KR100225736B1 - 폐 PCBs(Printed Circuit Boards, 인쇄회로기판)의 유가금속 회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 PCBs(Printed Circuit Boards, 인쇄회로기판)의 유가금속 회수방법에 관한 것으로, 그 목적은 진동경사판을 이용하는 물리적 선별법을 사용하여 폐 PCBs으로부터 유가금속을 용이하게 회수할 수 있는 폐 PCBs의 유가금속 회수방법을 제공함에 있다.

본 발명은 햄머 밀(충격형 분쇄기)을 이용하여 금속성분은 구형, 비금속성분의 입자형상은 비구형이 되도록 폐 PCBs를 분쇄함과 동시에 금속성분과 비금속성분을 단체 분리하고, 하부 중앙에 진동장치가 장착된 진동경사판의 경사각을 수평방향에 대해 0~50°로 조절하며, 진동장치를 이용하여 진동경사판에 진동을 가함과 동시에, 폐 PCBs 분쇄물을 경사판 위에 공급하여 진동 경사판의 진동에 의해 진동경사판 상부를 굴려 측면 하부로 금속성분과 비금속성분으로 분리되어 떨어지는 분쇄물을 회수용기에서 포집하는 폐 PCBs(인쇄회로기판)의 유가금속 회수방법을 제공하는 것이다.

Description

폐 PCBs(Printed Circuit Boards, 인쇄회로기판)의 유가금속 회수방법

본 발명은 폐 인쇄회로기판로부터 유가금속 회수방법에 관한 것으로, 폐 인쇄회로기판(이하 'PCBs'라 칭함)을 햄머 밀(충격형 분쇄기)로 분쇄하여 금속성분과 비금속성분들을 단체분리함과 동시에 금속성분의 입자 형상을 구형화한 후, 진동경사판을 사용하여 유가금속을 분리 회수하는 폐 PCBs로부터 유가금속 회수방법에 관한 것이다.

전자제품 생산량의 증가 및 관련산업의 급격한 발전으로 제품의 주기가 짧아짐에 따라서 해마다 막대한 양의 폐 PCBs들이 발생하고 있다. PCBs는 금속성분과 비금속성분으로 구성되어 있는데 금속성분은 금(Au), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 은(Ag) 등과 같은 귀금속과 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 등의 일반금속으로 대별된다. 비금속성분으로서는 에폭시 레진(Epoxy resin)과 유리 섬유 등이 있다.

폐 PCBs가 도시광석이라 불리며 오래 전부터 리싸이클링의 대상이 된 것은 귀금속을 함유하고 있는 경계적인 가치 때문이다. 또한 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 주석(Sn) 등도 함유하고 있어 리싸이클링의 대상이 되고 있으며 제련소의 원료로 사용되고 있다.

종래에 사용되고 있는 폐 PCBs의 리싸이클링 기술은 건식법과 습식법으로 대별된다. 지금까지 폐 PCBs의 리싸이클링에는 주로 고로 용련을 사용하는 건식법이 이용되어 왔다. 이 공정은 다양한 종류의 전자부품들이 부착되어 있는 PCBs들로부터 귀금속 및 구리를 회수하는데 목표를 두고 있다. 건식야금법은 형태가 다양한 종류의 스크랩을 구별 없이 처리할 수 있다는 장점이 있으나 대기오염, 귀금속의 손실, 상당량의 슬랙 발생 및 일반금속의 회수율이 낮다는 단점이 있다.

습식법은 플라스틱의 연소와 분진 발생에 의한 공해를 유발하는 건식법보다 환경보호 측면에서 장점을 가지고 있다. 따라서 앞으로 환경규제가 점점 더 엄격하여짐에 따라 습식법은 폐 PCBs으로부터 유가금속의 회수뿐만 아니라 유해원소의 제거에 의한 무해화 처리에 유력한 방법이 될 것이다.

폐 PCBs를 습식법으로 처리하기 위하여 물리적 전처리 공정이 선행되는데 이 공정이 효율적으로 확립되어 있으면 뒤이은 유가금속의 추출 및 분리 정제 공정이 훨씬 용이하여 진다. 특히 PCBs의 경우 산에 의한 금속의 직접 침출시 일부 유기화합물들이 동시에 용해되어 용액을 오염시키고 분리 정제 공정을 어렵게 하는 경우가 종종 발생한다. 따라서 습식법으로 폐 PCBs을 처리하는 경우 먼저 물리적인 선별법으로 PCBs의 구성물을 효율적으로 분리하는 것이 매우 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 진동경사판을 이용하는 물리적 선별법을 사용하여 폐 PCBs으로부터 유가금속을 용이하게 회수할 수 있는 폐 PCBs의 유가금속 회수방법을 제공함에 있다.

본 발명은 진동경사판을 이용하여 금속성분과 비금속성분을 분리, 회수함으로서 달성되는데, 즉, 햄머 밀의 스크린 구멍크기를 0.5~3mm

, 햄머의 회전속도를 1,000~20,000rpm으로 조절하여 폐 PCBs를 -2mm로 분쇄하는 제1단계와, 하부 중앙에 진동장치가 장착된 진동경사판의 경사각을 수평방향에 대해 5~20°로 조절하는 제2단계와, 상기 진동장치를 이용하여 진동경사판에 진동을 가하는 제3단계와, 상기 햄머 밀에 의해 구형의 금속성분과 비구형의 비금속성분으로 단체분리된 폐 PCBs 분쇄물을 경사판의 일측 상단 모서리부에 공급하는 제4단계와, 상기 분쇄물의 형상에 의해 진동이 가해진 진동경사판을 따라 서로 다른 거리로 이동되어 진동경사판 하부의 회수용기내로 분리되어 떨어지는 동, 주석, 납, 니켈, 팔라듐, 은 등의 구형 금속성분과 비구형의 비금속성분을 포집하는 제5단계로 이루어진 폐 PCBs(인쇄회로기판)의 유가금속 회수방법을 제공함에 있다.

제1도는 본 발명의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 구성을 보인 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 진동 경사판 2 : 회수용기

3 : 진동장치 4 : 전위(轉位) 탐지기

5 : 진동 기록기 6 : 분쇄물

햄머 밀을 이용하여 PCBs를 분쇄하면 물리적으로 결합되어 있던 금속성분과 비금속 성분들이 분쇄되면서 서로 단체분리 된다. 이 때 햄머 밀에 의한 분쇄 조건에 따라서 얻어지는 분쇄물의 형상이 달라지는데 햄머 밀을 이용하여 금속성분과 비금속 성분을 분쇄할 경우, 일반적으로 금속성분의 입자들의 형상은 구상이 되고 비금속성분의 입자들의 형상은 길쭉하거나 판상의 불규칙한 모양의 비구형으로 된다.

이와 같은 분쇄물을 경사진 판상에 공급하면, 구상의 금속성분 입자들은 판상위에서 구르면서 이동하는 반면에 구상이 아닌 비금속성분 입자들은 구르지 않는다. 이 때 경사진 판상에 진동을 가하면 구상의 입자들은 진동에 의해 경사진 판상을 굴러 시료 공급구의 수평방향에 가까운 쪽으로 이동하고 불규칙한 형상을 지닌 입자들은 수평방향과 먼 쪽으로 이동하여 분리되는 효과가 뚜렷이 나타난다.

도 1은 본 발명에서 사용한 진동경사판 장치의 개략도를 도시한 것으로, 본 발명은 상기와 같은 분쇄물의 특징을 이용한 것으로, 진동경사판(1), 회수용기(2), 진동장치(3), 전위탐지기(4), 진동기록기(5)로 구성되어 있으며, 햄머 밀을 이용하여 PCBs를 분쇄한 후, 진동경사판(1)을 이용하여 금속성분과 비금속성분을 분리·회수한다.

상기 진동경사판(1)의 재질은 알루미늄이며 경사각(θ)을 수평방향에 대해 0~90°로 조절할 수 있다. 진동경사판(1)을 굴러서 떨어지는 입자 즉, 분쇄물(6)들을 회수하기 위하여 경사판(1) 측면의 하부에, 위치조절이 가능한 다수개의 회수용기(2)를 설치한다. 경사판(1)의 진동은 경사판(1)의 하부에 설치되어 있는 진동장치(3)를 사용하여 가하며, 정현진동을 경사판(1)의 수평방향에 대해 α=30°의 방향, 각 진동수 100πS^-1로 경사판(1)에 가한다. 진동상태는 아래와 같이 진동강도, K_V로 평가한다.

여기에서 c는 편진폭, ω는 각진동수, α는 진동각, g는 중력가속도이다.

경사판(1)의 진동강도를 탐지하기 위하여 전위탐지기(4)와 진동 기록계(5)를 설치하며, 이것을 이용하여 진동장치(3)에 의하여 진동경사판(1)에 가해지는 진동강도를 조절한다.

진동경사판(1)을 이용하여 PCBs으로부터 유가금속들을 분리 회수하는 절차는 다음과 같다.

먼저, PCBs를 적당한 크기로 절단한 뒤 햄머 밀을 이용하여 PCBs를 -2mm로 분쇄한다. 이때 폐인쇄회로기판에 서로 붙어있던 금속성분과 비금속성분들은 햄머 밀에 의해 미세하게 분쇄되면서 서로 단체분리된다. 상기 햄머 밀(충격형 분쇄기)는 이미 공지된 장치로써, 햄머를 회전시키면서 대상물질에 충격을 가하여 대상물질을 분쇄한다. 상기와 같은 햄머 밀에 의해 폐인쇄회로기판을 분쇄할 때, 금속성분의 입자형상은 구형, 비금속성분의 입자형상은 비구형이 되도록 분쇄조건을 조절하는 것이 중요한데, 스크린의 구멍크기는 0.5~3mm

, 햄머의 회전속도는 1,000~20,000rpm가 적당하다.

진동경사판(1)의 경사각(θ)을 수평방향에 대해 0~90°내에서 조절한 후, 진동장치(3)를 이용하여 경사판(1)에 진동을 가한다. 전위탐지기(4)와 진동 기록기(5)를 이용하여 진동강도를 측정하고, 진동강도(Kv)를 0~3으로 정확하게 조절한다.

진동경사판(1)의 경사각과 진동강도의 조절이 끝나면 경사판(1)에 진동을 가하면서 PCBs 분쇄물을 경사판(1) 위에 공급한다. PCBs 분쇄물의 공급지점은 도 1에서 도시한 바와 같이 경사판(1)의 상단 모서리부에 공급한다. 진동경사판(1)에 공급된 PCBs 분쇄물은 진동하고 있는 경사판(1) 위를 굴러서 PCBs 분쇄물의 공급지점으로부터 일정한 거리 즉, 경사판(1) 하단에 설치되어 있는 다수개의 회수용기(2)에 포집된다. 이때 비교적 구형화가 잘 된 금속성분들은 시료의 공급지점으로부터 수평방향으로 가까운 위치 즉, 'Y' 방향에서 가까운 위치의 회수용기(2a,2b,…)에 많이 포집되는 반면에 입자 형상이 불규칙한 비금속성분들은 먼 위치 즉, 'X' 방향으로 먼 위치의 회수용기(2z,2y,…)에 더 많이 포집된다. 이와 같은 공정을 거쳐서 PCBs 분쇄물의 금속성분과 비금속성분들은 서로 분리·회수된다.

본 발명에서 진동경사판(1)의 경사각과 진동강도의 변화에 따른 PCBs 분쇄물로부터 금속성분들을 분리, 회수하는 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

먼저 금속성분들을 단체·분리하기 위하여 햄머 밀(충격형 분쇄기)을 이용하여 PCBs를 분쇄하였다. 이때 분쇄조건은 스크린의 구멍크기가 1.0mm

. 햄머의 회전속도가 7000rpm이었다. 그 다음, 진동경사판의 경사각 θ=10°로, 진동강도를 Kv=1.4로 조절한 뒤 햄머 밀에서 얻어진 PCBs 분쇄물을 경사판(1) 위에 공급하였다.

0~100mm의 위치에 회수용기(2)를 설치하였을 때, 용기(2)에 회수된 금속성분의 회수율은 98%, 품위는 100%이었다. 0~300mm의 위치에 설치된 회수용기(2)에 회수된 금속성분의 회수율은 90%, 품위는 92%이었다.

[실시예 2]

먼저 금속성분들을 단체분리하기 위하여 햄머 밀(충격형 분쇄기)을 이용하여 PCBs를 분쇄하였다. 분쇄조건은 스크린의 구멍크기가 2.0mm

, 햄머의 회전속도가 8000rpm이었다. 그 다음, 진동경사판(1)의 경사각 θ=12°로, 진동강도를 Kv=1.1로 조절한 뒤 햄머 밀에서 얻어진 PCBs 분쇄물을 경사판(1)위에 공급하였다.

0~100mm의 위치에 회수용기를 설치하였을 때, 용기(1)에 회수된 금속성분의 회수율은 45%, 품위는 100%이었다. 0~300mm의 위치에 설치된 회수용기(2)에 회수된 금속성분의 회수율은 85%, 품위는 90%이었다.

이와 같이 본 발명은 진동 장치와 진동경사판을 이용하는 물리적 선별법을 사용하여 폐 PCBs으로부터 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있으며, 상기와 같은 효율적인 물리적 전처리 공정으로, 뒤이은 공정 즉, 유가금속의 추출 및 분리정제 공정등을 용이하게 진행할 수 있다.

또한, 폐 PCBs 및 동박이 입혀진 기판재 스크랩으로부터 동, 주석, 납, 니켈, 팔라듐, 은 등과 같은 유가금속을 용이하게 분리·회수할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (1)

1. 햄머 밀의 스크린 구멍크기를 0.5~3mm

   

   , 햄머의 회전속도를 1,000~20,000rpm으로 조절하여 폐 PCBs를 -2mm로 분쇄하는 제1단계와, 하부 중앙에 진동장치가 장착된 진동경사판의 경사각을 수평방향에 대해 5~20°로 조절하는 제2단계와, 상기 진동장치를 이용하여 진동경사판에 진동을 가하는 제3단계와, 상기 햄머 밀에 의해 구형의 금속성분과 비구형의 비금속성분으로 단체분리된 폐 PCBs 분쇄물을 경사판의 일측 상단 모서리부에 공급하는 제4단계와, 상기 분쇄물의 형상에 의해 진동이 가해진 진동경사판을 따라 서로 다른 거리로 이동되어 진동경사판 하부의 회수용기내로 분리되어 떨어지는 동, 주석, 납, 니켈, 팔라듐, 은 등의 구형 금속성분과 비구형의 비금속성분을 포집하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐 PCBs(인쇄회로기판)의 유가금속 회수방법.

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