[논문]산업부산물을 이용한 해수로부터 고농도 마그네슘 용액의 제조

조태연; 김명진

doi:10.7844/kirr.2016.25.3.63

산업부산물을 이용한 해수로부터 고농도 마그네슘 용액의 제조
Production of Concentrated Magnesium Solution from Seawater Using Industrial By-products 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.25 no.3, 2016년, pp.63 - 73

조태연 (한국해양대학교 해양과학기술융합학과) , 김명진 (한국해양대학교 환경공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 해수로부터 마그네슘을 농축하기 위하여 세 가지 침전제(NaOH, 시멘트 킬른 더스트, 제지슬러지소각재)를 이용하여 마그네슘을 침전시키고, 황산을 이용하여 마그네슘을 용출하는 실험을 진행하였다. 사용한 침전제의 종류와 상관없이 침전반응 효율은 거의 100%이었고, 용출반응 효율은 77 - 89%로 비슷하였다. 용출액의 마그네슘 농도가 4975 - 5775 mg/L이었는데, 이것은 침전반응과 용출반응을 통해 해수의 마그네슘이 3.8 - 4.4배 농축되었음을 의미한다. 본 연구에서 침전제로 사용한 산업부산물의 반응효율은 거의 100%로 기존의 고가 침전제와 비슷하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the purpose of concentrating the magnesium from seawater, in this study, we have conducted experiments to precipitate the magnesium using three precipitants (NaOH, cement kiln dust, and paper sludge ash), and then extract it using sulfuric acid. Results show that the precipitation and extraction performance does not depend so significantly on the kind of precipitant: for all the precipitants used, the precipitation efficiency is measured almost 100% and the extraction efficiency is in the short range of 77 - 89%. The magnesium concentration in the extract is measured 4975 - 5775 mg/L, implying that the magnesium in seawater should be 3.8 - 4.4 times concentrated through the precipitation and extraction reactions. The reaction efficiency of the industrial by-product used as a precipitant in this study is almost 100% similar to those of the other existing expensive precipitants.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 해수에 용해되어있는 마그네슘을 고농도로 농축하여 회수하는 실험을 진행하여, 각 공정의 최적조건을 도출하는 것을 목표로 하였다. 먼저 해수의 마그네슘을 세 가지 침전제(NaOH, CKD, PSA)를 사용하여 침전시켰고, 이어서 수산화마그네슘[Mg(OH)₂] 형태로 침전된 마그네슘을 황산을 이용하여 용출하였다.

제안 방법

본 연구에서는 해수에 용해되어있는 마그네슘을 고농도로 농축하여 회수하는 실험을 진행하여, 각 공정의 최적조건을 도출하는 것을 목표로 하였다. 먼저 해수의 마그네슘을 세 가지 침전제(NaOH, CKD, PSA)를 사용하여 침전시켰고, 이어서 수산화마그네슘[Mg(OH)₂] 형태로 침전된 마그네슘을 황산을 이용하여 용출하였다. 사용한 세 가지 침전제 각각에 대한 침전반응과 용출반응의 최적조건을 도출하였고 반응효율을 비교하였다.
먼저 해수의 마그네슘을 세 가지 침전제(NaOH, CKD, PSA)를 사용하여 침전시켰고, 이어서 수산화마그네슘[Mg(OH)₂] 형태로 침전된 마그네슘을 황산을 이용하여 용출하였다. 사용한 세 가지 침전제 각각에 대한 침전반응과 용출반응의 최적조건을 도출하였고 반응효율을 비교하였다. 본 연구에서는 산업부산물을 침전제로 사용하여 마그네슘 생산비용을 크게 낮출 수 있는 가능성이 있다.

대상 데이터

45 μm 멤브레인필터로 여과한 다음 실험에 사용하였다. 산업부산물인 CKD와 PSA는 각각 국내 ‘D’ 시멘트 회사와 ‘G’ 제지 회사에서 공급받아 사용하였다. NaOH (97%)와 H₂SO₄ (95%)는 Junsei사 제품을 사용하였다.
해수는 부산항 인근에서 취수하여 0.45 μm 멤브레인필터로 여과한 다음 실험에 사용하였다. 산업부산물인 CKD와 PSA는 각각 국내 ‘D’ 시멘트 회사와 ‘G’ 제지 회사에서 공급받아 사용하였다.

이론/모형

CKD와 PSA의 입자크기를 알기 위해 레이저 회절 입도분석기 (Beckman coulter, LS 13320)를 이용하였다. CKD, PSA 그리고 마그네슘을 회수하는 과정에서 생성된 고체의 구성성분 및 함량을 알기 위해 X선 회절분석 (XRD, Shimadzu, Optima 8300) 및 X선 형광분석 (Shimadzu, XRF-1700)을 실시하였다. CKD와 PSA의 pH를 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

성능/효과

5M이었고, 이 때 사용한 황산 부피는 20 mL이었다. CKD와 PSA를 침전제로 사용한 경우에는 NaOH를 침전제로 사용할 때보다 수산화마그 네슘 이외에도 산에 용해되는 성분이 많기 때문에 비슷한 양의 마그네슘을 용출하기 위해 더 많은 양의 황산이 필요했다고 사료된다. 최적조건에서 마그네슘 용출 반응효율은 77 - 89%이었다.
본 연구결과, 해수 마그네슘 농도(약 1300 mg/L)보다 3.8 - 4.4 배 농축된 마그네슘 용액을 얻을 수 있었다. 지금까지 해수로부터 마그네슘을 회수하는데 있어서 가장 큰 장애요인이었던 경제성 문제가 CKD, PSA와 같은 산업부산물을 침전제로 사용함으로써 어느 정도 해결될 수 있기를 기대한다.
해수의 마그네슘을 세 가지 침전제(NaOH, CKD, PSA)를 사용하여 수산화마그네슘으로 침전시키는 반응 효율은 거의 100%이었다. 해수 100 mL에 용해된 마그네슘을 모두 침전시키는 각 침전제의 최소 주입량은 다음과 같았다: 4 M NaOH 2.

후속연구

4 배 농축된 마그네슘 용액을 얻을 수 있었다. 지금까지 해수로부터 마그네슘을 회수하는데 있어서 가장 큰 장애요인이었던 경제성 문제가 CKD, PSA와 같은 산업부산물을 침전제로 사용함으로써 어느 정도 해결될 수 있기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전 세계 마그네슘의 육상매장량은 얼마인가?	전 세계 마그네슘의 육상매장량은 약 36억 톤으로 추정되며, 주로 마그네사이트(magnesite), 백운석(dolomite), 사문석(serpentine), 수활석(brucite) 등의 광물로 존재한다. 해수에서 마그네슘 농도는 약 1300 mg/L이며, 전체 해수량을 고려하면 해수에 존재하는 마그네슘의 총량은 1.
	기존의 알칼리 침전제를 이용한 마그네슘 회수에서 생성되는 수산화마그네슘을 침전시키고 여과하는 것이 큰 어려움이었던 이유는 무엇인가?	기존의 알칼리 침전제를 이용한 마그네슘 회수에서 가장 큰 어려움은, 생성되는 수산화마그네슘을 침전시키고 여과하는 것이었다. 이것은 수산화마그네슘이 미립자일 뿐만 아니라 낮은 결정화 특성을 나타내기 때문이다.6,16) Alamdari et al.
	마그네슘의 특징은 무엇인가?	마그네슘은 강철만큼 강하고, 알루미늄보다 40% 가 벼우며, 무게 대비 고강도 특성, 내구성, 내충격성 및 구조적 특성으로 인해 다양한 용도로 사용되고 있다.1) 국내 주요산업인 전자, 자동차, 철강 산업에서 마그네슘은 매우 중요한 원자재로 사용되며, 향후 고경량, 고품위 제품생산을 위한 마그네슘의 수요는 크게 증가할 것으로 예상된다.

참고문헌 (21)

Shim, J.D., Lee, D.H., 2011 : Microstructure Control, Forming Technologies of Mg alloys and Mg Scrap Recycling, Journal of Korean Institute of Resources Recycling, 20(1), pp. 69-79.

원문보기 상세보기
Park, H.G., Kang, M.C., 2011 : Current Status on the Domestic Recycling of Magnesium, Journal of Korean Institute of Resources Recycling, 20(3), pp. 3-11.
Elsner, D., Rothon, R., 1998 : Magnesium process. U.S. Patent : 5,843,389
Ozedmir, M., Cakir, D., Kipcak, I., 2009 : Magnesium recovery from magnesite tailings by acid leaching and production of magnesium chloride hexahydrate from leaching solution by evaporation, International Journal of Mineral Processing, 93(2), pp. 209-212.

상세보기
Ju, C.S., Lee,K.O., Jeong, S.W., Park, H.J., Na, S.E., Jeong, K.S., 2001 : A study on the Separation and Recovery of Magnesium from Waste Bittern, Journal of the Korean Environmental Sciences Society, 10(5), pp. 381-386.
Henrist, C., Mathieu, J.-P., Vogels, C., Rulmont, A., Cloots, R., 2003 : Morphological study of magnesium hydroxide nanoparticles precipitated in dilute aqueous solution, Journal of Crystal Growth 249, pp. 321-330.

상세보기
Lee, S.W., Lim, J.H., 2007 : Recovery of magnesium oxide and magnesium hydroxide from the waste bittern, Advanced Materials Research, 26(28), pp. 1019-1022.
Lehmann, O., Nir, O., Kuflik, M., Lahav, O., 2014 : Recovery of high-purity magnesium solutions from RO brines by adsorption of $Mg(OH)_2(s)$ on $Fe_3O_4$ micro-particles and magnetic solids separation, Chemical Engineering Journal, 235, pp. 37-45.

상세보기
Lee, J.M., W.C. Bauman., 1980 : Recover of $Mg^{+\;+}$ from brines. U.S. Patent : 4,183,900
Khamizov, R.K., Muraviev, D., Tikhonov, N. A., Krachak, A. N., Zhiguleva, T. I., Fokina, O. V., 1998 : Clean Ion-Exchange Technologies. 2. Recovery of High-Purity Magnesium Compounds from Seawater by an Ion-Exchange Isothermal Supersaturation Technique, Industrial & Engineering Chemistry Research, 37(6), pp. 2496-2501.

상세보기
Muraviev, D., J. Noguerol., M. Valiente., 1996 : Separation and concentration of calcium and magnesium from sea water by carboxylic resins with temperature-induced selectivity, Reactive and Functional Polymers, 28(2), pp. 111-126.

상세보기
Grinstead, R,R., Davis, J,C., 1970 : Extraction by phase separation with mixed lonic solvents. recovery of magnesium chloride from sea water concentrates, Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development, 9(1)
Anil, K., Syamal, R., 1974 : Solvent extraction behavior of magnesium and calcium in versatic acid-amine systems, Separation Science and Technology, 9(3), pp. 261-268.

상세보기
Atashi, H., Sarkari, M., Zeinali, M., Aliabadi, H.Z., 2010 : Recovery of < agnesium Chloride from Resulting Potash Unit Concentrate Case Study: Iran Great Desert brine, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 4(10), pp. 4766-4771.
Tran, K.T., Luong, T.V., An, J.W., Kang, D.J., Kim, M.J., Tran, T., 2013 : Recovery of magnesium from Uyuni salar brine as high purity magnesium oxalate, Hydrometallurgy, 138, pp. 93-99.

상세보기
Baird, T., Braterman, P., Cochrane, H., 1988 : Magnesium hydroxide precipitation as studied by hel growth methods, Journal of Crystal Growth, 91(4), pp. 610-616.

상세보기
Alamdari, A., Rahimpour, M.R., Esfandiari, N., Nourafkan, E., 2008 : Kinetics of magnesium hydroxide precipitation from sea bittern, Chemical Engineering and Processing, 47, pp. 215-221.

상세보기
Kang, D.H., Abu, A., Heo, S.J., Oh, C.H., Park, H.S., 2012 : Method for manufacturing concentrated magnesium from natural seawater, Patent : 10-1115372.
Lee, M.H., Choi, S.I., Lee, J.Y., Lee, G.G., Park, J.U., 2011 : Soil and Groundwater Environment, DongHwa Technology Publishing Co.
Leggett, C.J., Rao, L., 2015 : Complexation of calcium and magnesium with glutarimidedioxime: Implications for the extraction of uranium from seawater, Polyhedron, 95, pp. 54-59.

상세보기
Haynes, W.M., Lide, D.R., 2010 : CRC Handbook of Chemistry and Physics 91th Edition (2010-2011), CRC Press.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증