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Kroll법에 의한 타이타늄 스폰지 생성기구에 관한 연구
A Study on the Formation Mechanism of Titanium Sponge in the Kroll Process 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.26 no.5, 2017년, pp.54 - 60  

정재영 (경북대학교 자동차부품소재연구소) ,  손호상 (경북대학교 자동차부품소재연구소)

초록
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본 연구에서는 $TiCl_4$ 투입시간의 효과가 $TiCl_4$ and Mg의 주어진 중량비율에서 Kroll반응에 미치는 효과를 조사하였다. 그리고 환원반응은 $TiCl_4$ 투입시간에 따라 온도변화를 측정하고, 반응 후 Ti 스폰지 단면과 외관을 관찰함으로써 조사되었다. Kroll 반응열 생성에 의한 온도 증분은 $TiCl_4$ 투입속도에 직선적으로 비례하는 것으로 파악되었다. $TiCl_4$ 투입시간과 환원조 온도 그래프를 보면, 초기 온도 피크가 주입조건에 무관하게 모두 관찰되었다. 이는 초기 Kroll 반응후 $MgCl_2$ 형성으로 인한 일시적인 반응 중단을 의미하는 것으로 해석된다. 또한 스폰지 단면을 관찰해보면, 구형 Mg 입자상이 $MgCl_2$ 내부에 다량으로 관찰되었다. 우리는 이것이 지속적인 Kroll 반응이 일어나도록 미반응 Mg 표면을 계속적으로 공급하는 과정이라 추론할 수 있다. 주사전자현미경으로 스폰지 외형을 관찰한 결과는 Kroll 반응된 Ti 입자들의 합체나 성장이 냉각속도에 의해 제어될 수 있음을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we investigated the effect of $TiCl_4$ injection time on the Kroll reaction at a given weight ratio of $TiCl_4$ and Mg. The reduction reaction was investigated by measuring the temperature change according to $TiCl_4$ injection time and observing the c...

주제어

#Kroll공정   #Ti 스폰지   #마그네슘 환원   #스폰지 생성기구  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 따라서 본 연구에서는 앞서 수행한 소규모 실험실 규모의 Kroll법 환원시험 결과9)와 Mg과 TiCl4 몰비를 4:1로 충분한 환원제를 공급하는 조건의 환원시험을 수행함으로써 용융 Mg에 의한 TiCl4 환원시 Ti 스폰지의생성기구를 보다 자세하게 조사하였다.
  • 본 실험에서는 주어진 Mg(256 g)과 TiCl4(500 g,300 ml)을 이용하여 TiCl4 투입속도를 변화시키면서 Ti금속화 연구를 수행하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 TiCl4와 Mg은 화학양론적으로 1:4의 몰비인 256 g의 Mg에 대하여 TiCl4 투입량 300 cm3(500 g)을 기준으로 투입시간을 10 min, 15 min, 20min, 30 min으로 달리하여 투입 속도를 변화시켜 Ti 스폰지의 환원반응을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Kroll법의 특징은 무엇인가? 이 과정에서 스폰지 상의 타이타늄 Mg환원 제조법을 Kroll법1)으로 부르고 있다. Kroll법은 공업적2,3)으로 널리 이용되어 순도 높은 Ti 스폰지가 얻어진다는 점에서는 우수한 기술이지만, 공정이 복잡하고 생산성은 낮으며 제조비용은 매우 높아서 타이타늄 수요확대의 큰 장애로 되어 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 기존 타이타늄 제련의 합리화와 신제련법에 대해서 여러 가지로 검토되어 다양한 연구결과가 지속적으로 발표되어 왔다.
순 타이타늄 금속을 얻는 신제련법은 무엇이 있는가? 간단하게 설명하면 순 타이타늄 금속을 얻는 신제련법은 몇 가지 카테고리로 분류할 수 있다. 기존 대표적인 환원제인 Mg, Na 대신에 Ca, e-,Li, H2 등과 같은 환원제를 다양하게 적용하면서 신제련 기술개발을 시도하는 방법이 있다. 다른 하나는 출발물질인 TiCl4외 TiO2, TiC, TiO 등을 활용하는 신제련 기술들도 존재한다. 이러한 타이타늄 신제련 기술개발은 영국의 Cambridge 대학에서 밀레니엄이 시작되는 시점에 Nature지에 타이타늄 광물을 직접 전기환원으로 가능하다는 연구보고 이후로 시작되었다6).
Kroll법은 무엇인가? 금속 타이타늄은 타이타늄 원광석으로부터 고순도 4 염화 타이타늄(TiCl4)을 만들고, 이것을 불활성 분위기의 밀폐 용기 내에서 용융 마그네슘으로 환원하여 Ti스폰지로 만든다. 이 과정에서 스폰지 상의 타이타늄 Mg환원 제조법을 Kroll법1)으로 부르고 있다. Kroll법은 공업적2,3)으로 널리 이용되어 순도 높은 Ti 스폰지가 얻어진다는 점에서는 우수한 기술이지만, 공정이 복잡하고 생산성은 낮으며 제조비용은 매우 높아서 타이타늄 수요확대의 큰 장애로 되어 있다.
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참고문헌 (10)

  1. W. Kroll, 1940 : The Production of Ductile Titanium, Trans. Electrochem. Soc., 78, pp.35-47. 

    crossref

  2. T. Fukuyama, M. Koizumi, M. Hanaki, and S. Kosemur, 1993 : Production of Titanium Sponge and Ingot at Toho Titanium Co., Ltd., Shigen-to-Sozai, 109, pp.1157-1163. 

    상세보기 crossref

  3. A. Moriya and A. Kanai, 1993 : Titanium Sponge Production at Sumitomo Sitix Corporation, Shigen-to-Sozai, 109, pp.1164-1169. 

    상세보기 crossref

  4. Ho-Sang Sohn and Jae-Young Jung, 2016 : Current Status of Ilmenite Beneficiation Technology for Production of $TiO_2$ , J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 20(5), pp.64-74. 

  5. Ho-Sang Sohn and Jae-Young Jung, 2016 : Current Status of Titanium Smelting Technology, J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 20(4), pp.68-79. 

  6. G. Z. Chen, D. J. Fray, and T. W. Farthing, 2000 : Direct electrochemical reduction of titanium dioxide to titanium in molten calcium chloride, Nature, 407, pp.361-364. 

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  7. EHK TECHNOLOGIES, Dec. 2003 : Summary of Emerging Titanium Cost Reduction Technologies, A Study Performed For US Department of Energy and Oak Ridge National Laboratory, Subcontract 4000023694, pp.1-55. 

  8. C. H. R. V. S. Nagesh, C. H. S. Rao, N. B. Ballal, and P. K. Rao, 2004 : Mechanism of Titanium Sponge Formation in the Kroll Reduction Reactor, Metall. Mater. Trans. B 35, pp.65. 

    상세보기 crossref

  9. Jae Chan Lee, Ho Sang Sohn, and Jae Young Jung, 2012 : Effect of $TiCl_4$ Feeding Rate on the Formation of Titanium Sponge in the Kroll Process, Korean J. Met. Mater. 50(10), pp.745-751. 

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  10. F. G. Reshetnikov and E. N. Oblomeev, 1957 : Mechanism of formation of zirconium sponge in zirconium production by the magnesothermic process, Atomic Energy, 2(5), pp.561-564. 

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