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이예환,한동희,장영희,이동윤,강혜린,노영일,김정은,김지유,엄한기,이상문,김성수 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
산업이 고도화됨에 따라 철강, 시멘트 등 산업자재의 소비량이 증가하고 있어 동반 배출되는 산업부산물의 처리 방안이 필요한 실정이다. 산업부산물은 다양한 이온을 포함하고 있으나 자원으로 활용할 수 있는 기술이 없어 대부분 매립되거나 비축되고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고자 산업부산물 내 이온을 선택적으로 추출하고 분리할 수 있는 기술에 대하여 확인하였다. 산업 공정 조건에 따라 배출되는 산업부산물의 조성은 서로 다르기 때문에 특성에 부합하는 기술을 접목 하였으며 이온 분리 이후에 고부가가치화를 위한 연계 공정을 검토하였다. 다양한 추출용제, 조건 별 분리 및 회수 기술, 고부가가치를 위한 공정 연계에 대한 연구를 수행하였으며 산업부산물 별 추출 특성, 회수한 물질의 활용방안, 연계 공정을 통한 탄산칼슘 제조 기술 등에 대하여 제시하였다.
이예환,강혜린,장영희,이시진,김성수 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.4
제철산업에서 발생하는 슬래그의 자원화를 위하여 슬래그 내 양이온 추출 및 불순물 분리 연구를 수행하였다. 두 종류(Slag-A, B)의 슬래그를 사용하였으며, XRD 및 XRF 분석을 통해 30 ~ 40%의 Ca2+와 함께 Fe3+ (20 ~ 30%), Si4+ (15%), Al3+(10%), Mn2+ (7%), Mg2+ (3 ~ 5%), 등 이온으로 구성되어 있음을 확인하였다. 2 M의 HCl을 추출용제로 사용하여 S/L ratio 별로 슬래그 주입하였으며, 추출액의 ICP 분석을 통해 S/L ratio가 높아짐에 따라 Ca2+ 추출량이 증가하는 것을 확인하였다. Ca2+ 추출 시 최적 S/L ratio는 0.1이며 Ca2+ 추출량은 8,940 (Slag-A), 10,690 (Slag-B) mg L-1로 나타났다. 하지만 추출액은 강산성(< pH 1)을 띠었으며 Ca2+ 이외에도 타이온(불순물)이 추출되었다. 슬래그를 고부가가치의 자원으로 이용하기 위해Ca2+의 순도를 증진시키고자 pH-swing을 진행하였다. pH가 증가함에 따라 불순물이 침전되었으나 일정 pH 이상에서 Ca2+의 침전량이 급증 하였다. pH-swing을 통해 불순물을 분리하고 Ca2+의 선택도를 증진시킬 수 있음을 확인하였으며 pH 10.5조건에서 Ca2+ 선택도는 99% 이상으로 나타났다. Ca2+가 선택적으로 용해되어 있는 수용액은 탄산화 공정에 적용되어 CO2를 저감하고 탄산칼슘을 생산할 수 있을 것으로 기대된다. The cation extraction and impurity separation were studied in order to investigate the recyclability of a slag producedfrom the steel refinery industry. Two types of slag (Slag-A, B) were collected and characterized in this study. The initialcharacterization by X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) confirmed the existence of various kinds of ions inthe slag such as Ca2+ (30 ~ 40%), Fe3+ (20 ~ 30%), Si4+ (15%), Al3+ (10%), Mn2+ (7%), and Mg2+ (3 ~ 5%). Inductively coupledplasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) analysis on the extracted slag using 2 M HCl as a solvent indicated that a higherconcentration of Ca2+ was extracted as the S/L ratio was increased. The Ca2+ extraction concentration were found to be 8,940 mgL-1 (Slag-A) and 10,690 (Slag-B) mg L-1 when the S/L ratio for Ca2+ extraction was 0.1. However, the extract was strongly acidic( < pH 1) at 0.1 S/L. Also the other ions (impurities) were extracted simultaneously in addition to Ca2+. To increase the purity ofCa2+ in order to transform the slag to a high value resource, a pH-swing was conducted. The impurities tended to precipitate athigher rate as the pH was increased. Notably, the Ca2+ rapidly precipitated above a certain pH and at a pH of 10.5, while theselectivity of Ca2+ was over 99%. It is expected that the aqueous solution in which high contents of Ca2+ was selectively dissolvedin this study would be suitable for the carbonation process for reducing CO2 and for the production of calcium carbonate.
칼륨이온 공존 수용액 내 칼슘이온 제거를 위한 제올라이트 개질 연구
이예환,김지유,이주열,박병현,김성수 한국공업화학회 2019 공업화학 Vol.30 No.6
본 연구는 제올라이트를 이용한 칼슘이온 제거에 대한 것으로 시멘트 산업에서 발생하는 cement kiln dust를 이용한CaCO3 제조 공정의 문제를 해결하기 위함이다. 칼슘이온을 제거하기 위하여 제올라이트를 개질하여 사용하였으며결합 양이온 및 구조를 고려한 최적 제올라이트 선정, 칼슘이온 제거 성능 평가, 개질 용액의 종류 및 농도의 영향, K 공존 시 제거 선택도 평가에 대해 연구를 수행하였다. 5종의 제올라이트 중 13X 제올라이트의 칼슘 이온 제거 성능이 가장 우수함을 확인하였고 NaCl 대신 KCl을 개질 용액으로 사용하였을 때 칼슘이온 제거 성능이 증진되는 것을확인할 수 있었다. 본 연구는 탄산화 공정의 문제 해결, 고농도의 KCl 회수 기술의 바탕이 될 것으로 판단된다.
탄산화 공정 적용을 위한 시멘트 산업부산물 내 양이온 추출 및 분리 연구
이예환,한동희,이상문,엄한기,김성수 한국공업화학회 2019 공업화학 Vol.30 No.1
A cement industrial by-product was used as a Ca source for the carbonation process. It was confirmed that the most of cement industrial by-products was composed of CaO and KCl through ICP and XRD analyses. The optimal extractant type and concentration was 1.5 M of hydrochloric acid, and the solid/liquid ratio was 0.1 g/mL. It was assumed that the cation extraction efficiency was dependent of the pair ions and their binding formation and also the solubility from extraction efficiency results by varing extractants. After extraction process, it was also confirmed that the cation could be selectively separated from the solution with respect to the kind of additives and the injection order. When NaOH was injected into the solution to control pH values ranging from 9.5 and 13, impurities and Ca(OH)2 were precipitated, whereas the separated K ion was precipitated in the form of KCl under the injected C2H5OH.