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[국내논문] UV 분광법을 이용한 중유회 용출액으로부터 바나듐의 선택적 회수 조건
A Selective Recovery Condition of Vanadium from Fly Ash Leach Liquor by UV-Spectrophotometry 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.25 no.6, 2016년, pp.65 - 72  

김다빈 (서경대학교 화학생명공학과) ,  나수빈 (서경대학교 화학생명공학과) ,  한혜철 (서경대학교 화학생명공학과)

초록
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중유 화력발전소에서 발생되는 중유회를 처리한 용출액(Fly Ash Leach Liquor; FALL)으로부터 V을 선택적으로 회수하기 위한 기초 연구를 UV 분광법을 이용해 수행하였다. Ni, Fe등이 포함된 시료를 분광법으로 V을 정량할 때, Ni, Fe등의 금속이 V 정량에 미치는 범위를 조사하였고 FALL 시료에 5.0M $NH_3$ 사용량과 pH 변화에 따른 금속의 침전율과 교반시간에 따른 금속 침전율의 최적 조건을 조사하였다. $25^{\circ}C$, pH 7.0 (5.0M $NH_3$)에서 선택적인 V의 회수 시점은 교반 시간이 1분 이내일 때로 91.5%의 회수율을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We studied a selective recovery condition of vanadium (V) from FALL (Fly Ash Leach Liquor) produced at a fossil fuel power station using heavy oil. By applying a spectroscopy to quantify the V in a sample, we identified a concentration range V interfered by on presence of metals such as Ni, Fe Also,...

주제어

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제안 방법

  • 5배더 큰 함량으로 존재하였다.1) 시료 중 비교적 큰 함량을 갖는 Ni이 V의 정량에 미치는 범위를 알아보기 위해 100.0 ppm의 V용액에 Ni의 함량을 0 ~ 320ppm 까지 다르게 포함시키고 표준용액의 흡광도와 비교하여 시료 중 Ni이 V의 농도에 미치는 범위를 조사하였다.
  • 2.2.2의 결과로부터 Ni이 V에 대하여 1.5배 함유되어 있어도 V의 농도 결정에 영향을 미치지 않음을 확인하고 100 ppm의 V 표준용액에 150 ppm의 Ni을 포함시킨 후 Fe의 양을 0 ~ 50 ppm까지 다르게 첨가 후 표준 용액의 흡광도와 비교하여 시료 중 Fe이 V의 농도에 미치는 범위를 조사하였다.
  • 를 사용하였다. FALL 시료용액 중 Ni과 V의 효과적인 분리 시점을 확인하기 위하여 FALL 시료용액 10.0 ml에 5.0 M NH3 (0.1 ml, 0.2 ml, 0.3 ml, 0.35 ml, 0.4 ml, 0.5 ml, 0.6 ml, 0.8 ml, 1.0 ml, 2.0 ml, 3.0 ml, 4.0 ml)를 이용하여 pH 3에서 pH 11까지의 시료를 준비하고 교반시간을 각각 1분에서 48시간까지 변화를 주어 300 rpm의 속도로 반응시켰다.
  • FALL 시료용액 중 Ni과 V의 효과적인 분리 조건을 확인하기 위한 예비실험으로, FALL 용액 100ml에 5M NH3를 이용하여(pH 3 ~ pH 11근처)까지의 시료를 준비하고 1시간 동안 300 rpm으로 교반 후 여과액 중의 금속 이온 농도를 측정 하였다. 이때 사용된 5 M NH3의 부피는 각각 0.
  • FALL시료에서 V을 정량하는데 다른 금속 화학종의 방해하는 정도를 조사하기 위해서 FALL 시료중의 금속의 함량을 고려하여 Ni은 V의 최대 3.2배 농도까지 범위를 설정하였고, Fe은 V의 0.5배 까지 설정하였다 (Table 2).
  • 가시영역의 파장에서 UV분광기를 이용하여 Ni과 V을 정량하려 할때 Ni는 Ni(NH3)62+(aq)의 착이온의 형태로 V은 V5+(aq)의 형태로 발색시키고 각각의 λmax(Ni = 580 nm, V = 44 8nm)을 적용하였다.
  • 가시영역의 파장에서 UV분광기를 이용하여 Ni과 V을 정량하려 할때 Ni는 Ni(NH3)62+(aq)의 착이온의 형태로 V은 V5+(aq)의 형태로 발색시키고 각각의 λmax(Ni = 580 nm, V = 44 8nm)을 적용하였다. 또한 시료 중에 존재하는 Ni, Fe등의 화학종이 V용액의 흡광도에 간섭을 일으키지 않을 한계 농도 범위를 조사하였으며, FALL 시료중 V을 선택적으로 분리 침전시키기 위한 침전제(NH3) 와 교반시간의 최적조건을 알아보았다.
  • 예비실험의 결과를 근거로 FALL용액 10.0 ml에 5.0 M NH3를 Table 3과같이 변화시켜 첨가하고 용액의 pH와 Ni, V의 침전율을 조사하였다. 이 때 교반시간은 1분으로 한정하였다.
  • 이 실험에서는 FALL시료 중 비교적 함유량이 높은 Ni과 V중 V을 선택적으로 분리, 회수하기 위한 방법중 하나로 침전제를 이용하여 FALL시료 중 금속화합물을 침전시키고 침전 후 상층액에 존재하는 금속의 함량을 결정하려할 때 Ni 과 V, 두 금속의 착화합물이 가시광선 영역에서 흡수하는 최대 흡수파장이 다름을 이용하여 상층액 중 이온의 농도 분석이 가능하였고. 이로부터 화합물의 침전율을 알 수 있었다.
  • 중유회에서 용출한 용출액인 Fly Ash Leach Liquor (FALL)로부터 V의 선택적 회수를 목적으로 가시광선 영역에서 UV분광법을 이용하여 정량 할 때 시료 중에 존재하는 다른 금속 화학종이 V용액의 흡광도에 미치는 영향과 FALL 시료 용액 중 V을 선택적으로 분리, 침전시키기 위한 침전제(NH3)와 교반시간의 최적조건을 분광법을 이용하여 알아보았다.

대상 데이터

  • 검정곡선 작성을 위해 Ni(NO3)2·6H2O 와 VCl3를 각각 탈 이온수에 녹여 100 ppm, 200 ppm, 400 ppm 의 표준용액을 제조하였다.
  • 본 실험에서는 침전 후 상층액 중 Ni이온을 NH3를 사용하여 암민착물로 유도하여 발색시켜야 했으므로 FALL 시료용액 중 Ni과 V 화합물의 침전에 사용한 침전제는 NH3를 사용하였다. FALL 시료용액 중 Ni과 V의 효과적인 분리 시점을 확인하기 위하여 FALL 시료용액 10.
  • 0%), Fe(NO3)3· 9H2O(97%), NH4OH(28%), H2O2 (28%), H2SO4 (98%), Fe(NO3)3·9H2O (97%)등은 DUKSAN, VCl3 (97%)는 sigma aldrich 제품. 실험기구는 UV-spectrophotometer (UV-1800, SHIMDAZU), Milli-Q R Academic(Millipore), pH meter (Orion 3 star)를 사용하였다.
  • 연구에 사용한 실험재료는 평택 화력발전소에서 생성된 중유회를 사용하였으며 중유회의 성분은 Table 1에나타냈다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중유회 용출액속에는 무엇이 포함되어 있는가? 중유회 용출액(Fly Ash Leach Liquor; FALL)속에는 V과 Ni이 다른 타 금속에 비해 높은 비율로 포함되어 있다. V과 Ni등 희귀 금속의 경제적 가치를 고려할 때 버려지는 중유회와 중유회 소각재 등의 폐기물로부터 특정 금속을 선택적으로 회수하기 위한 용매추출법등 많은 연구가 진행 중에 있다.
V는 어떻게 회수하는가? Ni을 함유하고 있는 시료 중 Ni을 회수하는 연구에는 Ni에 선택적 착화제인 Oxime group 을 가진 Dimethyl glyoxime, LIX 등의 화합물을 추출 제로 사용하여 용매 추출한 후 분리된 Ni을 중량법(JIS M 8126)으로 분석하는 연구들이 보고된바 있다1-3). V 의 경우에는 소다회(Na2CO3)를 첨가하여 Ni, Co, Al 등을 침출시키고 용액 속에 남아있는 바나듐을 염화암모늄(NH4Cl)을 첨가하여 NH4VO3 형태로 침전시켜 최종적으로 오산화바나듐(V2O5) 으로 회수를 한다4).
중유회를 처리한 용출액으로부터 V을 선택적으로 회수하는 시점은 몇분이내일때 91.5퍼센트의 회수율이 보이는가? 0 (5.0M $NH_3$)에서 선택적인 V의 회수 시점은 교반 시간이 1분 이내일 때로 91.5%의 회수율을 보였다.
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참고문헌 (19)

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  9. Yeon-Tae Yu, Byoung-Gyu Kim, Kyung-Ho Park, Seong-Ung Hong, 1995 : A study on leaching of vanadium and nickel from incineration ash of heavy oil fly ash , J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 4(3), pp. 32-39. 

  10. D. Haghshenas Fatmehsari, D. Darvishi, S. Etemadi, A. R. Eivazi Hollagh, E. Keshavarz Alamdari, A. A. Salardini, 2009: Interaction between TBP and D2EHPA during Zn, Cd, Mn, Cu, Co and Ni solvent extraction: A thermodynamic and empirical approach, Hydrometallurgy, Volume98, Issue1-2, pp. 143-147. 

  11. B. Ramachandra Reddy, D. Neela Priya, S. Venkateswara Rao, P. Radhika, 2005: Solvent extraction and separation of Cd(II), Ni(II) and Co(II) from chloride leach liquors of spent Ni-Cd batteries using commercial organo-phosphorus extractants, Hydrometallurgy, Volume77, Issue3-4, pp. 253-261. 

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  17. Harunobu Arima, Toyohisa Fujita, Wan-Tai Yen 2003 : Gold Recovery from nickel catalyzed ammonium thiosulfate solution by strongly basic anion exchange resin, Materials transactions 44(10):2099-2107. 

  18. A. E. SMITH 1973 : A study fo the variation with pH of the solubility and stability of some metal ions at low concentrations in aqueous solution. Part I, Analyst, January, 1973, Vol. 98, pp. 65-68. 

  19. Akitsugu Okuwaki, Akihiro Kimura, Yoshiaki Umetsu, Kazuteru Tozawa, Taijiro Okabe 1988 : Extraction of vanadium from electrostatic precipitator ashes of oil power plants, Ind. Eng. Chem. Res 27 (7), pp 1218-1222. 

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