$Na_2O$함유 슬라그의 열역학적 성질 및 Subregular Solution model 에 의한 slag-metal 반응의 정량적 해석

Abstract

II-6. 1. $Fe_tO-SiO_2$계 슬라그에서 산화철의 활량을 구하고, 활량곡선을 Fig. 5에 나타내었다. $Fe_tO-SiO_2$ 계의 경우 silica 농도가 큰 범위에서의 산화철 활량은 Schuhmann and Ensio, Bodsworth, 만곡 등의 측정치와 일치하나, 산화철의 농도가 큰 범위에서는 이들의 측정치에 비해 낮은 값을 보인다. 1400 ℃에서 silica 포화영역에서의 산화철의 활량은 0.303이다. 2. $Fe_tO-Na_2O-SiO_2$계 슬라그에서 산화물의 활량을 구하고, 등활량선을 Fig. 8과 Fig. 9에 나타내었다. $N_{Na_2O}/N_{SiO_2}$의 비가 약 0.6 - 0.8일때 등활량선에 변곡점이 나타나며, 변곡점은 산화철의 활량이 낮아짐에 따라 $N_{Na_2O}/N_{SiO_2}$ 값이 큰 쪽으로 변이된다. 산화철의 등활량곡선은 변곡점을 경계로 하여 산성영역에서는 정편위하고 염기성영역에서는 부편위한다. 산성슬라그의 경우에 $Fe_tO-SiO_2$ 2원계에 $Na_2O$를 첨가하면 CaO를 첨가하는 경우에 비해서 산화철의 활량이 크게 증가한다. 3. $Fe_tO-Na_2O-SiO_2$계 슬라그중의 $Fe_2O_3$ 함량을 측정하여 Fig. 13과 Fig. 14에 나타내었다. $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 비는 염기도가 증가할수록 증가하며, 동일한 염기도에서는 염기도가 약 0.85일때를 기준으로 이보다 고염기도에서는 산화철의 농도가 증가함에 따라 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 값이 작아지나, 염기도가 0.85 이하일때는 반대로 산화철의 농도가 증가함에 따라 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 값이 커진다. IV-3. 1. 고체철과 평형하는 용융 $Fe_tO-CaO-CaF_2$ 계 슬라그와 $H_2O/H_2$ 혼합가스간의 평형관계를 1400 ℃에서 측정하여 산화철의 활량을 구하고, 등활량곡선을 Fig. 30에 나타내었다. 2. $CaF_2$의 첨가량이 증가할수록 산화철의 활량계수는 지수함수적으로 증가하며, $Fe_tO-CaO$ 2원계에서의 산화철의 활량계수, $ γ ˚_{Fe_tO}$를 기준으로 할 때 $Fe_tO-CaO-CaF_2$ 3원계에서 의 활량계수와 $F^-$ 이온분률은 다음의 실험식으로 표시된다. $log (γ_{Fe_tO}/ γ˚_{Fe_tO}) = 1.78 N_{F^-}$ 3. 고체철과 평형할 때의 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 비를 구하여 이를 Fig. 34에 나타내었다. 일정한 $Fe_tO mole$ 분률에서는 $CaF_2$의 첨가량이 증가할수록 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 비는 감소하고, 분위중 산소분압이 같은 경우에는 $Fe_tO-CaO-CaF_2$ 계와 $Fe_tO-CaO$계에서의 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 비는 근사한 값을 갖는다. 이로 부터 첨가 된 $F^{-}$ 이온은 $Fe^{3+}$ 이온과 $Fe^{2+}$ 이온의 활량계수의 비와 산소이온의 활량에 영향을 주지 않음을 알수 있었다. 4. 이상의 결과로 부터 $Fe_tO-CaO$ 2원계에 $CaF_2$가 첨가되면 $F^{-}$ 이온은 $Fe^{2+}$ 또는 $Fe^{3+}$ 이온과는 거의 상호작용하지 않고 $Ca^{2+}$ 이온과 clustering되어 산화철의 활량이 증가되는 것으로 추정된다. VII-4. 1. 용융슬라그에서 고체철 또는 평형하는 $Fe_2O_3$의 함량은 subregular solution model을 적용함으로써 정도높게 구할수 있다. $Fe_tO$의 2원계 산화물에서의 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 비를 산출한 결과 1400℃의 순수한 용융 철산화물에서의 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 비는 $0.067(6.96wt.% Fe_2O_3)$로서, 이는 Darken and Gurry가 제안한 $0.071(7.32wt.% Fe_2O_3)$와 근사한 값이다. 본 model에 의하면 산성산화물의 농도가 적은 경우에 $SiO_2$가 $P_2O_5$에 비해서 산성 정도가 큰 것으로 나타나는데 이에 대해서는 추후에 자세히 연구되어야 할것이다. 2.