KR810001369B1 - 수성분산액의 처리방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

수성분산액의 처리방법

제1도는 종래의 전기 삼투기술에서 사용되는, 제1음극장치 1 및 양극장치 3을 고체 4의 수성 분산액내에 배치한 전극배열의 평면도.

제2도는 본 발명의 실시예에 사용되는, 제1음극장치 1, 제2음극장치 2 및 양극장치 3을 고체 4의 수성 분산액내에 배치한 전극배열의 평면도.

제3도는 본 발명에 따른 보다 바람직한 전극배열로서 제1음극장치 1, 다수의 제2음극장치 2 및 다수의 양극장치 3을 고체 4의 수성분산액내에 배치한 전극배열의 평면도이다.

본 발명은 고체의 수성분산액내에서의 부분적 농축율(rate of zonal conce ntration) 및 최종밀도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

산업공정에서는 폐유출액으로 수많은 고체의 수성분산액이 얻어진다. 예를 들어 원광의 세척, 가스유출액의 세정, 불순물의 침전, 오수처리등은 산업적으로는 찌끼, 이수(泥水)등으로 일컬어지는 폐유출물을 배출하는 것이 보통이다. 상기의 폐유출물은 종종 물질의 취급의 난이성 또는 사회 상태학 또는 안전성의 문제 때문에 간단히 처분할 수 없는 경우가 있다. 따라서 상기 폐액을 넓은 못, 보유 탱크, 또는 다른 용기내에 보유하는 것이 통례이다. 보유된 분산액내의 고체는 침전, 부선등의 방법으로 어느 정도까지 부분적으로 농축시켜 필요한 여과 또는 정제공정에 따라 처리하거나 하수처리시킬 수 있는 비교적 고형물부존 상태의 수성상을 제조하고 추가의 폐액을 보유하기 위해 용기 내에 공간을 형성한다. 그러나 대부분의 수성분산의 경우침전에 의한 고체의 부분적 농축은 전혀일어나지 않거나; 일어난다손 치더라도 극히 저율에 불과하다. 따라서 추가로 용기를 주기적으로 건설한다는 것은 어려움이 많으며 또 많은 비용을 필요로 한다. 상기 분산액내의 고체의 부분적 농축율을 증가시키기 위해 많은 시도가 행해졌다. 그러나 여과, 침강 보조제 또는 유사체 같은 통상적인 방법의 사용은 대개는 물리적으로 사용하나 엄청나게 많은 비용을 요한다. 고체의 수성분산액의 부분적 농축을 효과적으로 행할 수 있었던 실험실 기법은 대규모의 산업적 폐액보유계에서는 성공적으로 적용되지 않는 것이 통례이다. 예를 들어 수성 분산액내에 장치된 전극사이에 전위를 걸어주면 전기 삼투를 통해 음극으로 둘이 이동하게 되어 고체의 부분적 농축이 행해진다. 그러나 실질적인 문제로서 양극 및 음극이 비교적 멀리 떨어져야만 하는 광범위한 계에서 전기 삼투기법의 효과적인 적용을 방해하는 방대한 비선형의 전압강하가 일어난다.

고체의 수성 분산액내에서의 부분적 농축을 증진시키기 위한 실질적 방법이 이 분야의 숙련가들에 의해 오랫동안 희망되어 왔다는 것은 잘 알려져 있다.

본 공정은 대규모 분산액 보유계내에서 사용하기에 적절하며, 상술한 형태의 수성 분산액내에 이후에 정의될 임계간격관계(critically spaced relation ships)를 유지하여 전극을 장치하고, 전극간에 직류전위를 걸어줌으로써 전기삼투를 이용 고체의 부분적 농축을 수행하는 것을 포함한다.

본 발명의 공정은 분산된 입자가 접지 제로(ground zero)의 전하를 갖는 것으로서 특정지워진 거대한 인공호(100평방미터 이상의 면적)안에 함유되어 있는 수성 분산액상에서 사용된다. 본 발명의 가장 큰 실익은 자연적 침강법에 의한 고체의 부분 농축이 신속히 이루어지지 않는 계에서 고밀도의 슬러리를 수득 할 수 있는 점에 있다.

본 발명의 실시에서, 전극을 이후 기술되는 바와 같이 수성 분산액내에 설치하고 직류전위를 걸어서 전기삼투에 의한 고체의 부분적 농축을 수행한다. 이때 수성분산액 내에 분산된 입자는 접지제로에 대하여 음전하를 갖게 된다.

본 발명에서 필요로 하는 전극의 임계 간격은 도면에 나타나 있다. 제1도에 도시한 전극배열은 음극장치 1 및 양극장치 3이 비교적 작은 간격으로 위치하는 한 수성분산액내의 물의 이동이 음극장치 1을 향해 이루어지도록 할 수 있다는 것은 오래전부터 알려져 왔다. 그러나 음극장치 1 및 양극장치 3사이의 거리가 수미터이상될 경우, 음극 및 양극에 매우 근접해 있는 곳에서 큰 전압 강하가 일어나고 전극에서 좀더 떨어진 곳에서는 선상미터당 보다 작은 전압 강하현상이 일어나며 이에 따라 전기삼투원칙을 효과적으로 이용할 수 없게 된다. 일반적으로 음극 및 양극간 선상거리의에 대한 전압강하가 음극과 양극간 총 전압 강하의 30%이상인 계에서 수성분산액의 부분적 농축을 증가시키는데 있어 전기삼투기법은 실질적으로 이용할 수 없게 된다.

5% 규칙을 어길 경우 많은 율의 에너지가 열의 형태로 손실되고 전기삼투계는 그 작용을 완전히 중단하게 된다.

본 발명에 따라, 제2도에서와 같이 제1음극장치 1과 양극장치 3사이에 제2음극장치 2를 적절히 장치하면 뜻밖에도 작은 선상간격에 있어 아주 과도한 전압 강하현상을 막을 수 있으며, 전기 삼투기법을 거대한 인공호내에서 사용할 수 있다는 것을 발견했다.

본 발명에 따라 제1음극장치 1과 양극장치 3을 충분한 간격으로 설치하고, 제1 및 제2음극장치, 1 및 2가 매우 인접해 있고 양극장치 3으로부터 동일한 거리에 있도록 제2음극장치 2를 재배치하고 수성분산액내에서 음극을 향한물의 설별적 이동이 일어나기에 충분한 직류전위를 걸어주는 경우 음극과 양극간 선상거리의 어떠한 5%에 대한 전압강하도 음극과 양극간의 총전압강하의 30% 이상이 된다.

제1음극장치 1을 양극장치 3과 근접하게 장치하는 경우 본 발명에 따라 수득할 수 있는 이점은 거의 감소되거나 소멸하게 된다. 대부분의 수성분산액 처리에서, 제1음극장치 1이 양극장치 3으로부터 최소한 약 6미터 간격을 갖는 경우에 본 발명의 이점을 최대로 살릴 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제2음극장치 2는 양극장치 3보다 제1음극장치 1에 더욱 근접하게 장치하고 또 제1음극장치 1과 양극장치 3사이에 수직으로 가로지르는 평면상에 설치한다. 양극장치 3 및 제2음극장치 2는 각각 다수의 전극으로 구성되며 제1음극장치 1을 중심으로 두개의 동심원의 형태로서 인공호 4내에 설치하는 것이 바람직하다. 양극장치 3을 포함하는 다수의 양극이 각각의 양극이 그의 인접한 양극으로부터 동일한 간격에 있도록 설치한다. 이와 유사하게, 제2음극장치 2를 포함하는 다수의 음극도 각각의 음극이 그와 인접한 음극으로부터 동일한 간격에 있도록 설치한다. 중심음극 1로부터 제2음극장치 2의 음극을 잇는 선에 의해 중심음극 1과 인접하는 1쌍의 양극장치 3을 연결하여 형성된 각을 이분하도록 전극을 배열한다. 그러므로 제3도에서 각 ø는 모두 동일하다. 각 전극은 거대한 중량으로 인하여 비전도성 나일론 줄에 부착시켜 바람직한 위치에 고정시킨다. 제1음극장치 1, 제2음극장치 2 및 양극장치 3의 상대적인 간격은 물의 전기 삼투적 이동이 제1 및 제2 음극장치 1및 2로 향하도록 선택된 전위를 걸어줄 때, 제1 및 제2음극장치 1 및 2와 양극장치 3간의 어떠한 5%의 선상간격에서도 제1음극장치 1과 양극장치 3간의 총 전압강하의 30% 이상의 전압강하를 나타내지 않도록 띠운다. 특정 수성분산 전극, 특히 제2음극장치 2의 최적위치 및 사용전압은 통상적인 시험으로 쉽게 결정될 수 있다.

양극장치 3이 제1음극장치 1로부터 떨어질 수 있는 최대의 거리는 제2음극장치 2의 적절한 배치에 의해 필요로 하는 전압강하 억제를 이룰수 있는 최대의 거리와 보다 실질적인 문제로서, 합리적인 전위를 걸어 줌으로서 전기삼투가 이루어질 수 있는 거리로서 제한을 받는다. 실질적인 문제로서, 60m이상의 제1음극과 양극간격은 거의 사용되지 않는다.

전극의 허용할 수 있는 최적간격은 고체의 수성분산의 특성, 전극의 형태 및 이용할 수 있는 전력원에 따라 좌우된다는 것은 공지된 사실이다. 그러나 이미 언급한 바와 같이, 어떠한 주어진 분산, 전극형태 및 전력원에 대해 위에서 밝힌 제한범위내에서 허용될 수 있는 최적간격은 통상시험에 의해 쉽게 결정할 수 있다.

음극용으로 사용되는 물질은 정해져 있는 것이 아니며, 여하한 전기 전도성물질도 사용가능하다. 바람직하게 음극장치에 사용되는 물질은 수성분산액구성 성분에 의한 화학반응에 대해 비교적 내성을 갖는다. 그러나 음극은 양극과 달리 전기적으로 분해되지 않으므로 비교적 가벼울 수도 있다. 양극으로 바람직한 것은 주로 철이다. 철은 쉽게 분해되어 산화철을 형성하는 값이 싼 금속인 관계로 바람직하다.

각계의 전극의 형태 또한 고려되어야 한다.

일반적으로 비교적 작은 횡단면적을 가진 긴 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 전극은 철봉(鐵棒) 또는 Ⅰ-비임으로 만들 수도 있으며 또 철도레일이 특히 적절하다. 장시간 사용할 수 있는 점에서 철봉을 사용하는 것이 공동(空洞)의 파이프를 사용하는데 비해 분해되는 질량이 더 많이 존재하는 까닭으로 더 바람직하다.

바람직한 계는 제3도에서 보여준 것과 같이 중심에 위치한 제1음극주위에 다수의 제2음극과 음극계 주위에 위치한 다수의 양극으로 구성된다. 이와 같은 배열은 계내에 최적상태의 전기장을 형성하여, 넓은 면적의 수성분산액이 전기삼투의 영향을 효과적으로 받도록 한다.

음극 및 양극은 전부수성분산액내에 침지되는 것이 안정성 면에서 바람직하다.

전극이 측방으로 간격이 띠어진 계에서의 전극의 배열에 관해 논의하였다. 그러나 수성분산액의 특성 및 보유되는 용기에 따라 어떤 경우에는 수직으로 간격을 띄운 전극계를 사용하거나 수직 및 수평으로 간격을 띄운 혼합전극계를 사용하는 것이 바람직하다. 고체의 농축을 증진시키기 위해 음전하를 띈 입자의 수성분산액으로부터 용기의 바닥으로 물을 제거시킬 경우 양극은 일반적으로 음극의 길이보다 다소 깊은 곳에 배치하는 것이 바람직하다. 수직간격의 예로는 양극을 바닥의 네모서리에 배치하고 음극을 정점에 배치시키는 피라미드형태를 들 수 있다.

직류전위는 양극과 음극사이에 걸어준다.

전류 및 전압치는 고체의 수성분산액으로부터 최소의 전력비용으로 최대량의 물을 제거할 수 있는 값을 선택한다.

일정한 전위변화를 갖는 전기장의 최적상태임은 이론적으로 증명되어 있다. 그러나 거대한 인공호내에서 바람직한 일정한 전위변화는 성취하기가 불가능하며, 음극 및 양극주위에서 비교적 큰 전위강하가 일어난다. 전위변화를 평준화시키기 위해 제2음극장치를 중심음극과 양극사이에 설치한다. 양극이 풍부한 계를 사용할 경우 수성분산액의 측정한 전기장 저항은 양극면적보다 음극면적에 더욱 좌우된다는 것을 발견하였다.

여러가지 요인들로부터 양극이 풍부한 계가 필요함이 입증되고 있다. 한가지 요인은 인공호내에 물이 음극을 향해 이동하는 것이다. 물이 수성분산액으로부터 비교적 빠르게 이동하고 인공호에서 쉽게 제거될 수 있도록 물을 중심부로 향해 이동시키는 것이 바람직하다. 그러므로 중심음극계 주위에 수많은 양극을 설치할 필요가 있다. 더욱이 양극은 파라데이의 법칙에 의해 전술한 바와 같이 전기화학적으로 소모된다.

파라데이 법칙에 따르면 96,500 A-sec에 대해 1g 당량의 금속이 부식되며, 바꾸어 말하면 96,500 A-sec의 전기가 소모될 때 56/2=28g의 철이 부식된다. 따라서 양극의 질량은 음극의 질량과 비교하여 매우 큰 값을 요한다. 음극은 고음전위를 띠므로 부식되지 않는다. 양극을 소모하는 것은 전위가 아니고 전류이며 음극의 표면적을 조절하여 수성분산액의 전기장저항 및 상용하는 전류-전압관계를 광범위하게 변화시킨다.

본 발명의 실시예에서, 필요하다면 여러가지 보조기법을 사용할 수 있다. 예를 들어 전해질을 수성분산액에 가하여 그 전도도를 증가시키거나, 전극냉각장치를 설치하여 과잉의 열을 제거함으로써 양극에 인접한 물질의 완전 건조를 방지한다.

양극주위에서의 수성분산액의 건조와 양극상에 생성된 고체는 본 발명의 기법을 사용할때 당면하는 중요한 문제중 하나이다. 양극주위물질의 완전 건조를 방지하게 위해 가스 또는 액체를 양극에 인접한 수성분산액에 통과시킬 수도 있다. 대부분의 실질적인 용액은 수성분산액내의 액체의 이동이 음극 대신 양극으로 향하도록 하기 위해 짧은 시간동안 양극과 음극사이의 전기 전위의 주기적인 역전을 필요로 한다. 그러나 전기전위의 역전은 양극에 비하여 중량이 비교적 가벼운 음극의 빠른 분해를 야기한다. 이와 값은 음극의 분해를 막기 위해서 제2양극을 중심 음극아래쪽에 설치하는 것이 유리하다. 전기전위의 극성이 역전될 때 음극을 회로에서 분리하고 또 제2양극이 음극대신 분해되도록 제2양극을 그 위치에 연결시킨다.

본 발명은 또한 수성분산액내에 분산입자가 접지제로에 관하여 양성전하를 띠게 되는 경우도 사용할 수 있다. 입자가 양전하를 가질 경우에는 음전하를 띤 입자를 함유하는 수성분산액에 대한 상술한 연구논문의 모든 변수는 양극과 음극의 위치를 바꿔주어야만 하는 것을 제외하고는 모두 동일하게 적용된다. 중심부로 물을 이동시키기 위해서는 상술한 바와 같이 음극대신에 양극을 전극계의 중심에 위치시켜야 한다. 제3도에 있어 수성분산액내에서 제1양극장치 1은 제2양극장치를 형성하는 다수의 양극과 음극장치 3을 형성하는 다수의 음극의 동심원으로 둘러싸여 있다.

본 발명을 사용하여 물을 고체로부터 분리하여 물을 수성분산액의 상부 표면으로 이동시켜 제거하고 또 고체가 자연적 침강보다 더욱 빨리 다져지게 된다. 그러므로 일정시간간격내에 인공호안에 투입할 수 있는 고체의 수성분산액 용적은 자연적 방법에 의해서 침강을 행할 경우에 인공호에 투입할 수 있는 용적이상으로 증가하게 된다. 유사하게 본 발명에 의해 고체를 보다 빨리 침강처리함으로써, 인공호를 수성 생활에 가능한 서식처로 보다 빨리 복원시킬 수 있다.

[실시예]

본 명세서에 기술된 전기삼투계는 120헥타아르의 못내에서 시험된다. 상기의 계는 20개의 부(station)로 구성되며 각 부는 제3도에 배열된 것과 같이 하나의 중심음극 4개의 제2음극 및 8개의 양극으로 구성된다. 각각의 제2음극은 중심음극으로부터 3m떨어진 곳에 위치한다. 각각의 양극은 중심음극으로부터 36m떨어진 곳에 위치한다. 각각의 음극은 그 상부가 진흙선에서 약 1m 하부에 위치하도록 침지된 약 5m 길이의 철 파이프이다. 각 양극은 그 상부가 진흙선에서 약 3m하부에 위치하도록 침지되어 있는 10m길이의 철도레일이다.

상기의 못은 인산염 원광의 부화처리(富化處理; beneficiation)로 생긴 수성 일라이트 점토 슬라임(illite clay slime)을 위한 저장못이다. 전기 삼투계 작동시에 못내의 진흙선은 해발 225m이고 매달 15cm의 율로 슬라임이 첨가되어 상승한다.

약 25,000와트의 직류전력을 각부에 통과시킨다. 8개월의 조작후 진흙선은 단지 30cm만이 증가한다. 전기삼투를 적용하지 않았다면 증가율은 약 120cm가 되었을 것이다. 조작도중 슬라임의 온도를 중심음극과 양극간의 여러 위치에서 자주 측정함으로써 음극과 양극간의 전압강하가 균일함을 측정한다. 어떤 주어진 시간에서 ±5℃이내의 온도변화를 갖는 두 위치에서는 전압강하가 거의 일정하다는 것을 의미한다.

본 발명은 또한 예를 들어 보오크사이트, 알루미나, 형석, 장석, 중정석, 엽랍석, 활석, 티탄철광, 홍주석 및 시아니이트; 석탄; 이탄; 운모; 규조로; 카올린, 벤토나이트, 표포토, 볼클레이(ball clay), 내화점토 및 분쇄한 돌등의 점토들 같이 여러가지 천연 그대로이고, 비유기성이거나 화석화된 유기원광을 연마 및/또는 처리하는 공정에서 얻어진 진흙 찌끼(sludge) 또는 슬라임으로부터 물을 분리하는데도 사용된다. 본 발명은 또한 하상준설, 제지공업, 사탕무우 및 사탕수수가공, 인산염 찌끼 및 기타 공정에서 얻어진 여러가지 진흙찌꺼기 또는 슬라임 및 오수로부터 물을 분리하는데도 이용된다.

여기에 기술된 방법 및 장치는 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 여러가지 변화를 만들 수 있으므로 상기 설명에 포함되어 있는 모든 문제는 실예로서 설명되어야 하며 제한적인 의미를 가지면 안된다.

Claims (1)

1. 분산된 고체와 동일한 극성을 가지는 제1전극장치, 제1전극장치로부터 떨어져 있는 분산된 고체와 반대의 극성을 가지는 전극장치 제1전극장치와 반대의 극성을 가지는 전극장치 사이의 중간에 위치하는, 분산된 고체와 동일한 극성을 가지는 제2전극장치를 사용하여 제1 및 제2전극장치와 반대의 극성을 가지는 전극장치간에 직류전위를 걸어줌으로써 물을 제1 및 제2전극장치를 향해 이동시킴으로써 수성분산액으로부터 물을 제거하는 것을 특징으로하여, 수성분산액내에서 접지 제로(ground zero)에 대하여 전위를 갖는 고체의 부분적 농축율 및 최종 밀도를 증가시키는 방법.

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