Abstract
Mineral carbonation has been proposed as a possible way for $CO_2$ sequestration. The electric arc furnace slags consist of calcium, magnesium and aluminum silicates in various combinations. If they could be used instead of natural mineral silicates for carbonation, considerable energy savings and $CO_2$ emissions reductions could be achieved. Indirect aqueous carbonation of the slags consists of two steps, extraction of calcium and carbonation. Acetic acid leaching of electric arc furnace slags had been already studied to extract Ca in them, but it was reported that the carbonation of the extracted $Ca^{2+}$ in the leached solution would suffer from too slow kinetics, even at high pressure of $CO_2$. In this work, to develop more efficient extraction of the electric arc furnace slags, hydrochloric acid leaching to separate calcium from them was studied, and the results were compared with the acetic acid ones. The phase boundary between $Ca^{2+}$ and $CaCO_3$ in the solution with pH was determined by thermodynamic calculations. Hydrochloric acid was more effective than acetic acid for the extraction of Ca in electric arc furnace slag, and there is a possibility to recycle an unreacted hydrochloric acid in the leached solution by electrolysis or evaporation.
지구온난화 원인으로 지목되고 있는 $CO_2$가스를 저감시키기 위한 방안 중의 하나로 칼슘이나 마그네슘 등을 함유하는 천연규산염 광물의 탄산염화가 제안되고 있다. 전기로제강슬래그는 칼슘, 마그네슘 등 을 주성분으로 하는 규산염들로 구성되고 있어, 이 슬래그를 천연규산염 광물 대신에 탄산염화의 대상원료로 사용하면 $CO_2$가스저감은 물론 탄산칼슘과 같은 산업원료를 제조, 활용할 수 있는 가능성이 있다. 전기로제강슬래그 탄산염화에 의한 탄산칼슘 제조공정은 칼슘성분의 분리단계와 분리된 칼슘성분의 탄산염화단계로 구성된다. 슬래그 중의 칼슘성분 분리를 위한 초산침출 연구결과는 이미 보고되어 있으며 분리된 침출용액 중의 칼슘이온의 탄산염화는 고압의 $CO_2$가스 하에서도 반응속도가 매우 느린 것으로 예측되고 있다. 본 연구에서는 보다 효율적인 침출 및 탄산염화 공정의 개발을 위하여 염산수용액 침출에 의한 칼슘성분 분리에 관한 실험을 수행하였으며 그 침출결과를 초산침출 실험결과와 비교, 분석하였다. 용액 중의 $Ca^{2+}$의 $CO_2$가스에 의한 탄산염화 반응에 대한 열역학적 자료를 통하여 용액의 pH에 따른 $Ca^{2+}$과 $CaCO_3$의 phase boundary를 고찰하였다. 슬래그 중의 칼슘성분 분리를 위해서는 염산이 초산에 비하여 더욱 효율적인 침출용매이며, 염산을 침출용매로 사용 시는 침출용액 중의 미반응산의 회수 및 재순환이 유리할 것으로 기대된다.
