초록 ▼

페로니켈 제조 공정에서 실리카, 마그네슘 산화철을 함유한 슬래그가 다량(160 만톤/년)발생된다. 이 슬래그는 일부를 소결용 원료로 사용하거나, 시멘트의 원료, 도로용 골재 및 성토용 등과 같은 토목용으로 사용하기도 하지만, 대부분 매립 등으로 폐기하고 있어, 포함된 많은 양의 유용자원도 함께 폐기되고 있는 실정이다. 최근에는 미국, 러시아 등을 선두로 하여 슬래그로 부터의 응용 자원의 회수공정에 매우 적극적인 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 실리카등 많은 유용 자원을 함유한 페로니켈 제조공정 슬래그를 이용한 실리카 분

페로니켈 제조 공정에서 실리카, 마그네슘 산화철을 함유한 슬래그가 다량(160 만톤/년)발생된다. 이 슬래그는 일부를 소결용 원료로 사용하거나, 시멘트의 원료, 도로용 골재 및 성토용 등과 같은 토목용으로 사용하기도 하지만, 대부분 매립 등으로 폐기하고 있어, 포함된 많은 양의 유용자원도 함께 폐기되고 있는 실정이다. 최근에는 미국, 러시아 등을 선두로 하여 슬래그로 부터의 응용 자원의 회수공정에 매우 적극적인 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 실리카등 많은 유용 자원을 함유한 페로니켈 제조공정 슬래그를 이용한 실리카 분리공정의 최적화에 대한 연구를 하고자 하였다.
-페로니켈 슬래그 성분에 따른 용해 조건 확립 : 페로니켈 슬래그의 제조 과정 및 Aging에 따른 성분 조사: 슬래그 제조 조건에 따른 용해 조건을 파악하기 위한 슬래그의 제조 과정 및 Aging에 따른 성분 조사를 SEM-EDEX로 분석한 결과, 슬래그 종류에 따른 성분 차이가 없는 것으로 나타났다. 슬래그의 대표원소의 평균값은 Si 25.50%, Mg 17.77%, Fe 11.21%인 것으로 나타났다.
-페로니켈 슬래그 특성 변화 : 슬래그 특성에 따른 파쇄 효과는 공기의 접촉을 가장 많이 한 Air 조건에서(3개월) 2시간 파쇄 한 경우 가장 큰 입자인 2,500 ㎛ 이상 슬래그의 양은 23.24%, 350 ㎛ 이하의 양은 27.76% 로 다른 조건(공기차단, 물속, 공기유입 물속)에 비하여 슬래그 입자의 파쇄 정도가 가장 높았다. 슬래그 입자내의 MgO 팽창에 영향을 주는 인자는 물보다는 공기 중의 CO2가 더 큰 것으로 판단하였다.
-물리 화학적 처리에 따른 용해 및 효율 분석 : 분쇄 후 분리한 슬래그 입자의 크기가 1,000 ㎛에서 53㎛로 작아질수록 마그네슘의 침출율은 51.13-87.52%, 철은 56.68-88.70%로 증가하였고, 불용출물을 포함한 실리카 잔유물 양은 79-60%로 감소하였다. 유용물질(Fe₂O₃, Al₂O₃, Cr₂O₃, CaO, NiO)의 용해율28.57%~100%로 증가하였고, 침출율은 Mg > Ni > Fe ≈ Ca > Al 순으로 나타났다.
-용해된 실리카 및 금속의 분리 : 고순도 실리카 및 금속의 용해를 위한 최적 물리 화학적 조건은 산 용액으로 용출시, 90℃에서 4시간동안 최대의 용출율 HCl은 84.6% 황산은 83.9%를 나타냈고 마그네슘의 추출율은 염산이 91.57% 황산이 90.75%를 나타내었다.
-용해 조건에 따른 분리 공정 확립 : 비이온 계면활성제 HLB 값이 작을수록 친수성 강해져서 첨가량 더 적어도 여과 가능하였다. 수용성이 클수록 첨가량 더 적어도 응집 생성물(실리카) 생성 가능하여 실리카분말을 제조하기 위해서는 계면활성제가 친수성입자에 흡착하고, 소수성 물질들이 엉기어 응집입자를 만들었다. 용해 조건에 따른 금속의 분리를 위한 조건 확립에서 계면활성제의 HLB 14.9, 15.6, 16.0, 농도0.05%, 첨가량 2ml 이상 첨가 시 응집 효과를 나타냈다.
-분리된 실리카 및 금속의 고순도화 : 분리된 실리카 성분 분석을 위한 XRF 결과 SiO2 87.27wt%, MgO가 3.57wt%, Fe2O3 1.25wt%, CaO 0.15wt%, Al2O3 1.21%, Cr2O3 : 0.25wt%, NiO 0.01 wt%, Na2O 0.05wt%로 나타나 주성분인 실리카를 이용하여 물유리를 제조할 수 있었다.
-최적 분리 조건에 따른 금속의 고순도화 : 금속내의 주요 불순물은 Mn+4이 30 ppm 정도가 존재하였다. Fe+3 는 10 ppm 정도가 존재하였고, Cr+6은 5 ppm, Ni+2는 5 ppm 정도 남아있어 90-100%의 불순물 제거율을 나타내었다.
-분리된 실리카의 정제 및 고순도화 : 물유리에는 Fe, Al 및 Mg의 농도가 각각 80.5-118.3 ppm, 31-50.4 ppm, 133-224 ppm으로 나타났다. 이를 이용하여 침강 실리카를 제조하였고 제조된 실리카의 순도는 97-98%로 나타났다.

Abstract ▼

The big amounts of Fe-Ni slag(about 1.6 million ton/year) which contains silica, magnesium and ferrous occurs from ferro nickel manufacturing process. The slag often used as simple usages ;generally reclamation soil for civil engineering etc. Nowadays trials for separation researches from Fe-Ni slag

The big amounts of Fe-Ni slag(about 1.6 million ton/year) which contains silica, magnesium and ferrous occurs from ferro nickel manufacturing process. The slag often used as simple usages ;generally reclamation soil for civil engineering etc. Nowadays trials for separation researches from Fe-Ni slag to obtain useful materials are very active in USA, Russia ect. The purpose of this study was the optimization of silica separation process from ferronickel slag by physicochemical method.
-The leaching condition establishment of Fe-Ni slag on compositions : Investigation of compositions on processing and aging of Fe-Ni slag : For the establishing the dissolution conditions of the ferronickel slag, we investigated compositions of the slag according to the manufacturing process and Aging, with SEM-EDEX analysis, there were no difference according to the types of manufacturing process. The average value of element represents Si 25.50%, Mg 17.77%, Fe 11.21%, respectively.
- The leaching condition investigation of characteristics of Fe-Ni slag : Variation of ferronickel slag crushing characteristics were investigated. In a lot of contact with air(during 3 months) the largest particles over 2,500 ㎛ was 23.24%, the amount of under 350 ㎛ 27.76% at 2 hours grinding. In this condition the amount of the crushed slag particles were high degree compared to the other conditions(closed system, in water, in bubble water). Crushing degree of the slag particles was influenced expansion of MgO, which factor is the atmospheric CO2 greater than water.
- Analysis of leaching ratio on treating by physicochemical method : According to Physico-chemical treatment, particle size analysis and melting efficiency were verified. After grinding, smaller particle size from 1,000 ㎛ to 53 ㎛, the leach rate of magnesium was 51.13 to 87.52% and iron was increased from 56.68 to 88.70%, The silica residue containing insoluble effluent was reduced from 79 to 60%. The dissolution rate of useful materials (Fe2O3, Al2O3, Cr2O3, CaO, NiO) was increased from 28.57 to 100%, the leaching rate was Mg> Ni> Fe ≈ Ca> Al in order.
-Separation of silica and metals in leaching solution : The physicochemical condition establishment for leaching to optimum purity of silica and metals : For the separation of dissolved silica and metal, physical and chemical conditions were optimized for high purity silica and metal solution. at the time of elution, 90 ℃, for 4 hours, the maximum dissolution rate was 83.9% in Hydrochloric acid(HCl), 84.6%, in sulfuric acid(H2SO4). Magnesium extraction rate was 91.57% and 90.75%, respectively.
-The separation condition establishment for leaching conditions : Nonionic surfactant HLB value is smaller into the hydrophilic, less amount of surfactant could be filtrated. The more hydrophilic, the less amount of surfactant, aggregation product (silica) can be generated. In order to produce silica powder, hydrophilic surfactant is adsorbed on the particle, a hydrophobic material was made of agglomerated particles. For separation of the metal, surfactant HLB value was 14.9, 15.6, 16.0, concentrations was 0.05%, the addition amount was more than 2ml to agglomeration effects.
-The high purification of separated silica and metals :Analysis of high purity on silica and metals with separation conditions : The elements of separated silica were detected with XRF. Silica SiO2 was 87.27wt%, MgO 3.57wt%, Fe2O3 1.25wt%, CaO 0.15wt%, Al2O3 1.21%, Cr2O3 0.25wt%, NiO 0.01 t%, Na2O 0.05wt%. So the main component was SiO2 that we could prepared water glass.
-The high purification on separated metals : The major impurities in the metal of Mn +4 was 30 ppm. Fe +3 was approximately 10 ppm, Cr +6 was 5 ppm, Ni +2 was 5 ppm, so impurity removal ratio was 90-100%
-The high purification of separated silica : The concentrations of Fe, Al and Mg in water glass were 80.5-118.3 ppm, 31-50.4 ppm, 133-224 ppm respectively. By using the water glass, the precipitated silica was manufactured. The prepared silica content was 97-98%.