KR102480303B1

KR102480303B1 - 적토를 이용한 산화철의 제조방법

Info

Publication number: KR102480303B1
Application number: KR1020210002750A
Authority: KR
Inventors: 김대웅; 박찬웅; 서평섭; 오창근; 강종혁
Original assignee: 케이씨 주식회사
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2022-12-23
Also published as: KR20220100380A

Abstract

본 발명은 적토를 이용한 산화철의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토를 준비하는 단계;상기 적토에 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계; 상기 Fe₂O₃가 침출된 산성용액을 고액분리하여 Fe가 포함된 침출액을 준비하는 단계; 상기 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리하기 위한 용매추출단계; 상기 용매추출단계를 통해 분리된 Fe를 상 이동시키기 위한 탈거단계; 및 상 이동된 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계를 포함한다.

Description

적토를 이용한 산화철의 제조방법{Method for producing iron oxide using redmud}

본 발명은 적토를 이용한 산화철의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토(Redmud)를 재가공한 후, 적토 내 유가금속(산화철 등)을 회수하여 다시 자원화함으로써 환경적, 경제적 이점을 가져올 수 있는 적토를 이용한 산화철의 제조방법에 관한 것이다.

수산화알루미늄 제조공정은 바이어법(Bayer process)에 의하는데, 이는 분쇄 및 탈규소 공정, 용출 공정, 정화 공정, 석출 공정, 및 분류 공정으로 나누어진다.

분쇄 및 탈규소 공정에서는 보크사이트는 산출지역에 따라 성상 및 물성에 있어서 차이가 있기 때문에 이를 200㎛까지 분쇄한다.

분쇄된 보크사이트에 함유된 규소성분을 제거하는 과정을 포함한다.

규소의 제거는 규소의 반응온도가 낮아 공정 중 쉽게 용해되어 최종 제품인 수산화알루미늄에 유입되어 순도가 낮아지게 하고 배관이나 설비에 스케일을 형성하기 때문이다.

용출 공정에서는 보크사이트로부터 알루미나를 추출하기 위한 과정을 포함한다.

투입되는 보크사이트이 화학조성에 따라 용출 온도조건이 달라진다. 깁사이트의 경우 비교적 저온에서 용출되는 반면 배마이트의 경우 고온에서 용출되고 다이아스포어의 경우 더 높은 온도에서 용출된다.

여기서 보크사이트에 수산화나트륨을 가해 100~300℃로 가열 및 가압하는 과정이 포함된다.

한편, 정화 공정에서는 용출 공정에서 용해된 알루민산나트륨 용액과 불용해 잔사물간의 고체 및 액체를 분리하는 과정을 포함한다.

이 과정은 과포화된 알루민산나트륨 용액을 침전조에서 분리하여 맑은 액만을 다음 석출공정으로 보내는 것과 원가가 높은 가성소다 분을 회수하기 위한 것이다.

석출 공정에서는 알루미나가 많이 함유된 공정액을 종자를 투입해 입자성장을 촉진하고 냉각하여 수산화알루미늄을 침전조에서 석출시키는 과정을 포함한다.

석출 공정은 생산량, 품질 및 입도분포도를 원하는 제품으로 생산하는 것을 목적으로 하며 이 과정에서 불순물 함량이 달라진다.

분류 공정에서는 완료된 제품을 입자크기별로 분류하는 과정을 포함한다.

이를 분류하는 방법은 습식 싸이클론이나 다단 침전조를 이용하는데 첫 단에서 불리된 미세입자는 종자(seed)로서 사용되며 다음 단의 보다 굵은 입자는 생산제품으로 분류된다.

일반적으로 2가지 종자(Fine and Coarse seed)와 2가지 제품(Normal and Coarse product)을 생산을 한다.

한편, 수산화알루미늄 1톤 생산에 보크사이트 잔재물인 레드머드(Redmud)가 1~2톤 발생하게 되며 연간 20만~30만톤 가량 발생하고 있다.

한편, 상기 레드머드의 주성분은 Fe₂O₃이며, 이로 인해 적색의 색상이 발현되어 레드머드라 통칭되고 있다.

전세계적으로 슬러지 상태로 연간 1억 2천 만톤, 건조 분말상태로는 4천 만톤 이상 배출되고 있으며, 그 양은 매년 증가하고 있는 추세이다.

국내에서도 연간 슬러지 상태의 레드머드가 20 만톤 씩 배출되고 있으나, 레드머드 자체를 처리할 수 있는 방안이 없어 건축재료 등에 극히 제한적으로만 이용되고 있을 뿐만 아니라, 그 근본적인 처리방안도 없는 상황이다.

특히, 전 세계적으로 레드머드의 적재장소가 마땅치 않으며, 침출수 유출에 의하여 인근 농작물 및 인명에 피해를 주기도 하는 등 환경문제를 야기하고 있다.

따라서 레드머드 슬러지의 처리가 시급한 상황이나 함수상태의 레드머드 슬러지는 재활용하기에 어려움이 있다.

한편, 레드머드 슬러지를 재활용하기 위하여 레드머드 슬러지를 가열 및 탈수하는 과정을 거쳐 분말화 한 후 건축 재료의 안료 등으로 일부 사용하고 있으나, 50중량% 정도의 함수율을 가진 레드머드 슬러지를 완전히 건조하기 위해서는 레드머드 1톤당 약 4만원 이상의 연료비가 필요하기 때문에 비경제적이며, 건조시킨 분말을 건축 재료 등의 조성물에 혼합 시 분말이 고르게 혼합되지 않거나 분산성이 저하되는 등의 문제점이 있어 사용이 제한적이다.

한편, 공정폐기물인 레드머드는 알루미늄 성분 10~15%, 철 성분 25~40%, 나트륨 성분 5~10%, 및 티타늄 성분 1~5% 가량 포함되어 있고, 함수율이 35~45% 정도로 매우 점성이 높다.

또한, 색상이 산화철과 비슷한 붉은 색이며, 수산화나트륨이 남아 있어 pH가 10~12 이상의 강알칼리성이므로 이를 그대로 성토재나 건자재 원료 등으로 활용하기는 어렵우며 이는 강알칼리성으로 인한 환경위해성, 나트륨과 칼슘 등이 공기 중 탄산과 반응하여 백화현상이 발생하기 때문이다.

게다가 강알칼리성으로 인하여 매립도 불가능하기 때문에 레드머드를 처리함에 있어 전 세계적으로 많은 어려움이 있다.

종래의 처리기술은 레드머드를 시멘트와 혼합하여 어느 정도 경화시킨 후 이를 해양에 투기하는 방법과 물을 가하여 유동성이 있는 슬러리 상으로 만든 후 파이프를 통하여 심해에 가라앉히는 방법으로 처리되는 것이 일반적인 처리방법이다.

그러나 이러한 처리방법은 처리비용이 많이 들고 환경에 악영향을 끼치며, 성토재 및 건자재로 재활용하나 백화현상을 완화시키지 못하여 처리비 및 재활용 사용유지보수비용이 많이 소요되고 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상술한 적토의 처리문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토(Redmud)를 재가공한 후, 적토 내 유가금속(산화철 등)을 회수하여 안료 혹은 전자부품용으로 다시 자원화함으로써 환경적, 경제적 이점을 가져올 수 있는 적토를 이용한 산화철의 제조방법에 관한 것이다.

한편, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토를 준비하는 단계, 상기 적토에 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계, 상기 Fe₂O₃가 침출된 산성용액을 고액분리하여 Fe가 포함된 침출액을 준비하는 단계, 상기 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리하기 위한 용매추출단계, 상기 용매추출단계를 통해 분리된 Fe를 상 이동시키기 위한 탈거단계 및 상 이동된 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게 상기 산성용액은 일정농도의 염산용액 또는 황산용액일 수 있다.

바람직하게 상기 적토에 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계는 상기 산성용액의 농도 20% 이상, 반응온도 75℃ 이상에서 3시간 동안 수행될 수 있다.

바람직하게 상기 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리하기 위한 용매추출단계는 Aliquat 336 또는 Alamine 336 용매를 이용할 수 있다.

바람직하게 상기 용매추출단계를 통해 분리된 Fe를 상 이동시키기 위한 탈거단계는 탈거제로 H₂O, HCl, Na₂SO₃및 NaH₂PO₄로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다.

바람직하게 상기 탈거단계는 2회 반복 수행되며, 상기 탈거단계 이후의 Aliquat 336 또는 Alamine 336 용매는 상기 용매추출단계의 용매로 재사용될 수 있다.

바람직하게 상 이동된 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계는 Prolysis, Evaporation, Precipitaton 및 Thermal treatment로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토(Redmud)를 재가공한 후, 적토 내 유가금속(산화철 등)을 회수하여 안료 혹은 전자부품용으로 다시 자원화함으로써 환경적, 경제적 이점을 가져올 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철 제조방법의 전체 공정도다.
도 2는 Octanol 첨가에 따른 층분리 방지를 보여주는 이미지다.
도 3은 pH 변화에 따른 Fe의 거동을 보여주는 그래프다.
도 4는 열처리를 통한 Fe₂O₃의 XRD 분석결과이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

이와 관련하여 먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철 제조방법의 전체 공정도, 도 2는 Octanol 첨가에 따른 층분리 방지를 보여주는 이미지, 도 3은 pH 변화에 따른 Fe의 거동을 보여주는 그래프이며, 도 4는 열처리를 통한 Fe₂O₃의 XRD 분석결과이다.

상기 도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토(Redmud)를 준비하는 단계(S100)를 포함한다.

이때, 상기 적토는 상술한 바와 같이 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물로, 하기 표 1에 나타난 바와 같은 성분을 포함하고 있다.

	Na₂O(%)	Al₂O₃(%)	SiO₂(%)	CaO(%)	TiO₂(%)	Fe₂O₃(%)	LOI(%)
적토	7.42	17.09	14.55	3.12	8.44	45.71	6.99

상기 표 1에 나타난 바와 같이 부산물인 적토에는 Fe₂O₃를 약 45%로 함유하고 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 적토에 풍부한 상기 산화철(Fe₂O₃)을 고순도로 회수하여 각종 안료 혹은 전자부품용으로 재사용함으로써 적토의 처리 및 자원의 재활용 측면에서 경제성이 우수한 기술이라할 것이다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상기 적토에 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계(S200)를 포함한다.

이때, 상기 산성용액은 다양한 산성용액을 이용할 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 있어서 상기 산성용액은 일정농도의 염산용액 또는 황산용액을 이용한다.

이에 대해 보다 상세하게 설명하면 먼저, 산성용액으로 염산(HCl)용액을 이용하는 경우, 적토에 포함된 Fe₂O₃와 염산의 반응식 및 침출률은 하기와 같다.

[반응식]

Fe₂O₃ + 6HCl → 2Fe³⁺ + 6Cl^- + 3H₂O

한편, 상기 염산용액을 이용한 침출단계(S200)는 다양한 조건하에서 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 있어서는 상기 염산용액의 농도 20% 이상, 반응온도 75℃ 이상에서 3시간 동안 수행된다.

이처럼 상기 염산용액의 농도 및 반응온도를 한정하는 이유는 다음과 같다.

먼저, 하기 표 2는 염산용액의 반응온도별 침출결과를 나타내는 표이다.

테스트 No.		1	2	3	4	5
HCl (%)		25	25	25	25	25
반응온도 (℃)		50	65	75	85	95
Leaching efficiency (%)	Na	100	97.6	96.1	98.9	100
	Al	98.9	100	100	100	100
	Ca	87.7	90.3	93.1	89.5	92.7
	Ti	35	29.7	31.2	32.7	32.6
	Fe	98.7	94.9	100	100	100

이때, 상기 표 2의 침출결과는 반응시간 3시간, 염산의 농도 25%, Redmud/염산 비율을 0.25g/ml로 고정하였으며, 상기 표 2에 나타난 바와같이 75℃ 이상에서 Fe는 100% 침출됨을 확인할 수 있다.

한편, 하기 표 3은 염산용액의 농도별 침출결과를 나타내는 표이다.

테스트 No.		1	2	3	4	5
HCl (%)		10	20	25	30	35
반응온도 (℃)		75	75	75	75	75
Leaching efficiency (%)	Na	100	95.9	94.9	95.1	49.8
	Al	100	100	100	100	100
	Ca	89.7	81.6	90.6	92.3	86
	Ti	7.4	30.5	32	34.6	37.7
	Fe	10.5	100	100	100	100

상기 표 3의 침출결과는 염산의 농도를 10~35%로 설정하여 침출을 수행하였으며, 반응시간은 3시간, 온도 75℃, Redmud/염산 비율은 0.25g/ml로 고정하였고, 그 결과 상기 표 3에 나타난 바와 같이 염산 농도 20% 이상에서 Fe는 100% 침출됨을 확인하였다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 적토에 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계(S200)는 황산(H₂SO₄)용액을 이용할 수도 있다.

이때, 상기 황산용액을 이용하는 경우, 침출단계의 반응식은 하기와 같다.

[반응식]

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ → 2Fe³⁺+ 3SO₄ ^2- + 3H₂O

한편, 황산용액을 이용한 침출단계(S200)는 황산용액 농도 20% 이상, 반응온도 75℃ 이상에서 3시간 동안 수행될 수 있으나, 가장 바람직하게는 황산용액의 농도 35%, 반응온도 95℃에서 3시간 동안 수행된다.

이처럼 황산용액을 이용함에 있어 농도 및 반응온도를 한정하는 이유는 하기와 같다.

먼저, 하기 표 4는 황산용액을 이용한 침출결과를 나타내는 표이다.

테스트 No.		1	2	3
H₂SO₄ (%)		35	35	35
반응온도 (℃)		25	50	95
Leaching efficiency (%)	Na	100	100	100
	Al	100	100	100
	Ca	1.6	5	18.7
	Ti	12.5	38	40
	Fe	3.8	64	100

이때, 상기 표 4의 결과는 황산용액의 농도 35%, 반응시간은 3시간, Redmud/황산 비율은 0.25g/ml로 하여 반응온도별 실험을 진행한 결과이며, 상기 표 4에 나타난 바와 같이 황산의 농도 35%일 때, 95℃에서 Fe의 100% 침출할 수 있음을 확인하였다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상기 Fe₂O₃가 침출된 산성용액을 고액분리하여 Fe가 포함된 침출액을 준비하는 단계(S300)를 포함한다.

이때, 상기 고액분리를 통해 분리된 고체상(Solid)에는 Ti 및 Si와 같은 성분을 포함하고 있으며, 고액분리를 통해 분리된 Ti 및 Si는 중화제 및 흡착제로 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상기 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리하기 위한 용매추출단계(S400)를 포함한다.

이때, 상기 침출액에는 Fe 외에 미량의 Al, Ca, Ti 및 Na가 더 포함되는데 본 발명의 실시 예에 있어서는 상기 용매추출단계(S400)를 통해 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리가 가능하다.

한편, 상기 용매추출단계(S400)에서는 상술한 목적을 달성할 수 있는 다양한 용매의 사용이 가능하나, 본 발명의 실시 예에 있어서는 4차 암모늄염인 Aliquat 336(C₂₅H₅₄ClN : Tricaprylyl Methyl Ammonium Chloride), 3차 아민계인 Alamine 336([CH₃(CH₂)₇]3N : Tricaprylyl Amine)을 상기 침출액과 교반 반응시켜 수행된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 있어서 상기 용매는 상술한 Aliquat 336 또는 Alamine 336이 독자적으로 이용될 수도 있으나, 본 발명 다른 실시 예에 있어서는Kerosene을 이용하여 Aliquat 336을 10~60%로 희석한 용매를 제조한 후, 염산 25%, 75℃에서 침출한 액과 교반을 통해 용매추출단계를 수행할 수 있다.

이때, 본 발명의 실시 예에 따른 용매추출단계는 Aqueous/Organic 비율 1로 실온에서 40분간 수행되는 것이 바람직하며, 상기 희석된 용매에는 유기(Organic)상과 수성(Aqueous)상의 층분리 방지를 위한 Octanol이 더 첨가될 수 있고 도 2에 도시된 바와같이 상기 Octanol이 첨가된 경우, 용매추출시 발생하는 층분리 현상을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 있어서 상기 Aliquat 336의 가장 최적의 농도는 40%이며, 이를 제조하기 위해 Aliquat 336 40%, Octanol 15% 및 Kerosene 45%의 중량비를 갖는다.

상술한 최적의 Aliquat 336 농도(40%)를 이용하는 경우, 하기 표 5에 나타난 바와 같이 Fe를 제외한 다른 원소들은 추출되지 않고 Fe만이 선택적으로 90% 이상 추출됨을 확인할 수 있다.

이때, 추출률 도출식은 다음과 같다.

Elements	Extraction efficiency (%)
Elements	10% Aliquat336	20% Aliquat336	30% Aliquat336	40% Aliquat336	50% Aliquat336	60% Aliquat336
Na (%)	-	-	-	-	-	-
Al (%)	8.6	6.7	5.6	-	-	-
Ca (%)	-	-	-	-	-	-
Ti (%)	5.9	3.4	2.4	-	-	-
Fe (%)	31	50.5	70.2	98.1	99.4	97.7

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상기 용매추출단계(S400)를 통해 분리된 Fe를 상 이동시키기 위한 탈거단계(S500)를 포함한다.

이때, 상기 탈거단계(S500)는 용매추출단계(S400) 후, Organic 상에 존재하는 Fe를 Aqueous로 상 이동함으로써 침전, 회수가 용이하게 함과 동시에 용매추출단계(S400)에서 사용한 용매의 재사용이 가능하게 하기 위한 단계(S500)이다.

한편, 상술한 탈거단계(S500)는 다양한 탈거제를 이용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 있어서 상기 탈거제는 H₂O, HCl, Na₂SO₃및 NaH₂PO₄로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 이용하고, Aqueous/Organic 비율 3으로 수행되며 탈거제별 탈거율은 하기 표 6과 같다.

이때, 탈거율은 하기 식으로 도출된다.

Stripping conditions				Fe in			비고
solution	농도 (mol/ℓ)	온도(℃)	A/O	Aqueous (%)	Organic (%)	Stripping efficiency (%)	비고
H₂O		RT	1	0.94	2.9	24.0
Na₂SO₃	0.6	50	1	3.02	1.0	75.9
NaH₂PO₄	1.5	30	1	3.36	0.6	84.4
Na₂CO₃	0.05	RT	1	0.80	3.1	20.4	침전
	0.1	RT	1	0.60	3.3	15.5	침전
	0.4	RT	1	1.01	2.9	26.0	침전
	0.5	50	1	1.28	2.7	32.2

상기 표 6을 참조하면 H₂O,Na₂SO₃및 NaH₂PO₄는 탈거제로의 이용이 가능하나, Na₂CO₃는 FeCO₃ 형태로 침전반응이 일어나 탈거제로 활용되기는 어렵다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탈거단계(S500)는 2회 반복 수행되며, 상기 탈거단계(S500) 이후의 Aliquat 336 또는 Alamine 336 용매는 상기 용매추출단계(S400)의 용매로 재사용된다.

이처럼 상기 탈거단계(S500)를 2회 반복 수행하는 이유는 탈거효율을 향상시키기 위함이며, 하기 표 7에 나타난 바와 같이 탈거단계(S500)를 2회 반복 수행한 경우 100%의 탈거율을 보이는 것을 확인할 수 있다.

Stage	Fe
Stage	Aqueous (%)	Organic (%)	Stripping efficiency (%)
1	2.67	1.33	66.7
2	1.35	-	100 %
Total	4.0	0	100 %

한편, 상기 표 7의 결과는 0.01M 염산을 이용하여 2회 탈거단계(S500)를 수행한 결과이다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상술한 바와 같이 상기 탈거단계(S500) 이후의 Aliquat 336 또는 Alamine 336 용매는 상기 용매추출단계(S400)의 용매로 재사용되는데, 특히 Aliquat 336의 경우 하기 표 8에 나타난 바와 같이 Aliquat 336을 재사용하여 10번까지 반복하여 추출을 진행하였을 때, Fe의 추출률은 90% 이상으로 유지하므로 재사용이 가능함을 확인할 수 있었다.

	Extraction efficiency (%)
Cycle	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Fe	98.5	93.1	93.2	96	96.9	93.8	96.7	98.4	98.5	96.3

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상 이동된 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계(S600)를 포함한다.

이때, 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계(S600)는 Prolysis, Evaporation, Precipitaton 및 Thermal treatment로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용한다.

특히, 상기 Evaporation의 경우, 상술한 탈거단계(S500)를 통해 상 이동된 Fe 용액의 Evaporation을 통해 Fe₂O₃를 수득하며 이에 대한 반응식은 하기와 같다.

[반응식]

2Fe³⁺ + 6Cl^- + 3H₂O → Fe₂O₃(s) + 6HCl(g)

상기 Evaporation 과정에서 용액 내 남아 있는 Cl은 gas로 날아가게 되며, 이후 세척수를 이용한 세척을 통해 최종적으로 안료 또는 전자부품용 고순도 Fe₂O₃를 수득할 수 있다.

아울러, 상기 Precipitaton 및 Thermal treatment는 탈거단계(S500)를 통해 Aqueous로 상 이동된 Fe는 NaOH 혹은 NH₄OH를 이용한 pH 조절을 통해 하기 반응식과 같이 Fe₂O₃를 침전시켜 수득한다.

[반응식]

Fe³⁺ + 3Cl^- + 3NaOH → Fe₂O₃·3H₂O↓ + 3NaCl_(a)

Fe³⁺ + 3Cl^- + 3NH₄OH → Fe₂O₃·3H₂O↓ + 3NH₄Cl_(a)

한편, 상기 도 3을 참조하면, 수용액 상에 존재하는 Fe는 pH 3 이상에서 모두 Fe₂O₃ 형태로 침전하게 되므로, NaOH 혹은 NH₄OH를 이용하여 pH 3 이상으로 조절해 준 후, 고액분리를 통해 Fe₂O₃를 수득할 수 있다.

이후, 세척수를 이용한 세척을 통해 Fe₂O₃의 순도를 높여줄 수 있다.

한편, 단순 침전을 통해 회수된 Fe는 비정질 형태를 띠며, 500℃ 열처리를 통해 최종적으로 안료, 전자부품용 고순도 Fe₂O₃를 수득할 수 있으며 이에 대한 반응식은 하기와 같다.

[반응식]

Fe₂O₃·3H₂O → Fe₂O₃ + 3H₂O(g)

상술한 과정을 통해 수득한 Fe₂O₃의 순도 분석 결과, 99.8%의 순도를 보이며 포함된 불순물의 함량은 하기 표 9와 같다.

%	MgO₂	Al₂O₃	CaO	TiO₂	V₂O₅	Cr₂O₃	MnO₂	NiO	CuO	ZnO	Ga₂O₃
산화철	0.01	0.01	0.01	0.01	0.02	0.03	0.02	0.01	0.01	0.05	0.01

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 적토를 이용한 산화철의 제조방법은 상술한 기술적 구성들을 통해 수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토(Redmud)를 재가공한 후, 적토 내 유가금속(산화철 등)을 회수하여 안료 혹은 전자부품용으로 다시 자원화함으로써 환경적, 경제적 이점을 가져올 수 있는 우수한 효과가 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.

Claims

수산화알루미늄의 제조공정에서 발생하는 부산물인 적토를 준비하는 단계;
상기 적토에 일정농도의 염산 또는 황산용액으로 이루어진 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계;
상기 Fe₂O₃가 침출된 산성용액을 고액분리하여 Fe가 포함된 침출액을 준비하는 단계;
상기 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리하기 위한 용매추출단계;
상기 용매추출단계를 통해 분리된 Fe를 상 이동시키기 위한 탈거단계; 및
상기 이동된 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계를 포함하되,
상기 적토에 산성용액을 이용하여 Fe₂O₃를 침출시키는 단계는 상기 산성용액의 농도 20% 이상, 반응온도 75℃ 이상에서 3시간 동안 수행되고,
상기 침출액에서 Fe만을 선택적으로 분리하기 위한 용매추출단계는 Aliquat 336 40%, Octanol 15% 및 Kerosene 45%의 중량비로 이루어진 추출제를 이용하는 것을 특징으로 하는 적토를 이용한 산화철의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 용매추출단계를 통해 분리된 Fe를 상 이동시키기 위한 탈거단계는 탈거제로 H₂O, HCl, Na₂SO₃및 NaH₂PO₄로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 적토를 이용한 산화철의 제조방법.
제 2 항에 있어서,
상기 탈거단계는 2회 반복 수행되며, 상기 탈거단계 이후의 Aliquat 336 또는 Alamine 336 용매는 상기 용매추출단계의 용매로 재사용되는 것을 특징으로 하는 적토를 이용한 산화철의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상 이동된 상기 Fe를 고형화하여 Fe₂O₃를 수득하는 단계는 Prolysis, Evaporation, Precipitaton 및 Thermal treatment로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 적토를 이용한 산화철의 제조방법.
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