황갈색 탈황석고 탄산화반응으로 백색의 탄산칼슘 합성

국문 초록 (Abstract)

해수면 상승과 같은 이상 증후는 지구온난화로 인해 발생되는 것으로 해석되고 있으며, 온실가스 중의 이산화탄소 양의 증가가 지구온난화의 주된 원인으로 여겨지고 있다. 이산화탄소를 저감하기 위한 노력으로 이산화탄소 포집, 저장 및 전환과 같은 다양한 방면의 연구 및 실증이 행해지고 있다. 광물탄산화법은 Ca- 혹은 Mg- 실리케이트 광물들이 오랜 시간동안 이산화탄소와 반응하여 탄산염 광물로 전환되는 자연 풍화작용을 모방한 방법이다. 그러므로 Ca 혹은 Mg과 같은 2가 양이온을 포함하는 천연광물 뿐만아니라 산업부산물을 출발 물질로 사용한 연구 또한 폭넓게 진행되고 있다. 본 연구에서는 황갈색의 배연탈황석고를 이용하여 탄산화반응을 적용하였다. 배연 탈황석고는 화력발전소에서 황산화가스 제거를 위한 시스템에서 발생되는 부산물이다.
암모니아수를 이용한 배연탈황석고 탄산화반응의 주된 생성물은 출발 물질인 배연탈황석고의 불순물들을 그대로 포함한 탄산칼슘과 상대적으로 순도가 높은 황안이다. 물에서 높은 용해도를 갖는 황안은 용액으로 회수되기 때문에 상대적으로 높은 순도를 보이는 것으로 추정된다. 본 연구에서는 고순도 탄산칼슘 합성 가능성을 확인하기 위해 직접 탄산화법을 이용하여 탄산칼슘이 결정화 되기 전인 유도시간을 이용하였다. 이산화탄소 양과 암모니아 수용액의 농도 비를 이용하여 탄산칼슘 결정화 시간을 조절하는 것이다. 이와 같이 탄산칼슘이 용액으로 상당 시간 존재할 수 있는 이유는 이산화탄소 양에 비해 암모니아 양이 과량으로 존재할 때 생성되는카르바메이트(carbamate, CO₂NH₂ ^-) 때문으로 유추되었다. 카르바메이트는 탄산염 혹은 중탄산염 이온보다 반응성이 낮으므로 탄산칼슘으로 과포화된 용액에서 탄산칼슘의 결정화를 지연시키는 역할을 하는 것이다. 이러한 탄산칼슘으로 과포화된 용액을 여과 분리하여 결정화 과정을 진행한 결과 둥근 형태의 바테라이트 형상의 고순도 탄산칼슘이 형성되었다.