티오요소 용출용액에 Fe 분말을 첨가하여 silver를 침전법으로 회수하고자하였다. Fe 분말 첨가량, 교반속도, 온도 등과 같은 변수들을 조사하였다. Silver 침전율은 Fe 분말 첨가량, 교반속도 그리고 온도가 증가할수록 증가하였다. 가장 많은 silver 침전율이 나타나는 조건은 Fe 분말 첨가량이 10 g일 때, 교반속도가 500 rpm일 때 였다. Silver 침전율은 Arrhenius 공식에 따라 온도가 증가할수록 증가하였으며, 1차-반응식에 준하여 일어났다. 이들 자료로부터 구한 활성 에너지는 13.73 KJ/mol에서 17.02 KJ/mol이였다. 침전물에 대하여 XRD분석을 수행한 결과 침철석이 검출되었다. 이는 $Fe^0$ 분말 첨가로 인하여 티오요소 용액에서 산화-환원반응이 일어났음을 지시해주는 것이다.
티오요소 용출용액에 Fe 분말을 첨가하여 silver를 침전법으로 회수하고자하였다. Fe 분말 첨가량, 교반속도, 온도 등과 같은 변수들을 조사하였다. Silver 침전율은 Fe 분말 첨가량, 교반속도 그리고 온도가 증가할수록 증가하였다. 가장 많은 silver 침전율이 나타나는 조건은 Fe 분말 첨가량이 10 g일 때, 교반속도가 500 rpm일 때 였다. Silver 침전율은 Arrhenius 공식에 따라 온도가 증가할수록 증가하였으며, 1차-반응식에 준하여 일어났다. 이들 자료로부터 구한 활성 에너지는 13.73 KJ/mol에서 17.02 KJ/mol이였다. 침전물에 대하여 XRD분석을 수행한 결과 침철석이 검출되었다. 이는 $Fe^0$ 분말 첨가로 인하여 티오요소 용액에서 산화-환원반응이 일어났음을 지시해주는 것이다.
In order to apply the silver cementation method using Fe powder from pregnant thiourea leaching solution. Parameters such as the amount of Fe powder addition, agitation speed, and temperature were investigated. The silver cementation rate was increased by the increasing of Fe powder addition, agitat...
In order to apply the silver cementation method using Fe powder from pregnant thiourea leaching solution. Parameters such as the amount of Fe powder addition, agitation speed, and temperature were investigated. The silver cementation rate was increased by the increasing of Fe powder addition, agitation speed, and temperature. The highest silver cementation rate was found when the addition of Fe powder was 50 g/L at the agitation speed of 500 rpm. The silver cementation rate increase with increasing temperature according to the Arrhenius equation and obeys $1^{st}$ order kinetics. The activation energy from the kinetics data was found to be between 13.73 KJ/mol and 17.02 KJ/mol. In the XRD analysis, goethite was detected in the precipitate of the thiourea leach solution. This indicates that an oxidation-reduction reaction had occurred in the thiourea solution due to the addition of the Fe powder.
In order to apply the silver cementation method using Fe powder from pregnant thiourea leaching solution. Parameters such as the amount of Fe powder addition, agitation speed, and temperature were investigated. The silver cementation rate was increased by the increasing of Fe powder addition, agitation speed, and temperature. The highest silver cementation rate was found when the addition of Fe powder was 50 g/L at the agitation speed of 500 rpm. The silver cementation rate increase with increasing temperature according to the Arrhenius equation and obeys $1^{st}$ order kinetics. The activation energy from the kinetics data was found to be between 13.73 KJ/mol and 17.02 KJ/mol. In the XRD analysis, goethite was detected in the precipitate of the thiourea leach solution. This indicates that an oxidation-reduction reaction had occurred in the thiourea solution due to the addition of the Fe powder.
1단계 및 2단계 침전반응에서 얻은 각각의 반응상수(rate constant, k)에 대한 LnK 값과 반응온도에 대한 역수(절대온도) 값을 이용하여 관계도를 작도하였다(Fig. 6). Fig.
Ag 용출율이 91.37%인 용출용액 200 ml에 Fe 분말(powder)을 무게별로 첨가하여 침전실험을 수행하였다. Fe를 첨가하고 Ag 침전반응이 진행되는 동안 용출용액 1.
Ag가 최대로 용출되는 티오요소 용출 인자로 삼조광업의 소성정광에 대하여 용출실험을 수행하였다. 그 결과 Ag 용출율이 91.
채취된 용액의 Ag 함량을 AAS로 각각 측정하였다. Ag가 최대로 침전되는 Fe 첨가량을 결정하고, 이 Fe 첨가량에서 교반속도에 따른 Ag 침전반응 실험을 수행하였다. Ag가 최대로 침전되는 교반속도에서 다시 pH 변화에 따른 침전반응 실험을 수행하여 Ag가 최대로 침전되는 pH를 결정하였다.
Ag가 최대로 침전되는 Fe 첨가량을 결정하고, 이 Fe 첨가량에서 교반속도에 따른 Ag 침전반응 실험을 수행하였다. Ag가 최대로 침전되는 교반속도에서 다시 pH 변화에 따른 침전반응 실험을 수행하여 Ag가 최대로 침전되는 pH를 결정하였다. 마지막으로 온도변화에 따른 Ag 침전율을 결정하였다.
Ag가 최대로 침전되는 교반속도에서 다시 pH 변화에 따른 침전반응 실험을 수행하여 Ag가 최대로 침전되는 pH를 결정하였다. 마지막으로 온도변화에 따른 Ag 침전율을 결정하였다. Ag 침전반응이 종료된 후, 침전물을 0.
충북 괴산군 장연면 추정리 삼조광업에서 정광(concentrate)을 제공 받았고, 정광(200 mesh)을 750℃에서 2시간 동안 소성시켜 용출실험에 사용하였다. 소성정광 100 g, 아황산나트륨(sodium sulfite, Na2SO3) 0.0252 g/l, 티오요소(thiourea, NH2SNNH2) 0.8 g/l, 황산제2철(ferric sulfate, Fe2(SO4)3) 0.425 g/l을 1000 ml 증류수에 혼합하고 황산(H2SO4)으로 pH 0.8로 조정하였다. 중복실험(duplicate)으로 60℃에서 120분 동안 용출실험을 수행하여 Ag 용출율이 91.
75 g을 heating block에서 왕수로 1시간 동안 분해하였다. 왕수분해 용액, 용출용액, 침전용액의 Ag 함량을 각각 원자흡광분광기(atomic absorption spectrophotometry, AAS, AA7000, Shimadzu, Japan)에서 측정하였다. 0.
(1998)은 1단계 침전반응과 2단계 침전 반응에 의한 것으로 해석하였다. 이들은 반응초기에, 첨가한 금속 입자 표면에 유용금속 이온이 매우 빠르게 환원-침전되어 유용금속 피막을 형성하는 1단계, 그리고 피막 표면 위에 유용금속이온이 천천히 환원-침전되는 2단계로 해석하였다. 따라서 Fig.
8로 조정하였다. 중복실험(duplicate)으로 60℃에서 120분 동안 용출실험을 수행하여 Ag 용출율이 91.37%인 용출용액 2000 ml을 얻었다(이하 용출용액, Fig. 1).
0 ml를 시간별로 채취하였다(이하 침전용액). 채취된 용액의 Ag 함량을 AAS로 각각 측정하였다. Ag가 최대로 침전되는 Fe 첨가량을 결정하고, 이 Fe 첨가량에서 교반속도에 따른 Ag 침전반응 실험을 수행하였다.
침전실험에 사용하기 전 Fe 분말에 대하여 그리고 Fe 분말을 첨가하여 60℃로 침전실험을 수행하여 얻은 침전물에 대하여 XRD분석을 수행하였다(Fig. 7). 실험 전의 Fe 분말에서 철(iron, JCPDS No.
티오요소 용출용액에 용해되어 있는 Ag 이온을 Fe 분말을 첨가하여 침전법으로 회수하고자하였다. Ag 침전율은 Fe 첨가량이 증가할수록, 교반속도가 증가할수록 그리고 반응온도가 증가할수록 증가하였다.
대상 데이터
충북 괴산군 장연면 추정리 삼조광업에서 정광(concentrate)을 제공 받았고, 정광(200 mesh)을 750℃에서 2시간 동안 소성시켜 용출실험에 사용하였다. 소성정광 100 g, 아황산나트륨(sodium sulfite, Na2SO3) 0.
데이터처리
이와 같이 10분 이내에 Ag 침전이 매우 빠르게 일어나는 반응은 1단계 침전반응으로 판단된다. 따라서 1단계 침전반응 즉, 10분 동안 일어난 Ag 농도 대 반응시간을 작도한 결과(Fig. 5b) 기울기가 가파른 반응상수(rate constant)와 상관계수(correlation coefficient)를 얻었다. 그리고 2단계 침전반응 즉, 반응시간 10분 이후부터 70분 동안 일어난 Ag 농도 대 시간을 작도한 결과(Fig.
이론/모형
일반적으로 온도변화에 따른 반응속도상수를 설명할 때 아레니우스 공식(Arrhenious equation)을 사용한다.
성능/효과
200 ml 용출용액에 10 g의 Fe 분말을 첨가하고 교반 없이 70분이 경과했을 때 Ag 침전율이 99.27%로 나타났다(Fig. 2). 그리고 72시간이 경과된 후, 침전물에 대하여 SEM 관찰을 수행한 결과 원형 형태의 구체(sphere)들이 관찰되었다(Fig.
7a). 60℃에서 침전실험을 수행하여 얻은 침전물에 대하여 XRD분석을 수행한 결과 침철석(goethite, JCPDS No, 29-713)에 해당되는 회절선들이 관찰되었다(Fig. 7b). 이 침전물은 Ag 침전율이 99.
37%인 용출용액 2000 ml을 얻었다. Ag 용출율이 91.37%인 용출용액 200 ml에 대하여 Fe 분말을 농도별로 첨가하여 Fe 농도별로, 교반 속도별로 그리고 온도별로 Ag 침전실험을 수행한 결과 Fe 첨가량이 증가할수록, 교반속도가 증가할수록 그리고 반응온도가 증가할수록 Ag 침전율이 증가하였다. 이는 용출용액에 용해되어 있는 Ag 이온이 첨가하는 Fe 농도에 따라, 교반속도 증가에 따라 그리고 반응온도 증가에 따라 지수적으로 제거되어 침전되기 때문이다.
티오요소 용출용액에 용해되어 있는 Ag 이온을 Fe 분말을 첨가하여 침전법으로 회수하고자하였다. Ag 침전율은 Fe 첨가량이 증가할수록, 교반속도가 증가할수록 그리고 반응온도가 증가할수록 증가하였다. 최대 Ag 침전율이 얻어지는 조건은 Fe 분말을 10 g(99.
8). Fig. 8a에 대한 원형 구체 표면에 대하여 EDS 분석한 결과 O(73.36 atomic %), Al(1.22), S(5.81), Cr(0.59) 및 Fe(19.02)이, Fig. 8b의 원형 구체의 표면은 O(66.85 atomic %), Al(2.29), S(6.22), Cr(0.73) 및 Fe(23.91)이 그리고 Fig. 8c의 원형 구체 표면은 O(71.27 atomic %), Al(1.19), S(5.04), Fe(22.50) 등이 검출되었다. 이들 원형 구체 표면에 대한 EDS 분석 결과 Ag는 검출되지 않았다.
3). 교반속도에 따른 Ag 침전율은 0 rpm일 때 99.18%, 100 rpm일 때 99.42%, 300 rpm일 때 99.45% 그리고 500 rpm 일 때 99.49%를 얻었다. 교반속도에 따른 Ag 침전율이 크게 차이가 나타나지 않았지만 교반속도가 증가하면 Ag 침전율이 증가하였다.
5b) 기울기가 가파른 반응상수(rate constant)와 상관계수(correlation coefficient)를 얻었다. 그리고 2단계 침전반응 즉, 반응시간 10분 이후부터 70분 동안 일어난 Ag 농도 대 시간을 작도한 결과(Fig. 5c) 기울기가 완만한 반응상수와 상관계수를 얻었다. 각각의 반응상수와 상관계수를 Table 1에 정리하였다.
27%를 얻었다. 대부분 Ag 침전반응은 침전실험 10분만에 완료되었으며, Fe 첨가량이 증가할수록 Ag 침전율이 증가하였다. Fe 분말 첨가량이 증가하면 Ag 침전율이 증가하는 이유는 Fe 첨가량이 증가하면 Ag가 침전될 수 있는 표면적이 증가하기 때문이다.
73 KJ/mol로 나타났다. 따라서 본 침전실험에서 얻은 활성 에너지는 13.73 KJ/mol에서 17.02 KJ/mol 범위로서 비교적 낮은 활성 에너지이다. 5~20 KJ/mol과 같이 낮은 범위의 활성 에너지는 물질 운반(mass transport)이 경계층(boundary layer) 혹은 product layer를 확산을 통해 통제되고 40~ 400 KJ/mol과 같이 비교적 큰 활성 에너지는 표면에서 일어나는 화학적 반응에 의하여 물질 이동이 통제되는 것으로 알려져 있다(Prosser, 1996; Alkan and Dogan, 2004).
삼조광업 정광의 Ag를 친환경적인 티오요소 용매로 91.37% 용출시켰으며, 또한 이용출용액에 용해되어 있는 Ag 이온을 Fe 분말을 첨가하여, 즉 간단한 조작과 저렴한 경비가 소요되는 침전법으로 매우 높은 Ag 침전율을 얻었다. 향후, Ag 침전율은 물론 Au 침전율을 향상시킬 수 있는 금속 분말에 대한 연구와 이와 관련된 침전속도반응(cementation kinetic process)에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
후속연구
37% 용출시켰으며, 또한 이용출용액에 용해되어 있는 Ag 이온을 Fe 분말을 첨가하여, 즉 간단한 조작과 저렴한 경비가 소요되는 침전법으로 매우 높은 Ag 침전율을 얻었다. 향후, Ag 침전율은 물론 Au 침전율을 향상시킬 수 있는 금속 분말에 대한 연구와 이와 관련된 침전속도반응(cementation kinetic process)에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
침전법이란 무엇인가?
용출용액에 이온 상태로 용해되어 있는 gold와 silver를 Pb나 Zn과 같은 금속을 첨가하면 gold가 금 속 형태로 침전된다. 이를 침전(cementation)법이라 한다.
Ag 이온의 침전반응의 활성에너지가 낮은 이유는 무엇인가?
02 KJ/mol 범위로 나타났다. 이와 같이 비교적 낮은 활성 에너지는 Ag 침전이 확산으로 이동되기 때문이며, 이는 교반속도가 증가해도 Ag 침전반응이 느리게 증가하는 것과 일치한다. 침전물에 대한 XRD분석에서 침철석이 관찰되고 있어 티오요소 용액에서 가 침철석으로 산화되고 동시에 이온이 으로 환원-침전되었음을 지시해 준다.
산화-환원반응에 의하여 금속이 침전(환원)될 수 있는 조건은 무엇인가?
산화-환원반응에 의하여 금속이 침전(환원)될 수 있는 조건은, 환원되는 금속과 산화(용해)되는 금속 사이의 표준전극전위(standard electrode potential, E o) 차이가 0.36 V 이상 되어야 한다(Power and Ritchie, 1976). Zn0이 Zn2+으로 그리고 Fe0가 Fe2+로 산화될 때, 각각의 표준전극전위는 Zn2+/Zn=-0.
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