KR20120074355A - 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페로니켈 슬래그를 파쇄하는 단계, 암모늄염을 사용하여 열분해하는 단계, 침출 용매로 침출하는 단계 및 여과를 통해 불용성 잔사를 제거하는 단계를 포함하는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 합금철인 페로니켈 제조 시에 발생되어 대부분이 폐기되고 있는 페로니켈 슬래그로부터 슬래그 내의 유용 성분인 마그네슘을 저렴한 비용으로 효율적으로 추출할 수 있다.

Description

페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법{Method for Leaching Magnesium from Ferronickel Slag}

본 발명은 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저렴한 비용으로 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 효과적으로 침출하는 방법에 관한 것이다.

페로니켈 슬래그는 합금철인 페로니켈 제조 시에 발생되어 대부분이 폐기되고 있는 것으로, 페로니켈 제련소에서 니켈을 제련할 경우, 원료, 제선, 제강 등의 복잡한 연결 생산 라인을 거치면서 원료 품위가 낮은 관계로 생산량의 약 30배에 이르는 페로니켈 슬래그가 부산물로 발생하게 된다. 이 페로니켈 슬래그는 이산화규소(SiO₂) 약 55 내지 60%, 산화마그네슘(MgO) 약 32내지 37%가 주성분을 이루고 있으며, 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe₂O₃), 산화알루미늄(Al₂O₃)등이 소량 함유되어 있다.

통상적으로 부산물인 페로니켈 슬래그는 일본 및 캐나다와 같은 선진국에서는 시멘트 제조용 원료, 토목용 재료, 콘크리트용 세골재, 활주로용 골재, 페로니켈 슬래그 대체재 등으로 다양하게 재활용되고 있다. 그러나, 국내에서는 대부분 매립되거나 또는 이들 페로니켈 슬래그는 산화마그네슘(MgO)과 이산화규소(SiO₂)로 구성되어 있는 마그네슘 규산염이므로 제철 고로용 슬래그 형성제인 산화마그네슘(MgO)원으로서 일부 공급될 수 있다.

페로니켈 슬래그는 부산물의 고부가를 위해 일본의 경우, 골재 및 모래를 대체하거나 입도 조절용으로 이용되었으며, 페로니켈 슬래그를 콘크리트용 세골재로 사용하기 위해 관련 규격인 JIS 정비 이후, 온석면에서의 토지 개량제의 개발, 제올라이트, 실리콘 카바이드 등의 합성 원료로의 사용, 마그네슘 화합물의 제조, 기능성 소재의 기술 개발 등이 최근 이루어지고 있으며, 콘크리트용 세골재, 시멘트 원료, 활주로용 골재, 토목용 골재, 페로니켈 슬래그 대체재 등의 유효한 저부가 자원으로 활용되고 있는 실정이다.

종래의 경우 황산 또는 염산을 사용하여 마그네슘을 침출하는 방법이 개시되어 있으나, 상기와 같은 방법은 제조 원가가 높은 문제가 있다.

이에 본 발명의 한 측면은 합금철인 페로니켈 제조 시에 발생되어 대부분이 폐기되고 있는 페로니켈 슬래그로부터 슬래그 내의 유용성분인 마그네슘을 저렴한 비용으로 효율적으로 추출하기 위한 페로니켈 슬래그의 처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 페로니켈 슬래그를 파쇄하는 단계, 암모늄염을 사용하여 열분해하는 단계, 침출 용매로 침출하는 단계 및 여과를 통해 불용성 잔사를 제거하는 단계를 포함하는, 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법이 제공된다.

상기 파쇄하는 단계는 0초과 1mm이하의 입도 범위로 수행되는 것이 바람직하다.

상기 열분해 시 반응 온도는 300 내지 1000 ℃인 것이 바람직하다.

상기 열분해 시 반응 시간은 5분 내지 120분인 것이 바람직하다.

상기 암모늄염은 황산암모늄 또는 염화암모늄으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

상기 암모늄염은 페로니켈 슬래그 중량의 1배 내지 10배의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 침출하는 단계에서 침출 시간은 5분 내지 150분인 것이 바람직하다.

상기 침출하는 단계에서 침출 반응 온도는 20 내지 150℃인 것이 바람직하다.

상기 침출하는 단계는 상기 열분해하는 단계로부터 생성된 분해 생성물을 0 초과 400g/리터의 농도로 함유한 슬러리에 대해 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 합금철인 페로니켈 제조 시에 발생되어 대부분이 폐기되고 있는 페로니켈 슬래그로부터 슬래그 내의 유용성분인 마그네슘을 저렴한 비용으로 효율적으로 추출할 수 있다.

본 발명은 페로니켈 슬래그로부터 슬래그 내의 유용성분인 마그네슘을 저렴한 비용으로 효율적으로 추출하기 위한 것으로, 페로니켈 슬래그를 파쇄하는 단계, 암모늄염을 사용하여 열분해하는 단계, 침출 용매로 침출하는 단계 및 여과를 통해 불용성 잔사를 제거하는 단계

를 포함한다.

상기 페로니켈 슬래그를 파쇄하는 단계는 파쇄 후의 입자가 1mm 이하의 입도 범위를 갖도록 수행되는 것이 바람직하며, 0.2mm 이하의 입도 범위로 수행되는 것이 보다 바람직하다. 상기 페로니켈 슬래그의 패쇄된 입자의 입도가 작아짐에 따라 마그네슘의 분해 전화율이 증가하며, 상기 입도 범위의 하한은 한정되지 않고 다능한 입도 범위가 작도록 파쇄하는 것이 바람직하나, 비용적인 면을 고려하여 0.06m 이상의 입도를 갖도록 파쇄하는 것이 경제적이다.

한편, 본 발명에서 언급되는 분해 전화율은 침출액 중의 마그네슘 성분의 량을 슬래그 중에 함유된 마그네슘 성분의량으로 나눈 값을 의미하는 것으로, 일반적으로 75% 이상인 것이 바람직하며, 95% 이상인 것이 보다 바람직하다.

상기 페로니켈 슬래그를 파쇄한 후 후속적으로 암모늄염을 사용한 열분해단계가 수행되며, 상기 열분해 시 분해 반응 온도는 300 내지 1000 ℃인 것이 바람직하며, 350℃ 내지 600℃인 것이 보다 바람직하다. 분해 반응 온도가 300 ℃ 미만인 경우에는 분해 전화율이 불충분하다.

한편, 상기 열분해 시 반응 시간은 5분 내지 120분인 것이 바람직하며, 60분 내지 90분인 것이 보다 바람직하다. 상기 열분해 반응 시간이 5분 미만인 경우 분해 전화율이 불충분하다.

상기 암모늄염을 사용한 열분해단계에서 분해제로 사용될 수 있는 암모늄염은 황산암모늄 또는 염화암모늄으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 황산암모늄을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

열분해 단계에서 사용되는 상기 암모늄염의 양은 페로니켈 슬래그 중량의 1배 내지 10배의 중량으로 사용되는 것이 바람직하며, 페로니켈 슬래그 중량의 4배 내지 8배인 것이 보다 바람직하다. 암모늄염의 양이 페로니켈 슬래그 중량의 1배 미만인 경우에는 전화율이 불충분하다.

상기 암모늄염을 사용하여 열분해한 후, 후속적으로 그 결과물인 분해 생성물을 함유한 슬러리를 침출 용매를 이용하여 침출하고, 그 후 여과를 통해 불용성 잔사를 제거한다.

상기 침출하는 단계에서 사용될 수 있는 침출 용매는 물을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 침출하는 단계에서 침출 시간은 5분 내지 150분인 것이 바람직하며, 60분 내지 120분인 것이 보다 바람직하다. 상기 침출 시간이 5분 미만인 경우 전화율이 불충분할 수 있다. 침출 시 침출 시간의 상한 범위는 특히 제한되지 않으나, 시간 및 에너지의 효율 면에서 침출 반응 시간은 5분 내지 150 분인 것이 바람직하다.

한편, 상기 침출하는 단계에서 침출 반응 온도는 20 내지 150 ℃인 것이 바람직하며, 75 내지 100℃인 것이 보다 바람직하고, 20℃ 미만인 경우 전화율이 불충분할 수 있다. 침출 시 침출 반응 온도의 상한 범위는 특히 제한되지 않으나, 시간 및 에너지의 효율 면에서 침출 반응의 온도는 20 내지 150℃인 것이 바람직하다.

상기 침출하는 단계는 상기 열분해하는 단계로부터 생성된 분해 생성물에 대해 수행되며, 이 때 상기 분해 생성물 슬러리의 고형물 농도는 0 초과 내지 400g/리터인 것이 바람직하며, 5 내지 200g/리터 이하인 것이 보다 바람직하다. 400g/리터를 초과하는 경우에는 고액분리의 문제가 있다.

상기 침출 단계에 후속적으로, 여과를 통해 불용성 잔사를 제거하며, 이 때 실리카가 회수된다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것으로 의도되지 않는다.

<실시예>

실험예 1: 온도에 따른 마그네슘의 분해 전화율

페로니켈 슬래그의 입도 범위를 0.06mm 이하로 하고, 분해 반응 시간을 60분으로 하여, 분해제인 황산암모늄 혼합 시 (황산암모늄/ 페로니켈 슬래그)의 중량 비가 4인 조건에서 분해 반응 온도를 각각 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600℃로 변화시키면서 분해 반응 생성물을 수침출하여 침출액 중의 마그네슘 성분을 정량분석함으로써 반응 온도에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 조사하였다.

그 결과 반응 온도에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 표 1에 나타내었다.

구분	분해반응온도(℃)
	250	300	350	400	450	500	550	600
Mg 분해전화율(%)	32	77	95	93	98	98	98	98

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 분해 반응 온도의 경우 300℃ 이상이 적당한 것으로 나타났다.

실험예 2: 반응 시간에 따른 마그네슘의 분해 전화율

페로니켈 슬래그의 입도 범위를 0.06mm이하로 하고, 분해 반응 온도를 350℃로 하여, 분해제인 황산암모늄 혼합 시 (황산암모늄/ 페로니켈 슬래그)의 중량 비가 4인 조건에서 분해 반응 시간을 5, 30, 60, 90 분으로 변화시키면서 분해 반응 생성물을 수침출하여 침출액 중의 마그네슘 성분을 정량분석함으로써 반응시간에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 조사하였다.

그 결과 반응 시간에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 표 2에 나타내었다.

구분	분해반응시간(분)
	5	30	60	90
Mg 분해전화율(%)	85	80	95	95

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 침출 반응 시간의 경우 5분 이상이 적당한 것으로 나타났다.

실험예 3: 분해제량에 따른 마그네슘의 분해 전화율　

페로니켈 슬래그의 입도 범위를 0.06mm이하로 하고, 분해 반응 온도를 350℃로 하고, 분해 반응 시간 60분의 조건에서 분해제인 황산암모늄을 (황산암모늄/페로니켈슬래그)의 중량비를 1, 2, 4, 6, 8로 변화시키면서 분해 반응 생성물을 수침출하여 침출액 중의 마그네슘 성분을 정량분석함으로써 분해제량에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 조사하였다.

그 결과 분해제량에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 표 3에 나타내었다.

구분	분해제량(황산암모늄/페로니켈슬래그)
	1	2	4	6	8
Mg 분해전화율(%)	75	87	95	96	95

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이 분해제량의 경우 1이상이 적당한 것으로 나타났다.

실험예 4: 페로니켈 슬래그 입도에 따른 마그네슘의 분해전화율

분해 반응 온도를 350℃로 하고, 분해 반응 시간을 60분으로 하여, 분해제로 (황산암모늄/페로니켈 슬래그)의 중량비가 4인 조건에서 페로니켈 슬래그의 입도 범위를 0.06, 0.1, 0.2, 0.5, 1mm 이하로 변화시키면서 분해 반응 생성물을 수침출하여 침출액 중의 마그네슘 성분을 정량분석함으로써 페로니켈 슬래그 입도에 따른 마그네슘의 분해 전화율을 조사하였다.

그 결과 페로니켈슬래그 입도에 따른 마그네슘의 분해전화율을 표 4에 나타내었다.

구분	페로니켈 슬래그 입도(mm)
	0.06	0.1	0.2	0.5	1
Mg 분해전화율(%)	95	83	75	63	58

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 페로니켈슬래그 입도의 경우 1mm 이하가 적당 한 것으로 나타났다.

실험예 5: 침출 반응 시간에 따른 마그네슘의 침출율

페로니켈 슬래그 입도 범위를 0.06mm 이하로 하고, 분해 반응 온도를 350℃로 하고, 분해 반응 시간을 60분으로 하여, 분해제로 (황산암모늄/페로니켈 슬래그)의 중량비가 4인 조건에서 분해 반응시킨 후, 분해생성물에 대한 침출 조건과 마그네슘의 침출율 관계를 조사하였다.

침출 시 침출 용액으로 사용된 물의 온도를 100℃로 하고, 분해 생성물을 함유한 슬러리의 고형물 농도가 5g/리터인 조건에서 침출 반응 시간을 5, 30, 60, 120분으로 변화시키면서 침출 반응 시간에 따른 마그네슘의 침출율을 조사하였다.

그 결과 분해생성물의 침출 반응 시간에 따른 마그네슘의 침출율을 표 5에 나타내었다.

구분	침출반응시간(분)
	5	30	60	120
Mg 침출율(%)	86	89	95	95

상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이 분해생성물의 침출 반응 시간은 5분 이상인 것이 적당한 것으로 나타났다.

실험예 6: 침출 반응 온도에 따른 마그네슘의 침출율

페로니켈 슬래그의 입도범위를 0.06mm이하로 하고, 분해 반응 온도를 350℃, 분해 반응 시간을 60분으로 하여, 분해제로 (황산암모늄/페로니켈 슬래그)의 중량비가 4인 조건에서 분해반응 후, 분해 생성물에 대한 침출 조건과 마그네슘의 침출율 관계를 조사하였다.

침출 시 침출 반응 시간을 120분으로 하고, 분해 생성물을 함유한 슬러리의 고형물농도가 5g/리터인 조건에서 침출 반응 온도를 20, 50, 75, 100℃로 변화시키면서 반응 온도에 따른 마그네슘의 침출율을 조사하였다.

그 결과 반응 온도에 따른 마그네슘의 침출율을 표 6에 나타내었다.

구분	침출반응온도(℃)
	20	50	75	100
Mg 침출율(%)	91	93	95	95

상기 표 6에서 알 수 있는 바와 같이 분해생성물의 침출 반응 온도의 경우 20℃이상이 적당한 것으로 나타났다.

실험예 7: 슬러리의 고형물 농도에 따른 마그네슘의 침출율

페로니켈 슬래그의 입도 범위를 0.06mm이하로 하고, 분해 반응 온도를 350℃, 분해 반응 시간을 60분으로 하여, 분해제로 (황산암모늄/페로니켈 슬래그)의 중량비가 4인 조건에서 분해 반응시키고 분해생성물에 대한 침출 조건과 마그네슘의 침출율 관계를 조사하였다.

침출 반응 시간을 120분으로 하고, 침출 용액 온도 100℃의 조건에서 분해 생성물을 함유한 슬러리의 고형물 농도를 5, 7, 10, 20g/리터로 변화시키면서 슬러리의 고형물 농도에 따른 마그네슘의 침출율을 조사하였다.

그 결과 슬러리의 고형물 농도에 따른 마그네슘의 침출율을 표 7에 나타내었다.

구분	슬러리 고형물 농도(g/리터)
	5	20	100	200	300	400
Mg 침출율(%)	95	95	95	95	93	85

상기 표 7에서 알 수 있는 바와 같이 분해 생성물을 함유한 슬러리의 고형물 농도의 경우 400g/리터 이하가 적당한 것으로 나타났다.

Claims (9)

1. 페로니켈 슬래그를 파쇄하는 단계;
   암모늄염을 사용하여 열분해하는 단계;
   침출 용매로 침출하는 단계; 및
   여과를 통해 불용성 잔사를 제거하는 단계
   를 포함하는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 파쇄하는 단계는 0 초과 1mm이하의 입도 범위로 수행되는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 열분해 시 반응 온도는 300 내지 1000 ℃인 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 열분해 시 반응 시간은 5분 내지 120분인 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 암모늄염은 황산암모늄 또는 염화암모늄으로부터 선택되는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 암모늄염은 페로니켈 슬래그 중량의 1배 내지 10배의 중량비로 포함되는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 침출하는 단계에서 침출 시간은 5분 내지 120분인 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 침출하는 단계에서 침출 반응 온도는 20 내지 150℃인 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 침출하는 단계는 상기 열분해하는 단계로부터 생성된 분해 생성물을 0 초과 400g/리터의 농도로 함유한 슬러리에 대해 수행되는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘을 침출하는 방법.