[분리공정] 용매추출법을 이용한 희토류 원소 분류
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- 목차
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1. 주제 선정
2. 서 론
3. 이론적 배경
3. 1 희토류 금속의 추출 정제
3. 1. 1
3. 2
3. 2. 1
4. 시뮬레이션
4. 1 1
5. 결 론
4. 1
4.
6. 경제성 분석 및 고찰
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- 본문내용
-
1. 주제 선정
2010년 9월 7일, 동중국해 일부 섬들을 둘러싼 중국과 일본 간의 영유권 분쟁에서 일본이 배타적 경제수역을 침범한 중국 어선의 선원을 구금시키자 세계 희토류 생산량의 97%를 점하고 있는 중국은 일본에 대한 희토류 수출금지라는 경제적 조치로 압박을 가했다. 세계 최대의 희토류 수입국으로서 중국에 전적으로 의지해 온 일본 업계가 ‘패닉’ 상태에 빠졌고, 이에 일본은 외교적인 굴욕과 대외 이미지에 대한 큰 타격에도 불구하고 중국에게 무릎을 꿇을 수밖에 없었다.
Figure 1.1 센카쿠열도의 영유권분쟁
위에서 보듯, 2010년 9월의 센카쿠 열도의 외교전에서 중국의 일방적 승리를 이끈 ‘희토류 금속’을 효율적으로 얻어내고자 하는 분리공정에 대한 연구 및 국내에 매장되어 있는 희토류 금속의 활용 방안에 대한 연구는 안정적인 원료 공급이라는 측면에서 대한민국 미래 산업 발전의 초석이 될 것이므로 의의가 있다 하겠다.
희토류 광석은 극히 일부 국가에만 매장되어 있고, 자국 산업의 보호를 위해 수출 통제의 대상이 되고 있다. ‘자연계에 매우 드물게 존재하는 금속 원소(Rare earth material)’라는 의미의 희토류 원소에 대해 전반적으로 알아보고, 이러한 금속을 원료로부터 분리하는 방법들과 그 특성에 대해서 공부하고, 순수한 물질로 분리되기까지의 일련의 공정들에 대해서 경제적인 효율성 측면과 더불어, Aspen 시뮬레이션을 통해 실제 분리공정 사례와 비교하고 새로운 분리 방법에 대해 알아보고자 한다.
2. 서 론
이 시뮬레이션의 목적은 희토류 원소의 분리에 특정한 성질을 갖는 추출시약을 이용하여 희토류 금속의 용매추출을 수행하고, 다른 분리 방법들과 비교하여 어떤 장단점을 갖는지 비교하는 것이다. 따라서 우선 희토류 금속의 물리·화학적 특성과 용도에 대해서 살펴보고, 다양한 분리방법 및 분리에 이용되는 몇 가지 추출용매에 대해서 알아 볼 것이다. 그리고 한 가지 분리 방법을 채택하여 Aspen 프로그램을 이용하여 시뮬레이션하고, Columns 수에 따른 희토류 원소의 수율에 대해 알아볼 것이다.
3. 이론적 배경
3.1 희토류 원소
희토류원소란 주기율표상에서 3족에 속하는 원소 중 원자번호가 89번인 Ac를 제외한 1번인 Sc, 39번인 Y 그리고 란타나이드 그룹 15개 원소(57번인 La에서 71번인 Lu)를 포함한 총 17개 원소에서 Sc와 자연에 존재하기 힘든 Pm을 제외한 15개 원소를 말한다. 그러나 희토류(Rare earth element)라는 문자적 의미와는 달리 이들 원소 중 La와 Ce는 지구상에서 안티몬보다 많고, Lu를 제외한 나머지 원소들은 은(Ag)이나 텅스텐(W)과 비슷한 양이 지구상에 부존되고 있어 최근에는 란탄족 원소라고 부르기도 한다.
Figure 3.1 희토류 원소의 주기율표 상의 분포
란탄족 원소 중에서 Y이 1794년에 발견되고, Lu이 1907년에 마지막으로 발견되어 이들 두 원소의 발견 사이에 100년 이상의 세월이 지났다는 사실만 보아도 희토류 원소별 분리에 관한 연구에 어려움이 많았다는 것을 짐작할 수 있다. 희토류 원소의 원자 구조상 특징은 원소주기율표상의 3족, 6주기로 최외각 전자가 4f 전자궤도에 전자들이 채워지기 때문에 원자번호가 작은 원소에서 원자번호가 큰 원소로 갈수록, 즉 가벼운 쪽에서 무거운 쪽으로 갈수록 원자의 크기가 작아진다. 이러한 특이한 현상은 란탄족 원소들에만 있는 것으로 란탄족수축(lanthanides contraction)이라 한다. 이로 인하여 원자 번호가 증가할수록 금속은 활성도가 감소하고, 3가 이온의 염기성이 감소하며, 착화합물의 안정도가 증가한다. 희토류 원소의 기본 원자구조는 아래와 같다.
- 참고문헌
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1. 이진영(한국지질자원연구원, 광물자원연구본부) (2010). 희토류 광물의 분해 및 침출. 「광물과 산업」,pp.26-31
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4. 이일희(2008). nPr-BTP/nitrobezene 추출 계에 의한 악티나이드(III)의 선택적 분리. 한국방사성폐기물학회지 pp.25-33
5. 임재관(2007). (Zr-DEHPA)/n-do decane-HNO3 금속함유 추출 계에 의한 악티나이드(III)및 RE의 공추출 및 상호 분리. 한국방사성폐기물학회지 pp.123-132
6. 양한범(2001). 연속 다단추출장치를 이용한 Zr-DEHPA에 의한 모의 방사성폐액에서의 AM과 희토류 원소의 상호분리. 한국원자력학회 PP.377.1
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8. Perry, Robert H and Green, Don W, Perry's Chemical Engineer's 7th edition
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9. 희토류 원소 분리 신기술. http://blog.daum.net/natures/15717327
10. 희토류 자원의 확보 및 중요성. http://cafe.naver.com/tu1226/1192
11. 희토류 세계 시장 현황. http://cafe.naver.com/mineralogy/638
12. 희토류 금속의 추출,정제법. http://blog.daum.net/deeall/6414057
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