인 산 공 업.

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1 인 산 공 업

2 Introduction 인 산 의 성 질 과 용 도 제 조 공 정 Ⅰ 습 식 인 산 제 조 공 정 Ⅱ 건 식 인 산
인 산 의 성 질 과 용 도 제 조 공 정 Ⅰ 습 식 인 산 제 조 공 정 Ⅱ 건 식 인 산 제 조 공 정 Ⅲ 축 합 인 산

3 인산의 성질과 용도 성 질 용 도 · 무색, 무취, 투명한 점성이 있는 액체
인산염은 물에 불용성이며 금속 표면에 보호피막을 형성하는 경우가 많아 인산염 방식 피막형성 처리제로 이용된다. 성 질 · 무색, 무취, 투명한 점성이 있는 액체 · 농도가 높아지면 결정화하기 쉽고 비휘발성, 조해성을 뛴다. · 염산, 질산에 비해 약산이지만 Fe, Al, Zn 등과 반응하여 수소를 발생시키고 각각의 염을 생성한다. 용 도 · 인산으로 제조된 생산물 중 가장 중요한 것은 비료. · 인산 자체로는 금속표면 처리제로 가장 많이 사용됨. · 세제, 부식 억제제, 공업용 세척제, 가축사료용 영양제 및 식품 가공, 유기화학반응의 촉매, 의약품, 수처리제 등으로 사용됨.

4 제조 방법 (습식법과 건식법) 습 식 법 건 식 법 염산 분해법 습식법 질산 분해법 황산 분해법
· 인광석을 질산, 염산, 황산 등에 분해시켜서 인산을 제조. 전기로법 건 식 법 건식법 용광로법 · 인광석을 환원하여 원소 인을 만들고 이 인을 공기로 산화시켜 P2O5 로 만든 후 물에 흡수시켜 인산을 만드는 방법.

5 습 식 인 산 습 식 인 산 이 란 ? · 인광석을 황산으로 분해하여 생성한 석고를 여과시켜 얻은 인산을 말한다.
· 습식인산은 많은 불순물을 함유하고 있기 때문에 건식인산에 비하여 값이 싸며 불순물 문제에 대한 영향이 적은 인산비료 제조에 대부분 쓰인다. 3CA3(PO4)2·CaF2 + 10H2SO4 + 20H20 → 6H3PO4 + 10(CaSO4·2H2O) + 2HF ·석고의 결정을 크게 성장시켜 여과 · 세정하기 쉽게하는 것과 석고의 품질을 좋게하여 이용가치를 높이는 것 이 중요.

6 인산의 농도에 따른 석고형태 200 150 100 50 온 도 ℃ 20 40 60 P2O5[%] CaSO4·2H2O
125℃이상에서는 무수염이 안정 85~120℃이하에서는 반수염이 안정 200 150 100 50 온 도 ℃ 20 40 60 P2O5[%] CaSO4·2H2O CaSO4·1/2H2O CaSO4 75~80℃이하에서는 이수염이 안정 인산의 농도는 P2O5 26~30% 보통

7 이 수 염 법(Prayon process) 인광석 분쇄 반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품
반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품 30~33% 20~24% 5~7% 13~15% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 냉각기 인광석 분쇄

8 이 수 염 법(Prayon process) 여과기에서의 순환 H3PO4를 주입한다. 반 응 조 인광석 H2SO4
반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품 30~33% 20~24% 5~7% 13~15% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 냉각기 여과기에서의 순환 H3PO4를 주입한다.

9 이 수 염 법(Prayon process) 분쇄된 인광석과 냉각탑에서 오는 순환 slurry와 혼합하고 H2SO4를 넣는다.
반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품 30~33% 20~24% 5~7% 13~15% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 냉각기 분쇄된 인광석과 냉각탑에서 오는 순환 slurry와 혼합하고 H2SO4를 넣는다.

10 이 수 염 법(Prayon process) 상하로 이동하면서 반응 진행 반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공
반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품 30~33% 20~24% 5~7% 13~15% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 냉각기 상하로 이동하면서 반응 진행

11 이 수 염 법(Prayon process) (6)에서 냉각기로 들어가 냉각된 후 일부는 숙성을 위해 (7)에 들어가고 나머지는 (1)에 순환된다. 반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품 30~33% 20~24% 5~7% 13~15% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 냉각기

12 이 수 염 법(Prayon process) 순환된 slurry는 (8)에서 Prayon filter에 공급되고 석고와 분리한다. Filter는 4구분되어있고 제1구역에서 P2O5 30~33%의 H3PO4가 생성된다. 반 응 조 인광석 H2SO4 Scrubber 물 진공 석고 제 품 30~33% 20~24% 5~7% 13~15% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 냉각기

13 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 냉각기 석고수화탑 분 해 조 제품인산 인광석 묽은인산 황산 반수염슬러리 여과기 물 세액
H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산

14 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 인광석 분쇄 냉각기 석고수화탑 분 해 조 제품인산 인광석 묽은인산 황산 반수염슬러리 여과기
H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산 인광석 분쇄

15 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 묽은인산(약20%)과 혼합 냉각기 석고수화탑 분 해 조 제품인산 인광석 묽은인산 황산
H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산 묽은인산(약20%)과 혼합

16 진한황산과 반응시켜 그 반응열로 온도 90~110℃를 유지
반 수 · 이 수 염 법(교반식) 분 해 조 냉각기 석고수화탑 인광석 H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산 진한황산과 반응시켜 그 반응열로 온도 90~110℃를 유지

17 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 반수염 슬러리 생성 냉각기 석고수화탑 분 해 조 제품인산 인광석 묽은인산 황산 반수염슬러리
H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산 반수염 슬러리 생성

18 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 65℃ 냉각하여 이수염 슬러리 생성 냉각기 석고수화탑 분 해 조 제품인산 인광석 묽은인산
H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산

19 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 교반 순환으로 수화시켜 양질의 큰 이수염 결정으로 성장시킴 냉각기 석고수화탑 분 해 조
인광석 H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산

20 반 수 · 이 수 염 법(교반식) 여과하여 이수염과 인산 분리 이수염은 10~100㎛, 인산 수율은 97~98% 냉각기
분 해 조 냉각기 석고수화탑 인광석 H3PO4 탱크 제품인산 석고저장탱크 여과기 물 세액 반수염슬러리 황산 묽은인산

21 이수염법과 반수·이수염법 비교 공정의 차이 ·이수염법은 황산분해 온도를 이수염 생성영역에서 진행시키고 생성석고를 2수화물로 분리하는 방법 ·반수 ·이수염법은 비교적 고온에서 반수염을 생성시키고 냉각하여 이수염으로 변형시켜 인산을 분리하는 방법 이수염법과 반수·이수염법의 비교 수화물의 종류 석고결정의 크기[㎛] 석고중의 P2O5[%] 인산 수율 [%] 전체 수용성 이수염법 반수·이수염법 10~50 30~100 1~1.5 0.3~1.0 0.2~0.5 0.1~0.2 90~95 85~98

22 이수염법과 반수·이수염법 비교 공정의 차이 ·이수염법은 황산분해 온도를 이수염 생성영역에서 진행시키고 생성석고를 2수화물로 분리하는 방법 ·반수 ·이수염법은 비교적 고온에서 반수염을 생성시키고 냉각하여 이수염으로 변형시켜 인산을 분리하는 방법 이수염은 크기가 작고 인산분과 플루오르를 함유하고 있어서 시멘트나 석고보드 제조의 원료로 사용할 수 없다 이수염법과 반수·이수염법의 비교 수화물의 종류 석고결정의 크기[㎛] 석고중의 P2O5[%] 인산 수율 [%] 전체 수용성 이수염법 반수·이수염법 10~50 30~100 1~1.5 0.3~1.0 0.2~0.5 0.1~0.2 90~95 85~98

23 건식 인산 제조 공정 전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스

24 건식 인산 제조 공정 인광석(Ca5F(PO4)3)을 규사(SIO2), 코크스(C)와 함께 전기로에서 1500℃로 가열 전기로
응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스

25 건식 인산 제조 공정 2Ca5F(PO4)3 + 9SIO2 + 15C → 3P2 + 9CaSiO3 + CaF2 + 15CO
슬 래 그 · 규사는 인광석 중에 있는 석회와 반응하여 슬래그를 만듦. · 여기서 SIO2는 슬래그를 형성하며 융제 역할을 한다. · 코크스는 환원제 역할. 건식 인산 제조 공정 전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스

26 건식 인산 제조 공정 · 인 증기를 제진한 후 응축수( 55~60℃)를 사용하여 냉각 응축시켜 액체인(황인) 으로 만든다. CO만 빠져나옴. 전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스

27 건식 인산 제조 공정 4P + 5O2 → 2P2O5 + 720kcal 연소실에서 연소하여 P2O5(무수인산)로 산화시킨다.
전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스

28 건식 인산 제조 공정 · 불순물 혼입 방지를 위해 고순도 규사 사용. · 인광석은 입도가 균일한 것이 좋다.
전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스 · 불순물 혼입 방지를 위해 고순도 규사 사용. · 인광석은 입도가 균일한 것이 좋다. · 코크스는 휘발분과 회분이 적은 것이 좋다.

29 건식 인산 제조 공정 · 수화기로 부터 약간의 인산 미스트가 나오므로 포집기로 회수하여야 한다.
전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스 · 최저의 융점을 갖는 슬래그가 되도록 규사의 양을 조정하여 첨가하여야한다. · 이것은 인광석중에 있는 환원되기 어려운 불순물을 슬래그에 포집시켜 순도를 높여준다.

30 1단법과 2단법 1 단 법 전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산
배가스

31 1단법과 2단법 2 단 법 · 응축기를 사용하지 않고 인 증기 및 CO 혼합가스를 직접 공기 산화시키는 방법 전기로 응 축
슬래그 인 인광석 코크스 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스

32 1단법과 2단법 2 단 법 ※2단법의 장점 · 건설비가 싸다 · CO를 이용 · 제품의 순도가 높다. ※1단법 단점
전기로 응 축 슬래그 인 인광석 코크 규사 전극 물 CO 황인 연 소 수 화 공기 P2O4 인산 배가스 ※2단법의 장점 · 건설비가 싸다 · CO를 이용 · 제품의 순도가 높다. ※1단법 단점 · 장치의 대형화 · 제품의 순도 저하 · CO의 이용이 안됨 · 2단법에선 전기로에서 나오는 CO가스로 수소의 제조와 연료로 이용할 수 있다. · 현재는 2단법만사용.

33 ortho-H3PO4의 중합도n, 화학식과 명칭
축 합 인 산 두 자리 이상의 여러자리리간드[多座配位子]가 배위한 화합물 · 오르토-인산이 탈수축합해서 생성되는 피로-인산 이상의 중합도와 인산분을 함유하는 인산의 총칭. 축합인산이란? OH HO P O H n Hn+2PnO3n+1 축합인산제조방법 · 무수인산을 첨가 용해시키거나 건식인산 제조시 수화 공정에서 물의 양을 조절하여 직접 고농도의 축합인산을 얻을 수 있다. ortho-H3PO4의 중합도n, 화학식과 명칭 n 화 학 식 명 칭 1 2 3 4 H3PO4 H4P2O7 H5P3O10 H6P4O13 ortho-H3PO4 pyro-H3PO4 tripopy-H3PO4 tetrapoly-H3PO4 · 흡습성이 커서 물을 가하면 축합이 파괴되어 오르토 인산이 되는 성질이 있다. · 금속이온에 대하여 킬레이트적 작용을 가지고 있기 때문에 세제첨가물로 사용됨. · 유기산의 촉매, 연료전지의 전해질로 이용 축합인산특징

34 참 고 문 헌 무기공업화학 한국공업화학회 청문각 ’00.07.31 2판P59~64