KR100444318B1 - 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Μｇ, Ｆｅ성분침출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg , Fe 성분 침출방법에 관한 것으로, 그 목적은 기계화학적 처리를 이용하여 낮은 반응온도 및 산 농도하에서 높은 Mg , Fe 침출율을 얻을 수 있는 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg , Fe 성분 침출 방법에 관한 것이다.

본 발명은 MgO 32~38% 와 SiO₂35~40% 및 불순물 Al₂O₃, CaO , Fe₂O₃로 구성된 사문석{Mg₃Si₂O₅(OH)₄}의 Mg , Fe 성분을 침출하는 방법에 있어서; 상기 사문석을 유성 밀로 300 rpm에서 30~240 분 동안 마광처리하는 단계; 1Ｎ 황산용액을 반응기에 장입하고, 150rpm으로 교반하면서 50℃ 까지 승온시키는 단계; 상기 50℃ 까지 승온된 황산용액을 400rpm 으로 교반하면서 마광처리된 사문석을 투입하여 5~60 분동안 침출시키는 단계를 통해, 사문석내의 Mg ,Fe 성분을 침출할 수 있는 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg , Fe 성분 침출 방법을 제공함에 있다.

Description

기계화학적 처리된 사문석으로부터 Μｇ, Ｆｅ성분 침출방법{ Extraction of Mg, Fe from mechanochemically treated Serpentine }

본 발명은 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg, Fe 성분 침출방법에 관한 것으로, 사문석 광석을 유성 밀로 기계화학적 처리하여 결정구조를 비정질로 변화시킴으로써 고온으로 하소처리한 것 이상의 효과를 얻고, 낮은 반응온도와 산 농도하에서 Mg , Fe 의 침출율을 높일 수 있는 사문석으로부터 Mg , Fe 성분 침출방법에 관한 것이다.

일반적으로 사문석{Serpentine, Mg₃Si₂O₅(OH)₄}은 마그네슘의 함수규산염으로 32∼38% MgO 와 35∼40% SiO₂가 주성분이며, Al₂O₃,CaO ,Fe₂O₃등이 불순물로 함유되어 있는 광물이다. 현재 국내에는 약 75,000천톤의 사문석이 안동, 홍성, 울산지역에 매장되어 있으며 제철용 슬래그 형성제, 도로 포장의 충진제(filler), 건축용 바닥재료 또는 포장용 석재 등으로 활용되고 있다. 그러나 상기 분야의 사용량이 매년 7~8%씩 감소하고 있기 때문에 국내에 풍부하게 매장되어 있는 사문석의 부가가치를 높이는 새로운 활용방안의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

사문석의 주 성분인 MgO 와 SiO₂는 서로 층상구조를 갖는 광물로써 산처리를 통하여 MgO 와 기타 불순물을 제거할 경우 높은 비표면적을 갖는 다공성 비정질 실리카를 회수할 수 있다. 이와 같이 준비된 실리카는 뛰어난 반응성으로 인하여 흡착기능이 우수할 뿐 아니라 여러 가지 규소계 신소재의 원료로 활용이 가능하기 때문에 사문석의 부가가치를 높일 수 있는 장점이 있다.

Sakamoto 등은 800∼900℃ 로 하소처리하여 사문석의 결정구조를 파괴한 후 90℃ 에서 Mg 와 Si 성분을 3Ｎ 황산용액으로 침출하였고 Kosuge 등은 100℃ 에서 6Ｎ 염산으로 12시간 침출하여 사문석으로부터 MgO 성분을 추출하여 비표면적이 큰 고순도 실리카 제조기술을 개발하였다.

그러나, 상기 개발된 산침출을 이용한 사문석으로부터 비정질 실리카 제조기술은 일반적으로 산 농도가 높고 90℃ 이상의 고온이 필요하며 에너지 소비가 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 기계화학적 처리를 이용하여 낮은 반응온도 및 산 농도하에서 높은 Mg , Fe 침출율을 얻을 수 있는 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg , Fe 성분 침출방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 MgO 32~38% 와 SiO₂35~40% 및 불순물 Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃로 조성된 사문석{Mg₃Si₂O₅(OH)₄}의 Mg ,Fe 성분을 침출하는 방법에 있어서; 상기 사문석을 유성 밀로 300 rpm 에서 30~240 분 동안 마광처리하는 단계; 1Ｎ 황산용액을 반응기에 장입하고, 150rpm 으로 교반하면서 50℃ 까지 승온시키는 단계; 상기 50℃ 까지 승온된 황산용액을 400rpm 으로 교반하면서 마광처리된 사문석을 투입하여 5~60 분동안 침출시키는 단계를 통해, 사문석내의 Mg ,Fe 성분을 침출할 수 있는 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg ,Fe 성분 침출방법을 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명의 전처리 공정을 나타낸 예시도

도 2 는 본 발명의 기계화학적 처리시간에 따른 X-선 회절 분석도

본 발명은 사문석 광석을 유성 밀로 기계화학적 처리하여 결정구조를 비정질로 변화시키고, 이를 낮은 반응온도와 산 농도하에서 침출하도록 되어 있다. 즉, 원시료에 대한 기계 화학적 처리는 유성 밀(Fritsch, Pulverisette-5)을 사용하여 대기압하에서 건식으로 실시하였다. 사문석을 지르코니아 볼과 함께 자(jar)에 넣고, 일정속도 및 일정시간동안 기계화학적 처리한 후, 상기 기계화학적 처리된 사문석을 황산을 용매로 사용하여 반응기에서 침출하도록 되어 있다.

상기와 같이 유성 밀로 기계화학적 처리된 사문석은 결정구조가 도 2 에 도시된 바와 같이 비정질로 변화되어 고온으로 하소처리한 것 이상의 효과가 발생된다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 전처리 공정을 나타낸 예시도를, 도 2 는 본 발명의 기계화학적 처리시간에 따른 X-선 회절 분석도를 도시한 것으로, 본 발명은 국내산 사문석 원광석을 파쇄, 분쇄, 분급(-200mesh) 과정을 거친 후 자성물질을 제거하기 위하여 10,000 gauss로 3회에 걸쳐 습식자력선별을 실시한 후 여과 및 건조처리를 한 것을 실험용 원시료로 사용하였다. (사문석 전처리 공정도 참고) 전처리 공정을 거쳐 준비된 실험용 원시료의 화학조성은 SiO₂37.1%, MgO 36.0%, Fe₂O₃8.1%, Al₂O₃2.8% 이었다. 원시료에 대한 기계 화학적 처리는 유성 밀(Fritsch, Pulverisette-5)을 사용하여 대기압하에서 건식으로 실시하였다.

실시 예 1

기계화학적 처리를 실시하지 않은 사문석 원시료에 대하여 침출실험을 실시하였다. 1Ｎ 황산용액 500㎖를 4구 1ℓ용량의 파이렉스(pyrex) 반응기에 장입하여 150rpm으로 교반하면서 50℃ 까지 승온시켰다. 반응온도에 도달하면 400rpm으로 교반하면서 사문석 원시료 1g을 투입하여 1시간 동안 침출실험을 실시하였다. 침출실험시 일정시간 간격으로 10㎖의 반응산물을 취하여 용액과 잔사를 분리하였다. 용액은 희석하여 침출액중 Mg ,Fe 성분을 ＩＣＰ로 정량분석 하였으며 결과를 표 1 에 나타내었다.

표 1

	침출율 (%)
	Mg	Fe
5분	6.3	20.7
10분	10.5	29.3
20분	12.5	35.8
30분	15.8	44.1
60분	23.5	50.6

실시 예 2

전처리 공정을 거친 사문석 시료 25g과 직경 20㎜인 지르코니아 볼 13개를 자(jar, 재질:ZrO_2 , 내용적 : 250㎖)에 함께 장입한 후 유성 밀로 300rpm에서 30분동안 기계화학적 처리를 실시하여 침출용 시료를 준비하였다. 1Ｎ 황산용액 500㎖를 4구 1ℓ용량의 파이렉스(pyrex) 반응기에 장입하여 150rpm으로 교반하면서 50℃ 까지 승온시켰다. 반응온도에 도달하면 400rpm 으로 교반하면서 기계화학적 처리된 시료 1g을 투입하여 침출실험을 실시하였다. 침출실험시 일정시간 간격으로 10㎖ 의 반응산물을 취하여 용액과 잔사를 분리하였다. 용액은 희석하여 침출액중 Mg ,Fe 성분을 ＩＣＰ로 정량분석 하였으며 결과를 표 2 에 나타내었다.

표 2

	침출율 (%)
	Mg	Fe
5분	53.1	54.4
10분	56.9	57.2
20분	67.6	65.2
30분	71.6	70.1
60분	84.2	80.1

실시 예 3

전처리 공정을 거친 사문석 시료 25g과 직경 20㎜인 지르코니아 볼 13개를 자(jar, 재질:ZrO_2 , 내용적 : 250㎖)에 함께 장입한 후 유성 밀로 300rpm 에서 240분동안 기계화학적 처리를 실시하여 침출용 시료를 준비하였다. 1Ｎ 황산용액 500㎖를 4구 1ℓ용량의 파이렉스(pyrex) 반응기에 장입하여 150rpm 으로 교반하면서 50℃ 까지 승온시켰다. 반응온도에 도달하면 400rpm 으로 교반하면서 기계화학적 처리된 시료 1g을 투입하여 침출실험을 실시하였다. 침출실험시 일정시간 간격으로 10㎖의 반응산물을 취하여 용액과 잔사를 분리하였다. 용액은 희석하여 침출액중 Mg , Fe 성분을 ＩＣＰ로 정량분석 하였으며 결과를 표 3 에 나타내었다.

표 3

	침출율 (%)
	Mg	Fe
5분	100.0	100.0
10분	100.0	100.0
20분	100.0	100.0
30분	100.0	100.0
60분	100.0	100.0

상기에서와 같이 동일한 침출시간내에서 기계화학적 처리를 한 사문석의 Mg ,Fe 침출율이 상대적으로 매우 높음을 알 수 있다.

상기와 같이, 기계화학적 처리를 실시하면 분말내부의 물리화학적 특성이 일부 변화하게 되어 침출속도가 상승하게 된다. 즉, 유성밀을 사용하여 마광할 경우 분쇄, 마찰, 미끄럼, 절삭, 충격 등이 동시에 작용하여 기계적 에너지의 일부가 고체 내부에 잔류하게 되며 이로 인하여 침출속도가 증가하게 된다. 즉, 본 발명 원시료의 평균입도는 20.6㎛ 으로, 30분 마광한 시료는 16.4㎛ 인 반면 240분 마광한 시료는 18.6㎛ 으로 30분 마광한 시료보다 입자크기는 증가하지만 침출속도는 급격히 상승하게 됨을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 사문석 광석으로부터 Mg ,Fe 를 침출하는데 있어, 기계화학적 처리를 이용하여 사문석의 결정구조를 비정질로 변화시킴으로써, 사문석을 고온으로 하소처리한 것 이상의 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 낮은 반응온도및 산 농도하에서 단시간내에 높은 Mg ,Fe 침출율을 얻음으로써, 다공성 비정질 실리카를 회수할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (1)

1. MgO 32~38% 와 SiO₂35~40% 및 불순물 Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃로 조성된 사문석{Mg₃Si₂O₅(OH)₄}의 Mg ,Fe 성분을 침출하는 방법에 있어서;

   상기 사문석을 유성 밀로 300 rpm 에서 30~240 분 동안 마광처리하는 단계;

   1Ｎ 황산용액을 반응기에 장입하고, 150rpm 으로 교반하면서 50℃ 까지 승온시키는 단계;

   상기 50℃ 까지 승온된 황산용액을 400rpm 으로 교반하면서 마광처리된 사문석을 투입하여 5~60 분동안 침출시키는 단계를 통해, 사문석내의 Mg ,Fe 성분을 침출하는 것을 특징으로 하는 기계화학적 처리된 사문석으로부터 Mg ,Fe 성분 침출방법.