KR100270086B1 - 황산마그네슘 수용액의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네사이트, 백분석 또는 마그네시아계 폐연와와 황산을 반응시켜 황산마그네슘 수용액을 제조함에 있어, 사용되는 원료의 입도 및 황산의 농도를 제어하여 슬러지 발생량을 줄이고, 철성분을 제거하여 고순도의 황산 마그네슘 수용액을 제조하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 황산 마그네슘 수용액을 제조하는 방법에 있어서, 마그네사이트, 백운석, 마그네시아계 폐연와로부터 선택된 1종 또는 2종이상의 원료물질를 250메쉬이하의 분말로 분쇄하는 단계;상기 분말을 농도가 10-35%인 황산과 혼합하여 반응시키는 단계; 상기 반응용액에 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 상기 반응용액 대비 10vol%이하 첨가하여 pH를 7-8로 조정하는 단계; 및 상기 반응용액에 KMnO₄수용액을 철성분의 당량비에 맞춰 투입하는 단계를 포함하여 구성되는 황산마그네슘 수용액의 제조방법에 관한 것을 그 요지로한다.

Description

황산마그네슘 수용액의 제조방법

본 발명은 마그네사이트, 백운석(경소마그네사이트, 경소백운석 )등의 천연원료 또는 제철소, 유리공장, 시멘트 공장등에서 발생하는 마그네시아계 폐연와를 이용하여 황산마그네슘 수용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마그네사이트, 백운석등의 천연원료나 이들을 경소한 것은 일정량이상의 마그네슘 원소가 함유되어 있다. 또한, 제철소, 유리공장, 시멘트 공장등에서 발생하는 폐연와중에서 마그네시아계 폐연와가 있는데 이또한, 마그네슘원소를 함유하고 있다. 그런데, 상기 마그네슘계 폐연와는 폐기되고 있는 실정으로 자원재활용 측면에서 재활용이 요구되고 있다.

한편, 황산마그네슘 수용액은 유화공장등에서 ABS수지제조시 염석제로 사용하고 있다. 이때 ABS수지 제조시 문제점의 하나로 황변(Yellowing)현상을 들수 있다. 이 황변 현상의 원인으로서는 ABS라텍스(Latex)를 응집하는 공정에서 산소와 부타디엔(Butadien)의 접촉으로 부타디엔 내의 이중결합이 반응하거나, 응집후 만들어진 ABS분말(Powder)를 가공하는 공정에서 부티디엔과 공가와의 접촉으로 인하여 발생하거나, 염석제로 사용한 황산마그네슘 수용액내의 철성분이 ABS내의 부타디엔의 산화를 일으켜서 황변현상이 일어난다고 보고있다. 따라서 유화공장에서는 황산마그네슘을 ABS수지 염석제로 사용하기 위하여 극히 미량의 철성분을 가지는 황산마그네슘 수용액을 필요로하고 있다.

본 발명은 상기와같은 요구에 부응하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 마그네사이트, 백운석 또는 마그네시아계 폐연와와 황산을 반응시켜 황산마그네슘수용액을 제조함에 있어, 사용되는 원료의 입도 및 황산의 농도를 제어하여 슬러지 발생량을 줄이고, 철성분을 제거하여 고순도의 황산마그네슘 수용액을 제조하고자 하는데 그 목적이 있다.

제1도는 황산 마그네슘의 포화용해도 곡선을 나다내는 그래프.

제2도는 황산마그네슘 수용액을 제조하기 위한 공정도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 황산마그네슘 수용액을 제조하는 방법에 있어서, 마그네사이트, 백운석, 마그네시아계 폐연와로부터 선택된 1종 또는 2종이상의 원료물질를 250메쉬이하의 분말로 분쇄하는 단계;상기분말을 농도가 10-35%인 황산과 혼합하여 반응시키는 단계; 상기 반응용액에 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 상기 반응용액대비 10vol%이하 첨가하여 pH를 7-8로 조정하는 단계; 및 상기 반응용액에 KMnO₄수용액을 철성분의 당량비에 맞춰 투입하는 단계를 포함하여 구성되는 황산마그네슘 수용액의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 마그네사이트, 백운석등의 천연 원료나 이를 경소한 것 그리고 제철소, 유리공장 또는 시멘트 공장등에서 발생하는 마그네시아계 폐연와를 분쇄한후 이를 적정 농도의 황산과 반응을 시킨다. 이때 반응은 발열반응으로 반응용액의 온도가 약 110-120℃정도로 격렬하게 반응한다. 이때 반응용액이 넘칠우려가 있기때문에 반응조의 높이를 높게하든지 혹은 이중으로 반응용기를 설치하면 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

상기와 같은 반응을 일으키는 본 발명에서는 마그네사이트, 백운석, 마그네시아계 폐연와로 부터 선택된 1종 또는 2종이상의 원료물질를 250메쉬이하의 분말로 분쇄하는 단계를 거친다.

즉, 본 발명에서는 원료 분말의 입도를 250메쉬 이하로 하는 것이다. 이는 250메쉬를 초과하면 분말과 황산과의 반응시 미반응의 마그네시아가 많이 존재하게되어 반응후의 슬러지 발생량이 증가하는 문제점이 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기분말을 농도가 10-35%인 황산과 혼합하여 반응시키는 단계를 거친다.

반응시 사용하는 황산의 농도를 10%-35%로 조절하는 것이다. 황산의 농도가 10%미만이면 마그네시아와의 반응성이 떨어지는 문제점이 있으며, 황산의 농도가 35%를 초과하면 마그네시아와의 반응성은 우수하나 제 1 도에서와 같이 황산마그네슘 수화물 형태의 석출물이 쉽게 형성되기때문에 공정조작에 문제가 있으며, 여과시 슬러지와 석축물이 여과후에 필요이상의 고형물이 남게되기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기 반응용액에 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 상기 반응용액대비 10vol%이하 침가하여 pH를 7-8로 조정하는 단계를 거친다.

상기 원료분말과 황산의 반응후 발생하는 슬러지량을 최소화하기 위한 방법에 있어서 본 발명자는 황산의 능도와 폐마그네시아 연와중의 MgO성분과 당량 만큼 반응시키면 용액의 pH가 4-5 정도의 용액으로 유지되고, 이때 pH조절용으로 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 투입하지 않을 경우에는 과잉의 폐연와 분말을 투입해야하는 문제점이 있으며, NaOH또는 Mg(OH)₂용액의 투입량이 반응용액의 10vol%이상이면 반응조의 온도를 낮쳐 반응성이 떨어지는 문제점이 있으며, 또한 제 1 도에서 보는 바와 같이 황산마그네슘 수화물 형태의 석출물을 형성시키는 문제점이 있다.

한편 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 투입하여 반응용액의 pH가 8이상이면 수산화마그네슘의 석출물을 형성시킬 문제점이 있기 때문에 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 투입하여 반응용액의 pH를 7이상 8이하로 조절할 필요가 있으며, 투입하는 NaOH또는 Mg(OH)₂용액의 량은 반응용액의 10%이하로 하는것이 좋다.

또한, 본 발명에서는 상기 반응용액에 KMnO₄수용액을 철성분의 당량비에 맞춰 투입하는 단계를 거친다.

마그네시아 성분을 포함하는 원료와 황산을 사용하여 황산마그네슘 수용액을 제조함에 있어서, 황산마그네슘 수용액내의 철성분을 제거하고자 할때, 황산마그네슘수용액내의 철성분이 많을 때에는 종래에 사용하는 방법인 KMnO₄수용액을 황산마그네슘 수용액내에 적하시키면서 산화환원 반응에 의한 종점을 판단함에 있어서 용액의 색깔 변화를 육안으로 감지하여 종점을 취하는 방법을 사용하여도 가능하다. 그러나 이 종래의 방법은 황산마그네슘 수용액의 농도 변화 및 미량의 철성분 농도에 대하여서는 산화환원 적정 방법에 의한 육안 감지가 매우 어려워 정확한 당량점을 얻는것이 힘들다.

따라서 본 발명에서는 ORP 메타(meter)를 이용하여 철성분이 극미량에서도 KMnO₄수용액을 투입함으로 인하여 2가의 철이온을 3가의 철이온으로 산화시키고, 수산화철형태의 석출물을 형성시킴으로 인하여 반응 용액내의 철성분을 제거할수 있는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

본 실시예에서는 폐연와를 사용했으며, 사용한 폐연와는 제철소에서 발생하는 폐마그네시아 연와로서 그 구성성분은 하기 표1과 같았다. 또한, 하기 표2는 실시예에서 사용한 폐마그네시아 연와 분쇄분말의 입도분포를 나타낸 것이다.

상기의 분말을 사용하여 하기 표3과 같은 혼합방법으로 22% 황산 용액과 혼합하여 반응을 시켰다.

즉, 비교예(1)에서와 같이 당량비에 의한 폐연와 분말과 황산을 혼합하여 황산마그네슘 수용액을 제조하였을때, 비교예(2)에서는 과잉의 폐연와를 사용하여 황산마그네슘의 pH를 7-8로 제조하였을때, 발명예에서는 비교예(1)과 같이 당량비에 의한 폐연와 분말과 황산을 사용하고 NaOH또는 Mg(OH)₂수용액으로 반응 용액의 pH를 7-8로 조절하였을때 발생하는 슬러지의 량을 비교한 것이다.

상기표 3에 나타난 바와 같이, NaOH 또는 Mg(OH)₂수용액을 이용하여 pH를 7-8로 조정하므로써 슬러지량이 저감되는 것을 알수 있었다.

한편 마그네시아 성분을 포함하는 원료와 황산을 사용하여 황산마그네슘 수용액을 제조함에 있어서, 상기와같이 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 첨가하여 pH를 7이상 8이하로 조절함과 동시에 미량의 철분제거를 위하여, 본 발명에서는 ORPmeter를 이용하여 철성분이 극미량에서도 KMnO₄적하에 의한 산화환원의 정확한 당량점을 구할 수 있었고, 반응용액중에 존재하는 철성분의 정확한 당량비에 맞춰 KMnO₄수용액을 제 2 도와 같이 반응조에 직접 투입함으로 인하여 2가의 철이온을 3가의 철이온으로 산화시키고, 수산화철 형태의 석출물을 형성시켜 여과함으로 인하여 반응 용액내의 철성분을 제거할 수 있었다. 한편 이 방법은 신속히 반응용액내의 2가 철이온의 산화환원반응의 당량점을 정확히 알수 있고, 또 폐마그네시아 연와 분말과 황산이 반응을 할때 형성된 플록(Floc)과 생성된 수산화철 형태의 석출물이 응집하여 동시에 침전하는 효과가 있기 때문에 황산마그네슘 수용액내의 철분제거에는 더욱 효과적이며, 마그네시아 성분변화 및 황산의 농도변화에도 신속하게 적용할 수 있어 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 얻어지는 황산마그네슘 수용액이 극히 미량의 철분을 함유함으로해서, 유화공장등에서 ABS수지제조의 염색제로 사용시 황변이 일어나지 않는다는 효과가 제공된다. 또한, 폐연와와 같이 폐기되어지는 물질을 다시 사용하는 자원재활용의 효과가 제공되기도 한다.

Claims (1)

1. 황산마그네슘 수용액을 제조하는 방법에 있어서, 마그네사이트, 백운석, 마그네시아계 폐연와로 부터 선택된 1종 또는 2종이상의 원료물질를 250메쉬이하의 분말로 분쇄하는 단계; 상기 분말을 농도가 10-35%인 황산과 혼합하여 반응시키는 단계; 상기 반응용액에 NaOH 또는 Mg(OH)₂용액을 상기 반응용액대비 10vol%이하 첨가하여 pH를 7-8로 조정하는 단계; 및 상기 반응용액에 KMnO₄수용액을 철성분의 당량비에 맞춰 투입하는 단계를 프함하여 구성되는 것을 특징으로하는 황산마그네슘 수용액의 제조방법.