국내 천연 흑연광의 고순도 흑연 생산을 위한 부유선별-화학적 정제에 대한 실험적 연구
Experimental Study on Flotation-Chemical Purification for High-Purity Graphite Production from Domestic Natural Graphite Ore
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초록
본 연구는 충청남도 당진시 금암 지역에서 채취한 천연 흑연광을 대상으로 부유선별과 황산-불산을 활용한 화학적 정제 공정으로부터고순도 흑연 제조 가능성을 실험적으로 검토하였다. 다단 부유선별 공정을 적용한 결과, 총 탄소 함량 70 wt.%의 정광을 얻었다. 이후, 화학적 정제를 통하여 고순도 흑연 생산 특성을 평가하기 위해 황산과 불산의 다양한 농도로 설정하여 실험을 수행하였다. 이에 황산(0.05-5.0 M) 및 불산(0.05-5.0 M) 농도를 변화시켜 정제 거동을 비교한 결과, 황산 단독 처리에서는 순도 향상이 거의 없었으나, 불산 농도가 증가함에 따라 탄소 함량이 급격히 상승하였고 5.0 M HF 조건에서 99.9 % 이상의 고순도 흑연을 얻을 수 있었다. SEM–EDS 분석결과, 고농도 HF 처리 시 Si, Al, Fe 성분 등이 제거되었으며, 입도분석에서도 화학 정제 후 입자 크기가 균일해지는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 SiO2 함량이 높은 규산염계 흑연광의 특성으로 인해 황산보다 불산이 정제에 미치는 효과가 더 큰 것으로 파악된다.
Abstract
This study investigated the production of high-purity graphite from natural graphite ore collected in Geumam, Dangjin, Korea. The ore was processed using a combined flotation and acid purification process involving sulfuric acid (H2SO4) and hydrofluoric acid (HF). A conventional, multi-stage flotation process yielded a graphite concentrate with an approximate grade of 70 %. Purification experiments were then conducted under various H2SO4 (0.05-5.0 M) and HF (0.05-5.0 M) concentrations to evaluate their effect on purification performance. The results showed that H2SO4 treatment alone had little effect on enhancing the purity, whereas carbon content significantly increased with higher concentrations of HF, achieving over 99.9 % purity at a concentration of 5.0 M. SEM-EDS analysis confirmed that silicon (Si), aluminum (Al), and iron (Fe) impurities were almost completely removed under high-HF conditions. Particle size analysis revealed a more uniform distribution after chemical purification. These findings suggest that HF plays a dominant role in impurity removal from SiO2-rich siliceous graphite ores compared to H2SO4.