황산용액에서 Alamine 336에 의한 몰리브덴과 텅스텐의 분리에 대해 수상의 pH와 추출제의 농도를 변화시키 며 조사했다. 수상의 pH가 3에서 5사이의 범위에서 낮은 농도의 아민에 의해 몰리브덴이 선택적으로 추출되었 다. Alamine 336과 양이온 추출제를 혼합하면 두 금속간의 분리인자가 다음 순서와 같이 증가했다 : D2EPHA > PC88A > Decanol > Versatic acid. Alamine 336과 D2EHPA의 혼합용매에서 몰리브덴과 텅스텐의 탈거율은 매 우 낮았으나, Alamine 336과 Decanol의 혼합용매의 경우 $NH_4OH$ 와 $NH_4Cl$의 혼합용액으로 두 금속을 모두 탈 거할 수 있었다.
제트베인을 이용한 추력방향 제어장치를 개발하여 평균추력 2950 lbf, 평균 압력 714 psig, 연소시간 4.8초, 노즐 출구직경 약 100mm인 추진기관에 장착하고 이를 시험하고 분석하였다. 재질에 따른 제트베인의 삭마성을 알아보기 위하여 텅스텐과 구리(W/Cu), 지르코늄산화물과 텅스텐(ZrO$_2$/W), 지르코늄 산화물과 몰리브덴(ZrO$_2$/Mo)의 3가지 재질의 베인을 사용하였다 시험된 제트베인 재질 중 지르코늄 산화물과 몰리브덴(ZrO$_2$/Mo)의 합금을 사용한 베인이 내열성 및 삭마성에서 가장 우수하였으며(삭마량 27.65% 삭마율 5.7mm/sec), 지르코늄 산화물과 텅스텐(ZrO$_2$/W), 텅스텐과 구리(W/Cu)의 순서이었다.
묽은 염산용액의 pH를 2에서 9까지 변화시켜 아민계(Alamine 308과 TEHA)와 중성추출제(TOP)로 몰리브덴(VI)과 텅스텐(VI)의 용매추출거동을 조사하였다. 텅스텐(VI)이 몰리브덴(VI)보다 상기 세 추출제에 선택적으로 추출되었으며, TEHA로 추출시 가장 높은 분리인자를 얻었다. 수소화처리하지 않은 3차 아민에 의한 두 금속의 추출율은 용액의 pH에 따라 지속적으로 감소하여 pH 9에서는 전혀 추출되지 않았다. 본 논문의 실험조건에서 용매추출거동을 금속의 농도분포곡선을 이용하여 설명하였다. Alamine 308과 TEHA는 TOP에 비해 두 금속의 추출과 분리에 효과적이다.
본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지용 금속분리판의 전기화학적 부식을 방지하기 위한 금속 첨가 DLC(Diamond-like-carbon) 표면처리 방법을 개발하였으며, stainless steel 304를 모재로 하여 텅스텐 첨가 DLC, 티타늄 첨가 DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 금속분리판을 제작하였다. 제작된 금속분리판을 이용하여 내구성 평가,전기화학적 부식 특성, 성능평가 및 접촉저항 특성 등을 평가하였다. 전기화학적 부식특성의 경우 각각의 분리판에 대해 6.69, 1.2, 1.0 ${\mu}A/cm^2$로 모재인 STS 304의 25 ${\mu}A/cm^2$의 부식전류밀도에 비해 우수한 부식특성을 보였다. 또한 초기 성능에서 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 300 mA/$cm^2$에서 0.757 V로 측정되었으며, 이는 graphite 분리판 측정 결과인 0.758 V와 유사한 성능을 보였다. 또한 내구성 평가에서 초기 성능 대비 성능 감소율이 10% 감소하는데 소요된 시간은 graphite 분리판의 경우 2,000시간으로 나타났으며, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 1,700시간으로 측정되었다. 1,500시간 까지의 성능 감소율은 grphite,텅스텐 첨가DLC,티타늄 첨가DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판 순으로 각각에 대해 37.7, 60.3, 92.8, 45.7 ${\mu}V$/hr로 나타났다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 내열재료들은 고밀도를 이용하여 비행하는 물체의 운동에너지를 극대화 시킬 수 있기 때문에 군사적으로 각종 무기체계의 성능 향상에 매우 중요하다. 또한 유도 무기 및 항공기의 경우 고온, 고압 등의 환경에서 운용되기 때문에, 이러한 조건에서 견딜 수 있는 소재 개발이 필수적이다. 따라서 무기 선진국에서는 고밀도 재료인 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐-구리 감손우라늄을 활용하기 위한 연구를 활발하게 진행하고 있다. 이중, 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐-구리 라이너에 관한 연구는 괄목할 만한 연구 성과를 거두고 있다. 이러한 연구성과는 기존 탄의 관통 성능을 크게 증가시켜, 이에 대응하고자 하는 방어 체계 연구자들을 바쁘게 할 것으로 판단된다. 한편 내열 금속의 경우, 초고온 및 고압과 같은 극한 환경에서의 고온 강도 및 내삭마성이 우수하기 때문에, 각종 유도 무기 체계의 구성 부품, 즉 터빈, 밸브, 노즐, 제트 베인 등에 적용되고 있으나 대부분의 내열 재료들은 제조 방법이 까다롭고, 가공성이 나쁘며, 고가라는 단점들이 있어 이를 극복하는 연구들이 현재 진행 중에 있다.
한국지질자원연구원은 몽골 광물자원청과 공동으로 몽골 항가이 희유금속 광화대내 바얀온줄 지역의 W-Mo (텅스텐-몰리브덴) 광화대 지질조사를 수행하였으며, 이의 일환으로 육상 자력 탐사를 수행하였다. W-Mo 산출지들은 주변보다 높은 자기감수율 값을 갖는 화강암의 북쪽 경계를 따라 일정 거리를 두고 나타나고 있다. 또한 자력 역산을 통해 구축된 3차원 영상화 결과를 보면 화강암체가 심부 중심에서 지표 W-Mo 산출지 쪽으로 자기감수율 값이 감소하며 연장되고 있는 것으로 해석된다. 이는 W 광화작용에 관여하는 광화용액의 일반적인 특성과 잘 부합되는 결과로 자력탐사 자료를 통한 타당성 높은 광화대 특성 분석 결과로 판단된다. 지표 광체 산출지와 유사한 공간적 상관성을 갖는 지역에 대한 정밀 조사를 통해 잠두광체를 확보하고 경제성을 높이는 추가 연구가 필요할 것이다.
용리액의 pH변화에 따른 몰리브덴산과 텅스텐산의 용리곡선과 이들 산의 분리조건을 얻었다. 이 용리곡선으로부터 이들 산의 중합반응의 평형상수를 크롬산과 중크롬산의 중합반응의 결과와 비교하여 계산했고 분리조건을 pregnant 용액 분리에 적용했다. 이때 얻은 이들산의 중합평형상수 값은 다음과 같다. $7MoO_4^{2-}+8H^+{\longleftrightarrow}Mo7O_{24}^{6-}+4H_2O K=4{\times}10^{53},$$6WO_4^{2-}+7H^+{\longleftrightarrow}HW_6O_{21}^{5-}+3H_2O K=3{\times}10^{54}.$ 이온 교환크로마토그라피를 이용하여 프레그난트용액중의 탄산염을 분리하는 데는 pH8의 0.2M 염화나트륨 용액을 사용했고 몰리브덴을 분리하는데는 pH5의 0.05M $Na_2SO_4+0.5M NH_4Cl$ 혼합용액을, 텅스텐을 분리하는데는 pH 10의 0.5M 염화암모늄 용액을 단계적으로 사용하여 정량적으로 분리했다. 이때 텅스텐은 염화암모늄 용액을 용리액으로 사용했기 때문에 직접 APT(Ammonium para-tungstate)형태로 얻어졌다.
이소부틸과 부틸아미드옥심으로 한 배위자, ${Mo(NO)_2}^{2+}$ 단위체를 포함한 단핵체 및 다핵산소 금속체의 반응에서 $(n-Bu_4N)_2[M_4O_{12}Mo(NO)_2{RC(NH_2)NHO}_2{RC(NH)NO}_2]\; (M=Mo,\; W; R=(CH_3)_2CH, n-CH_3CH_2CH_2)$을 합성하였다. 얻은 착물은 원소분석, 적외선, 핵자기공명 및 전자흡수 스펙트럼에 의해 특성을 조사하였다. 얻은 물질의 골격구조는 금속의 산화상태 6가로 구성된 2개의 이핵체 ${M_2O_5}^{2+} [M=Mo, W]와 몰리브덴의 산화상태 0가인 ${Mo(NO)_2}^{2+}$로 형성되어 있다. ${Mo(NO)_2}^{2+}$ 단위체는 형식상 시스 형태이며 기하학적으로 $C_{2V}$ 대칭을 가진다. 몰리브덴과 텅스텐의 산화상태 6가와 ${Mo(NO)_2}^{2+}$ 단위체는 전자적 편재화로 상호작용이 거의 없었다. 이러한 결과를 분광학적으로 확인하였다.
자전고온합성반응법을 이용하여 이규화 몰리브덴-텅스텐($Mo_{1-z}$ , $W_{z}$)$Si_2$을 합성하였다. 조성 (z)을 변화시켜 성형한 원통형 시편에 합성반응 중 전달되는 온도변화를 예측하기 위하여 시편의 중앙에 열전대를 삽입하였다. 반응 선단면이 열전대를 통과할 때 가장 높은 반응온도를 보이고 이것을 단열반응 온도라 간주하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한 온도변화를 예측하기 위하여 자전조온합성반응의 모델링을 계시하고자 하였으며, 실험을 통하여 측정한 반응온도 분포곡선의 거동을 비교하였다. 각각의 시료에 대한 실험결과 측정된 반응속도는 약 2.14~1.35mm/sec, 반응온도는 1883K~1507K의 간을 보였다. 두 항 모두 텅스텐의 함량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타냈으며, 수치해석을 통하여 거의 유사한 반응온도를 얻었다. 시료의 초기온도를 증가시킬 경우 반응온도는 증가함이 예측되었고, z=0.5인 시료에 대하여 반응온도가 1900k 이상이 되기 위해서는 약 800K-900K의 예열이 필요하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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