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산업부산물의 Ca 성분 용출 특성 및 액상탄산화 반응을 이용한 침강성 탄산칼슘 제조에 관한 실험적 연구
An experimental study on preparation of precipitated calcium carbonate using Ca component dissolution characteristics and liquid carbonation by the Industrial byproducts 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.32 no.1, 2015년, pp.116 - 126  

임윤희 ((주)애니텍 기술연구소) ,  이주열 ((주)애니텍 기술연구소) ,  신재란 ((주)애니텍 기술연구소) ,  최창식 (고등기술연구원) ,  홍범의 (고등기술연구원) ,  강호종 ((주)아이케이) ,  박병현 ((주)애니텍 기술연구소)

초록
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본 연구에서는 이산화탄소 고정화에 있어 이산화탄소 전환을 위해 MEA를 이용한 습식화학흡수법의 셔틀메카니즘을 도입하였다. 또한 알칼리 무기물질을 다량 함유한 산업부산물을 습식탄산화법을 이용해 처리하고자 하였다. 즉, 산업부산물의 화학적 처리를 통해 칼슘이온을 용출하였다. 산성물질을 이용한 용출상징수를 ICP로 분석한 결과, 칼슘이온이 최대 17,900 ppm(1.79%)을 확보하였다. 또한 MEA를 이용한 습식 흡수공정을 통해 상온, 상압조건의 이산화탄소 분위기에서 94%의 전환률을 얻었다. 슬러지의 액상탄산화를 통해 슬러지 mg 당 0.175 mg의 이산화탄소를 고정하였으며, 최종생성물의 XRD 분석결과 일반적인 탄산칼슘의 결정구조인 calcite 형상을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study utilized a shuttle mechanism of wet chemical absorption using MEA. In addition, industrial by-products containing a large amount of inorganic alkali substances were utilized for wet carbonization process. Chemical pretreatment of industrial by-products extracted calcium ions. ICP r...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 산업부산물 중 하나인 레미콘회수수를 재활용함과 동시에 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 포집 및 이를 자원으로 재이용하는 이산화탄소 포집, 활용 및 저장(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)에 관한 실험적 연구를 진행하였다.
  • 본 연구는 액상탄산화 이전 단계로 이산화탄소의 이온화를 위하여 알칼리용액인 MEA 수용액을 이용한 화학적 흡수시험을 진행하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 탄산칼슘 합성에 있어 Ca의 주요 원료물질로 산업부산물 중 레미콘회수수를 자원으로 재이용하는 개념을 도입하였다. Table 1은 레미콘회수수(pH 12 이상)의 물리적 교반 후 여과장비를 이용해 분리된 상징수와 슬러지에 포함된 Ca 소스의 함량을 ICP와 XRF를 통해 분석한 결과이다.
  • 70%로 높은 비율 CaO를 포함하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 물리적 교반을 통해 용출되는 양은 극히 적어 상징수를 활용한 액상탄산화시 탄산칼슘의 회수에는 무리가 있을 것으로 산성물질을 이용한 슬러 지에 포함된 Ca 성분을 화학적으로 용출하고자 하였다.
  • bubbling 방식에 이산화탄소 흡수제인 상용화된 MEA 수용액을 이용한 습식화학흡수단계를 추가로 도입하였다. 즉, 이산화탄소의 흡수속도를 향상시키기 위해 화학흡수제와의 반응을 통해 생성된 탄산이온을 빠르게 금속양이온에 전달하는 셔틀메카니즘을 응용함으로써 상온, 상압조건에서의 액상 탄산화를 유도하여 침강성 탄산칼슘을 제조하고자 하였다 [5,14].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄산칼슘은 어떤 분야에 널리 사용되고 있는가? 탄산칼슘(CaCO3)은 종이, 페인트, 충진재, 플라스틱, 제약 등 여러 산업 분야에 널리 사용되고 있으며, 제조 방법에 따라 결정질의 석회석을 물리적으로 직접 파쇄 및 분쇄 등에 의해 얻어지는 중질 탄산칼슘(ground calcium carbonate)과 화학적 침전반응에 의해 얻어지는 침강성 탄산칼 슘(precipitated calcium carbonate)으로 나눌 수 있다 [5,9,10]. 중질 탄산칼슘은 입자의 형태 제어가 어렵고 입도가 균일하지 않기 때문에 침강성 탄산칼슘의 수요와 다양성이 증가되고 있는 추세이다 [9,11].
레미콘회수수는 어떤 과정에서 발생하는가? 레미콘회수수란 콘크리트의 제조 및 운반에 사용되는 기기와 장비를 세척하는 과정에서 발생하며, 이때 발생한 세척수 내 골재를 제거한 잔존 산업부산물을 의미한다 [7]. 회수수 내 수산화알칼리를 다량 포함하고 있어 강알칼리성을 나타내며 폐기시 별도의 중화과정이 필요하며, 자연방류 하거나 폐기시 환경오염 및 자원낭비의 원인이 된다 [5,8].
레미콘회수수는 무엇을 포함하고 있어 강알칼리성을 나타내는가? 레미콘회수수란 콘크리트의 제조 및 운반에 사용되는 기기와 장비를 세척하는 과정에서 발생하며, 이때 발생한 세척수 내 골재를 제거한 잔존 산업부산물을 의미한다 [7]. 회수수 내 수산화알칼리를 다량 포함하고 있어 강알칼리성을 나타내며 폐기시 별도의 중화과정이 필요하며, 자연방류 하거나 폐기시 환경오염 및 자원낭비의 원인이 된다 [5,8]. 현재 회수수는 연간 2천만톤 정도이며 레미콘회수수 처리에 대한 중성화 비용과 에너지 절감을 위한 재활용 방안이 필요하다.
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참고문헌 (18)

  1. J. H. Park and I. H. Baek, Status and Prospect of Pre-combustion $CO_2$ Capture Technology, KIC News, 12(1), 3-14 (2009). 

  2. T. H. Kim and S. H. Tae, A Study on the Development of an Evaluation System of $CO_2$ Emission in the Production of Concrete, Journal of the Korea Concrete Institute, 22(6), 787-796 (2010). 

  3. J. M. Kim, Status and Prospect of Carbon Dioxide Storage Technologies, KIC News, 12(2), 31 (2009). 

  4. Y. S. Lee, S. S. Lee and H. Y. Song, Strength Properties according to the Conditions of Low Carbon Inorganic Composite using Industrial By-product, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 12(1), 54-63 (2012). 

  5. Y. H. Lim, J. W. Lee, C. S. Choi, B. U. Hong, J. W. Park, D. Y. Lee and B. H. Park, Study on Liquid Carbonation using the Recycling Water of Ready-mixed Concrete, J. of Korean Oil Chemists' Soc., 30(4), 770-778 (2013). 

  6. P. K. Mehta, Greening of the concrete industry for sustainable development, Concrete International, 24(7), 23-28 (2002). 

  7. H. J. Lee, An Experimental Study on the Alkali-activated Slag Cement using Recycling Water of Ready mixed Concrete, Hanyang University, Master's Thesis (2011). 

  8. M. H. Lee, S. H. Lee, Y. S. Park and J. M. Park, Properties of Retard Type Stabilizing Agent for Reuse of Sludge Water of Ready Mixed Concrete, Journal of the Korea Concrete Institute, 17(1), 105-112 (2005). 

  9. J. W. Hwang, Y. Lee and D. H. Lee, Morphological Change of Precipitated Calcium Carbonate by Reaction Rate in Bubble Column Reactor, Korean Chem. Eng. Res., 47(6), 727-733 (2009). 

  10. M. J. Park, J. W. Ahn and h. Kim, Study on the Dispersion Stability of Precipitated Calcium Carbonate Suspensions, Journal of the Korean Ceramic Society, 38(4), 343-350 (2001). 

  11. Y. H. Lim, $CO_2$ Capture using Amino Acid Salts and Fixation by Alkali Aqueous Solution, Kyung Hee University, Ph. D. Dissertation (2014). 

  12. S. G. Lyu, G. S. Sur and S. H. Kang, A Study of Crystal Shape of the Precipitated Calcium Carbonate Formedin the Emulsion State, HWAHAK KONGHAK, 35(2), 186-191 (1997). 

  13. A. Tsutsumi, J. Y. Nieh, L. S. Fan, Role of the Bubble Wake in Fine Particle Production of Calcium Carbonate in Bubble Column Systems, Ind. Eng. Chem. Res., 30, 2328-2333 (1991). 

  14. S. W. Park, J. H. Min, M. G. Lee, H. Y. Jo and J. W. Park, Characteristic of $CO_2$ Fixation by Chemical Conversion to Carbonate Salts, Chemical Engineering Journal, 231, 287-293 (2013). 

  15. J. H. Robert, An Investigation of some Sterically Hindered Amine as Potential Carbon Dioxide Scrubbing Compounds, Ind. Eng. Chem. Res., 36(5), 1779-1790 (1997). 

  16. Y. E. Kim, J. A. Lim, S. K. Jeong, Y. I. Yoon, S. T. Bae and S. C. Nam, Comparison of Carbon Dioxide Absorption in Aqueous MEA, DEA, TEA, and AMP Solution, Bull. Korean Chem., 34(3), 783-787 (2013). 

  17. J. H. Jung, A Study on the Cubic Zirconia Single Crystal Growth using Aragonite Calcium Carbonate, Dongshin University, Ph. D. Dissertation (2013). 

  18. S. W. Park, M. G. Lee and J. W. Park, $CO_2$ (carbon dioxide) Fixation by Applying New Chemical Absorption-precipitation Methods, Energy, 59, 737-742 (2013). 

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