중유화력발전소에서 발생되는 중유회를 처리한 용출액(Fly Ash Leach Liquor; FALL)으로부터 V을 선택적으로 회수하기 위한 기초 연구를 UV분광법을 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.
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.
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,...
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, the optimal vanadium precipitation rate according to the amount of 5.0M $NH_3$ loaded to the sample, solution pH and stirring time. As a result of the experiment, the maximum selective recovery ratio of V was achieved to be higher than 91.5% when the stirring duration was less than 1 minute at pH 7.0, and $25^{\circ}C$.
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, the optimal vanadium precipitation rate according to the amount of 5.0M $NH_3$ loaded to the sample, solution pH and stirring time. As a result of the experiment, the maximum selective recovery ratio of V was achieved to be higher than 91.5% when the stirring duration was less than 1 minute at pH 7.0, and $25^{\circ}C$.
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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.
성능/효과
1. UV 분광법을 이용한 V정량에서 Ni은 V (2102 mg/ L)의 3.2배, Fe은 V의 0.5배 농도로 존재하여도 V의 흡 광도에 간섭을 일으키지 않았다.이 결과로부터 Ni과 Fe 의 함유량이 이보다 적은 FALL 용액 중의 V정량에도이 방법을 적용할 수 있었다.
2. FALL 10.0 ml 당 5.0 M NH3의 사용량이 0.3 ml 교반시간을 1분으로 한 조건에서 시료의 pH는 7.0 이 었고, 이 pH는 Ni(OH)2(s) 침전이 생성되는 이론 pH 값(6.71)보다 커진 시점이었으며이 경우 V은 91.5%, Ni은 30.1%의 침전율을 보였다. 이 분리 효율은 기존의 연구3)등에서 보여진 결과처럼 높은 효율은 아니었지만 pH 조절을 위한 완충 조건 등이 보완되면 더 높은 분리 조건을 찾을 수 있을 것으로 판단되었다.
3. 교반시간과 V의 선택적인 회수효율은 음의 상관관계를 보였으며 교반시간이 1분일 때 최적의 분리조건을 보였다. 한편 교반시간이 짧을수록 V의 침전 회수가 좋았다는 점에서 1분 이내의 시간 선택으로 연구 방향을 설정해야 할 여지를 보였다.
FALL 100 ml에 5 M NH3 2.8 ml를 첨가하고 교반 시간을 각각 1분미만 및 0.5, 1, 1.5, 2, 4.5, 18, 24, 40, 49, 72.8 hr으로 변화를 주고 교반속도는 300 rpm 으로 실험한 결과, Ni은 교반시간에 상관없이 대부분 녹아 있는 반면 V 침전물은 교반시간에 길어짐에 따라서서히 침전물이 풀리는 모습을 보였다. 교반시간이 1분미만 일 때 V은 침전율 99.
Table 4를 보면 교반시간이 길어질수록 pH가낮아졌는데 이는 금속 화학종의 가수분해 및 NH3의 농도변화 때문으로 생각되어진다. 따라서 3.3.2에서 Ni이 Ksp를 만족하여 침전을 형성하기 위한 최소의 pH가 6.71 이었음을 감안하면 초기에 형성된Ni(OH)2(s) 침전의 용해에 의한 Ni의 침전율 감소를 예측하였으나 예상과는 달리 Ni의 침전율에는 변화가 없었다. 반면 V 침전물은 교반시간 증가함에 따라 침전율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
이 결과로 부터 선택적인 Ni과 V의 분리 시점은 V 이 VxOy(s)으로 침전하면서 Ni(OH)2(s)이 침전하기 이전인 pH 7 부근이라고 생각할 수 있었고, 이 실험 조건에서는 5.0 M NH3 0.3 ml를 첨가하여 반응시킨 시점이었다.
5배 농도로 존재하여도 V의 흡 광도에 간섭을 일으키지 않았다.이 결과로부터 Ni과 Fe 의 함유량이 이보다 적은 FALL 용액 중의 V정량에도이 방법을 적용할 수 있었다.
100 ppm V 용액에 Fe이 0 ppm에서 50 ppm까지 포함된 용액에서 오차율은 1% 미만이었다. 이 결과로부터 V 농도의 0.5배의 Fe이 포함 되어 있어도 분광법으로 정량이 가능함을 확인하였다.
3에 나타내었다. 이 때 100.0 ppm V 용액에 Ni이 0 ppm부터 최대 320 ppm 까지 포함된 용액에서 순수 V용액과 Ni이 포함된 V용액의 오차율은 2% 이내 이었고 이 결과로부터 V농도보다 3.2배 많은 Ni이 포함 되어 있어도 시료 중 Ni은 V의 흡광도에 영향을 미치지 않았으며 FALL 시료 용액에서도 적용할 수 있다고 보았다.
이 때 교반시간은 1분으로 한정하였다. 이 조건에서는 5.0 M NH3의 사용 부피가 증가할수록 Ni과 V, 두 화합물의 침전율은 증가하였으며 NH3가 2 ml (pH 10)이상 사용된 시점부터 침전율의 감소를 보였다. 5.
후속연구
1%의 침전율을 보였다. 이 분리 효율은 기존의 연구3)등에서 보여진 결과처럼 높은 효율은 아니었지만 pH 조절을 위한 완충 조건 등이 보완되면 더 높은 분리 조건을 찾을 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 실험에 사용된 5.
교반시간과 V의 선택적인 회수효율은 음의 상관관계를 보였으며 교반시간이 1분일 때 최적의 분리조건을 보였다. 한편 교반시간이 짧을수록 V의 침전 회수가 좋았다는 점에서 1분 이내의 시간 선택으로 연구 방향을 설정해야 할 여지를 보였다.
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).
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