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1 Jurnal f the Krean Ceramic Sciety Vl. 47, N. 6, pp. 61~617, 010. DOI: /KCERS Extractin f Mg in and Fabricatin f Mg Cmpund frm Ferr-Nickel Slag Yng Sik Chu, Y Ree Lim*, Hng Bum Park, Hun Sng, Jng Kyu Lee, and Seung H Lee Green Ceramic Divisin, Krea Institute f Ceramic Engineering & Technlgy, Seul , Krea *Test & Standard Center, Krea Institute f Ceramic Engineering & Technlgy, Seul , Krea (Received Octber, 010; Revised Nvember 16, 010; Accepted Nvember 17, 010) r f l Mg p yw Á *Á y Á zá ³Á y w» *w» xt l ( ; ; ) ABSTRACT Ferr-Nickel slag is ne f the by-prducts in Ferr-Nickel manufacturing prcess. The slag is cmpsed f SiO, MgO, Fe O and thers. But the slag has been buried at landfill despite having valuable elements. This study tried t extract Mg in and fabricate Mg cmpund frm ferr-nickel slag using hydrchlric acid slutin. Mg in was extracted with Si, Fe and ther ins in HCl slutin. S reprcess was needed fr gaining high purity Mg in. It was thught that Si in r SiO precipitated in HCl slutin and remved frm slutin in filtering prcess. Fe in cnverted int Fe(OH) after reacted with NH 4 OH and precipitated in HCl slutin. After these prcess, the filtrate was cmpsed f high purity Mg in. MgCl NH 4 Cl 6H O was btained thrugh drying f filtrate and this prduct was changed int MgO by burning prcess (600 C-0 min). That is, 1st material r slutin fr manufacturing nd prduct was fabricated using acid disslutin methd and ther treatments. Key wrds : Ferr-nickel slag, HCl slutin, Mg in, Mg cmpund, Filtering prcess 1. l p r f» l k w, r f ƒ v. m f 1m 0m ƒ w, ü 100 m š. w ¾ y w wš xr. r f ù gj p w» w. p enstatite (MgO SiO ) frsterite (MgO SiO ) n ww, Mg» w ƒ w š. 1-) Mg Mg MgCl y MgSO 4 Mg yw w» w»,» yw r f š ƒƒey w t» w. w P. G. Crrespnding authr : Yng Sik Chu yschu@kicet.re.kr Tel : Fax : Caceres (MgCO CaCO ) l w y mw CaO MgO» w w w» w. w» ¾ 4,5) Mg Mg yw» w ƒ, š Mg yw» w w ƒ v w. Eric H. Oelkers frsterite ƒ q w e ƒ, w Si-O w Mg-O w ñ š w. Mg-O q w w wƒ š, w w w w š w. Mg-O w» w frsterite l Mg Si SiO ƒ š w. 6) Pkrvsky frsterite ww, Mg Si w w» w. 7) Mg Si ƒƒ» w w z w w. ù ¾ r f w Mg y Si yw w 61

2 추용식 임유리 박홍범 송 훈 이종규 이승호 614 Fig.. Fig. 1. The atmic scale f frsterite lking alng the a axis. A prjectin f the unit cell is shwn by the black rectangle. 6) 이 확립되어 있지 않은 상태이다. 즉 고부가가치의 Mg 금속 및 Mg 화합물을 제조하기 위한 전처리 방법이 해 결되지 않은 상태이다. 그러므로 본 연구에서는 산 용액 에서 페로니켈 슬래그의 주성분 중 하나인 Mg 이온 등 을 용출하고, 용출된 이온들 중 Mg 이온만을 분리하여 화합물로 제조하고자 하였다.. 실험 방법 본 연구에서 사용한 페로니켈 슬래그의 화학성분은 Table 1 과 같으며, SiO 함량은 51.% 및 MgO 함량은 4.0%이 었다. 즉 사용 슬래그의 주성분은 SiO 와 MgO이며, 이외 에도 Fe O 7.8% 및 Al O.91% 등이 존재함을 확인할 수 있었다. 페로니켈 슬래그는 진동밀 (WTBM-01, 웅비기계, 한국) 을 사용하여 미분쇄 하였다. 미분쇄된 페로니켈 슬래그의 분말도는 KS L 의 Blaine 실험법에 따라 실험 하였으며, 분쇄된 페로니켈 슬래그의 분말도는,500 cm /g 이었다. 미분말 페로니켈 슬래그는 염산 (5%, 삼전화학(주), 한 국) 용액에서 용출실험을 진행하였으며, 이때 페로니켈 슬 래그 100 g과 0.5 M HCl 500 ml를 비이커에서 교반 용출 하였다. 용출시간과 온도는 다양하게 변화 (시간 : 0분, 60분, 90분, 온도 : 0 C, 50 C, 70 C 등)시켰으며, 용출이 종 료된 후 5B 여과지를 사용하여 1차 여과하였다. 여과지에 Chemical Analysis f Ferr-Nickel Slag Cmp. SiO Al O CaO MgO Fe O K O Na O SO Cntent (wt%) Table 1. 한국세라믹학회지 Prduct after drying f 0.5M HCl slutin. 잔류하는 슬러지는 항량 건조한 후 성분분석을 위한 습식 분석과 XRD (D5005D, 지멘스사, 독일) 분석을 통해 특성 을 확인하였다. 또한 여과액은 ICP (DV500, PerkinElmer 사, 미국)를 사용하여 여과액에 존재하는 이온의 종류 및 양 등을 분석하였다. 1차 여과된 용액에 Fe 이온을 제거 하기 위해 암모니아수 (NH 8%, 순정화학(주), 일본)를 첨가하였으며, 이때 침전된 Fe(OH) 는 차 여과를 통하여 제거하였다. 이후 여과액은 100 C에서 완전 증발시켜 Mg 화합물을 얻었으며 (Fig. 참조), 건조된 Mg 화합물은 하 소하여 MgO 성분으로 변환시키고자 하였다.. 결과 및 고찰 용출 시간별 특성 페로니켈 슬래그 미분말을 0.5 M 염산 용액 (0± C)에 서 0분, 60분 및 90분간 용출시킨 후, 추출 용액 내에 존 재하는 이온의 종류 및 함량을 분석하였다. Fig. 에서와 같이 용출시간에 따른 이온 용출량은 Mg 이온이 가장 높 았으며, 이후 Si, Fe 성분 등이 높게 검출되었다. 초기 0 분 용출조건에서는 Mg 이온의 용출량은 0.56 wt%이었으 며, 이는 Si 이온의 용출량 0.54 wt%와 유사한 수준이었 다. Mg 이온의 용출량은 용출시간이 60분으로 증가함에 따라 용출량도 0.59 wt%로 증가하였으며, 이후 90분에서 는 0.58 wt%로 60분과 유사한 값을 나타내었다. 그러나 Si 및 Fe 이온 등은 용출시간이 증가할수록 용출량이 감 소하는 경향을 나타내었다. (Si : wt%, Fe : wt%) Sebastian Teir 등도 주요 광물이 Mg (Si O )(OH) 및 Fe O 등으로 구성된 사문암에서 용출실험을 진행하여 본 연구와 유사한 특성을 도출하였 다. 이들은 염산 용액 등을 사용하여 용출실험을 진행할 경우, Mg 뿐만 아니라 Si 및 Fe 성분 등이 동시에 용출 됨을 확인하였다. 또한 Si 용출량은. 용액 온도별 특 성 에서와 같이 용출액의 온도에 따라 차이가 있으나, 0 분 이후 용출량이 감소하는 특징을 나타내었다. Sebastian Teir 등은 이러한 현상은 용출액 여과 시, SiO 성분이 여 과지 위에 겔 상태로 침전하여 Si 농도를 낮추기 때문이 라고 설명하였다. 본 연구에서도 기본적으로는 용출된 SiO 성분이 용액 내에서 쉽게 가라앉아 여과 과정에서 잔류물로 걸러진다. 주요 원인은 용출시간이 길어짐에 따.1. -x 5 4-4x 4 8)

3 Fig.. Extractin f each ins in 0.5 M HCl slutin(5 ml). MgO j SiO Fe O w z e w, z» x w yw ³ v w š q... p 0 š wš, r f 0.5 M w x ww. 0 C, 50 C 70 C y k z ƒƒ p mw. Mg Si Table y 0.55 ±0.05 wt% w, Ca, Fe Al. r f Table 1 MgO SiO, (Mg Si Ca, Al, Fe ) y w. r f w w SiO MgO, w SiO ƒ ù, MgOƒ» SiO y w. 9) ƒ j w ù, Mg s ƒ w ùkü. ù Si Ca, Fe, Al y yƒ. Eric H. Oelkers y Mg Table. Extractin f Each Ins in HCl Slutin with Slutin Temperatures (Unit : wt% (5 ml) In Mg Ca Fe Al Si Temp. r f l Mg p yw 615 Si ƒwù, Mg w š šw. 6) Si Mg y ù, Eric H. Oelkers û q... r f 0 C, 0.5M HCl 0 x ww. z 5B w e w. XRD yw w. z 5mL ƒw, Fe w. w z yw Table, XRD patten Fig. 4 ùkü. Fig. 4 MgO SiO r f ƒ w z xk y y w. ü w Mg Si z w š q. yw w, w w. Fig. Table ü w». ù MgO w.7%, SiO.0% ƒw. Fe(OH) z ( (1) ) 100 C» Table. Chemical Analysis f Residue Material Fig. 4. Residue after filtering f 0.5 M HCl slutin. (Uint : wt%) Cmp. SiO Al O CaO MgO Fe O K O Na O SO FN Slag* Residue * Ferr-Nickel Slag 47«6y(010)

4 616 Á Á y Á zá ³Á y Table 4. Chemical Analysis f Prduct (Unit : wt%) Cmp. SiO Al O CaO MgO Fe O LOI Cntent Except LOI Fig. 5. XRD pattern f prduct after drying. Fig. 6. XRD pattern f prduct after burning. 4 w. z (Fig. ) k, y w Table 4 ùkü. Table 4 MgO 6.1%, SiO 0.04% 74.49%, l y Fe n ƒ w w q. Fe O +6NH 4 OH Fe(OH) (e )+H O+6NH (1) w MgO w 97.7% y, CaO.09%, Fe O 1.49%. w z XRD d w (Fig. 5 () ), MgCl NH 4 Cl 6H O y w. z w w, Fig. 6 MgO (Periclase ). r f w w w, 95% MgO w w w, MgO 0.5 g. r f 100 g w MgO w 4.0 g, MgO 60.% ((0.5 g/ 4.0 g) 100). MgO + NH 4 OH + HCl + 4H O MgCl NH 4 Cl 6H O () 4. r f w š. w v w, š ƒƒe tyƒ v y. ü w MgO w Mg ƒ w Mg yw wš w. w Mg w»k Mg k w w, w Mg 0-0 C w z ƒ x y w. Mg w Si Fe ƒ w. j MgCl NH 4 Cl 6H O yw k, 600 C 0 w w MgO. w w z MgO w 95% y. Mg y w w w Mg ƒ ƒ w. REFERENCES 1. J. M. Sler, J. Cama, S. Gali, W. Melendez, A. Ramirez, and J. Estanga, Cmpsitn and Disslutin Kinetics f Garnierite frm the Lma de Hierr Ni-Laterite Depsit, Venezuela, Chem. Gelgy, (008).. D. E. Giammar, R. G. Bruant Jr., and C. A. Peters, Frsterite Disslutin and Magnesite Precipitatin at Cnditins Relevant fr Deep Saline Aquifer Strage and Sequestratin f Carbn Dixide, Chem. Gelgy, (005).. M. H. Oh, J. C. Lee, and S. T. Oh, Methd f Water Glass and Extractin f Mg frm Ni Slag, Krean Patent, 10- w wz

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