KR20220138689A - 레드머드 백화현상 저감방법 - Google Patents
레드머드 백화현상 저감방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 레드머드 백화현상 저감방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드를 준비하는 단계와 상기 레드머드에 유기산을 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 유기산에 의해 상기 레드머드의 백화현상을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레드머드 백화현상 저감방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보크사이트 원료로부터 수산화알루미늄을 추출후 발생되는 공정부산물인 레드머드의 백화현상을 저감시키는 방법에 관한 것이다.
레드머드(red mud)는 보크사이트 원료 광물에서 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 제조하는 공정에서 발생되는 산업부산물이다.
국내의 경우 베이어(Bayer)법, 즉, 알루미나가 다량 존재하는 원료광물에 수산화나트륨를 가하여 수산화알루미늄을 추출하는 방법에 의해 수산화알루미늄을 추출하고, 이때 남은 슬러지를 레드머드(red mud)라고 한다.
스칼렛 클레이(scarlet clay)라고도 하며, 통상 30 내지 50 중량% 정도의 함수율을 가진 고점도의 슬러지 상태로 배출된다.
레드머드 화학조성은 대부분 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3이며, Fe2O3로 인해 황토와 유사한 적색의 색상이 발현되어 레드머드라 통칭되고 있으며, 레드머드를 건설재료로서 활용 시 백화현상이 일어나는 NaOH 성분을 포함하고 있다.
이는 보크사이트 원석으로부터 알루미늄을 추출하는 과정에서 수산화나트륨(NaOH)을 추출액으로 사용하기 때문에 미회수 수산화나트륨 용액이 잔사물인 레드머드에 다량 존재하였기 때문이며, 이로 인하여 레드머드의 pH가 10 내지 12의 강알칼리성을 나타낸다.
이렇듯 레드머드는 강알칼리성이므로 이를 그대로 성토재나 건자재 원료 등으로 활용하기는 어렵다.
즉, 레드머드를 그대로 사용할 경우 강알칼리성으로 인해 환경에 위해하고, 나트륨과 칼슘 등이 공기 중 탄산과 반응하여 백화현상이 발생하기 때문이다.
게다가 강알칼리성으로 인하여 매립도 불가능하기 때문에 레드머드를 처리함에 있어 전 세계적으로 많은 어려움이 있다.
레드머드는 전 세계적으로 슬러지 상태로 연간 1억 2천만톤, 건조 분말상태로는 4천만톤 이상 배출되고 있으며, 그 양은 매년 증가하고 있는 추세이다.
국내에서도 슬러지 상태의 레드머드가 연간 30 만톤씩 배출되고 있으나, 레드머드 자체를 처리할 수 있는 방안이 없어 건축재료 등에 극히 제한적으로만 이용되고 있을 뿐만 아니라, 그 근본적인 처리방안도 없는 상황이다.
종래의 처리기술은 레드머드를 시멘트와 혼합하여 어느 정도 경화시킨 후 이를 해양에 투기하는 방법과 물을 가하여 유동성이 있는 슬러리 상으로 만든 후 파이프를 통하여 심해에 가라앉히는 방법으로 처리되는 것이 일반적인 처리방법이다.
그러나 이러한 처리방법은 처리비용이 많이 들고 환경에 악영향을 끼친다.
특히, 전 세계적으로 레드머드의 적재장소가 마땅치 않으며, 침출수 유출에 의하여 인근 농작물 및 인명에 피해를 주기도 하는 등 환경문제를 야기하고 있다.
또한, 성토재 및 건자재로 재활용하나 백화현상을 완화시키지 못하여 처리비 및 재활용 사용유지보수비용이 많이 소요되고 있다.
따라서 레드머드 슬러지의 처리가 시급한 상황이며, 건설재료로 사용하는 경우에 발생되는 백화현상을 저감시키기 위한 연구가 시급한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드에 유기산을 첨가하여 레드머드의 백화현상을 저감하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레드머드 백화현상 저감방법은 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드를 준비하는 단계와 상기 레드머드에 유기산을 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 유기산에 의해 상기 레드머드의 백화현상을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 유기산은 pH 2 내지 3 범위인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 유기산은 구연산, 구연산 용액, 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 구연산은 상기 레드머드 100 중량%를 기준으로 2 중량% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 구연산 용액은 5% 농도로 제조해 상기 레드머드 100 중량%를 기준으로 1 중량% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질은 상기 레드머드와 균일하게 혼합될 수 있도록 착즙된 형태인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질은 상기 레드머드와 균일하게 혼합될 수 있도록 분쇄된 형태인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일껍질은 상기 레드머드 100 중량%를 기준으로 분쇄된 귤껍질 함량 8 중량% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 레드머드의 pH를 저감시키기 위해 강산을 첨가하여 중화하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 레드머드의 pH를 저감시키기 위한 강산은 황산, 염산, 초산, 과염소산 또는 질산인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레드머드 백화현상 저감방법은 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드에 유기산을 첨가하여 레드머드의 백화현상을 저감시키는 우수한 효과가 있다.
도 1은 레드머드와 50% 묽은 황산(레드머드 100 중량% 기준으로 50% 묽은 황산 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주가 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 2는 레드머드와 50% 묽은 황산(레드머드 100 중량% 기준으로 50% 묽은 황산 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주가 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 3은 레드머드와 구연산(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 레드머드와 구연산(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 5는 레드머드와 5% 구연산 용액(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 3 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 6은 레드머드와 5% 구연산 용액(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 3 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 7은 레드머드와 분쇄된 귤껍질 (레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 8은 레드머드와 분쇄된 귤껍질 (레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 2는 레드머드와 50% 묽은 황산(레드머드 100 중량% 기준으로 50% 묽은 황산 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주가 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 3은 레드머드와 구연산(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 레드머드와 구연산(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 5는 레드머드와 5% 구연산 용액(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 3 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 6은 레드머드와 5% 구연산 용액(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 3 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 7은 레드머드와 분쇄된 귤껍질 (레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
도 8은 레드머드와 분쇄된 귤껍질 (레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태를 나타낸 사진이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
본 발명은 가성소다(NaOH)를 사용하여 보크사이트 원료로부터 수산화알루미늄을 추출한 후 발생되는 공정부산물인 보크사이트 잔사물(레드머드)에 잔존하는 NaOH 성분에 의해 발생하는 백화현상을 저감시키는 방법이다.
이와 관련하여 본 발명의 실시 예에 따른 백화현상 저감방법은 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드를 준비하는 단계와 상기 레드머드에 유기산을 첨가하여 혼합하는 단계를 포함한다.
이때, 유기산에 의해 레드머드의 백화현상이 저감되는 것을 특징으로 한다.
우선, 강알칼리성인 레드머드의 백화현상을 저감시키기 위해 강산인 황산 또는 염산을 첨가하여 실험을 진행해 보았다.
레드머드(NaOH)에 황산(H2SO4)을 첨가하여 혼합하였을 때 하기 화학 반응식에 의해 반응한다.
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
이와 관련하여 도 1은 레드머드(NaOH)와 50% 묽은 황산(레드머드 100 중량% 기준으로 50% 묽은 황산 1 내지 10중량%) 혼합 후 1주가 경과된 상태의 사진이고, 도 2는 레드머드(NaOH)와 50% 묽은 황산(레드머드 100 중량% 기준으로 50% 묽은 황산 1 내지 10중량%) 혼합 후 4주가 경과된 상태의 사진이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 레드머드에 황산을 첨가하여도 백화 현상이 나타날 뿐만 아니라 시간이 1주에서 4주로 경과됨에 따라 백화 현상이 더 심하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 레드머드(NaOH)에 염산(HCl)을 첨가하여 혼합하였을 때 하기 화학 반응식에 의해 반응한다.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
이때, 레드머드에 황산을 첨가하여 혼합했을 경우와 마찬가지로 레드머드에 염산을 첨가하여 혼합했을 경우에도 백화현상이 일어남을 확인할 수 있었다.
결국, 레드머드와 황산과의 반응에서는 Na2SO4, 레드머드와 염산과의 반응에서는 NaCl에 의해 시간이 지남에 따라 백화현상이 지속적으로 일어남을 확인할 수 있었다.
반면에, 유기산을 첨가할 경우에는 백화현상이 저감되는 것을 확인할 수 있다.
바람직하게는, pH가 2 내지 3의 범위인 유기산을 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 유기산은 구연산, 구연산 용액, 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함한다.
이와 관련하여, 상기 레드머드에 구연산을 첨가하여 백화현상 여부를 확인해 보았다.
레드머드(NaOH)에 구연산(C6H8O7)을 첨가하여 혼합하였을 때 하기 화학 반응식에 의해 반응한다.
3NaOH + C6H8O7 → Na3C6H5O7 + 3H2O
이와 관련하여 도 3은 레드머드와 구연산(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태의 사진이다.
도 3을 참고하면, 레드머드에 구연산을 레드머드 100 중량% 기준으로 2 중량% 이상 첨가하였을 경우에는 백화현상이 저감되었음을 확인하였다.
또한, 백화저감현상이 시간이 지남에 따라 지속되는지를 확인하였다.
이와 관련하여 도 4는 레드머드와 구연산(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태의 사진이다.
도 4를 참고하면, 1주에서 4주로 시간이 경과하여도 구연산을 레드머드 100 중량% 기준으로 2중량% 이상 첨가하였을 경우에는 백화현상이 저감되었음을 확인하였다.
또한, 점성이 높은 레드머드와 균일한 혼합을 위해 증류수에 구연산을 녹여 약 5% 농도의 구연산 용액을 제조하여 레드머드에 혼합해 백화현상 여부를 확인하였다.
이와 관련하여 도 5는 레드머드와 5% 구연산 용액(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 3 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태의 사진이고, 도 6은 5% 구연산 용액(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 3 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태의 사진이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 레드머드에 5% 구연산 용액을 레드머드 100 중량% 기준으로 1 중량% 이상 첨가하여 혼합 후 1주에서 4주로 시간이 경과하여도 지속적으로 백화현상이 저감되었음을 확인할 수 있다.
또한, 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질에서도 레드머드의 백화현상을 저감효과를 확인하였다.
상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일은 귤, 오렌지, 레몬, 사과, 매실 등이 있다.
상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질은 착즙 후 레드머드에 첨가하거나, 분말 상태로 분쇄하여 레드머드에 첨가하는 것이 바람직하다.
이 경우, 보다 쉽게 레드머드와 균일하게 잘 혼합되어 백화저감 효과를 증대 시킬 수 있다.
이와 관련하여, 구연산 성분이 많이 함유되어 있는 귤껍질을 분쇄하여 레드머드의 백화저감 효과를 확인하였다.
이와 관련하여 도 7은 레드머드와 분쇄된 귤껍질 (레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태의 사진이고, 도 8은 레드머드와 분쇄된 귤껍질(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태의 사진이다.
도 7을 참고하면, 레드머드와 분쇄된 귤껍질 (레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 1주 경과된 상태에서는 분쇄된 귤껍질을 레드머드 100 중량% 기준으로 5 중량% 이상 첨가하였을 경우 백화 현상이 저감되는 것을 확인하였다.
또한, 도 8을 참고하면, 레드머드와 분쇄된 귤껍질(레드머드 100 중량% 기준으로 1 내지 10 중량%) 혼합 후 4주 경과된 상태에서는 분쇄된 귤껍질을 레드머드 100 중량% 기준으로 8 중량% 이상 첨가하였을 경우 백화 현상이 저감되는 것을 확인하였다.
따라서, 레드머드에 유기산인 구연산, 구연산 용액, 구연산 성분을 함유한 과일 또는 과일껍질을 첨가하여 혼합 시에 백화현상이 저감되는 효과를 확인할 수 있었다.
결과적으로, 레드머드의 백화현상은 가성소다(NaOH)를 이용한 수산화알루미늄 제조 후 발생하는 레드머드에 잔존하는 가성소다(NaOH)에 의해 발생하는데 이는 유기산인 구연산(C6H8O7) 성분으로 백화현상을 저감 또는 제거 할 수 있다.
상술한 바와 같이 레드머드의 백화현상을 저감시켜 칼라콘크리트용 원료, 탈황, 탈취제 등으로 활용할 수 있다.
특히, 산업용 붉은색 안료인 산화철(Fe2O3)을 대체하여 칼라블록, 칼라벽돌, 칼라레미콘, 칼라흙포장재 외 붉은색 안료로 다양하게 사용될 수 있다.
또한, 레드머드는 강알칼리성이므로 이는 환경에 악영향을 끼치기 때문에 이를 그대로 활용하기는 어렵다.
따라서, 레드머드를 다양한 곳에 무해하게 활용하기 위해서는 강알칼리성인 레드머드를 중화시키는 과정이 필요하다.
하지만, 구연산의 pH는 약 2 내지 3으로 강알칼리성인(pH 12 내지 13) 레드머드 100 중량% 기준으로 소량(1 내지 10 중량%)을 사용해서는 레드머드의 pH 저감 효과를 기대할 수는 없다.
따라서, 레드머드의 백화현상 저감효과는 유기산인 구연산 성분을 첨가하고 강알칼리 중화반응은 강산을 첨가하여 중화를 진행 할 수 있다.
바람직하게는, 강산으로 황산, 염산, 초산, 과염소산 또는 질산을 포함한다.
상기 강산을 레드머드에 첨가하여 레드머드를 중화시켜 성토재, 복토재 외에 pH 중화가 필요한 제품원료로 재활용할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 레드머드 백화현상 저감방법은 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드에 유기산을 첨가하여 혼합하면 유기산에 의해 레드머드의 백화현상을 저감시키는 우수한 효과가 있다.
또한, 레드머드에 강산을 첨가하여 레드머드를 중화시켜 다양한 곳에 무해하게 활용할 수 있는 우수한 효과가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (10)
- 수산화알루미늄 제조공정 중 발생하는 레드머드를 준비하는 단계;
상기 레드머드에 유기산을 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 유기산에 의해 상기 레드머드의 백화현상을 저감시키는 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기산은 pH 2 내지 3 범위인 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 유기산은 구연산, 구연산 용액, 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 구연산은 상기 레드머드 100 중량%를 기준으로 2 중량% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 구연산 용액은 5% 농도로 제조해 상기 레드머드 100 중량%를 기준으로 1 중량% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질은 상기 레드머드와 균일하게 혼합될 수 있도록 착즙된 형태인 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일 또는 과일껍질은 상기 레드머드와 균일하게 혼합될 수 있도록 분쇄된 형태인 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 구연산 성분을 함유하고 있는 과일껍질은 상기 레드머드 100 중량%를 기준으로 분쇄된 귤껍질 함량 8 중량% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레드머드의 pH를 저감시키기 위해 강산을 첨가하여 중화하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 레드머드의 pH를 저감시키기 위한 강산은 황산, 염산, 초산, 과염소산 또는 질산인 것을 특징으로 하는 레드머드 백화현상 저감방법.
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