형석(CaF2) 사용량 저감을 위한 열역학 고찰

형성 사용량 저감을 위한 열역학-동경대학교

 

 

 

<상태도 설명>

Al2O3-CaF2-SiO2계

그림1에 1673K에 있어 평형상태도를 보임

CaF2의 1/2을 Al2O3로 치환하면

SiO2의 용해도가 40mass%에서 SiO2·3Al₂O3·2SiO2포화조성의 55mass%로 상승함

낮은 Al2O3영역에서 2액상공존영역이 존해하여, 산상영역과 경계선은 불소와 산소가 상호치환가능한 관계이기 때문에 SiO2포화선과 교차함.

 

MgO-SiO2-CaF2 계

그림 2에 1673K에 있어 MgO-SiO2-CaF2계의 상평형도임

2액상 공존영역을 핫필라멘트법으로 액상조성을 화학평형법으로 측정한 것으로,

실선이 2액상공존조성, ●가 액상조성, ○이 2고상포화 액상임.

몇%의 MgO의 첨가로 2액상공존영역이 소실함.

또한 MgO에 의해 CaF2친환을 하면 SiO2용해도가 상승함을 알수 있다.

 

Al2O3-FetO-CaF2 계

그림3은 1723K와 1673K에 있어서 Al2O3-FetO-CaF2 상평형임

양상평형도중에 넓은범위쪽에서 FetO·Al2O3 및 2액상공존영역이 존재한다.

Al2O3와 FetO의 치환에 따르면 대부분 2액상공존영역이 좁아지지 않는다.

높은 Al2O3영역에서는 FetO·Al2O3고상이 포화하게 된다.

액상은 FeF2, CaO측으로 분리하므로 그림3은 3상공존이 넓은 영역에 걸쳐서 존해하게 된다.

 

P2O5-CaO-CaF2 계

그림4는 1623K에서의 평형상태도 임

●는 액상조성, ○는 2고상평형액상

P2O5의 소량의 첨가에 의해 CaO용해도가 상승한다.

최대의 CaO의 용해도는 CaO·4CaO·P2O5포화액상에서 53.7mass%임.

CaO포화선과 핫필라멘트법에서 얻어진 CaF2 포화선의 외삽법으로부터 CaO-CaF2양상포화액상조성 및 80mass%CaF2-16%CaO-4%P2O5임

 

결론

: Al2O3-CaF2-SiO2계, MgO-SiO2-CaF2계 양쪽계에서 Al2O3, MgO에 의해 CaF2의 치환되면 SiO2용해도가 상승한다. 따라서, 산화물에 의해 CaF2대체는 어느정도의 범위에서는 가능하다.

: 슬래그로부터 불화물의 분리를 위해 CaF2-FetO의 혼합되지 않는 영역을 이용하면 상분리가 가능하다.

즉, 탈인공정에서 슬래그 발생을 저감하기 위해 CaF2-CaO-P2O5계의 CaO와 CaO·4CaO·P2O5 2상포화조성 액상의 공액선상의 조성이 유리하다.

: 불화물 산화물 융체의 해석을 위해서는 혼합엔탈피 변화가 커야하기 때문에, 융체중의 화학적인 반응을 고려한 모델적응이 유효함. 모델계산으로 측정을 할 수 없는 계에서는 불혼화 영역조성으로 추정이 가능하다.

: 제강프로세스에 있어 불소감량을 위해서

-> 타화홥물에 따른 불화물의 치환

-> 정련플락스 고효율화

-> 폐기슬래그에서 불화물의 회수등의 지침이 될수있음.