기기분석 플라즈마에 대해

소개글

기기분석 플라즈마에 대해에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론

2.응용기술

3.응용분야

4.특징

5.성질
등등

본문내용

그 계의 엔트로피를 증가시키며, 쉽게 분해하는 원료의 해리에 아주 유리한 점으로 작용한다. 또한 플라즈마 기술은, 고온 가열후 고온에서의 평형 조성조건에서의 급냉은 결정격자의 변화를 촉진시키거나 광석에서 화학 결합을 단순화하므로서 다루기 어려운 원료의 처리에 도움을 준다. 결정 격자나 결합 구조가 바뀜으로 인하여, 이들 광석을 처리하는 다음 단계 즉, 습식처리와 같은 과정을 손쉽게 해 준다.
기술적으로나 열역하적으로 그 유효성이 이미 증명된 분해 반응은 탄산화물, 산화물, 유화물, 할로겐 화합물등과 복합금속광물 등의 해리에 유효하다. 이러한 응용의 좋은 에로서, lonarc Smelters Ltd.에서 ZrO2의 생산 기술을 개발하여 파이롯트-플랫트 시험까지 발전시킨 사례가 있으며 나중에 이 분야에 대하여 보다 상세히 살펴보게 될 것이다.
(2) 휘말과 승화 공정
이들 두 공정은 플라즈마 장치의 작업 공간을 고온으로 하고 압력 조절을 해 줌으로써 좋은 결과를 얻을 수 있으며, 계의 각 성분을 분리하는데 용이하다. 이 방법은 특히 Cd, Zn, Mg, Bi 나 Pb 와 같은 높은 증기압을 가지는 금속의 처리에 적당하며, 플라즈마 기술은 순수한 증기 형태로 이들 금속을 얻을 수 있고 또한 생성물의 기계적 물리적 성질을 해치는 성분을 제거할 수 있다.
(3) 염화, 산화, 배소 공정
여기, 해리, 이온화된 입자의 농도가 높은 산화 혹은 염화가스 플라즈마가 화학반응에 참여할 경우, 활성화 에너지와 반응속도의 온도 의존성을 실질적으로 감소시킨다. 또한, 처리된 물질의 낮은 온도에서의 반응 속도을 증가시키므로 플라즈마 처리는 여러 종류의 산화나 배소 반응의 속도를 크게 증가시킨다. 그러나, 이들 반응의 효율은 장입 물질이 플라즈마 발생계의 전기회로에 결합되는 방법에 크게 의존한다.
(4) 환원 공정
가장 잘 알려지고 널리 사용되는 플라즈마 금속 공정은 환원 가스에 의한 플라즈마를 사용하여 산화물이나 할로겐 화합물에서 금속을 제련하는 반응이다. 특히, 수소 플라즈마는 열역학적 특성과 화학적 특성을 겸비하고 있어서 전문적인 금속뿐만 아니라 특히 귀금속의 추출에 유리하다. 보통 가스 상태의 환원제를 사용하거나 환원성 플라즈마를 사용한 이러한 많은 반응은 △G°의 값 ( 즉, 깁스 에너지 변화 )을 훨씬 음의 구역으로 이동시킬 수 있다. 그러나 금속이 높은 산소친화력을 가졌더라도 수소 플라즈마에 의한 환원이 보다 더 큰 음의 △G°값을 가지므로 환원이 가능하다. 이러한 반응을 대규모의 생산 공정에 이용하는 것은 수소 플라즈마로 작동할 수 있는 충분히 강력한 플라즈마 토치가 아직 개발되지 않고 있어 큰 어려움을 겪고 있다.
탄소열 반응 ( carbothermal process )의 열역학적 특징을 고려하면, 환원반응에서 온도가 증가하면 반응 생성물의 생성에 유리한 쪽으로 평형이 이동하게 된다. 즉, 효율을 높이고 생성물의 양이 증가시킨다. 플라즈마 가스의 엔탈피가 높은 점은 이미 고로 반응의 경제성을 높이는데 사용되어 왔다. 벨기에의 CRM 연구소에서 수행한 실험에서 보면, 고로 공기와 환원 가스를 2000℃이상 가열함으로써 코크스 비를 75%나 감소시키고 출탕시간의 간격을 아주 급격히 감소시킬 수 있었다. 플라즈마 가열은 단지 종래의 방법을 증대 및 강화시킨 데 비해서 스웨덴의 SKF에서는 광석의 환원에 대한 완전히 새로운 플라즈마 기술을 개발하였다. 이 방법은 사용하는 화석 연료의 양과 질을 최소로 요구하면서 스폰지철이나 제강용 용융철을 생산하는 것이다. 이러한 관점은 고품위 고로 코크스의 양이 한정되어 있고, 비용이 증가하고 있다는 점에서 매우 중요하다. 더욱이 이방법은 심각한 대기오염없이 금속을 함유하는 분체의 처리나 분말상 폐기물 처리가 가능하여 경제적 이득과 생태학적 이점이 합쳐져 앞으로 그 중요성이 점점 더 증대될 것이다.
플라즈마 반응에서 얻을 수 있는 높은 반응속도는 활성 가스 분위기에서 금속 화합물의 연속 혹은 반연속 환원에 이용할 수 있다. 텅스텐과 몰리브덴 산화물은 이미 공업적으로 수소 플라즈마에 의하여 순금속으로 환원이 되고 있고, 이 공정은 기술적으로 경제적으로 충분한 경쟁력이 있음이 증명되었다. 경제적으로나 기술적으로 수소 플라즈마의 응용이 성공한 또다른 분야로는 금속 염화물의 환원이 있다. 이러한 플라즈마 처리의 성공은 기존의 방법에 비해 플라즈마 반응 경로가 단순하며, 전자 분야에서의 반도체 기술처럼 플라즈마 반응로가 반응장치를 혁신적으로 소형화한 점에 있다. 플라즈마의 화학 반응 속도에 관한 충분한 지식을 바탕으로 플라즈마가 공업적으로 더 진전될 수 있는 분야는 다음과 같다. 즉, 공업용의 금속질화물, 붕화물, 탄화물 제조 등이다. 탄소열 환원 반응의 평형 상수를 비교해 볼 때 실제로 모든 금속 산화물의 환원에 플라즈마 가열 반응을 이용할 수 있음을 알 수 있다.
(5) 재용해 공정
불활성 가스나 화학 반응성이 강한 가스에 의한 플라즈마의 높은 온도와 엔탈피 그리고 높은 열전도도는 고융점 금속의 재용해와 합금화를 가능케 하였다. 지금까지의 많은 문헌과 특허들이 이런 반응의 경제적. 기술적인 장점을 설명하고 있다.
이러한 응용이 특히 관심을 끄는 것은 고융점 금속과 합금이 상온이나 고온에서 기계적 응력이나 화학 부식에 대한 저항이 크기 때문이다.
이런 특성을 갖는 금속들은 주기율 표상에서 Ⅳa, Ⅴa, Ⅵa, Ⅶa, Ⅷ족에 속한다. 이들 금속들이 갖는 공통된 특징은 강도 특성이 순금속에서만 얻어지고, 미량의 불순물에 의해서는 아주 나빠진다는 것이다.
특히 해로운 것은 용해된 가스와 입계와 입내 취성을 일으키는 미량성분이다. 플라즈마 기술을 이러한 금속이나 합금에 적용하려는 초기의 시도는 대기압하의 불활성 가스(일반적으로 Ar 과 He ) 분위기에서 재용해를 시도하였으므로 종종 실패하였다. 결과적으로 고가의 원료에 가스 함량이 증가하여 품위가 떨어지게 되는 결과를 얻게되어 플라즈마의 재용해는 부적당한 것으로 간주되었다. 그럼에도 불구하고 순금속과 합금의 제조에 대한 플라즈마 기술의 물리 - 화학적 조건에 대한 이론적인 연구와 감압의 아르곤 분위기에서 실험

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플라즈마,   기기분석,   기기