탄탈륨 스크랩을 활용한 고순도 탄탈륨 금속 분말 제조 연구

초록

탄탈륨은 높은 융점, 높은 강도, 연성과 같은 우수한 기계적 특성 및 우수한 항산화 기능뿐만 아니라 내열성 좋은 특성 때문에 화학 및 산업 분야, 전기 전자 재료, 고강도 재료 및 생물 재료에서의 탄탈 사용에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만 탄탈륨은 소수의 선진국 업체들이 시장을 독점하고 있어 국내 탄탈륨 산업에서 원자재 전량을 해외수입에 의존하고 있을 뿐만 아니라 탄탈륨 제조 기술 및 재활용 기술이 거의 공개되지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 탄탈륨 스크랩을 활용하여 중간 화합물인 K2TaF7 제조하고, 최종적으로 Na를 환원제로 사용한 금속 열 환원법에 의해 탄탈륨 금속 분말을 제조하였다. 탄탈륨 분말 제조를 위해 사용된 탄탈륨 스크랩은 전자산업에 많이 사용되는 노광램프로부터 스프링 형태로 회수되었다. 이러한 탄탈륨 스프링을 불산을 사용하여 용해시키고 KF를 활용한 결정화공정을 통해 K2TaF7 화합물로 제조하였다. 이 후 제조 된 K2TaF7을 원료로 하여 Na를 이용하여 금속열환원을 실시해 최종적으로 탄탈륨 금속을 제조하였다. 원료물질과 환원제인 Na는 화학양론에 따라 1: 5의 몰 비로 각각 첨가하였고 NaCl이 희석제로 추가 장입 되었으며 Na 금속의 투입 방법은 소량을 외부 공급기를 통해 실시간 온도 확인을 하며 주입하였다. 반응 후 반응기 내 탄탈륨 분말 및 반응 부산물들을 회수하여 수세 공정을 실시하였고, 제조 된 탄탈륨 순도 향상과 수세과정 중 생성 된 K2Ta2O3F6와 같은 산화물을 제거하기 위해 산세 처리를 진행 하였다. 산세 처리 후 ICP-OES 와 N/O 분석기를 통해 불순물과 산소의 함량을 측정하였으며, 형상, 입도, 상분석등 다양한 물성평가를 통해 최종적으로 제조 된 탄탈륨 분말의 특성 평가를 실시하였다.