황산용액 내에서 해사 티탄철석의 침출 거동에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 메카노케미컬 처리된 북한 해주산 해사 티탄철석(ilmenite)의 황산용액 내에서의 침출거동을 알아보는 연구를 수행하였다. 티탄철석으로부터 Ti 침출공정의 용매로 황산과 염산이 주로 사용되고 있으며 현재 전 세계의 40 %의 티탄철석은 현재 황산 법에 의해서 처리되고 있다. 황산 용액 내에서의 티탄철석 침출율을 높이기 위해 메카노케미컬 처리를 실시 하였다. 실험 결과 입도가 크게 줄어들었고 이에 따라 비표면적이 크게 증가했을 것으로 추정된다. 그리고 티탄철석의 무정형화가 확인되었다. 침출실험은 교반속도, 고/액비, 시간, 침출온도 및 황산농도가 Ti 침출율에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과 교반속도 400 rpm, 고/액비 1/30 이상에서 분산에 의한 침출율의 변화가 없었다. 그리고 Ti 침출율이 최대가 되는 조건은 황산용액 농도 6M, 침출 온도 110 ℃ 그리고 침출 시간 720 분이며 이때 Ti 침출율은 95.43 %이었다. 황산 용액 농도 2 M, 침출 온도 100 ℃ 이상에서 Ti의 침출율이 감소함을 확인하였는데 Ti의 수화반응이 원인으로 추정된다. 침출거동 해석에는 기존의 수축 입자 모델과 수축 핵 모델 보다는 Dickinson and Heal 모델이 더 적합하였다. Ti 침출 거동 해석 결과 활성화 에너지(Ea)는 110.70 kJ/mol, 반응차수(n)는 2.41로 확인되었다. 활성화에너지가 비교적 높게 나온 이유는 반응이 다공성을 띄는 생성물 층에서의 확산과 수축해 들어가는 반응계면에서의 확산이 동시에 속도에 영향을 미치기 때문으로 추정된다. 그리고 반응 차수는 메카노케미컬 처리로 인해 표면이 활성화 됨에 따라 황산 농도에 민감하게 반응하여 높게 나온 것으로 추정된다.