Ⅰ. 제 목
알루미늄 폐기물로부터 촉매․흡착제급 알루미나의 생산기술 개발

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
폐 알루미늄 자원인 알루미늄 드로스를 이용하여 고가의 알루미늄 이소프로폭사이드 원료를 경제적으로 생산할 수 있는 기반을 확보하고 중간체인 보헤마이트 및 최종 제품인 γ-알루미나 입자 특성 조절기술을 확보하여 고순도 알루미나 제품, 흡착제, 알루미나 지지체등 다양한 파생제품을 생산할 수 있는 기술을 확보하는 것이 본 연구 개발의 목적이다.

본 연구개발의 핵심은 알루미늄 드로스를 이용하여 알루미늄 이소프로폭사이드를 합성하고 이를 이용하여 부가가지가 높은 고순도․고표면적을 갖는 보헤마이트 입자 제어기술의 확보이다. 이를 통하여 대부분 수입에 의존하고 있는 알루미나를 기반으로 하고 있는 흡착제, 촉매 지지체, 탈수 촉매의 국산화를 이룰 수 있으며 나아가서 경제성 있는 알루미나의 생산기술을 이용하여 해외시장 진출도 노릴 수 있을 뿐만 아니라 시장규모가 매우 큰 고순도의 소성 알루미나로 기술 파급을 이루어 시장 진입을 한다면 그 경제적인 가치는 매우 클 것으로 기대된다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구 개발에서는 세 가지의 요소기술을 포함하고 있는데, 첫 번째는 알루미늄 드로스로부터 수산화알루미늄을 제조하는 것이고, 두 번째는 알루미늄 드로스로부터 알루미늄 이소프로폭사이드를 합성하고, 이를 가수분해 및 축중합 반응을 통하여 γ-알루미나의 전구체인 보헤마이트를 제조하는 기술이며, 세 번째는 위의 제조된 알루미나 전구체를 성형 및 소성기술을 이용하여 최종 제품인 γ-알루미나를 제조하는 기술이다.

또한, 위의 확보된 요소기술을 이용하여 50～200L 반응기 규모에서의 촉매․흡착 제급의 알루미나 및 그 중간제품(알루미늄 알콕사이드, 보헤마이트)의 제조공정을 개발하고, 이를 기반으로 알루미나 100kg/day 규모 실증 플랜트 기본설계를 하고자 하였다.

Ⅳ. 연구개발결과
본 연구개발로부터 얻은 결과들을 정리하면 다음과 같다.

1. 알루미늄 드로스로부터 수산화알루미늄을 제조하는 경우, 알루미늄 드로스를 NaOH 용액으로 반응시켜 드로스 중의 알루미늄 성분을 NaOH 수용액 중에 용해시킨 다음, 용해된 NaAlO2 여과액에 종자법으로 침전하여 회수하고 얻어진 수산화알루미늄으로부터 pH 조절법 및 온수세척법으로 Na를 제거하였고 이를 통하여 얻어진 수산화알루미늄을 소성하여 분석한 결과 γ-알루미나와 χ-알루미나의 혼합 형태임을 관찰할 수 있었고, 질소 등온 흡착결과, BET 표면적이 대략 200m2/g, 기공직경이 약 59Å, 기공부피가 약 0.30cc/g으로 확인되었으며, Na2O 함량 분석결과 0.15～0.81 wt%로 흡착제급의 활성 알루미나로 사용 가능함을 확인하였다. 또한, 수산화알루미늄을 숙성 및 급열처리를 통하여 γ-알루미나의 전구체인 보헤마이트를 제조할 수 있음을 확인하였다.

2. 알루미늄 드로스로부터 알루미늄 이소프로폭사이드를 제조하는 경우, 알루미늄 드로스와 이소프로필 알콜을 반응원료로 trimeric한 구조의 무색투명한 용액상을 거쳐 tetrameric한 구조의 백색의 고체 분말상인 알루미늄 이소프로폭사이드를 합성하였으며, 순도는 1차 분리 정제 후 97.60% 이상의 순도를 나타내었고, 이때 촉매는 I2, FeCl3를 사용하였다.

3. 제조된 알루미늄 이소프로폭사이드를 사용해 졸-겔 프로세싱에 의해 보헤마이트을 합성하였으며, 질소 등온 흡착결과, BET 표면적이 ≥200m2/g, 기공부피가 ≥ 0.50cc/g으로 고표면적을 갖는 보헤마이트이고, 500℃ 이상 소성 후에는 고순도의 γ- 알루미나를 얻을 수 있었다.

 

 

[원문 파일첨부 참조]