마그네슘 정련 기술 최종 보고서

본 소개 내용은 Government of Canada에서 발행한 "Final Report on Refining Technologies of Magnesium(마그네슘 정련 기술 최종 보고서)"의 연구 내용입니다.

1. 개요:

• 제목: Final Report on Refining Technologies of Magnesium (마그네슘 정련 기술 최종 보고서)
• 저자: S. Bell, B. Davis, A. Javaid and E. Essadiqi
• 발행년도: 2006년 3월
• 발행 저널/학회: Government of Canada, Report No. 2003-19(CF)
• 키워드: 마그네슘, 정련, 재활용, 플럭스, 무플럭스, 증류, 습식제련, 스크랩, 환경.

2. 초록 / 서론

마그네슘 재활용은 자동차 다이캐스팅 분야에서 금속 사용이 증가함에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다. 이러한 성장을 지속하려면 모든 형태의 다이캐스트 마그네슘 스크랩을 재활용해야 합니다. 현재는 플럭스 또는 무플럭스 방법을 사용하여 고품질(클래스 1) 스크랩만 일상적으로 재활용됩니다. 이는 기존 정련 기술이 다양한 종류의 스크랩을 적절하게 세척하는 데 어려움이 있기 때문입니다. 이 보고서는 상업, 파일럿 플랜트 및 연구 규모의 현재 정련 기술에 대한 포괄적인 개요를 제공하는 것을 목표로 합니다.

3. 연구 배경:

연구 주제 배경:

자동차 산업에서 마그네슘 사용이 크게 증가했습니다. 다이캐스팅에서 약 50%의 수율로 인해 다량의 마그네슘 기반 스크랩이 발생했습니다.

기존 연구 현황:

1999년 국제 마그네슘 협회(IMA) 보고서에서 참조된 기존 연구는 생성되는 스크랩 유형을 정량화합니다: 41% 클래스 1 스크랩, 5% 드로스, 5% 반환물, 36% 게이트, 러너 및 트림 스크랩¹. 대부분의 다이캐스팅은 클래스 1 마그네슘 스크랩을 사용합니다.

연구 필요성:

클래스 2-8 마그네슘 스크랩은 경제적으로 실행 가능한 옵션으로 간주되지 않습니다. 이러한 클래스는 방법을 비경제적으로 만들고 마그네슘 스크랩을 매립하거나 비축하게 합니다.
모든 스크랩 유형의 마그네슘 사용 및 축적 증가는 보다 효과적인 마그네슘 정련 시스템에 대한 수요를 증가시키고 있습니다.

4. 연구 목적 및 연구 질문:

연구 목적:

상업, 파일럿 플랜트 및 연구 규모에서 사용되는 현재 정련 기술을 제시합니다.

핵심 연구:

플럭스 기반 및 무플럭스 방법과 대체 접근 방식을 포함하여 기존 정련 기술에 대한 더 나은 이해를 제공합니다.

5. 연구 방법론

연구 설계:

이 보고서는 문헌 검토 및 분석입니다. 독창적인 실험적 연구 설계는 제시되지 않습니다.

데이터 수집 방법:

데이터는 출판된 보고서, 특허 및 산업 간행물에서 수집되었습니다. 특정 출처는 참고 문헌 섹션에 나열되어 있습니다.

분석 방법:

분석은 질적이며, 작동 원리, 장점, 단점 및 다양한 스크랩 클래스에 대한 적용 가능성에 따라 다양한 정련 기술을 종합하고 분류합니다.

연구 대상 및 범위:

이 연구는 다음을 포함한 광범위한 마그네슘 정련 기술을 포괄합니다.

• 플럭스 정련 (조성, 첨가제)
• 무플럭스 정련 (염로, 불활성 가스 및 필터, 진공 증류)
• 기타 방법 (습식 제련)
• 마그네슘 스크랩 분류 (부록 A)
• 전처리 요구 사항 (부록 B)

6. 주요 연구 결과:

핵심 연구 결과:

이 보고서는 주요 정련 기술을 분류하고 설명합니다.

1. 플럭스 정련: 마그네슘을 산화로부터 보호하고 불순물을 제거하기 위해 용융 염 플럭스를 사용합니다. 플럭스의 주요 구성 요소(MgCl2, KCl, BaCl2, CaF2)³와 특정 금속 불순물 제거를 위한 첨가제(MnCl2, B, Be)의 역할이 설명되어 있습니다. 일반적인 플럭스 정련 공정 흐름은 "Fig. 1 – Flux refining process."에 나와 있습니다.
2. 무플럭스 정련: 여러 기술이 논의됩니다.
   • 염로 기술: Norsk Hydro에서 개발한 이 방법은 다중 챔버 노에서 입자 침강 및 부착을 사용합니다("Fig. 2 - Schematic picture of a four-chamber casting refining furnace"7.).
   • 불활성 가스 및 필터 정련: 불활성 가스(일반적으로 아르곤) 살포 및 여과를 사용하여 개재물을 제거합니다. 이러한 방법을 결합하는 효과는 Dow의 공정을 예로 들어 자세히 설명합니다("Fig. 6 – DOW chemical plant for fluxless refining of magnesium die-casting scrap"15.).
   • 진공 증류 정련: 매우 높은 순도의 마그네슘(99.999%)을 생산하기 위한 진공 증류의 가능성을 탐구합니다. 특허받은 장치가 설명되어 있습니다("Fig. 8 - Patented vacuum distillation apparatus"16.).
3. 습식 제련: 슬래그 및 드로스 재활용을 위한 습식 제련 공정을 간략하게 언급합니다.

제시된 데이터 분석:

• 마그네슘 기반 스크랩의 양이 증가했습니다.
• 캐나다 천연 자원부는 2000년에 전 세계에서 생산된 모든 1차 마그네슘의 30%가 다이캐스팅 산업에서 사용된 것으로 추정했습니다.
• 플럭스 정련: 액체 플럭스와 용융 금속 사이의 최상의 상호 작용은 705°C³에서 달성되는 것으로 밝혀졌습니다.
• 염로 기술: Norsk Hydro는 시간당 2-3톤의 정제된 마그네슘을 생산할 수 있습니다.
• 불활성 가스 및 필터 정련: 테스트된 필터는 0.114cm의 개구부를 가진 410 스테인리스 스틸, 원통형, Johnson 웨지 스크린이었습니다. 위의 살포기를 사용하여 아르곤 살포만으로 100/cm²의 개재물 함량을 가진 마그네슘 용융물을 생성하는 것으로 결정되었습니다. 0.08cm 크기 이상의 비금속 개재물의 결과 수는 평균 0.05/cm² 미만이었습니다.

그림 이름 목록:

• "Fig. 1 – Flux refining process."
• "Fig. 2 - Schematic picture of a four-chamber casting refining furnace"7.
• "Fig. 3 – Flowchart for Norsk Hydro Canada Inc.'s magnesium scrap recycling facility".
• "Fig. 4 – Vertical partitions for continual refinement of magnesium scrap"11.
• "Fig. 5 – Filter for removal on inclusions from molten magnesium scrap alloys"16.
• "Fig. 6 – DOW chemical plant for fluxless refining of magnesium die-casting scrap"15.
• "Fig. 7 - Rauch's in-house recycling furnace"15.
• "Fig. 8 - Patented vacuum distillation apparatus"16.
• "Fig. 9 - Innovative recycling path for future treatment of automotive magnesium scrap".

7. 결론:

주요 결과 요약:

• 플럭스 정련은 더 더러운 스크랩에 효과적이지만 불순물을 유입시킬 수 있으며 환경 문제가 있습니다.
• 무플럭스 정련은 더 높은 순도 가능성을 제공하지만 일부 기술의 경우 더 깨끗한 스크랩(클래스 1)으로 제한될 수 있습니다.
• 진공 증류는 매우 높은 순도에 대한 가능성을 보여주지만 실용성과 처리량에 문제가 있습니다.
• 습식 제련은 특정 폐기물 흐름(슬래그, 드로스)에 적합하지만 모든 스크랩 유형에 경제적이지 않을 수 있습니다.

연구의 학술적 의의:

이 보고서는 다양한 출처의 정보를 통합하여 마그네슘 정련 분야의 최신 기술에 대한 귀중한 개요를 제공합니다. 연구원 및 업계 전문가에게 유용한 참고 자료 역할을 합니다.

실제적 의미:

이 보고서는 마그네슘 재활용의 과제와 기회를 강조합니다. 특히 클래스 1 이외의 더 넓은 범위의 스크랩 클래스를 처리하기 위한 개선된 정련 기술의 필요성을 강조합니다. 이는 자동차 산업에서 마그네슘 사용의 경제적, 환경적 지속 가능성에 매우 중요합니다.

연구의 한계 및 향후 연구 분야:

• 이 보고서는 문헌 검토를 기반으로 하므로 결과는 검토된 간행물의 가용성과 범위에 따라 제한됩니다.
• 이 보고서는 독창적인 실험 데이터를 제시하지 않습니다.
• 향후 연구는 저급 마그네슘 스크랩을 위한 비용 효율적이고 환경 친화적인 정련 방법을 개발하는 데 중점을 두어야 합니다. 여기에는 무플럭스 기술의 발전 탐구, 진공 증류 최적화, 새로운 접근 방식 조사가 포함됩니다.

8. 참고 문헌:

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9. 저작권:

• 본 자료는 S. Bell, B. Davis, A. Javaid and E. Essadiqi의 논문: "Final Report on Refining Technologies of Magnesium"을 기반으로 합니다.
• 논문 출처: https://www.researchgate.net/publication/242158707

본 자료는 위 논문을 소개하기 위해 작성되었으며, 상업적 목적으로의 무단 사용을 금합니다.
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