Mineral Carbonation of Serpentinite: Extraction, pH swing, and Carbonation

Mineral carbonation by indirect method has been studied by serpentinite as cation source. Through the carbonation of $CO_2$ and alkaline earth ions (calcium and magnesium) from serpentinite, the pure carbonates including $MgCO_3$ and $CaCO_3$ were synthesized. The extraction solvent used to extract magnesium (Mg) was ammonium sulfate ($(NH_4)_2SO_4$), and the investigated experimental factors were the concentration of $(NH_4)_2SO_4$, reaction temperature, and ratio of serpentinite to the extraction solvent. From this study, the Mg extraction efficiency of approximately 80 wt% was obtained under the conditions of 2 M $(NH_4)_2SO_4$, $300^{\circ}C$, and a ratio of 5 g of serpentinite/75 mL of extraction solvent. The Mg extraction efficiency was proportional to the concentration and reaction temperature. $NH_3$ produced from the Mg extraction of serpentinite was used as a pH swing agent for carbonation to increase the pH value. About 1.78 M of $NH_3$ as the form of $NH_4{^+}$ was recovered after Mg extraction from serpentinite. And, the main step in Mg extraction process of serpentinite was estimated by geochemical modeling.

사문암(Serpentinite)을 이용한 광물탄산화: Mg 추출과 pH swing 및 탄산화

간접 탄산화(indirect method) 및 양이온 공급원으로 사문암(serpentinite)을 이용하여 광물탄산화 연구를 수행하였다. 이산화탄소와 사문암 내 알칼리 토금속(칼슘과 마그네슘)의 탄산화 반응을 통해 고순도의 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 합성할 수 있었다. 마그네슘 추출을 위해 황산암모늄을 사용하였고 Mg 추출률 향상을 위해 황산암모늄 농도, 반응온도 및 사문암과 추출 용매의 비(고액비) 등 여러 반응 변수를 검토하였다. 본 연구로부터 2 M 황산암모늄을 사용하여 $300^{\circ}C$ 반응온도에서 고액비(5 g/66 mL) 실험을 진행한 경우 약 80 wt% 이상의 Mg를 얻을 수 있었다. Mg 추출률은 추출 용매 농도 및 반응온도와 비례하여 증가하였다. 사문암의 Mg 추출 과정에서 얻어진 암모니아($NH_3$)는 회수하여 탄산화 과정에서 필요한 pH 복원제(pH swing agent)로 활용하였다. 본 연구를 통해 약 1.78 M 암모니아를 회수할 수 있었고 지구화학 모델링을 통해 사문암의 Mg 추출 과정의 핵심 단계를 해석하고자 하였다.