KR102300837B1 - Method for deoxidation of off-grade titanium sponge using magnesium - Google Patents

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강정신
임경환
이태혁
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한국지질자원연구원
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Abstract

The present invention provides a deoxidation method of an off-grade titanium sponge using magnesium, which manufactures a metal or metal compound of on-grade titanium (Ti) with reduced oxygen in titanium by performing deoxidation using magnesium (Mg) in a hydrogen (H_2) atmosphere after hydrogenating an off-grade titanium (Ti) sponge. The deoxidation method of an off-grade titanium sponge using magnesium comprises a step of preparing titanium hydride (TiHx) by reacting the off-grade titanium sponge in a hydrogen (H_2) gas atmosphere; a step of mixing the titanium hydride (TiHx) with magnesium and molten salt; and a step of deoxidizing the titanium hydride, magnesium and molten salt mixture in a hydrogen (H_2) gas or a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H_2) to produce a metal or metal compound of on-grade titanium (Ti).

Description

마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법{METHOD FOR DEOXIDATION OF OFF-GRADE TITANIUM SPONGE USING MAGNESIUM}METHOD FOR DEOXIDATION OF OFF-GRADE TITANIUM SPONGE USING MAGNESIUM

본 발명은 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소화 처리 후 수소(H2) 분위기 내 마그네슘(Mg)을 이용한 탈산을 수행하여 타이타늄 내 산소를 저감한 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법에 관한 것이다. The present invention relates to an off-grade titanium sponge that is hydrogenated and then deoxidized using magnesium (Mg) in a hydrogen (H 2 ) atmosphere to reduce oxygen in the titanium (on-grade Ti). It relates to a deoxidation method of an off-grade titanium sponge using magnesium for manufacturing a metal or a metal compound.

일반적으로, 타이타늄계 합금 소재는 내식성, 내열성, 고강도 특성을 가지고 있어, 방탄, 전투기, 잠수함, 엔진 등의 군수 용품에 적용되고 있으며, 자동차, 의료, 발전 설비 등 민수 용품에도 적용되고 있다.In general, titanium-based alloy materials have corrosion resistance, heat resistance, and high strength characteristics, and are applied to military products such as bulletproof, fighter jets, submarines, and engines, and are also applied to civil products such as automobiles, medical care, and power generation facilities.

그 중, 타이타늄 생산시 생산량의 약 10-20 % 정도 산출되는 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지는 급외품으로 철(Fe) 및 산소(O)에 의한 오염으로 인해 제철공정의 탈산제로 사용되어 왔다.Among them, off-grade titanium sponge, which is produced at about 10-20% of production when producing titanium, is an out-of-class product and is used as a deoxidizer in the iron making process due to contamination by iron (Fe) and oxygen (O). has been

따라서, 타이타늄 생산량의 약 10-20 % 정도 산출되는 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지에서 산소를 제거하여 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti) 제품으로 변환하고자 하는 연구자들의 연구가 진행되었으나, 아직 제품으로 대량 생산할 정도는 되지 못하였다.Therefore, research has been conducted by researchers who want to convert it into an on-grade Ti product by removing oxygen from the off-grade Ti sponge, which is produced about 10-20% of the titanium production, but still It was not enough to be mass-produced as a product.

대한민국 공개특허 제10-2019-0074742호(특허공개일: 2019년06월28일)에서는 산소 함량이 낮은 고순도의 티타늄 분말을 대량으로 제조할 수 있는 향상된 티타늄 분말 제조용 탈산 장치를 제공하고 있다. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0074742 (patent publication date: June 28, 2019) provides an improved deoxidation device for manufacturing titanium powder capable of mass-producing high-purity titanium powder with low oxygen content.

상기 대한국민국 공개특허의 티타늄 분말 제조용 탈산 장치는 티타늄 분말이 탈산되는 탈산 챔버, 상기 탈산 챔버의 하부에 연결되며 상기 탈산 챔버 내부로 증기를 투입하는 증기 투입부, 상기 탈산 챔버의 내부에 위치하며 상기 티타늄 분말을 유동시키는 유동 제어부, 그리고 상기 탈산 챔버의 하부에 위치하는 분산부를 포함한다. The deoxidation apparatus for manufacturing titanium powder of the Korean Patent Application Laid-Open includes a deoxidation chamber in which titanium powder is deoxidized, a vapor input unit connected to a lower portion of the deoxidation chamber and injecting steam into the deoxidation chamber, and the deoxidation chamber. It includes a flow control unit for flowing the titanium powder, and a dispersion unit located in the lower portion of the deoxidation chamber.

여기서, 상기 증기 투입부에 투입되는 증기는 칼슘 가스를 포함하고 있으나, 본 출원인은 여러 연구를 통하여, 오프그레이드 타이타늄 스폰지를 수소화 처리 후 수소(H2) 분위기 내 마그네슘(Mg)을 이용한 탈산을 거쳐 타이타늄 내 산소를 저감하는 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법을 개발하였다.Here, the steam input to the steam input unit contains calcium gas, but through several studies, the present applicant hydrogenated the off-grade titanium sponge and then deoxidized it using magnesium (Mg) in a hydrogen (H 2 ) atmosphere. A deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium to reduce oxygen in titanium was developed.

이때, 본 출원인은 상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법으로 아르곤과 수소를 사용하는 혼합 가스 조건하에서 안정하게 온그레이드 타이타늄을 제조하는 공정기술을 획득하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.At this time, the present applicant obtained the process technology for stably manufacturing on-grade titanium under a mixed gas condition using argon and hydrogen by the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using magnesium, thereby completing the present invention.

대한민국 공개특허 제10-2019-0074742호(특허공개일: 2019년06월28일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0074742 (Patent publication date: June 28, 2019)

따라서, 본 발명의 목적은 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법으로 아르곤과 수소를 사용하는 혼합 가스 조건하에서 안전하게 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물을 제조하는 공정기술을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a process technology for safely producing on-grade titanium metal or metal compound under a mixed gas condition using argon and hydrogen by deoxidation of off-grade titanium sponge.

또한, 본 발명의 목적은 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물로 제조된 전자기기용 소재 원료를 제공하는 데 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a raw material for an electronic device made of on-grade titanium metal or a metal compound.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention,

오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지의 산소를 제거하여 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 탈산방법으로서,A deoxidation method for producing a metal or metal compound of on-grade Ti by removing oxygen from an off-grade Ti sponge,

상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소(H2) 가스 분위기내에서 반응시켜 타이타늄 수소화물(TiHx)을 제조하는 단계;preparing titanium hydride (TiH x ) by reacting the off-grade titanium sponge in a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere;

상기 타이타늄 수소화물(TiHx)을 마그네슘 및 용융염과 혼합하는 단계; 및mixing the titanium hydride (TiH x ) with magnesium and molten salt; and

상기 타이타늄 수소화물, 마그네슘 및 용융염 혼합체를 수소(H2) 가스, 또는 아르곤(Ar) 및 수소(H2)의 혼합 가스 내에서 탈산반응하여 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 단계;를 포함하는The titanium hydride, magnesium, and molten salt mixture is deoxidized in hydrogen (H 2 ) gas, or a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) to metal or metal of on-grade Ti comprising; preparing a compound;

마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법을 제공한다.A method of deoxidation of an off-grade titanium sponge using magnesium is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti)의 산소 농도는 0.18 mass% 초과이고,According to one embodiment of the present invention, the oxygen concentration of the off-grade titanium (off-grade Ti) is greater than 0.18 mass%,

상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 산소 농도는 0.18 mass% 이하 일 수 있다.The oxygen concentration of the on-grade titanium may be 0.18 mass% or less.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속은 타이타늄 금속이고,According to an embodiment of the present invention, the metal of the on-grade titanium (on-grade Ti) is a titanium metal,

온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속화합물은 타이타늄 수소화물(TiHx) 일 수 있다.The metal compound of on-grade titanium may be titanium hydride (TiH x ).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속은 타이타늄 금속이고,According to an embodiment of the present invention, the metal of the on-grade titanium (on-grade Ti) is a titanium metal,

온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속화합물은 타이타늄 수소화물(TiHx)이고, The metal compound of on-grade titanium is titanium hydride (TiH x ),

상기 타이타늄 내 산소 농도는 0.18 mass% 이하 일 수 있다.The oxygen concentration in the titanium may be 0.18 mass% or less.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소(H2) 가스 분위기내에서 반응시켜 제조한 According to one embodiment of the present invention, the off-grade titanium (off-grade Ti) sponge is prepared by reacting in a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere.

상기 타이타늄 수소화물(TiHx)의 x는 1.924 내지 2일 수 있다. x of the titanium hydride (TiH x ) may be 1.924 to 2.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융염은 염화마그네슘, 염화칼륨, 염화칼슘, 및 염화리튬으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the molten salt may be at least one selected from the group consisting of magnesium chloride, potassium chloride, calcium chloride, and lithium chloride.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 타이타늄 수소화물(TiHx), 마그네슘 및 용융염의 함량비는 중량비로 1 : 0.5 : 1 내지 1 : 2 : 4 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the content ratio of the titanium hydride (TiH x ), magnesium, and molten salt may be 1:0.5:1 to 1:2:4 by weight.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소(H2)와 아르곤(Ar)의 혼합 가스의 혼합 비율은 몰비로 H2 : Ar = 5 : 95 내지 100 : 0 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mixing ratio of the hydrogen (H 2 ) and the mixed gas of argon (Ar) is H 2 : Ar in a molar ratio. = 5: 95 to 100: 0.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈산반응의 According to an embodiment of the present invention, the deoxidation

상기 탈산 온도는 933 K 내지 993 K 일 수 있다. The deoxidation temperature may be 933 K to 993 K.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈산반응의 According to an embodiment of the present invention, the deoxidation

상기 수소(H2) 가스의 농도는 5 mol % 내지 20 mol% 일 수 있다.The concentration of the hydrogen (H 2 ) gas may be 5 mol % to 20 mol %.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은According to an embodiment of the present invention, the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium is

상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 염산 용액을 이용하여 산침출하여 잔류 용융염 및 탈산반응에서 형성된 산화마그네슘을 제거하는 산침출 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include an acid leaching step of acid leaching the metal or metal compound of on-grade Ti using a hydrochloric acid solution to remove residual molten salt and magnesium oxide formed in the deoxidation reaction.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단일산 화합물은 염산, 인산, 황산, 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 군에서 선택된 하나이고,According to an embodiment of the present invention, the single acid compound is one selected from the group consisting of hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, and hydrofluoric acid,

상기 혼합산 화합물은 염산, 인산, 황산, 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상일 수 있다.The mixed acid compound may be two or more selected from the group consisting of hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, and hydrofluoric acid.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염산의 용액 농도는 5 % 내지 20 % 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the concentration of the hydrochloric acid solution may be 5% to 20%.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산침출 단계의 침출 온도는 0 ℃ 내지 25 ℃ 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the leaching temperature in the acid leaching step may be 0 °C to 25 °C.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은 According to an embodiment of the present invention, the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium is

상기 산침출 단계 이후에 건조 공정을 더 포함할 수 있다.A drying process may be further included after the acid leaching step.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, In addition, according to another aspect of the present invention,

상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법으로 형성된 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물로 제조된 전자기기용 소재 원료를 제공한다.Provided is a raw material for an electronic device made of a metal or a metal compound of on-grade Ti formed by the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium.

본 발명에 따르면, 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소화 처리 후 수소(H2) 분위기 내 마그네슘(Mg)을 이용한 탈산을 수행하여 타이타늄 내 산소를 저감한 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하므로, 제조비용이 저렴하여 경제적이다.According to the present invention, after hydrogenation of an off-grade Ti sponge, deoxidation using magnesium (Mg) in a hydrogen (H 2 ) atmosphere is performed to reduce oxygen in titanium (on-grade Ti) ) of metal or metal compound, so the manufacturing cost is low and economical.

또한, 본 발명의 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법으로 아르곤과 수소를 사용하는 혼합 가스 조건하에서 안전하게 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물을 제조하므로, 공정 안전성이 우수하다.In addition, since the on-grade titanium metal or metal compound is safely manufactured under a mixed gas condition using argon and hydrogen by the deoxidation method of the off-grade titanium sponge of the present invention, process safety is excellent.

또한, 본 발명의 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물로 제조된 전자기기용 소재 원료를 군수 용품과 민수 용품에 다양하게 적용할 수 있으므로, 적용 범위가 다양한 장점이 있다.In addition, since the raw material for electronic devices made of the on-grade titanium metal or metal compound of the present invention can be variously applied to military goods and civil goods, there is an advantage in a wide range of applications.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분위기 내 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지 탈산 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 973 K에서의 Ti-H-O계의 산소 및 수소 화학포텐셜 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분위기 내 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지 탈산 장치 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지의 수소화 처리 후 탈산 전 시료의 XRD 분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti) 스폰지로 제조한 타이타늄 수소화물(TiHx)의 아르곤 분위기 내 TG-DTA 분석결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지로 제조한 타이타늄 수소화물(TiHx)의 탈산 반응 후 회수산물의 XRD 분석결과이다.
1 is a flow chart of an off-grade Ti sponge deoxidation process using magnesium in a hydrogen atmosphere according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram of the oxygen and hydrogen chemical potentials of Ti-HO at 973 K according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of an off-grade titanium sponge deoxidation device using magnesium in a hydrogen atmosphere according to an embodiment of the present invention.
4 is an XRD analysis result of a sample before deoxidation after hydrogenation of an off-grade Ti sponge according to an embodiment of the present invention.
5 is a TG-DTA analysis result of titanium hydride (TiH x ) prepared with an on-grade Ti sponge according to an embodiment of the present invention in an argon atmosphere.
6 is an XRD analysis result of the recovered product after deoxidation of titanium hydride (TiH x ) prepared with off-grade Ti sponge according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that related known technologies may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법Deoxidation method of off-grade titanium sponge

본 발명은 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소화 처리 후 수소(H2) 분위기 내 마그네슘(Mg)을 이용한 탈산을 수행하여 타이타늄 내 산소를 저감한 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법을 제공한다.The present invention relates to an off-grade titanium sponge that is hydrogenated and then deoxidized using magnesium (Mg) in a hydrogen (H 2 ) atmosphere to reduce oxygen in the titanium (on-grade Ti). Provided is a deoxidation method of an off-grade titanium sponge using magnesium for manufacturing a metal or a metal compound.

본 발명의 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은The deoxidation method of the off-grade titanium sponge using magnesium of the present invention is

오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지의 산소를 제거하여 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 탈산방법으로서,A deoxidation method for producing a metal or metal compound of on-grade Ti by removing oxygen from an off-grade Ti sponge,

상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소(H2) 가스 분위기내에서 반응시켜 타이타늄 수소화물(TiHx)을 제조하는 단계;preparing titanium hydride (TiH x ) by reacting the off-grade titanium sponge in a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere;

상기 타이타늄 수소화물(TiHx)을 마그네슘 및 용융염과 혼합하는 단계; 및mixing the titanium hydride (TiH x ) with magnesium and molten salt; and

상기 타이타늄 수소화물, 마그네슘 및 용융염 혼합체를 수소(H2) 가스, 또는 아르곤(Ar) 및 수소(H2)의 혼합 가스 내에서 탈산반응하여 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 단계;를 포함한다.The titanium hydride, magnesium, and molten salt mixture is deoxidized in hydrogen (H 2 ) gas, or a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) to metal or metal of on-grade Ti and preparing the compound.

본 발명은 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소화 처리 후 수소(H2) 분위기 내 마그네슘(Mg)을 이용한 탈산을 수행하여 타이타늄 내 산소를 저감한 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하고, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 전자기기용 소재 원료로 사용하는 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법을 제공한다.The present invention relates to an off-grade titanium sponge that is hydrogenated and then deoxidized using magnesium (Mg) in a hydrogen (H 2 ) atmosphere to reduce oxygen in the titanium (on-grade Ti). A deoxidation method of an off-grade titanium sponge using magnesium to prepare a metal or a metal compound and use the metal or metal compound of the on-grade Ti as a raw material for electronic devices is provided.

여기서, 상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti)의 산소 농도는 0.18 mass% 초과이고,Here, the oxygen concentration of the off-grade titanium (off-grade Ti) is more than 0.18 mass%,

상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 산소 농도는 0.18 mass% 이하 일 수 있다.The oxygen concentration of the on-grade titanium may be 0.18 mass% or less.

여기서, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 산소 농도는 N/O/H 분석기를 이용하여 측정할 수 있다.Here, the oxygen concentration of the on-grade titanium may be measured using an N/O/H analyzer.

그리고, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속은 타이타늄 금속이고,And, the metal of the on-grade titanium (on-grade Ti) is a titanium metal,

온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속화합물은 타이타늄 수소화물(TiHx) 일 수 있다.The metal compound of on-grade titanium may be titanium hydride (TiH x ).

또한, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속은 타이타늄 금속이고,In addition, the metal of the on-grade titanium (on-grade Ti) is a titanium metal,

온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속화합물은 타이타늄 수소화물(TiHx)이고, The metal compound of on-grade titanium is titanium hydride (TiH x ),

상기 타이타늄 내 산소 농도는 0.18 mass% 이하 일 수 있다.The oxygen concentration in the titanium may be 0.18 mass% or less.

이때, 상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소(H2) 가스 분위기내에서 반응시켜 제조한 At this time, the off-grade titanium (off-grade Ti) sponge was prepared by reacting it in a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere.

상기 타이타늄 수소화물(TiHx)의 x는 1.924 내지 2일 수 있다. x of the titanium hydride (TiH x ) may be 1.924 to 2.

또한, 상기 용융염은 염화마그네슘, 염화칼륨, 염화칼슘, 및 염화리튬으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, the molten salt may be at least one selected from the group consisting of magnesium chloride, potassium chloride, calcium chloride, and lithium chloride.

여기서, 상기 타이타늄 수소화물(TiHx), 마그네슘 및 용융염의 함량비는 중량비로 1 : 0.5 : 1 내지 1 : 2 : 4 일 수 있다.Here, the content ratio of the titanium hydride (TiH x ), magnesium, and molten salt may be 1:0.5:1 to 1:2:4 by weight.

상기 타이타늄 수소화물(TiHx), 마그네슘 및 용융염의 함량비가 중량비로 1 : 0.5 : 1 내지 1 : 2 : 4를 벗어나는 경우, 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물에 산소가 과량 잔재하여 온그레이드 품질을 벗어날 수 있다.When the content ratio of the titanium hydride (TiH x ), magnesium, and molten salt is out of 1: 0.5 to 1: 2: 4 by weight, excess oxygen remains in the on-grade titanium metal or metal compound to escape the on-grade quality. can

이때, 상기 타이타늄 수소화물(TiHx), 마그네슘 및 용융염의 함량비는 바람직하게는 중량비로 1 : 0.7 : 1.2 내지 1 : 1.8 : 3.8 일 수 있고, 보다 바람직하게는 중량비로 1 : 0.9 : 1.5 내지 1 : 1.5 : 3.5 일 수 있다.In this case, the content ratio of the titanium hydride (TiH x ), magnesium, and molten salt may be preferably 1: 0.7: 1.2 to 1: 1.8: 3.8 by weight, and more preferably 1: 0.9: 1.5 to It may be 1:1.5:3.5.

또한, 상기 수소(H2)와 아르곤(Ar)의 혼합 가스의 혼합 비율은 몰비로 H2 : Ar = 5 : 95 내지 100 : 0 일 수 있다.In addition, the mixing ratio of the hydrogen (H 2 ) and the mixed gas of argon (Ar) is H 2 : Ar in a molar ratio = 5: 95 to 100: 0.

여기서, 상기 수소(H2)와 아르곤(Ar)의 혼합 가스의 혼합 비율이 몰비로 H2 : Ar = 5 : 95 미만(수소 기준)인 경우, 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물에 산소가 과량 잔재하여 온그레이드 품질을 벗어날 수 있고, 상기 수소(H2)와 아르곤(Ar)의 혼합 가스의 혼합 비율이 몰비로 H2 : Ar = 100 : 0 초과(수소 기준)인 경우 경제성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.Here, the mixing ratio of the hydrogen (H 2 ) and the mixed gas of argon (Ar) is H 2 : Ar in a molar ratio = 5: When less than 95 (based on hydrogen), excess oxygen remains in the on-grade titanium metal or metal compound, and the on-grade quality may be deviated , and the mixing ratio of the hydrogen (H 2 ) and argon (Ar) gas mixture In this molar ratio H 2 : Ar = 100: If it is more than 0 (based on hydrogen), there may be a problem that the economic feasibility is lowered.

이때, 상기 수소(H2)와 아르곤(Ar)의 혼합 가스의 혼합 비율은 바람직하게는 몰비로 H2 : Ar = 10 : 90 내지 90 : 10 일 수 있다.At this time, the mixing ratio of the hydrogen (H 2 ) and the mixed gas of argon (Ar) is preferably H 2 : Ar in a molar ratio. = 10: 90 to 90: 10.

그리고, 상기 탈산반응의 And, of the deoxidation reaction

상기 탈산 온도는 933 K 내지 993 K 일 수 있다. The deoxidation temperature may be 933 K to 993 K.

여기서, 상기 탈산반응의 Here, the deoxidation reaction

상기 수소(H2) 가스의 농도는 5 mol % 내지 20 mol% 일 수 있다.The concentration of the hydrogen (H 2 ) gas may be 5 mol % to 20 mol %.

여기서, 상기 수소(H2) 가스의 농도가 5 mol % 내지 20 mol%를 벗어나는 경우, 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물에 산소가 과량 잔재하여 온그레이드 품질을 벗어날 수 있다.Here, when the concentration of the hydrogen (H 2 ) gas is out of 5 mol % to 20 mol %, excess oxygen remains in the on-grade titanium metal or metal compound, and thus the on-grade quality may be deviated.

이때, 상기 수소(H2) 가스의 농도는 바람직하게는 10 mol % 내지 20 mol% 일 수 있다.In this case, the concentration of the hydrogen (H 2 ) gas may be preferably 10 mol % to 20 mol %.

그리고, 상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은And, the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium is

상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 염산 용액을 이용하여 산침출하여 잔류 용융염 및 탈산반응에서 산침출하여 잔류 용융염 및 탈산반응에서 형성된 산화마그네슘을 제거하는 산침출 단계를 더 포함할 수 있다. Acid leaching step of acid leaching the metal or metal compound of on-grade Ti using hydrochloric acid solution to remove residual molten salt and magnesium oxide formed in the deoxidation reaction by acid leaching in the residual molten salt and deoxidation reaction may further include.

이때, 상기 염산 용액의 농도는 5 % 내지 20 % 일 수 있다.In this case, the concentration of the hydrochloric acid solution may be 5% to 20%.

상기 염산 용액의 농도가 상기 5 % 미만인 경우 산화마그네슘이 제거되지 않고, 온그레이드 타이타늄 금속 또는 금속화합물의 산소 함량이 증가할 수 있고, 상기 염산 용액의 농도가 상기 20 % 초과인 경우 비용 증가의 문제가 발생할 수 있다.When the concentration of the hydrochloric acid solution is less than 5%, magnesium oxide is not removed, the oxygen content of the on-grade titanium metal or metal compound may increase, and when the concentration of the hydrochloric acid solution is more than 20%, a problem of cost increase may occur.

그리고, 상기 산침출 단계의 침출 온도는 0 ℃ 내지 25 ℃ 일 수 있다.In addition, the leaching temperature of the acid leaching step may be 0 °C to 25 °C.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은 According to an embodiment of the present invention, the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium is

상기 산침출 단계 이후에 건조 공정을 더 포함할 수 있다.A drying process may be further included after the acid leaching step.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분위기 내 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지 탈산 공정 흐름도이다.1 is a flow chart of an off-grade Ti sponge deoxidation process using magnesium in a hydrogen atmosphere according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소 가스(H2)와 반응시켜 타이타늄 수소화물(TiH2)을 제조한다(100). 상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지의 수소화반응 후 얻어진 시료를 Mg 및 용융염과 혼합 후 이를 고온의 아르곤(Ar) 및 수소(H2)의 혼합 가스 분위기 또는 수소(H2) 가스 분위기 내에서 탈산시킨다(110).1, first, by reacting a titanium-off grade (off-grade Ti) sponge and hydrogen gas (H 2) preparing a titanium hydride (TiH 2) (100). The sample obtained after the hydrogenation reaction of the off-grade titanium sponge is mixed with Mg and molten salt, and then it is mixed with a high temperature argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) gas atmosphere or hydrogen (H 2 ) gas atmosphere Deoxidized in (110).

탈산반응 후 얻어진 혼합물은 잔류 용융염 및 탈산 반응에 의해 생성된 산화마그네슘(MgO)을 제거하기 위해 염산(HCl) 침출시킨 후 건조시켜 회수한다(120).After the deoxidation reaction, the obtained mixture is recovered by leaching with hydrochloric acid (HCl) to remove residual molten salt and magnesium oxide (MgO) generated by the deoxidation reaction, followed by drying ( 120 ).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 973 K에서의 Ti-H-O계의 산소 및 수소 화학포텐셜 다이어그램이다.2 is a diagram of the oxygen and hydrogen chemical potentials of the Ti—H—O system at 973 K according to an embodiment of the present invention.

도 2의 화학포텐셜 다이어그램에서 면(plane)은 973 K에서 반응계 내의 산소 및 수소 화학포텐셜이 해당 영역 내에 있을 경우 영역 내 화합물이 가장 안정한 상으로써 얻어질 수 있음을 의미한다.A plane in the chemical potential diagram of FIG. 2 means that when the oxygen and hydrogen chemical potentials in the reaction system at 973 K are in the corresponding region, the compound in the region can be obtained as the most stable phase.

도 2에서 볼 수 있는 것과 같이, 973 K에서 반응계 내의 수소 분압이 0.0055 atm 미만일 경우 Ti에 수소 고용은 없으며 이때 빨간 점선으로 표시된 Mg 및 MgO의 평형에 의한 평형 산소분압이 Ti-0.5 mass%O(Ti에 산소 0.5 mass% 고용 상태) 및 Ti-0.6 mass%O의 경계선 근처에 해당한다.As can be seen in Figure 2, when the partial pressure of hydrogen in the reaction system at 973 K is less than 0.0055 atm, there is no hydrogen solution in Ti, and at this time, the equilibrium oxygen partial pressure by the equilibrium of Mg and MgO indicated by the red dotted line is Ti-0.5 mass%O ( Oxygen 0.5 mass% solid solution state in Ti) and Ti-0.6 mass% O corresponds to near the boundary line.

즉, Ti내 수소가 고용되지 않은 상태 및 표준 상태에서는 973 K에서 Mg에 의한 Ti 탈산 시 Ti 내 고용 산소 농도가 약 5000 - 6000 ppm까지만 감소 가능하다는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the dissolved oxygen concentration in Ti can be reduced only to about 5000 - 6000 ppm during Ti deoxidation by Mg at 973 K in the state in which hydrogen is not dissolved in Ti and in the standard state.

따라서, ASTM 기준 Grade 1에 해당하는 산소 농도 1800 ppm을 고용한 Ti는 제조 불가능하다.Therefore, Ti with an oxygen concentration of 1800 ppm corresponding to ASTM standard Grade 1 cannot be manufactured.

그러나, 도 2에서 볼 수 있는 것과 같이, 973 K에서 반응계 내의 수소 분압이 0.0055 atm 이상일 경우 Ti 내 고용산소가 같은 농도라고 하더라도 평형 산소분압이 커짐을 알 수 있다.However, as can be seen in FIG. 2 , when the partial pressure of hydrogen in the reaction system at 973 K is 0.0055 atm or more, it can be seen that the equilibrium oxygen partial pressure increases even if the dissolved oxygen in Ti has the same concentration.

예를 들어, Ti 내 수소 고용이 없을 경우 973 K에서 산소 분압이 - 52.1 (log p O2)까지 고용산소 농도가 20000 ppm이나, 수소 고용이 있을 경우 973 K에서 산소 분압이 - 50.6(log p O2)까지 고용산소 농도가 20000 ppm임을 알 수 있다. 즉, Ti 내 수소가 고용될 경우 Ti 내 산소가 destabilization 되기 때문에 Mg에 의한 탈산 반응의 driving force가 증가됨을 알 수 있다.For example, when there is no hydrogen solid solution in Ti, the oxygen partial pressure at 973 K is -20000 ppm up to 52.1 (log p O2 ), but in the presence of hydrogen solid solution, the oxygen partial pressure at 973 K is - 50.6 (log p O2 ) ), it can be seen that the dissolved oxygen concentration is 20000 ppm. That is, when hydrogen in Ti is dissolved, it can be seen that the driving force of the deoxidation reaction by Mg is increased because oxygen in Ti is destabilized.

따라서, 이와 같은 열역학적 고찰을 바탕으로, Ti 내 수소가 고용될 경우 도 2에서 빨간 점선으로 표시된 Mg 및 MgO의 평형에 의한 평형 산소분압이 Ti 내 고용산소 농도가 1660 ppm인 영역 내에 있음을 알 수 있다. Therefore, based on such thermodynamic considerations, when hydrogen in Ti is dissolved, it can be seen that the equilibrium oxygen partial pressure due to the equilibrium of Mg and MgO indicated by the red dotted line in FIG. 2 is within the region where the dissolved oxygen concentration in Ti is 1660 ppm. have.

즉, 973 K에서 Ti 내 수소가 고용될 경우, 또는 수소 활동도(activity)가 높을 때 Mg에 의한 탈산 반응 시 Ti 내 고용산소 농도가 1660 ppm까지 감소할 수 있음을 나타낸다.That is, when hydrogen in Ti is dissolved at 973 K, or when hydrogen activity is high, the concentration of dissolved oxygen in Ti can be reduced to 1660 ppm during deoxidation by Mg.

따라서, 도 1에서 나타낸 공정도의 첫 번째 단계인 수소화 반응의 경우 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 수소화 반응에 의해 bulk 타입의 오프그레이드 타이타늄 스폰지가 미립자가 되어 탈산반응의 속도 향상과 더불어 오프그레이드 타이타늄 스폰지 내 고용 수소의 효과에 따라 H2 분위기를 포함한 Ar + H2의 혼합가스 분위기 내에서도 Mg에 의한 탈산이 가능하도록 하기 위한 두 가지 목적이 있다.Therefore, in the case of the hydrogenation reaction, which is the first step of the process diagram shown in FIG. 1, the bulk-type off-grade titanium sponge becomes fine particles by the hydrogenation reaction of the off-grade titanium sponge, thereby improving the speed of the deoxidation reaction and solid solution hydrogen in the off-grade titanium sponge. There are two purposes to enable deoxidation by Mg even in a mixed gas atmosphere of Ar + H 2 including H 2 atmosphere according to the effect of

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분위기 내 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지 탈산 장치 모식도이다.3 is a schematic diagram of an off-grade titanium sponge deoxidation device using magnesium in a hydrogen atmosphere according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 철 도가니 내에 TiHx 원료, Mg, 염화마그네슘 및 염화칼륨의 혼합 용융염을 혼합한 후 이를 SUS반응기 내에 장입 후 반응기 내 분위기 가스를 아르곤과 수소의 혼합 가스인 목적 가스로 치환 후 탈산 온도까지 승온하여 진행한다.Referring to FIG. 3, after mixing molten salt of TiH x raw material, Mg, magnesium chloride and potassium chloride in an iron crucible, it is charged into the SUS reactor, and the atmosphere gas in the reactor is replaced with a target gas, which is a mixed gas of argon and hydrogen. It proceeds by raising the temperature to the deoxidation temperature.

이때, 탈산 공정은 글로브박스에 설치된 전기로를 이용하였으며 시료 준비 및 회수는 글로브박스 내에서 이루어진다.At this time, the deoxidation process was performed using an electric furnace installed in the glove box, and sample preparation and recovery are performed in the glove box.

탈산 공정 종료 후 철 도가니로부터 탈산된 Ti 시료를 회수하기 위해 철 도가니를 염산 용액에 교반없이 침출시킨다.After the deoxidation process is completed, the iron crucible is leached into a hydrochloric acid solution without stirring to recover the deoxidized Ti sample from the iron crucible.

그 후 철 도가니로부터 회수된 시료를 다시 염산 용액을 교반하며 침출시킨다.After that, the sample recovered from the iron crucible is again leached while stirring the hydrochloric acid solution.

침출이 끝난 후 회수된 샘플은 증류수 및 아세톤을 이용하여 수세하고, 대기 중에서 건조시킨다.After leaching, the recovered sample is washed with distilled water and acetone and dried in the air.

오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물로 제조된 전자기기용 소재 원료Raw material for electronic devices manufactured with off-grade titanium metal or metal compound

본 발명은 상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법으로 형성된 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물로 제조된 전자기기용 소재 원료를 제공한다.The present invention provides a raw material for an electronic device made of a metal or a metal compound of on-grade Ti formed by the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using magnesium.

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are provided to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.

<준비예> 타이타늄 수소화물(TiH<Preparation example> Titanium hydride (TiH 22 ) 분말 준비) powder preparation

탈산 공정의 원료물질인 오프그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2) 분말을 (주)엠티아이지에서 수득하였다. Off-grade titanium hydride (TiH 2 ) powder, which is a raw material for the deoxidation process, was obtained from MTIG Co., Ltd.

그리고, 탈산 공정의 원료물질인 오프그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2) 분말을 한국지질자원연구원 연구실에서 (주)엠티아이지에서 수득한 타이타늄 수소화물(TiH2) 분말을 재수소화처리하여 준비하였다.And, the off-grade titanium hydride (TiH 2 ) powder, which is a raw material for the deoxidation process, was prepared by re- hydrogenating the titanium hydride (TiH 2 ) powder obtained from MTIG in the laboratory of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources.

<실시예><Example>

<실시예 1 내지 실시예 14> 오프그레이드 타이타늄 스펀지의 탈산 공정 및 산침출 <Examples 1 to 14> Deoxidation process and acid leaching of off-grade titanium sponge

(주)엠티아이지에서 수득한 타이타늄 수소화물(TiH2) 분말 중 입도 크기 100 내지 300 ㎛의 분말을 673 K의 Ar+5-10% H2 분위기 가스에서 12시간 반응시켜 타이타늄 수소화물(TiHx)을 제조하였다.Among the titanium hydride (TiH 2 ) powder obtained from MTIG Co., Ltd., a powder having a particle size of 100 to 300 μm was reacted in an Ar + 5-10% H 2 atmosphere gas of 673 K for 12 hours to react titanium hydride (TiH x ) was prepared.

그런 다음, 상기 도 3의 철 도가니 내에 상기 타이타늄 수소화물(TiHx) 원료, 환원금속인 마그네슘 및 염화마그네슘(MgCl2)와 염화칼륨(KCl)의 혼합 용융염을 하기 표 1과 같은 조성으로 혼합한 후 이를 반응기 내에 장입한 다음, 반응기 내 분위기 가스를 아르곤과 수소가스의 혼합가스로 치환 후 933 K내지 993 K 온도의 탈산 온도까지 승온하여 12 시간 탈산 진행하였다.Then, in the iron crucible of FIG. 3, the titanium hydride (TiH x ) raw material, magnesium as a reducing metal, and a mixed molten salt of magnesium chloride (MgCl2) and potassium chloride (KCl) are mixed in the composition shown in Table 1 below. After charging this into the reactor, the atmosphere gas in the reactor was replaced with a mixed gas of argon and hydrogen gas, and then the temperature was raised to a deoxidation temperature of 933 K to 993 K, followed by deoxidation for 12 hours.

이때, 탈산 공정은 글로브박스에 설치된 전기로를 이용하였으며 시료 준비 및 회수는 글로브박스 내에서 이루어졌다.At this time, the deoxidation process was performed using an electric furnace installed in the glove box, and sample preparation and recovery were performed in the glove box.

탈산 종료 후 철 도가니로부터 탈산된 Ti 시료를 회수하기 위해 철 도가니를 상온의 10 % 염산 용액에 교반없이 1 시간 침출시켰다. After the deoxidation was completed, the iron crucible was leached in a 10% hydrochloric acid solution at room temperature for 1 hour without stirring to recover the deoxidized Ti sample from the iron crucible.

그 후 철 도가니로부터 회수된 시료를 다시 상온의 10 % 염산 용액을 교반하며 1 시간 침출시켰다.After that, the sample recovered from the iron crucible was again leached with stirring in a 10% hydrochloric acid solution at room temperature for 1 hour.

침출이 끝난 후 회수된 샘플은 증류수 및 아세톤을 이용하여 수세하고, 상온의 대기 중에서 1 시간 이상 건조시켰다.After the leaching was completed, the recovered sample was washed with distilled water and acetone, and dried in the atmosphere at room temperature for at least 1 hour.

번호number TiH2 중량(g)TiH 2 weight (g) 용융염 중량(g)Molten salt weight (g) Mg 중량(g)Mg weight (g) 혼합가스 중 수소 농도(mol%)Hydrogen concentration in mixed gas (mol%) 탈산온도(K)Deoxidation temperature (K) MgCl2 MgCl 2 KClKCl 실시예 1Example 1 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 1010 933933 실시예 2Example 2 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 933933 실시예 3Example 3 1One 0.750.75 0.250.25 1.501.50 1010 933933 실시예 4Example 4 1One 0.750.75 0.250.25 2.002.00 1010 933933 실시예 5Example 5 1One 1.501.50 0.500.50 1.001.00 1010 933933 실시예 6Example 6 1One 2.252.25 0.750.75 1.001.00 1010 933933 실시예 7Example 7 1One 3.003.00 1.001.00 1.001.00 1010 933933 실시예 8Example 8 1One 3.753.75 1.251.25 1.001.00 1010 933933 실시예 9Example 9 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 953953 실시예 10Example 10 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 973973 실시예 11Example 11 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 993993 실시예 12Example 12 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 00 933933 실시예 13Example 13 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 55 933933 실시예 14Example 14 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 2020 933933

<실험예><Experimental example>

<실험예 1> 탈산 공정전 원 시료인 타이타늄 수소화물(TiH<Experimental Example 1> Titanium hydride (TiH) 22 ) XRD 분석) XRD analysis

탈산 공정전 원 시료인 타이타늄 수소화물(TiH2)의 결정구조를 분석하기 위하여, 준비예에서 준비한 (주)엠티아이지의 오프그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2)과 한국지질자원연구원 연구실의 오프그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2)을 XRD 분석하였다. In order to analyze the crystal structure of titanium hydride (TiH 2 ), which is the deoxidation process power source sample, off-grade titanium hydride (TiH 2 ) prepared in Preparation Example and off-grade titanium from the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources lab The hydride (TiH 2 ) was XRD analyzed.

도 4는 상기 준비예에서 준비한 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지의 수소화 처리 후 탈산 전 시료의 XRD 분석 결과이다.4 is an XRD analysis result of the sample before deoxidation after hydrogenation of the off-grade Ti sponge prepared in the above preparation example.

도 4를 참조하면, (주)엠티아이지에서 제조한 시료의 경우 주 화합물이 TiH1.924이나 일부 Ti가 수소화 반응이 되지 않고 남아있음을 알 수 있었다.Referring to FIG. 4 , in the case of a sample manufactured by MTI EG, it was found that the main compound was TiH 1.924, but some Ti remained without hydrogenation.

따라서, Ti내 고용수소의 농도를 높여, 즉, Ti내 수소 활동도를 높여 Mg에 의한 탈산력을 향상시키기 위해, 그리고 Ti가 잔류시 탈산 반응 후 산용액을 이용한 후처리시 침출 조건이 제약되기 때문에 (주)엠티아이지에서 제조한 오프그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2) 분말을 한국지질자원연구원 연구실에서 재수소화 처리하였다.Therefore, in order to improve the deoxidation power by Mg by increasing the concentration of dissolved hydrogen in Ti, that is, by increasing the hydrogen activity in Ti, and when Ti remains, the leaching conditions are restricted during post-treatment using an acid solution after the deoxidation reaction. For this reason, the off-grade titanium hydride (TiH 2 ) powder manufactured by MTIG Co., Ltd. was re-hydrogenated in the laboratory of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources.

(주)엠티아이지에서 제조한 시료를 Ar + 5 - 10 % H2 분위기의 673 K에서 12 시간 수소화 반응 시 minor Ti peak가 사라졌으며 이를 통해 시료 내 수소가 최대로 고용된 것을 알 수 있었다. 이때, 하드 스폰지를 이용한 TiHx 원료의 경우 수소화 처리를 다시 한번 실시한 결과 하드 스폰지 내 Fe가 FeTiH0.02 화합물 형태로 존재하는 것으로 분석되었다.When the sample prepared by MTIG Co., Ltd. was hydrogenated at 673 K in an Ar + 5 - 10 % H 2 atmosphere for 12 hours, the minor Ti peak disappeared, and it was found that hydrogen in the sample was maximally dissolved. At this time, in the case of the TiH x raw material using the hard sponge, as a result of performing the hydrogenation treatment once again, it was analyzed that Fe in the hard sponge was present in the form of a FeTiH 0.02 compound.

<실험예 2> 온그레이드 타이타늄 수소화물(TiH<Experimental Example 2> On-grade titanium hydride (TiH 22 ) TG-DTA 분석) TG-DTA analysis

온그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2)를 열분석하기 위하여, 준비예에서 준비한 (주)엠티아이지의 온그레이드 타이타늄 수소화물(TiH2)을 TG-TDA 분석하였다.An on-grade titanium hydride (TiH 2) (weeks) number of on-grade titanium empty AIJI hydride (TiH 2) prepared in the preparation example to thermal analysis were TG-TDA.

도 5는 상기 준비예에서 준비한 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti) 스폰지로 제조한 타이타늄 수소화물(TiHx)의 아르곤 분위기 내 TG-DTA 분석결과이다.5 is a TG-DTA analysis result of titanium hydride (TiH x ) prepared by the on-grade titanium sponge prepared in the above preparation example in an argon atmosphere.

TiH2의 1000 K에서의 Gibbs free energy of formation 값은 - 6.559 kJ/mol로써 표준조건에서는 1000 K까지 TiH2가 안정하다.Gibbs free energy of formation at 1000 K value of TiH 2 is - stable a TiH 2 to 1000 K in the standard conditions as 6.559 kJ / mol.

그러나, 도 5의 결과에서 볼 수 있는 것과 같이, 아르곤(Ar) 가스 분위기 내에서 TG-DTA 분석 결과, 약 773 K부터 원료 내 고용되었던 수소가 점차적으로 빠져나가는 탈수소화(dehydrogenation) 현상이 일어남을 확인할 수 있었다.However, as can be seen from the results of FIG. 5, as a result of TG-DTA analysis in an argon (Ar) gas atmosphere, a dehydrogenation phenomenon in which hydrogen dissolved in the raw material gradually escapes from about 773 K occurs. could check

상기 탈수소화는 아르곤(Ar) 가스를 이용할 경우 분위기 가스 내 수소 분압이 낮기 때문에 일어나는 것으로 판단된다.The dehydrogenation is determined to occur because the partial pressure of hydrogen in the atmospheric gas is low when argon (Ar) gas is used.

따라서, 탈산 반응시 Ti 원료 내 높은 수소 활동도를 유지하기 위해서는 탈산 반응시 수소 가스 사용이 필요함을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that the use of hydrogen gas during the deoxidation reaction was necessary in order to maintain a high hydrogen activity in the Ti raw material during the deoxidation reaction.

<실험예 3> 수소 분위기 내 마그네슘을 이용한 탈산 반응 결과<Experimental Example 3> Deoxidation reaction result using magnesium in hydrogen atmosphere

상기 실시예 1 내지 실시예 14의 오프그레이드 타이타늄 스펀지의 탈산 반응을 실시하여, 하기 표 2와 같이, 타이타늄 내 산소의 농도가 0.144 mass% 내지 0.156 mass%인 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 수득하였다.By carrying out the deoxidation reaction of the off-grade titanium sponge of Examples 1 to 14, as shown in Table 2 below, the concentration of oxygen in the titanium is 0.144 mass% to 0.156 mass% of on-grade titanium (on-grade Ti) A metal or a metal compound was obtained.

여기서, 상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 산소 농도는 N/O/H 분석기를 이용하여 측정하였다.Here, the oxygen concentration of the on-grade titanium was measured using an N/O/H analyzer.

상기 실시예 2와 상기 실시예 5 내지 실시예 8의 경우와 같이, 마그네슘의 함량이 동일한 경우, 용융염의 총합이 적을수록 타이타늄 내 산소의 농도가 감소하였다.As in the case of Example 2 and Examples 5 to 8, when the magnesium content was the same, the concentration of oxygen in titanium decreased as the total amount of molten salt decreased.

번호number TiH2 중량(g)TiH 2 weight (g) 용융염 중량(g)Molten salt weight (g) Mg 중량(g)Mg weight (g) 혼합가스 중 수소 농도(mol%)Hydrogen concentration in mixed gas (mol%) 탈산온도(K)Deoxidation temperature (K) Ti 내 산소 농도(mass%)Oxygen concentration in Ti (mass%) MgCl2 MgCl 2 KClKCl 실시예 1Example 1 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 1010 933933 0.2160.216 실시예 2Example 2 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 933933 0.1440.144 실시예 3Example 3 1One 0.750.75 0.250.25 1.501.50 1010 933933 0.1560.156 실시예 4Example 4 1One 0.750.75 0.250.25 2.002.00 1010 933933 0.2030.203 실시예 5Example 5 1One 1.501.50 0.500.50 1.001.00 1010 933933 0.2120.212 실시예 6Example 6 1One 2.252.25 0.750.75 1.001.00 1010 933933 0.2230.223 실시예 7Example 7 1One 3.003.00 1.001.00 1.001.00 1010 933933 0.1980.198 실시예 8Example 8 1One 3.753.75 1.251.25 1.001.00 1010 933933 0.2310.231 실시예 9Example 9 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 953953 0.1540.154 실시예 10Example 10 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 973973 0.1600.160 실시예 11Example 11 1One 0.750.75 0.250.25 1.001.00 1010 993993 0.1750.175 실시예 12Example 12 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 00 933933 0.2250.225 실시예 13Example 13 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 55 933933 0.2010.201 실시예 14Example 14 1One 0.750.75 0.250.25 0.500.50 2020 933933 0.1420.142

상기 실시예 9 내지 실시예 11과 같이 탈산온도가 증가할 경우 탈산 반응 후 회수된 타이타늄 수소화물 내 산소 농도가 증가함을 알 수 있으며, 상기 표 2와 같이, 타이타늄 내 산소의 농도가 0.142 mass% 내지 0.231 mass%인 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 수득하였다.As in Examples 9 to 11, when the deoxidation temperature is increased, it can be seen that the oxygen concentration in the titanium hydride recovered after the deoxidation reaction increases, and as shown in Table 2, the concentration of oxygen in the titanium is 0.142 mass% To 0.231 mass% of on-grade titanium metal or metal compound was obtained.

탈산온도가 증가할 경우 탈산 반응 후 회수된 타이타늄 수소화물 내 산소 농도가 증가하는 이유는 탈산 온도가 올라갈수록 타이타늄 수소화물 원료로부터 수소가 반응계 쪽으로 빠져나가기 때문에 타이타늄 수소화물 원료 내 수소의 활동도가 낮아지며 또한 타이타늄 금속 비중이 증가하기 때문에 탈산반응 후 습식 처리 시 산소 오염이 증가하기 때문이다. The reason that the oxygen concentration in the titanium hydride recovered after the deoxidation reaction increases when the deoxidation temperature increases is because hydrogen escapes from the titanium hydride raw material to the reaction system as the deoxidation temperature increases, so the activity of hydrogen in the titanium hydride raw material decreases. In addition, since the specific gravity of titanium metal increases, oxygen contamination increases during wet treatment after deoxidation.

상기 실시예 14 및 실시예 2와 같이 933 K에서 분위기 가스 내 수소 농도가 증가할수록 탈산 반응 후 회수된 타이타늄 수소화물 내 산소 농도가 감소함을 알 수 있으며 표 2와 같이, 타이타늄 내 산소의 농도가 0.142 mass% 내지 0.144 mass%인 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 수득하였다.As in Examples 14 and 2, it can be seen that as the hydrogen concentration in the atmospheric gas at 933 K increases, the oxygen concentration in the titanium hydride recovered after the deoxidation reaction decreases, and as shown in Table 2, the concentration of oxygen in the titanium is 0.142 mass% to 0.144 mass% of on-grade titanium metal or metal compound was obtained.

이는 분위기 가스 내 수소 농도가 증가할수록 일정온도에서 타이타늄 수소화물 원료로부터 수소가 반응계로 빠져나가는 것을 억제하기 때문이다. This is because, as the concentration of hydrogen in the atmosphere gas increases, the hydrogen from the titanium hydride raw material at a constant temperature is suppressed from escaping into the reaction system.

도 6은 상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지로 제조한 타이타늄 수소화물(TiHx)의 탈산 반응 후 회수산물의 XRD 분석결과이다. 6 is an XRD analysis result of the recovered product after deoxidation of titanium hydride (TiH x ) prepared with the off-grade titanium sponge.

여기서, 상기 타이타늄 수소화물(TiHx)의 탈산 반응 후 회수산물은 XRD 분석결과 TiHx 및 Ti의 혼합물임을 확인할 수 있었다. Here, it was confirmed that the recovered product after the deoxidation reaction of the titanium hydride (TiH x ) was a mixture of TiH x and Ti as a result of XRD analysis.

지금까지 본 발명에 따른 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.So far, specific embodiments of the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using magnesium according to the present invention have been described, but it is obvious that various implementation modifications are possible within the limits that do not depart from the scope of the present invention.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지고, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims; All changes or modifications derived from the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (14)

오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지의 산소를 제거하여 온그레이드타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 탈산방법으로서,
상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소(H2) 가스 분위기내에서 반응시켜 타이타늄 수소화물(TiHx)을 제조하는 단계;
상기 타이타늄 수소화물(TiHx)을 마그네슘 및 용융염과 혼합하는 단계; 및
상기 타이타늄 수소화물, 마그네슘 및 용융염 혼합체를 수소(H2) 가스, 또는아르곤(Ar) 및 수소(H2)의 혼합 가스 내에서 탈산반응하여 온그레이드 타이타늄(ongrade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 용융염은 염화마그네슘, 염화칼륨, 염화칼슘, 및 염화리튬으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고,
상기 타이타늄 수소화물(TiHx), 마그네슘 및 용융염의 함량비는 중량비로 1: 0.5 : 1 내지 1 : 2 : 4 인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
A deoxidation method for manufacturing a metal or a metal compound of on-grade Ti by removing oxygen from an off-grade Ti sponge,
preparing titanium hydride (TiHx) by reacting the off-grade titanium sponge in a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere;
mixing the titanium hydride (TiHx) with magnesium and molten salt; and
The titanium hydride, magnesium and molten salt mixture is deoxidized in hydrogen (H 2 ) gas, or a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) to obtain a metal or metal compound of on-grade titanium. manufacturing; including;
The molten salt is at least one selected from the group consisting of magnesium chloride, potassium chloride, calcium chloride, and lithium chloride,
The content ratio of the titanium hydride (TiHx), magnesium and molten salt is 1: 0.5: 1 to 1: 2: 4 by weight, characterized in that
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항에 있어서,
상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti)의 산소 농도는 0.18 mass% 초과이고,
상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 산소 농도는 0.18 mass% 이하 인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
The oxygen concentration of the off-grade titanium (off-grade Ti) is greater than 0.18 mass%,
The oxygen concentration of the on-grade titanium (on-grade Ti) is characterized in that less than 0.18 mass%
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항에 있어서,
상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속은 타이타늄 금속이고,
온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속화합물은 타이타늄 수소화물(TiHx)인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
The metal of the on-grade titanium (on-grade Ti) is a titanium metal,
The metal compound of on-grade titanium is titanium hydride (TiH x ), characterized in that
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항에 있어서,
상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속은 타이타늄 금속이고,
온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속화합물은 타이타늄 수소화물(TiHx)이고,
상기 타이타늄 내 산소 농도는 0.18 mass% 이하인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
The metal of the on-grade titanium (on-grade Ti) is a titanium metal,
The metal compound of on-grade titanium is titanium hydride (TiH x ),
The oxygen concentration in the titanium is characterized in that 0.18 mass% or less
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항에 있어서,
상기 오프그레이드 타이타늄(off-grade Ti) 스폰지를 수소(H2) 가스 분위기내에서 반응시켜 제조한
상기 타이타늄 수소화물(TiHx)의 x는 1.924 내지 2인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
The off-grade titanium (off-grade Ti) sponge was prepared by reacting it in a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere.
x of the titanium hydride (TiH x ) is characterized in that 1.924 to 2
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 수소(H2)와 아르곤(Ar)의 혼합 가스의 혼합 비율은 몰비로 H2 : Ar = 5 : 95 내지 100 : 0 인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
The mixing ratio of the hydrogen (H 2 ) and the mixed gas of argon (Ar) is H 2 : Ar in a molar ratio = 5: 95 to 100: characterized in that 0
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항에 있어서,
상기 탈산반응의
상기 수소(H2) 가스의 농도는 5 mol % 내지 20 mol%인 것을 특징으로 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
of the deoxidation reaction
The hydrogen (H 2 ) gas has a concentration of 5 mol % to 20 mol %. Deoxidation method of an off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항에 있어서,
상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은
상기 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물을 염산 용액을 이용하여 산침출하여 잔류 용융염 및 탈산반응에서 형성된 산화마그네슘을 제거하는 산침출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
The method of claim 1,
The deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium
The method further comprises an acid leaching step of acid leaching the metal or metal compound of on-grade Ti using a hydrochloric acid solution to remove residual molten salt and magnesium oxide formed in the deoxidation reaction.
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 10 항에 있어서,
상기 염산 용액의 농도는 5 % 내지 20 % 인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
11. The method of claim 10,
The concentration of the hydrochloric acid solution is characterized in that 5% to 20%
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 10 항에 있어서,
상기 산침출 단계의 침출 온도는 0 ℃ 내지 25 ℃ 인 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
11. The method of claim 10,
The leaching temperature of the acid leaching step is 0 ℃ to 25 ℃
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 10 항에 있어서,
상기 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법은
상기 산침출 단계 이후에 건조 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법.
11. The method of claim 10,
The deoxidation method of the off-grade titanium sponge using the magnesium
After the acid leaching step, it characterized in that it further comprises a drying process.
Deoxidation method of off-grade titanium sponge using magnesium.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 13 항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘을 이용한 오프그레이드 타이타늄 스폰지의 탈산법으로 형성된 온그레이드 타이타늄(on-grade Ti)의 금속 또는 금속화합물로 제조된 전자기기용 소재 원료.





Electromagnetic products made of metal or metal compound of on-grade Ti formed by the deoxidation method of the off-grade titanium sponge using magnesium according to any one of claims 1 to 5 and 8 to 13 raw material for crafting.





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