선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 TBP를 사용하여 금이 함유된 왕수용액으로부터 질산과 금을 동시에 추출하여 회수하는 용매추출공정을 개발하고자 하였다. 먼저 질산과 염산의 농도 비를 변화시키면서 제조한 왕수용액으로부터 TBP에 의한 질산의 추출거동을 조사하였으며, 이 연구결과를 바탕으로 금이 함유된 왕수용액으로부터 TBP에 의한 금과 질산의 동시 추출과 분리에 대한 최적조건을 구하는 연구를 수행하였다. 왕수용액으로부터 질산 또는 금의 용매추출 시 추출제의 농도와 왕수용액에서 염산과 질산의 비가 질산, 염산, 금의 추출거동에 미치는 영향을 조사하였으며, McCabe-Thiele도로부터 질산과 금의 이론추출단수를 구하였다.
- 본 연구에서는 TBP를 사용하여 금이 함유된 왕수용액으로부터 질산과 금을 동시에 추출하여 회수하는 용매추출공정을 개발하고자 하였다. 먼저 질산과 염산의 농도 비를 변화시키면서 제조한 왕수용액으로부터 TBP에 의한 질산의 추출거동을 조사하였으며, 이 연구결과를 바탕으로 금이 함유된 왕수용액으로부터 TBP에 의한 금과 질산의 동시 추출과 분리에 대한 최적조건을 구하는 연구를 수행하였다.
- 용매추출에 의하여 왕수용액으로부터 질산과 금을 동시에 추출하고 분리 회수하는 기초연구를 수행하였다.
- 아울러 TBP로 추출된 질산과 금의 회수를 위한 탈거실험을 수행하였다. 증류수를 이용하여 유기상으로부터 질산을 탈거한 다음 금을 효율적으로 회수하기 위한 탈거제에 대한 연구를 수행하여 최적의 탈거제를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 금이 함유되지 않은 80 vol.% 왕수용액으로부터 추출제 TBP에 의한 질산과 염산의 추출거동을 조사하였다.
- 80 vol.% 왕수용액은 질산과 염산의 농도 비를 1:3과 1:1 또는 3:1로 변화시키면서 제조하였으며, 금이 함유된 왕수용액은 일정량의 고순도 AuCl3 (99.9%, KANTO CHEMICAL CO., INC)를 왕수에 용해하여 제조하였다. 추출제로 사용된 TBP(tributyl phosphate, 순도 99.
- 추출제 TBP의 농도를 30 ~ 100 vol.%로 변화시키면서 금이 함유된 왕수용액으로부터 질산과 금을 동시에 유기상으로 추출하여 회수하는 실험을 수행하였다. 왕수용액은 농도가 80 vol.
- 추출제의 농도를 30 ~ 100 vol.%으로 변화시키면서 질산과 염산을 추출하였을 때 추출제 농도의 영향을 조사하여 Fig. 1에 나타내었다. 왕수용액에 존재하는 질산과 염산의 농도 비는 1:3으로서 농도는 각각 2.
- McCabe-Thiele 도에서 얻어진 질산과 금의 이론추출 단수를 검증하기 위해서 역류추출(counter current) 실험을 행하였다. Fig.
- 1N AgNO3 표준용액을 사용하는 부피적정 법으로 측정하였다16-18). 금 농도는 유도결함플라스마방출분석기(ICP-AES, Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer, Jobin-Yvon Equipment Co., JY-38 plus)를 사용하여 측정하였다.
- 용매추출 전과 후의 수상중 질산과 염산의 농도를 분석하여 추출율을 계산하였다. 금이 함유된 왕수용액을 시료로 사용하여 금과 질산을 동시에 추출하여 분리하는 용매추출실험도 앞에서 서술한 질산의 용매추출실험과 동일한 절차로 수행하였다. 유기상으로 추출된 질산과 금의 분리회수를 위한 탈거실험을 행하였다.
- 안재우 등12-14) 은 철(Fe), 납(Pb), 구리(Cu), 주석(Sn) 등 금속성분을 함유하고 있는 질산폐액으로부터 전해채취법이나 치환법 및 침전법으로 목적금속을 회수하기 이전에 먼저 TBP(tributyl phosphate)를 추출 제로 사용하는 용매추출에 의하여 질산을 1차적으로 회수하는 연구결과를 발표하였다. 또한 자동차 휠의 도금 박리폐액으로부터 TBP를 이용하여 질산을 회수한 후, 용액 내에 남은 구리는 PC88A(2-ethylhexyl phosphonic acid mono 2-ethylhexyl ester) 또는 D2EPHA(Di-2-ethylhexyl phosphoric acid) 등과 같은 추출제를 이용 하여 단계적으로 회수하는 연구를 수행하였다15). 이와 같이 용매추출을 이용하여 폐질산용액으로부터 질산을 회수하는 연구들은 보고된 바 있었지만, 왕수 침출액으로부터 금의 회수 시 질산을 동시에 회수하는 연구는 보고된 바 없다.
- 왕수용액으로부터 질산 또는 금의 용매추출 시 추출제의 농도와 왕수용액에서 염산과 질산의 비가 질산, 염산, 금의 추출거동에 미치는 영향을 조사하였으며, McCabe-Thiele도로부터 질산과 금의 이론추출단수를 구하였다. 아울러 TBP로 추출된 질산과 금의 회수를 위한 탈거실험을 수행하였다. 증류수를 이용하여 유기상으로부터 질산을 탈거한 다음 금을 효율적으로 회수하기 위한 탈거제에 대한 연구를 수행하여 최적의 탈거제를 제시하고자 하였다.
- 앞에서 수행한 탈거 실험의 결과를 바탕으로 질산과 금의 탈거제로 각각 증류수와 티오황산나트륨 용액을 선택하고 유기상으로부터 질산과 금을 연속적으로 탈거하는 실험을 수행하였다. 이때 탈거 단수가 유기상으로부터 질산과 금의 탈거율에 미치는 영향을 조사하였으며, 그 결과를 Table 2에 나타내었다.
- 먼저 질산과 염산의 농도 비를 변화시키면서 제조한 왕수용액으로부터 TBP에 의한 질산의 추출거동을 조사하였으며, 이 연구결과를 바탕으로 금이 함유된 왕수용액으로부터 TBP에 의한 금과 질산의 동시 추출과 분리에 대한 최적조건을 구하는 연구를 수행하였다. 왕수용액으로부터 질산 또는 금의 용매추출 시 추출제의 농도와 왕수용액에서 염산과 질산의 비가 질산, 염산, 금의 추출거동에 미치는 영향을 조사하였으며, McCabe-Thiele도로부터 질산과 금의 이론추출단수를 구하였다. 아울러 TBP로 추출된 질산과 금의 회수를 위한 탈거실험을 수행하였다.
- 이는 예비실험을 통하여 TBP에 의한 질산과 금의 추출평형은 2분 이내에 도달하였기 때문이다. 용매추출 전과 후의 수상중 질산과 염산의 농도를 분석하여 추출율을 계산하였다. 금이 함유된 왕수용액을 시료로 사용하여 금과 질산을 동시에 추출하여 분리하는 용매추출실험도 앞에서 서술한 질산의 용매추출실험과 동일한 절차로 수행하였다.
- 질산의 용매추출실험을 위하여 금이 함유되지 않은 왕수용액을 수상으로 사용하였으며 유기상으로는 일정량의 추출제 TBP를 등유에 희석하여 제조한 유기용매를 사용하였다. 용매추출실험을 위하여 먼저 수상과 유기상의 상비가 1:1이 되도록 왕수용액과 유기용매를 각각 25 ml씩 취하여 분액여두에 주입한 다음, 두 상이 완전히 혼합되고 추출평형에 도달할 때까지 5분 동안 세게 흔들었다. 그리고 혼합된 두 상의 완전한 분리가 일어날 때 까지 약 10분 정도 정치하였다.
- 유기상으로 추출된 질산과 금을 회수하기 위한 탈거실험을 하였다. 유기상으로부터 질산을 선택적으로 탈거하기 위한 탈거용액(stripping solution)으로 증류수를 사용하였다12) .
- 금이 함유된 왕수용액을 시료로 사용하여 금과 질산을 동시에 추출하여 분리하는 용매추출실험도 앞에서 서술한 질산의 용매추출실험과 동일한 절차로 수행하였다. 유기상으로 추출된 질산과 금의 분리회수를 위한 탈거실험을 행하였다. 질산의 탈거를 위해 증류수를 사용 하였으며, 금의 경우에는 티오황산나트륨(Na2O2S3), 티오시안산나트륨(NaSCN), 티오요소(SC(NH2)2), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화나트륨(NaOH)을 사용하였으며 수상과 유기상의 상비는 1:1이었다.
- 유기상으로부터 4단 탈거에 의하여 대부분의 질산을 회수한 다음 금을 탈거하여 회수하는 실험을 수행하였다. 금의 탈거제로 티오황산나트륨(Na2O2S3 ), 티오시안 산나트륨(NaSCN), 티오요소(SC(NH2)2 ), 수산화암모늄 (NH4OH), 수산화나트륨(NaOH)을 사용하였으며, 모든 탈거제의 농도는 0.
- 질산, 염산 그리고 금의 추출율(%E)과 탈거율(%S)은 다음 식을 이용하여 계산하였다14,15). 이 때 TBP에 의한 질산과 금의 추출 과정에서 유기상으로 물 분자가 추출됨에 따라 일어나는 수상의 부피감소를 고려하여 추출 전 수상에 함유되어 있는 질산과 금의 질량과 추출 및 탈거 후 수상에 남아있는 질량을 계산하여 추출율과 탈거율을 구하였다.
- 추출제로 tributyl phosphate(TBP)를 사용하여 왕수로부터 질산과 금을 동시에 추출한 다음 질산과 금을 선택적으로 탈거하여 분리회수할 수 있었으며 다음과 같은 실험결과를 얻었다.
대상 데이터
- 이는 예비실험 결과 대부분의 왕수농도에서 TBP에 의한 질산의 추출 경향이 비슷하였기 때문이다. 금과 질산을 동시에 추출하는 용매추출실험에는 금이 함유된 왕수용액을 시료로 사용하였다. 80 vol.
- 금의 탈거제로 티오황산나트륨(Na2O2S3 ), 티오시안 산나트륨(NaSCN), 티오요소(SC(NH2)2 ), 수산화암모늄 (NH4OH), 수산화나트륨(NaOH)을 사용하였으며, 모든 탈거제의 농도는 0.1 mol·L−1 이었다.
- 질산의 용매추출실험을 위하여 금이 함유되지 않은 왕수용액을 수상으로 사용하였으며 유기상으로는 일정량의 추출제 TBP를 등유에 희석하여 제조한 유기용매를 사용하였다. 용매추출실험을 위하여 먼저 수상과 유기상의 상비가 1:1이 되도록 왕수용액과 유기용매를 각각 25 ml씩 취하여 분액여두에 주입한 다음, 두 상이 완전히 혼합되고 추출평형에 도달할 때까지 5분 동안 세게 흔들었다.
- 유기상으로 추출된 질산과 금의 분리회수를 위한 탈거실험을 행하였다. 질산의 탈거를 위해 증류수를 사용 하였으며, 금의 경우에는 티오황산나트륨(Na2O2S3), 티오시안산나트륨(NaSCN), 티오요소(SC(NH2)2), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화나트륨(NaOH)을 사용하였으며 수상과 유기상의 상비는 1:1이었다. 질산, 염산 그리고 금의 추출율(%E)과 탈거율(%S)은 다음 식을 이용하여 계산하였다14,15).
- , INC)를 왕수에 용해하여 제조하였다. 추출제로 사용된 TBP(tributyl phosphate, 순도 99.0%, Junsei Chemical Co., Ltd)는 제조사로부터 구입한 후 정제 없이 사용하였으며, 희석제로는 시약급 등유(Kerosene, Junsei Chemical Co., Ltd)를 사용하였다. 기타 모든 실험에 1급 시약을 사용하였다.
이론/모형
- 는 각각 탈거 전과 후 유기상에 서의 질량이다. 질산과 염산의 농도는 각각 0.1N NaOH와 0.1N AgNO3 표준용액을 사용하는 부피적정 법으로 측정하였다16-18). 금 농도는 유도결함플라스마방출분석기(ICP-AES, Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer, Jobin-Yvon Equipment Co.
성능/효과
- % TBP를 사용하여 151.2 g·L−1 질산과 103.0 mg·L−1 금이 함유된 왕수용액으로부터 질산과 금을 역류추출하는 경우 1단 추출에서 96%의 금이 추출되었다.
- 1에서 보는 바와 같이 80 vol.% TBP를 사용하여 순수한 왕수로부터 질산을 용매추출하는 경우 거의 모든 질산이 유기상으로 추출되었지만, 금이 함유된 왕수에서는 약 87%의 질산이 추출되었다. 이는 왕수에 존재하는 ① AuCl4−, ② NO3− , ③ Cl− 이온들 중에서 추출제 TBP와 친화성이 강한 이온이 먼저 선택 적으로 TBP와 용매화되어 추출반응에 참여하기 때문으로 생각된다.
- 2(a) ~ (c)에서 보는 바와 같이 TBP 농도가 증가됨에 따라 질산의 추출율이 지속적으로 증가되었으나, TBP 농도가 80 vol.% 이상으로 증가되었을 때 질산의 추출은 더 이상 일어나지 않고 거의 일정한 추출율을 나타내었다. 질산과 염산의 농도 비가 1:3, 1:1, 3:1로 질산의 비가 증가되었을 때 그림에서 보는 바와 같이 질산의 추출양은 증가하였다.
- 순수한 왕수용액으로부터 TBP에 의한 질산의 용매추출 시 TBP 농도의 증가에 따라 질산의 추출율은 증가하였으나, TBP 농도가 80 vol.% 이상으로 증가하였을 때 질산의 추출율은 더 이상 증가하지 않고 일정한 경향을 나타내었다. 동일한 조건에서 염산의 추출은 미미하였다.
- 1. 순수한 왕수용액으로부터 TBP에 의한 질산의 용매추출 시 TBP 농도의 증가에 따라 질산의 추출율은 증가하였으나, TBP 농도가 80 vol.% 이상으로 증가하였을 때 질산의 추출율은 더 이상 증가하지 않고 일정한 경향을 나타내었다.
- % TBP를 추출제로 사용하였다. 1단 추출에서 약 96%의 금이 유기상으로 추출된 반면 질산은 8.3%가 추출되었다. 2단 추출에 의하여 금은 완전히 유기상으로 추출되었으며 질산의 누적 추출율은 45.
- 2. 금을 함유하고 있는 왕수로부터 TBP를 사용하여 질산과 금을 동시에 추출하여 회수하는 것이 가능하였다. 이 때 금의 추출율이 질산의 추출율보다 높았으며, 질산의 추출율은 동일한 조건에서 순수한 왕수로부터 추출하였을 때 보다 조금 낮았다.
- 3%가 추출되었다. 2단 추출에 의하여 금은 완전히 유기상으로 추출되었으며 질산의 누적 추출율은 45.8%이었다. 3단 추출을 통하여 추출여액(raffinate)에 존재하는 질산의 양은 3.
- 3. 2.3 mol·L−1 질산과 52.3 mg·L−1 금이 함유된 TBP로부터 증류수를 사용하여 질산을 선택적으로 탈거하는 경우 수상과 유기상의 상비가 1:1 일 때 2단에서 약 87.8%의 질산이 탈거되었으며 4단 탈거에서 거의 모든 질산이 회수되었다.
- 3단 추출을 통하여 추출여액(raffinate)에 존재하는 질산의 양은 3.15 g·L−1 로서 약 98%의 질산이 유기상으로 추출되어 회수되었다.
- 4. 질산과 금이 함유된 TBP로부터 질산의 선택적 탈거 후 다양한 탈거용액으로 사용하여 금의 탈거실험을 행하였으며, 금의 탈거율은 산화나트륨 < 티오요소 < 티오시안산나트륨 < 수산화암모늄 < 티오황산나트륨 순이었다.
- 84 mol·L−1이었다. 그러나 질산 농도가 증가됨에 따라 TBP로의 질산의 추출율은 오히려 96.3%, 69.6%, 53.3%로 감소됨을 나타내었다.
- 그러나 4단 탈거에 의하여 유기상으로부터 질산을 완전히 탈거한 후 티오황산나트륨 용액으로 금을 1단탈거하였을 때 탈거율이 92%로 증가하였다. 따라서 본 연구를 통하여 질산과 금이 함유된 유기상으로부터 금의 탈거는 질산의 탈거가 완전히 이루어진 후 효과적이 라는 것을 확인하였다.
- 질산과 금이 함유된 TBP로부터 질산의 선택적 탈거 후 다양한 탈거용액으로 사용하여 금의 탈거실험을 행하였으며, 금의 탈거율은 산화나트륨 < 티오요소 < 티오시안산나트륨 < 수산화암모늄 < 티오황산나트륨 순이었다. 또한 티오황산나트륨에 의한 TBP로부터 금의 탈거 시 TBP에 잔존하는 질산의 농도가 낮을수록 금의 탈거율은 높았다.
- 0 mg·L−1 금이 함유된 왕수용액으로부터 질산과 금을 역류추출하는 경우 1단 추출에서 96%의 금이 추출되었다. 반면 질산은 1단 추출에서 단지 8.3%이 추출되었으며, 추출단수를 3단으로 증가함에 따라 98%의 질산이 추출되었다.
- 실험에 사용된 용액에서 질산과 염산의 농도 비는 1:3(왕수), 1:1 그리고 3:1(역왕수)로서 질산의 농도는 각각 2.4와 4.78, 7.2 mol·L−1 이었으며, 염산의 농도는 7.2와 4.78, 2.4mol·L−1이었다.
- 금을 함유하고 있는 왕수로부터 TBP를 사용하여 질산과 금을 동시에 추출하여 회수하는 것이 가능하였다. 이 때 금의 추출율이 질산의 추출율보다 높았으며, 질산의 추출율은 동일한 조건에서 순수한 왕수로부터 추출하였을 때 보다 조금 낮았다. 향후 금 추출의 영향에 따른 질산의 추출율 감소를 확인하기 위해 존재하는 이온들의 농도에 따른 TBP와의 친화성에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 이상의 결과를 종합하면 유기상으로부터 금의 탈거는 수산화나트륨 < 티오요소 < 티오시 안산나트륨 < 수산화암모늄 < 티오황산나트륨 순으로 탈거 효율이 증가하였다.
- 2(a) ~ (c)에서 보는 바와 같이 염산의 농도 비가 감소됨에 따라서 TBP로 추출되는 염산의 양이 감소함을 보여주고 있다. 질산과 염산의 농도 비가 1:1이하일 때 질산의 추출이 완료된 후 염산의 추출이 미미하게 증가되었으나, 질산과 염산의 농도 비가 3:1일 때 염산의 추출은 더 이상 일어나지 않고 오히려 감소함을 나타내었다.
- 4 mol·L−1 이었다. 탈거 단수를 2, 3, 4단으로 증가함에 따라 질산의 누적 탈거율은 87.8%, 96.5%, 99.5%로서 유기상으로부터 질산을 완전히 회수하기 위하여 필요한 탈거 단수는 4단으로 확인되었다. 유기상으로부터 증류수에 의한 질산의 탈거 시 금의 탈거는 거의 일어나지 않았다.
- 3 mg·L−1 이었으며 수상과 유기상의 상비는 1:1로 고정하였다. 표에서 보는 바와 같이 증류수를 사용하여 질산을 탈거하는 경우 2단에서 87.8%의 질산이 탈거되었으며, 탈거 단수가 4단으로 증가함에 따라 거의 모든 질산을 회수하는 것이 가능하였다. 반면 유기상으로부터 질산의 2단탈거 후 연속하여 티오황산나트륨 용액으로 금을 1단탈거하였을 때 단지 약 24%의 금이 수상으로 탈거되었다.
- Table 1은 1단 탈거 실험의 결과를 나타낸 표이다. 표에서 볼 수 있듯이 수산화나트륨, 티오요소, 그리고 티오시안산나트륨을 사용하여 유기상으로부터 금을 탈거 하였을 때 탈거율은 약 5 ~ 30%에 불과하였다. 한편 수산화암모늄용액을 탈거용액으로 사용하였을 때 탈거율은 57%로 증가하였으며, 티오황산나트륨용액을 사용하여 92% 정도의 금을 탈거할 수 있었다.
후속연구
- 이 때 금의 추출율이 질산의 추출율보다 높았으며, 질산의 추출율은 동일한 조건에서 순수한 왕수로부터 추출하였을 때 보다 조금 낮았다. 향후 금 추출의 영향에 따른 질산의 추출율 감소를 확인하기 위해 존재하는 이온들의 농도에 따른 TBP와의 친화성에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.