10% 소석회 유액(Ca(OH)₂ Slurry) 제조 공정 및 정량펌프·배관 스케일 막힘 방지 엔지니어링 지침
목차
산업 폐수처리장의 산성 폐수 중화, 중금속 수산화물 공침, 전자·태양광·유리 공장의 고농도 불소(F⁻) 제거(CaF₂↓) 및 인산염(PO₄³⁻) 침전 공정에서 **소석회 / 수산화칼슘(Calcium Hydroxide — Ca(OH)₂)**은 가성소다 대비 약품 비용이 저렴하고 뛰어난 응집 침강성을 제공합니다. 그러나 현장 오퍼레이터들이 겪는 가장 고질적인 문제는 **용해조 바닥의 시멘트화 고착, 정량펌프 체크밸브 볼 멈춤 현상, 그리고 2주마다 반복되는 PVC 주입 배관 완전 폐쇄(막힘)**입니다.
베트남 전역 수백 개 공단 폐수처리장에 수처리 약품을 공급하는 **Loc Thien Chemical (록티엔 화학)**은 325 메쉬(Mesh) 이상의 초미립 고순도 산업용 수산화칼슘(소석회 Ca(OH)₂ 순도 ≥ 90%–92%)을 공급하고 있습니다. 본 기술 지침서에서는 고액 2상류 수리학(Slurry Hydraulics)과 결정화 화학을 바탕으로 소석회 배관 막힘의 원인과 6대 엔지니어링 해결책을 제시합니다.
1. 왜 10% 소석회 유액은 ‘진용액’이 아니라 ‘고농도 현탁 슬러리(Slurry)’인가?
1.1. 수산화칼슘의 역용해도 곡선(Retrograde Solubility) 특성
대부분의 무기염은 수온이 올라갈수록 용해도가 증가하지만, Ca(OH)₂의 용해는 발열 과정이므로 수온이 상승할수록 포화 용해도가 오히려 감소합니다.
- 10°C 기준: 포화 용해도
1.76 g/L(0.176% w/w) - 20°C 기준: 포화 용해도
1.65 g/L(0.165% w/w) - 30°C 기준: 포화 용해도
1.53 g/L(0.153% w/w) - 50°C 기준: 포화 용해도
1.28 g/L
즉, 현장에서 표준 농도인 **10% w/w(슬러리 1 리터당 107.3 g Ca(OH)₂ 함유)**로 소석회 유액(Milk of Lime)을 제조하면, 물에 이온 상태로 완전히 녹아 있는 양은 불과 **1.55%**뿐이며 나머지 **98.45%(약 105.6 g/L)**는 마이크로미터(μm) 크기의 고체 입자가 물속에 떠 있는 **고액 현탁 슬러리(Suspension Slurry)**입니다. 이를 액체 가성소다(NaOH 32%)나 PAC 같은 맑은 용액과 동일한 정적 배관으로 설계하면 48시간 이내에 침강 폐쇄가 일어납니다.
1.2. 정량펌프 고착 및 배관 폐쇄를 일으키는 3대 메커니즘
- 조대 규사 입자(Grits) 및 미소화 생석회 코어의 급속 침강: 분쇄 분급 공정이 부실한 저급 소석회(200 메쉬 이하, 불용분 > 8%)에는 입경
> 100 μm의 모래(SiO₂)와 탄산칼슘 돌가루가 다량 섞여 있습니다. 스토크스 침강 법칙(Stokes' Law)에 따라100 μm입자의 침강 속도는20 μm미립자보다 25배 빠르며, 펌프 흡입구와 체크밸브 시트에 즉각 쌓여 볼 밸브를 고착시킵니다. - 임계 침강 유속(Critical Settling Velocity) 미달: 배관 내 슬러리 유속이
0.9 m/s이하로 떨어지면 난류 전단력이 고체 입자를 부유시키지 못해 배관 하단부부터 퇴적층(Moving Bed → Stationary Bed)이 형성되며 배관이 막힙니다. - 공기 중 CO₂ 및 용수 내 중탄산염과의 탄산화 경질 스케일(CaCO₃) 형성:
Ca(OH)₂ + CO₂ (공기 유입) → CaCO₃↓ (단단한 방해석 스케일) + H₂OCa(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ (경수 사용 시) → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. 산업용 소석회 유액(Ca(OH)₂ 2%–20% w/w) 비중·보메도·배합비 표준 대조표 (20°C)
| 질량 농도 (% w/w) | 슬러리 비중 SG (20°C, kg/L) | 보메도 (°Be, 20°C) | 슬러리 1 m³당 소석회 분말량 (kg/m³) | 슬러리 1 m³당 물 투입량 (L/m³) | 슬러리 유동성 및 배관 막힘 위험도 | 주요 산업 현장 권장 적용처 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2.0% | 1.013 | 1.9 °Be | 20.3 kg | 992.7 L | 최우수 (물과 유사, 막힘 거의 없음) | 정수장 상수 pH 미세 조정 및 배관 부식 억제 |
| 5.0% | 1.035 | 4.9 °Be | 51.8 kg | 983.2 L | 우수 (소형 정량펌프 최적 농도) | 중소규모 폐수처리장(≤ 500 m³/일) 표준 배합비 |
| 8.0% | 1.058 | 7.9 °Be | 84.6 kg | 973.4 L | 양호 (연속 교반 및 순환 배관 필수) | 염색·제지·식품 폐수 산성 중화 및 응집 보조 |
| 10.0% | 1.073 | 9.9 °Be | 107.3 kg | 965.7 L | 산업 표준 (유속 ≥ 1.2 m/s 필수) | 대규모 폐수처리장(> 1,000 m³/일) 중화·불소·인 제거 |
| 15.0% | 1.112 | 14.6 °Be | 166.8 kg | 945.2 L | 점도 높음 (모노펌프/연동펌프 필수) | 슬러지 탈수 케이크 개량제 (필터프레스 전처리) |
| 20.0% | 1.152 | 19.1 °Be | 230.4 kg | 921.6 L | 고점도 페이스트 (정체 구간 즉시 막힘) | 소각로 반건식 배연탈황탑(SDA) 회전 분무 슬러리 |
3. 정량펌프 및 배관 막힘을 100% 예방하는 6대 엔지니어링 설계 수칙
3.1. 원료 규격 관리: 325 메쉬(45 μm) 통과율 ≥ 95% 고순도 소석회 사용
산업용 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 구매 시 325 메쉬 표준체(눈금 크기 45 μm) 통과율 ≥ 95%, 유효 Ca(OH)₂ ≥ 90%–92%, 산불용분(모래) ≤ 1.0% 규격을 반드시 확인하십시오. 또한 용해조 투입 호퍼 상단에는 20 메쉬(0.85 mm) 스테인리스 거름망을 설치하여 포대 실밥이나 습기 뭉침 덩어리가 탱크로 유입되는 것을 원천 차단해야 합니다.
3.2. 용해조(Mixing Tank) 설계: 4개의 배플(Baffles) + 2단 경사 패들 교반기
- 평평한 사각 탱크는 네 모서리에 데드존(Dead Zone)이 발생하므로 원통형 콘 바닥(Cone Bottom) 탱크를 권장합니다.
- 탱크 내벽에 탱크 직경의
1/12–1/10폭을 가진 수직 방해판(Baffle) 4개를 대칭 설치하여 수평 소용돌이(Vortex)를 깨뜨리고 강력한 상하 축류 순환(Axial Flow)을 유도합니다. - 교반기는 45° 경사 터빈 임펠러 2단 구조를 채택하고, 임펠러 끝단 선속도(Tip Speed)를
1.5–2.2 m/s(단위 부피당 동력0.8–1.2 kW/m³)로 설계하여 24시간 무정지 가동합니다.
3.3. 펌프 흡입구 위치: 탱크 최하단 바닥 직접 흡입 절대 금지
펌프 흡입 배관을 탱크 맨 바닥 드레인 노즐에 연결하면, 정전이나 일시 정지 시 가라앉은 슬러지가 흡입구를 완벽히 봉쇄합니다. 정량펌프 흡입 노즐은 반드시 탱크 바닥에서 150–250 mm 위쪽 측면 벽에 설치하고, 맨 바닥 정중앙에는 대구경(DN50) 드레인 볼밸브를 달아 주 1회 바닥의 모래 침전물을 배출하십시오.
3.4. 배관 수리 설계: 상시 순환 루프 모관(Pressurized Recirculation Loop) 구축
주입 거리가 5 m를 넘거나 다수의 반응조에 분배할 때는 끝이 막힌 단일 배관(Dead-end) 방식을 버려야 합니다.
- 상시 순환 루프(Loop Line): 원심 슬러리 펌프나 에어 다이아프램 펌프(AODD)를 이용해 용해조의
10%소석회 유액을 **1.2–1.8 m/s**의 빠른 유속으로 반응조 상부까지 보낸 뒤 다시 용해조 상부로 되돌아오게 하는 순환 배관을 24시간 가동합니다. - 최단거리 수직 분기 주입: 반응조 바로 위를 지나는 순환 모관에서 티(Tee) 배관과 핀치밸브(또는 V-포트 볼밸브, 연동펌프)로 분기하여
0.5 m이내의 수직 낙하관으로 폐수 수면 위20 cm공중에서 자유 낙하 투입합니다(주입관 끝을 폐수 수면 아래로 담그면 역류 결정화로 관 끝이 즉시 막힙니다).
3.5. 90° 직각 엘보 사용 금지 및 펌프 정지 시 120초 청수 자동 세척(Auto-Flushing)
- 배관 방향 전환 시 90° 급곡관(Sharp Elbow) 대신 45° 엘보 2개 조합 또는 곡률반경
R ≥ 5D의 롱 엘보를 사용하고, 점검구에는 크로스 티(Cross Tee + 블라인드 플러그)를 설치합니다. - PLC 연동 120초 자동 세척 시퀀스: 정량펌프 흡입구 전단에 청수(공업용수) 솔레노이드 밸브를 연결합니다. pH가 목표치에 도달해 펌프 정지 신호가 떨어지면, 먼저 소석회 탱크 밸브를 닫고 청수 밸브를 열어
90–120초동안 맑은 물로 펌프 헤드와 배관 내부의 잔류 석회유를 완전히 밀어낸 후 펌프를 정지시킵니다.
3.6. 배관 내 탄산칼슘(CaCO₃) 경질 스케일의 5% 염산 순환 세척(CIP)
장기 운전으로 배관 내벽에 탄산칼슘 스케일이 형성된 경우, 배관을 해체할 필요 없이 산업용 염산(HCl 32%)을 물과 1 : 5로 희석한 5% HCl 수용액을 15–20분간 순환시키면 스케일이 수용성 염화칼슘(CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O)으로 즉시 용해되어 새 배관 상태로 복원됩니다.
4. Loc Thien Chemical (록티엔 화학)의 초미립 산업용 소석회(Ca(OH)₂) 공급 강점
- 325 메쉬 초미립 분급 및 고활성 품질: 당사가 공급하는 산업용 수산화칼슘(소석회 Ca(OH)₂)은 고품위 석회석을 자동 소화 및 사이클론 풍력 분급하여
Ca(OH)₂ ≥ 90%–92%,325 메쉬통과율≥ 95%, 모래 불순물 극소화를 실현함으로써 정량펌프 체크밸브와 배관 마모를 원천적으로 방지합니다(안전 취급 지침은 수산화칼슘 MSDS 참조). - 폐수처리 약품 원스톱 패키지 공급: 소석회뿐만 아니라 응집제인 폴리염화알루미늄(PAC 31%), 당사가 직접 제조하는 30% 염화제일철(FeCl₂) 및 32% 액체 가성소다(NaOH)를 통합 배차로 공급합니다.
- 전국 6대 거점 창고 및 납기 SLA: 월간 3,000+ 톤 공급 능력과 5–30톤 자체 수송차량으로 바리아붕따우 푸미, 동나이 롱탄, 빈즈엉 지안, 다낭 호아칸, 껀터 오몬, 박닌 띠엔선 창고에서 즉시 출고합니다. 15분 이내 견적 회신; 호치민 시내 4시간, 남부 및 서부 공단 24–48시간, 북부 및 중부 공단 2–3일 이내 정시 배송. 핫라인 0979 891 929 또는 이메일 [email protected]으로 문의해 주십시오.
