KR101568023B1 - 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법 - Google Patents

망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법 Download PDF

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Abstract

망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법은 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액에서 망간화합물을 제조하는 공정에서 마그네슘을 제거하기 위한 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법으로서, 상기 망간 침출액을 반응용기가 설치된 교반기에 투입하는 단계, 상기 반응용기에 탄산나트륨(Na2CO3)를 침전제로 투입하고, 상기 반응용기의 하단으로 이산화탄소(CO2)를 투입하여, 이산화탄소 버블을 형성하는 단계, 및 상기 망간 침출액을 상기 탄산나트륨(Na2CO3) 및 상기 이산화탄소 버블과 교반하는 단계를 포함한다.

Description

망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법{METHOD FOR REMOVING MAGNESIUM DURING COLLECTING PROCESS OF MANGANESE COMPOUND}
본 발명은 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 망간 산합물로부터 망간을 회수하는 공정에서 마그네슘 이온을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법에 관한 것이다.
망간(Mn)을 주성분으로 하는 망간산화물(주로, Mn3O4)에서 고순도 망간을 회수하는 공정 시, 불순물을 제거하기 위한 공정은 다음과 같다.
먼저, 망간 침출액을 제조하여야 하는데, 망간산화물에 황산을 투입하여 함유된 MnO 성분을 이온화시키고, 침출되지 않는 MnO2는 환원제를 투입하여 침출액을 제조한다.
이 때, 황산을 기반으로 한 분위기에서 침출되지 않는 불순물 및 일부 망간은 잔사로 남게 되는데, 이를 제거한 후 망간 침출액으로 제조하게 된다.
일반적으로, 망간 침출액에는 Fe 성분이 함유되어 있다. 이에 따라, 알칼리 시약을 투입하여 pH 조절을 함으로써, Fe를 제거하는 중화정제 공정을 거치게 된다.
Fe가 제거된 망간 침출액에는 일부 불순물로 작용하는 금속(대표적으로 Zn, Ni, Co, Cu 등)이 함유되어 있는데, 이러한 불순물들은 황화물 첨가제(예를 들면, NH3S, Na2S2O8 등)를 투입하여, 용해도가 낮은 금속황화물 형태로 제거한다.
이후, 망간이온은 수산화암모늄, 탄산암모늄, 가성소다와 같은 침전제를 투입하여 망간산화물을 얻게 되는데, 이 때 기준치 이상의 마그네슘이 함께 공침되어 불순물로 작용하게 된다.
따라서, 마그네슘 이온을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 망간화합물 제조공정에서 마그네슘의 함량을 목적하고자 하는 수준 이하로 제어 가능한 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액에서 망간화합물을 제조하는 공정에서 마그네슘을 제거하기 위한 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법으로서, 상기 망간 침출액을 반응용기가 설치된 교반기에 투입하는 단계, 상기 반응용기에 탄산나트륨(Na2CO3)를 침전제로 투입하고, 상기 반응용기의 하단으로 이산화탄소(CO2)를 투입하여, 이산화탄소 버블을 형성하는 단계, 및 상기 망간 침출액을 상기 탄산나트륨(Na2CO3) 및 상기 이산화탄소 버블과 교반하는 단계를 포함하는, 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법이 제공된다.
이 때, 상기 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액을 형성하는 과정은, 망간산화물에 황산(H2SO4) 및 환원제를 첨가하여 망간을 침출시키는 단계와, 상기 침출 단계에서 형성된 제1망간 침출액을 중화하는 단계, 그리고 상기 중화된 제1망간 침출액에 황화물 첨가제를 투입하여, 상기 기타 불순물을 침전시킴으로써, 상기 망간 침출액을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 망간 침출액을 상기 탄산나트륨(Na2CO3) 및 상기 이산화탄소 버블과 교반하는 단계에서, 상기 망간 침출액 내의 망간 이온이 상기 탄산나트륨(Na2CO3)에 의해 탄산망간(MnCO3)으로 침전되고, 상기 마그네슘 이온은 상기 탄산나트륨(Na2CO3)과 반응하여 탄산마그네슘(MgCO3)이 되었다가, 상기 반응용기 내의 상기 이산화탄소(CO2)에 의해 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2)을 형성하며, 상기 망간 침출액에 용해되어 상기 탄산망간(Na2CO3)과 공침하지 않을 수 있다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의한 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법에 따르면, 망간화합물 제조공정에서 마그네슘의 함량을 목적하고자 하는 수준(예를 들면, 마그네슘/망간 질량비 = 0.10×10-3 ~ 0.05×10-3)으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법은 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액에서 망간화합물을 제조하는 공정에서 마그네슘을 제거하기 위한 방법으로서 적용될 수 있다.
이 때, 출발 물질은 망간을 주성분으로 하는 물질로써, 마그네슘을 제외한 기타 불순물을 제거하는 공정을 통해 기타 불순물(예를 들면, Fe, Zn, Ni, Co, Cu 등)이 제거된 망간 침출액이며, 상기 망간 침출액에는 제거하고자 하는 마그네슘이 100ppm 이상 및 1,000ppm 미만으로 함유되어 있는 물질을 기준으로 한다.
여기에서, 마그네슘을 제외한 기타 불순물을 제거하는 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 망간산화물에 황산(H2SO4)과 환원제를 첨가하여 망간을 침출시킨다.
일례로, 상기 환원제는 과산화수소(H2O2) 일 수 있다.
이 때, 황산은 MnO 성분을 이온화시키고, 침출되지 않는 MnO2는 환원제를 투입하여 침출액으로 제조한다.
여기에서, 침출되지 않는 불순물 및 일부 망간은 잔사로 남게 되는데, 이를 제거한 후 상기 침출액으로 제조하게 된다.
그리고, 상기 침출 단계에서 형성된 제1망간 침출액을 중화하는 과정을 거친다.
이 때, 상기 제1망간 침출액에는 일반적으로 Fe 성분이 함유되어 있다. 이에 따라, 불순물인 Fe 성분을 제거하기 위해 알칼리 시약을 투입하여 pH 조절하는 중화정제 공정을 거치게 된다.
또한, 중화정제된 제1망간 침출액에 황화물 첨가제를 투입하여 기타 불순물을 침전하는 과정을 거쳐 전술된 기타 불순물이 제거된 망간 침출액을 형성한다.
보다 상세하게, 중화정제에 의해 Fe가 제거된 제1망간 침출액에는 일부 불순물로 작용하는 금속(대표적으로 Zn, Ni, Co, Cu 등)이 함유되어 있는데, 이러한 불순물들은 황화물 첨가제(예를 들면, NH3S, Na2S2O8 등)를 투입하여, 용해도가 낮은 금속황화물 형태로 제거한다.
이에 따라, 기타 불순물(예를 들면, Fe, Zn, Ni, Co, Cu 등)이 제거된 망간 침출액을 형성할 수 있다.
이하에서는, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 기타 불순물이 제거된 망간 침출액에서 망간화합물을 제조하는 공정에서 마그네슘을 제거하는 방법을 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법은 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액을 반응용기가 설치된 교반기에 투입하는 과정에 의해 개시된다(S100).
그리고, 탄산나트륨(Na2CO3)를 상기 반응용기에 침전제로 투입하고, 반응용기의 하단으로는 이산화탄소(CO2)를 투입하여, 이산화탄소 버블을 형성하게 된다(S200).
또한, 반응용기에 투입된 망간 침출액과 탄산나트륨(Na2CO3), 그리고 이산화탄소 버블을 교반기를 통해 교반한다(S300).
이 때, 이러한 교반에 의해 망간 침출액 내의 망간 이온은 탄산나트륨과 반응하여 탄산망간(MnCO3)으로 침전되고, 이와 동시에 마그네슘 이온은 탄산나트륨과 반응하여 탄산마그네슘(MgCO3)으로 되었다가, 이산화탄소에 의해 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2)으로 형성된다.
그리고, 상기 탄산수소마그네슘은 상기 망간 침출액에 용해된다.
이에 따라, 마그네슘 이온은 탄산수소마그네의 형태로 망간 침출액 내에 잔존하도록 함으로써, 회수되는 탄산망간과 공침(共沈)하지 않게 함으로써, 망간화합물로부터 마그네슘 이온을 분리 제거할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예를 제시하여 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법의 효과를 설명하도록 한다.
[실시예]
Mn3O4를 주원료로 구성하고 있는 망간산화물에, 황산과 환원제를 투입하여 제1망간 침출액을 만든다. 이후, 중화정제공정과 황화물 첨가로 기타 불순물을 제거한 망간 침출액의 망간과 마그네슘의 비율은 다음과 같다. .
성분 Mn Mg Mg/Mn
mg/L 125,000.0 635.5 5.0840 × 10-3
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에 따라 회수된 탄산망간을 분석한 결과는 다음과 같다.
성분 Mn Mg Mg/Mn
% 44.1% 0.002%이하 0.0454 × 10-3
[표 1]과 [표 2]를 비교하면, 망간 대비 마그네슘의 함량이 현저하게 감소한 것을 알 수 있다.
[비교예]
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정과 유사한 공정 흐름을 거치되, 본 발명의 일 실시예에서 반응용기에 탄산나트륨(Na2CO3)를 침전제로 투입하고, 상기 반응용기의 하단으로 이산화탄소(CO2)를 투입하여, 이산화탄소 버블을 형성하는 것과 달리, 이산화탄소(CO2)를 투입하지 않고, 회수한 탄산망간을 분석한 결과는 다음과 같다.
성분 Mn Mg Mg/Mn
% 43.7% 0.0135%이하 0.4014 × 10-3
[표 3]을 참조하면, 마그네슘의 함량이 [표 1]에서의 것에 비해서는 줄었지만, [표 2]에 제시된 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정을 거친 마그네슘의 함량에 비하여 약 10배 정도 높게 측정되었음을 알 수 있다.
이에 따라, 상기한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법에 따르면, 망간화합물 제조공정에서 마그네슘의 함량을 목적하고자 하는 수준, 예를 들면, 마그네슘/망간 질량비 = 0.10×10-3 ~ 0.05×10-3 이하로 제어할 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (4)

100ppm 이상 및 1,000ppm 미만의 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액을 형성하는 단계;
상기 망간 침출액을 반응용기가 설치된 교반기에 투입하는 단계;
상기 반응용기에 탄산나트륨(Na2CO3)를 침전제로 투입하고, 상기 반응용기의 하단으로 이산화탄소(CO2)를 투입하여, 이산화탄소 버블을 형성하는 단계; 및
상기 망간 침출액을 상기 탄산나트륨(Na2CO3) 및 상기 이산화탄소 버블과 교반하여, 망간화합물 및 마그네슘화합물을 포함하는 교반물을 형성하는 단계;
를 포함하되,
상기 망간화합물 내 망간에 대한 마그네슘의 중량비는 0.05×10-3 이상 및 0.10×10-3 이하인,
망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 100ppm 이상 및 1,000ppm 미만의 마그네슘을 제외한 기타 불순물이 제거된 망간 침출액을 형성하는 단계;는,
망간산화물에 황산(H2SO4) 및 환원제를 첨가하여 망간을 침출시키는 단계와,
상기 침출 단계에서 형성된 제1망간 침출액을 중화하는 단계, 그리고
상기 중화된 제1망간 침출액에 황화물 첨가제를 투입하여, 상기 기타 불순물을 침전시킴으로써, 상기 망간 침출액을 형성하는 단계
를 포함하는 것인, 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 망간화합물은 탄산망간(MnCO3)을 포함하고, 상기 마그네슘화합물은 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2)을 포함하는 것인, 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 망간 침출액을 상기 탄산나트륨(Na2CO3) 및 상기 이산화탄소 버블과 교반하여, 망간화합물 및 마그네슘화합물을 포함하는 교반물을 형성하는 단계;는,
상기 망간 침출액 내의 망간 이온이 상기 탄산나트륨(Na2CO3)에 의해 탄산망간(MnCO3)으로 침전되고,
상기 마그네슘 이온은 상기 탄산나트륨(Na2CO3)과 반응하여 탄산마그네슘(MgCO3)이 되었다가, 상기 반응용기 내의 상기 이산화탄소(CO2)에 의해 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2)을 형성하며, 상기 망간 침출액에 용해되어 상기 탄산망간(MnCO3)과 공침하지 않는, 망간화합물 제조공정에서의 마그네슘 제거 방법.
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