KR920008131B1 - 저농도질산을 이용한 철산화물중의 미량금속철의 분리용해방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저농도질산을 이용한 철산화물중의 미량금속철의 분리용해방법

제1도는 본 발명의 질산농도에 따른 Fe의 용해량을 나타낸 그래프.

제2도는 본 발명에 따르는 질산용액의 온도변화에 의한 Fe의 용해량을 나타낸 그래프.

본 발명은 철산화물중의 미량금속철을 저농도질산을 이용하여 분리용해하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 저농도질산용액에 대한 금속철과 철산화물(FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄)들과의 용해도 차이를 이용하여 금속철만을 선택적으로 용해시키는 저농도질산을 이용한 철산화물중의 미량금속철의 분리용해 방법에 관한 것이다.

철산화물은 철의 일반적인 산화나 고온에서의 산화, 부식등에 의해 생성되는 것으로 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄등의 산화물로 존재하며, 이들 산화물은 가공처리에 의해 제강공정에서 탈인(P)제의 주원료로 사용되고 있다. 그러나 철산화물에 포함되어 있는 금속철은 탈인 효과를 저해하는 요소로 작용하기 때문에 철산화물에 포함되어 있는 미량금속철의 함량을 분석하는 것은 제철소에서 중요한 일이다. 일반적으로 금속철을 포함한 철산화물을 화합물상태로 구분하여 구조나 결합상태를 분석하는 데에는 어려움이 없으나 이들 화합물을 정량적으로 분석하는 데는 습식분석 방법에 의존할 수 밖에 없다.

상기 습식화학분석에 의한 철의 분석법에는 전철(Total-Fe), FeO, 및 금속철(Metal-Fe) 분석이 있는데, 이중 금속철을 분석하는 일반적인 방법은 브롬(Br₂)-메탄올 용액으로 시료를 용해한 후 여과하여 여액을 중크롬산칼륨으로 걱정하는 방법이 널리 알려져 있는데 시료처리 공정을 일예를 들어 설명하면 다음과 같다.

(1) 시료 0.2g을 삼각플라스크에 넣고 10% 브롬-메탄올 용액 20ml을 첨가한다.

(2) 가열하지 않고 계속 저으면서 2분간 유지한다.

(3) 즉시 여과지로 거르고 여과지에 남은 용액은 메탄올로 색깔이 없어질 때까지 씻는다.

(4) 여과액에 40ml의 50% 황산용액을 첨가하고 조심스럽게 가열한다.

(5) 브롬의 색깔이 없어질 때까지 1시간 정도 끓인다.

(6) 4-5ml의 질산을 첨가하여 황산백연을 넣고 냉각시켜 5ml의 물을 첨가한다.

(7) 다시 100ml의 물과 20ml의 염산을 첨가하여 가열판에서 저용해 시킨다.

(8) 10% 염화제일주석 용액으로 환원시킨 후 용액중의 Fe를 정량한다.

그러나 상기 브롬용액을 메탄올에 희석시킨 다음 이 용액을 이용하여 금속철을 선택적으로 용해시키는 방법은 브롬이나 메탄올이 휘발성이 크기 때문에 오차가 발생할 소지가 있으며 브롬자체가 유독하여 취급에 상당한 주의가 요망된다. 또한 메탄올중에 수분이 포함되어 있으면 원하지 않는 부반응이 일어나 분석정도를 떨어뜨리게 되고 여과후 브롬과 메탄올을 제거하고 수용액 상태로 다시 만드는데 시간이 많이 소요되는 단점을 가지고 있다.

이에 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 저농도질산의 해리현상을 이용함으로써, 철산화물중의 금속철을 보다 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 분리용해방법을 제공하고자 하는데 있다. 상기 목적 달성을 위해 본 발명의 방법은 철산화물중의 미량금속철을 분리용해하는 방법에 있어서, 철산화물을 1:10-30(질산 : 물)의 질산용액에 넣은후 70-85℃의 온도에서 0.5-10분동안 교반하면서 용해시킨 다음, 이 용액을 여과지로 여과하여 철산화물을 제거시켜 금속철을 얻는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 상기 질산은 독특한 해리현상을 나타내는데 고농도질산의 경우

2HNO₃→2NO₂+H₂O+O

저농도질산의 경우는

2HNO₃→2NO+H₂O+30

와 같이 해리된다. 이때 해리에 의해서 발생된 발생기산소는 상온에서 질산이 금속과 반응할 경우 금속을 산화용해시켜 주게 되는데, 아주 농도가 낮은 질산용액에 있어서 철산화물은 금속상태의 철에 비해 상대적으로 용해하기 어렵기 때문에 용해도차가 발생하게 되며 이러한 용해도의 차이를 이용하면 금속철만을 선택적으로 분리용해시킬 수 있게 된다. 이하, 도면을 통하여 본 발명의 제반조건 및 수치한정이유를 상세히 설명한다.

제1도는 저농도질산을 사용한 금속철 분리용해조건을 도출시키기 위하여 질산용액의 농도가 1:4, 1:10, 1:20, 1:30인 용액들을 각각 조제한 후 80-85℃로 가열한 다음, 산화철 99%, 금속철 1%의 시료를 투입하여 용해시간별로 금속철의 용해량을 측정하고 그 결과를 나타낸 것이다.

상기 제1도에 의하면 질산용액의 농도가 1:10 이상인 용액을 사용하여 금속철을 분리용해시킨 경우 용해 시간이 경과함에 따라 금속철뿐만 아니라 철산화물들까지도 급속히 용출되며 농도가 1:30 이하인 경우에도 농도가 너무 낮아 금속철이 완전히 용해되지 않는 것으로 나타나 질산용액의 농도가 1:10-30이 최적임을 알 수 있다.

또한, 용출시간도 30초 이하인 경우에는 미처 금속철이 완전히 용출되지 않았으며 10분이상 용해시킬 경우에는 철산화물까지도 함께 용출되어 나옴으로서 정확한 정량분석이 불가능하여 용해시간은 0.5-10분으로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

한편, 제2도는 저농도질산용액을 사용한 금속철분리용해시의 최적온도를 구하기 위하여 1:20 HNO₃용액에 산화철 99%, 금속철 1%의 시료를 투입한 후 용액온도를 변화시키면서 용해시간을 10분, 1분으로 하여 용해온도에 따른 금속철의 용출량을 측정하고 그 결과를 제2도에 나타낸다.

상기 제2도에 의하면 10%미만의 허용오차를 나타내는 온도범위는 70-85℃이었으며 그 이하의 온도에서는 금속철이 완전히 용해되지 않아 용해조건으로는 부적합하였으며 85℃ 이상의 온도에서는 철산화물들이 함께 용출되어 적용이 불가능함을 알 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명과 기존의 브롬-메탄올법에 의한 분석결과를 비교한다. 표준시료(산화철 99%, 금속철 1%)와 제철소의 열간압연시에 발생한 산화철시료 3종에 대해 저농도질산법과 5% 브롬-메탄올법을 사용하여 각각 5회씩 분석한 결과를 표로 나타낸 것이다. 먼저 본 발명에 따라 시료를 200mesh 이하로 파쇄한 후 1:20의 질산용액에 일정량을 넣고 80-85℃ 온도에서 1분동안 교반하면서 용해시킨 다음, 용액을 여과지로 여과하여 산화철을 제거한 후 일정량을 취하여 프라즈마 발광분석법으로 정량분석하고, 다시 동일한 시료를 기존의 5% 브롬-메탄올법으로 정량하여 두 데이터를 서로 비교하여 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

[표 1]

표준편차=Σ(C-C₁)²/(n-1), C : 평균값, C₁: 분석값, n : 분석횟수

상기 표 1에 의하면 각 시료별로 분석치의 평균값은 두가지 방법에서 비슷하였으나 표준편차는 본 발명에 의한 저농도질산법이 브롬-메탄올법에 비해 낮게 나타나 정확도가 기존의 방법에 비해 향상되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법은, 금속철에 대한 분석치의 오차발생이 없으면서도 분석정도가 종래법에 비해 우수한 효과가 있다. 또한, 본 발명의 방법은 브롬-메탄올법에서와 같은 냄새와 독성이 없을뿐만 아니라 금속철의 분리용해후 브롬, 메탄올을 제거하는 후처리 과정이 필요치 않으므로 분석이 신속하고 정확하게 이루어지는 효과가 있으며, 질산수용액을 사용하기 때문에 브롬-메탄올법보다 취급이 용이하며, 용해후 곧바로 원자흡광법이나 프라즈마 발광분석법에 의해 분석이 가능하기 때문에 신속하고 간편한 분석이 이루어진다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 철산화물을 200메쉬(mesh) 이하의 입도로 파쇄한 후 철산화물중의 미량금속철을 분리용해하는 방법에 있어서, 상기 입도를 갖는 철산화물을 1:10-30(질산 : 물)의 질산용액에 넣은후 70-85℃의 온도에서 0.5-10분동안 교반하면서 용해시킨 다음 이 용액을 여과지로 여과하여 철산화물을 분리제거시킴을 특징으로 하는 저농도질산을 이용한 철산화물중의 미량금속철의 분리용해방법.