해수의 간접탄산화를 이용한 고순도 배터라이트형 및 칼사이트형 탄산칼슘의 제조방법

Abstract

간접탄산화는 대표적인 이산화탄소 포집 저장 및 활용 기술이다. 간접탄산화 기술 중 화학 용제의 비용이 기술비용의 대부분을 차지하므로 기술의 경제성을 확보하기 어려웠다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 간접탄산화에서 값비싼 화학용제 대신에 저비용 혹은 무상의 해수를 반응의 용제로 사용하였다. 본 연구에서는 알칼리 산업부산물인 시멘트 킬른 더스트(CKD)와 해수를 사용하였다. 해수를 사용하여도 기존의 간접탄산화 기술에 사용되어 왔던 용제들과 비교하여 많은양의 이산화탄소를 저장할 수 있었고, 고순도의 탄산칼슘을 생성할 수 있었다. CKD로부터 칼슘을 용출하는 해수의 성분은 마그네슘으로 나타났다. CKD와 해수의 고액비는 칼슘 용출 효율에 가장 큰 영향을 미치는 인자였으며, 이산화탄소 유량과 NaOH 첨가량은 탄산화 효율에 가장 큰 영향을 미쳤다. 생성된 탄산칼슘은 calcite와 vaterite 였으며, 최대 99.4%의 순도를 나타내었다. 이산화탄소 저장량과 탄산칼슘 생성량은 각각 185kg-CO2/ton-CKD, 419kg-CaCO3/ton-CKD 로 나타났다. 해수에 마그네슘을 첨가한다면 이 값들은 최대 271kg-CO2/ton-CKD, 615kg-CaCO3/ton-CKD로 크게 증가하였다. 간접탄산화 반응을 통해 생성되는 침강성 탄산칼슘의 한 종류인 vaterite형 탄산칼슘은 높은 용해도 등의 특성 때문에 다른 형태의 탄산칼슘 보다 더 다양한 용도에 사용이 가능하다. 기존 간접탄산화 반응의 용제들과 비교하여 해수는 vaterite형 탄산칼슘 생성에 매우 유리하였고, 생성되는 탄산칼슘의 입자크기 또한 작게 나타났다. 해수와 다양한 원료를 간접탄산화 반응에 사용하였을 때, 원료에 관계 없이 모두 높은 함량의 vaterite를 생성할 수 있었다. 하지만 해수를 이용한 탄산화반응 시 교반 임펠러의 크기, 교반속도의 조건이 만족되어야 100% vaterite형 탄산칼슘을 생성할 수 있었다.