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工學碩士學位論文

人體에 有害成分이 없는 食卓鹽의 製造를

위한 低溫眞空熱傳達에 關한 硏究

A Study on the Vacuum Heat Transfer for the Production ofTable Salt without the Pernicious Ingredients to Human Body

指導敎授金京根

2015年 8月

韓國海洋大學校大學院

機關시스템工學科

邵誉德



- i -

목 차Abstract ······················································································ ivList of Figures ·········································································· vList of Tables ·········································································· ix사용기호 ····················································································· xi

제1장 서론 ·················································································· 1 1.1 연구의 필요성 및 목적 ······························································· 1 1.2 국내외 소금산업 및 연구 현황 ················································· 4 1.3 연구 내용 ····················································································· 17

제2장 실험장치 ········································································ 18 2.1 실험장치의 개요 ········································································· 18 2.2 실험방법 및 검정결과 ······························································· 21 2.3 실험범위 및 실험방법 ······························································· 25 2.3.1 실험 재료 ························································································· 25 2.3.2 실험 범위 및 조건 ··································································· 25 2.3.3 실험 방법 ·················································································· 27

제3장 해수와 소금의 물성 ···················································· 29 3.1 해수물성과 경제적 가치 ··························································· 29 3.2 농축에 따른 해수의 물성변화 ················································· 41



- ii -

3.3 농축에 따른 성분별 순차 석출법 ··········································· 46

제4장 실험결과 및 고찰 ························································ 54 4.1 포화농도까지의 진공열전달 특성 ··········································· 56 4.1.1 초기 투입 해수량의 영향 ··························································· 56 4.1.2 가열수 온도의 영향 ································································ 63 4.2 소금의 결정화 및 건조과정의 진공열전달 특성 ··············· 66 4.2.1 가열수 온도가 75℃인 경우 ······················································· 68 4.2.2 가열수 온도가 65℃인 경우 ················································ 72 4.2.3 가열수 온도가 55℃인 경우 ····················································· 77 4.3 미네랄의 석출 및 건조과정의 진공열전달 특성 ··············· 82 4.4 잔류 용존광물의 진공건조열전달 특성 ······························· 90 4.5 해수종합자원화 전체 공정의 진공열전달 특성 ················· 97 4.5.1 전체 공정중의 모액의 온도 변동 ·············································· 97 4.5.2 전체 공정중의 무게 감소율 변동 ··········································· 101 4.5.3 전체 공정중의 열프럭스 변동 ················································· 105 제5장 결론 ·············································································· 109

참고문헌 ·················································································· 111



- iii -

Appendix ················································································· 113 Appendix.Ⅰ Experiment Results in 2013 Year ···················· 113 Appendix.Ⅱ Experiment Results in 2014 Year ···················· 136 Appendix.Ⅲ Experiment Results in 2015 Year ···················· 145

감사의 글 ················································································ 171



- iv -

A Study on the Vacuum Heat Transfer for the Production of Table Salt without the Pernicious Ingredients to Human Body

Shao Yude

Department of Marine System Engineering of

Graduate School of Korea Maritime & Ocean Univesity

Abstract The present master's thesis is concerned with the total use of the seawater resources

and obtaining the high-quality crystal table salt without the pernicious ingredients by

the vacuum concentration and vacuum drying technology.

The mud, iron oxide, plaster, salt, minerals, and dissolved metals are sequentially de-

posited in accordance with the increasing of seawater concentration. By using the phys-

ical property characteristics of the seawater concentration, a new vacuum heat transfer

technology is suggested to obtain the dissolved components subsequently with the suffi-

cient economics.

In the present experiments, STVD-50 type low temperature vacuum dryer was adapt-

ed as an experimental apparatus. The initial weight of vacuum drying materials were

fixed in 5 kg and the condition of heating temperature of circulating water in low

temperature vacuum dryer was maintained in 55, 65, 75℃.

Based on the present experimental results for the vacuum heat transfer characteristics

of seawater, the seawater comprehensive resource processes were divided into the fol-

lowing 4-processes. Theses are (1)the salt concentration process to the saturated con-

centration (2)crystallization process of the salt formed, (3)mineral precipitation and dry-

ing process and (4)concentraton and drying process of the remained dissolving metals.



- v -

List of Figures

Fig.1.1 Export and import of salt in Korea ·············································· 8Fig.1.2 Classification of salt according to production method ·············· 10Fig.1.3 The state of regional salt production in the early 1900s ········ 11Fig.1.4 Basic palne latout of saltern ························································ 14Fig.1.5 Traditional mechanical salt production process by vacuum vaporization mode ········································································· 16Fig.1.6 Production of fresh water and salt at the same tume by sea water dissalination with reverse osmatic membrane technology ·············· 16Fig. 2.1 Schematic diagram of experimental apparatus ························· 19Fig. 2.2 Calibration curve of No.1 thermocouple ···································· 22Fig. 2.3 Production process of table salt ················································ 28Fig. 3.1 Relationship between value to concentration ratio of the dissolved minerals in sea water ················································· 35Fig. 3.2 Economic value estimation of the dissolved resurces in sea water ··············································································· 38Fig. 3.3 Relation between salinity and volume ratio of the liquid ······· 44Fig. 3.4 Relation between specific gravity and volume ratio of the liquid ····························································································· 44Fig. 3.5 Relation between specific gravity and Salinity of the liquid ···· 45Fig. 4.1 Mode setup of low temperature vacuum concentration and drying for sea water ···························································· 55Fig. 4.2 Influence of initial sea water weight on drying time to the saturated state (in case of Thin = 75℃) ·································· 57



- vi -

Fig. 4.3 Influence of initial sea water weight on salinity variation (in case of Thin = 75℃) ···························································· 60Fig. 4.4 Heat flux variation during saturated condensing process (in case of Thin = 75℃) ····························································· 62Fig. 4.5 Influence of heating water temperature during concentration process (in case of Gi = 5kg) ················································· 64Fig. 4.6 Salinity variation during concentration process (in case of Gi = 5kg) ······························································· 65Fig. 4.7 Drying rate variation during crystallization and salt drying process (in case of Thin = 75℃) ············································ 69Fig. 4.8 Heat flux variation during crystallization and salt drying process (in case of Thin = 75℃) ············································ 70Fig. 4.9 Water content ratio variation during salt drying process (in case of Thin = 75℃) ··························································· 71Fig. 4.10 Drying rate variation during crystallization and salt drying process (in case of Thin = 65℃) ··········································· 74Fig. 4.11 Heat flux variation during crystallization and salt drying process (in case of Thin = 65℃) ··········································· 75Fig. 4.12 Water content ratio variation during salt drying process (in case of Thin = 65℃) ··························································· 76Fig. 4.13 Drying rate variation during crystallization and salt drying process (in case of Thin = 55℃) ·········································· 78Fig. 4.14 Heat flux variation during crystallization and salt drying process (in case of Thin = 55℃) ·········································· 79



- vii -

Fig. 4.15 Water content ratio variation during salt drying process (in case of Thin = 55℃) ························································· 80Fig. 4.16 Drying rate variation during natural mineral eduction and vacuum drying process (in case of Thin = 75℃) ··············· 84Fig. 4.17 Heat flux variation during during natural mineral eduction and vacuum drying process (in case of Thin = 75℃) ················ 85Fig. 4.18 Drying rate variation during natural mineral eduction and vacuum drying process (in case of Thin = 65℃) ··············· 86Fig. 4.19 Heat flux variation during during natural mineral eduction and vacuum drying process (in case of Thin = 65℃) ················ 87Fig. 4.20 Drying rate variation during natural mineral eduction and vacuum drying process (in case of Thin = 55℃) ··············· 88Fig. 4.21 Heat flux variation during during natural mineral eduction and vacuum drying process (in case of Thin = 55℃) ················ 89Fig. 4.22 Drying rate variation for dissolved metals obtaining process (in case of Thin = 75℃) ························································· 91Fig. 4.23 Drying rate variation for dissolved metals obtaining process (in case of Thin = 65℃) ························································ 92Fig. 4.24 Drying rate variation for dissolved metals obtaining process (in case of Thin = 55℃) ························································· 93Fig. 4.25 Heat flux variation for dissolved metals drying process (in case of Thin = 75℃) ························································· 94Fig. 4.26 Heat flux variation for dissolved metals drying process (in case of Thin = 65℃) ························································· 95



- viii -

Fig. 4.27 Heat flux variation for dissolved metals drying process (in case of Thin = 55℃) ························································· 96Fig. 4.28 Mearsured temperature(Tw, Tr, Tm) variation for the full sea water treating process (in case of Thin = 75℃) ················· 98Fig. 4.29 Mearsured temperature(Tw, Tr, Tm) variation for the full sea water treating process (in case of Thin = 65℃) ················· 99Fig. 4.30 Mearsured temperature(Tw, Tr, Tm) variation for the full sea water treating process (in case of Thin = 55℃) ··············· 100Fig. 4.31 Drying rate variation for the full sea water treating process (in case of Thin = 75℃) ······················································ 102Fig. 4.32 Drying rate variation for the full sea water treating process (in case of Thin = 65℃) ······················································ 103Fig. 4.33 Drying rate variation for the full sea water treating process (in case of Thin = 55℃) ······················································ 104Fig. 4.34 Heat flux variation during the full sea water treating process (in case of Thin = 75℃) ········································ 106Fig. 4.35 Heat flux variation during the full sea water treating process (in case of Thin = 65℃) ········································ 107Fig. 4.36 Heat flux variation during the full sea water treating process (in case of Thin = 55℃) ········································ 108



- ix -

List of Tables

Table 1.1 Dissolved element concentration in sea water ························ 2Table 1.2 Ranking of salt production nations in the world ····················· 5Table 1.3 Sea salt consumption state of continents of the world ········· 6Table 1.4 Export amount and value of sea salt of main exporting countries ························································· 8Table 1.5 A production technology of medical sea salt of major countries ····································································· 10Table 1.6 The recent regional state of sea salt production ················· 12Table 1.7 Comparison with production and price following sea salt production method ············································································ 14Table 2.1 Standard thermometer & data Logger ··································· 23Table 2.2 Experimental range ·································································· 26Table 2.3 Experimental conditions ··························································· 26Table 2.4 Experimental method ······························································· 28Table 3.1 Physical properties of sea water and fresh water ··············· 30Table 3.2 Average salinity for each dissolved mineral in sea water ·· 31Table 3.3 Rare-earth metals dissolved in sea water ···························· 34Table 3.4 A value of high salinity sea salt per a thousnd tons of extra matter from R.O seawater desalination facility ····················· 36Table 3.5 Precipitate changes following concentration process of sea water ································································ 43Table 3.6 Divisions of new process stpes by applying sea resource ·············································································· 47



- x -

Table 3.7 precipitate of weight and rate of weight from each steps including moisture ····································································· 49Table 3.8 Divisions of sea water recycling process by adapting low temperature vacuum drying technology ·································· 50Table 3.9 Quality basis of Korea table salt ··········································· 52Table 3.10 Comparisons of table salt quality with the world best salt ····· 53Table 4.11 Different of operating time according to heating water temperature ············································································ 81



- xi -

: 건조판 전열면적 : 건조판의 가로 길이 : 건조판의 세로 길이 : 정압비열 : 무게 : 평균열전달계수 ℃ : 증발잠열 ′ : 포화액의 엔탈피 ″ : 포화증기의 엔탈피 : 단계 (공정) ㅡ : 포화온도 ℃ : 열프럭스 : 열부하 : 염도 : 온도 ℃t : 계측시간 : 체적 (용적) ′ : 포화액의 비용적 ″ : 포화증기의 비용적 : 사용전력 γ : 비중 ㅡ　　　　　　

사용기호Alphabets



- xii -

: 해수 농축 단계 　　 : 　항율 건조기간 　 : 소금 결정화 단계 　 : 　감율 건조기간 　 : 미네랄 석출 단계 　min : 용존 광물 석출 단계 　 : 역삼투막식 담수화 설비 　 : 포화상태 　 : 해수 　 : 전열면 　

　

: 비중량 : 효율 　- : 비용적 : 함수율 　

Greek symbols

Subscripts



- 1 -

제1장 서 론

1.1 연구의 필요성 및 목적

해수는 담수는 물론 Table 1.1에서 보는 바와 같이 거의 모든 광물자원이 포함된 무한용량의 원료이며(1), 특히 소금은 인간의 생리활동에 필수적인 기본물질이다. 해수를 종합적으로 활용하거나 양질의 소금을 얻기가 어려운 것은 (1)막대한 량의 수분을 증발시키기 위한 에너지비용의 절감 문제, (2)해수에 들어있는 수은, 납, 카드늄, 비소 등 인체에 유해한 중금속을 제거된 양질 소금 제조 문제, (3)한식문화에 필요한 적당한 입자크기의 결정소금을 생산하여야 하는 문제로 요약할 수 있다. 2008년 현재 우리나라의 총 소금 소모량은 년간 330만톤(2억불) 정도로 이중 약 80%에 해당하는 270만톤을 수입하고 있다.(2) 년간 소금 소모량 중 80%에 해당하는 270만톤은 공업용으로 사용되고 있으며, 나머지 20%가 식용으로 사용되고 있다. 고가품에 해당하는 식용소금도 약 절반이 국내산이고, 나머지는 중국, 호주 등에서 수입되고 있으며 수입 식용 소금에 포함된 중금속으로 인한 국민건강도 상당히 우려되고 있는 실정이다. 무한 해수자원과 원자력, 화력발전소에서 발생하는 비교적 낮은 온도의 폐열을 잘 조합하면 향후 기후변화와 인구폭증으로부터 예상되는 장기적인 물부족 사태에 대한 기술적 대비가 가능하고, 최고품질의 식용 결정소금(식탁염, crystal table salt)의 자립에 의한 국민건장 증진 및 수출산업화, 첨단기술과 관련하여 우라늄, 리튬, 다양한 희토류의 자립화도 가능하다.(3) 해수가 갖는 경제적 가치 중에서 소금이 80% 이상의 가치를 가지므로, 해수자원의 종합적 이용은 당연히 소금의 생산에 기술적 바탕을 두어야 한다. 또한 소금은 그 품질에 의하여 가격 차이가 1,000배 이상이므로 당연히 최고품질의 식용소금의 생산에 해수자원화의 핵심이 맞추어져야 한다.



- 2 -

번호 원소명 기호 번호 원소명 기호 번호 원소명 기호

1 칼슘 Ca 28 티타늄 Ti 55 세륨 Ce

2 칼륨 K 29 주석 Sn 56 금 Au

3 브롬 Br 30 안티몬 Sb 57 레늄 Re

4 나트륨 Na 31 세슘 Cs 58 디스프로슘 Dy

9 마그네슘 Mg 32 셀레늄 Se 59 프라시오디뮴 Pr

5 스트론튬 Sr 33 이트륨 Y 60 탄탈 Ta

6 붕소 B 34 네온 Ne 61 가돌리뮴 Gd

7 규소 Si 35 카드뮴 Cd 62 어븀 Er

8 탄소 C 36 코발트 Co 63 이터븀 Yb

10 불소 F 37 텅스텐 W 64 사마륨 Sm

11 리튬 Li 38 게르마늄 Ge 65 흘뮴 Ho

12 루비듐 Rb 39 크세논 Xe 66 베릴륨 Be

13 인 P 40 토륨 Th 67 툴륨 Tm

14 요오드 I 41 크롬 Cr 68 루테늄 Lu

15 바륨 Ba 42 스칸듐 Sc 69 유로퓸 Eu

16 인듐 In 43 은 Ag 70 터븀 Tb

17 알루미늄 AI 44 수은 Hg 71 팔라듐 Pd

18 철 Fe 45 납 Pb 72 텔루르 Te

19 아연 Zn 46 갈륨 Ga 73 프로악티늄 Pa

20 몰리브덴 Mo 47 지르코늄 Zr 74 라튬 Ra

21 우라늄 U 48 비스무스 Bi 75 라돈 Rn

22 구리 Cu 49 란탄늄 La 76 유황 S

23 비소 As 50 니오븀 Nb 77 산소 O

24 크립톤 Kr 51 탈륨 Tl 78 수소 H

25 니켈 Ni 52 네오디미늄 Nd 79 염소 Cl

26 망간 Mn 53 하프늄 Hf 80 아르곤 Ar

27 바나듐 V 54 헬륨 He 81 질소 N

Table 1.1 Dissolved element concentration in sea water



- 3 -

염도 3.5%의 일반 해수는 체적을 약 1/10까지 수분을 증발 농축시켜야 비로소 소금이 석출되기 시작하는 포화농도까지 도달할 수 있으며, 소금 중에 포함된 해수광물을 제거하여야 고품질 식탁염을 제조할 수 있는 양질의 소금 원액을 비로소 얻을 수 있다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 실험적 결과를 토대로 양질의 소금을 얻기 위한 해수의 구체적 농축 ․ 건조공정을 확립하고, 실용화 프랜트를 설계하기 위한 농축, 건조에 관련된 열전달 데이타를 습득함에 연구의 목표를 두었다. 해수의 농축, 석출 분리, 건조과정을 통하여 얻어진 젖은 상태의 고품질 석고, 결정소금, 미네랄(간수), 광물자원은 최종적으로 고품질 건조공정을 필요로 한다. 실용화 된 건조기술은 열풍건조, 동결건조, 냉풍건조및 분무건조 등이 있으나, 본 연구에서는 건조속도, 건조 후 품질, 에너지 효율측면에서 가장 첨단 건조기술인 “저온진공건조기술(low temperature vacuum drying technology)”(4),(5)을 적용하여 저온진공 농축 및 건조 과정에서의 진공열전달특성에 대하여 연구하였다.



- 4 -

1.2 국내외 소금산업 및 연구 현황

Table 1.2에는 전 세계에서 소금 생산 상위 20개국의 평균 생산량을, Table 1.3에는 대륙별 소금 소비현황을 각각 나타낸다. 전 세계의 년간 소금 생산량은 약 2.6억톤으로 미국이 18.8%에 해당하는 4,400백만톤을, 중국이 17,4%에 해당하는 4,000만톤을 생산하며, 한국은 46위로서 연간 300만톤 전후를 생산하고 있다.(2),(6) 소금은 화학공업에서 촉매재로 사용하는 등 세계적인 급격한 사업화와 인구증가로 세계적으로는 소금 생산량과 소비량이 연간 3%씩 증가하고 있다. 소금의 용도는 염소 및 가성소다 생산용(19.7%), 식용(17.5%), 합성소다 제조용(19.7%), 제설용(14.1%)으로 사용되고 있다. 2012년에 발간된 “The Freedonia Group”의 세계의 소금 시장 예측 보고서에서 인구통계, 개인소득, 제조업, 포장도로, 광업생산액 등의 전망 및 기후요인, 규제환경 등의 시장 환경을 고려하여 소금시장을 예측하였는데, 세계 대부분 지역에서 소금 소비가 증가하고, 2010년부터 2015년까지 소금 수요 증가분의 대부분은 화학제품 생산량 증가로 인해 발생하여 세계의 소금 수요는 연평균 2.9% 증가하면서 2015년 3억 2,700만톤, 시장가치로 환산하면 134억 달러에 달할 것으로 전망하고 있다. 북미의 경우에는 셰일가스(shale gas) 시추붐이 일면서 소금의 수요가 크게 증가할 것으로 예상되며, 특히 미국과 캐나다에서 염소-알카리용 소금 수요가 증가할 것으로 전망하고, 중국은 화학산업 규모가 커 2010년 세계 소금수요의 1/4을 차지하는 최대 소금소비국 자리에 올랐으며, 식품 가공 및 가축에 대한 소금 소비량 또한 계속적으로 증가하고 있어, 2015년까지 가장 빠른 속도로 성장하는 시장이 될 것으로, 인도는 세계 평균을 크게 웃도는 성장률로 확대될 것이며 특히 인도의 화학제품 생산량은 2015년까지 다른 주요 생산국보다 빠르게 증가할 예상되어 관련 소금의 수요가 크게 증가할 것으로 예상하고 있다.



- 5 -

Table 1.2 Ranking of salt production nations in the world unit : thousand ton, %

Rank Country

Annual

Production

(2002~2006)

Worldwide

Market

Share(%)

1 USA 44,305 18.8

2 China 40,816 17.4

3 German 17,726 7.5

4 India 16,589 7.1

5 Canada 13,525 5.8

6 Australia 11,284 4.8

7 Mexico 8,508 3.6

8 France 7,685 3.3

9 Brazil 6,784 2.9

10 Netherlands 5,941 2.5

11 UK 5,800 2.5

12 Chile 5,345 2.3

13 Spain 3,905 1.7

14 Poland 3,872 1.6

15 Ukraine 3,842 1.6

16 Italy 3,588 1.5

17 Russia 2,800 1.2

18 Rumania 2,383 1.0

19 Turkey 2,015 0.9

20 Bulgaria 1,876 0.8

Sub-total 208,589 88.8

28 Japan 1,239 0.5

46 KOREA 292 0.1

Other Country 25,052 10.7

Worldwide Total 235,172 100



- 6 -

Table 1.3 Sea salt consumption state of continents of the world

구분 염소 합성소다회 식용 제설용 기타용 합계유럽 28,000 20,000 4,700 10,000 7,300 70,000(27.3)

북아메리카 25,000 850 3,300 25,000 12,350 66,500(26.0)남아메리카 4,500 400 4,200 500 400 10,000(3.9)아프리카 1,250 150 4,200 - 400 6,000(2.3)

중동 1,750 200 400 - 150 2,500(1.0)아시아 38,000 28,300 27,750 500 5,450 100,000(39.1)

오세아니아 150 500 250 - 100 1,000(0.4)

합계 98,650(38.5)50,400(19.7)

44,800(17.5)

36,000(14.1)

26,150(10.2)

256,000(100.0)

※자료: ROSKILL INFORMATION SERVICES Ltd., The Economics of Salt, Twelfth Edition, 2007



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한국에서 공업용 소금의 점유율은 약 80%로서 정수, 제지, 염색, 가성소다, 피혁, 염장, 사료, 농업용으로 사용되며, 식용은 약 20%로서 김장, 된장, 간장, 식탁용, 수산가공, 절임및 식품가공용으로 사용된다. Table 1.4에는 세계적인 소금 수출 상위 국가별의 수출량과 수출금액을 나타낸다. Table 1.4에서 보는 바와 같이 소금을 수출하는 국가의 대부분은 공업선진국임을 알 수 있다. 소금산업은 원료가 제약없이 무한대이므로 한국이 소금을 최고품질의 식탁염 생산을 목표로 고도화 시키면 경제 활성화와 일자리 창출에 크게 기여할 수 있음을 알 수 있다. 2008년 기준으로 한국의 식용 및 공업용의 총 소금 수요량은 약 330만 톤으로 1999년부터 2008년의 10년 동안의 수요실적을 평균하여 점유율을 계산해 보면, 식용소금 수요의 점유율은 18.8% 이고, 공업용이 81.2%를 차지하고 있다. 수출입 무역통계(http://www.customs.go.kr/)에 의한 Fig.1.1을 참조하면 한국의 소금 수출입구조는 수입특화에 가까운 구조로 되어있어 1995년부터 2012년까지 18년 동안 무역수지는 -4,406만 5천 달러에서 -1억 7,941만 3천 달러로 적자규모가 307.2% 늘어났다.



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Table 1.4 Export amount and value of sea salt of main exporting countries 단위: 톤, 천불

국가 2007 2008 2009금액 물량 금액 물량 금액 물량네덜란드 234,946 4,069,418 272,282 3,882,478 243,144 3,707,363

독일 170,949 278,786 198,326 2,799,906 212,462 2,744,960맥시코 113,244 7,185,525 146,038 7,215,067 141,130 6,337,286캐나다 84,513 4,376,285 112,781 4,803,230 137,844 5,959,227칠레 31,699 2,814,676 70,056 5,579,163 122,046 6,829,203

프랑스 81,157 359,554 87,832 223,783 95,636 266,752미국 68,014 901,090 72,861 1,078,598 84,465 1,577,753인도 24,627 1,082,208 40,778 1,169,238 66,252 207,423

우크라이나 55,379 1,877,465 70,292 1,783,620 65,884 1,714,849중국 35,633 769,046 60,756 967,624 64,925 1,230,184호주 6,173 33,295 6,567 34,421 57,024 496,184

스페인 34,720 490,565 41,974 647,500 50,660 809,317영국 58,788 551,310 64,882 887,953 49,976 455,987

풀판드 30,455 348,094 37,349 371,769 41,656 518,430댄마크 30,020 268,343 33,724 267,604 38,171 333,829

이탈리아 17,448 219,898 21,796 331,102 29,228 556,776

Fig.1.1 Export and impot of salt in Korea



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1995년부터 2012년의 18년 동안 한국의 소금 수입량은 1995년에 약 164만톤을 수입한 후 2012년에는 1995년에 비해 115.1% 늘어난 약 353만 6천톤을 수입하였으며, 그 중 천일염이 차지하는 비율이 평균 95.8%이었다. 1995년부터 2012년의 18년 동안 한국의 소금 금액은 1995년 약 4,500만 달러에서 2010년 2억 1,800 달러로 383.6%로 늘어나 최고점에 달하였으며, 2011년에 2억 1,300만 달러, 2012년에 1억 8,800만 달러로 다소 줄어들었지만 1995년에 비해 317.3% 증가하였으며, 소금 수입 금액에서 천일염이 차지하는 비율은 평균적으로 94.5%임을 알 수 있다. 소금의 종류는 Fig.1.2에서 보는 바와 같이 (1)끓인 소금, (2)암염, (3)정제염, (4)호수염의 4가지로 나누어지며, 이 그림에서 보는 바와 같이 끓인 소금에서 최고품의 소금, 결정소금 및 고부가가치 첨가식탁염(Added table salt)이 얻어짐을 알 수 있다. Table 1.5에는 미국, 일본, 영국, EU의 링겔액을 제조하는 순도 높은 의료용 소금의 품질을 나타내는데, 이 그림에서 보는 바와 같이 의료용 소금은 모두 진공증발법으로 제조되어 높은 순도를 유지하고 있음을 알 수 있다.(2) 본 연구에서 해수의 농축 및 건조에 의하여 소금 등을 제조하는 열전달기술은 저온진공열전달기술로, 진공상태에서 수분을 증발 제거시키는 일종의 증발법(‘끓인 소금’ 제조법)으로 해수의 농도증가에 따라 순차적으로 성분들이 석출, 제거되므로 의료용 품질수준에 맞는 최상급의 식탁염을 제조하는 기술이라고 할 수 있다. Fig.1.3은 1900년대 초 한국의 각지 소금 생산 비율을 나타낸다. 남한에서는 신안, 경기, 충남, 부산 순서로 소금의 생산량이 많았으며, 부산은 소금맛이 가장 좋은 ‘끓인 소금’ 즉 자염을 생산하는 지역으로 유명하였다.(8) 현재 한국에서 생산되는 소금은 천일염으로 식용으로 사용되며, 나머지 절반의 식용 소금은 수입한 저품질의 결정소금을 적당량의 물에 담그어 소금결정에 뭍어있는 간수, 유해금속 등의 이물질을 제거, 재건조하여 식용 소금으로 사용하고 있는 실정이다.



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제품명 대상국가 제품설명United StatesPharmacopoeia (USP Pharmaceutical)(Pure Sodium Chloride)

USAUSP is an extremely high purity certified vacuum salt particularity suited to customers manufacturing premium grade products to the United States Pharmacopoeia standard.

Japanese Pharmacopoeia(JP Pharmaceutical Salt)(Pure Sodium Chloride)

Japan

Extremely high purity progen-free, vacuum salt especially produced in strict batch lots. Suitable for the use in the manufacture of products which must conform to Japanese Pharmacopoeia

British Pharmacopoeia(BP Pharmaceutical Salt)(Pure Sodium Chloride)

UK

Extremely high purity progen-free, vacuum salt especially produced in strict batch lots. Suitable for the use in the manufacture of a parental dosage form and the preparation of analysis solutions. Note: Same specification as PH Eur salt.

European Pharmacopoeia(Ph Eur)(Pure Sodium Chloride)

EU

Extremely high purity progen-free, vacuum salt especially produced in strict batch lots. Suitable for the use in the manufacture of products which must conform to European Pharmacopoeia. Note: specification as BP Pharmaceutical salt.

Fig.1.2 Classification of salt according to production method

Table 1.5 A production technology of medical sea salt of major countries



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Fig.1.3 The state of regional salt production in the early 1900s



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시도 시군구 2006년 2007년 2008년 2006-2008년평균 점유율

인천광역시

중구 4,870 3,630 1,500 3,333 1.0옹진구 515 380 445 447 0.1강화구 0 0 0 0 0.0소계 5,385 4,010 1,945 3,780 1.2

경기도안산시 1,640 1,230 1,545 1,472 0.5화성시 2,995 2,950 3,300 3,082 1.0소계 4,635 4,180 4,845 4,553 1.4

충청남도

서산시 4,905 3,840 4,905 4,550 1.4태안군 25,194 17,800 260,70 23,021 7.1당진군 2,644 35 0 893 0.3보령시 315 300 245 320 0.1서처군 0 0 0 0 0.0소계 33,058 21,975 31,320 18,784 8.9

전라북도

군산시 105 110 125 113 0.0부안군 1,890 2,100 2,550 2,180 0.7고창군 5,055 5,380 5,765 5,400 1.7소계 7,050 7,590 8,440 7,693 2.4

전라남도

신안군 174,040 192,853 245,686 204,193 63.4목포군 2,850 2,920 4,113 3,294 1.0무안군 5,700 6,200 8,643 6,854 2.1진고군 0 0 0 0 0.0완도군 400 410 513 441 0.1해남군 10,200 10,250 15,160 11,537 3.6영광군 41,900 45,420 64,051 50,457 15.7보성 350 280 588 406 0.1소계 235,440 258,353 337,754 277,182 86.1

전국 합계 285,568 296,108 384,304 321,993 100.0

Table 1.6 The recent regional state of sea salt production 단위: 톤, %



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Table 1.6에는 2006-2008년까지의 지역별 천일염의 생산량을 나타내는데, 대부분의 천일염은 전라남도 신안지역에서 생산되고 있음을 알 수 있다.(2) 천일염전은 저수지, 증발지및 결정지로 구성된다. 저수지는 원해수(염도 3.5%)를 저장하는 곳이며, 제1 증발지(난지)는 태양열로 통상 7일에 염도 7~9%까지 농축하며, 제2 증발지(누태)에서는 약 10일 동안에 염도를 23~25%까지 농축시키는 곳이다. 결정지에서는 통상 새벽에 함수창고로부터 고염도 해수를 결정지로 보내어 오후 3~4시에 결정화 된 젖은 소금을 긁어모은다. 생산된 젖은 소금은 소금창고로 보내어져 탈수를 하고 3년에 걸쳐 간수(미네랄)을 공지중의 수분에 녹여 제거한다. 염전 1ha당 장판염의 생산량은 년간 110~140톤, 토판염은 년간 30톤~50톤을 생산한다. 가격은 중품기준으로 장판염이 0.17~0.18원/그램, 토판염이 2.3~2.7원/그램으로 토판염이 장판염에 비하여 13~15배 비싼 것을 알 수 있다. 이러한 이유는 Table 1.7에서 보는 바와 같이 필요 노동력 및 채렴 시간이 길고 품질도 월등하기 때문이다.(2) Fig.1.4에 천일염 생산 염전의 기본구조를 나타낸다. 한국 천일염전의 크기는 평균적으로 1.2∼1.5만평 염전에서 년간 30∼40톤의 천일염을 생산하는데, 날씨의 영향을 많이 받아 조업 차질과 생산성이 낮은 것이 문제이며, 농약과 매연에 의한 품질 저하가 우려되며, 젖은 상태의 소금에는 간수가 포함되어 있어 녹아내는데 2∼3년 소요되고, 인력생산이므로 생산성이 낮은 문제점을 갖고 있어 다. 또한 한식문화는 김치및 젓갈 등 발효식품이 많으므로 발효에 필요한 결정소금은 한식문화와 국민의 건강을 위하여 매우 중요하다. 한국은 전통적으로 천일염 생산국이었으나, 인건비 상승으로 전남 전국 천일염의 80%를 생산하는 신안지역을 제외하면, 서해안의 대부분 염전이 휴업상태이다. 여기에 전통적인 천일염 제조기술에 첨단 저온진공건조기술을 접목하여 경제성 높게 세계적 품질의 식탁염을 생산할 필요가 있다고 사료된다.



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Table 1.7 Comparison with production and price following sea salt production method

구분 장판염 토판염 비고

채렴기간 보통 2~3일(당일 채렴도 가능) 보통 3~5일토판염이

1~2일 더 소요필요 노동력(3ha 기준) 2명 3~4명

토판염이 1~2명 더 소요

1년 생산량(3ha 기준, 30kg 포대) 11,000~14,000포대 3,000~4,000포대

장판염 생산량이

3~4배 더 많음

판매가격(30kg 1포대)

5,000~5,500원(중품 기준)

70,000~80,000원(중품 기준)

토판염 가격이10~15배까지

더 비쌈

Fig.1.4 Basic palne latout of saltern



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Fig.1.5에 전형적인 진공농축에 의한 기본 제염법을 나타낸다. 염도 3.5%의 원해수는 이온교환막을 통하여 해수중의 용존광물(중금속)이 완전히 제거된 후 3단 진공증발기에 유입하여 농축이 진행된다. 농축이 진행되면서 석고성분은 입구단에서 제거되고, 작은 입자 크기의 소금은 원심분리기에서 분리되어 수집된 후 열풍건조기에 의하여 건조가 완료된다. 이렇게 제조된 소금은 인체에 유해한 성분이 없는 점이 최대의 장점이기는 하지만, 입자가 적어 한식문화에 필요한 크기의 결정 식탁염이 되지 못하고, 원심분리과정을 통하여 입자가 단단하여 식감이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 수분의 증발과정에서 적절한 에너지 절약(energy saving) 장치가 없어 에너지 소비율이 높으며, 이온교환막을 통하여 미네랄(간수) 성분도 제거되므로 인체에 필요한 적정비율의 미네랄이 포함되지 않는 단점이 있다고 할 수 있다. Fig.1.6에 역삼투막식 담수화설비(R.O설비)에 의하여 해수로부터 담수를 생산한 후 발생하는 고염도 해수를 더욱 농축하여 소금을 만드는 기본 공정도를 나타낸다. 이러한 R.O담수화설비는 한국 도서지방의 생활여건 개선을 위하여 현재 50여개 도서지역에 설치되어 있으나, 담수 생산만으로는 경제성이 확보되지 않아 거의 가동중단상태로서, 소금 생산공정의 추가로 경제성을 확보할 필요가 있다고 할 수 있다.



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Fig.1.5 Traditional mechanical salt production process by vacuum vaporization mode

Fig.1.6 Production of fresh water and salt at the same tume by sea water dissalination with reverse osmatic membrane technology



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1.3 연구 내용

본 논문은 염도 3.5%의 해수를 원료로 하여, 열효율이 매우 높은 저온진공 열전달기술을 이용하여 석고, 유해물질 제로의 결정소금, 천연미네랄및 용존 광물을 순차적으로 획득하기 위한 저온진공 열전달기술 공정개발과 열전달성능을 높여 궁극적으로 에너지효율을 극대화 시키기 위한 목적으로 수행되었으며, 특히 순도가 높고 유해성분이 전혀 들어있지 않은 고품질 식탁염의 열전달에 관한 연구에 중점을 두고 있다. 제1장에서는 “서론”으로 본 연구의 목적, 연구의 배경과 필요성, 국내외 소금산업과 해수중 용존자원의 연구 현황 등에 관하여 기술하였다. 제2장에서는 “실험장치”로서, 실험용 저온진공 농축장치와 건조장치의 개요, 측정용 계기류의 검정결과, 저온진공건조장치의 운전법, 측정방법 등에 관하여 기술하였다. 제3장은 “해수와 소금의 물성” 해수에 용존되어 있는 해수자원의 종류 및 경제적 가치, 농축의 진행에 따른 석출물, 새로운 고품질 식탁염의 제조방법및 기타 해수중에 용존되어 있는 희귀금속과 경제성 있는 광물자원 등에 관하여 기술하였다. 제4장은 “실험결과 및 고찰”로서 염도 3.5% 원해수의 농축단계, 소금의 석출단계, 미네랄과 용존광물의 분리 석출 단계에 대하여 단계별로 농축과정과 건조조과정에서의 열전달 특성에 대한 실험결과에 대하여 기술하였으며, 가열수 온도가 포화농축과정과 소금의 결정화과정에 미치는 영향, 각각의 석출물의 진공건조과정과 종합해수자원화 전체 과정에서의 온도변동, 무게 감소율 및 열프럭스의 변동에 관하여 고찰하였다. 제5장은 결론으로서 본 논문의 결과를 요약하여 정리하였다.



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제2장 실험장치

2.1 실험장치의 개요

Fig. 2.1은 실험장치의 전체 계통도를 나타낸다. 실험장치는 본체(low temperature vacuum drying chamber), 저온진공건조기 본체 내부를 일정한 진공압력으로 유지하기 위한 진공추기계통(vacuum pumping unit), 건조물에 필요한 열량을 공급하기 위한 가열계통(hot-water supplying unit), 증발된 수분을 응축시키기 위한 응축계통(condensing unit)등으로 구성되어 있다. 저온진공건조기 본체①의 크기는 900∅×1200L×16의 용기로서 내부용적은 0.85이다. 그리고 저온진공건조기의 본체 내부는 건조판 5개를 투입할 수 있도록 설계되었으며, 실험중 내부의 건조상태를 관찰할 수 있는 관찰창(∅200)을 설치하였다. 또한 본체 내부는 수봉식 진공펌프⑤를 이용하여 실험 진공압력(6.67 ±2.67 )을 형성시킬 수 있으며, 약 10분 정도가 소요된다. 가열계통은 피 건조물에 최소한의 열량을 공급하기 위하여 5 전기히터②를 사용 설정온도에서 자동 조절되도록 하였다. 응축계통에는 저온진공건조기 본체 내부에 비체적이 매우 큰 습증기를 응축시키기 위하여 응축기(condenser)2개③와 간접식 냉각장치④를 본체내부에 설치하였다. 또한 본 실험 장치의 전체 사진을 Photo. 2.1에 나타내었다.



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① Vacuum chamber ② Heating transfer box③ Water vapor condenser ④ Circulation fan⑤ Water ring vacuum pump ⑥ Refrigerating machine⑦ Hot water circulation pump ⑧ Electric heater⑨ Condensate tank ⑩ Cooling water circulation pump

Fig. 2.1 Schematic diagram of experimental apparatus



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Photo. 2.1 Experimental apparatus.



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2.2 측정장치 및 검정결과

본 실험장치의 각부 온도측정은 K-Type 열전대(C-A thermocouple)를 사용하였다. 저온진공건조기 본체 내부, 건조판, 원해수,소금등 피건조물 등의 온도측정을 위하여 설치된 열전대에서 얻어진 측정결과는 데이터 처리장치를 통해 전산으로 저장 및 기록할 수 있도록 하였다. 또한 정확한 온도 측정을 위하여 각각의 열전대에 대해 표준온도계를 이용하여 검정하였으며, 검정장치는 내경 150, 두께 4, 높이 150의 강관의 용기로 제작 하였고, 강관 외벽에 전기 가열선을 설치한 후, 운모 Tube와 유리섬유를 사용하여 단열하고 가열선의 입력전원을 전압조정기로 조절하여 소정의 온도로 일정하게 유지한 후, 여러 개의 열전대를 동시에 같은 조건에서 검정할 수 있도록 하였다. 열전대에서 발생하는 기전력은 기준 온도상자, 로터리 스위치를 거쳐 데이터로거(data logger)에서 측정하였으며, 용기내에 설치된 최소눈금 0.1℃의 표준온도계(standard thermometer)의 눈금과 측정된 기전력을 기록하여 최소자승법(least regression)으로 처리하여 검정하였다. Fig. 2.2는 No.1 열전대에 대한 검정결과의 한 예를 나타낸다. 또한 본 측정장치 검정 대상 No.1 열전대와 표준 온도계를 Table 2.2에 나타내었다. 또한 피건조물의 무게는 전자저울을 이용하여 측정하였고 농축해수의 염도은 디지털 염도계를 이용하여 축정하였고 농축해수와 모액의 비중은 비중계를 이용하에 측정 하였다. Photo. 2.2는 각종 측정 장치의 모습이며 Photo. 2.2(a)는 피건조물의 무게을 측정하는 전자저울이다. Photo. 2.2(b)는 농축해수의 염도을 측정하는 디지털 염도계다. Photo. 2.2(c)는 모액의 비중을 측정하는 비중계를 각각 나타낸다.



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Fig. 2.2 Calibration curve of No.1 thermocouple



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온도계 표준온도계 Data logger

메이커 표준온도계(일본제) San-ei

모델번호 X DL1200측정범위

(℃) 0℃~50℃, 50℃~100℃ max. 16-Ch

사진

Table 2.1 Standard Thermometer & Data Logger

(a)



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(b)

(c)Photo. 2.2 Measuring apparatus



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2.3 실험범위 및 실험방법

2.3.1 실험 재료 실험-1단계(A1, B1, C1)에 사용된 해수는 부산광역시 영도구 동삼동 소재의 한국해양대학교 인근 해역에서 직접 채취하였다. 실험-2단계(A2, B2, C3)에서 사용된 농축 해수는 저온진공농축 장치를 이용하여 원해수의 체적을 1/10까지 수분을 증발시켜 농축하여 얻었다.

2.3.2 실험 범위 및 조건 본 연구에서의 실험 범위를 도표로서 정리하면 Table 2.3 과 같다. 먼저 가열온도에 따른 열전달 성능변화를 알아보기 위해 가열수의 온도를 75℃, 65℃, 55℃의 3가지 조건하에서 실험을 수행하였다. 또한 적재량 변화에 따른 열전달 성능을 알아보기 위해 건조기 1판당 원해수 적재 무게를 5.0kg, 3.5kg, 2.0kg의 3가지 조건하에서 수행되었다. 실험에 사용된 5개의 건조판 중에서 No.3 건조판을 실험측정용 기준 건조판으로 설정하여 실험을 실시하였다. 본 실험은 Table 2.4는 실험조건을 나타낸다.



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Table 2.2 Experimental range 가열수온도 T

판당 무게 G

75.0℃ 65.0℃ 55.0℃ 단계

5.0Kg A1-1 B1-1 C1-1 원 해수부터 염도27% 농축해수까지3.5Kg A1-2 B1-2 C1-2 원 해수부터 염도27% 농축해수까지2.0Kg A1-3 B1-3 C1-3 원 해수부터 염도27% 농축해수까지5.0Kg A2 B2 C2 염도 27% 농축해수부터 끝까지

Table 2.3 Experimental conditions

진공열전달 실험 조건 물성치 등진공압력 -640~-680 mmHg

포화온도 (Ts) 47.10~55.34 ℃포화액의 엔탈피 (i') 51.54 kcal/kg

포화증기의 엔탈피 (i'') 619.79 kcal/kg증발잠열 (Hfg) 568.25 kcal/kg



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2.3.3 실험 방법

Table.2.5는 원 해수로부터 석고가 석출되는 농축 해수, 미네랄을 포함한간수와 최종 산물인 용존광물의 석출까지의 전체 농축 과정을 나타낸다. Fig 2.3은 위 Table 2.5의 원 해수의 단계별 농축 과정과 염도에 따라 석출되는 석출물을 도식화한 것을 나타낸다. 1단계는 염도 3.5%의 원 해수에서 염도 27.0%의 포화해수로 농축하는 과정에서 저온 진공 농축 장치의 응축기로부터 담수가 응축되어 분리된다. 이 과정에서 농축 해수 속에 침전되는 석고를 석출하고 이를 저온 진공 건조를 실시하였다. 2단계는 염도 27.0%의 농축해수를 비중 1.292의 모액으로 농축시키는 과정에서 침전되는 소금을 석출하고 이를 저온 진공 건조를 실시하였다. 3단계는 소금 석출이 완료된 비중 1.292의 모액을 비중 1.301의 모액으로 농축시키는 과정에서 침전되는 미네랄 석출물을 저온 진공 건조를 시행하였다. 4단계는 미네랄 석출이 완료된 모액에 잔재하는 용존광물을 수득하기 위하여 다시 저온 진공 건조를 실시하였다. 위 과정을 농축 가열수의 온도별(75℃,65℃,55℃), 건조기 1판 당 원 해수 적재 무게별(5.0kg, 3.5kg, 2.0kg)로 나누어 총 9번의 실험을 수행하였다.



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Table 2.4 Experimental method

명칭 밀도(비중)개략 염도(%)

용적(cc) (%)

중량(gr) (%)

해수 1.0245 3.0 1,000.0 100 1025 100R.O농축해수 1.0531 6.2 457.3 45.8 100 481.6 47.0 100

농축해수 1.0748 7.5 371.4 ⇩ ⇩ 399.2 ⇩ ⇩농축해수 1.0958 13.2 242.7 ⇩ ⇩ 399.2 ⇩ ⇩농축해수 1.1238 13.8 198.1 ⇩ ⇩ 217.0 ⇩ ⇩농축해수 1.1150 17.2 151.3 ⇩ ⇩ 174.0 ⇩ ⇩농축해수 1.1864 21.3 118.5 11.9 25.9 100 140.6 13.7 29.2 100

모액(소금) 1.2176 19.8 100.0 - - ⇩ 121.8 - - ⇩모액(소금) 1.2219 22.2 83.5 - - ⇩ 102.2 - - ⇩모액(소금) 1.2253 27.0 66.1 - - ⇩ 81.0 - - ⇩모액(소금) 1.2358 35.3 44.4 - - ⇩ 54.9 - - ⇩모액(소금) 1.2512 48.0 26.0 - - 21.9 32.5 - - 23.1

모액(쓴소금) 1.2924 59.3 15.9 - - 13.4 20.6 - - 14.7간수(미네랄) 1.3056 74.3 8.0 - - 6.8 10.4 - - 7.4

용존광물 - - 0.0 - - 0.0 0.0 - - 0.0

Fig 2.3 Production process of table salt



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제3장 해수와 소금의 물성

3.1 해수 물성과 경제적 가치

세계 바다의 총넓이는 3.6×108 km2으로 지구표면적의 약 70%를 차지하고 있으며, 평균수심은 3,800m이다. 해수는 평균 Brix 염도는 3.5%이며, 이중 소금(NaCl)이 84%이고, 나머지는 석고, 미네랄과 미량 금속이온들로 구성되어 있다.(3) 해수와 담수의 기본물성을 Table 3.1에 나타내었다. 해수에 가장 높은 비율로 존재하는 염분은 해수의 물리화학적 성질에 많은 영향을 미치는데, 청수에 비하여 전기 전도도, 음속, 굴절률, 삼투압, 점도, 흡광계수 등이 증가하고, 빙점은 강하하며, 비점은 상승함을 알 수 있으며, 해수중의 이온 활성도도 크게 달라진다. 해수의 pH는 해수 중에서 일어나는 여러 가지 화학반응에 커다란 영향을 미치는데 CaCO3가 해수의 pH 결정에 중요한 역할을 한다.(5) 해수에는, Table 3.2에서 보는 바와 같이, 수많은 종류의 금속 및 비금속 원소들과 기체 성분들이 체이 미량으로 용존되어 있어 해수로부터 회수할 수 있는 원소들의 종류는 매우 다양하고, 세계적인 해수의 량은 무한하므로 무한한 자원의 보고라고 할 수 있다. 그러나 유용한 자원을 회수하기 위해서는 수분을 먼저 제거하여야 하므로 여하히 에너지비용과 설비를 간략화 할 것인가와 인간의 생리활동 필수적인 인체에 무해한 소금을 얻을 것인가가와 해수의 농축과정에서 발생되는 부식성 가스에 의하여 기계설비에 심각한 부식현상이 발생하므로 내식성이 강한 금속재료를 개발하던가 부식현상을 회피하면서 원하는 물질을 획득하기 위한 공정개발이 해수의 종합이용을 위하여 선결해야 할 기술적 문제점이라고 사료된다.



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구분 해수(NaCl, 35%) 청수밀도, 20℃(g/㎠) 1.02478 0.9823압축율, 0℃(%) 0.458 0.482음속, 20℃(m/sec) 1,522.1 1,482.7굴절률, 20℃ 1.33940 1.333비전전도, 20℃(m/Ω/㎝) 47.88 0.0045비열, 20℃(joule/g) 3.993 4.182표면장력, 20℃(dyne/㎝) 73.53 72.76점도, 20℃(10-2 poise) 1.092 1.005삼투압, 20℃(atm) 24.8 -빙점(℃) -1.92 0.00비점(℃) 100.63 100.00흡광계수 520nm(10㎝당) 0.008 0.002

Table 3.1 Physical Properties of Sea Water and Fresh Water



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Table 3.2 Average salinity for each dissolved mineral in sea water

상태 원소명 원소기호 평균농도 mg/L광물 칼슘 Ca 400.00광물 칼륨 K 380.00광물 브륨 Br 65.00광물 나트륨 Na 10.50광물 스트론륨 Sr 8.00광물 붕소 B 4.60광물 규소 Si 3.00광물 탄소 C 2.80광물 마그네슘 Mg 1.35광물 불소 F 1.30광물 리튬 Li 0.17광물 루비듐 Rb 0.12광물 인 P 0.07광물 요오드 I 0.06광물 바륨 Ba 0.03광물 인륨 In 0.02광물 아연 Zn 0.01광물 물리브덴 Mo 0.01광물 철 Fe 0.01광물 알루미늄 AI 0.01광물 우라늄 U 0.003광물 구리 Cu 0.003광물 비소 As 0.003광물 크립돈 Kr 0.003광물 바나듐 V 0.002광물 니켈 Ni 0.002광물 망간 Mn 0.002광물 티타늄 Ti 0.001광물 주석 Sn 0.00080광물 안티문 S 0.00050광물 세슘 Cs 0.00050광물 셀레늄 Se 0.00040광물 이트늄 Y 0.00030광물 네온 Ne 0.00014광물 카드뮴 Cd 0.00011광물 텅스텐 W 0.00010광물 코발트 Co 0.00010광물 게르마늄 Ge 0.00006광물 크세논 Xe 0.000052광물 토륨 Th 0.000050광물 크륨 Cr 0.000050광물 스칸듐 Sc 0.000040



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상태 원소명 원소기호 평균농도 mg/L광물 은 Ag 0.000040광물 남 Pb 0.000030광물 수은 Hg 0.000030광물 갈륨 Ga 0.000030광물 지르코늄 Zr 0.000022광물 비스무스 Bi 0.000015광물 란탄늄 La 0.000012광물 탈륨 TI 0.000010광물 니오륨 Nb 0.000010광물 네오디미룜 Nd 0.0000092광물 하프늄 Hf 0.0000080광물 헬륨 He 0.0000069광물 세륨 Ce 0.0000052광물 레륨 Re 0.0000040광물 금 Au 0.0000040광물 디스프로슘 Dy 0.0000029광물 프라시오디븀 Pr 0.0000026광물 탄탈 Ta 0.0000025광물 가돌리뮴 Gd 0.0000024광물 어븀 Re 0.0000024광물 이터븀 Yb 0.0000020광물 사마륨 Sm 0.0000017광물 흘뮴 Ho 0.0000009광물 베릴륨 Be 0.0000006광물 툴륨 Tm 0.0000005광물 루테늅 Lu 0.0000005광물 유로퓸 Eu 0.0000005광물 터퓸 Tb 0.0000001광물 팔라듐 Pd 0.00000005광물 텔루르 Te 0.00000001광물 프로악티늄 Pa 0.00000002광물 라튬 Ra 0.000000001광물 라돈 Rn 0.000000000000006기체 유황 S 855.00기체 산소 O 857.0기체 수소 H 108.0기체 염소 CI 19.0기체 아르곤 Ar 0.60기체 질소 N 0.50



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Table 3.3에는 초전도체, 영구자석, 공학유리, 연료전지, 레이저, 세라믹, 배기가스처리제, 핵반응, 섬유공업, 형광제 등 첨단산업에 필요한 희토류의 종류와 하루에 해수 10만톤을 처리할 경우 해수로부터 얻어질 수 있는 희토류의 량을 계산하여 표기하였다. 한국은 첨단산업에서 필요한 희토류는 현재 전량 수입에 의존하고 있고, 히토류는 세계적인 전략물자이므로 희토류의 자급화는 매우 중요하다고 사료된다. 희토류의 세계적인 제1의 생산국은 중국이다. 대부분의 희토류는 Table 3.2에서 보는 바와 같이 미량으로 해수 중에서 존재하므로, 해수로부터 제한없이 얻을 수 있다. 따라서 이들 희토류를 해수로부터 소금과 담수를 생산하는 과정에서 부산물 형태로 얻을 수 있는 기술의 개발은 매우 중요하며, 본 논문에서는 이러한 관점에서 이러한 점에 소금을 중심으로 한 해수자원의 종합적 이용에 관하여 많은 관심을 두고 본 논문에서의 연구가 진행되었다. Fig. 3.1에는 해수중의 주요 용존광물의 농도와 단위가격과의 관계를 그래프로 나타내었다. 이 그림에서 보는 바와 같이 마그네슘, 리튬, 우라늄, 보롬 등이 비교적 높은 농도이어서 해수로부터 자원회수 연구의 대상이 되고 있다.(6) Table 3.4는 해수 중의 수분(H2O)이 약 45% 제거된 역삼투막(R.O)식 담수화 설비에서 배출되는 고염도 해수 1,000톤의 해수자원이 갖는 경제적 가치를 계산한 결과를 나타낸다. 고염도 해수 1,000톤의 경제적 가치는 1.28억원으로 실로 막대한 것을 알 수 있다. 이 표에서 물의 가격은 가정용 수도수와 같이 톤당 1,000원, 소금은 2.0원/그램을 기준으로 하였으며, 나머지 광물자원들의 가격은 한국광물자원공사(www.kores.or.kr)에서 공시한 단가를 적용하였다.(6)



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Table 3.3 Rare-earth metals dissolved in sea water

원소명 원소기호평균농도(mg/L)

무게(gr/10만톤) 용도

이트륨 Y 0.0030 300 형광체, 초전도체스칸듐 Sc 0.000040 4.00 크리스탈, 세라믹란탄늄 La 0.000012 1.20 광화유리, 섬유, 배터리 촉매제

네오디미늄 Nd 0.0000092 0.92 영구자석, 레이저, 콘덴서세륨 Ce 0.0000052 0.52 자동차 배기가스 촉매제, 영구자석

디스프로슘 Dy 0.0000029 0.29 영구자석프라시오디뮴 Pr 0.0000026 0.26 영구자석, 레이저, 페인트

가돌리뮴 Gd 0.0000024 0.24 형광체, 핵반응제, 자석여븀 Er 0.0000024 0.24 크리스털 제조, 광화유리, 섬유

이터륨 Yb 0.0000020 0.20 형광물질 활성화제, 세라믹, 레이저사마륨 Sm 0.0000017 0.17 영구자석흘뮴 Ho 0.0000009 0.09 크리스탈, 레이저툴륨 Tm 0.0000005 0.05 크리스탈, 레이저

루테늄 Lu 0.0000005 0.05 크리스탈, 레이저유로퓸 Eu 0.0000005 0.05 형광체, 원자로 제어제터븀 Tb 0.0000001 0.01 형광램프



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Fig. 3.1 Relationship between value to concentration ratio of the dissolved minerals in sea water



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원소면 원소기호평균농도(mg/L)

용존 광물량(톤/RO해수천톤)

광물가격(USD/돈)

해수가치(원/RO해수천톤)

비고

물 H2O 900.00 900.00 0.90 891,000 1,000원/톤석고 CaSO4 2.49 4.98 363.00 1,988,514 40만원/톤

결정소금 NaCl 25.76 51.52 1,818.00 103,029,696 2.0원/그램마그네슘 Mg 1.35 1.70 2,750.00 8,167,500

붕소 B 4.60 9.20 933.00 9,441,960 리튬 Li 0.17 0.34 5,920.00 2,214,080

우라늄 U 0.003 0.006 144,000.00 950,400 몰리브덴 Mo 0.01 0.01 40,000.00 440,000

금 Au 0.0000040 0.0000080 44,773,680.00 394,008 셀레늄 Se 0.00040 0.00080 120,000.00 105,600 바나듐 V 0.002 0.004 24,000.00 105,600 카드뮴 Cd 0.00011 0.00022 340,000.00 82,280

은 Ag 0.000040 0.000080 771,960.00 67,932 니켈 Ni 0.002 0.004 13,660.00 60,104 아연 Zn 0.01 0.02 1,840.00 40,480 주석 Sn 0.00080 0.00160 22,355.00 39,345

알루미늄 AI 0.01 0.02 1,754.00 38,588 인듐 In 0.02 0.04 675.00 29,700 비소 As 0.003 0.006 4,000.00 26,400

코발트 Co 0.00010 0.00020 56,000.00 12,320 티타늄 Ti 0.001 0.002 5,000.00 11,000 안티몬 Sb 0.00050 0.00100 9,100.00 10,010 망간 Mn 0.002 0.004 2,225.00 9,790

텅스텐 W 0.00010 0.00020 44,000.00 9,680 팔라듐 Pd 0.00000005 0.00000010 23,705,605.00 2,608 루테늄 Lu 0.0000005 0.0000010 2,026,395.00 2230 크롬 Cr 0.000050 0.000100 4,000.00 440

게르마늄 Ge 0.00006 0.00012 1,312.00 174갈륨 Ga 0.000030 0.000060 300.00 20

니오븀 Nb 0.000010 0.000020 40.00 0소계 128,612,753

Table 3.4 Economic value of exhaust high salinity sea waterfrom R.O seawater desalination facility



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해수 용존자원의 산업적 이용을 위해서는 경제성이 확보되어야 하며, 이를 위해서는 자원별 용존농도와 경제적 가치를 알 필요가 있다. 이러한 의미에서 Fig. 3.2는 Table 3.4의 결과를 도식화 한 것으로, (1)해수자원에서 가장 큰 경제적 가치를 갖는 것은 소금이며, (2)소금의 가치는 물의 가치의 약 115배이고, (3)경제적 가치가 가장 높은 기타 용존광물은 붕소, 마그네슘, 석고, 리튬, 금, 우라늄, 몰리브덴임을 알 수 있다. 현재 세계적으로 해수로부터 상업적으로 회수되고 있는 원소들은 나트륨(Na), 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 브롬(Br) 화합물 등이 있으며, 앞으로 회수시 경제성이 비교적 높은 것으로 평가되고 있는 유용원소들로는 Rb, Sr, 리튬(Li), I, Mo, 우라늄(U), V 등이 있다. 한국에서 해수로부터 용존 광물을 얻기 위한 연구는 정강섭 등(5)에 의하여 체계적으로 이루어지고 있는데, 일반적으로 해수로부터 용존 광물을 얻기 위해 개발된 기술로는 흡착법, 공침법, 부선법, 용매추출법, 생물농축법 등이 있으나, 어느 경우든 우선 수분의 농도를 어느 일정치 이하로 낮추어야 공정 적용이 가능하므로 수분을 제거시키기 위한 에너지비용이 막대하여 어는 특정성분만을 대상으로 충분한 경제성을 확보하는 것은 기술적으로 결코 용이한 일이 아니다. 공칩법은 용존 광물을 침전제나 응집제로 해수 중에서 침전시켜 그 침전과 유용금속을 동시에 침전시키는 방법으로, 우라늄의 경우 침전제로는 염화제2철, 황산암모늄, 인산암모늄 등이, 리튬의 침전제로는 알미늄 산화물, 티탄산화물 등이 사용된다. 응집과 침전시키는데 일반적으로 많은 시간이 소요되므로 미량금속을 공업적 규모로 회수하는 데에는 적합하지 않으나 용존 광물의 농도가 비교적 높은 간수 등에는 적용이 가능한 방법이다. 흡착법은 고체상의 흡착제를 해수와 접촉시켜 용존 광물을 선택적으로 흡착하여 추출하는 방법으로 대량의 용액을 처리해야 하는 해수 중 유용금속 체취에 가장 유망한 방법이다. 흡착 형식으로는 물리흡착, 착물화 흡착 및 이온교환법 등이 있다. 지금까지 가장 많이 연구된 흡착제는 무기흡착제로서 함수산화티탄늄 및 망간산화물, 유기 흡착제로는 착물화 흡착형식을



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Fig. 3.2 Economic value estimation of the dissolved resurces in sea water



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갖는 아미드옥심기 수지 등이 있다. 부선법은 계면활성제나 응집제를 해수에 가하고 가압공기를 아래로부터 불어넣어 용존금속을 기포에 흡착 또는 부착시켜 해면으로 떠오르게 하여 회수하는 방법이다. 사용하는 계면활성제나 이온 응집제에 따라 선택성을조절할 수 있고 채취규모의 확대가 비교적 용이한 장점이 있지만 pH를 조절해야 하며, 흡착법에 비하여 해수 중 용존 광물의 회수율이 낮으며 시약의 재사용이 곤란한 단점도 있다. 용매추출법은 수용액에 용해도가 없는 유기용매와 해수를 접촉시켜 목적하는 유용금속을 선택적으로 용매로 추출하여 회수하는 방법이다. 다른 방법에 비하여 회수율이 비교적 높기 때문에 유용금속의 정제공정이나 유가금속의 농도가 높은 용액에 대하여 많이 사용되지만 대량의 해수를 취급해야 하는 해수 중유용금속의 회수에는 그다지 많이 사용되지 않는데, 그 이유는 미량이기는 하나 고가의 유기용매의 일부가 해수에 용해되거나 혼입되어 해수 중에 유출되므로 경제적으로나 환경오염 면에서 매우 불리하기 때문이다. 생물농축법은 녹조와 같은 해초가 해수 주의 우라늄을 체내에 수천 배 가까이 흡착하여 농축하는 작용을 이용하는 것이다. 이하에서는 Fig. 3.2에서 기술한 바와 같이 상당한 경제성을 확보한 해수 용존 광물에 대하여 기술한다 마그네슘(Mg)은 강철만큼 강하고 알루미늄보다 40%나 가벼우며, 무게 대비 고강도 특성, 내구성, 내충격성 및 주조특성으로 인해 다양한 용도에 사용되고 있다. 마그네슘은 강철과 알루미늄 다음으로 많이 사용되는 구조재료이다. 미국의 유일한 미그네슘 생산회사인 ‘US Magnesium사’ 의하면 2007년 약 36%의 마그네슘이 알루미늄 마그네슘 합금으로 사용되었으며, 32%는 차량, 항공기, 동력공구, 컴퓨터 및 전자제품 등의 합금제조용으로, 16%는 철과 강철의 탈황화 용도로 사용됨을 밝히고 있다. 해수로 소금을 제조 한 후 남는 폐액으로부터 마스네슘을 제조하는 방법은 폐액을 태양 에너지를 이용하여 증발 농축하여 밀도를 1,290g/l로 까지



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낮추어 NaCl을 완전히 제거한 후, 겨울철에 자연으로 5℃로 냉각하여 MgSO4‧7H2O를 결정화하여 제거한 후 화학적 공법으로 MgCl2를 함유하는 용액과 KCl 결정으로 회수한다. 리튬(Li)은 핸드폰, 캠코드 등과 같은 휴대용 전자제품의 리튬이온 배터리의 수요가 급증함에 따라 그 수요량 또한 크게 증가하고 있다. 향후 전기자동차 시대의 도래에 의한 리튬 수요량은 폭발적으로 늘어날 것으로 판단된다. 2008년 현재 전 세계적의 매장량은 410만 톤으로 추정되고 있으며, 주요 산지는 칠레(300만 톤), 중국(54만 톤), 브라질(19만 톤), 캐나다(18만 톤), 호주(16만 톤)이며, 한국에는 육상 광산 매장량이 전무한 상태이다.리튬의 수입가격은 탄산리튬(순도 98% 이하)을 기준으로 종래 톤당 미화 2,500달러에서 2006년 이후 5,000-10,000달러로 급등하였다. 한국는 1999년부터 리튬이온 축전지 등 2차전지 시장의 확대로 수입규모가 급격히 증가하여 2008년 리튬 제품 및 리튬 화합물 총수입량은 10,880톤으로 모두 약 6억 달러의 수입액을 기록하고 있다. 우라늄(U)의 해수로부터의 회수에 관한 연구는 1953년경부터 영국에서 유기 및 무기계 흡착제를 사용하여 상세히 이루어졌다. 그 후 미국, 서독, 이탈리아, 소련 및 일본 등에서 연구가 수행되고 있으며, 일본에서는 금속광업사업단이 가가와(香川)현 니오(仁尾)에 우라늄회수 실험설비를 설치하여 1986년부터 1987년까지 주로 수산화티탄계 흡착제를 사용하여 실험을 하였다. 그 동안 약 13 kg의 우라늄을 우라늄정광으로서 회수한 실적이 있다. 회수제로서 현재 가장 유효한 것은 수산화티틴계 흡착제와 아미드옥심계의 킬레이트 수지이다. 회수법으로는 해수와 흡수제와의 접촉을 좋게 하기 위해 해류, 조석(tidal current), 파고를 이용하는 것과 흡수제의 표면적을 크게 하는 것 등이 수행되고 있다. 그러나 실용화에는 아직 이르지 못하고 있다.



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3.2 농축에 따른 해수의 물성변화

일반 해수의 비중은 1.0245, 염도는 3.5%인데, 에너지를 가하여 수분을 증발 제거시키거나, 역삼투막(R.O)식 담수화설비와 같이 가압하여 제거시켜 농도가 높아지면 Table 3.5에서 보는 바와 같이 모액의 체적이 감소하면서 비중과 염도가 높아진다. 일반 해수에서 농축이 진행되면 처음에는 뻘, 산화철과 석고(CaCO3)가 제일 먼저 석출되고, 포화상태에 도달하면 소금이 석출되기 시작한다. 소금(NaCl) 석출이 거의 완료되면, 마그네슘계열(MgSO4, MgCl2))의 미네랄과 브롬화 나트륨(NaBr)과 염화칼륨(KCl)의 석출이 진행된다. 이들의 석출이 완료되면, Table 3.2에서 기술한 바와 같이 다양한 용존 광물 모액만이 남게 된다. Fig. 3.3에는 모액의 용적과 염도의 관계를, Fig. 3.4에는 모액의 용적과 비중의 관계를, Fig. 3.5에는 모액의 비중과 염도의 관계를 각각 나타낸다.이들 그림에서 보는 바와 같이 농축이 진행됨에 따라서 석고, 소금, 간수(미네랄)의 석출현상이 순차적으로 일어나므로 모액의 체적-비중-염도의 관계가 균일하지 않음을 알 수 있다. 천일염전(7)~(11)에서는 Table 3.5의 해수의 물성변화 특성을 이용하여 염전 전체 면적의 80%에 해당하는 “난치”와 “느티”의 증발지에서 석고가 석출되기 직전까지 해수를 태양열로 자연 증발시킨 후 다음 날 결정지에 고염도 해수(함수)를 보내어 태양열로 수분을 서서히 증발시킨 후 오루 3~4시경에 젖은 결정소금을 수확한다. 역삼투막식(R.O)식 담수화 설비에서는 염도 3.5% 해수를 pH처리한 평균 직경 1.0μm의 구멍으로 햇수에 약 60기압을 가압하여 직경 1.6μm의 H2O 물분자를 밀어내는데 석고 석출 직전까지 즉 체적비율로 45%의 담수를 생산한다.(6),(11) 한국의 식문화를 대표하는 것은 김치, 된장, 고추장, 젓갈 등의 발효공정으로 발효공정에서는 발효가 진행됨에 따라서 소금이 서서히 녹아야 하므로



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로 적당한 크기의 결정소금은 발효식품의 품질을 결정한다. 또한 결정소금에는 인체에 매우 나쁜 영향을 미치는 수은, 납, 비소,카드늄 등이 함유되어 있지 않아야 좋은 소금이므로, 무한 해수자원을 이용환 경제성이 높은 고품질 소금 제조기술의 개발은 매우 중요하다.



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Table 3.5 Precipitate changes following concentration process of sea water

모액 용적(cc)

비종(밀도)

중랼(gr)

염도(%)

물H20(cc)

산화철Fe203

탄산칼슘CaCO3

황산칼슘

CaSO4

염화나트륩NaCl

황산마그네슘MgSO4

염화마그네슘MgCl2

브롬화나트륩NaBr

염화칼슘KCl

100.00 1.0245 102.5 3.5 100.054.27 1.0531 57.15 6.4 45.7354.27 1.0531 57.15 6.4 0.00 0.00008 0.0061937.14 1.0748 39.92 7.5 17.12 0.00004 0.0021024.27 1.0958 26.9 13.2 12.87 0.0001819.81 1.1238 21.70 13.8 4.43 0.00082 0.0335315.13 1.1150 17.40 17.2 4.63 0.00087 0.04308 0.00078 0.0016811.85 1.1864 14.06 21.3 3.25 0.00127 0.02486 0.00053 0.0014110.00 1.2176 12.18 19.8 1.83 0.00751 0.00839 0.00050 0.001818.35 1.2219 10.22 22.2 1.14 0.00753 0.48465 0.00710 0.01189 0.000346.61 1.2253 8.10 27.0 1.20 0.00550 0.51887 0.00379 0.00836 0.001734.44 1.2358 5.49 35.3 1.52 0.00483 0.62577 0.00712 0.01227 0.00089 0.002212.60 1.2512 3.25 48.0 1.23 0.00396 0.56609 0.01251 0.02254 0.00058 0.005131.59 1.2924 2.06 59.3 0.71 0.00116 0.26256 0.00837 0.01975 0.00068 0.004060.80 1.3056 1.04 74.3 0.52 0.10966 0.11784 0.04221 0.00268 0.02417



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Fig. 3.3 Relation between salinity and volume ratio of the liquid

Fig. 3.4 Relation between specific gravity and volume ratio of the liquid



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Fig. 3.5 Relation between specific gravity and salinity of the liquid



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3.3 농축에 따른 성분별 순차 석출법

제3.2절에서 기술한 바와 같이, 해수의 농축에 따른 물성변화 특성을 잘 응용하면 고품질의 의료용 석고, 고품질의 결정소금, 미네랄(저나트륨)소금, 순수미네랄, 용존광물과 희토류 등을 충분한 경제성을 확보하면서 순차적으로 획득할 수 있다. 즉 고품질 식용 결정소금에 Target을 맞추어, Table 3.6에 나타낸 바와 같이 ; (1)뻘, 산화철, 석고 석출까지의 농축 단계 (2)결정소금의 결정화 단계 (3)미네랄 성분의 석출단계 (4)잔류 용존 광물 용액 회수 단계의 4단계로 나누어 생각할 수 있으며, 수분은 각 단계에서 포화증기 상태로 증발되어 액화시켜 회수하면 된다. 각각의 단계에서 석출된 젖은 석고, 젖은 소금, 젖은 미네랄 및 잔류 용존 광물을 건조하면 건조된 고품질의 석고, 소금, 미네랄, 광물을 획득할 수 있다.



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Table 3.6 Divisions of new process stpes by applying sea resource



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Table 3.7에는 각 단계별에서 수분을 포함한 각 석출물의 각각의 무게와 무개비율에 대하여 상세히 기술하였다. 1단계를 R.O담수화 경우에 대하여 세분하면 담수화장치 출구까지의 담수생산단계와 소금 석출 직전의 포화농도단계까지로 나누어진다. 역삼투막식(R.O)담수화 설비 에서는 약 45.7%의 해수가 청수상태로 회수된다. 포화까지의 2단계에서는 약 42.3%의 수분이 수증기 상태로 증발한다. 그러므로 1단계 및 2단계까지의 분리 제거된 수분량은 총 88.0%가 되어 약 3.5%의 고형분을 제외하면 약 9.2%의 수분만이 남게 된다. 2단계에서는 뻘, 산화철, 석고 성분인 탄산칼슘(0.01g) 전부와 항산칼슘(0.10g)이 석출되고, 간수성분 중 극미량의 황산마그네슘(0,001g)과 염화마그네슘(0.003g)이 석출된다. 소금을 일본에서 개발한 전통적인 진공농축 소금 제조법은 3단의 진공증발농축장치를 이용하여 소금이 생산되면 원심분리를 통하여 작은 입자의 “가루소금”을 원심분리하여 회수한다. 그러나 본 연구에서 추구하는 소금은 한식문화에 맞는 결정소금의 제조이므로 포화해수를 유동상태가 아닌 정지상태에서 농축하여야 결정소금의 획득이 가능하다. 3단계에서 얻어진 석출물에는 중량비율로 소금이 93.8%(2.46g)의 소금 외에 황산칼슘이 0.03%(1.16g), 간수성분인 황산마그네슘이 1.50%(0.04g), 염화마그네슘이 2.92%(0.08g), 브롬화나트륨이 0.08%(0.002g), 염화칼륨이 0.51%(0.013)씩 섞여있다. 4단계에서는 미네랄이 얻어지는데 무게비율로 37.0%(0.11g)의 소금이 포함되며 나머지가 간수성분인 황산마그네슘, 염화마그네슘, 보롬화나트륨, 염화칼륨으로서 미네랄은 인간의 생리활동에 매우 중요하다. 액체로부터 미네랄이 석출되면 나머지 모액(액체) 용존 금속과 수분으로 이를 본 논문에서는 5단계의 용존 광물 석출단계라고 칭하였다. Table 3.8의 결과에 의하여 각 공정별의 염도, 비중 등을 요약하여 정리하면 결과적으로 Table 3.9과 같이 된다.



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Table 3.7 precipitate of weight and rate of weight from each steps including moisture



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Table 3.8 Divisions of sea water recycling process by adapting low temperature vacuum drying technology

진공 농축 공정 구분 염도(%) 비중 비고 (모액량 변화)

일반 해수 3.5 1.025 100 ton/day

농축 완료 단계 27.0 1.210 11 ton/day

소금 결정화 완료 50.0 1.268 2.0 ton/day

미네랄 석출 완료 50.0 1.302 0.2 ton/day

잔류 용존 광물액 - - ㅡ



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Table 3.9에는 한국의 천일염, 재제염, 용융염, 정제염, 기타염, 가공염의 품질기준을 나타내고 있다.(6) 이 표에서 보는 바와 같이 한국의 천일염에는 황산이온, 비소, 납, 카드늄, 수은, 페로시안화이온과 같은 인체에 유해한 성분의 혼압이 용납된다는 점이다. Table 3.10에는 태국 방콕에서 열린 세계 소금 품질대회에서 수상한 World best 10 소금과 Table 3.10에 제시한 소금의 품질규격 등을 표로 정리한 결과를 나타낸다. 이 표에서 보는 바와 같이 좋은 소금에는 인체유해성분이 거의 혼입되어 있지 않아야 되며, 함수율도 매우 낮음을 알 수 있다. 전술한 바와 같이 농축 단계별로 순차적으로 석출하면 인체에 유해한 중금속 성분들은 거의 혼입되지 않을 수 있음을 예상할 수 있다.



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Table 3.9 Quality basis of Korea table salt

항목 천일염 재제염 용융염 정제염 기타 염 가공염

일반성분

염화나트륨(%) 70.0 이상88.0 이상

88.0 이상

95.0 이상

88.0 이상

35.0 이상

총 염소(%) 40.0 이상54.0 이상

50.0 이상

58.0 이상

54.0 이상

20.0 이상

수분(%) 15.0 이하9.0 이하

4.0 이하

4.0 이하

9.0 이하

5.5 이하

불용분(%) 0.15 이하0.02 이하

3.0 이하

0.02 이하

0.15 이하 ―

사분(%) 0.2 이하 ―0.1 이하 ― ― ―

유해성분

황산이온(%) 5.0 이하5.0 이하

5.0 이하

0.4 이하

5.0 이하

5.0 이하

비소(mg/kg) 0.5 이하0.5 이하

0.5 이하

0.5 이하

0.5 이하

0.5 이하

납(mg/kg) 2.0 이하2.0 이하

2.0 이하

2.0 이하

2.0 이하

2.0 이하

카드늄(mg/kg) 0.5 이하0.5 이하

0.5 이하

0.5 이하

0.5 이하

0.5 이하

수은(mg/kg) 0.1 이하0.1 이하

0.1 이하

0.1 이하

0.1 이하

0.1 이하

페로시인화이온(g/kg) 불검출

0.01이하

0.01 이하

0.01 이하

0.01 이하

0.01 이하



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Table 3.10 Comparisons of table salt quality with the world best salt

소금 종류 수분H2O(%)석고Fe(mg/kg)

석고Ca(mg/kg)소금NaCl(%)

간수Mg(mg/kg)간수K(mg/kg)

유 해 성 분비소, As(mg/kg)

납, Pb(mg/kg)카드늄, Cd(mg/kg)

수은, Hg(mg/kg)본실험분석치

본 실험(부산항 해수) 4.52 - - 94.21 - -　 불검출 불검출 불검출 불검출

법규 KOREA, 천일염 기준 8.00 - - 80.00 - - 0.500 2.000 0.500 0.100

법규 CHINA, 천일염 기준 5.88 58.34 990.0 88.74 4,240 936.0 0.000 0.057 0.008 0.000

측정치 신안 천일염 9.04 24.48 1,296 81.75 9,645 3,465 0.000 0.142 0.005 0.000

World

Best-10

Table

Salt

이태리, 코마치오 천일염 4.43 80.57 1,406 90.00 1,576 613.0 0.001 0.002 불검출 불검출

이태리, 사보이아 원염 1.90 25.19 1,518 92.00 190.0 139.0 불�

disclaimerrepository.kmou.ac.kr/bitstream/2014.oak/9974/1/... · 2019-12-16 ·...

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