페로니켈 슬래그로부터 고부가가치 금속 및 비금속소재

Title
페로니켈 슬래그로부터 고부가가치 금속 및 비금속소재
Authors
조민규
Keywords
페로니켈슬래그로부터고부가가치금속및비금속소재
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
최근 환경문제와 자원고갈 문제가 대두됨에 따라 자원재활용에 대한 관심과 필요성이 커지고 있다. 페로니켈 슬래그는 페로니켈 제조공정 중 발생하는 부산물로 콘크리트용 세골재, 활주로용 골재 등으로 쓰이고 있으나 아직까지는 고부가가치를 창출하는 용도로 쓰이지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Al을 환원제로 한 페로니켈 슬래그로부터 고부가가치 금속 및 비금속소재 제조를 위한 금속열환원공정 개발에 대하여 연구하였다. 페로니켈 슬래그는 다량의 MgSiO3(Clino-enstatite) 와 Total 5 wt. % 에 철화합물, 미량의 Al2O3와 CaO 등으로 구성되어 있으며 밀도는 3.19 g/cm3 에 융점은 대기압 하에서 1550°C 이다. 환원반응을 활발하게 하기 위해서는 CaO(Lime) 을 첨가하여 MgAl2O4 의 생성을 예방함과 동시에 액상과 고상의 반응을 유도해야 한다. 또한 Ar gas 를 통해 Mg의 증기압을 낮추어 주어야 하며, Heating rate 을 낮추고 고온에서 반응을 진행시켜야 한다. 열역학 계산을 통해 슬래그 내 Mg 의 환원율을 향상시키기 위한 방안으로 가열과 감압, CaO 첨가가 대안이 될 수 있다는 것을 알 수 있었다. Flux 에 대한 검토에서는 CaO 와 CaF2 또는 CaO 와 FeO 첨가보다는 단순 CaO 첨가가 보다 효과적이라는 결론을 얻었다. Fe 첨가는 Si 와 Ca 의 결합을 막기 때문에 CaO 첨가량을 줄이는데 기여하고, 결과적으로 Mg 환원온도를 낮출 수 있다. Super-Kanthal furnace 에서 flux 를 이용한 실험은 flux인 CaO 와 FeO 를 첨가한 경우 가장 효과적인 반응을 보였으며 이는 열역학계산에서 고려되지 않은 반응계면적의 증대와 느린 heating rate 등의 요인에서 기인한 것으로 보인다. 유도로에서 CaO를 이용한 실험에서 환원된 Mg의 순도는 95% 이상이었으며 1400°C 이하의 온도에서도 반응이 활발하게 진행되는 것을 관찰할 수 있었다.
Description
제1장. 서론 1 1-1. 연구배경 2 1-2. 페로니켈 슬래그의 발생 배경 4 1-3. 페로니켈 슬래그의 물성 6 제2장. 이론적 배경 9 2-1. 자유에너지와 화학평형 10 2-2. Ellingham Diagram 12 2-3. 열역학의 응용 15 제3장. 실험방법 25 3-1. Metallothermic reduction with Flux 26 3-2. Metallothermic reduction with CaO 31 제4장. 결과 및 고찰 34 4-1. Metallothermic reduction with Flux 35 4-2. Metallothermic reduction with CaO 47 제5장. 결론 54 참고문헌 57
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23347
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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