[논문]TiO2 제조를 위한 일메나이트 처리기술 현황

손호상; 정재영

doi:10.7844/kirr.2016.25.5.64

[국내논문] TiO2 제조를 위한 일메나이트 처리기술 현황
Current Status of Ilmenite Beneficiation Technology for Production of TiO2 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.25 no.5, 2016년, pp.64 - 74

초록
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타이타늄은 지각 구성원소 중 아홉 번째로 풍부한 원소이며, 철과 밀접한 관계를 가지고 있다. 타이타늄 광석으로부터 안료급의 $TiO_2$나 금속 타이타늄 제조를 위한 순수한 $TiCl_4$를 제조하기 위해서는 일메나이트 중에 함유되어 있는 철 성분을 제거하여야 한다. 본 연구에서는 합성 루타일과 $TiO_2$를 제조하는 여러 가지 프로세스를 비교하여 고찰하였다. 대부분의 프로세스는 건식야금과 습식야금을 조합한 것이며, 이러한 프로세스에서는 상당한 량의 철염, 철 산화물 및 폐산이 발생하고 있다. 따라서 일메나이트를 처리하기 위한 새로운 프로세스를 개발하기 위해서는 폐산의 재이용과 철 부산물의 유가 자원화가 중요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Titanium and iron are closely related in nature, although titanium is the ninth most abundant element in the Earth's crust. Iron in titanium ores must be removed for use as feedstocks in the manufacture of titanium dioxide pigments and pure $TiCl_4$ for metal titanium. In this study, various beneficiation processes of ilmenite for production of $TiO_2$ have been reviewed and compared. Most of these processes involve a combination of pyrometallurgy and hydrometallurgy. These beneficiation processes of ilmenite generate considerable quantities of wastes primarily in the form of iron salt, iron oxide and acidic effluents. Therefore, it is important that recovery of acid value from waste and conversion of iron bearing waste to useful materials for development of new beneficiation processes of ilmenite.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 일메나이트로부터 고순도의 TiO₂나 TiCl₄를 제조하는 새로운 프로세스 개발을 위한 기초연구로서, 일메나이트 중의 철을 제거하여 합성 루타일을 제조하는 프로세스와 상기한 안료급의 고순도 TiO₂를 제조하는 프로세스에 대하여 조사하였다.

제안 방법

우선 원료인 일메나이트를 희토류 자석으로 선별한 후에, 산화배소 및 환원배소를 한다. 산화배소에서는 일메나이트 중 철분의 대부분을 3가 철로 산화시키고, 이어서 환원배소에서는 침출을 용이하게 하기 위하여 2가 철로 환원한다.
QIT 프로세스를 큰 틀에서 보면 전기로를 사용한 일메나이트의 건식정련법이다. 전기로 정련방법은 통전 방법에 따라 AC법과 DC법(또는 플라즈마 아크법)이 있으며, QIT 프로세스는 AC법에 해당하는 것으로, Fig. 8에는 AC법과 DC법을 비교하여 나타내었다.¹⁷⁾ 두 가지 방식은 통전 방식과 부산물인 선철의 처리방법에는 차이가 있으나, 타이타니아 슬래그를 제조하는 관점에서는 차이가 없는 것으로 생각된다.
5 % HCl을 이용하여 약 70 ℃에서 2 시간 동안 진행한다. 첫 단계의 침출에서 발생한 고체상이 포함된 슬러리를 필터 프레스 한 다음 2 단계의 침출조로 보내어 70 ℃의 약 18.4 % HCl과 반응시켜 잔류하는 Fe, Ti, V 등을 침출한다. 각각의 침출과 여과 단계에서의 여액은 용매추출단계로 보내어 진다.

대상 데이터

염화법은 황산법과 달리 비교적 TiO₂ 농도가 높은 루타일, 합성루타일, TiO₂ 슬래그 등을 원료를 사용하며, Fig. 11에 기본적인 공정도를 나타내었다. 탄소질환원제의 존재 하에 약 1100 ℃의 유동염화로에서 TiO₂를 염화시켜 TiCl₄를 제조하여 정제한 후에 고온에서 산소와 반응시켜 고순도의 TiO₂를 제조한다.
11에 기본적인 공정도를 나타내었다. 탄소질환원제의 존재 하에 약 1100 ℃의 유동염화로에서 TiO₂를 염화시켜 TiCl₄를 제조하여 정제한 후에 고온에서 산소와 반응시켜 고순도의 TiO₂를 제조한다. TiCl₄의 산화과정에서 생성되는 염소가스는 다시 염화공정에서 사용한다.

성능/효과

8에는 AC법과 DC법을 비교하여 나타내었다.¹⁷⁾ 두 가지 방식은 통전 방식과 부산물인 선철의 처리방법에는 차이가 있으나, 타이타니아 슬래그를 제조하는 관점에서는 차이가 없는 것으로 생각된다. 이러한 정련법은 일반적인 건식정련과 달리 슬래그가 주산물이며, 금속인 선철이 부산물로 되는 것이 특징이다.
1에 나타낸 바와 같이 루타일형은 아나타제형에 비하여 원자 배열이 치밀하고 물리적 성질도 보다 안정되어 있다.⁴⁾ 그리고 두 가지 형태 모두 고온의 진한 황산, 불산, 용융알칼리염에는 용해하지만 그 이외의 산이나 알칼리, 유기용매, 물 등에는 용해하지 않고 화학적으로도 매우 안정한 물질이다.

후속연구

를 만드는 프로세스에서는 필연적으로 상당한 량의 폐기물이 발생한다는 문제점을 가지고 있으며, 각 프로세스는 페산의 재활용이나 일메나이트 중의 철을 쉽게 용해하기 위한 공정, 그리고 폐기되는 철분의 유효한 이용 방법에 따라 차이가 있을 뿐이다. 따라서 향후의 합성 일메나이트나 안료급의 TiO₂를 만드는 새로운 프로세스는 이러한 폐기물을 유가자원으로 만들어 폐기되는 발생량을 줄이는 방향으로 나아가야 할 것이며, 공정 또한 간소화할 수 있도록 하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	TiO2의 원료에는 무엇이 있는가?	타이타늄과 관련된 공업제품은 안료로서의 TiO2(이산화 타이타늄)와 금속원료로서의 스펀지 타이타늄이 주류이지만, 약 93 %는 페인트, 제지, 플라스틱 등의 안료 및 충진제로 사용되고 있으며, 금속상태로 사용되는 것은 약 7 % 정도에 불과하다.1) 이러한 TiO2의 원료에는 천연 루타일(금홍석, rutile, TiO2 함유량 95 ~ 100 %)과 일메나이트(ilmenite, FeTiO3, TiO2 함유량 40 ~ 65 %)가 있으나, 천연 루타일의 경우 매장량이 적어 현재는 일메나이트가 타이타늄 관련제품의 주원료로 사용되고 있다. 이러한 일메나이트는 영국의 성직자이면서 초보 광물학자인 윌리엄 그리거(William Gregor)가 1791년에 냇가에서 자성이 있는 검은 모래(black sand)를 발견하여 Manaccanite로 명명하면서부터 알려지게 되었다.
	일메나이트나 안료급의 TiO2를 만드는 새로운 프로세스는 이러한 폐기물을 유가자원으로 만들어 폐기되는 발생량을 줄이는 방향으로 가야하는 이유는 무엇인가?	이러한 합성 루타일을 만드는 프로세스와 안료급 TiO2를 만드는 프로세스에서는 필연적으로 상당한 량의 폐기물이 발생한다는 문제점을 가지고 있으며, 각 프로세스는 페산의 재활용이나 일메나이트 중의 철을 쉽게 용해하기 위한 공정, 그리고 폐기되는 철분의 유효한 이용 방법에 따라 차이가 있을 뿐이다. 따라서 향후의 합성 일메나이트나 안료급의 TiO2를 만드는 새로운 프로세스는 이러한 폐기물을 유가자원으로 만들어 폐기되는 발생량을 줄이는 방향으로 나아가야 할 것이며, 공정 또한 간소화할 수 있도록 하여야 할 것이다.
	타이타늄은 무엇이며, 어떤 원소와 밀접한 관계를 가지고 있는가?	타이타늄은 지각 구성원소 중 아홉 번째로 풍부한 원소이며, 철과 밀접한 관계를 가지고 있다. 타이타늄 광석으로부터 안료급의 $TiO_2$나 금속 타이타늄 제조를 위한 순수한 $TiCl_4$를 제조하기 위해서는 일메나이트 중에 함유되어 있는 철 성분을 제거하여야 한다.

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동의어: Packet Collision Rate

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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].

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