초록 ▼

본 연구는 최근 전자, 정보통신 등 IT산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하고 있으며, 산업전반에 걸쳐 파급효과가 대단히 큰 탄탈륨 소재의 제조기술개발에 관한 연구내용이다. 탄탈륨 소재의 제조기술은 크게 원광석으로부터 화합물을 제조하는 공정과 화합물에서 분말을 제조하는 두단계 공정으로 구분된다. 이 중, 광석으로부터 화합물을 제조하는 공정은 널리 보편화되어 있는 반면, 화합물로부터 분말을 제조하는 기술은 전 세계적으로 Cabot(미국), Starck(독일), Mingxia(중국) 3사만이 보유하고 있는 실정이다

본 연구는 최근 전자, 정보통신 등 IT산업의 급격한 발달로 인해 매년 그 사용량이 급격히 증가하고 있으며, 산업전반에 걸쳐 파급효과가 대단히 큰 탄탈륨 소재의 제조기술개발에 관한 연구내용이다. 탄탈륨 소재의 제조기술은 크게 원광석으로부터 화합물을 제조하는 공정과 화합물에서 분말을 제조하는 두단계 공정으로 구분된다. 이 중, 광석으로부터 화합물을 제조하는 공정은 널리 보편화되어 있는 반면, 화합물로부터 분말을 제조하는 기술은 전 세계적으로 Cabot(미국), Starck(독일), Mingxia(중국) 3사만이 보유하고 있는 실정이다.
그러나 불행하게도 국내의 경우, 탄탈륨 원자재와 관련한 제조기술은 전무한 상태에서 원자재 전량을 해외수입에 의존하고 있으며, 현재 독점적 기술을 기 확보한 상기소수 선진국 업체들이 기술보안을 이유로 타국으로의 기술이전을 회피하고 있다. 특히 탄탈륨 소재는 미래 소재산업발전의 초석을 이룰 수 있는 고도의 기술집약적이며 국가적 전락소재인 바, 더욱이 탄탈륨 제조와 관련된, 원광개발, 원자재 및 가공품의 제조, 스크랩 등의 회수 및 환원에 이르기까지의 모든 시장을 독점적으로 장악하고 있는 실정이다.
따라서 본 연구에서는 고기능성 탄탈륨 분말의 제조기술을 개발하여, 고기능성 탄탈륨분말의 완전 국산화를 실현하고, 추후 희유금속 소재의 제조기술에 관한 원천기술을 제공하고자 본 연구를 실시하였다. 본 연구는 총 2년이며, 1차년 도에는 탄탈륨소재의 제조기술에 필요한 제조설비시tm템과 공정 그리고 최적 환원 조건에 영향을 미치는 조업변수들의 cerrelation관계를 정립하였다. 한편 최종년도인 2차년 도에서는 분말의 고순도화를 위한 후처리 기술의 정립을 목표로 하였다.
이를 위해 본 연구에서는 원료물질로서 K₂Ta$F_{7}$을 환원제로서 Na를 희석제로서 KCl/KF를 사용하여, 반응온도, 환원제 및 회석제의 양 등 다양한 조업인자와 분말특성과의 상관성을 검토하였다. 또한 분말의 고순도화에 영향을 미치는 다양한 후처리 공정에 관한 연구를 실시하였다. 끝으로 균일한 입도와 입형제어를 위해 본 연구에서는 원료물질과 환원제를 외부에서 정량적으로 공급할 수 있는 장비를 개발함과 동시에 상기 제조공정에 따른 분말특성을 평가하였다.

Abstract ▼

This study is the development of a method of manufacturing tantalum material, which has far-reaching influence over industries as its use is increasing significantly every year due to the rapid development of electronic and IT industries. Technology for manufacturing tantalum material is largely div

This study is the development of a method of manufacturing tantalum material, which has far-reaching influence over industries as its use is increasing significantly every year due to the rapid development of electronic and IT industries. Technology for manufacturing tantalum material is largely divided into the process of manufacturing tantalum compound from ore and that of manufacturing tantalum powder from the compound. Of the two, the former process has been widely generalized while the latter is owned by only three companies, Cabot, Starck and Ningxia in the world.
Unfortunately, our country does not have tantalum material manufacturing technology at all, so it imports the whole demand of the material from overseas, and a few developed countries that secured exclusive technology are reluctant to transfer the technology to other countries for the reason of technological security. In particular, tantalum material is highly technology-intensive and national strategic industry that bases the future development of the material industry. In relation to the manufacturing of tantalum, furthermore, a number of developed countries have control over all markets ranging from the development of raw ores to the processing of raw materials and goods, the recovery and recycling of scraps, etc.
Thus, the present study was carried out with the object of developing highly functional tantalum powder manufacturing technology, completely localizing highly functional tantalum powder, and providing fundamental technology related to the manufacturing of rare metals in the future. This study has taken two years. During the first year, the correlation between manufacturing systems required for tantalum material manufacturing technology and operational variables affecting the optimal condition of reduction was established. The second year aimed at establishing after-treatment technology for high purification of powder.
For these purposes, this study examined the correlation of various operational factors including reaction temperature and the quantity of reductant and diluent with the characteristics of powder using K₂Ta$F_{7}$ as feed materials, Na as a reductant and KCl/KF as a diluent. In addition, this study examined various types of after-treatment that affect the high purification of powder. Lastly, to control the particle size and shape, it developed equipment that can provide a feed material and a reductant at a fixed quantity and evaluated the characteristics of powder manufactured according to the manufacturing process stated above.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...19
• 제 1 절 기술개발의 목적...19
• 제 2 절 기술개발의 필요성...21
• 1. 국가 및 지역사회적 측면...21
• 2. 산업 및 기술적측면...22
• 제 3 절 기술개발의 범위...23
• 제 2 장 기술현황...25
• 제 1 절 개요...25
• 1. 개요...25
• 2. 물리, 화학적 특성...26
• 3. 용도...26
• 제 2 절 자원 및 시장현황...29
• 1. 광종...29
• 2. 부존특성...29
• 3. 시장현황...31
• 제 3 절 제조기술...33
• 1. 탄탈륨 및 니오븀 산화물 제조공정...33
• 1-1. 추출공정...33
• 1-2. 분리공정...38
• 2. 탄탈륨 금속 제조공정...40
• 2-1. 나트륨(Na) 환원법...40
• 2-2. 마그네슘(Mg) 환원법...40
• 2-3. 탄소환원법...42
• 2-4. 수소환원법...42
• 2-5. 전해환원법...42
• 제 3 장 제조공정 시스템 개발...45
• 제 1 절 개요...45
• 1. Reduction in a closed vessel...45
• 2. Stirred liquid phase reduction...45
• 3. Stirred liquid phase with diluent salt...46
• 4. Stirred liquid with diluent salt and cooling system...46
• 제 2 절 제조공정 시스템...47
• 1. Batch type 제조공정 시스템...47
• 2. 원료물질 및 Na 외부공급장치...49
• 제 3 절 환원제조공정...51
• 1. Batch type 제조공정...51
• 2. 본 연구에서 개발한 제조공정 (외부물질공급 시스템)...53
• 3. 분말 특성평가...55
• 제 4 장 탄탈륨 분말특성에 영향을 미치는 조업인자...57
• 제 1 절 서언...57
• 제 2 절 환원제, 반응온도 및 희석제의 영향...58
• 1. 서언...58
• 2. 실험방법...58
• 3. 환원제의 영향...61
• 3-1. 실험조건...61
• 3-2. 결과 및 고찰...61
• 3-3. 결론...70
• 4. 반응온도의 영향...71
• 4-1. 실험조건...71
• 4-2. 결과 및 고찰...71
• 4-3. 결론...78
• 5. 희석제의 영향...79
• 5-1. 실험조건...79
• 5-2. 결과 및 고찰...79
• 5-3. 결론...88
• 제 3 절 후처리의 영향...89
• 1. 서언...89
• 2. 실험방법...90
• 3. 결과 및 고찰...92
• 3-1. 화학분석...92
• 3.2. 탈산 및 열처리...92
• 4. 결론...96
• 제 5 절 외부공급에 의한 영향...97
• 1. 서언...97
• 2. 실험방법...97
• 3. 결과 및 고찰...100
• 3-1. 화학 및 X-선회절 분석...100
• 3-2. 입도ㆍ형태학적 분석 및 회수율...100
• 4. 결론...103
• 제 5 장 결 론...105
• 참고문헌...109
• 부록...111