본 연구는 제강슬래그로부터 인성분을 추출하여 농업용 비료의 자원으로서 사용하기 위한 침출공정을 연구하였다. 일반적으로 제강 슬래그에 함유되어 있는 인성분은 $C_2S-C_3P$상에 고용되어 있고, 이 고용체는 슬래그 내의 free-CaO 다음으로, 다른 상들보다 수용해성이 크다. 본 실험에서는 다원계 슬래그를 이용하여, 다양한 원소들의 용해거동에 미치는 pH의 영향을 알아보았다. 낮은 pH에서 제강슬래그로부터 수용액 중 Ca, Si, P, Fe의 농도는 증가되었다. pH가 3인 경우, 수용액 중 P 이온의 농도는 시간에 따라 감소하였고, P이온과 Fe이온과의 침전 반응을 감소 원인으로 고찰하였다.
본 연구는 제강슬래그로부터 인성분을 추출하여 농업용 비료의 자원으로서 사용하기 위한 침출공정을 연구하였다. 일반적으로 제강 슬래그에 함유되어 있는 인성분은 $C_2S-C_3P$상에 고용되어 있고, 이 고용체는 슬래그 내의 free-CaO 다음으로, 다른 상들보다 수용해성이 크다. 본 실험에서는 다원계 슬래그를 이용하여, 다양한 원소들의 용해거동에 미치는 pH의 영향을 알아보았다. 낮은 pH에서 제강슬래그로부터 수용액 중 Ca, Si, P, Fe의 농도는 증가되었다. pH가 3인 경우, 수용액 중 P 이온의 농도는 시간에 따라 감소하였고, P이온과 Fe이온과의 침전 반응을 감소 원인으로 고찰하였다.
In this study, leaching process to extract phosphorus from the steelmaking slag was investigated for using the fertilizer resources of agriculture. In general, the phosphorus of steelmaking slag is formed as $C_2S-C_3P$ solid solution, and also, this solid solution is soluble in water mor...
In this study, leaching process to extract phosphorus from the steelmaking slag was investigated for using the fertilizer resources of agriculture. In general, the phosphorus of steelmaking slag is formed as $C_2S-C_3P$ solid solution, and also, this solid solution is soluble in water more than the other phase in slag, and less than free CaO phase. In the present experiment, the influence of pH on the leaching behavior of various elements from the steelmaking slag was investigated by using multi-component steelmaking slag. When the pH was decreased, the concentration of Ca, Si, P and Fe in solution from the steelmaking slag was increased. Furthermore, at a pH of 3, the concentration of P ion in solution was decreased as leaching time increased. It is considered that the decrement of P was caused from the precipitation reaction between P ion and Fe ion in solution.
In this study, leaching process to extract phosphorus from the steelmaking slag was investigated for using the fertilizer resources of agriculture. In general, the phosphorus of steelmaking slag is formed as $C_2S-C_3P$ solid solution, and also, this solid solution is soluble in water more than the other phase in slag, and less than free CaO phase. In the present experiment, the influence of pH on the leaching behavior of various elements from the steelmaking slag was investigated by using multi-component steelmaking slag. When the pH was decreased, the concentration of Ca, Si, P and Fe in solution from the steelmaking slag was increased. Furthermore, at a pH of 3, the concentration of P ion in solution was decreased as leaching time increased. It is considered that the decrement of P was caused from the precipitation reaction between P ion and Fe ion in solution.
P 고용체의 선택적 침출의 가능성은 밝혀졌으나, 아직까지 다원계 슬래그의 침출 거동은 보고가 없다. 본 연구에서는 조업 슬래그를 사용하여 Ca, Si, P, Fe의 침출 거동에 미치는 pH의 영향을 조사하였고, pH 가 3일 때의 수용액에서의 P와 Fe 반응을 고찰하였다.
제안 방법
1. 인성분 함유량이 높은 철강 슬래그의 수용액에서 Ca, Si, Fe, P의 거동에 대해서 조사하였다. 낮은 pH에서 Ca 이온과 Si 이온의 용해 농도는 높아졌다.
여러 원소의 침출 거동을 확인한 결과, 슬래그에서 Phosphorus를 선택적으로 제거 및 회수하기 위해서는, 낮은 pH 상태가 필요하다. pH 3일 때, 용해되었던 P의 농도가 Fe 이온의 증가와 함께 감소하므로, 본 연구에서는 침전 반응에 기반하여 Fe 이온과 P 이온의 관계에 주목하여 Fig. 7과 같이 pH 3에서 수용액내 두 이온 간의 반응성을 평가하였다.
pH조절을 위해 pH 3의 실험에서는 이온교환수와의 체적비가 10 : 1 (= H2O : HNO3)인 용액을 사용하였고, pH 7의 경우에는 체적비가 50:1인 용액을 사용하였다. pH에 대한 시간의 변화에 따라, 주사기로 채취된 수용액은 ICP-AES를 이용하여 분석하였다. 침출 실험은120 ~ 180분간 진행되었다.
대상 데이터
본 연구에서는 인 함유량이 높은 슬래그로 만들어진 일본 회사의 상용 비료를 사용하였고, Table 1에 슬래그 비료의 조성을 나타내었다. Others는 MnO, MgO, Al2O3등의 조성을 포함한다.
성능/효과
2. pH 3의 경우, P 이온의 농도는 침출 공정의 초기에 최댓값으로 증가하였다가 슬래그에서 Fe가 용해되기 시작하면서 감소하였다. P 이온의 감소는 Fe 이온의 증가로 인한 FePO4·2H2O의 생성 때문인 것으로 판단된다.
낮은 pH에서 Ca 이온과 Si 이온의 용해 농도는 높아졌다. Fe와 P는 pH에 따라 다른 용해 거동을 보였다.
pH 3의 경우, P 이온의 농도는 침출 공정의 초기에 최댓값으로 증가하였다가 슬래그에서 Fe가 용해되기 시작하면서 감소하였다. P 이온의 감소는 Fe 이온의 증가로 인한 FePO4·2H2O의 생성 때문인 것으로 판단된다.
인성분 함유량이 높은 철강 슬래그의 수용액에서 Ca, Si, Fe, P의 거동에 대해서 조사하였다. 낮은 pH에서 Ca 이온과 Si 이온의 용해 농도는 높아졌다. Fe와 P는 pH에 따라 다른 용해 거동을 보였다.
후속연구
따라서, 제강슬래그에서 침출공정으로 인 성분을 추출하기 위해서는 수용액의 Fe2+이온과 P 이온의 침출 반응을 제어할 필요가 있고, 산화 분위기에서 슬래그의 FeO를 Fe2O3로 변화시키는 열처리 또는 수용액의 전위를 바꾸어 Fe2+를 Fe3+로 변화시키는 처리법도 고려할 수 있다. 본 연구의 결과를 바탕으로 pH이외에도 수용액의 산화환원전위를 제어하여 철강 슬래그 중 인(Phosphorus) 추출을 위한 침출공정을 개발할 수 있다고 기대된다.
본 연구의 결과를 바탕으로 pH이외에도 수용액의 산화환원전위를 제어하여 철강 슬래그 중 인(Phosphorus) 추출을 위한 침출공정을 개발할 수 있다고 기대된다. 또한, 본 연구와 연계하여 실험에서 사용한 수용액에서, 인(Phosphorus)을 추출하여 인산염 비료 등의 자원으로 활용하는 연구도 기대할 수 있다.
로 변화시키는 처리법도 고려할 수 있다. 본 연구의 결과를 바탕으로 pH이외에도 수용액의 산화환원전위를 제어하여 철강 슬래그 중 인(Phosphorus) 추출을 위한 침출공정을 개발할 수 있다고 기대된다. 또한, 본 연구와 연계하여 실험에서 사용한 수용액에서, 인(Phosphorus)을 추출하여 인산염 비료 등의 자원으로 활용하는 연구도 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 인성분은 연간 얼마가 소비되는가?
국내에서 인성분은 연간 380kt이 소비되며 이는 모두 수입에 의존하고 있다. 제강슬래그 중 손실되는 인성분의 양은 연간 35.
일본에서 P에 대한 자원흐름도(material flow diagram)에서 인 자원과 관련하여 두 가지 중요한 사실은 무엇인가?
Matsubae 등의 보고1)에 의하면 일본에서 P에 대한 자원흐름도(material flow diagram)에서 인 자원과 관련하여 두 가지 중요한 사실을 밝혀냈다. 첫째, 인성분은 사람과 토양에 의해 소비 되고, 이미 소비된 인성분은 비료로 재활용할 수가 없다. 둘째, 인산염광석이 인산염 비료의 유일한 천연자원 이라는 것이며, 연간 소비되는 인산염광석의 인 함유량과 제강슬래그로써 버려지는 인의 양이 자원흐름도(material flow)를 통해 거의 같다는 것을 보고하였다.
일반적으로 제강 슬래그의 CaO/SiO2는 얼마인가?
슬래그 장입 후에 pH는 10 ~ 11 정도로 급격히 증가하였다. 일반적으로 제강 슬래그의 CaO/SiO2는2 ~ 4로 알려져 있고, free-CaO를 함유하고 있다.Fig.
참고문헌 (14)
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