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베이어법으로 합성된 Al(OH)3에 함유된 미량 Na 성분의 제거
Removal of Sodium Contained in Al(OH)3 Synthesized by Bayer Process 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.18 no.1 = no.56, 2012년, pp.63 - 68  

최희영 (영남대학교 화학공학부) ,  김도형 (영남대학교 화학공학부) ,  박노국 (영남대학교 화학공학부) ,  이태진 (영남대학교 화학공학부) ,  강미숙 (영남대학교 화학과) ,  이원근 (티피에스) ,  김헌덕 (티피에스) ,  박준우 (티피에스)

초록
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본 연구에서는 베이어공정에 의해서 수산화알루미늄($Al(OH)_3$)을 합성하였으며, 고순도 알루미나를 합성하기 위하여 염산 및 초산과 같은 산성용액을 사용하여 $Al(OH)_3$에 함유된 나트륨을 제거하였다. 호주의 퀸즐랜드 주에서 생산된 보크사이트가 베이어공정에 의해 알루미나를 합성하기 위해 사용되었으며, 보크사이트는 attrition mill을 이용하여 10 ${\mu}m$ 이하의 분말로 분쇄하여 사용되었다. 보크사이트에 함유된 알루미나 성분을 용출하기 위하여 분쇄된 보크사이트를 5 N의 NaOH 수용액으로 처리하였으며, 고압반응기 내에서 보크사이트로부터 알루미나의 용출은 $140^{\circ}C$, 3.4 atm에서 수행되었다. 용출 후 고체시료인 레드 머드는 여과에 의해서 액체시료와 분리되었다. 보크사이트와 여과된 레드 머드에 함유된 알루미늄 함량과 구조변화를 XRD와 EDX로 분석하였다. 또한 분리된 용액에 함유된 알루미나는 씨드 물질로 사용된 $Al(OH)_3$의 첨가에 위해서 $Al(OH)_3$로 결정화되었다. 결정화 과정에서 얻어진 $Al(OH)_3$는 증류수에 의해서 수차례 수세과정으로 정제되었다. 또한 산성 용액에 의해서 $Al(OH)_3$에 함유된 나트륨이 제거되는 것을 확인되었다. $Al(OH)_3$ 분말의 순도는 물에 의한 세정으로 99.3%로 생산되었고, 산 처리에 의해서 나트륨의 함량은 약 0.009% 정도로 감소되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, aluminum hydroxide ($Al(OH)_3$) was synthesized by Bayer process and sodium contained in $Al(OH)_3$ was removed with the acid solution such as HCl and acetic acid for the synthesis of high purity alumina. The bauxite produced in Queensland of Australia was used f...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 8%의 Na가 제거된 것이라 할 수 있으며, 산 처리에 의해서 수산화알루미늄에 함유된 Na를 제거할 수 있음을 의미하는 중요한 결과라 할 수 있다. 그러나 여전히 사파이어 합성을 위한 원료로 사용하기에 부적합한 상태이므로, 본 연구에서는 초산을 사용하여 Na를 제거하고자 하였다. 수산화알루미늄 시료에 함유된 Na성분을 초산과 반응시켜 초산나트륨으로 전환시킬 수 있다면 더욱 큰 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
  • 그럼에도 불구하고 여전히 베이어법으로 얻어진 알루미나 또는 수산화알루미늄의 정제는 수세처리 외에 상세한 실험결과들이 보고된 문헌을 찾기 어렵다. 그러므로 본 연구에서는 상용 알루미나 합성공정의 개선으로부터 고순도 알루미나 합성이 가능하도록 베이어 수산화알루미늄의 정제기술을 개발하고자 하였으며, 산처리 과정에서 초산이 적용되었다.
  • 본 연구에서는 베이어법에 의해 수산화알루미늄을 합성하였으며, 수산화알루미늄에 함유된 미량의 나트륨 성분을 제거하여 수산화알루미늄의 소성으로부터 얻어진 알루미나를 사파이어 합성을 위한 원료로 사용할 수 있도록 하고자 하였다. 베이어법에서 보크사이트에 함유된 알루미나 성분을 용출하기 위하여 사용되는 수산화 나트륨의 농도를 높이거나 Al2O3/ Na2O의 비를 낮추어 알루미나의 용출량을 증가시킬 수 있다.
  • 본 연구에서는 베이어법으로 합성된 수산화알루미늄을 수세 및 산으로 처리하여 나트륨 성분을 제거하고자 하였다. 우선 베이어법으로 수산화알루미늄을 제조하기 위한 최적 조건을 확인하고, 결정화 과정에서 얻어진 수산화알루미늄에 함유된 나트륨 성분을 제거하기 위하여 수세과정을 거쳤다.
  • 우선 베이어법으로 수산화알루미늄을 제조하기 위한 최적 조건을 확인하고, 결정화 과정에서 얻어진 수산화알루미늄에 함유된 나트륨 성분을 제거하기 위하여 수세과정을 거쳤다. 수세한 수산화알루미늄을 산으로 처리한 후 나트륨 성분의 함량을 조사 하여 적합한 산을 선택하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
베이어법으로 생산된 알루미나에 나트륨이 함유된 이유는? 베이어법으로 생산된 알루미나의 순도는 대략 99.8% 수준인데, 진한 수산화나트륨을 이용하여 알루미늄성분을 용출하기 때문에 부득이하게 최종 생성물인 알루미나에도 나트륨이약 0.2% 수준으로 함유된다[11]. 미량 함유된 나트륨은 알루미나를 원료로 사파이어 단결정을 성장시킬 경우, 단결정 내의 결함과 더불어 불순물이 되어 사파이어의 순도에 영향을 미치게 된다.
사파이어 합성을 위한 고순도 알루미나의 합성에 상당한 영향을 미칠 것으로 판단되는 방법은 무엇인가? 그러나 결정화로 생성된 수산화알루미늄에 함유된 나트륨의 함량이 증가될 수 있으므로 나트륨을 제거하기 위하여 산으로 처리한 결과, 초산이 매우 높은 나트륨 제거 특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 초산으로 처리하여 베이어법으로 합성된 수산화알루미늄에 함유된 나트륨 성분을 간단히 제거할 수 있다면, 사파이어 합성을 위한 고순도 알루미나의 합성에 상당한 영향을 미칠 것으로 판단된다. 또한 사파이어 시장의 변화에 영향을 미칠 것으로 사료된다.
베이어법에서 최종 생성물인 알루미나를 생산하는 과정은? 베이어법은 알루미늄 용출과정, 레드 머드 분리과정, 수산화알루미늄 결정화과정, 소성과정으로 구성되어 있다[1-10]. 용출과정에서 보크사이트에 함유된 알루미늄 성분을 진한 수산화나트륨용액으로 용출한 후 레드 머드(red mud)와 분리하면 액상의 알루민산나트륨을 얻을 수 있는데, 이 용액에 수산화알루미늄을 결정화 씨드(seed)로 사용하여 수 산화알루미늄을 결정을 형성시킨다. 성장된 수산화알루미늄 결정은 로타리 키른에서 소성하여 최종 생성물인 알루미나를 생산한다.
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참고문헌 (12)

  1. Alamdari, A., Raper, J. A., and Wainwright, M. S., "A Model for Aluminium Trihydrate Crystallization from Pure and Impure Solutions," Light Metals, 133-139 (1988). 

  2. Wainwright, M. S., Cant, N. W., and Grocott, S. C., "Adsorption of Hydroxy Organic Compounds on Alumina Trihydrate," Light Metals, 39-45 (1994). 

  3. Halawy, S. A., Mohamed, M. A., and Zaki, M. I., "A Novel Synthesis of High-area Alumina via $H_{2}O_{2}$ Precipitation of Boehmite from Sodium Aluminate Solutions," J. Chem. Technol. and Biotechnol., 72, 320-328 (1998). 

  4. Filippou, D., and Paspaliaris, I., "From Bayer Liquors to Boehmite and then to Alumina: an Alternative Route for Alumina Production," Light Metals, 119-123 (1993). 

  5. Kontopoulos, A. D., Coppieters, A., Panou, G., Kalaitzoglou, K., Paspaliaris, I., Rigas, G., Ballas, D., Panias, D., and Skoufadis, C., "Process for Production of Monohydrate Alumina from Supersaturated Aluminate Solutions," World Patent No. WO 9858876. 

  6. Misra, C., and Shivakumar, T. J., "Boehmite Production by Precipitation from Sodium Aluminate Solution at Elevated Temperatures," U.S. patent No. 4,595,581 (1986). 

  7. Nielsen, K., "The Pedersen Process: an Old Process in New Light" Erzmetall, 31(11), 523-525 (1978). 

  8. Panias, D., Paspaliaris, I., Amanatidis, A., Schmidt, H. W., and Hollnagel, A. l., "Boehmite Process: an Alternative Technology in Alumina Production," Light Metals, 97-103 (2001). 

  9. Panias, D., and Paspaliaris, I., "Boehmite Process: a New Approach in Alumina Production," Erzmetall, 56(2), 75-80 (2003). 

  10. Skoufadis, C., Panias, D., and Paspaliaris, I., "Kinetics of Boehmite Precipitation from Supersaturated Sodium Aluminate Solutions," Hydrometallurgy, 68, 57-68 (2003). 

  11. Barakat, M. A., El-Sheikh, S. M., and Farghly, F. E., "Regeneration of Spent Alkali from Aluminum Washing Original Research Article," Separation and Purification Technol., 46(3), 214-218 (2005). 

  12. Baek, H. N., "A Study on the Development of Preparation Technology of High-tech Ceramics Powders", Korea Research Institute of Chemical Technology, Report No. 89-10-0371-00-00, 1990. 

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