Jurnal f the Krean Ceramic Sciety Vl. 47, N. 6, pp. 61~617, 010. DOI:10.4191/KCERS.010.47.6.61 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 15-801, Krea *Test & Standard Center, Krea Institute f Ceramic Engineering & Technlgy, Seul 15-801, 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 (010 10 ; 010 11 16 ; 010 11 17 ) 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 E-mail : yschu@kicet.re.kr Tel : +8--8-4 Fax : +8--8-40 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
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 5106-009의 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 51..91 0.49 4.0 7.8 0.07 0.6 0.0 (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 : 0.54 0.49 0.4 wt%, Fe : 0. 0.1 0.1 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)
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 0 0.56 0.01 0.0 0.0 0.54 50 0.58 0.01 0.1 0.0 0.55 70 0.60 0.01 0.1 0.0 0.51 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* 51..91 0.49 4.0 7.8 0.07 0.6 0.0 Residue 5..96 0.7 1. 8.6 0.10 0.7 0.11 * Ferr-Nickel Slag 47«6y(010)
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 0.04 0.08 0.56 6.1 0.40 74.49 Except LOI 0.15 0.0.09 97.67 1.49 - 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 600 0 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, 49 191-0 (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, 17 57-76 (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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