KR101527143B1 - 지르코늄 스펀지 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부산물인 염화마그네슘을 용이하게 제거할 수 있는 지르코늄 스펀지 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법은, 사염화지르코늄을 준비하는 단계; 상기 준비된 사염화지르코늄과 용융된 마그네슘을 반응기 내에서 화학 반응시키는 단계; 상기 반응기의 내의 화학 반응에 의해 지르코늄 스펀지가 생성되는 단계; 상기 지르코늄 스펀지의 생성 시에 생성되는 부산물인 염화마그네슘을 제거하는 단계; 및 상기 지르코늄 스펀지를 수집하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 염화마그네슘의 제거는 상기 염화마그네슘이 융해된 상태에서 상기 반응기 외부로 배출됨으로써 수행될 수 있다.

Description

지르코늄 스펀지 제조방법{ZIRCONIUM SPONGE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 지르코늄 스펀지 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염화마그네슘을 융해된 상태로 배출시키는 지르코늄 스펀지 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지르코늄(Zr)의 주된 광석은 주성분이 ZrSiO4인 지르콘과 주성분이 ZrO2인 바델라이트인데, 지르콘의 존재량이 월등히 많다. 또한, 금속 자체로는 소량만 생산되고, 대부분은 지르코니아(zirconia, ZrO2)로 생산된다.

이러한 지르코늄은 주로 연안 수에서 자갈과 모래로 채취되는 지르콘으로부터 추출된다. 특히, 지르코늄은 채취된 지르콘 중 순수한 지르콘으로부터 얻어진다.

상기 지르코늄의 추출방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 순수한 지르콘을 탄소와 전기 반응시킨 후, 염소 기체로 처리하여 사염화지르코늄(ZrCl4)을 얻는다. 이 과정의 화학 반응식은,

ZrSiO4+2Cl2+2C → ZrCl4+SiO2+2CO 또는,

ZrSiO4+4Cl2+4C → ZrCl4+SiCl4+4CO 이다.

다음으로, 사염화지르코늄(ZrCl4)을 비활성 기체 하에서 승화시켜 정제한 후, 용융된 마그네슘과 반응시키면 스펀지 형 금속 지르코늄이 얻어지며, 이를 녹여 지르코늄 주괴를 얻는다. 이 과정의 화학 반응식은,

ZrCl4+2Mg → Zr+2MgCl2 이다.

상기 반응식에서와 같이, 상기 지르코늄의 생산에서는 부산물로서 염화마그네슘(MgCl2)이 생성된다. 이러한 염화마그네슘은 성명한 바와 같은 화학 반응을 수행하는 반응기 내에 축적된다. 따라서, 상기 지르코늄의 생산은 상기 염화마그네슘을 제거하는 과정을 포함한다.

하지만, 상기 반응기 내에 축적된 고체 상태의 염화마그네슘을 제거하기 위해서는 많은 비용이 요구될 수 있다. 또한, 상기 염화마그네슘을 적절하게 제거하지 않으면, 상기 지르코늄의 생산성이 저하될 수 있다. 나아가, 상기 염화마그네슘을 제거하기 위한 시간이 지나치게 소요되면, 상기 지르코늄의 생산성이 저하될 수 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 부산물인 염화마그네슘을 용이하게 제거할 수 있는 지르코늄 스펀지 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법은, 사염화지르코늄을 준비하는 단계; 상기 준비된 사염화지르코늄과 용융된 마그네슘을 반응기 내에서 화학 반응시키는 단계; 상기 반응기의 내의 화학 반응에 의해 지르코늄 스펀지가 생성되는 단계; 상기 지르코늄 스펀지의 생성 시에 생성되는 부산물인 염화마그네슘을 제거하는 단계; 및 상기 지르코늄 스펀지를 수집하는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 염화마그네슘의 제거는 상기 염화마그네슘이 융해된 상태에서 상기 반응기 외부로 배출됨으로써 수행될 수 있다.

상기 염화마그네슘의 제거는 상기 반응기 내의 화학 반응과 동시에 수행될 수 있다.

상기 반응기의 하부에는 상기 염화마그네슘이 배출되도록 배출구가 형성되고, 상기 배출구를 선택적으로 개폐하는 밸브가 구비되며, 상기 배출구를 개폐함에 따라 상기 염화마그네슘이 선택적으로 배출될 수 있다.

상기 밸브의 개도량을 수식화하고, 상기 밸브의 개도량을 조절함에 따라 상기 염화마그네슘의 배출량을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법은, 지르코늄을 추출할 대상 물질을 준비하는 단계; 상기 대상 물질을 반응물과 화학 반응시키는 단계; 상기 화학 반응에 의해 지르코늄이 생성되는 단계; 상기 화학 반응에 따라 상기 지르코늄 외에 생성되는 부산물을 제거하는 단계; 및 상기 지르코늄을 수집하는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 부산물의 제거는 반응열이 식기 전에 상기 부산물이 액체 상태일 때에 수행될 수 있다.

상기 부산물의 제거는 상기 화학 반응과 동시에 수행될 수 있다.

상기 화학 반응을 수행하는 반응기가 제공되며, 상기 반응기의 하부에는 상기 액체 상태의 부산물이 배출되도록 배출구가 형성되고, 상기 배출구를 선택적으로 개폐하는 밸브가 제공되며, 상기 배출구의 개폐에 따라 상기 부산물이 선택적으로 배출될 수 있다.

상기 밸브의 개도량을 수식화하여 제어함에 따라 상기 부산물의 배출량이 제어될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 염화마그네슘이 반응기 내에서 융해된 상태로 배출됨으로써, 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 염화마그네슘이 간단한 배출 밸브를 사용하여 배출됨으로써, 전체적인 생산 비용이 저감될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법에서 사용되는 반응기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 작동 및 개도율을 개략적으로 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법의 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 정제된 사염화지르코늄(ZrCl4)이 준비되면(S10), 용융된 마그네슘(Mg)과 반응시킨다(S20).

상기 사염화지르코늄이 상기 용융된 마그네슘과 반응하면, 스펀지 형 금속 지르코늄(Zr), 즉, 지르코늄 스펀지가 생성된다(S30).

이 과정의 화학 반응식은 ZrCl4+2Mg → Zr+2MgCl2 이다. 즉, 상기 지르코늄 스펀지가 생성과 함께 부산물인 염화마그네슘(MgCl2)이 생성된다. 이러한 화학 반응에 따른 지르코늄 스펀지의 생산은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 자명하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 지르코늄 스펀지가 생성됨과 동시에 상기 염화마그네슘이 생성되면, 상기 염화마그네슘을 응고되기 전에 제거한다(S40). 여기서, 상기 염화마그네슘의 제거는 상기 화학 반응을 수행하는 반응기(10) 내에서 상기 염화마그네슘이 제거되도록, 상기 염화마그네슘을 상기 반응기(10)의 외부로 배출시키는 것이다(도 2 참조). 한편, 상기 응고 전의 염화마그네슘 배출은 상기 지르코늄 스펀지의 생성과 동시에 수행될 수 있다. 즉, 상기 반응기(10)에서 상기 화학 반응이 일어나면서 융해된 상태의 염화마그네슘을 상기 화학 반응이 연속적으로 일어나는 동안 제거할 수 있다. 다음으로, 상기 생성된 지르코늄 스펀지를 수집한다(S50).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지르코늄 스펀지 제조방법에서 사용되는 반응기의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 작동 및 개도율을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반응기(10)는 배출관(12) 및 밸브(20)를 포함한다.

상기 배출관(12)은 상기 염화마그네슘을 배출하도록 상기 반응기(10)의 하부에 형성된다. 이와 같이, 상기 배출구(12)이 상기 반응기(10)의 하부에 형성됨에 따라 상기 융해된 상태의 염화마그네슘은 자중에 의해 상기 배출관(12)을 통하여 배출될 수 있다.

상기 밸브(20)는 상기 배출관(12)을 선택적으로 개폐하도록 구비된다.

상기 배출관(12)은 상부 배출관(14) 및 하부 배출관(16)을 포함하고, 상기 밸브(20)는 상단 플레이트(22), 중단 플레이트(25), 및 하단 플레이트(28)를 포함한다.

상기 상부 배출관(14)은 중공의 원통형상을 갖는 일반적인 파이프 형상으로 형성된다.

상기 상단 플레이트(22)는 상기 상부 배출관(14)의 하단에 결합된다. 또한, 상기 상단 플레이트(22)에는 상부 관통홀(23)이 형성된다.

상기 상부 관통홀(23)은 상기 상부 배출관(14)의 외경에 대응되는 크기를 갖는 원형으로 형성된다. 또한, 상기 상부 관통홀(23)은 상기 상단 플레이트(22)를 관통하도록 형성된다. 나아가, 상기 상부 배출관(14)은 상기 상단 플레이트(22)의 상부 관통홀(23)에 삽입되어 결합된다.

상기 하부 배출관(16)은 중공의 원통형상을 갖는 일반적인 파이프 형상으로 형성된다. 또한, 상기 하부 배출관(16)은 상기 상부 배출관(14)의 하측에 구비된다. 나아가, 상기 하부 배출관(16)의 내경은 상기 상부 배출관(14)의 내경과 동일한 크기를 갖고, 상기 하부 배출관(16) 및 상기 상부 배출관(14)의 원형 중공은 동심으로 배치된다.

상기 하단 플레이트(28)는 상기 하부 배출관(16)의 상단에 결합된다. 또한, 상기 하단 플레이트(28)에는 하부 관통홀(29)이 형성된다.

상기 하부 관통홀(29)은 상기 하부 배출관(16)의 내경에 대응되는 크기를 갖는 원형으로 형성된다. 즉, 상기 하부 관통홀(29)은 상기 하부 배출관(16)의 중공과 동일한 크기의 원형으로 형성된다. 또한, 상기 하부 관통홀(29)은 상기 하단 플레이트(28)를 관통하도록 형성된다. 나아가, 상기 하부 배출관(16)의 중공과 상기 하단 플레이트(28)의 하부 관통홀(29)은 동심으로 배치된다. 더 나아가, 상기 하부 배출관(16)은 상기 하단 플레이트(28)를 지지하도록 일정한 두께를 가질 수 있다.

한편, 상기 상단 플레이트(22)와 상기 하단 플레이트(28)는 일정거리 이격되어 대면하도록 배치된다. 또한, 상기 상단 플레이트(22)와 상기 하단 플레이트(28)는 일정거리 이격되도록 결합된다. 여기서, 상기 상단 플레이트(22)와 상기 하단 플레이트(28), 상기 상단 플레이트(22)와 상기 상부 배출관(14), 및 상기 하단 플레이트(28)와 상기 하부 배출관(16)의 결합시키는 방법은 당업자에 의해 다양하게 설계될 수 있다. 나아가, 상기 상단 플레이트(22)와 상기 상부 배출관(14)은 일체로 형성될 수 있고, 기 하단 플레이트(28)와 상기 하부 배출관(16)은 일체로 형성될 수 있다.

상기 중단 플레이트(25)는 상기 이격된 상단 플레이트(22)와 하단 플레이트(28)의 사이에 개재된다. 또한, 중단 플레이트(25)는 상기 상단 플레이트(22)와 상기 하단 플레이트(28)의 사이에서 기밀하게 배치된다. 나아가, 상기 중단 플레이트(25)는 상기 배출관(12)의 직경 방향으로 왕복운동 가능하게 구비된다.

상기 중단 플레이트(25)에는 중부 관통홀(26)이 형성된다. 또한, 상기 중단 플레이트(25)를 관통하도록 형성된 중부 관통홀(26)은 상기 배출관(12)의 중공과 동일한 크기의 원형으로 형성된다. 나아가, 상기 중단 플레이트(25)의 왕복운동에 따라 상기 중부 관통홀(26)과 상기 배출관(12)의 중공이 오버랩(overlap) 되는 양에 의해 상기 배출관(12)의 개도량이 결정된다. 여기서, 상기 중단 플레이트(25)의 왕복운동은 당업자에 의해 다양한 방법으로 구현될 수 있다.

도 3에는 상기 하단 플레이트(28)의 하부 관통홀(29)과 상기 중단 플레이트(25)의 중부 관통홀(26)이 오버랩 되는 것이 도시되었으며, 이를 대표적으로 상기 배출관(12)의 개도량을 설명한다.

상기 배출관(12)의 개도량은 상기 배출관(12)의 중공 크기와 개도되는 부분의 비율로 수식화되어 계산될 수 있다.

상기 하부 관통홀(29) 및 상기 중부 관통홀(26)의 반경을 r이라 하고, 상기 하부 관통홀(29)과 상기 중부 관통홀(26)이 오버랩 된 부분에서 상기 하부 관통홀(29) 및 상기 중부 관통홀(26)의 직경방향 길이를 x라 할 때, 상기 배출관(12)의 개도률을 계산하는 수식은 다음과 같다.

이와 같이, 상기 배출관(12)의 개도률이 수식화되면, 상기 배출관(12)의 개도량을 정밀하게 제어하는 것이 가능하다. 또한, 상기 배출관(12)의 개도량은 상기 염화마그네슘의 생성량에 따라 제어될 수 있다. 나아가, 상기 밸브(20)가 개도량을 조절함에 따라 상기 염화마그네슘의 배출량이 제어된다.

한편, 상기 지르코늄의 추출은 본 발명의 일 실시예에 따른 것이며, 상기 지르코늄을 추출하는 대상 물질은 당업자에 의해 변경될 수 있고, 그에 따라 상기 지르코늄의 추출에서 생성되는 부산물도 변경될 수 있다. 또한, 상기 배출관(12)의 개도률을 계산하는 수식은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배출관(12) 및 상기 밸브(20)의 형상을 기준으로 하며, 당업자의 설계에 따라 상기 배출관(12) 및 상기 밸브(20)의 형상은 변경될 수 있고, 그에 따라 상기 배출관(12)의 개도률을 계산하는 수식도 변경될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 염화마그네슘이 반응기(10) 내에서 융해된 상태로 배출됨으로써, 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 염화마그네슘이 간단한 배출 밸브(20)를 사용하여 배출됨으로써, 전체적인 생산 비용이 저감될 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 반응기 12: 배출관
14: 상부 배출관 16: 하부 배출관
20: 밸브 22: 상단 플레이트
23: 상부 관통홀 25: 중단 플레이트
26: 중부 관통홀 28: 하단 플레이트
29: 하부 관통홀

Claims (8)

1. 사염화지르코늄을 준비하는 단계;
   상기 준비된 사염화지르코늄과 용융된 마그네슘을 반응기 내에서 화학 반응시키는 단계;
   상기 반응기의 내의 화학 반응에 의해 지르코늄 스펀지가 생성되는 단계;
   상기 지르코늄 스펀지의 생성 시에 생성되는 부산물인 염화마그네슘을 제거하는 단계; 및
   상기 지르코늄 스펀지를 수집하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 염화마그네슘의 제거는 상기 염화마그네슘이 융해된 상태에서 상기 반응기 외부로 배출됨으로써 수행되고,
   상기 반응기의 하부에는 상기 염화마그네슘이 배출되도록 배출구가 형성되고, 상기 배출구를 선택적으로 개폐하는 밸브가 구비되며,
   상기 배출구를 개폐함에 따라 상기 염화마그네슘이 선택적으로 배출되고,
   상기 밸브의 개도량을 수식화하고, 상기 밸브의 개도량을 조절함에 따라 상기 염화마그네슘의 배출량을 제어하는 것을 특징으로 하는 지르코늄 스펀지 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 염화마그네슘의 제거는 상기 반응기 내의 화학 반응과 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 지르코늄 스펀지 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 지르코늄을 추출할 대상 물질을 준비하는 단계;
   상기 대상 물질을 반응물과 화학 반응시키는 단계;
   상기 화학 반응에 의해 지르코늄이 생성되는 단계;
   상기 화학 반응에 따라 상기 지르코늄 외에 생성되는 부산물을 제거하는 단계; 및
   상기 지르코늄을 수집하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 부산물의 제거는 반응열이 식기 전에 상기 부산물이 액체 상태일 때에 수행되고,
   상기 화학 반응을 수행하는 반응기가 제공되며,
   상기 반응기의 하부에는 상기 액체 상태의 부산물이 배출되도록 배출구가 형성되고, 상기 배출구를 선택적으로 개폐하는 밸브가 제공되며,
   상기 배출구의 개폐에 따라 상기 부산물이 선택적으로 배출되고,
   상기 밸브의 개도량을 수식화하여 제어함에 따라 상기 부산물의 배출량이 제어되는 것을 특징으로 하는 지르코늄 스펀지 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 부산물의 제거는 상기 화학 반응과 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 지르코늄 스펀지 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제

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