[논문]일메나이트 광의 Fe 선택염화 거동에 미치는 환원제의 영향에 관한 연구

손용익; 손호상; 정재영

doi:10.7844/kirr.2018.27.3.30

일메나이트 광의 Fe 선택염화 거동에 미치는 환원제의 영향에 관한 연구
The Effects of Reductants on the Behaviors of Fe Selective Chlorination using an Ilmenite Ore 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.27 no.3, 2018년, pp.30 - 38

손용익 (경북대학교 자동차부품소재연구소) , 손호상 (경북대학교 자동차부품소재연구소) , 정재영 (경북대학교 자동차부품소재연구소)

초록
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본 연구는 1173 K에서 60분 동안 유지하는 조건하에 PVC 또는 $CO-Cl_2$ 혼합가스를 각각 사용하여 환원제에 따른 ilmenite ore의 Fe 선택염화 거동에 대해 조사하였다. 환원제로 PVC를 사용한 경우, 무게 감소율은 28%로 관찰되었다. 그리고 반응관 출구부위에 생성된 응축물은 X-선 회절 분석결과 $FeCl_2$로 확인되었다. 이러한 결과로부터 ilmenite ore 내의 철은 HCl 가스와 반응하였고 $FeCl_2$ 형태로 Fe만 선택적으로 제거된 것으로 관찰하였다. 그러나 환원제로 $CO-Cl_2$ 혼합가스를 사용한 경우, 무게 감소 비율은 54%로 관찰되었으며, 실험 종료 후 반응관 출구부위에 생성된 응축물은 $FeCl_3$로 추측할 수 있었다. 이를 통해 ilmenite ore는 $CO-Cl_2$ 혼합가스와 반응하여 $FeCl_3$ 및 $TiCl_4$ 반응물 형태로 동시에 제거되는 것으로 관찰되었다. 다만 반응후 ilmenite ore의 X선 회절 결과에서 Fe는 대부분 제거되었음을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the behaviors of Fe selective chlorination in ilmenite ore by using PVC or $CO-Cl_2$ gas mixture as reducing agents under the condition of 1173 K, for 60 minutes were investigated. The weight loss ratio was 28% when PVC was applied as the reducing agent. The condensate formed at the outlet of reaction tube was identified as $FeCl_2$ by X-ray diffraction analysis. From these results, it was observed that iron in ilmenite ore reacted with HCl gas and Fe was selectively removed in the form $FeCl_2$. However, when $CO-Cl_2$ gas mixture was used as a reducing agent, the weight reduction ratio was 54%, and the condensate formed at the outlet of reaction tube after the experiment was estimated to be $FeCl_3$. It was observed that the ilmenite ore reacted with the $CO-Cl_2$ gas mixture and was simultaneously removed in the form of $FeCl_3$ and $TiCl_4$. However, the results of X-ray diffraction of ilmenite ore after the reaction showed that Fe was almost removed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 동일한 일메나이트 광물을 활용하여 환원제가 달라짐에 따라 철계 염화물의 생성기구를 보다 자세하게 조사하였다. 환원제는 PVC (HCl) 및 CO-Cl₂ 혼합가스를 사용하여 ilmenite 내의 Fe 성분이 어떤 철염화물로 만들어지는지를 확인할 필요가 있었다.

제안 방법

승온이 완료 되면, Ar 가스 주입을 멈추고, CO-Cl₂ 혼합 가스를 주입하였다. 본 연구에서는 CO 가스내에 미량 잔류해 있는 CO₂를 제거하기 위해 soda lime을 통과시켰고, CO-Cl₂ 혼합 가스를 균일하게 혼합되도록 하기 위해, 알루미나 볼(직경 10mm)로 채워진 glass tube (외경 35 mm, 내경 32 mm, 길이 145 mm)로 통과시켰다. 목표한 반응 시간이 경과하면 CO-Cl₂ 혼합 가스 주입을 멈추고, Ar 가스를 주입하여, 상온까지 냉각하였다.
그리고 목표 반응 시간이 경과하면 3방향 가스 밸브를 이용하여 반응가스의 유입을 신속히 차단하기 위해 역방향으로 Ar 가스를 유입되도록 하였다. 실험 종료 후, 회수한 반응물(Ilmenite)의 무게를 측정하여 무게 감소율을 계산하였고, 반응 후에 잔류하는 광석 시편과 반응가스가 배출되는 저온 부위에 응축된 생성물은 X-선 회절 분석기를 이용하여 분석 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 시료는 베트남산의 일메나이트 광석으로 Table 1에 ilmenite광의 원소별 성분 함량, Table 2에 산화물 상태의 구성 비율을 나타내었다. 그리고 본 실험에서는 폐 PVC를 활용한 재활용 가능성을 평가하기 위하여 환원제로 시약급의 PVC (Polyvinyl chloride, Junsei Chem)를 사용하였다. 일반적으로 PVC는 300℃ 부근에서 탈염화수소 반응에 의해 염화수소가스가 생성된다고 알려져 있다²³⁾.
본 실험에 사용된 시료는 베트남산의 일메나이트 광석으로 Table 1에 ilmenite광의 원소별 성분 함량, Table 2에 산화물 상태의 구성 비율을 나타내었다. 그리고 본 실험에서는 폐 PVC를 활용한 재활용 가능성을 평가하기 위하여 환원제로 시약급의 PVC (Polyvinyl chloride, Junsei Chem)를 사용하였다.

성능/효과

실험 종료 후 반응관 출구 부위에 생성된 응축물의 X-선 회절 분석결과 FeCl₂로 확인되었다. 이러한 결과로부터 일메나이트 내의 철은 HCl 가스와 반응하여 대부분 FeCl₂로 선택적으로 Fe만 제거된 것으로 관찰되었다.
로 추측할 수 있었다. 이를 통해 illmenite ore는 CO-Cl₂ 혼합가스와 반응하여 FeCl₃ 및 TiCl₄ 형태로 동시에 제거되는 것으로 관찰되었다. 다만 반응 완료된 illmenite ore의 X선 회절결과는 대부분의 Fe 성분이 제거된 것으로 측정되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재까지 수행되는 선택염화법의 연구는 무엇이 있는가?	최근 ilmenite 광석의 품위 향상 공정을 개선하기 위한 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되고 있으며, 그 중에서 선택 염화법은 ilmenite 내에 Fe만을 선택적으로 제거하여 고품위의 TiO2를 얻을 수 있으므로 많은 관심을 받고 있다. 현재까지 수행된 선택염화법은 ilmenite를 HCl13) 또는 탄소의 존재하에 Cl2 가스와 반응시키거나14-17), CO-Cl2 혼합 가스를 사용하는 연구18,19)가 대부분이고, 금속염화물을 환원제로 사용하는 연구20-22)도 진행되고 있다. 그러나 대부분의 연구결과는 열역학 등에 근거한 예상 반응식에 의한 생성 Fe 염화물 종류를 일방적으로 설명하는 경향이 있었다.
	타이타늄 소재는 어떻게 제조하는가?	타이타늄 소재는 고성능 TiO2 안료는 물론이고 금속과 화학소재도 고품위 타이타늄 광석인 rutile (TiO2 함유량 92~98%)이나 Ti-slag를 사용하여 타이타늄의 염화 공정을 통해 만들어진 사염화타이타늄(TiCl4)에 의해 제조된다1-3). 사염화타이타늄 제조에 사용되는 광석 rutile은 TiO2 함유량이 92~98%로 높기 때문에 별도의 공정 없이 바로 사용 될 수 있다.
	고농축 TiO2를 만드는 공정은 무엇이 있는가?	Ilmenite에서 Fe 등을 제거하여 고농축 TiO2를 만드는 공정은 크게 습식과 건식방법이 있다. 습식방법으로는 황산 및 염산 침출법이 주로 활용되고 있으며8), 건식법으로는 탄소에 의한 환원과 수소나 CO가스에 의한 환원을 거친 후 자력선별에 의해서 Fe를 제거하는 방법도 연구되고 있다9-11). 그러나 상업적인 건식법은 전기로에서 환원하여 선철과 TiO2가 함유된 슬래그로 분리하는 방법이 있다12).

참고문헌 (27)

Guo-Hua Zhang, Kuo-Chin Chou, and Hai-Lei Zhao, 2012 : "Reduction Kinetics of $FeTiO_3$ Powder by Hydrogen", ISIJ International 52, pp.1986-1989.

상세보기
Ho-Sang Sohn and Jae-Young Jung, 2016 : "Current Status of Titanium Smelting Technology", J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 25(4), pp.68-79.
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, 25(5), pp.64-74.

원문보기 상세보기
M. Mozammel, S. K. Sadrnezhaad, A. Khoshnevisan, and H. Youzbashizadeh, 2013 : "Kinetics and reaction mechanism of isothermal oxidation of Iranian ilmenite concentrate powder", J. Therm. Anal. Calorim., 112, pp.781-789.

상세보기
Sang-Soon Lee, 1994 : "Beneficiation of titaniferrous magnetite by the chlorination in a fluidized bed reactor", M.S.Thesis, Dankook University, (1994).
Yongik Son, Rie Ring, and Ho-Sang Sohn, 2016 : "Removal of Iron from Ilmenite through Selective Chlorination Using PVC", J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 25(3), pp.74-81.

원문보기 상세보기
Vasquez, R. and Molina, A. 2008 : "Leaching of ilmenite and pre-oxidized ilmenite in hydrochloric acid to obtain high grade titanium dioxide", 17th Int'l Conference on Metallurgy and Materials, Metal 2008 Hradec nad Moravici, Czech Republic, 13-15 May 2008.
Thomas S. Mackey, 1974 : "Acid Leaching of Ilmenite into Synthetic Rutile, Ind. Eng. Chem.", Prod. Res. Develop., 13(1), pp.9-18.

상세보기
Tai Ouk Kang and Jong Kyu Yoon, 1978 : "Reduction Kinetics of Synthetic Ilmenite by Graphite", J. Kor. Inst. Metals, 16(2), pp.80-89.
Eungyeul Park and Oleg Ostrovski, 2003 : "Reduction of Titania-Ferrous Ore by Carbon Monoxide", ISIJ International, 43(9), pp.1316-1325.

상세보기
Eungyeul Park and Oleg Ostrovski, 2004 : "Reduction of Titania-Ferrous Ore by Hydrogen", ISIJ International 44(6), pp.999-1005.

상세보기
K. Borowice, A. E. Grau, M. Gueguin, and J. F. Turgeon, 1998 : "Method to upgrade titania slag and reslting product", US Patent 5,830,420.
Arun S. AthaVale and Vishwanath A. Altekar, 1971 : "Kinetics of Selective Chlorination of Ilmenite Using Hydrogen Chloride in a Fluidized Bed", Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop., 10(4), pp.523-530.

상세보기
A. Fuwa, E. Kimura, and S. Fukushima, 1978 : "Kinetics of Iron Chlorination of Roasted Ilimenite Ore, $Fe_2TiO_5$ in a Fluidized-Bed Reactor", Metall. Trans. B, 9B, pp.643-652.
James P. Bonsack, 1992 : "Entrained-Flow Chlorination of Ilmenite to Produce Titanium Tetrachloride and Metallic Iron", Metall. Trans. B, 23B, pp.261-266.
J. S. J. Van Deventer, 1988 : "Kinetics of the Selective Chlorination of Ilmenite", Thermochemica Acta, 124, pp.205-215.

상세보기
T. S. Yun and Y. Paik, 1976 : Kinetics of Chlorination of Titaniferous Magnetite-Selective Chlorination Rate of Ilmenite, J. Kor. Inst. Metals, 14(3), pp.74-80.
K. I. Rhee and H. Y. Sohn, 1990 : "The Selective Chlorination of Iron from Iimenite Ore by CO- $Cl_2$ Mixtures: Part I. Intrinsic Kinetics", Metall. Trans. B, 21B, pp.321-330.
C. M. Lakshmanan, H. E. Hoelscher, and B. Chennakesavan, 1965 : "The kinetics of ilmenite beneficiation in a fluidized chlorinator", Chem. Eng. Sci., 20, pp.1107-1113.

상세보기
J. S. Kang and T. H. Okabe, 2013 : "Removal of Iron from Titanium Ore through Selective Chlorination Using Magnesium Chloride", Materials Transactions, 54(8), pp.1444-1453.

상세보기
J. S. Kang and T. H. Okabe, 2013 : "Upgrading Titanium Ore Through Selective Chlorination Using Calcium Chloride", Metall. Trans. B, 44B, pp.516-527.
J. S. Kang and T. H. Okabe, 2014 : "Production of Titanium Dioxide Directly from Titanium Ore through Selective Chlorination Using Titanium Tetrachloride", Materials Trans., 55(3), pp.591-598.

상세보기
GyeSeung Lee and YoungJun Song, 2003 : "Study on the Synchronous Recycling of EAF Dust and Waste PVC", J. Kor. Inst. of Resources Recycling, 12(6), pp.47-56.
Ho-Sang Sohn, 2012 : Thermodynamics of metallurgy, pp.251-266, Kyungpook National University Press, Daegu, S.Korea.
O. Kubaschewski and C. B. Alcock, 1979 : Metallurgical Thermochemistry, 5rd Edition, Pergamon Press, Oxford, UK.
Robert D. Bach, David S. Shobe, H. Bernhard Schlegel, and Christopher J. Nagel, 1996 : "Thermochemistry of Iron Chlorides and Their Positive and Negative Ions", J. Phys. Chem., 100, pp.8770-8776.

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Nam Hwi Hur, 2017 : Private Communication, Sogang University, Seoul, S.Korea.

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].

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