KR100226886B1 - 철광석중의 유황분석용 조연제 조성물 - Google Patents

Abstract

철광석중에 함유된 유황분석용 조연제 조성물이 제공된다. 이 조성물은 시중량(0.15g)기준으로 순철 400중량%∼600중량%, 주석 100중량%∼200중량%, 및 순수 텅스텐 1000중량%∼1200중량%로 조성된다.

이같이 구성된 조성물을 조연제로 사용함으로서 분석의 정확도 및 재현성을 확보하고 분체형태의 잔류물 발생을 극소화시킬 수 있다.

Description

철광석 중의 유황분석용 조연제 조성물

본 발명은 철광석 중에 함유되어 있는 유황 분석용 조연제 조성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 가열 연소에 의한 적외선 흡광법으로 철광석 중에 함유되어 있는 유황을 분석함에 있어 시료의 연소촉진제로 첨가되는 철광석 중의 유황 분석용 조연제 조성물에 관한 것이다.

종래 유황 분석기를 이용 적외선 흡광법으로 유황을 분석하는 분석 공정에서는 일반적으로 제1b도 에서와 같이 시료를 일정한 규정(분말)으로 파쇄한 후 분석기 자체에 부착되어 있는 천칭위에 도가니를 올려 놓고, 순철(0.7g)조연제를 첨가후 시료를 평량하고 무게값을 입력한 다음, 순수텅스텐(3.0g)으로 된 조연제를 첨가하여 고주파 유도 용해로에 장입한 다음 산소를 공급하면서 1300℃-1800℃로 가열 연소시켰다.

상기 과정중에서 고주파 유도 용해로를 이용한 가열 연소 공정에서는 고주파 유도 용해로내의 연소부에 설치되어 있는 유도코일에 고주파 전류를 공급하면 유도코일 좌, 우측에 강한 자장이 형성됨과 동시에 중심부에 자력이 형성된다.

이때 유도코일 중심부에 장입된 도가니 내에서는 조연제로 첨가된 순수텅스텐과 순철의 자력에 의한 저항이 형성되어 급격한 산화열이 발생되기 때문에 시료가 연소된다.

상기의 공정에서 시료(철광석)에 함유된 유황은 시료가 연소하면서 공급되는 산소와 반응하여 하기 반응식(1)에 따라 W₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, CaO, MgO, P₂O₅, MnO 등 분석잔류물과 함께 이산화황 및 삼산화황의 가스를 발생하게 된다.

1300℃∼1800℃

시료 + 조연제 + 산소 -------------------- W₂O₃₊Fe₂O₃₊SiO₂₊CaO+MgO

(철광석) (Fe+W)

P₂O₅+MnO+SO₃+SO₂+H₂O........................(1)

상기 반응식(1)에서 발생되는 분석 잔류물은 고정상태와 미세한 분말상태로 생성되며 이중 고체상태인 것은 도가니 내벽 및 연소관 내벽에 부착되고 미세한 분말 상태인 것은 가스통로에 설치되어 있는 메탄필터에서 여과되며, 분석가스로 발생되는 이산화황과 삼산화황은 강 산화제가 충진된 백금촉매로를 통과하면서 삼산화황은 이산화황으로 산화되어 적외선 흡광법에 의하여 이산화황이 유황으로 변화되어 정량화 된다.

상기와 같은 종래의 분석과정에서 가장 중요한 것은 고주파 유도 용해로에 의한 가열 연소 공정으로서 조연제의 조성은 도가니에 걸리는 전류량의 변화를 가져오며 그에 따른 연소 온도의 변화를 유발시키기 때문에 연소 상태의 변화를 일으키게 된다.

따라서 종래 철광석중의 조연제로 사용되는 순철은 시료의 융점을 낮추어주면서 용해시키는 역할을 하고, 순수텅스텐은 열전도성이 낮아 자력에 의해 큰 저항이 형성되어 연소시 고온의 산화열이 발생되어지며, 이때 텅스텐을 과다하게 첨가해줌으로써 도가니 바닥면에 있는 시료들은 용융이 잘되지 않으며, 특히 텅스텐의 과다첨가와 시료 및 순철이 비산하여 고가의 연소관을 손상시키는 문제점과 시료의 비산으로 분석의 정확도 및 재현성이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 조연제가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 연소적외선 흡광법으로 철광석중의 유황분석시 최적의 연소상태를 유지시켜 시료를 완전 용융시킴으로써 분석데이타의 정확도 및 재현성을 극대화하고 분체상태의 분석잔유물을 극소화시켜 기기의 오염을 최소화 할 수 있는 개선된 조연제를 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 유황분석과정과 본 발명의 조성물을 이용한 유황분석과정을 개략적으로 도시한 분석 공정도

본 발명에 의하면, 시료 100중량부(0.15g)기준으로 순철 400-600중량부, 주석 100-120중량부 및 순수텅스텐 1000-1200중량부를 포함하여 구성되는 철광석중의 유황분석용 조연제 조성물이 제공된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

조연제 조성물을 구성하는 순수텅스텐(W)는 열전도성이 낮아 자력에 의해 큰 저항을 형성하며, 연소시 고온의 산화열을 발생하며, 순철은 연소시 고온에서 산화되어 시료의 융점을 낮추어주며, 주석은 시료의 산화를 도와주면서 용해시키는데, 본 발명에서는 이같은 각 조성성분의 성질을 이용하여 연소상태를 최적으로 유지하고자 연구한 결과 이들 성분들을 특정범위로 한정하여 조성함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 조성물을 구성하는 성분중 순철은 시료 100중량부 기준으로 400-600중량부가 적당한 바, 400중량부 미만으로 첨가되는 경우 연소상태가 불충분하게 되며, 반면 600중량부를 초과하여 첨가시에는 첨가효과는 더 이상 증대되지 않은 반면 더스트발생이 증가한다.

한편 주석은 시료 100중량부 기준으로 100-120중량부 함유하는 것이 바람직하며, 100중량부 미만으로 첨가시에는 시료의 연소상태가 불충분하게 되며, 반면 120중량부 보다 초과하여 첨가시에는 주석산화물이 다량 발생하면서 첨가효과는 더 이상 증대하지 않는다.

한편 텅스텐의 경우는 시료 100중량부 기준으로 1000-1200중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 1000중량부 미만을 첨가시에는 산화열 발생이 낮게되는 반면, 1200중량부를 초과하여 첨가하는 경우 과다첨가로 인해 도가니바닥의 시료가 잘 용융되지 않고, 시료 및 순철이 비산하여 연소관이 파손되는 문제점이 있다.

본 발명의 조성물에 사용되는 각 조성물의 순도는 순철 99.999% 이상, 주석 99.999% 이상, 텅스텐 99.999% 이상인 것을 사용하는 것이 좋다.

제1a도는 본 발명의 조연제를 사용한 분석 공정의 일예를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 조연제를 이용하여 분석할때는, 먼저 시료를 일정한 규격(분말)으로 파쇄한 다음 분석기 자체에 부착된 천칭위에 도가니를 올려놓고 시료 100중량부(예를들어 0.15g)기준으로 순철 400-600중량부(0.6g - 0.9g), 주석 100-200중량부(0.15g - 0.30g)로 조성되는 조연제를 평량한다. 그후 분석기에 부착된 천칭을 이용하여 시료의 무게를 평량한 다음 컴퓨터에 입력시키고나서 순수 텅스텐을 1000-1200중량부(1.5g-1.8g)로 조성된 조연제를 투입시킨다. 그다음 조연제와 시료가 담긴 도가니를 고주파 유도 용해로에 장진시켜 놓고 전류를 공급하여 분석을 실시한 후, 분석이 완료된 폐 도가니를 제거함으로서 분석은 종료된다.

상기에 서술된 바와 같이, 순철, 주석 및 시료, 순수 텅스텐의 순으로 도가니에 넣고 고주파 유도용해로의 유도 코일 중앙에 도가니를 장입후 고주파 전류를 공급하면 고주파 코일 좌, 우측에 강한 자장이 형성됨과 동시에 중심부에 자력이 형성된다.

이때 열전도성이 낮은 텅스텐은 자력에 의한 큰 저항이 형성되어 제일 먼저 도가니 내에서 텅스텐이 연소하는데 반응식은 아래와 같다.

1300℃∼1800℃

텅스텐 + 산소 --------------------------- 텅스텐산화물 -----(2)

(2W) (3/2 O₂) (W₂O₃)

상기식(2)에서 나타난 바와같이 텅스텐 산화물(W₂O₃)은 분체 상태의 분석 잔유물로서 시료 분석시 필연적으로 발생되는 잔유물이다.

상기식(2)의 반응이 진행되면서 발생하는 산화열로 인하여 도가니 내에서는 순철, 주석 및 시료가 연소되며 그 연소 반응식은 아래와 같다.

1300℃∼1800℃

텅스텐산화물 + 순철 + 주석 + 시료 -------------- 텅스텐, 철, 주석, 칼슘,

(W₂O₃) (Fe) (Sn) (철광석) (W, Fe, Sn, Ca, P, Mn, SiOn)

인 , 망간, 실리콘의 산화물 형태 + SO₃+ SO₂+ H₂O-----(3)

(삼산화황) ( 이산화황) ( 수증기)

상기식(3)에서 나타난 바와같이 상기식(2)에서 생성된 분말상태의 텅스텐 산화물은 상기식(3)의 순철, 주석 및 시료가 연쇄적으로 가열 반응하면서 텅스텐, 순철, 주석을 주성분으로 하는 고체 상태의 분석 잔유물로 도가니 내벽에 부착되기 때문에 분체 상태의 분석 잔유물을 극소화할 수 있을 뿐만 아니라, 연소 상태의 최적 유지가 가능하여 분석의 정확도 및 재현성을 극대화할 수 있는 것이다. 또한 상기식(3)에서 생성되는 분석잔유물(W, Fe, Sn, Ca, P, Mn, SiOn)은 도가니내의 온도가 1300℃∼1800℃로 유지될 때 생성되기 때문에 순철이 연소하면서 시료의 융점을 낮추어 주고, 주석이 시료의 산화를 도와주면서 용해시키는데, 순수텅스텐이 연소될 때 발생하는 고온의 산화열이 필수적이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

본 발명에 의한 조연제 첨가제에 대한 성분 및 조성량을 변화시켜 시료의 용융상태, 연소관 파손상태, 주석산화물 발생상태, 분석시간 및 분석의 정확성 등에 대하여 조사하였으며 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

상기 표1에 의하면, 시료 100중량부(0.15g)을 기준으로 하여 순수텅스텐(W)과 순철(Fe) 및 주석(Sn)량을 변화시켜 실시한 결과, 순수 텅스텐 0.3g, 순철 0.15g 및 주석 0.03g을 투입하였을 경우 (비교예1) 고주파 유도 용해로의 유도코일에 걸리는 전류는 160-180㎃로서 연소상태가 극히 불량하며 조연제 비산에 따른 연소관을 손상시킬 뿐만 아니라 시료의 미연소로 시료내의 유황성분이 충분히 연소되지 않아 분석의 정확도 및 재현성이 극히 저하되었으며, 순수텅스텐 0.9g, 순철 0.3g 및 주석 0.09g 을 투입한 경우(비교예2)도 비슷한 결과를 나타내었다.

또한 순수텅스텐 2.4g∼3.6g, 순철 1.2g∼1.5g 및 주석 0.24g∼0.36g을 투입한 경우 (비교예3 및 4) 순수 텅스텐과 순철 및 주석의 과다 첨가로 인하여 고주파 유도 용해로의 공급 전류의 과부하 발생으로 유도 코일에 걸리는 전류가 460㎃∼480㎃ 이상으로 변화되면서 분석되어지고, 분말상태의 분석 잔유물이 다량 발생될 뿐만 아니라 특히, 백색의 주석산화물(S_no₂)이 메탈필터를 오염시키고 도가니내의 온도 저하로 시료내의 유황성분이 충분히 연소되지 않는 문제점이 있음을 확인할 수 있다. 반면 순수 텅스텐 1.5g-1.8g과 순철 0.6g∼0.9g 및 주석 0.15g-0.18g을 투입하여 실시한 본 발명예1 및 2의 경우는 유도코일에 걸리는 전류가 430㎃∼450㎃로 도가니 내의 적정온도 1300℃∼1800℃가 유지되어 상기식(3)의 분석 잔유물인 텅스텐과 철 및 주석을 주성분으로 하는 고체 상태의 분석 잔유물이 발생하였을 뿐만 아니라 시료의 완전 연소로 분석의 정확도 및 재현성을 극대화 할 수 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 철광석중의 유황 분석시에 사용되는 조연제는 시료 100중량부(0.15g) 기준으로 순수텅스텐을 1000∼1200중량부(1.5g∼1.8g)과 순철 400∼600중량부(0.6g∼0.9g)과 주석 100∼120중량부(0.15g∼0.18g)으로 구성되는 것이 바람직 한 것을 알 수 있다.

[실시예2]

본 발명의 조연제 및 종래의 조연제를 사용하여 철광석중의 유황을 분석하였으며 그 결과를 하기표2 및 3에 나타내었다.

상기 표2 및 3은 본 발명과 비교예에 의거 분석한 유황 함량 분석결과를 나타낸 것으로서, 동일 조성의 철광석 시료를 가지고 1-15회 까지 반복적으로 분석한 결과, 표2에 의하면 본 발명의 경우 평균 0.02720%, 분석표준편차 0.00050, 분석최대 편차 0.0020이며, 비교예의 경우 평균 0.02636%, 분석 표준편차 0.00232, 분석 최대편차 0.0076로 나타났다. 또한, 표3에 의하면 본 발명의 경우는 평균 0.5443%, 분석 표준편차 0.00478, 분석 최대편차 0.015이며, 비교예의 경우는 평균 0.5411%, 분석 표준편차 0.01747, 분석 최대편차 0.051로 나타났다. 이와같이 본 발명의 경우가 비교예보다 분석의 정확도 및 재현성이 극히 우수함을 확인할 수 있었으며, 또한 연소상태의 최적유지로 분체 형태의 분석잔유물 발생을 극소화 시킬 수 있음을 동시에 확인할 수 있다.

상기에서 상술한 바와같이 본 발명은 철광석 중에 함유되어 있는 유황분석시에 사용될 수 있는 최상의 조연제 조성물을 개발함으로서 분석의 정확도 및 재현성을 확보함과 동시에 분체 형태의 분석 잔유물 발생을 극소화하여 기기운전 상태를 최적화 시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 분석되는 시료 100중량부(0.15g)기준으로 순철 400∼600중량부, 주석 100∼200중량부 및 순수텅스텐 1000∼1200중량부로 조성됨을 특징으로 하는 철광석중의 유황분석용 조연제 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 조성물의 순도는 순철 99.999%이상, 주석 99.999%이상, 텅스텐의 순도는 99.999%이상인 것을 사용함을 특징으로 하는 철광석 중의 유황분석용 조연제 조성물.