KR890002152B1

KR890002152B1 - 고령토로부터 탈색제의 제조방법

Info

Publication number: KR890002152B1
Application number: KR1019860008245A
Authority: KR
Inventors: 손연수; 유규용
Original assignee: 한국과학기술원; 이정오
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1989-06-21
Also published as: KR880003665A

Abstract

내용 없음.

Description

고령토로부터 탈색제의 제조방법

본 발명은 국산 고령토를 황산처리하여 식용유, 우지 그리이스, 엔진오일의 폐유 등 각종 유지의 탈색을 위한 고령토 탈색제(Bleaching earth)의 새롭고도 진보된 제조방법에 관한 것이다.

현재 공업적으로 사용되고 있는 각종 유지 탈색제는 거의 모두가 몬트모릴로나이트가 주성분인 점토를 산으로 처리한 산성백토이다. 몬트모릴로나이트 광물을 산으로 처리하여 탈색제를 제조하는 방법(예:Brit Pat. 1,288,806. Sept 1972;Brit. Pat. 696,943, Sept. 1953)과 몬트모릴로나이트가 주성분을 이루는 벤토나이트를 산처리하여 탈색제를 제조하는 방법(예:U.S.Pat. 2,403,753, July 1946; U.S.Pat. 2,671,058, Mar. 1954)은 이미 오래전부터 알려진 기술이나 할로사이트가 주성분인 고령토로부터 탈색제를 제조하는 방법은 아직 알려진 바 없다. 그 이유는 아마도 할로사이트 광물이 몬트모릴로나이트 광물과 화학적조성 및 결정구조에서 판이하기 때문에 종래의 산처리 방법으로는 우수한 탈색효과를 얻을 수 없었기 때문이다.

몬트모릴로나이트와 할로사이트 광물의 화학적 조성을 비교해 보면 산지에 따라 다소 차이가 있으나 대표적인 몬트모릴로나이트 광물은 실리카(SiO₂)함량이 50~60%, 알루미나(Al₂O₃)함량이 15~20%, 산화철(Fe₂O₃) 함량이 0.5~5%, 산화마그네슘(MgO)과 산화칼슘(CaO)의 함량이 각각 0.5~5%이고, 대표적인 할로사이트 광물은 실리카 함량이 45~50%, 알루미나 함량이 35~40%, 산화철함량이 0.5~3%, 그리고 산화마그네슘과 산화칼슘 함량이 각각 0.1~1%이다. 이와같이 할로사이트 광물은 몬트모릴로나이트 광물에 비하여 알루미나 함량이 훨씬(약 20%) 높은 반면, 실리카 및 마그네슘과 칼슘 등 알칼리토 금속성분이 낮은 것이 특징이다.

이와같이 할로사이트 광물은 몬트모릴로나이트 광물과 화학적 조성이 다를뿐만 아니라 결정구조에 있어서도 몬트모릴로나이트는 실리카와 알루미나 단위가 층상구조를 이루는데 비하여 할로사이트는 침상구조를 만듬으로써 일반 물리적 성질에 있어서도 판이하다.

그런데 산처리된 몬트모릴로나이트의 우수한 탈색효과가 그 화학적 특성에서 기인한 것인지 아니면 그 물리적 성질에 기인한 것인지 많은 연구에도 불구하고 아직 명확히 알려져 있지 않다. 지금까지의 연구결과는 유지중에 존재하는 발색물질이 몬트모릴로나이트를 구성하는 실리카의 종말수산화기(OH)와 반응하여 흡착된다는 화학적 흡착설과 발색물질이 단순히 몬트모릴로나이트의 산처리시에 생긴 다공성 결정격자 사이에 흡착된다는 물리흡착설이 있으나 아직 명확히 밝혀지지 않고 있다.

본 발명자들은 할로사이트가 주성분인 국산 고령토를 산처리하여 알루미늄을 추출, 활용하는 연구를 수행하던중 고령토의 산추출조건과 알루미늄 함량을 조심스럽게 조절함으로써 현재 시중에서 사용하고 있는 몬트모릴로나이트 주성분의 산성백토와 동등한 탈색제를 제조할 수 있음을 발견하였다.

즉 일반적인 고령토의 황산처리 공정과는 달리 80메시 이하로 분쇄된 고령토 원광을 소성하지 않고 바로 황산용액에 넣고 환류온도에서 처리하여 추출잔사중의 알루미나 함량을 10~20%, 표면적 200~300m²/g의 범위안에 맞춘다음 여과하여 물로 충분히 세척한 후 건조하면 시판 산성백토와 동등하거나 보다 우수한 고령토 탈색제가 얻어진다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

알루미나 함량 35~39%인 국산 고령토를 분쇄하여 80메시 이하의 부분만 사용한다. 고령토중의 알루미나 함량에 대하여 80~100% 당량에 해당하는 황산양에 물을 가하여 황산농도를 30~50%로 조절한 후 여기에 80메쉬 이하의 고령토 분말을 넣고 환류온도인 105~115℃에서 3~6시간 알루미나를 추출해 냄으로서 잔사중의 알루미나 함량을 10~20%, 잔사 표면적을 200m²/g 이상 되도록 조절한다. 알루미나 추출반응이 끝나면 반응슬러리가 식기전에 여과액중의 황산 알루미늄의 농도가 20~22%가 되도록 미리 계산하여 물을 가한 후 여과한다. 여과액과 분리된 잔사를 물로 3회 세척한 후 100℃에서 2~3시간 건조하면 흰색분말이 얻어진다. 이렇게 얻어진 잔사를 미정제 식용유에 첨가하여 표준방법(American Oil Chemists Society Official Method Cc 8a-52)으로 처리한 후 450nm에서 투과도(T)를 측정한 결과 50~55%(시판 산성백토의 경우 [T]=50%)로 시판 산성백토보다 탈색효과가 우수하였다. 위의 황산처리 조건중 특히 황산농도와 황산의 양 그리고 환류시간은 잔사제품의 탈색효과에 매우 중요한 영향을 준다. 고령토의 황산처리 반응에서 일반적으로 황산의 농도가 진할수록 반응슬러리의 환류온도는 높아지고 따라서 고령토로부터 알루미나의 추출율도 높아진다. 따라서 이 경우에는 환류시간을 너무 길게할 경우 잔사중의 알루미나 함량이 10% 이하로 낮아짐과 동시에 잔사표면적도 낮아져 탈색효과가 크게 감소한다.

반면에 황산농도가 30% 이하로 묽어지면 추출시간을 아무리 길게 하더라도 고령토중의 알루미나 추출율이 낮아지고 잔사표면적도 증가하지 못하므로 탈색효과가 충분히 못함을 발견하였다.

또한 황산의 양을 고령토중의 알루미나 당량에 대하여 80% 이하로 적게 사용하거나 또는 100% 이상 사용하면, 환류온도와 추출시간을 조절하므로서 잔사중의 알루미나 함량은 10~20%로 조절할 수 있으나 잔사의 표면적과 표면특성이 다르게 되어 탈색효과가 만족치 못함을 알 수 있었다. 따라서 가장 적합한 처리조건은 황산농도 30~50% 황산의 양은 고령토중의 알루미나에 대하여 80~100% 당량 추출시간은 3~5시간이었으며 이렇게 처리했을 경우 잔사중의 알루미나 함량은 10~20%, 잔사표면적은 200~300m²/g으로 고령토 원광(표면적 57m²/g)에 비하여 특히 표면적이 크게 증가함을 알 수 있었다. 그리고 여과된 추출액은 18~22%의 황산알루미늄 용액으로서 제지용, 정수용 등 황산알루미늄 관련제품 제조에 활용할 수 있다. 이러한 본 발명의 장점과 특징을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

첫째, 종래에는 불가능하다고 생각되었던 고령토 부터 탈색제의 제조방법을 발견함으로써 고령토중의 알루미늄 성분과 추출잔사를 모두 활용할 수 있는 길을 열게 되어 현재 미활용중인 저급고령토를 활용할 수 있게 되었다.

둘째, 종래의 몬트모릴로나이트로부터 탈색용 산성백토의 제조방법에서는 비교적 저농도(30% 이하)의 황산으로 1~2시간 처리하는데 비하여 본 고령토의 황산추출법에서는 상술한 바와 같이 비교적 높은 강도, 충분한 양의 황산 용액에서 장시간 처리하므로 고령토 입자표면에 존재하는 대부분의 철분등 중금속이 녹아나오므로 백색도가 높고 식용유 탈색에 보다 안전하고 깨끗한 탈색제를 제조할 수 있다.

셋째, 종래의 몬트모릴로나이트 황산처리 공정에서는 황산처리후 산성백토를 여과 분리한 여과액은 산농도도 낮고 소량의 알루미나와 철분중의 잡물을 포함하므로 활용도가 없어 폐기처리 해야 하는데 반하여 본 고령토의 황산처리 공정에서는 여과액이 18~22%의 황산알루미늄으로 얻어지므로 정수제등 황산알루미늄 관련제품 제조에 직접 활용할 수 있으므로 추출잔사로 얻어지는 본 발명의 탈색제를 매우 싼값으로 제조가 가능하다.

[실시예 1]

콘덴서, 교반기, 온도계가 부착된 4구 둥근바닥 플라스크에 40% 황산 200g을 넣고 여기에 80메쉬의 분쇄된 고령토(알루미나 함량 38.5%) 분말 80g을 가하여 슬러리를 만든 다음 이 슬러리를 교반하면서 가열하여 환류 온도인 107℃에서 4시간 반응시킨다. 반응이 끝나면 식기전 반응물에 물 152g을 넣고 잠시 저어준후 여과한다. 여과된 잔사를 약 40g의 물로 3회 세척한 후 100℃의 오븐에서 3시간 건조시키면 약 41g의 백색분말이 얻어진다. 이 분말을 분석하였더니 알루미나 함량이 12.1%, 실리카 함량이 78.0%, 잔사 표면적인 269m²/g이었으며 미처리 옥수수 식용유를 표준방법에 따라 탈색시험 하였더니 450nm에서 투광도가 [T]=53%로 나타났다.

위의 실험방법에서 고령토를 80g으로 고정하고 황산의 농도와 양을 바꾸어 똑같은 방법으로 실험한 결과 다음 표와 같은 결과를 얻었다.

[실시예 2]

콘덴서, 교반기, 온도계 및 첨가 깔대기가 부착된 4구 둥근바닥 플라스크에 80메쉬로 분쇄된 고령토분말(알루미나 함량 38.5%) 80g을 물 119.5g과 함께 넣고 저으면서 여기에 첨가 깔대기로부터 진한 황산(99%) 80.5g을 천천히 가한다. 이 반응물을 계속 가열하면서 환류온도인 107℃에서 4시간 반응시킨 후 가열을 멈추고 계속 저으면서 반응물이 식기전에 물 152g을 더 가한 다음 여과한다. 여과분리된 잔사를 약 50g의 물로 3회 세척한 후 100℃로 조절된 오븐에서 3시간 건조시키면 약 40g의 백색분말이 얻어진다. 이 분말을 분석하였더니 알루미나 함량은 11.2%, 실리카 함량은 79.5%이었으며 잔사표면적은 249m²/g이었고 처리안된 옥수수 식용유를 시료로 실시예 1의 표준방법에 따라 탈색시험하였더니 450nm에서 투광도가 51%로 나타났다.

[실시예 3]

사용된 갈색 폐 엔진오일 200g을 130℃에서 5분간 가열하여 건조한 다음 여기에 실시예 2의 방법으로 제조된 잔사 10g을 넣고 200℃에서 15분간 저으면서 반응시킨다. 반응 슬러리를 냉각시킨 다음 잔사를 여과하여 분리한 후 윤활유를 색도를 표준방법인 KS M 2106(석유제품색 시험방법)으로 비교 시험한 결과 사용안된 새 엔진오일과 거의 동일한 색도(6.0)를 나타내었다.

Claims

할로사이트 주성분인 고령토를 황산용액으로 가열처리하여 탈색제를 제조함에 있어서, 황산의 양을 고령토중에 함유되어 있는 알루미나 당량에 대하여 80~100%, 황산의 농도를 30~50%로 유지시키면서 환류온도에서 가열처리하여 알루미나 함량을 10~20%, 표면적을 200~300m²/g으로 조절함을 특징으로 하는 고령토로 부터 탈색제의 제조방법.