• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.73.1-73.1
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• 2011

분류층 석탄가스화기에서 슬래그의 원활한 배출은 가스화 플랜트 운전 및 성능에 중대한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 가스화기의 운전 온도에서 슬래그 점도가 일정수준 이상인 경우에는 가스화기 하부 슬래그 배출구 막힘 현상을, 일정 수준 이하일 경우에는 Membrane wall의 slag 두께가 얇아져 가스화기 수냉벽에 열적 악영향을 미친다. 가스화기의 안정적인 운전을 위한 석탄 선정 시, 석탄 슬래그의 용융온도 및 점도의 파악이 중요하다. 일반적으로 석탄슬래그의 용융온도는 ASTM D-1857 절차에 따른 환원분위기에서의 회융유온도(FT)측정을 통해, 점도는 고온점도측정 실험을 통해 분석하고 있다. 이런 실험적인 분석방법은 다양한 슬래그조성 및 온도 변화에 따른 영향을 살펴보기에는 많은 시간과 비용이 발생하므로 슬래그조성 및 온도 변화에 따른 용융온도 및 점도 예측이 필요하다. 본 연구에서는 200여 탄종의 회용유점 측정 결과와 FactSage에서 예측되는 슬래그 결정상 생성 및 회용유점(FT)에서의 고체분율과의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 다양한 Ash 조성(SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO)에 대한 회용유점(FT)을 예측할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 또한 50여 탄종의 슬래그 점도 측정 결과를 Facsage에서 예측되는 결정상 종류 및 Ash 조성을 기준으로 분류하였다. 결정상 종류 및 Ash 조성을 기준으로 기존 슬래그점도예측모델를 활용하여 보다 정확한 슬래그 점도 예측 프로세스를 개발하였다. 본 연구 결과는 플랜트 운전 결과 검증을 통하여 석탄 가스화 플랜트에 적합한 석탄의 선정, 혼탄 비율 및 첨가제 투입량 결정을 위해 활용될 것으로 기대된다.

• Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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• v.12 no.3
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• pp.179-189
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• 2014

Pyroprocessing has been developed for the purpose of resolving the current spent nuclear fuel management issue and enhancing the recycle of valuable resources. An electrolytic reduction of the pyroprocessing is a process to reduce oxides into metals using LiCl as an electrolyte and requires a post-treatment process due to the inclusion of residual salt in porous metal products. A vacuum distillation has been adopted for various molten salt systems and could be applied to the post-treatment process of the electrolytic reduction. The residual salt in the metal products includes LiCl, alkali chlorides, and alkaline earth chlorides. In this paper, vapor pressures of chlorides have been estimated and the composition changes on the residual liquid during the vacuum distillation process have been calculated. A model combining a material balance and vapor-liquid equilibrium relations has been proposed under a constant vapor discharging flow rate and liquid composition changes have been calculated using the vapor pressures with respect to a dimensionless time. The behaviors have been compared with temperature and molten salt composition changes to simulate the process condition variation. The distillation of the residual salt has been dominated by LiCl which is the main component of the salt and CsCl of which vapor pressure is higher than that of LiCl would be readily removed. RbCl exhibits similar vapor pressure with LiCl and maintains its composition. However, $SrCl_2$ and $BaCl_2$ of which vapor pressures are much lower than that of LiCl are concentrated with time and expected to be possibly precipitated during the distillation when the initial compositions are increased.

• Resources Recycling
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• v.29 no.4
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• pp.3-14
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• 2020

Titanium sponge is industrially produced by the Kroll process. In order to understand the importance of the emerging smelting and recycling process, it is necessary to review the conventional production process of titanium. Therefore this paper provides a general overview of the conventional titanium manufacturing system mainly by the Kroll process. The Kroll process can be divided into four sub-processes as follows: (1) Chlorination of raw TiO₂ with coke, by the fluidized bed chlorination or molten salt chlorination (2) Magnesium reduction of TiCl₄ and vacuum distillation of MgCl₂ and Mg by reverse U-type or I-type with reduction-distillation integrated retorts (3) Electrolysis process of MgCl₂ by monopolar cells or multipolar cells to electrolyze into chlorine gas and Mg. (4) Crushing and melting process in which sponge titanium is crushed and then melted in a vacuum arc furnace or an electron beam furnace Although the apparatus and procedures have improved over the past 80 years, the Kroll process is the costly and time-consuming batch operation for the reduction of TiCl₄ and the separation of MgCl₂.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.60 no.2
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• pp.175-183
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• 2022

With the expansion of the automobile market, the demand for Nd as an essential rare earth material for automobile motors is rapidly increasing. Research on the calcio-thermic reduction process between Nd₂O₃ and calcium-based alloys has been extensively studied in order to manufacture Nd. In this study, Ca-Cu, as a reducing for Nd₂O₃, was prepared by electrolysis in CaCl₂ molten salt. Cu wire and graphite were employed as a working electrode and a counter electrode for electrolysis reaction, respectively. The reference electrode was manufactured by putting Ag wire in a mixture of AgCl and CaCl₂ at a ratio of 1:99 mol%. The cyclic voltammetry results showed that the deposition of Ca²⁺ on the surface of working electrode was observed from a potential of -1.8 V, and the reduction potential of Ca²⁺ decreased as the reaction temperature increased. The diffusion coefficient of Ca²⁺ calculated by the chronoamperometry experiment was found to be 5.4(±6.8)×10^-6 cm²/s. In addition, Ca-Cu liquid alloy was prepared by applying a constant potential to Cu electrodes. The element ratio of Ca-Cu alloy formed by applying a potential of -2.0 V was found to Ca:Cu=1:4.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.4
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• pp.696-701
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• 2012

Non-aqueous processes have been developed for stable management and reuse of spent fuels. Nowadays, a plan for the management of spent fuel is being sought focusing on a non-aqueous process in Korea. Named as pyroprocessing, it includes an electrolytic reduction process using molten salt at high temperature for the spent fuels, which provides metallic product for a following electro-refining process. The electrolytic reduction process utilizes electrochemical reaction producing Li to convert oxides into metals in high temperature LiCl medium. Various kinds of elements in the spent fuels would be distributed in the system according to their respective reactivity with the reductant, Li, and the medium, LiCl. This study elucidates the reactions of the elements to understand the behavior of composite elements on the spent fuels by thermodynamic calculations. Uranium and transuranic are reduced into their metallic forms while rare-earth oxides, except for Eu, are stable against the reaction at a process temperature. This study also covers the tendency of reactions with respect to the temperature and, finally, estimates radioactivity and heat load on the distributed phases based on the reference spent fuel characteristics.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.361-363
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• 2008

탄소 개질반응은 $1200^{\circ}C$(도1) 이상에서 모든 탄화물질과 수분 또는 $CO_2$ 사이에서 흡열/환원반응이 일어나서 합성가스를 생성한다. 개질반응로는 산화반응로와 연결되어, 수소가스와 CO 가스의 혼합인,합성가스가 산화반응로 내에서 산소가스와 연소하여 열과 $H_2O+CO_2$를 생성하여 환원 반응로 내로 유입되어, 환원 반응로를 $1200^{\circ}C$ 이상으로 유지하고, $H_2O$와 $CO_2$는 석탄 속의 모든 탄소를 CO로 개질한다(도2). 동시에 수소가스가 생성되어 합성가스를 생성하게 된다. 석탄 속의 비탄소 물질인 슬래그(Slag)는 개질로 내에 남게 되는데, 개질로를 슬래그 융점(non-fluid point) 이하에서 고체상태로 포집함으로서 Fly-ash로 처리된다. 개질로 내의 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$(석탄 슬래그 융점)로 유지함으로서 개질반응이 지속되어 합성가스가 생성된다. IGCC 시스템에서는 합성가스를 가스터빈 속에서 $O_2E가스와 연소하여 고온의 가스를 생성하여 터빈을 가동해 발전을 하고 배출가스를 $1500{\sim}1700^{\circ}C$에서 배출한다. 재래식 IGCC(도4)에서는 ${\sim}1500^{\circ}C$의 배출가스를 열교환 시스템에 의해 증기를 생성하여 Steam turbine(증기터빈)을 가동하여 추가 전력을 생산했다. 그러나 본 시스템에서는 배출가스(증기와 $CO_2E 가스)를 위의 개질로에 유입하여 개질로 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$로 유지함으로서 더 많은 합성가스를 생성 하게 된다(도3). 이렇게 하여 Oxidation-reduction cycle을 형성하게 된다. 새로운 IGCC 시스템에서 가스 터빈의 배출가스가 석탄 개질로에 연결되고 석탄개질로의 합성가스 출구가 가스터빈의 가스 입구에 연결됨으로서,외부에너지 주입 없이 지속 가능한 가스화 반응과 터빈 사이클(Cycle)을 완성하여 IGCC 시스템의 석탄 열효율을 1단계 상승시켰다. 이렇게 설계된 석탄가스화기는 Lurgi형 석탄가스화 기와 달리 석탄개질반응의 효율을 높일 수 있고, 슬래그 처리가 간단하기 때문에 석탄가스화기가 소형화 될 수 있으며 슬래그(Slag)용융에 따른 석탄가스화기의 외벽손상을 피할 수 있다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.9
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• pp.919-924
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• 1996

사염화우라늄을 제조하기 위한 가장 효율적인 반응계는 이산화우라늄, 염소가스와 탄소분말이다. 여러 가지 실험변수 가운데 이산화우라늄의 염소화반응에 사용된 염소가스 주입량과 탄소의 양이 사염화우라늄 제조에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 각각의 실험변수들에 대한 전화율과 휘발률 계산을 통해 효율적인 반응을 위한 적정 염소가스 주입량과 탄소의 양을 구하였고, 이산화우라늄의 증가함에 따라 직접접촉에 의한 기체-고체반응에서는 전화율과 휘발률은 증가했으나 이후 과량을 첨가함에 따라 감소하였고, 용융염내의 기체-액체반응에서는 전화율의 미미한 증가와 휘발률의 감소를 확인하였가. 염소주입량이 증가함에 따라 전화율과 휘발률이 증가했으며, 과량의 염소가수 주입시 고이온가 염화물의 생성량이 증가하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.314-315
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• 2015

티타늄은 높은 비강도로 알려지고 있어 항공기산업이나 군사산업에 주로 사용된다고 생각하기 쉽다. 그러나 해수와 같은 염화물이온을 함유한 수용액에 대해서는 뛰어난 내식성을 나타내며, 해양토목과 조선관계자는 초 내식성재료로 반영구적인 내구성을 갖는 재료로 보고 있다. 일반적인 페인트 방식법은 일정기간 후에 다시 칠해야 하는데다, 박리된 도료가 환경에 미치는 악영향도 염려되고 있다. 따라서 다시 칠하는 것이 곤란한 초대형 해양 부유구조물에는 티타늄이 매우 효과적인 것으로 기대할 수 있다. 그러나 티타늄은 광석을 제련하여 금속티타늄으로 제조하는 염화 환원공정이 곤란하고 고가여서 선체나 매우 큰 부유식의 해양구조물에는 보급되지 못했다. 따라서 티타늄재료를 선체 등의 구조재로 사용하지 않고 염가의 강판위에 도금하여 내식성을 향상시키는 방법을 생각할 수 있다. 또 해양구조물에 한정하지 않고, 대형 공공시설의 지붕재료나 해수담수화 설비, 화학플랜트 배관에 응용을 기대할 수 있고, 보급이 진전되면 스테인리스제품을 대체할 수도 있다. 티타늄의 평활전해석출 도금기술은 표면처리공학에서 최대의 새로운 개척분야인 것으로 사료된다. 본고에서는 티타늄의 평활피막전해석출 결과와 문제점에 대하여 기술하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.9
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• pp.900-908
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• 2000

일반적인 유리용융과 열처리법을 이용하여 많은 양의 금속구리 미립자가 분산된 Zinc Phosphate 유리를 제조하였다. 금속산화물로는 Cu$_2$O를, 환원제로는 SnO를 사용하였다. XRD와 전자회절로부터 열처리에 의해 금속구리의 결정상이 석출됨을 알 수 있었고, TEM에 의해 석출상의 크기는 수~20nm 정도임을 알 수 있었다. 또한 570nm에서의 광흡수 피크로부터도 금속구리의 석출을 확인할 수 있었다. 석출입자의 크기와 흡광은 석출을 위한 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하였다. XPS 스펙트럼으로는 구리의 산화상태 중 Cu$^{2+}$ 이온의 상태만을 분명히 할 수 있었다. 매질유리의 BO/NBO의 비는 열처리 전후 크게 변화가 없었으며, 열처리 후 Cu$^{2+}$ 이온이 다소 감소되는 경향을 보였다.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.31 no.2
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• pp.101-108
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• 1998

The effect of oxidation-reduction heating conditions on coating adherence of hot-dip galvanized steel containing silicon has beeninvestigated. The presence of a stbke sillicon oxide formed on the steel surface has been shown to be very detrimenal to proper wetting by liquid zinc. When the steel has more than the critical sillicon content neeled to from a stable external oxide, the use of oxidation-reduction method has been found successful in obtaining a good quality, coated product with excellence adhreence. This can be explained by the formation of an iron oxide. The iron oxrtion of the scale is reduced, leaving the stable oxides dispersed in a fresh metallic iron surface layer. This reduced iron surface is easily wetted by the liquid zinc and excellent adherence is obtained.