산성용액에서 이산화탄소의 압력이 광물탄산화에 미치는 영향

• 영문명: Effect of Carbon Dioxide Pressure on Mineral Carbonation in Acidic Solutions
• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 류경원(Kyoung Won Ryu) 홍석진(Seok Jin Hong) 최상훈(Sang Hoon Choi)
• 간행물 정보: 『자원환경지질』53권 1호, 1~9쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2020.02.28

국문 초록

이산화탄소 고정화 및 탄산화 반응에는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)과 같은 알칼리토류 금속을 함유하고 있는 사문석(serpentine, Mg3Si2O5(OH)4) 규회석(wollastonite, CaSiO3), 감람석(olivine, Mg2SiO4)과 같은 칼슘/마그네슘 실리케이트 광물(Ca/Mg-silicate mineral)들이 주로 이용되어 왔다. 특히 사문석은 탄산화가 가능한 자연물질 중 자연계 내에 풍부한 매장량을 갖고 있으며, 우수한 반응성 때문에 광물탄산화에 가장 적절한 출발물질로 인식되어 있다. 따라서 본 연구는 사문석을 출발물질로 사용하여 산성 용액 내에서 이산화탄소의 압력이 탄산화 효율에 미치는 영향력을 확인하고자 하였다. 탄산화 실험 조건은 황산용액 0.3~1 M, 반응온도 100 oC 및 150 oC 그리고 이산화탄소의 부분압력 0~3 MPa이며, 탄산화법은 수정된 직접탄산화법(modified direct method)으로 실시하였다. 또한 탄산화 효율을 높이고자 liquid pump로 NaOH용액을 주입하여 pH를 13으로 조절하였다. 탄산화율은 황산의 농도 및 반응온도에 비례하여 증가하였으며, 3 MPa의 이화탄소를 주입한 조건에서의 탄산화율이 이산화탄소를 첨가하지 않은 조건의 탄산화율보다 높았다. 반응결과 황산용액1 M과 이산화탄소 부분압 3 MPa, 반응온도 150 oC에서 용출 및 탄산화 실험 후 약 85%의 상당히 높은 탄산화율이 분석되었다. 따라서 산성용액에서 이산화탄소의 압력이 사문석 내의 Mg 용출에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. Mg의 용해속도는 Si의 용해속도보다 높아 반응 후 사문석의 Mg : Si의 비가 약 1.5에서 0.1미만으로 급속하게 감소하여, 사문석의 구조 내에 불완전한 Si 사면체 층 골격구조(Mg-depleted skeletal phase)가 분석되었다.

영문 초록

Magnesium silicate minerals such as serpentine [Mg3Si2O5(OH)4] have a high potential for the sequestration of CO₂; thus, their reactivity toward dissolution under CO₂-free and CO₂-containing conditions in acidic solvents is a critical process with respect to their carbonation reactions. To examine the carbonation efficiency and dissolution mechanism of serpentine, hydrothermal treatment was performed to the starting material via a modified direct aqueous carbonation process at 100 and 150 oC. The serpentine dissolution experiments were conducted in H2SO4 solution with concentration range of 0.3–1 M and at a CO₂ partial pressure of 3 MPa. The initial pH of the solution was adjusted to 13 for the carbonation process. Under CO₂-free and CO₂-containing conditions, the carbonation efficiency increased in proportion to the concentration of H2SO4 and the reaction temperature. The leaching rate under CO₂-containing conditions was higher than that under CO₂-free conditions. This suggests that shows the presence of CO₂ affects the carbonation reaction. The leaching and carbonation efficiencies at 150 oC in 1 M H2SO4 solution under CO₂-containing conditions were 85 and 84%, respec-tively. The dissolution rate of Mg was higher than that of Si, such that the Mg : Si ratio of the reacted serpentine decreased from the inner part (approximately 1.5) to the outer part (less than 0.1). The resultant silica-rich layer of the reaction product ultimately changed through the Mg-depleted skeletal phase and the pseudo-serpentine phase to the amorphous silica phase. A passivating silica layer was not observed on the outer surface of the reacted serpentine.

목차

1. Introduction

2. Materials and Methods

3. Results and Discussion

4. Conclusion

Acknowledgements

References

키워드

사문석 이산화탄소 탄산화 용출속도 마그네사이트 serpentine carbon dioxide carbonation dissolution rate magnesite