crystals. It is judged as a result of the phase transition to the merchant Z-P. On the other hand, the final product prepared under the condition that the stirring speed was set at a stationary state (stirring speed 0 rpm) or 300 rpm or less was prepared as a single phase X-type zeolite having excellent crystallinity. Therefore, in the crystallization step of precipitating the hydrogel solution into zeolite crystals through the crystallization reaction by increasing the temperature, it is preferable to proceed the reaction solution in a non-agitated (stationary) state or to react while stirring at a stirring speed of 300 rpm or less.

상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계; 이후에, 상기 결정을 여과하는 단계; 상기 여과된 결정을 수세하는 단계; 및 상기 수세된 결정을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.crystallizing the hydrogel solution; thereafter, filtering the crystals; washing the filtered crystals with water; and drying the washed crystals.

상기 여과된 결정을 수세하는 단계;는, 상기 수세과정에 의한 최종 생성물의 상등액 pH를 10 이하로 조절하는 단계;일 수 있다.Washing the filtered crystals with water; adjusting the pH of the supernatant of the final product by the water washing process to 10 or less; may be.

결정화 후 고액분리에 의해 제올라이트 결정을 분리하고, 분리한 제올라이트 결정을 충분히 수세하고, 건조하여 최종 생성물을 회수하는 단계에 있어서, 충분한 수세에 의해 생성 제올라이트에 잔류하는 과잉의 NaOH를 제거하여 최종 생성물의 상등액 pH를 10이하의 조건으로 조정해 주는 것이 바람직 하다. 불충분한 수세로 인해 생성물에 잔류하게 되는 Na 이온이 제올라이트의 품질 및 성능을 열화시키는 원인으로 작용하기 때문이다. 따라서, 결정화에 의해 제조된 최종 생성물을 회수하는 단계에서는 충분한 수세과정에 의해 최종 생성물에 잔류하는 과잉의 NaOH를 제거하여 최종 생성물의 상등액 pH를 10 이하의 조건으로 조정하는 것이 바람직하다In the step of separating the zeolite crystals by solid-liquid separation after crystallization, sufficiently washing the separated zeolite crystals with water and drying to recover the final product, the excess NaOH remaining in the produced zeolite is removed by sufficient water washing to remove the final product. It is preferable to adjust the supernatant pH to 10 or less. This is because Na ions remaining in the product due to insufficient water washing act as a cause of deterioration of the quality and performance of the zeolite. Therefore, in the step of recovering the final product prepared by crystallization, it is preferable to adjust the pH of the supernatant of the final product to a condition of 10 or less by removing the excess NaOH remaining in the final product by a sufficient water washing process.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

제조예 - 알칼리 용융분말원료의 제조 Preparation Example - Preparation of alkali molten powder raw material

Li2O 함량 기준 약 1.5% 정도인 리튬 광석을 부유선광 등으로 장석과 운모 등을 제거하여 Li2O 함량 약 6% 정도로 농축시킨 호주산 필바라광을 1000℃로 열처리 하여 β-spodumene으로 전이시킨 후 후속 공정에서의 반응성 향상을 위해 분쇄 처리하여 입도 조정 하였다.Lithium ore containing about 1.5% of Li 2 O content was removed by flotation, etc. to remove feldspar and mica, and then concentrated to about 6% Li 2 O content. Then, the particle size was adjusted by grinding to improve reactivity in the subsequent process.

입도 조정된 β-spodumene에 95% 황산을 무게비로 3배 첨가, 혼합한 후 250℃에서 1시간 황산 배소처리 하였다.95% sulfuric acid was added 3 times by weight to β-spodumene whose particle size was adjusted, mixed, and then roasted with sulfuric acid at 250° C. for 1 hour.

황산 배소후 무게비로 5배의 물을 첨가, 교반하여 1시간 동안 수침출하고 필터프레스를 이용하여 고액 분리하였으며, 이 과정에서 발생되는 리튬 부산물을 회수하였다.After roasting sulfuric acid, 5 times the weight of water was added, stirred, water leached for 1 hour, and solid-liquid separation was performed using a filter press, and lithium by-products generated in this process were recovered.

리튬 회수 공정 발생 리튬 부산물을 건조기에서 충분히 건조시키고, 완전 건조된 리튬 부산물 3Kg에 증류수 15kg을 투입, 고액비 (리튬 부산물/물) 1/5의 조건으로 조정하고, 500rpm으로 3시간 교반 후 여과, 건조하는 일연의 조작을 3회 반복하여 pH 6 내지 8의 리튬 부산물을 제조하였다.The lithium by-product generated in the lithium recovery process is sufficiently dried in a dryer, 15 kg of distilled water is added to 3 kg of the completely dried lithium by-product, the solid-liquid ratio (lithium by-product/water) is adjusted to 1/5, stirred at 500 rpm for 3 hours, and filtered, The drying sequence was repeated three times to prepare a lithium by-product having a pH of 6 to 8.

제조한 pH 6 내지 8의 리튬 부산물 성분 구성비는 Al 13.09%, Si 31.43%로서, Si/Al 비 (Si/Al ratio)로는 2.40인 원료이다.The prepared lithium by-product component ratio of pH 6 to 8 is 13.09% Al and 31.43% Si, and the Si/Al ratio is 2.40 as a raw material.

상기 수세한 리튬 부산물 원료는 성분 조정 하지 않고, 리튬 부산물 원료 구성비 그대로 원료로 사용하였다.The lithium by-product raw material washed with water was used as a raw material as it was, without adjusting the components.

리튬 부산물 50g에 알칼리 분말 75g을 첨가하여 알칼리 분말/리튬 부산물 비 (중량비)를 1.50로 조정한 후 tumbler mixer를 이용하여 균일하게 혼합하고, 균일 혼합물 시료를 알루미나 도가니에 투입하여, 머플로(muffle furnace)에서 승온속도 10℃/min.로 하여 550℃에서 1.5시간 유지한 후 로냉하여 알칼리 용융 시료를 제조하였다.After adding 75 g of alkali powder to 50 g of lithium by-product and adjusting the alkali powder/lithium by-product ratio (weight ratio) to 1.50, use a tumbler mixer to uniformly mix the mixture, and put the sample of the homogeneous mixture into an alumina crucible, in a muffle furnace ) at a temperature increase rate of 10°C/min. and maintained at 550°C for 1.5 hours, followed by furnace cooling to prepare an alkali molten sample.

열처리 과정에서 리튬 부산물과 알칼리와의 반응에 의해 응집체를 형성한 시료를 후속 반응에서 반응성을 향상시키기 위해 펄버라이저를 이용하여 1500rpm으로 3분간 가동시켜 알칼리 용융시료를 분말로 제조하고 이 시료를 출발 원료로 사용하였다.In order to improve the reactivity in the subsequent reaction of the sample, which is agglomerated by reaction of lithium by-product and alkali in the heat treatment process, using a pulverizer, run at 1500 rpm for 3 minutes to prepare an alkali molten sample into powder, and use this sample as a starting material was used as

실시예 1 ~ 7Examples 1 to 7

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비((물,g)/(리튬 부산물,g))가 15/1, 17/1, 19/1, 22/1, 25/1, 30/1, 37.5/1이 되도록 증류수를 750ml, 833ml, 938ml, 1072ml, 1250ml, 1500ml, 1875ml를 각각 투입하고, 교반하여 슬러리, 즉 hydrogel를 제조하였다.After adding the powdered sample, that is, 125 g of an alkali molten powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, into a 2L glass reactor, the water/solid lithium by-product ratio ((water, g)/(lithium) 750ml, 833ml, 938ml, 1072ml, 1250ml, 1500ml, 1875ml of distilled water so that by-product, g)) is 15/1, 17/1, 19/1, 22/1, 25/1, 30/1, 37.5/1 were respectively added and stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel.

그후 hydrogel 반응용액을 25℃에서 교반속도 300rpm으로 교반하면서 6시간 동안 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 90℃로 승온하였다.Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged for 6 hours while stirring at 25° C. at a stirring speed of 300 rpm, and then the temperature of the reaction solution was raised to 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 90℃에 도달하면 교반을 중지하고 정치상태(무교반)로 24시간 동안 유지하면서 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 90° C., stirring was stopped and the crystallization reaction was carried out while maintaining it in a stationary state (no stirring) for 24 hours.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10이하가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 1 ~ 3Comparative Examples 1 to 3

물/고체 리튬 부산물 비가 12.5/1, 50/1, 75/1이 되도록 증류수를 각각 625ml, 2500ml, 3750ml 각각 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 ~ 7과 동일한 방법으로 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Examples 1 to 7, except that 625 ml, 2500 ml, and 3750 ml of distilled water were respectively added so that the water/solid lithium byproduct ratio was 12.5/1, 50/1, and 75/1.

실험예 1Experimental Example 1

상기 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상은 SEM으로 각각 분석하여 그 결과를 하기 표 1에 각각 나타내었고, 실시예 3에서 제조한 Faujasite형 제올라이트의 SEM 이미지를 도 1에 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 were analyzed by XRD and the particle shape by SEM, respectively, and the results are shown in Table 1 below, and the Faujasite type prepared in Example 3 The SEM image of the zeolite is shown in FIG. 1 .

구분division 액/고비(무게비)
(물/리튬 부산물)
Liquid/Hump (weight ratio)
(Water/Lithium by-product)
물 첨가량
(ml)
amount of water added
(ml)
결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형상
(SEM)
particle shape
(SEM)
실시예Example 1One 15/115/1 750750 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 22 17/117/1 833833 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 33 19/119/1 938938 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 44 22/122/1 10721072 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 55 25/125/1 12501250 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 66 30/130/1 15001500 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 77 37.5/137.5/1 18751875 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 비교예comparative example 1One 12.5/112.5/1 625625 Faujasite (Z-X, 90.9%)
+
SOD (9.1%)
Faujasite (ZX, 90.9%)
+
SOD (9.1%)
Octahedral
+
Wool ball-like shape
Octahedral
+
Wool ball-like shape
22 50/150/1 25002500 Amorphousamorphous ShapelessShapeless 33 75/175/1 37503750 Amorphousamorphous ShapelessShapeless

상기 표 1의 실시예 1 ~ 7에 나타낸 바와 같이 물/고체 리튬 부산물 비를 15/1 ~ 37.5/1 범위 내로 조정하여 반응시켜 제조한 최종 생성물은 XRD 분석 결과 Faujasite 제올라이트 형태중의 하나인 X형 제올라이트 단일상으로 매우 결정성이 우수한 입자로 제조 되었으며, SEM 관찰 결과 입도분포가 균일한 팔면체 형태를 나타내고 있음을 확인하였다.그러나 비교예 1과 같이 물/고체 리튬 부산물 비를 12.5/1로 조정한 경우에 있어서는 X형 제올라이트 이외에 SOD 결정상이 혼입, 생성 되었으며, 비교예 2 및 3와 같이 물/고체 리튬 부산물 비 50/1 이상인 조건으로 조정하여 제조한 경우에 있어서는 비결정질 상태인 amorphous상으로 관찰되었다.As shown in Examples 1 to 7 of Table 1, the final product prepared by reacting by adjusting the water/solid lithium by-product ratio within the range of 15/1 to 37.5/1 was XRD analysis, one of the Faujasite zeolite types, Type X As a single phase of zeolite, it was prepared as particles with excellent crystallinity, and as a result of SEM observation, it was confirmed that the particle size distribution showed a uniform octahedral shape. However, as in Comparative Example 1, the water/solid lithium byproduct ratio was adjusted to 12.5/1. In this case, in addition to the X-type zeolite, an SOD crystal phase was mixed and generated, and as in Comparative Examples 2 and 3, when the water/solid lithium by-product ratio was adjusted to 50/1 or more, it was observed as an amorphous phase in an amorphous state.

비교예 1의 조건, 즉, 리튬 부산물에 대비해 물의 양이 상대적으로 적은 경우는 반응용액 내에 존재하는 수산기 이온 (OH-)양이 많은 상태가 된다. 이 수산기 이온은 물의 첨가에 의해 초기에 생성된 비결정질의 hydrogel 물질을 용해, 추출하는 작용을 하게 된다. 결정화 반응을 통해 제조된 X형 제올라이트는 열역학적으로 준 안정상이기 때문에 수산기 이온 농도가 상대적으로 높은 환경에서 장시간 반응을 지속하면 보다 안정한 상인 SOD로 전이하기 때문에 최종 생성물에 SOD가 혼입된 것으로 사료된다.Under the conditions of Comparative Example 1, that is, when the amount of water is relatively small compared to the lithium by-product, the amount of hydroxyl ions (OH-) present in the reaction solution is high. These hydroxyl ions dissolve and extract the amorphous hydrogel material initially formed by the addition of water. Since the X-type zeolite produced through the crystallization reaction is a thermodynamically metastable phase, if the reaction is continued for a long time in an environment with a relatively high hydroxyl ion concentration, it transitions to a more stable phase, SOD.

비교예 2 및 3의 조건은 비교예 1의 조건과 상반되는 경우로서, 리튬 부산물에 대비해 물의 양이 상대적으로 많아 반응용액 내에 존재하는 수산기 이온양이 적은 상태이다. 수산기 이온이 초기에 생성된 비결정질의 hydrogel을 용해, 추출시켜 제올라이트로 생성되게 하는 작용을 감안하면 상기의 조건에 해당하는 수산기 이온 양으로는 비결정질의 hydrogel을 용해시킬 수 없어 출발물질 형태인 비결정질 상태 그대로 유지되어 최종 생성물로 나타나게 된 것으로 판단한다.The conditions of Comparative Examples 2 and 3 are opposite to those of Comparative Example 1, and the amount of hydroxyl ions present in the reaction solution is small because the amount of water is relatively large compared to the lithium by-product. Considering the action of hydroxyl ions to dissolve and extract the initially formed amorphous hydrogel to form zeolite, the amount of hydroxyl ions corresponding to the above conditions cannot dissolve the amorphous hydrogel, so it is in the amorphous state as the starting material. It is judged that it has been maintained and appeared as a final product.

따라서, 알칼리 용융 분말에 첨가하는 물의 양은 초기에 생성되는 비결정질의 hydrogel을 충분히 용해, 추출할 수 있을 정도의 용해능을 가지는 수산기 이온이 형성될 수 있는 물/고체 리튬 부산물 비 15/1 ~ 37.5/1 범위 내로 조정하여 반응시키는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, the amount of water added to the alkali molten powder is the water/solid lithium byproduct ratio 15/1 to 37.5/ in which hydroxyl ions having sufficient solubility to sufficiently dissolve and extract the initially formed amorphous hydrogel can be formed. It can be confirmed that it is preferable to react by adjusting within the range of 1.

실시예 8 ~ 16Examples 8 to 16

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비를 19/1이 되도록 증류수를 938ml 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하였다.After putting in the powdered sample, that is, 125 g of the alkali molten powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, into a 2L glass reactor, 938 ml of distilled water was added so that the water/solid lithium by-product ratio was 19/1 It was added and stirred to prepare a slurry.

제조된 hydrogel 반응용액의 Si/Al비를 조정하기 위해 실리카 source로는 Na2SiO3를, 알루미나 source로는 NaAlO2를 각각 사용하였다. To adjust the Si/Al ratio of the prepared hydrogel reaction solution, Na 2 SiO 3 was used as a silica source and NaAlO 2 was used as an alumina source, respectively.

제조된 hydrogel 반응용액에 NaAlO2 와 Na2SiO3를 각각 추가, 첨가하여 Si/Al비를 1.25, 1.50, 1.75, 2.0, 2.25, 2.4, 2.50, 3.0, 3.5로 각각 조정하였다.NaAlO 2 and Na 2 SiO 3 were added to the prepared hydrogel reaction solution, respectively, and the Si/Al ratio was adjusted to 1.25, 1.50, 1.75, 2.0, 2.25, 2.4, 2.50, 3.0, 3.5, respectively.

Si/Al비를 조정한 후 교반하여 슬러리, 즉, hydrogel을 제조하였다. 그후 hydrogel 반응용액을 25℃에서 교반속도 300rpm으로 교반하면서 6시간 동안 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 90℃로 승온하였다.After adjusting the Si/Al ratio, the mixture was stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel. Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged for 6 hours while stirring at 25° C. at a stirring speed of 300 rpm, and then the temperature of the reaction solution was raised to 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 90℃에 도달하면 교반을 중지하고 정치상태(무교반)로 24시간 동안 유지하면서 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 90° C., the stirring was stopped and the crystallization reaction was carried out while maintaining it in a stationary state (no stirring) for 24 hours.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10 이하가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 4 ~ 6Comparative Examples 4 to 6

반응 용액의 Si/Al비를 1.0, 4.0, 5.0으로 각각 조정한 것을 제외하고는 상기 실시예 8 ~ 16과 동일한 방법으로 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Examples 8 to 16, except that the Si/Al ratio of the reaction solution was adjusted to 1.0, 4.0, and 5.0, respectively.

실험예 2Experimental Example 2

상기 실시예 8 ~ 16 및 비교예 4 ~ 6에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상은 SEM으로 각각 분석하여 그 결과를 하기 표 2에 각각 나타내었고, 비교예 4 및 6에서 제조한 제올라이트의 SEM 이미지를 도 2 및 3에 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 8 to 16 and Comparative Examples 4 to 6 were analyzed by XRD and the particle shape by SEM, and the results are shown in Table 2 below, respectively, and prepared in Comparative Examples 4 and 6 SEM images of the zeolite are shown in FIGS. 2 and 3 .

구분division 반응용액
S/A 비
reaction solution
S/A ratio
추가
NaAlO2 (g)
Add
NaAlO 2 (g)
추가
Na2SiO3 (g)
Add
Na 2 SiO 3 (g)
결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형상 (SEM)Particle shape (SEM)
실시예Example 88 1.251.25 19.2719.27 -- Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 99 1.501.50 12.5712.57 -- Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1010 1.751.75 7.787.78 -- Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1111 2.02.0 4.194.19 -- Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1212 2.252.25 1.401.40 -- Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1313 2.42.4 -- -- Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1414 2.502.50 -- 4.684.68 Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1515 3.03.0 -- 28.128.1 Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1616 3.503.50 -- 51.551.5 Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 비교예comparative example 44 1.01.0 29.3329.33 -- Linde Type A (Z-A, 86.4%)
+
SOD (13.6%)
Linde Type A (ZA, 86.4%)
+
SOD (13.6%)
Cubic
+
Wooo ball-like shape
Cubic
+
Wooo ball-like shape
55 4.04.0 -- 74.974.9 Faujasite (Z-X, 61.8%)
+
Gismondine (Z-P, 38.2%)
Faujasite (ZX, 61.8%)
+
Gismondine (ZP, 38.2%)
Octahedral
+
Cactus-like shape
Octahedral
+
Cactus-like shape
66 5.05.0 -- 121.6121.6 Faujasite (Z-X, 84.6%)+
Gismondine (Z-P, 15.4%)
Faujasite (ZX, 84.6%)+
Gismondine (ZP, 15.4%)
Octahedral
+
Cactus-like shape
Octahedral
+
Cactus-like shape

상기 표 2의 실시예 8 ~ 16에 나타낸 바와 같이 반응용액의 S/A비를 1.25 ~ 3.50 범위 내로 조정한 후, 반응시켜 제조한 최종 생성물은 XRD 분석결과에 따르면 결정성이 매우 우수한 Faujasite형태의 X형 제올라이트 단일상으로 생성됨을 확인할 수 있으며, SEM 분석결과에 따르면 X형 제올라이트의 고유 형상인 팔면체 형태를 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 비교예 4와 같이 S/A비가 1.0인 매우 낮은 S/A비 조건에서 제조된 최종 생성물은 Linde Type A 형태인 cubic형태의 A형 제올라이트와 제올라이트 초기 생성물 형태인 SOD가 혼합하여 생성되는 것으로 확인할 수 있다.As shown in Examples 8 to 16 of Table 2, after adjusting the S/A ratio of the reaction solution within the range of 1.25 to 3.50, the final product prepared by reacting was a faujasite type having very good crystallinity according to the XRD analysis result. It can be confirmed that the X-type zeolite is formed as a single phase, and according to the SEM analysis result, it can be confirmed that the X-type zeolite exhibits an octahedral shape, which is the intrinsic shape of the zeolite. However, as in Comparative Example 4, the final product prepared under the condition of a very low S/A ratio with an S/A ratio of 1.0 was confirmed to be produced by mixing the Linde Type A type, cubic type A zeolite, and the zeolite initial product type, SOD. can

그리고 비교예 5 및 6과 같이 S/A비를 4.0 이상으로 높게 조정하여 제조한 최종 생성물은 Faujasite형태의 X형 제올라이트 이외에 Gismondine 형태의 P형 제올라이트가 혼합하여 생성되는 것을 확인할 수 있다.And as in Comparative Examples 5 and 6, it can be seen that the final product prepared by adjusting the S/A ratio to be higher than 4.0 is produced by mixing the P-type zeolite of the Gismondine type in addition to the X-type zeolite of the Faujasite type.

반응용액의 S/A비는 최종 제조되는 생성물의 제올라이트 형태를 결정하는 가장 중요한 인자로서, 일반적으로 A형 제올라이트는 대략 S/A비 1.0 ~ 1.50 부근, P형 제올라이트는 S/A비 2.0 ~ 2.5 부근, Faujasite형 제올라이트는 S/A비 1.0 부근으로 매우 좁은 영역에서만 생성되는 것으로 알려져 있다. The S/A ratio of the reaction solution is the most important factor in determining the zeolite form of the final product. In general, the A-type zeolite has an S/A ratio of about 1.0 to 1.50, and the P-type zeolite has an S/A ratio of 2.0 to 2.5. In the vicinity, Faujasite-type zeolite is known to be produced only in a very narrow area with an S/A ratio of around 1.0.

그러나 본 실시예 (8 ~ 16)에 따르면 S/A비 1.25 ~ 3.50의 매우 넓은 영역에서 Faujasite형태의 X형 제올라이트를 제조 할 수 있음을 확인할 수 있다.However, according to the present Examples (8 to 16), it can be confirmed that the Faujasite type X-type zeolite can be prepared in a very wide area with an S/A ratio of 1.25 to 3.50.

따라서, 최종 생성되는 제올라이트의 형태를 결정하는 가장 중요한 인자인 S/A비를 조정함에 있어 결정성이 매우 우수한 팔면체 형태의 X형 제올라이트를 제조하기 위해서는 S/A비를 1.25 ~ 3.50 범위로 조정한 후 결정화 반응시키는 것이 바람직 하다는 사실을 확인 할 수 있다.Therefore, in adjusting the S/A ratio, which is the most important factor determining the shape of the finally produced zeolite, in order to produce an octahedral X-type zeolite with very good crystallinity, the S/A ratio was adjusted in the range of 1.25 to 3.50. It can be confirmed that the post-crystallization reaction is preferable.

실시예 17 ~ 18Examples 17-18

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비를 19/1이 되도록 증류수 938ml 투입하고, 교반하여 슬러리, 즉 hydrogel 을 제조하였다.In the 2L glass reactor, 125 g of the powdered sample, that is, 125 g of the molten alkali powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, was added, and then 938 ml of distilled water was added so that the water/solid lithium by-product ratio was 19/1. and stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel.

그후 hydrogel 반응용액을 25℃와 40℃에서 교반속도 300rpm으로 교반하면서 6시간 동안 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 90℃로 승온하였다.Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged for 6 hours while stirring at 25°C and 40°C at a stirring speed of 300 rpm, and then the temperature of the reaction solution was raised to 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 90℃에 도달하면 교반을 중지하고 정치상태(무교반)로 24시간 동안 유지하면서 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 90° C., the stirring was stopped and the crystallization reaction was carried out while maintaining it in a stationary state (no stirring) for 24 hours.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10 이하가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 7Comparative Example 7

Hydrogel 반응 용액을 50℃에서 숙성하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다.It was carried out in the same manner as in the above example, except that the hydrogel reaction solution was aged at 50 °C.

실험예 3Experimental Example 3

상기 실시예 17 ~ 18 및 비교예 7에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상은 SEM으로 각각 분석하여, 그 결과를 하기 표 3에 각각 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 17 to 18 and Comparative Example 7 were analyzed by XRD and the particle shape by SEM, respectively, and the results are shown in Table 3 below.

구분division 숙성온도
(℃)
aging temperature
(℃)
결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형상 (SEM)Particle shape (SEM)
실시예Example 1717 2525 Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 1818 4040 Faujasite(Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 비교예comparative example 77 5050 Faujasite(Z-X, 92.4%)
+
SOD (7.6%)
Faujasite (ZX, 92.4%)
+
SOD (7.6%)
Octahedral
+
wool ball-like shape
Octahedral
+
wool ball-like shape

상기 표 3의 실시예 17 및 18에 나타낸 바와 같이 hydrogel 반응용액의 숙성온도를 각각 25℃와 40℃의 조건으로 설정하여 제조한 최종 생성물은 결정성이 매우 우수한 Faujasite형태의 X형 제올라이트 단일상으로 생성되었다.숙성온도를 40℃로 설정하여 제조한 최종 생성물의 입자크기가 25℃에서 제조한 생성물에 대비해 약간 작은 것으로 관찰되었다.As shown in Examples 17 and 18 of Table 3, the final product prepared by setting the aging temperature of the hydrogel reaction solution to 25°C and 40°C, respectively, was a single phase X-type zeolite in the form of faujasite with excellent crystallinity. It was observed that the particle size of the final product prepared by setting the aging temperature to 40°C was slightly smaller than that of the product prepared at 25°C.

이것은 숙성온도가 제올라이트 핵을 생성하는 유도기간으로서, 숙성온도가 상대적으로 높으면 핵 생성속도가 보다 빠르고 그로 인해서 보다 많은 수의 핵을 생성하게 된다. 따라서 주어진 반응용액 에서 핵 생성이 많이 발생하면 성장에 기여할 수 있는 나머지 물질의 양은 상대적으로 적어지게 되어 성장에 기여하는 물질의 양이 작아 결과론적으로는 최종적으로 생성되는 입자크기는 작아지게 되는 것으로 판단된다.This is an induction period in which the aging temperature generates zeolite nuclei. If the aging temperature is relatively high, the nucleation rate is faster and thus a greater number of nuclei are generated. Therefore, if a lot of nucleation occurs in a given reaction solution, the amount of the remaining material that can contribute to growth is relatively small, so the amount of material contributing to growth is small. do.

비교예 7의 숙성온도 50℃의 조건으로 설정하여 제조한 최종 생성물은 Faujasite형태 X형 제올라이트 이외에 제올라이트 초기 생성물 형태인 SOD가 혼입, 생성되고 있음을 확인할 수 있다.It can be seen that the final product prepared under the conditions of the aging temperature of 50° C. of Comparative Example 7 is mixed with and generated SOD, which is an initial product of zeolite, in addition to the Faujasite type X zeolite.

이것은 숙성온도가 50℃가 되면 초기 반응물질인 비결정질 hydrogel이 온도상승에 따른 내부 에너지 증가로 인해 반응속도는 느리나 서서히 결정화 하기 시작하여 초기 제올라이트 형태인 SOD로 일부 상전이를 하기 때문에 나타난 현상으로 보인다.This appears to be a phenomenon occurring because, when the aging temperature reaches 50 °C, the initial reactant, amorphous hydrogel, starts to crystallize slowly, although the reaction rate is slow due to the increase in internal energy as the temperature rises, and partly undergoes a phase transition to SOD, an initial zeolite form.

따라서, 제올라이트 핵 생성 유도기간에 해당하는 숙성공정시 숙성온도를 40℃ 이하로 조정하여 진행하는 것이 Faujasite형태의 X형 제올라이트 단일상으로 결정화 시키는데 바람직한 조건임을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that it is preferable to crystallize the Faujasite type X-type zeolite single phase to proceed by adjusting the aging temperature to 40° C. or less during the aging process corresponding to the zeolite nucleation induction period.

실시예 19 ~ 21Examples 19-21

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비를 19/1이 되도록 증류수 938ml 투입하고, 교반하여 슬러리, 즉 hydrogel 을 제조하였다.In the 2L glass reactor, 125 g of the powdered sample, that is, 125 g of the molten alkali powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, was added, and then 938 ml of distilled water was added so that the water/solid lithium by-product ratio was 19/1. and stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel.

그후 hydrogel 반응용액을 숙성온도 25℃에서 6시간, 12시간, 24시간 동안 300rpm으로 교반하면서 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 90℃로 승온하였다.Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged at an aging temperature of 25° C. while stirring at 300 rpm for 6 hours, 12 hours, and 24 hours, and then the temperature of the reaction solution was raised to 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 90℃에 도달하면 교반을 중지하고 정치상태(무교반)로 24시간 동안 유지하면서 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 90° C., the stirring was stopped and the crystallization reaction was carried out while maintaining it in a stationary state (no stirring) for 24 hours.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10 이하가 될때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 8 ~ 10Comparative Examples 8 to 10

hydrogel 반응 용액을 숙성하지 않고 곧바로 결정화 반응시킨 경우 (숙성시간 0), 와 1시간, 3시간 동안 각각 숙성하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다.It was carried out in the same manner as in the above example, except that when the hydrogel reaction solution was directly crystallized without aging (aging time 0), and aged for 1 hour and 3 hours, respectively.

실험예 4Experimental Example 4

상기 실시예 19 ~ 21 및 비교예 8 ~ 10에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상, 입자크기 및 입도분포 균일성은 SEM으로 각각 분석하여, 그 결과를 하기 표 4에 각각 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 19 to 21 and Comparative Examples 8 to 10 were analyzed by XRD, and the particle shape, particle size, and particle size distribution uniformity were analyzed by SEM, respectively, and the results are shown in Table 4 below.

구분division 숙성시간
(시간)
ripening time
(hour)
결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형상
(SEM)
particle shape
(SEM)
입자크기 (SEM)Particle size (SEM) 입도분포 상태particle size distribution
실시예Example 1919 66 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral (대:1.60㎛ / 소:1.0㎛)(Large: 1.60㎛ / Small: 1.0㎛) 균일uniform 2020 1212 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral (대:1.7㎛ / 소:0.7㎛)(Large: 1.7㎛ / Small: 0.7㎛) 균일uniform 2121 2424 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral (대:1.7㎛ / 소:0.7㎛)(Large: 1.7㎛ / Small: 0.7㎛) 균일uniform 비교예comparative example 88 00 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral (대:3.4㎛ / 소:0.5㎛)(Large: 3.4㎛ / Small: 0.5㎛) 매우 불균일very uneven 99 1One Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral (대:2.7㎛ / 소:0.4㎛)(Large: 2.7㎛ / Small: 0.4㎛) 매우 불균일very uneven 1010 33 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral (대:1.7㎛ / 소:0.3㎛)(Large: 1.7㎛ / Small: 0.3㎛) 매우 불균일very uneven

상기 표 4의 실시예 19 ~ 21에 나타낸 바와 같이 hydrogel 반응용액을 25℃에서 6시간 이상 숙성시켜 제조한 최종 생성물은 모두 Faujasite형태의 X형 제올라이트로 생성되었으며, 특히 생성된 팔면체 형태의 입자크기는 입도분포가 매우 균일한 입자로 생성되었음을 확인할 수 있었다. 숙성시간이 증가함에 따라 입도분포는 점차 균일해 지고, 입자크기는 점차 작아지는 경향을 나타내고 있다.그러나 비교예 8 ~ 10에 나타낸 바와 같이 숙성시간 3시간 이하의 조건으로 제조한 최종 생성물은 Faujasite형태의 X형 제올라이트 단일상으로는 생성되나 생성물의 입도분포가 매우 불균일하다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 숙성공정을 거치지 않고 곧바로 결정화 반응시킨 비교예 8의 생성물은 큰 입자는 약 3.4㎛ 정도로 생성되고, 작은 입자는 0.5㎛ 정도로 각각 생성되어 입도분포가 매우 불균질한 결과를 나타내고 있다.As shown in Examples 19 to 21 of Table 4, the final products prepared by aging the hydrogel reaction solution at 25° C. for 6 hours or more were all produced as Faujasite type X zeolite, and in particular, the produced octahedral particle size was It was confirmed that the particle size distribution was generated as very uniform particles. As the aging time increases, the particle size distribution becomes more uniform and the particle size tends to become smaller. However, as shown in Comparative Examples 8 to 10, the final product prepared under the condition of the aging time of 3 hours or less is in the form of faujasite. It can be seen that although it is produced as a single phase of X-type zeolite, the particle size distribution of the product is very non-uniform. In particular, in the product of Comparative Example 8, which was directly crystallized without going through an aging process, large particles were produced to about 3.4 μm and small particles to about 0.5 μm, respectively, indicating a very heterogeneous particle size distribution.

이것은 앞에서도 언급한 바와 같이 숙성 공정이 비결정질의 hydrogel로부터 제올라이트 결정의 핵 생성을 유도하는 기간으로서 초기에 생성된 불균일한 제올라이트의 핵들이 숙성시간이 길어짐에 따라 용해, 추출제인 수산기 이온과의 접촉작용에 의해 일부 용해되어 보다 균일한 핵을 생성시키는 역할을 하기 때문인 것으로 판단된다.As mentioned earlier, this is the period during which the aging process induces the nucleation of zeolite crystals from the amorphous hydrogel. As the maturation time increases, the initially formed non-uniform zeolite nuclei dissolve and contact with hydroxyl ions, which are extractants. It is thought that this is because it plays a role in generating more uniform nuclei by partially dissolving by

따라서, 보다 균일한 입도분포를 가지는 Faujasite형태의 X형 제올라이트를 제조하기 위해서는 hydrogel 반응용액을 6시간 이상 숙성공정을 거쳐 균일한 핵 생성을 유도하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that it is preferable to induce uniform nucleation by aging the hydrogel reaction solution for 6 hours or more in order to produce a faujasite-type X-type zeolite having a more uniform particle size distribution.

실시예 22 ~ 24Examples 22 to 24

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비를 19/1이 되도록 증류수 938ml 투입하고, 교반하여 슬러리, 즉 hydrogel 을 제조하였다.In the 2L glass reactor, after adding 125 g of the powdered sample, that is, the alkali molten powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, 938 ml of distilled water was added so that the water/solid lithium by-product ratio was 19/1 and stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel.

그후 hydrogel 반응용액을 숙성온도 25℃에서 24시간 동안 300rpm으로 교반하면서 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 70℃, 80℃, 90℃로 각각 승온하였다.Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged at an aging temperature of 25° C. while stirring at 300 rpm for 24 hours, and then the temperature of the reaction solution was raised to 70° C., 80° C. and 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 70℃, 80℃, 90℃에 도달하면 교반을 중지하고 정치상태 (무교반)로 24시간 동안 유지하면서 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 70°C, 80°C, and 90°C, the stirring was stopped and the crystallization reaction was carried out while maintaining it in a stationary state (no stirring) for 24 hours.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10 이하가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 11 ~ 13Comparative Examples 11 to 13

반응용액의 온도를 각각 50℃, 60℃, 100℃로 조정하여 결정화 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다.The temperature of the reaction solution was adjusted to 50°C, 60°C, and 100°C, respectively, and the crystallization reaction was carried out in the same manner as in the above example.

실험예 5Experimental Example 5

상기 실시예 22 ~ 24 및 비교예 11 ~ 13에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상은 SEM으로 각각 분석하여, 그 결과를 하기 표 5에 각각 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 22 to 24 and Comparative Examples 11 to 13 were analyzed by XRD and the particle shape by SEM, respectively, and the results are shown in Table 5 below.

구분division 결정화 반응 온도
(℃)
crystallization reaction temperature
(℃)
결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형상
(SEM)
particle shape
(SEM)
실시예Example 2222 7070 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 2323 8080 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 2424 9090 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 비교예comparative example 1111 5050 Amorphousamorphous ShapelessShapeless 1212 6060 Faujasite (Z-X, 100%)
+
Amorphous
Faujasite (ZX, 100%)
+
amorphous
Octahedral
+
Shapeless
Octahedral
+
Shapeless
1313 100100 Faujasite (Z-X, 92.8%)+
SOD(7.2%)
Faujasite (ZX, 92.8%)+
SOD (7.2%)
Octahedral
+
Wool ball-like
Octahedral
+
Wool ball-like

상기 표 5의 실시예 22 ~ 24에 나타낸 바와 같이 결정화 반응온도를 70 ~ 90℃ 범위 내로 조정하여 제조한 최종 생성물은 결정성이 매우 우수한 팔면체 형태의 Faujasite형태인 X형 제올라이트 단일상으로 생성됨을 확인할 수 있다.그러나 비교예 11 ~ 12와 같이 결정화 반응온도 60℃ 이하의 온도로 조정하여 제조한 최종 생성물은 비결정질 상태로 존재하거나 또는 일부 X형 제올라이트가 생성되기는 하나 비결정질 물질을 다량 함유하고 있는 상태로 제조된다.As shown in Examples 22 to 24 of Table 5, the final product prepared by adjusting the crystallization reaction temperature within the range of 70 to 90 ° C. It can be confirmed that a single phase of X-type zeolite, which is an octahedral faujasite form with excellent crystallinity, is produced. However, as in Comparative Examples 11 to 12, the final product prepared by adjusting the crystallization reaction temperature to a temperature of 60° C. or lower exists in an amorphous state or contains a large amount of amorphous material although some X-type zeolite is produced. is manufactured

이것은 반응온도가 낮아서 초기 생성물인 비결정질 hydrogel이 수산기 이온에 의한 효과적인 용해 반응이 진행되지 않은 결과이다.This is a result that the initial product, amorphous hydrogel, did not undergo effective dissolution reaction by hydroxyl ions due to the low reaction temperature.

한편 비교예 13에 나타낸 바와 같이 반응온도를 100℃로 조정하여 제조한 최종 생성물은 Faujasite형태 X형 제올라이트 이외에 고온 안정상인 SOD가 혼입, 생성되고 있다.On the other hand, as shown in Comparative Example 13, the final product prepared by adjusting the reaction temperature to 100° C. contains SOD, a high-temperature stable phase, in addition to the Faujasite type X zeolite.

이것은 생성된 X형 제올라이트가 높은 반응온도에서 열역학적으로 불안정하게 되어 고온에서 보다 안정한 결정상인 SOD로 일부 상전이하기 때문에 나타난 결과로 판단된다.This is considered to be a result of the fact that the generated X-type zeolite becomes thermodynamically unstable at a high reaction temperature and partially undergoes a phase transition to SOD, which is a more stable crystalline phase at high temperature.

따라서, 반응용액 hydrogel을 결정화 반응시켜 제올라이트 결정으로 석출시키는 경우에는 결정화 반응온도를 70℃ ~ 90℃ 범위 내로 조정하여 제조하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that when the reaction solution hydrogel is subjected to a crystallization reaction to precipitate zeolite crystals, it is preferable to prepare the reaction solution by adjusting the crystallization reaction temperature within the range of 70°C to 90°C.

실시예 25 ~ 30Examples 25-30

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비를 19/1이 되도록 증류수 938ml 투입하고, 교반하여 슬러리, 즉 hydrogel 을 제조하였다.In the 2L glass reactor, after adding 125 g of the powdered sample, that is, the alkali molten powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, 938 ml of distilled water was added so that the water/solid lithium by-product ratio was 19/1 and stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel.

그후 hydrogel 반응용액을 숙성온도 25℃에서 24시간 동안 300rpm으로 교반하면서 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 90℃로 승온하였다.Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged at an aging temperature of 25° C. while stirring at 300 rpm for 24 hours, and then the temperature of the reaction solution was raised to 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 90℃에 도달하면 교반을 중지하고 정치상태(무교반)로 9시간, 12시간, 15시간, 18시간, 21시간, 24시간 동안 각각 유지하면서 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 90° C., stirring was stopped and the crystallization reaction was carried out while maintaining them in a stationary state (no stirring) for 9 hours, 12 hours, 15 hours, 18 hours, 21 hours, and 24 hours, respectively.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10 이하가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 14 ~ 15Comparative Examples 14 to 15

반응용액을 온도 90℃에서 3시간, 6시간 동안 각각 결정화 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다.The reaction solution was carried out in the same manner as in the above example, except that the reaction solution was crystallized at a temperature of 90° C. for 3 hours and 6 hours, respectively.

실험예 6Experimental Example 6

상기 실시예 25 ~ 30 및 비교예 14 ~ 15에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상은 SEM으로 각각 분석하여, 그 결과를 하기 표 6에 각각 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 25 to 30 and Comparative Examples 14 to 15 were analyzed by XRD and the particle shape by SEM, respectively, and the results are shown in Table 6 below.

구분division 결정화 반응 시간
(h)
crystallization reaction time
(h)
결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형태
(SEM)
particle shape
(SEM)
실시예Example 2525 99 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 2626 1212 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 2727 1515 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 2828 1818 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 2929 2121 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 3030 2424 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 비교예comparative example 1414 33 Faujasite (Z-X, 100%)
+
Amorphous
Faujasite (ZX, 100%)
+
amorphous
Octahedral
+
Shapeless
Octahedral
+
Shapeless
1515 66 Faujasite (Z-X, 100%)
+
Amorphous
Faujasite (ZX, 100%)
+
amorphous
Octahedral
+
Shapeless
Octahedral
+
Shapeless

상기표 6의 실시예 25 ~ 30에 나타낸 바와 같이 결정화 반응시간을 9시간 이상으로 조정하여 제조한 최종 생성물은 결정성이 우수한 팔면체 형태의 Faujasite형태인 X형 제졸라이트 단일상으로 제조됨을 확인할 수 있다.그러나 비교예 14 ~ 15에 나타낸 바와 같이 결정화 반응시간을 6시간 이하로 설정하여 제조한 최종 생성물에는 아직 미반응 물질인 비결정질 amorphous상태로 잔존하고 있는 것을 확인할 수 있다.As shown in Examples 25 to 30 of Table 6, it can be confirmed that the final product prepared by adjusting the crystallization reaction time to 9 hours or more is prepared as a single phase X-type zezolite, which is an octahedral faujasite form with excellent crystallinity. However, as shown in Comparative Examples 14 to 15, it can be confirmed that the final product prepared by setting the crystallization reaction time to 6 hours or less still remains in an amorphous state, which is an unreacted material.

따라서, 결정성이 우수한 Faujasite형태의 X형 제올라이트 단일상을 제조하기 위해서는 비결정질의 hydrogel이 수산기 이온과 충분히 반응하여 제올라이트 결정으로 전이할 수 있는 시간, 즉 결정화 반응 시간을 9시간 이상으로 설정하여 제조하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, in order to prepare a single phase of X-type zeolite in the form of faujasite with excellent crystallinity, the time for the amorphous hydrogel to sufficiently react with hydroxyl ions to transform into zeolite crystals, that is, the crystallization reaction time is set to 9 hours or more. It can be confirmed that this is preferable.

실시예 31 ~ 33Examples 31 to 33

2L 유리 반응기에 분말화한 시료, 즉 상기 제조예에서 리튬 부산물 50g과 NaOH 알칼리 75g이 혼합하여 제조한 알칼리 용융 분말시료 125g을 투입한 후 물/고체 리튬 부산물 비를 19/1이 되도록 증류수 938ml 투입하고, 교반하여 슬러리, 즉 hydrogel 을 제조하였다.In the 2L glass reactor, 125 g of the powdered sample, that is, 125 g of the molten alkali powder sample prepared by mixing 50 g of lithium by-product and 75 g of NaOH alkali in the above preparation example, was added, and then 938 ml of distilled water was added so that the water/solid lithium by-product ratio was 19/1. and stirred to prepare a slurry, that is, a hydrogel.

그후 hydrogel 반응용액을 숙성온도 25℃에서 24시간 동안 300rpm으로 교반하면서 숙성한 후 300rpm으로 교반하면서 반응용액의 온도를 90℃로 승온하였다.Thereafter, the hydrogel reaction solution was aged at an aging temperature of 25° C. while stirring at 300 rpm for 24 hours, and then the temperature of the reaction solution was raised to 90° C. while stirring at 300 rpm.

반응온도 90℃에 도달하면 무교반 상태(0rpm), 100rpm의 교반속도 및 300rpm의 교반속도로 각각 유지하면서 24시간 동안 유지하여 결정화 반응을 진행하였다.When the reaction temperature reached 90° C., the crystallization reaction was carried out by maintaining for 24 hours while maintaining each of the non-agitated state (0 rpm), the stirring speed of 100 rpm and the stirring speed of 300 rpm.

결정화 반응이 종료된 시료는 상등액의 pH가 10 이하가 될 때까지 반복 수세하고, 수세가 끝난 시료는 여과하여 105℃에서 충분히 건조하여 최종 생성물을 제조하였다.After the crystallization reaction was completed, the sample was repeatedly washed with water until the pH of the supernatant was 10 or less, and the washed sample was filtered and dried sufficiently at 105° C. to prepare a final product.

비교예 16Comparative Example 16

반응용액의 온도 90℃에서 500rpm의 교반속도로 24시간 동안 결정화 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다.It was carried out in the same manner as in the above example, except that the reaction solution was crystallized at a temperature of 90° C. and a stirring speed of 500 rpm for 24 hours.

실험예 7Experimental Example 7

상기 실시예 31 ~ 33 및 비교예 16에서 제조한 최종 생성물의 결정상은 XRD로, 입자 형상은 SEM으로 각각 분석하여, 그 결과를 하기 표 7에 각각 나타내었다.The crystal phases of the final products prepared in Examples 31 to 33 and Comparative Example 16 were analyzed by XRD and the particle shape by SEM, respectively, and the results are shown in Table 7 below.

구분division 교반속도 (rpm)Stirring speed (rpm) 결정상
(XRD)
crystalline phase
(XRD)
입자형상
(SEM)
particle shape
(SEM)
실시예Example 3131 00 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 3232 100100 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 3333 300300 Faujasite (Z-X, 100%)Faujasite (Z-X, 100%) OctahedralOctahedral 비교예comparative example 1616 500500 Faujasite (Z-X, 97.5%)
+
Gismondine (Z-P, 2.5%)
Faujasite (ZX, 97.5%)
+
Gismondine (ZP, 2.5%)
Octahedral
+
Cactus-like shape
Octahedral
+
Cactus-like shape

상기 표 7의 실시예 31 ~ 33에 나타낸 바와 같이 hydrogel 반응용액을 결정화 반응시킬 때 교반속도를 0rpm으로 하여 정치상태로 유지하거나, 또는 300rpm 이하의 교반속도로 교반하면서 결정화 반응시켜 제조한 최종생성물은 결정성이 우수한 팔면체 형태의 Faujasite 형태인 X형 제올라이트 단일상으로 제조할 수 있었다.그러나 비교예 16에 나타낸 바와 같이 500rpm의 교반속도로 제조한 최종 생성물은 X형 제올라이트 이외에 Gismondine형태의 P형 제올라이트가 혼입, 생성되고 있음을 확인할 수 있다.As shown in Examples 31 to 33 of Table 7, when the hydrogel reaction solution is crystallized, the stirring speed is set to 0 rpm and the stirring speed is maintained in a stationary state, or the final product prepared by crystallization reaction while stirring at a stirring speed of 300 rpm or less is It was possible to prepare a single phase of X-type zeolite, which is an octahedral faujasite type with excellent crystallinity. However, as shown in Comparative Example 16, the final product prepared at a stirring speed of 500rpm was not only X-type zeolite, but also Gismondine-type P-type zeolite. It can be confirmed that they are mixed and created.

이것은 열역학적으로 매우 불안정한 X형 제올라이트가 온도나 빠른 교반 등의 external force를 받으면 보다 안정한 상인 Z-P로 전이하는 특성에 기인하는 것으로 판단된다.This is considered to be due to the characteristic that the thermodynamically very unstable X-type zeolite transitions to a more stable phase, Z-P, when subjected to external force such as temperature or rapid stirring.

따라서, hydrogel 반응용액을 결정화 반응시킬 경우에는 정치상태(무교반)로 유지하거나 또는 300rpm 이하의 교반속도로 반응시키는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that, when the hydrogel reaction solution is crystallized, it is preferable to maintain it in a stationary state (no stirring) or to react at a stirring speed of 300 rpm or less.

본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the embodiments, but can be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can use other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that this may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (16)

리튬 부산물을 준비하는 단계;
상기 리튬 부산물에 알칼리 분말을 혼합하여 혼합 분말원료를 제조하는 단계; 및
상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 혼합 분말원료에 용매를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;는,
상기 혼합하는 물과 상기 혼합 분말원료에 포함된 고체 리튬 부산물의 중량비(물/고체 리튬 부산물 비)가 15/1 ~ 37.5/1인, 제올라이트 제조방법.
preparing a lithium by-product;
preparing a mixed powder raw material by mixing an alkali powder with the lithium by-product; and
Including; mixing a solvent with the mixed powder raw material to prepare a hydrogel solution;
Preparing a hydrogel solution by mixing a solvent with the mixed powder raw material;
The weight ratio of the mixed water and the solid lithium by-product contained in the mixed powder raw material (water/solid lithium by-product ratio) is 15/1 to 37.5/1, a zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액에 알루미나 보충 물질 또는 실리카 보충 물질을 투입하여 하이드로겔 용액에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 몰 비(Si/Al 비)를 조절하는 단계;를 더 포함하는, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Adjusting the molar ratio of silicon to aluminum (Si/Al ratio) contained in the hydrogel solution by adding an alumina supplement material or a silica supplement material to the hydrogel solution; further comprising, a zeolite manufacturing method.
제2항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액에 포함된 알루미늄에 대한 실리콘의 조절된 몰 비(Si/Al 비)가 1.25 ~ 3.5인, 제올라이트 제조방법.
3. The method of claim 2,
The controlled molar ratio (Si / Al ratio) of silicon to aluminum contained in the hydrogel solution is 1.25 to 3.5, a zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;를 더 포함하는, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Aging the hydrogel solution; further comprising, a zeolite manufacturing method.
제4항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;는,
숙성온도가 0℃ ~ 40℃인, 제올라이트 제조방법.
5. The method of claim 4,
Aging the hydrogel solution;
The aging temperature is 0 ℃ ~ 40 ℃, zeolite manufacturing method.
제4항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 숙성하는 단계;는,
숙성시간이 6시간 이상인, 제올라이트 제조방법.
5. The method of claim 4,
Aging the hydrogel solution;
The aging time is 6 hours or more, zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;를 더 포함하는, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
Further comprising; crystallizing the hydrogel solution; zeolite manufacturing method.
제7항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는,
결정화 온도가 70℃ ~ 90℃인, 제올라이트 제조방법.
8. The method of claim 7,
Crystallizing the hydrogel solution;
The crystallization temperature is 70 ℃ ~ 90 ℃, zeolite manufacturing method.
제7항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는,
결정화 반응시간이 9시간 이상인, 제올라이트 제조방법.
8. The method of claim 7,
Crystallizing the hydrogel solution;
A method for producing a zeolite, wherein the crystallization reaction time is 9 hours or more.
제7항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계;는,
0rpm ~ 300rpm의 교반속도로 교반하면서 결정화 반응시키는 것인, 제올라이트 제조방법.
8. The method of claim 7,
Crystallizing the hydrogel solution;
A method for producing a zeolite, wherein the crystallization reaction is carried out while stirring at a stirring speed of 0 rpm to 300 rpm.
제1항에 있어서,
상기 리튬 부산물을 준비하는 단계; 이후에,
상기 리튬 부산물을 수세하여 pH를 6 내지 8로 조절하는 단계;를 더 포함하는, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
preparing the lithium by-product; Since the,
Adjusting the pH to 6 to 8 by washing the lithium by-product; further comprising, a zeolite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 알칼리는 NaOH 및 KOH 중에서 1종 이상을 포함하는, 제올라이트 제조방법.
According to claim 1,
The alkali comprises at least one of NaOH and KOH, zeolite manufacturing method.
제2항에 있어서,
상기 알루미나 보충 물질은 소듐알루미네이트(NaAlO2)인, 제올라이트 제조방법.
3. The method of claim 2,
wherein the alumina supplement material is sodium aluminate (NaAlO 2 ).
제2항에 있어서,
상기 실리카 보충 물질은 소듐실리케이트(Na2OSiO2)인, 제올라이트 제조방법.
3. The method of claim 2,
wherein the silica supplemental material is sodium silicate (Na 2 OSiO 2 ).
제7항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액을 결정화하는 단계; 이후에,
상기 결정을 여과하는 단계;
상기 여과된 결정을 수세하는 단계; 및
상기 수세된 결정을 건조하는 단계;를 더 포함하는, 제올라이트 제조방법.
8. The method of claim 7,
crystallizing the hydrogel solution; Since the,
filtering the crystals;
washing the filtered crystals with water; and
Drying the washed crystals; further comprising, a zeolite manufacturing method.
제13항에 있어서,
상기 여과된 결정을 수세하는 단계;는,
상기 수세과정에 의한 최종 생성물의 상등액 pH를 10 이하로 조절하는 단계;인, 제올라이트 제조방법.
14. The method of claim 13,
Washing the filtered crystals with water; is,
Adjusting the pH of the supernatant of the final product by the water washing process to 10 or less; phosphorus, a zeolite manufacturing method.
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