폐 초내열합금 염산침출 용액으로부터 Alamine304-1을 이용한 레늄의 용매추출분리 Solvent Extraction Separation of Re (VI) from Hydrochloric Acid Leaching Solution of Spent Super Alloy by Alamine 304-1원문보기
폐 초내열합금으로부터 침출된 염산용액에서 레늄을 회수하기 위하여 용매추출법을 이용한 레늄의 분리연구를 수행하였다. 용매추출공정을 통해 수상은 레늄이 용해된 합성용액을 사용하고 추출제의 종류 및 농도, 수상의 pH, HCl의 농도, 불순물의 영향을 조사하는 연구를 진행하였다. 레늄의 원료로 Ammonium perrhenate ((APR), Aldrich, $NH_4ReO_4$)을 사용하였고, 수상에 존재하는 레늄을 유기상으로 추출하기 위해 추출제는 음이온추출제인 Alamine304-1, 양이온추출제인 Cyanex272과 $D_2EHPA$를 사용하였다. 음이온추출제인 Alamine304-1 사용시 레늄의 추출율이 99% 이상 나타났으며 수상의 pH 는 0-2 사이에서 99% 추출되었다. Alamine304-1의 농도를 0.1, 0.5, 1 및 2%으로 조절하여 추출실험한 결과, 농도가 증가함에 따라 추출율이 증가한다. 레늄용액에 알루미늄, 코발트, 바나듐을 첨가하여 용매추출법에 의해 분리 실험한 결과 레늄은 99.8 %으로 추출되었으나 기타 금속들은 거의 추출되지 않았다.
폐 초내열합금으로부터 침출된 염산용액에서 레늄을 회수하기 위하여 용매추출법을 이용한 레늄의 분리연구를 수행하였다. 용매추출공정을 통해 수상은 레늄이 용해된 합성용액을 사용하고 추출제의 종류 및 농도, 수상의 pH, HCl의 농도, 불순물의 영향을 조사하는 연구를 진행하였다. 레늄의 원료로 Ammonium perrhenate ((APR), Aldrich, $NH_4ReO_4$)을 사용하였고, 수상에 존재하는 레늄을 유기상으로 추출하기 위해 추출제는 음이온추출제인 Alamine304-1, 양이온추출제인 Cyanex272과 $D_2EHPA$를 사용하였다. 음이온추출제인 Alamine304-1 사용시 레늄의 추출율이 99% 이상 나타났으며 수상의 pH 는 0-2 사이에서 99% 추출되었다. Alamine304-1의 농도를 0.1, 0.5, 1 및 2%으로 조절하여 추출실험한 결과, 농도가 증가함에 따라 추출율이 증가한다. 레늄용액에 알루미늄, 코발트, 바나듐을 첨가하여 용매추출법에 의해 분리 실험한 결과 레늄은 99.8 %으로 추출되었으나 기타 금속들은 거의 추출되지 않았다.
Solvent extraction experiments for the separation and recovery of Re from hydrochloric acid leaching solution of spent super alloy by Alamine 304-1 were carried out. The effects of some variables, such as the nature and concentration of the extractants, HCl concentration, and the presence of impurit...
Solvent extraction experiments for the separation and recovery of Re from hydrochloric acid leaching solution of spent super alloy by Alamine 304-1 were carried out. The effects of some variables, such as the nature and concentration of the extractants, HCl concentration, and the presence of impurities were investigated. The synthetic solutions of Re were prepared by dissolving ammonium perrhenate (APR), Alamine304-1, Cyanex272 and $D_2EHPA$ were used solvent extractants distilled in kerosene. The extraction percentage of Re by Alamine304-1 was higher than the other extractants as Cyanex272 and $D_2EHPA$ and the percentage is about 99%. Only 99% of Re was extracted in the presence of Al, Co and V in HCl solution.
Solvent extraction experiments for the separation and recovery of Re from hydrochloric acid leaching solution of spent super alloy by Alamine 304-1 were carried out. The effects of some variables, such as the nature and concentration of the extractants, HCl concentration, and the presence of impurities were investigated. The synthetic solutions of Re were prepared by dissolving ammonium perrhenate (APR), Alamine304-1, Cyanex272 and $D_2EHPA$ were used solvent extractants distilled in kerosene. The extraction percentage of Re by Alamine304-1 was higher than the other extractants as Cyanex272 and $D_2EHPA$ and the percentage is about 99%. Only 99% of Re was extracted in the presence of Al, Co and V in HCl solution.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 레늄이 미량(수십 ppm) 함유된 산 용액 중에서 용매추출법에 의해 레늄을 회수하는 최적조건을 조사하였다. 용매추출살험을 통해 추출 제의 종류 및 농도, 수상의 pH, HCl의 농도, 실험, 불순물 분리실험을 통하여 레늄 미량함유 염산용액으로부터 레늄을 회수하는 기초연구를 진행하였다.
제안 방법
5. 불순물인 알루미늄, 코발트, 바나듐을 첨가하여 분리 정도를 조사하였다. 레늄은 99.
실제 초내열합금으로 사용되는 레늄 합금에서 레늄을 회수하기 위해서는 레늄과 기타 금속 성분들을 분리가 중요하다. 레늄과 기타 금속이온간의 분리를 조사하기 위하여 용매추출실험을 진행하였다. 수상에 레늄 10 ppm (0.
레늄을 추출하는 최적의 추출제를 선정하고, pH와 추출제에 따른 레늄이 추출 거동의 여부를 알아보기 위하여, 수상의 pH를 1, 7, 13으로 조절하고 각각 5% Alamine304-1, Cyanex272 및 D2EHPA를 kerosine에 용해하여 제조한 유기상과 반응시켜 레늄의 추출거동을 조사하였다. 실험 조건은 수상과 유기상의 상비를 1:1로(Organic: 20 ml, Aqueous: 20 ml)하여, 반응시간은 30분간 교반하고 1시간이상 상온에서 정치시켰다.
레늄이 음이온추출제와 반응하였을 때 음이온교환 반응에 따라 염소 이온과 레늄은 착물을 형성하면서 레늄의 추출율이 증가하는 것을 확인하였으며 반응식 (2)와 (3)에 따라 거동함을 예상할 수 있다 반응식 (2)에서 금속이온과 추출제가 1:1로 반응함에 따라 최적의 추출제 농도를 조사하기 위해 추출제 농도를 변화하여 실험을 행하였다. 수상의 레늄 농도는 60 ppm 으로 일정하게 하고, HCl과 NaOH를 사용하여 수상의 pH를 2이하로 조절하여 실험에 사용하였다 추출제인 Alamine304-1의 농도는 0.
8-9) 이 반응식에 의해 레늄은 염소이온과 음이온착물인 HReO4Cl− 이온을 형성하기 때문에 음이온추출제인 Alamine304-1으로 목적성분인 레늄을 선택적으로 추출 하는 것으로 사료된다. 반응식 (2)와 (3)에서 알 수 있듯이 레늄의 용매 추출반응에는 염소이온의 영향을 받기 때문에 염소이온의 농도가 레늄의 추출에 미치는 영향을 알아보고자 HCl 1, 2, 4, 6 M 용액을 제조하여 레늄(60 ppm)을 용해시켜 염산 농도에 변화에 따른 레늄의 추출실험을 진행하였으며. 결과를 Fig.
제조된 수상과 추출제를 충분히 반응시킨 후 용액을 일정시간 이상 상온에서 정치하였다. 수상으로부터 유기상으로 레늄의추출율을 알아보고자 수상을 채취하여 수상의 레늄이온농도를 ICP (Perkin-Elmer, 9400)로 분석하였고, 유기상으로 추출된 레늄의 농도는 물질수지식(식 (1))을 이용 하여 수상에 존재하는 금속농도로부터 계산하였다.
레늄이 음이온추출제와 반응하였을 때 음이온교환 반응에 따라 염소 이온과 레늄은 착물을 형성하면서 레늄의 추출율이 증가하는 것을 확인하였으며 반응식 (2)와 (3)에 따라 거동함을 예상할 수 있다 반응식 (2)에서 금속이온과 추출제가 1:1로 반응함에 따라 최적의 추출제 농도를 조사하기 위해 추출제 농도를 변화하여 실험을 행하였다. 수상의 레늄 농도는 60 ppm 으로 일정하게 하고, HCl과 NaOH를 사용하여 수상의 pH를 2이하로 조절하여 실험에 사용하였다 추출제인 Alamine304-1의 농도는 0.1%에서 2%까지 변화시켰으며, O/A ratio를 1:1으로 반응하여 레늄의 추출 실험을 진행하였다.
그러므로 본 연구에서는 레늄이 미량(수십 ppm) 함유된 산 용액 중에서 용매추출법에 의해 레늄을 회수하는 최적조건을 조사하였다. 용매추출살험을 통해 추출 제의 종류 및 농도, 수상의 pH, HCl의 농도, 실험, 불순물 분리실험을 통하여 레늄 미량함유 염산용액으로부터 레늄을 회수하는 기초연구를 진행하였다.
용매추출에서 pH의 영향을 알아보기 위해 pH를 0, 0.5, 2 및 4로 변화시키면서 레늄의 용매추출 실험을 진행하였다 이때 추출제로 Alamine304-1과 Cyanex272를, 레늄 60 ppm 용해된 용액을 사용하였다 음이온추출제 Alamine304-1과 양이온 추출제인 Cyanex272를 사용하여 레늄의 추출율을 Fig. 5에 나타내었다. 5% Alamine304-1으로 반응시켰을 경우 pH 0, 0.
을 사용하였고, 수상에 존재하는 레늄을 유기상으로 추출하기 위해 추출제는 음이온추출제인 Alamine304-1, 양이온추출제인 Cyanex272과 D2EHPA를 사용하였다. 추출제와 등유(Kerosine)를 혼합하여 용매추출 실험을 진행하였고, 실험에 사용된 시약들은 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
레늄의 추출실험의 예비실험으로 추출제와의 선택성을 알아보기 위해 음이온 추출제 Alamine304-1과 양이온 추출제인 Cyanex272 및 D2EHPA를 사용하였다.
레늄함유 염산용액으로부터 용매추출을 통한 고순도 레늄 회수를 위해 레늄의 원료로 Ammonium perrhenate ((APR), Aldrich, NH4ReO4)을 사용하였고, 수상에 존재하는 레늄을 유기상으로 추출하기 위해 추출제는 음이온추출제인 Alamine304-1, 양이온추출제인 Cyanex272과 D2EHPA를 사용하였다. 추출제와 등유(Kerosine)를 혼합하여 용매추출 실험을 진행하였고, 실험에 사용된 시약들은 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
2013년 1월 기준으로 레늄의 가격은 약 ￦ 3,700/g으로 귀금속을 제외한 가장 비싼 금속 중의 하나이며, 2018년도에 레늄의 가격은 4,900/g 이상으로 가격이 더욱 상승할 것으로 예측된다.1) 레늄의 부존량의 희소성, 항공우주산업 및 미래첨단산업분야의 증가와 레늄 회수 기술의 비공개로 인해 가격은 지속적으로 오르고 있는 실정이며, 공급과 더불어 레늄이 필요한 산업 성장이 가격상승의 요인이 될 것으로 사료된다.
1. 염산용액중에서 추출제를 Alamine304-1, Cyanex272 및 D2EHPA 등으로 변화시켜 추출한 결과, 음이온추출 제인 Alamine304-1의 추출율이 99%로 가장 높게 나타났다.
5 M 이상에서 염소이온과 착물이 형성된다.10-11)그러므로 레늄과 알루미늄, 코발트 그리고 바나듐의 불순물이 함유되어 있는 수상을 pH 0.5으로 조절한 후음이온추출제인 Alamine304-1과 반응하였을 때 레늄추출율이 99% 이상으로 나타나며 기타 금속과의 분리율이 우수한 것을 확인하였다.
2. 수상의 pH를 0, 0.5, 2 및 4로 조절하여 레늄 추출시, pH 0에서 2까지 추출율이 각각 99.7%, 99.7%및 99%으로 추출되었으나 pH 4에서는 레늄이 추출되지 않았다.
3. 수상 중 HCl 농도 영향을 조사한 결과, HCl의 농도가 1-6 M일 때 레늄이 99%이상 추출되며 0에서는 추출되지 않는다.
4. 유기상 중 Alamine304-1의 농도가 증가함에 따라 추출율이 증가한다.
6에 수용액중의 염산농도 변화에 레늄의 추출율 변화를 나타내었다. 5% Alamine304-1과 반응시, 염산 농도 0M에서는 레늄이 추출되지 않았으마, 염산 농도 1, 2, 4 및 6M에서 레늄이 99%이상으로 추출되었다. 그러나 5% Cyanex272와 반응시켰을 경우, 염산의 농도 0~6M에서 레늄이 추출되지 않았다.
5) 첨단 산업의 발달로 레늄의 수요량이 증가하는데 반해 공급이 부족하여 가격은 급속히 상승하고 있다. 국내에서는 레늄회수 기술이 공개되어 있지 않기 때문에 대부분을 해외수입에 의존하고 있는 실정이다.
4에 추출제와 pH를 변화시켰을 때 유기상으로 추출된 레늄의 추출율을 나타내었다. Alamine304-1을 사용한 경우, pH 1에서 98%이상 추출되었으며, pH가 증가할수록 레늄의 추출율이 감소하다가 pH 13에서 약 40%로 증가하는 것을 알 수 있었다. Cyanex272 및 D2EHPA를 이용하여 추출한 경우, pH 13에서 65.
Fig. 7에 나타낸 바와 같이 Alamine304-1의 농도가 0.1%일 때 84% 이상의 레늄이 추출되었고, 추출제의 농도가 각각 0.5, 1 및 2%일 때 추출율은 각각 98.75, 99.82% 및 99.53%로 나타내었다. 그러므로 0.
53%로 나타내었다. 그러므로 0.5%이상의 Alamine304-1과 수상을 반응시켰을 때 추출율이 98% 이상으로 추출되는 것을 확인할 수 있었다. 레늄의 추출 정도는 추출제의 농도가 2% = 1% > 0.
그러나 5% Cyanex272와 반응시켰을 경우, 염산의 농도 0~6M에서 레늄이 추출되지 않았다. 따라서 미량레늄이 함유되어 있는 염산용액에서 염산의 농도가 1, 2, 4 및 6M일 때 양이온추출제인 Cyanex272 보다 음이온추출제 Alamine304-1를 사용하는 것이 레늄을 추출하는데 효과적임을 확인할 수 있었다.
5, 2, 4 범위에서 레늄이 추출되지 않았다. 따라서, pH 2이하인 산성용액에서는 Cyanex272 보다 Alamine304-1을 사용하였을 때 레늄이 98% 이상으로 추출되어 높은 추출율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
7% 추출되었다. 추출 결과, 알루미늄, 코발트 그리고 바나듐의 추출율은 레늄에 비해 현저히 낮은 것을 확인하였다. 일반적으로 알루미늄은 진한 염산용액에서 염소이온과 착물을 형성하지 않으며 코발트는 염산농도 4-10 M사이의 진한 용액에서 코발트는 주로 CoCl42−가 존재한다고 보고하고 있다9-10) 바나듐은 염산 농도 0.
후속연구
그러나 용매추출공정에 사용되는 추출제의 가격이 고가이고 사용 조건이 까다롭다는 단점이 있다. 용매추출공정을 실시할 경우 조건에 적합한 추출제를 사용해야 하며, 목적 성분의 회수율 향상을 위한 최적조건의 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레늄의 녹는점과 끓는점은?
현재 생산되어지고 있는 레늄의 대부분은 Mo을 정제할 때 부산물로 발생된다. 레늄의 녹는점(3,186o C)은 텅스텐(3,695o C)과 탄소 다음으로 높고, 끓는점(5,596o C)은 모든 원소 중에서 가장 높아 고온내열성을 가진 재료로 석유화학, 전자, 항공기, 의학 제련 등의 산업분야에 널리 이용되고 있다1)-2)
레늄의 원소번호 및 원소 기호는?
레늄(Rhenium)은 원자번호 75번의 원소이며 원소기호를 ‘Re’으로 나타낸다. 클라크 상수로는 81번째로 지각에 평균 1 ppb으로 희귀한 금속으로 산출량이 적어 가격이 비교적 고가이다(약 4 $/g).
레늄의 가격이 고가인 이유는 무엇인가?
레늄(Rhenium)은 원자번호 75번의 원소이며 원소기호를 ‘Re’으로 나타낸다. 클라크 상수로는 81번째로 지각에 평균 1 ppb으로 희귀한 금속으로 산출량이 적어 가격이 비교적 고가이다(약 4 $/g).1) 레늄은 지각중 약 0.
참고문헌 (11)
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