WO2009113789A2 - 황산아연 및 염화칼륨으로부터 황산칼륨 및 염화아연의 제조방법 - Google Patents

황산아연 및 염화칼륨으로부터 황산칼륨 및 염화아연의 제조방법 Download PDF

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    • C01D5/06Preparation of sulfates by double decomposition

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing zinc chloride and potassium sulfate from zinc sulfate. More specifically, the present invention relates to a method for preparing potassium sulfate and zinc chloride by dissolving and concentrating zinc sulfate and potassium chloride in water in an equivalence ratio, adding the same to lower alcohol, and stirring to metathesis.
  • Potassium sulfate is consumed about 150,000 tons per year as a scallop in Korea, and this potassium sulfate is produced by reacting concentrated sulfuric acid with potassium chloride in a fertilizer company, and obtains hydrochloric acid as a by-product.
  • zinc chloride is used in various applications such as plating, batteries, papermaking, zinc cyanide, zinc oxide, and the like, and conventionally, such zinc chloride is generally prepared by purifying zinc chloride by directly reacting hydrochloric acid with zinc scrap and then purifying it.
  • the reaction does not proceed any more.
  • the chloride, such as potassium chloride and non-hydrochloric acid, and zinc sulfate in the aqueous solution are zinc ions, sulfate ions, potassium ions, chlorine ions, zinc sulfate, and potassium chloride.
  • the metathesis reaction hardly proceeds with the desired potassium sulfate and zinc chloride, and it is almost impossible to recover potassium sulfate and / or zinc chloride from these mixtures even if the compound is present in the form of. Reaction does not occur at all and cannot be an industrially useful invention.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Application No. 1998-12296
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Application No. 1998-15857
  • Patent Document 3 Republic of Korea Patent Application No. 1998-39927
  • Patent Document 4 Republic of Korea Patent Publication No. 2001-98080
  • Patent Document 5 Republic of Korea Patent Application No. 2006-0110962
  • Patent Document 6 Republic of Korea Patent Application No. 2007-0017454
  • the present inventors earnestly studied to solve the above problems, and after obtaining zinc sulfate from the dust of the electric furnace according to the above method, it was confirmed that when the zinc sulfate powder and potassium chloride powder were reacted in an aqueous solution, the reaction hardly proceeded. .
  • the reaction hardly proceeded.
  • two compounds of zinc sulfate and potassium chloride are dissolved in water, they are present only as sulfate groups, zinc ions, potassium chlorine ions, zinc zinc in molecular form, and potassium chloride in molecular form. Almost no zinc chloride is produced, and even if produced, it is very difficult to separate them.
  • the present inventors added potassium chloride to the zinc sulfate aqueous solution obtained by dissolving zinc sulfate in water instead of using zinc sulfate powder to dissolve all of the reactants, and then stirring and reacting the reactant, and concentrating the concentrate. Got it.
  • the zinc sulfate and potassium chloride particles can be metathesized to produce zinc chloride and potassium sulfate, and zinc chloride is dissolved in the lower alcohol to exist in the liquid phase. Since it settled to white, this mixture was filtered and separated into solid potassium sulfate and alcohol soluble zinc chloride, and found that potassium sulfate and zinc chloride can be easily produced in high yield, and the present invention has been completed. .
  • the present invention is a useful invention that can economically produce high purity zinc chloride and potassium sulfate by dissolving zinc sulfate and potassium chloride in water and concentrating the paste-like material obtained by concentration in a lower alcohol.
  • zinc sulfate obtained according to a conventional method is placed in a reactor, and when a small amount, preferably anhydrous zinc sulfate, is used, about 1.5 to 2.5 times the amount of zinc sulfate in the amount of heptahydrate is added.
  • a small amount preferably anhydrous zinc sulfate
  • the order of addition of zinc sulfate and potassium chloride is irrelevant and may be dissolved at the same time.
  • the amount of zinc sulfate and potassium chloride is preferably added in an equivalent ratio.
  • the temperature of the reactor at the time of heat concentration is not particularly limited, but it is not preferable to concentrate at too low a temperature because the concentration time is long, so it is not economical, and if the temperature is too high, it is difficult to obtain a paste. Generally, it is preferable to concentrate at about 110 to 130 ° C. In addition, although it is not impossible even if it does not stirring at this time, it is preferable to concentrate, stirring.
  • the lower alcohol is added to the mixture of zinc sulfate and potassium chloride containing the small amount of water thus obtained and stirred.
  • Methanol or ethanol is mentioned as a lower alcohol, Among these, since methanol is economical, it is preferable.
  • stirring speed is not specifically limited, About 1000-2000 rpm is preferable, and stirring time completes reaction in about 1.5-3.0 hours. The end point of the reaction can be confirmed by taking the reactant in the reactor and analyzing it. However, if the white precipitate is no longer produced visually, the reaction is finished. The mixture is filtered with a conventional filter to obtain liquid zinc chloride and solid potassium sulfate.
  • Zinc chloride is obtained in solid phase by evaporating and drying the lower alcohol in liquid zinc chloride, and the precipitate is dried to obtain potassium sulfate.
  • This potassium sulfate can be used as it is, but can be purified by washing with a small amount of alcohol.
  • the potassium sulfate obtained is vacuum dried to analyze the zinc content in potassium sulfate.
  • the zinc content in the potassium sulfate thus obtained is about 0.1% by weight or less.
  • This potassium sulfate is free from zinc and contains no other heavy metals, making it suitable for use as agricultural scallops.
  • the obtained zinc chloride can be purified as it is or by a purification method commonly known in the art to obtain zinc chloride of the desired purity.
  • the zinc chloride can be widely used as a raw material for plating, batteries, papermaking, and zinc oxide.
  • the filtrate obtained above was concentrated to obtain zinc chloride, which was placed in a beaker containing 300 cc of water and 5 g of hydrochloric acid, stirred, and dried by heating to obtain 130 g of anhydrous zinc chloride as a white powder.
  • the present invention is a useful invention that can economically produce high purity zinc chloride and potassium sulfate by dissolving zinc sulfate and potassium chloride in water and concentrating the paste-like material obtained by concentration in a lower alcohol.

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Abstract

본 발명은 황산아연과 염화칼륨을 물에 용해하고, 이를 농축한 후, 여기에 저급 알코올을 가하여 복분해 반응시켜 고순도의 염화아연 및 황산칼륨을 경제적으로 제조할 수 있는 발명을 제공하는 것이다. 이를 위한 본 발명은 황산아연 및 염화칼륨을 물에 용해하고, 가열 농축하여 페이스트 상으로 한 후, 이 페이스트 상 혼합물에 저급알코올에 넣고, 복분해 반응시킴을 특징으로 한다.

Description

황산아연 및 염화칼륨으로부터 황산칼륨 및 염화아연의 제조방법
본 발명은 황산아연으로부터 염화아연 및 황산칼륨을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 상세히는 황산아연과 염화칼륨을 당량비로 수중에서 용해, 농축하고, 여기에 저급알코올에 가하고 교반하여 복분해 반응시켜 황산칼륨 및 염화아연을 제조하는 방법에 관한 것이다.
황산칼륨은 우리나라에서 가리비료로서 연간 약 15만 톤 정도가 소요되고 있으며, 이러한 황산칼륨은 비료회사에서 염화칼륨에 농황산을 반응시켜 제조하고, 그의 부산물로서 염산을 얻는다.
또한, 염화아연은 도금, 배터리, 제지, 시안화아연, 산화아연 등 각종 용도로 사용되고 있으며, 종래, 이러한 염화아연은 통상 아연 스크랩에 염산을 직접 반응시켜 염화아연을 얻은 후, 정제하여 제조하고 있다.
종래의 방법으로 알려진 아연 스크랩과 염산을 원료로 하여 염화아연을 제조하는 것은 한정된 아연 스크랩으로 인하여 염화아연의 수요를 충족할 수 없고, 또한 아연 스크랩의 가격 상승 및 염산의 비용으로 인하여 얻어지는 염화아연의 비용이 높아져 경쟁력이 없다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 다량 발생되는 전기로 더스트(EAF)[약 20∼35중량% 아연 함유]에 염산을 반응시켜 염화아연을 제조하였으나, 전기로 더스트 중에 함유된 철분과 함께 반응하여 염화제1철 및 염화제2철을 염화아연과 동시에 제조되기 때문에 이를 분리하는 것은 대단히 어렵고, 또한, 그의 비용이 많이 들어 경제성이 없다.
그리하여 본 발명자는 전기로 더스트로부터 황산아연을 제조하는 방법을 연구하여 다수 출원한 바 있다(참조: 특허문헌 1∼6).
이러한 황산아연을 수용액 중에서 염산과 반응시켜도 더 이상 반응이 진행되지 않으며, 또한, 염산이 아닌 염화칼륨 등의 염화물과 황산아연을 수용액 중에서는 아연이온, 황산이온, 칼륨이온, 염소이온, 황산아연, 염화칼륨의 형태로 존재하여 목적하는 황산칼륨 및 염화아연으로 복분해 반응이 거의 진행되지 않고, 진행한다고 하여도 이들 혼합물로부터 황산칼륨 및/또는 염화아연을 회수하는 것은 거의 불가능하며, 또한 이들 화합물을 그대로 고체로 반응시키는 것은 전혀 반응이 일어나지 않아 산업적으로 유용한 발명이 될 수 없으므로, 현재까지 전기로 더스트를 농염산과 반응시켜 염화아연과 염화철, 염화철 및 미반응의 철 및 아연의 합금인 Fe3Zn, Fe6Zn3 등의 페라이트를 얻고, 이로부터 미반응물질인 페라이트, 염화제1철 및 염화제2철을 분리하는 방법을 선택하거나, 또는 전기로 더스트로부터 얻어진 황산아연을 탄산나트륨 등의 탄산염 화합물과 반응시켜 탄산아연을 얻고, 이 탄산아연을 그대로 묽은 염산에 반응시키거나, 또는 소성시켜 얻은 산화아연을 묽은 염산에 반응시켜 염화아연을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방법으로 염화아연을 얻는 것은 지나치게 비경제적이어서 산업상 이용가능성이 없다.
특허문헌 1: 대한민국 특허출원 제1998-12296호
특허문헌 2: 대한민국 특허출원 제1998-15857호
특허문헌 3: 대한민국 특허출원 제1998-39927호
특허문헌 4: 대한민국 특허공개 제2001-98080호
특허문헌 5: 대한민국 특허출원 제2006-0110962호
특허문헌 6: 대한민국 특허출원 제2007-0017454호
본 발명자는 상기 문제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 전기로 더스트로부터 상기 방법 등에 따라 황산아연을 얻은 후, 이 황산아연 분말과 염화칼륨 분말을 수용액 중에서 반응시키면, 반응이 거의 진행되지 않음을 확인하였다. 즉, 황산아연과 염화칼륨의 2종 화합물을 물에 용해시키면, 각각 황산기, 아연이온, 염소이온 칼륨이온, 분자상태의 황산아연, 분자상태의 염화칼륨으로 존재할 뿐, 이들 이온이 반응이 진행하여 황산칼륨이나 염화아연을 거의 생성하지 않으며, 생성한다고 하여도 이를 분리하는 것은 매우 어렵다.
이를 해결하기 위하여 상기 2종의 반응물질을 저급알코올 중에 넣어 교반하에 반응시켜 본 결과, 이들 물질중 황산아연이 전혀 용해되지 않고, 염화칼륨도 거의 용해되지 않아, 이들 화합물이 저급알코올 중에서 복분해 반응이 60∼70% 정도 진행되지만, 반응성을 더욱 향상시키기 위하여 상기 반응물질을 모두 5∼10㎛로 미분쇄하여 혼합하고, 이들을 저급 알코올에 넣고, 강력히 교반시키면, 일정 시간 반응시킨 후에 얻어지는 염화아연과 황산칼륨을 분석한 결과, 황산칼륨 중에 아연함량이 다량, 예컨대, 약 10∼20중량% 함유함을 확인하였다. 즉, 거의 페이스트 상이었다. 그러나, 이러한 방법은 반응물질의 분쇄에 높은 비용이 들고, 또한 여전히 황산칼륨 중에 아연이 함유되어 황산칼륨의 용도나 염화아연의 순도가 낮아 산업상 이용성이 떨어지므로 반응에 이용할 수 없다.
그리하여 본 발명자는 황산아연 분말을 사용하는 대신에 황산아연을 물에 용해하여 얻은 황산아연 수용액에 염화칼륨을 가하여 이들 반응물질들이 모두 용해하게 한 후, 이 반응물질을 교반하면서, 가열 농축하여 농축물을 얻었다. 이 농축물에 저급알코올을 가하고, 교반함으로서 황산아연과 염화칼륨의 입자가 복분해 반응하여 염화아연 및 황산칼륨을 생성할 수 있고, 또한, 저급 알코올 중에서 염화아연은 용해되어 액상으로 존재하고, 황산칼륨은 백색으로 침강하므로, 이 혼합물을 여과하여 고형물인 황산칼륨과 알코올 용해물인 염화아연으로 분리하여 황산칼륨과 염화아연을 용이하고, 고수율로 제조할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 황산아연과 염화칼륨을 물에 용해하고, 농축하여 얻어진 페이스트상 물질을 저급 알코올 중에서 복분해 반응시켜 고순도의 염화아연 및 황산칼륨을 경제적으로 제조할 수 있는 유용한 발명이다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
우선, 종래의 방법에 따라 얻어진 황산아연을 반응기에 넣고, 여기에 소량, 바람직하기로는 무수물 형태의 황산아연을 사용하는 경우, 그 양에 대해 약 1.5∼2.5배량의 물, 7수화물의 황산아연을 사용하는 경우에는 그 양에 대해 약 25∼50중량% 정도의 물을 넣어 투명할 때까지 교반하여 액상으로 한 후, 여기에 염화칼륨을 넣어 다시 교반하여 용해시킨다. 이때, 황산아연 및 염화칼륨의 투입 순서는 상관이 없으며, 동시에 용해시켜도 좋다. 이 때 상기 황산아연과 염화칼륨의 양은 당량비로 가하는 것이 바람직하다. 이들 용액을 가열 농축하여 반응물질의 총량에 대해 함수율이 7∼15중량%가 되도록 한다. 가열 농축시의 반응기의 온도는 특히 한정하지 않으나, 너무 낮은 온도로 농축하는 것은 농축시간이 길어져서 오히려 경제적이지 못하고, 또한 지나치게 고온인 경우는 페이스트상으로 얻기 어려우므로 바람직하지 않다. 일반적으로 약 110℃∼130℃ 정도에서 농축하는 것이 바람직하다. 또한 이 때, 교반하지 않아도 불가능한 것은 아니나, 교반하면서 농축하는 것이 바람직하다.
이렇게 얻어진 소량의 수분을 함유하는 황산아연과 염화칼륨의 혼합물에 저급 알코올을 가하고 교반한다. 저급 알코올로서는 메탄올 또는 에탄올을 들 수 있으며, 이들 중, 메탄올이 경제적이므로 바람직하다. 교반 속도는 특히 한정하는 것은 아니나, 약 1000∼2000rpm이 바람직하여, 교반시간은 약 1.5∼3.0시간 정도에서 반응이 완료된다. 반응의 종료점은 반응기 내의 반응물을 취하여 분석함으로서 확인할 수 있으나, 육안으로 백색 침강물이 더 이상 생성되지 않으면, 반응이 종료된 것을 알 수 있다. 이 혼합물을 통상의 여과기로 여과하여 액상의 염화아연과 고상의 황산칼륨을 얻는다. 액상의 염화아연 중의 저급 알코올을 증발, 건고시킴으로서 염화아연을 고상으로 얻고, 또한, 상기 침강물을 건조하여 황산칼륨을 얻는다. 이 황산칼륨을 그대로 사용할 수 있으나, 소량의 알코올로 세정하여 정제할 수 있다. 얻어진 황산칼륨은 진공 건조하여 황산칼륨 중의 아연 함량을 분석한다. 이렇게 얻어지는 황산칼륨 중의 아연 함유량은 약 0.1중량%이하이다. 이 황산칼륨은 아연이 함유되지 않고, 다른 중금속도 함유되지 않으므로 농업용 가리비료로 사용하기에 적합하다.
또한, 얻어진 염화아연은 그대로, 또는 당분야 통상 알려진 정제 방법으로 정제하여 목적하는 순도의 염화아연을 얻을 수 있다. 이 염화아연은 전술한 바와 같이, 도금, 배터리, 제지, 산화아연의 원료 등으로 널리 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다.
실시예 1
반응기에 물 230cc 및 황산아연 1수염 분말 179.43g을 넣고, 교반하면서 염화칼륨 149.45g을 가하고, 교반하여 투명한 액체를 얻었다. 이 액체가 페이스트 상으로 될 때까지 120℃로 가열 농축하였다. 이 페이스트 상의 물질을 25℃까지 서냉하고, 여기에 메탄올 500cc를 가하고, 1000rpm으로 약 2시간 교반하였다. 얻어진 혼합물을 진공여과기로 여과하여 여액과 고상물로 분리하였다. 고형물을 메탄올 500cc로 세정하고, 진공 건조하였다. 얻어진 고형물을 칭량한 바, 약 170g이었고, 이를 분석한 결과, 황산칼륨이었으며, 황산칼륨 중의 아연 함량은 약 0.1%이었다.
또한, 상기에서 얻어진 여액을 농축하여 염화아연을 얻고, 이를 물 300cc 및 염산 5g을 넣은 비커에 넣고, 교반한 후, 가열 건조하여 무수 염화아연 130g을 백색분말로 얻었다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 황산아연과 염화칼륨을 물에 용해하고, 농축하여 얻어진 페이스트상 물질을 저급 알코올 중에서 복분해 반응시켜 고순도의 염화아연 및 황산칼륨을 경제적으로 제조할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (4)

  1. 황산아연 및 염화칼륨을 물에 용해하고, 가열 농축하여 페이스트 상으로 한 후, 이 페이스트 상 혼합물에 저급알코올에 넣고, 복분해 반응시킴을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 페이스트 혼합물을 저급알코올 중에서 반응시켜 얻어진 혼합물을 여과하여 염화아연과 황산칼륨으로 분리함을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 저급 알코올이 메탄올 또는 에탄올임을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 110℃∼130℃에서 가열 농축하여 페이스트 상으로 함을 특징으로 하는 염화아연 및 황산칼륨의 동시 제조방법.
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