CO2 광물격리를 위한 인산석고로부터 고순도 및 백색도의 석고 제조

Dec 16, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4156(2023) 이 기사 인용

576 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

인산석고(PG)는 습식 공정 인산 생산 중에 생성되는 고형 폐기물입니다. 각종 불순물로 인해 PG의 순도, 백색도, 적용범위가 현저히 감소됩니다. 본 논문에서는 PG의 물성을 구체적으로 분석하고, 불순물의 함량과 분포를 체계적으로 조사하였다. 얻은 결과를 바탕으로 PG의 거의 모든 불순물을 효율적으로 제거하기 위한 간단한 공정을 제안합니다. 정제석고(CaSO4)의 순도와 백색도는 각각 99%, 92%로 크게 증가하였다. 그런 다음 이 공정의 불순물 이동과 물질 균형을 분석했습니다. 가장 중요한 점은 정제석고가 CO2 광물격리를 위한 높은 CO2 격리효율을 보여 고부가가치 CaCO3 제품을 얻을 수 있다는 점이다.

인산석고(PG)는 습식 인산염 산업에서 발생하는 유해 산업 고형 폐기물 제품입니다1,2. 약간의 냄새와 강한 산도를 지닌 미세하고 밝은 회색에서 어두운 회색까지의 분말이 널리 침착되는 것은 심각한 환경 관련 문제와 관련이 있습니다. 전 세계적으로 매년 2억 톤 이상의 PG가 생산되는 것으로 추산됩니다3. PG는 주로 CaSO4·2H2O와 불순물4로 구성되어 있습니다. PG에 이러한 불순물이 존재하면 적용이 크게 제한됩니다. PG의 순도와 백색도는 각각 약 85%와 50%에 불과합니다. 이러한 불순물을 제거하여 PG의 순도와 백색도를 향상시키면 이상적인 고유의 광학적 특성을 부여할 수 있으며, 점점 줄어들고 있는 고급 천연석고 자원5을 대체할 수 있습니다.

인산석고에서 불순물을 제거하기 위해 현재 적용되는 방법은 주로 석고 건축 자재에 대한 인 및 불소 불순물의 영향을 제거합니다6,7,8,9,10. 그러나 인산석고는 주로 교외에서 생산되므로 더 광범위하거나 고급 활용도와 운송 거리가 제한됩니다11. 실제로 고순도와 백색도를 특징으로 하는 정제인산석고(PPG)는 응용 전망이 밝습니다. 이 정제된 석고(CaSO4)가 폴리(염화비닐)(PVC) 및 폴리락타이드12와 같은 폴리머의 첨가제 또는 변형제로 사용될 수 있고 수분 제거에 사용되는 고품질 화학적 건조제13 또는 유망한 용도로 사용될 수 있다는 증거가 있습니다. 화학적 순환 연소(CLC)14를 위한 산소 운반체.

최근 몇 년간 CO2 광물 격리를 위한 원료로 PG를 사용하는 것이 상당한 연구 관심을 불러일으켰습니다15,16. PG의 산화칼슘 함량은 32%에 달해 CO2 포집에 좋은 원료입니다. CaCO3 제품은 다양한 응용 분야를 가질 뿐만 아니라 검출 위험이 낮은 영구 CO2 저장을 달성하는 데에도 기여할 수 있습니다. PG의 불순물은 탄산 제품의 품질에 큰 영향을 미치고 탄산화 전환율을 감소시키는 반면17, 정제된 인산석고는 부가가치가 높은 탄산칼슘 생산과 CO2 광물 격리를 위해 수요가 높습니다.

이 연구에서는 PG의 불순물의 광물학적 조성, 형태 및 분포를 연구했습니다. 우리의 결과를 바탕으로 PG의 거의 모든 불순물을 제거하는 데 사용할 수 있는 간단하고 효율적인 불순물 제거 방법을 제안합니다. 또한, 정제석고의 물성을 조사하고, 불순물의 이동 메커니즘을 분석하여 본 공정의 물질수지를 확립하였다. 최종적으로 얻은 정제석고는 CO2를 분리하는데 사용되며, 이를 통해 순도가 높고 백색도가 높은 탄산칼슘을 얻을 수 있다. 또한, CO2 격리 효율성도 크게 향상되었습니다.

본 연구에 사용된 원료 PG 재료는 Sinochem Fuling Chemical Industry Co, Ltd.(중국 충칭)에서 구입했습니다. 그 후, PG를 40℃에서 12시간 동안 건조시켜 흡착된 수분을 제거하였다. 이를 밀폐용기에 담아 추가 분석이 있을 때까지 실온에 보관했습니다. 정제된 석고를 여과하고 탈이온수로 연속적으로 세척한 후 80°C에서 12시간 동안 건조시킨 후 밀폐 용기에 담았습니다. 분석 등급 트리부틸 인산염(TBP)과 황산은 Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.에서 구입했습니다.