게시판 > 질답게시판 > 황산+불산 혼합용액에 과산화수소 첨가시 농도 변화 문의 드립니다

태극기는우… tnsgh1991

20-07-06 02:42

안녕하세요?
제가 글쓰기게 안되어서 죄송하지만..
댓글에 질문을 올립니다...ㅠㅠㅠ 정말 죄송합니다..
회원가입을 했는데... 글을 못쓰게 되어 있네요...
제질문은 다음과 같습니다..

시린지를 통해 가스크로마토그래피로 기체를 분석하고자 합니다. 그래서 그 안에 몰분율을 알고 싶습니다..

0.6ml 시린지를 이용한 가스크로마토그래피 결과, 산소 0.2ml, 질소 0.4ml가 있다는 것을 안다면, 각각의 몰분율을 알 수 있나요?...

대기압 중에 측정한 것입니다...

PV=nRT에서 R,T는 동일하므로, PV=n인데...

여기서, P는 대기압 조건이므로 V=n이 되어 즉, 부피비가 몰분율이 되는것인지 아니면,

실린지 내 P가 각각의 부분압력으로 구성되어 있는건지...

스테파노 Stefano

20-07-06 09:48

(1) 제철공장에서 생산된 철의 표면 세척에 사용하는 묽은 산 용액은 금속 표면의 산화철 산세 후에 수용성 염의 형태로 씻겨져 나와야 하므로 [SO4--]와 [F-]의 농도는 변함이 없고 소모되는 것은 [H+]이온일 것입니다. 따라서 공정관리를 위해서는 [H+]의 농도를 일정하게 유지하는것이 필요할 것입니다.

(2) 언급한 두종류의 산을 사용한 산세(Picking)공정의 화학반응은 다음과 같다고 봅니다

FeO + H2SO4 ---> FeSO4 + H2O ....(1a) 2가 산화철 FeO의 산세 반응, FeSO4는 물 속에서 [Fe++] 와 [SO4--]로 이온화되기 때문에 [SO4--] 농도변화는 없고 [H+]이온의 양만 줄어듦.
Fe2O3 + 3H2SO4--->Fe2(SO4)3 + 3H2O.....(1b) 3가 산화철의 산세반응 Fe2(SO4)3는 수용액에서 [Fe+++]와 [SO4--]로 이온화 되기 때문에 [SO4--] 농도변화는 없고 [H+]이온의 양만 줄어듦.

FeSO4------------->Fe++ + SO4--...(2) FeSO4의 이온화 반응

H2O2-------------->H2O + O-- ......(3) 과산화수소로부터 산소이온 발생

Fe++ + O-- ----->Fe+++ + 1/2O2.....(4) O--의 산화작용

FeO + 2HF -------> FeF2 + H2O ...............(1c) 2가철의 HF에 의한 산세반응, 반응후에도 [F-] 이온농도 변환없음
Fe2O3+ 6HF--------> 2FeF3 + 3H2O..........(1d) 3가철의 HF에 의한 산세 반응, 반응후에도 [F-] 이온농도 변환없음쓰

(3) 산세를 위해 H2SO4와 HF를 섞어 사용하는 이유는 FeSO4, 혹은 Fe2(SO4)3의 용해도가 낮기 때문일 것으로 추측합니다. 용해도가 좋은 염으로는 염산염이 될 것이나 HCl은 산증기가 많이 발생하기 때문에 피하는 것이고 HCl을 대신해서 황산과 HF를 섞어서 사용하는 것으로 보입니다.

(4) 산세후 염분의 농도가 높으면 산세 및 수세 후에도 염이 석출되어 금속 표면에 남아 있을 수 있기 때문에 염의 농도를 측전하는 것이 필요합니다. pH와 염분온도를 측정하는 방법을 찾아 보세요. 농도가 높으면 측정하기 어렵겠지만 pH Meter, 전도도 등을 사용하고 있는 사례가 있는지 조사해 보세요.

(1) 제철공장에서 생산된 철의 표면 세척에 사용하는 묽은 산 용액은 금속 표면의 산화철 산세 후에 수용성 염의 형태로 씻겨져 나와야 하므로  [SO4--]와 [F-]의 농도는 변함이 없고 소모되는 것은  [H+]이온일 것입니다.   따라서 공정관리를 위해서는 [H+]의 농도를 일정하게 유지하는것이 필요할 것입니다.

(2) 언급한 두종류의 산을 사용한 산세(Picking)공정의 화학반응은 다음과 같다고 봅니다

FeO + H2SO4 ---> FeSO4 + H2O ....(1a)   2가 산화철 FeO의 산세 반응,  FeSO4는 물 속에서  [Fe++]  와  [SO4--]로 이온화되기 때문에 [SO4--] 농도변화는 없고 [H+]이온의 양만 줄어듦.
Fe2O3 + 3H2SO4--->Fe2(SO4)3 + 3H2O.....(1b)   3가 산화철의 산세반응 Fe2(SO4)3는 수용액에서 [Fe+++]와 [SO4--]로 이온화 되기 때문에 [SO4--] 농도변화는 없고 [H+]이온의 양만 줄어듦.

FeSO4------------->Fe++  +  SO4--...(2)   FeSO4의 이온화 반응

H2O2-------------->H2O   +  O--  ......(3)  과산화수소로부터 산소이온 발생

Fe++ +  O--  ----->Fe+++   +    1/2O2.....(4) O--의  산화작용

FeO + 2HF -------> FeF2 + H2O ...............(1c)  2가철의 HF에 의한 산세반응,  반응후에도 [F-] 이온농도 변환없음
Fe2O3+ 6HF--------> 2FeF3 + 3H2O..........(1d)  3가철의 HF에 의한 산세 반응, 반응후에도 [F-] 이온농도 변환없음쓰

(3) 산세를 위해 H2SO4와 HF를 섞어 사용하는 이유는 FeSO4, 혹은 Fe2(SO4)3의 용해도가 낮기 때문일 것으로 추측합니다.  용해도가 좋은 염으로는 염산염이 될 것이나  HCl은 산증기가 많이 발생하기 때문에 피하는 것이고  HCl을 대신해서 황산과 HF를 섞어서 사용하는 것으로 보입니다.

(4) 산세후 염분의 농도가 높으면 산세 및 수세 후에도 염이 석출되어 금속 표면에 남아 있을 수 있기 때문에 염의 농도를 측전하는 것이 필요합니다.     pH와  염분온도를 측정하는 방법을 찾아 보세요.   농도가 높으면 측정하기 어렵겠지만  pH Meter, 전도도 등을 사용하고 있는 사례가 있는지 조사해 보세요.

오다	20-07-06 18:49

스테파노님. 답변 정말 감사합니다!

과거 질산, 불산을 사용하다가 환경문제로 황산, 불산으로 변경 사용중입니다.,
황산/불산 농도 관리 및 일정수준 Fe 농도가 되면 용액을 교체하는 방식으로 큰 문제는 없었으나,

신규 분석기가 과수 투입에 따라 황산농도가 감소하는 부분이 이해가 가질 않아서요.

스테파노님 답변에서도 황산, 불산 모두 H+ 이온 소모가 일어나고, SO4--, F- 농도가 그대로라면,
불산 농도도 같이 떨어져야 할 것 같은데 그렇지가 않네요..

과수 12g/L 정도를 투입하면 황산은 80→60g/L 까지 떨어지는데, 불산은 20g/L 그대로 인데,,
분석기의 분석 방법을 재확인해 보아야 할까요?

메이커 문의시
황산은 [pH 적정]으로 총산을 측정하고 불산 측정값을 제외한 황산의 함량을 분석
불산은 [mv 적정] 방법으로 F 이온과 반응하는 적정액을 이용하여 불산의 함량을 분석 한다고 합니다.

여기서 불산은 F 이온 값이라 변동이 없고, pH 적정이라는게 H+ 감소에 따른 변동이 있는 것인지..

메이커 회신에서는 불산보다 강산인 황산만 과수가 철의 산화에 반응하는 양만큼 반응해서 감소한다는데,
과거에는 그런 현상을 인지 못했고, 불산은 변동이 없어서 한번 더 문의를 드려봅니다.

항상 명쾌한 글 감사드립니다. 오늘 하루도 좋은 하루 되십시오!

스테파노 Stefano

20-07-06 09:53

회원가압시 서명란에 간단히 자기소개 (경력, 전공, 담당업무정도)적어 두어야 회원가입 승인이 됩니다.
답글에 달린 질문에 대한 답변..

기체의 농도는 부피농도로 계산하면 됩니다. 고압에서는 차이가 날 수 있지만 저압에서는 몰농도=부피농도로 계산합니다.

산소= (0.2)/(0/2+0.4) = 0.3333.... 부피분율 33.3% ---> 몰분율 33.3%

스테파노 Stefano

20-07-08 17:09

H2SO4와 HF의 혼합물이 투입되어 산화철과 반응한 후 잔류 H+이온을 분석하고 F-농도를 뺀 다고 하였는데 SO4-- 농도와 F-농도는 변함이 없으므로 (투입황산몰수*2)-(잔류 F-몰수) = (황산에서 소모된 H+ 몰수)로 계산하면 당연히 맞지 않는 계산이 됩니다.

투입한 산중 황산과 불산이 함께 남아 있다고 해도 황산과 HF를 투입한다면 황산은 불휘발성 산이므로 대부분 남아있고 휘발성 산인 불산이 증발해서 달아날 요소가 있다고 봅니다.

Picking 과정의 상태를 봐가면서 황산과 불산의 투입량을 조절해 보는것이 필요합니다.
(작년까지만 해도 고순도 불산은 일본에서 많이 수입했다고 하는데 100% 국산화 했다고 하므로 전자공장의 폐산을 값싸에 이용할 수도 있을 법합니다.)