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산화아연(酸化亞鉛)의 탄소열환원반응(炭素熱還元反應)에서 산화철(酸化鐵)의 영향(影響)
Carbothermic Reduction of Zinc Oxide with Iron Oxide

김병수   (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부CC0186900  ); 박진태   (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부CC0186900  ); 김동식   ((주)세아베스틸 연구1팀  ); 유재민   (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부CC0186900  ); 이재천   (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부CC0186900  );
  • 초록

    대부분 전기로 분진 처리공정은 전기로 분진으로부터 아연을 회수하기 위하여 전기로 분진에 함유된 산화아연의 환원제로 탄소를 사용한다. 본 연구에서는 산화아연의 탄소열환원반응에 관한 전기로 분진의 주성분 중의 하나인 산화철의 영향에 대하여 속도론적으로 조사되었다. 실험은 반응온도 1173 K-1373 K 범위에서 중량감량법을 이용하여 수행되었다. 실험결과, 적절한 량의 산화철 첨가는 산화아연의 탄소열환원반응 속도를 증진시키는 것으로 나타났다. 이것은 산화철이 산화아연의 탄소열환원반응에서 탄소의 gasification 반응을 촉진시키기 때문으로 관찰되었다. 표면화학반응이 율속인 shrinking core model 1173 - 1373 K 범위에서 고체 탄소에 의한 산화아연의 환원반응 속도 데이터를 분석하는데 유용한 것으로 분석되었다. ZnO-C 반응계에서 활성화 에너지는 224kJ/mol (53 kcal/nol)로, $ZnO-Fe_{2}O_{3}-C$ 반응계에서 활성화 에너지는 175kJ/mol(42kca1/mol)로 그리고 ZnO-밀스케일-C 반응계에서 활성화 에너지는 184 kJ/mol (44 kcal/mol)로 각각 계산되었다.


    Most electric arc furnace dust (EAFD) treatment processes to recover zinc from EAFD employ carbon as a reducing agent for the zinc oxide in the EAFD. In the present work, the reduction reaction of zinc oxide with carbon in the present of iron oxide was kinetically studied. The experiments were carried out at temperatures between 1173 K and 1373 K under nitrogen atmosphere using a weight-loss technique. From the experimental results, it was concluded that adding the proper amount of iron oxide to the reactant accelerates the reaction rate of zinc oxide with carbon. This is because iron oxide in the reduction reaction of zinc oxide with carbon promotes the carbon gasification reaction. The spherical shrinking core model for a surface chemical reaction control was found to be useful in describing kinetics of the reaction over the entire temperature range. The reaction has an activation energy of 53 kcal/mol (224 kJ/mol) for ZnO-C reaction system, an activation energy of 42 kcal/mol (175 kJ/mol) for $ZnO-Fe_{2}O_{3}-C$ reaction system, and an activation energy of 44 kcal/mol (184 kJ/mol) for ZnO-mill scale-C reaction system.


  • 주제어

    재활용 .   전기로 분진 .   산화아연 .   밀스케일.  

  • 참고문헌 (9)

    1. Donald J. R. and Pickles C. A., 1996: A kinetic study of the reaction of zinc oxide with iron powder, Metal. and Mater. Trans. B, 27B, pp. 363-374 
    2. Donald J. R. and Pickles C. A., 1996: A kinetic study of the reaction of zinc oxide with iron powder, Can. Met. Quart., 35(3), pp. 255-267 
    3. Guger. C. E. and Manning F. S., 1971: Kinetics of zinc oxide reduction with carbon monoxide, Metal. and Mater. Trans., 2, pp. 3083-3090 
    4. Visit to SeAH Besteel Corporation, Gunsan, Korea, February, 2005 
    5. Gonzlez G. Szczygiel Jordens Z., Escobedo S., 1996: Dependence of zinc oxide reduction rate on the concentration in CO/$CO-2$ mixtures, Thermochimica Acta, 278, pp. 129-134 
    6. Szekely J., Evans J. W., Sohn H. Y., 1976: Gas-solid reactions, pp. 65-75, Academic Press, Inc., New York, USA 
    7. 김병수 외, 2004: 전기로 분진에서 납의 휘발반응에 대한 속도론적 연구, 대한금속재료학회지, 42(4), pp.369-375 
    8. Chen H., 2001: Kinetic study on the carbothermic reduction of zinc oxide, Scandi. J. Metal., 30, pp. 292-296 
    9. 이용학, 이중호, 1997: 電氣爐 製鋼더스트의 乾式製鋼工程에서 亞鉛, 鉛, ?素의 擧動, 대한금속학회지, 35(9), pp.1190-1194 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Yoon, Chi Hyun ; Lee, Myungwon ; Seo, Junghwa ; Yoon, Jaehong 2014. "A Study on Roasting Refinement of Crude-ZnO from Electric Arc Furnace Steel Dust" 資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, 23(1): 58~63     
    2. Moon, Seok-Min ; Kim, Tai-Dong 2014. "Unit Process Analysis for EAF Dust Plant Operation" 資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, 23(1): 80~85     

 저자의 다른 논문

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    10. 2012 "특허(特許)와 논문(論文)으로 본 폐인쇄회로기판(廢印刷回路基板) 재활용(再活用) 기술(技術) 동향(動向)" 資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling 21 (3): 56~64    
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