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보고서 상세정보

알칼린계 산업부산물의 광물탄산화 연구
Study on the Mineral Carbonation of Alkaline Industrial Products

  • 과제명

    알카린계 산업부산물의 광물탄산화 연구

  • 주관연구기관

    한국지질자원연구원
    Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources

  • 연구책임자

    이승우

  • 참여연구자

    방준환   최병영   장영남   채수천   박상원   이선혜   전치완   조환주   송경선  

  • 보고서유형

    연차보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2015-12

  • 과제시작년도

    2015

  • 주관부처

    미래창조과학부
    KA

  • 사업 관리 기관

    한국지질자원연구원
    Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources

  • 등록번호

    TRKO201600000637

  • 과제고유번호

    1711027258

  • 키워드

    광물탄산화,이산화탄소,슬래그,알칼리 토금속,탄산칼슘Mineral carbonation,CO2,Slag,Alkaline earth metal,CaCO3

  • DB 구축일자

    2016-04-23

  • 초록 


    The Efficiency of calcium extraction from granulated slag showed range from 22.8-32.2 wt.% and maximum efficiency of calcium extr...

    The Efficiency of calcium extraction from granulated slag showed range from 22.8-32.2 wt.% and maximum efficiency of calcium extraction was 53.0 wt.%. NH4NO3 and NH4Cl were suitable as solvent of calcium extraction. The calcium of approximately 95 wt.% in extracted solution was transformed into calcite. Consequently, amount of carbon dioxide sequestration was affected from efficiency of calcium extraction. The maximum extraction rate was 79% when the strong acid was used. However, the ammonia group solvents did not reach the 50%. Especially, amount of calcium ions extraction did not have any great difference in total calcium concentration viewpoint.
    Therefore, we think that solid-liquid ratio study need to consider the additional work because the future work will be used to carbon dioxide gas.
    We have performed the extraction of cations such as calcium for mineral carbonation of blast furnace slag using aqueous acetic acid solution at room temperature and atmosphere pressure. After leaching, separation of acetic acid was attempted to identify the possibility of recycling of acetic acid solvent via layer crystallization method.
    Magnesium extraction of serpentine was carried out under experimental conditions (reaction temperature: 300℃ and ratio of serpentine per extracted solution: 66 at room temperature). The NH4+ rich solution after extraction was reused for pH swing process. The carbonates materials including MgCO3 and CaCO3 could be synthesized via pH swing process.
    Alkaline pulp and paper mill waste sludges produced by primary pulping operation or waste paper making representing an environmental and disposal problem manufacturers of pulp and paper. Paper sludge has traditionary disposed of by landfilling, compositing and incineration generally largely or totally wasted. The extent of acid extraction/solubilization of the inorganic and organic components in the paper making sludge depends on conditions of the sludge treatment with acids, nature of the acid, the acid concentration, and contact time with the acid in particular.
    The pulp and paper sludges collected domestic area and their bulk content, major components and mineralogical structures was estimated. Several acids, such as Hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and acetic acid, was treated in the condition of varied experimental conditions for the purpose of solubilization the pulp and paper sludges. Obtained results showed primary diminished amount of sludges above 80%, and the residuals became possible waste to energy.
    The process of calcium carbonate film synthesis has been studied. First, the hemispherical shape of the amorphous CaCO3 phase was formed at the interface between a water solution including Ca(OH)2 and air. Subsequently, the CaCO3 (calcite) film crystallized based on the self-aggregation of the amorphous CaCO3. This experiment was simulated with a geochemical model to calculate the ion concentration of calcium and bicarbonate during the reaction, and the effect of temperature on carbonate synthesis was tested.
    Patent on CO2 mineralization applied in U.S. during the years of 2001-2015 was analysed using data from KISTI, KIPO, and WIPS. The analysis showed that Clera Corporation is a core competitor to be a benchmark. In addition, it was promised technologies for CO2 mineralization that the methods for pH adjustment for CO2 mineralization, the use of various metal ions, the methods for selective metal ion uptake, and the methods for CO2 dissolution in the metal ions containing solutions.
    The secondary phase mineral formation associated with the microbial Fe-respiration of structural Fe(III) of nontronite. The secondary phase minerals such as vivianite, siderite and calcite was detected may have resulted from dissolution of bioreduced smectite associated with microbial Fe(III) reduction and interlayer cation exchange process. However the specific mechanism and its optimum conditions were yet to be clearly explained. In the present study we investigate the chemical modification of nontronite during the biogenic reduction as well as changes in concentration of structural metals in the supernatant to give an explanation for secondary phase mineral formation with 'reductive dissolution'. The batch experiment as well as field work in particular, may have many fields that can be applied to scale-up experiment of CO2 trap/modeling study. In fact, the role of microbial activity in carbonate minerals, and the optimum conditions for the microbial calcification could be the important preliminary data applicable to CO2 modeling research.


    최종(연차)목표
    ● 산업부산물 및 자연산 광물을 이용하여 이산화탄소 저감기술 개발
    ● 알칼린계 금속 추출방법과 탄산화 기술 최적화
    ● 산업부산물로부터 추출된 칼슘 및 마그네슘 추출제 재활용 및 생성물의 고부가가치화...

    최종(연차)목표
    ● 산업부산물 및 자연산 광물을 이용하여 이산화탄소 저감기술 개발
    ● 알칼린계 금속 추출방법과 탄산화 기술 최적화
    ● 산업부산물로부터 추출된 칼슘 및 마그네슘 추출제 재활용 및 생성물의 고부가가치화
    ● 부가가치 탄산화과정 생성물 생산으로 산업적 활용성 증대 및 경제성 확보

    개발내용 및 결과
    ● 암모늄 및 유/무기산 이용 자연산 및 산업부산물로부터 알칼리 토금속 추출기술 개발
    ● 물리적, 화학적 방법을 이용한 추출 용제 재활용
    ● 산업부산물 및 자연산 광물에서 다양한 전처리 방법을 이용하여 알칼린계 금속을 분리하고 탄산화 기술을 적용하여 고순도 탄산염광물 생성
    ● 고부가가치 탄산화 물질 합성 공정 개발

    기대효과
    ● 산업부산물 및 자연산 광물을 이용하여 친환경적으로 CO2 가스 저감
    ● 산업부산물 및 미이용 자연산 광물의 순환 활용
    ● 광물탄산화 과정으로 생성되는 탄산염광물을 고부가가치 용도로 활용함에 따라 경제성 제고 효과

    적용분야
    ● 이산화탄소 배출 산업: 제철소, 발전소, 시멘트 분야
    ● 탄산화물질 활용 산업: 제지, 페인트, 플라스틱 등


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 연차보고서 요약서 ... 4
    4. 요약문 ... 5
    5. SUMMARY ... 11
    6. CONTENTS ... 14
    7. 목차 ... 17
    8. 표목차 ... 20
    9. 그림목차 ... 25
    10. 제 1 장 연구개발...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 연차보고서 요약서 ... 4
    4. 요약문 ... 5
    5. SUMMARY ... 11
    6. CONTENTS ... 14
    7. 목차 ... 17
    8. 표목차 ... 20
    9. 그림목차 ... 25
    10. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 32
    11. 제 1 절 연구의 목적 ... 32
    12. 제 2 절 연구의 필요성 ... 33
    13. 1. 기술적 측면 ... 33
    14. 2. 경제·산업적 측면 ... 33
    15. 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 36
    16. 제 1 절 국내 기술 현황 ... 36
    17. 1. 국내 기술 동향 ... 36
    18. 2. 국외 기술 수준 ... 37
    19. 제 2 절 국외 기술 현황 ... 38
    20. 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 44
    21. 제 1 절 고로슬래그 (수재)로부터 칼슘 추출 및 탄산화 실험 ... 44
    22. 1. 서론 ... 44
    23. 2. 실험 재료 및 실험방법 ... 46
    24. 3. 결과 및 검토 ... 50
    25. 4. 결론 ... 63
    26. 제 2 절 고로슬래그 (괴재)로부터 칼슘 추출 ... 64
    27. 1. 서론 ... 64
    28. 2. 실험방법 ... 68
    29. 3. 결과 및 검토 ... 71
    30. 4. 결론 ... 83
    31. 제 3 절 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘 ... 84
    32. 1. 서론 ... 84
    33. 2. 폐로니켈 슬래그의 특성 ... 86
    34. 3. 실험방법 ... 91
    35. 4. 결과 ... 95
    36. 5. 고찰 ... 99
    37. 6. 결론 ... 103
    38. 제 4 절 고로슬래그로부터 칼슘 추출 및 용매회수 ... 105
    39. 1. 서론 ... 105
    40. 2. 실험방법 ... 106
    41. 3. 결과 및 검토 ... 110
    42. 4. 결론 ... 125
    43. 제 5 절 사문석이용 마그네슘 추출 및 용매회수 ... 126
    44. 1. 서론 ... 126
    45. 2. 실험방법 ... 126
    46. 3. 결과 및 검토 ... 129
    47. 4. 결론 ... 139
    48. 제 6 절 제지슬러지의 분해 및 탄산화 ... 149
    49. 1. 서론 ... 149
    50. 2. 실험 ... 152
    51. 3. 결과 및 고찰 ... 154
    52. 4. 결언 ... 167
    53. 제 7 절 탄산칼슘 막 합성 및 특성 연구 ... 168
    54. 1. 서론 ... 168
    55. 2. 실험방법 ... 169
    56. 3. 결과 및 검토 ... 172
    57. 4. 결론 ... 184
    58. 제 8 절 지구화학 모델을 이용한 사문석 반응모사 ... 185
    59. 1. 서론 ... 185
    60. 2. 모델링 방법 ... 186
    61. 3. 결과 및 검토 ... 190
    62. 4. 결론 ... 194
    63. 제 9 절 특허 맵 ... 195
    64. 1. 특허 맵 정의 ... 195
    65. 2. 특허 맵 작성 ... 196
    66. 3. 특허조사 및 분석결과 ... 197
    67. 4. 결론 ... 236
    68. 제 10 절 박테리아에 의한 탄산염광물 형성 및 구조 특이성 분석 ... 239
    69. 1. 서론 ... 239
    70. 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 241
    71. 3. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 244
    72. 4. 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 262
    73. 5. 연구개발결과의 활용계획 ... 265
    74. 제 11 절 직접 수성 방법에 의한 레드 머드와 슬레이트 혼합물의광물탄산화 특성 연구 ... 269
    75. 1. 서론 ... 269
    76. 2. 국내외 연구 동향 ... 271
    77. 3. 실험 방법 ... 272
    78. 4. 실험 결과 및 고찰 ... 275
    79. 5. 결론 ... 289
    80. 참 고 문 헌 ... 290
    81. 끝페이지 ... 304
  • 참고문헌

    1. 전체(0)
    2. 논문(0)
    3. 특허(0)
    4. 보고서(0)

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