심해저 망간단괴 제련기술 연구 [1]
상세정보
| 자료유형 | KIGAM 보고서 |
|---|---|
| 서명 | 심해저 망간단괴 제련기술 연구 [1] |
| 저자 | 박경호 |
| 언어 | KOR |
| 청구기호 | KR-97-T-04-1997-R |
| 발행사항 | 과학기술처, 1997 |
| 초록 | 본 연구의 최종 목적은 심해저 망간단괴로부터 유가금속 추출, 분리 회수기술을 개발하고 최적공정을 확립하는데 있으며 1단계의 마지막 해인 3차년도에는 1) 유가금속 침출 최적화 실험 2) 유가금속 분리, 회수방법 검토 및 기초실험 3) 침출잔사 물성 조사 4) 2단계 사업의 효율적인 수행을 위한 기획보고서 작성이었다. 한편 선진기술의 습득 및 개발동향 분석을 위하여 1건의 국제공동연구 (황산 및 암모니아에 의한 망간 단괴 침출법)와 3명의 해외 전문가를 초청, 활용하였다. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 : 1.유가금속 품위향상을 위한 전처리공정연구; 니켈, 구리, 코발트 등 망간단괴내 유가금속의 품위를 향상시키기 위한 전처리 공정연구 (입도분리 및 자력선별)을 행하였다. ·망간단괴는 유가금속성분과 비금속성분 즉 점토질, 석회질과 기타맥석광물이 혼합상태로 존재한다 ·14mesh 이상의 산물에는 Ni 0.46wt.%, Cu 0.39wt.%와 Co 0.076wt.% 등으로 유가금속의 함량이 낮았고 맥석광물인 점토질 성분이 대부분을 차지하고 있다. 따라서 침출대상에서 이들을 제거한다면 침출공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 망간단괴의 물성은 비교적 연질이어서 짧은 마광시간에서도 쉽게 150mesh 이하의 미분이 많이 발생되므로 적절한 마광시간으로 맥석광물을 분리해내는 것이 필요한 건식자력선별 (7,500가우스) 결과 유가금속의 실수율 95 %인 정광을 얻었으며 이때 니켈은 0.95wt.%에서 1.31wt.%로, 구리는 0.72wt.%에서 0.81wt.%로 그리고 코발트는 0.19wt.%에서 0.23wt.%로 유가금속 품위를 높일 수 있었다. 2.유가금속 침출특성; 아황산침출법, 직접화원-암모니아침출법, 아황산가스-황산침출법 그리고 가스환원-염산침출법에 의한 유가금속 침출에 관한 실험을 행하였다. 가.아황산침출법 ·반응온도 25℃, R (SO₂물/망간단괴 무게 g=0.01), 고액농도 10g/500㎖, 반응시간 10분에서 망간과 코발트는 100%, 니켈은 98.0%, 구리는 90.6% 그리고 철은 55.3%가 침출되었다 ·유가금속의 침출율은 SO₂ 농도에는 무관하고 R값과 밀접한 관계가 있다. 일반적으로 0.5-2.0 범위에서 R값이 증가하면 모든 금속들의 침출율은 증가한다 ·25-55℃ 범위에서 반응온도가 증가하면 유가금속의 침출율은 감소하였고 특히 철의 경우 45℃ 이상의 온도에서는 침출율이 급격히 떨어졌다 ·철의 침출을 선택적으로 억제하기 위하여는 낮은 R값, 높은 반응온도, 반응시간 30분 이상이 조건이 필요하다 ·이 방법은 환원배소와 같은 전처리공정이 없이 상온, 상압하에서 침출이 가능하다. 나.직접화원-암모니아침출법 ·본 방법은 암모니아 용액 중에서 Co가스를 환원제로 Cu+를 촉매로 사용하여 대기압하에서 망간단괴의 침출을 행하는 것이다 ·입도 -0.074㎜ 85%, 촉매로 첨가한 Cu+농도 log/ℓ, 암모니아 농도 log/ℓ, Co 유속 1.5㎖/min˙g nodule, 침출온도 50℃ 그리고 반응시간 2시간의 조건에서 Ni, Co, Cu, Zn 그리고 Mo의 침출율은 각각 98%, 93%, 95%, 85% 그리고 97% 이었다 ·망간과 맥석원소인 Fe, Si, Ca, Mg 등은 침출잔사로서 존재하며 침출액의 정액 및 분리가 비교적 용이하다 ·생성된 MnCO₃상에 Ni, Co 그리고 Cu가 일부 흡착되어 손실되며 실리케이트에 구리가 흡착되는 경향이 있다 ·본 방법은 용액중에서 망간산화물을 환원시키므로 별도의 환원배소공정이 필요하지 않으며 추출제로 사용하는 암모니아를 회수, 재사용할 수 있고 구리, 니켈, 코발트를 선택적으로 추출할 수 있는 장점이 있다. 다.아황산가스-황산침 출법 ·본 방법은 황산용액 중에서 SO₂가스를 환원제로 사용하여 대기압하에서 망간단괴의 침출을 행하는 것이다 ·입도 -0.074㎜ 85%, 고액농도 7㎖/g, 상온, Ra (첨가한 SO₂량/이론적인 소모량)=1.30, Rs (첨가한 산의 량/이론적인 소모량)=1.00, 침출시간 20분에서 Ni, Co그리고 Mn는 99.5 %이상 침출되었다 ·암모니아 침출법에 비하여 반응속도가 빠르며 상온에서 침출이 행하여진다 ·금속의 선택적 침출이 낮아 Fe, Si, Ca, Mg, Al 같은 금속이 함께 침출되어 침출액의 정액 및 분리가 어렵다. 라.가스환원-염산침출법 ·Hydrazine을 환원제로 사용하여 1.5N 염산으로 상온에서 침출한 결과 침출 시간 10분 이내에 Mn, Cu, Ni 그리고 Co 모두가 98-99% 침출 되었다 ·5%NaCl을 함유하고 있는 1.5N 염산용액 중에서 천연가스를 환원제로 사용하여 온도60℃에서 2시간 침출한 결과 Mn, Cu, Ni 그리고 Co 모두가 90-95% 침출 되었다 ·유가금속의 침출율이 다른 방법에 비하여 높으며 반응시간 또한 매우 짧다. 염산의 재사용이 가능하며 망간은 산화망간으로 제조가 용이하다. 3.용매추출법에 의한 유가금속 (니켈. 구리, 코발트) 분리; 망간단괴의 암모니아 침출용액으로부터 니켈, 구리, 코발트 등의 유가금속을 분리, 회수하는 공정을 개발하기 위한 기초연구로서 침출용액과 유사한 조성을 갖는 합성용액을 제조하여 니켈, 구리 및 코발트의 분리 회수에 대한 용매추출 실험을 수행하였다 ·암모니아 침출용액으로부터 유가금속의 추출 시 D₂EHPA, PC-88A 및 LIX84 등의 용매추출제 중 LIX84가 가장 우수하였으며 탈거액의 PH를 조절함으로서 추출상으로부터 니켈과 구리를 분리, 탈거할 수 있었다. 용매추출 반응시 수용액 pH 9에서 니켈과 구리의 추출율이 각각 96.4%, 99.9%로 가장 높았으며 구리는 추출제(LIX84)의 농도가 1 vol.%에서부터 추출율이 높게 나타났으며 니켈은 추출제의 농도가 10 vol.%에서부터 추출율이 증가하였다. 또한 유기상과 수용액상의 비가 O/A=0.5 이상에서 니켈과 구리가 모두 추출되었다 ·유기상에 추출된 니켈과 구리의 탈거는 반응시간 5분에서 모두 탈거가 되었으며 니켈은 pH 1 H₂SO₄ 탈거 용액에서 먼저 탈거가 이루어 졌으며 구리는 pH 0 H₂SO₄탈거 용액에서 탈거가 이루어져 니켈과 구리의 선택적 탈거가 가능함을 알 수 있었으며 탈거용액으로 염산보다는 황산이 니켈과 구리의 선택적 회수에 적당하였다. 4.망간단괴 활용방안 (중금속 흡착재); ·망간단괴는 주성분이 δ-MnO₂이고 기공율이 0.5 이상으로 중금속 흡착능력이 뛰어나다 ·망간단괴 lg당 40㎎의 Cu(II), 28㎎의 Ni(II), 30㎎의 Co(II)가 흡착되어 중금속 흡착제로서 충분히 사용할 수 있다 ·반응온도가 높아짐에 따라 (20℃-80℃)구리와 니켈의 흡착량도 증가하였다. 5.침출잔사 물성조사; 침출잔사의 재활용 가능성과 환경유해성을 평가하기 위하여 물성조사를 행 하였다 ·염산침출 잔사의 경우 대부분의 금속산화물이 침출되고 SiO₂가 주요 성분을 이루는 반면 Mn침출율이 낮은 암모니아침출 잔사의 경우 주요 구성성분이 Mn, SiO₂, Fe, Al임을 알 수 있었다. 아황산침출 잔사는 Mn, Co, Ni는 침출이 용이하게 이루어지나 Fe는 상대적으로 침출율이 낮아 잔사의 주요 구성성분은 SiO₂, Fe, Al등임을 알수 있었다 ·염산법 및 암모니아법 침출잔사는 EPA독성검사 허용 최대 농도를 초과하지 않아 망간단괴 침출 잔사는 유해물질이 아님을 알 수 있었다. 6.해외전문가 활용 및 국제공동연구; 가.심해저 망간단괴 처리기술 워크삽 개최; 1996년 4윌 25일 한국자원연구소에서 제3회 심해저 망간단괴 처리기술 워크삽을 개최하였으며 4건의 논문이 발표되었다. 나.해외전문가 초청; 인도 제련연구 전문가인 National Metallurgical Laboratory의 PREMCHAND를 1996년에 초청하였으며 Brain Pool사업의 일환으로 1996년에는 미국 Chemical Abstracts Service의 최인갑박사와 1997년에는 미국 South Dakota School of Mines and Technology 한국남박사를 초빙 활용하였거나 활용 중에 있다. 다.국제공동연구 (기술도입); 중국 북경광야야금총원과 "황산법과 암모니아법에 의한 심해저 망간단괴 침출연구"를 1996년-1997년에 수행하였다 |
| 페이지 | 393 p. |
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