초록 ▼

1. 연구개발의 내용
본 사업의 4차년도인 금년도의 주요 연구 목표는 자철석, 규질이암, 석회석, 흑연 등 4종 광물자원으로부터 나노소재의 원료물질 제조 세미파일럿 규모 공정장치 제작(순도 95%이상, 5 kg/h) 및 설치이다. 이를 위해 아래와 같은 내용으로 연구 개발을 수행 하였다.
가. 자철석으로부터 철 아세테이트 제조 최적화
o 저품위 자철석으로부터 고순도(> 95%) 철 아세테이트 제조 세미파일럿 규모 공정장치 제작 및 설치(규모 5 kg/h)
o 고순도 철 아세테이트로부터 자성유체(30 nm

1. 연구개발의 내용
본 사업의 4차년도인 금년도의 주요 연구 목표는 자철석, 규질이암, 석회석, 흑연 등 4종 광물자원으로부터 나노소재의 원료물질 제조 세미파일럿 규모 공정장치 제작(순도 95%이상, 5 kg/h) 및 설치이다. 이를 위해 아래와 같은 내용으로 연구 개발을 수행 하였다.
가. 자철석으로부터 철 아세테이트 제조 최적화
o 저품위 자철석으로부터 고순도(> 95%) 철 아세테이트 제조 세미파일럿 규모 공정장치 제작 및 설치(규모 5 kg/h)
o 고순도 철 아세테이트로부터 자성유체(30 nm 이하 자성 나노입자) 제조
나. 규질이암으로부터 나노소재용 고순도 실리콘 유/무기화합물 제조 기술 개발
o 규질이암으로부터 고순도 실리콘 무기화합물 및 실리카 나노소재 제조 세미파일럿 규모 공정장치 제작 및 설치(규모 5 kg/h)
o 규산나트륨으로부터 솔-젤 공정에 의한 나노사이즈 실리카 솔 제조공정 개발
o 초미립(50 nm) 유기 헥토라이트 제조 및 특성평가
o 알옥시 실란 제조 및 특성평가
다. 석회석으로부터 고순도 칼슘염 제조
o 융복합공정에 의한 세미파일럿규모 고순도 초미립 석회석 분말 제조
o 초음파화학적 방법에 의한 tricalcium phosphate(TCP) 분말의 제조
o 석회석을 이용한 인산칼슘계 생체재료의 전구체 제조 및 특성평가
라. Nano-Platelet 형 천연산 인상흑연 미립분체 제조 연속공정 개발
o 연속화를 위한 3 liter/batch 혼용장치 및 ultrasonic 박리 및 분산 장치 구축
o 저팽창 후 Exfoliation에 의한 Nano-Platelet 형으로 크기 감소
o Attrition mill에 의한 shear와 Ultrasonic 에 의한 Exfoliation 유도
o 연속식공정의 안정화 및 graphene scale의 Nano-platelet 유도
또한, 미생물을 이용한 자철석으로부터 자성 나노물질 합성과 특성분석, 합성 알루미늄 알콕사이드를 이용한 금속 함침 나노 알루미나 구조체 합성 및 실리콘 화합물을 이용한 용접 시 발생하는 중금속 처리 등에 관한 학연 간 공동연구를 수행하였다.
2. 연구개발의 범위
4차년도의 주요 연구개발 범위로서 대상광물인 자철석, 규질이암, 석회석, 흑연으로부터 나노소재 원료물질인 철 아세테이트, 규산나트륨, 인산칼숨 및 정제흑연을 제조하기 위한 세미파일럿 규모 공정장치를 각각 제작하여 설치하였다. 또한, 광물 자원의 특성평가, 분쇄, 선별, 산/염기 침출 반응, 촉매 반응 및 수열반응 등과 같은 다양하고 체계적인 공정들을 사용하였으며 불순물 제거에 의한 순도 제어 및 수율 향상 최적 조건을 확보하였다.

Abstract ▼

1. Contents
This year, the fourth year of the research program, we aimed to design and install the semi-pilot-scale equipments (5 kg/h) while keeping the purity of 95% or above. The following topics were selected:
a. Production of high-purity iron compounds from magnetite
<TEX>$\bulle

1. Contents
This year, the fourth year of the research program, we aimed to design and install the semi-pilot-scale equipments (5 kg/h) while keeping the purity of 95% or above. The following topics were selected:
a. Production of high-purity iron compounds from magnetite
<TEX>$\bullet$</TEX> Development of semi-pilot scale processes for manufacturing high-purity (> 95%) iron acetate from a low grade magnetite (Production rate 5 kg/h)
<TEX>$\bullet$</TEX> Synthesis of magnetic fluids with the high-purity iron acetate (magnetic nanoparticle size < 30 nm)
b. Synthesis of silicon inorganic/organic compounds from siliceous mudstone (SM)
<TEX>$\bullet$</TEX> Installation of equipments to synthesize inorganic silicon compounds (Purity of 95% or above, 5 kg/h) and nanostructured silica particles from SM
<TEX>$\bullet$</TEX> Synthesis of silica nano-sol by the sol-gel process from aqueous solution of sodium silicate
<TEX>$\bullet$</TEX> Synthesis and characterization of 50 nm organic hectorite
<TEX>$\bullet$</TEX> Synthesis of silicon alkoxide
c. Synthesis of calcium phosphate compounds from limestone
<TEX>$\bullet$</TEX> Establishing fine powder manufacturing semi-pilot scale facility for producing ultra-fine calcite powder
<TEX>$\bullet$</TEX> Sonochemical synthesis and characterization of TCP powder
<TEX>$\bullet$</TEX> Synthesis of a calcium phosphate precursor from inorganic limestone for BT application
d. Graphite refining and nanopowder synthesis
<TEX>$\bullet$</TEX> Development of the continuous processes (3 L/batch) including the ultrasonic exfoliation and the dispersion to make nano-platelet type graphite
<TEX>$\bullet$</TEX> Final product has the thickness of 20 - 50 nm with the plane of 1 - 3 <TEX>${\mu}m$</TEX>
The following three topics were entrusted to universities: 1. synthesis and characterization of magnetite nanoparticles by microbial processes, 2. synthesis of nano-alumina structures supported metal from synthesized aluminum alkoxide, and 3. treatment of hazardous heavy metals from welding processes using silicon compounds.
2. Scope
Semi-pilot scale equipments were installed to synthesize the nanomaterial precursors from the target mineral resources. To this end, we designed systematic processes selectively consisting of evaluation of mineral characteristics, pulverization, classification, acid/base leaching reaction, catalysis reaction, and hydro-thermal reaction. The conditions for both high purity and high yield were obtained.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 19
• 1. 연구개발의 목적 ... 19
• 2. 연구개발의 필요성 및 범위 ... 19
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 21
• 1. 광물자원의 원료화 기술 ... 21
• 2. 국내외 기술 개발 동향 ... 30
• 3. 기술 전망 ... 42
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 44
• 1. 자철석으로부터 고순도 철화합물 제조 ... 44
• 2. 규산염광으로부터 고순도 실리콘 화합물 제조 ... 92
• 3. 석회석으로부터 고순도 칼슘염 제조 ... 153
• 4. 흑연광으로부터 나노소재 원료물질 제조 ... 168
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 178
• 1. 연구개 발목표의 달성도 ... 178
• 2. 관련분야의 기여도 ... 179
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 182
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 183
• 1. 나노소재의 세계시장 동향 ... 183
• 2. 나노소재 원료물질의 세계시장 동향 ... 188
• 제 7 장 참고문헌 ... 191
• 별첨 1. 미생물을 이용한 자철광으로부터 자성 나노물질 합성과 특성 연구 ... 201
• 끝페이지 ... 385