KR100250063B1

KR100250063B1 - 폐기 동슬래그를 이용한 배가스정화용 자동차 폐촉매의 귀금속원소 추출방법

Info

Publication number: KR100250063B1
Application number: KR1019980005856A
Authority: KR
Inventors: 반봉찬; 임동묵; 송종윤
Original assignee: 이상한; 코리아리싸이트주식회사; 반봉찬
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2000-04-01
Also published as: KR19990070809A

Abstract

배가스정화용 자동차 폐촉매에는 자동차배기가스의 환경유해원소를 제거하기 위한 촉매인 금, 은, 백금족원소들과 같은 귀금속원소가 상당량 포함되어 있음에도 불구하고 현재 국내에서는 이를 효과적으로 추출할 기술이 마땅치 않아 거의 전량 폐기되거나, 외국에 수출되는 것에 불과한 것이었다.

따라서 본 발명은 동제련공정 중에 발생하는 폐기동(Cu)슬래그의 조성이 귀그속 전식용해법을 이용하여 배가스정화용 자동차 폐촉매를 용융시켜 귀금속원소를 얻고자 할 때 첨가하는 용재성분으로 매우 바람직하다는 것에 착안하여 종래 고가의 용재성분인 생석회나 이산화규소를 대체하여 사용하기 위한 것이다.

Description

폐기 동슬래그를 이용한 배가스정화용 자동차 폐촉매의 귀금속원소 추출방법

본 발명은 동(Cu)제련시에 발생하는 폐기 동슬래그를 이용하여 배가스정화용 자동차폐촉매(이하 배가스폐촉매라 한다.)로 부터 백금(Pt), 팔라디움(Pd), 로듐(Rh)등의 귀금속원소를 추출하는 방법에 관한 것이다.

현재 배가스폐촉매에는 자동차배기가스의 환경유해원소를 제거하기 위한 촉매인 금, 은, 백금족원소들과 같은 귀금속원소를 다량 함유하고 있으나, 국내에는 상기와 같은 배가스폐촉매의 이용방안에 대한 연구는 그다지 진전되어있지 못한 상황이다. 특히 배가스폐촉매에 함유된 귀금속원소를 추출, 정련하는 기술은 아직 미비하므로 배가스폐촉매를 그대로 폐기처분하거나, 조정련상태에서 외국에 수출할 수 밖에 없어 국가적으로 많은 경제적 손실을 보고 있는 실정이다.

현재 배가스폐촉매로부터 귀금소원소를 추출하기위해 여러 가지 방법이 사용되고 있으나, 산이나 알카리용액으로 귀금속원소를 직접 침출시키는 습식법은 수질오염 등의 우려가 있어 세계적으로 점차 사양화되고 있으며, 대신 포집재가 기저에 형성된 플라즈마로나 아크로에 배가스촉매를 용융시켜 슬래그를 조성하고 귀금속원소들을 조금속상태로 포집재에 의해 포집한 후, 이를 소규모의 습식법으로 정련하는 귀금속 건식용해법을 대부분의 국가에서 채택하고 있다.

상기 귀금속 건식용해법은 용융된 배가스폐촉매에서 추출될 귀금속원소의 손실을 줄이는 것이 무엇보다 중요하며, 이를 위해서는 적절한 슬래그조성을 유지하는 것이 매우 중요하다. 또한 상기 슬래그 조성과 염기도 조정은 배가스폐촉매 내의 귀금속원소의 회수측면과 내화물유지, 유동도, 소재화측면에서 대단히 중요한 요소로써, 연재는 배가스폐촉매를 용융시켜 슬래그를 만들기 위해 탄산나트륨(Na₂CO₃), 산화칼슘(CaO), 탄산칼슘(CaCO₃), 이산화규소(SiO₂)과 같은 천연적 용재의 염기성 성분을 사용하여 슬래그의 유동성 및 귀금속의 슬래그 내의 용해도를 저감시키는 방법을 사용하고 있으나, 폐PCB는 로에서 직접 용융시 슬래그 점성도가 크고, 전기 전도도는 적어 전기로에서 이를 적절하게 처리하기가 지극히 어려운 폐단을 갖는다.

또한 슬래그 조성을 조절하기 위한 슬래그 조정제로 상기 원료들을 사용하기에는 이들 원료들이 너무나 고가이고 귀금속원소의 추출율이 낮아 비경제적이며, 귀금속원소의 추출에 많은 시간을 필요로 하는 폐단을 갖는 것이다.

본 발명은 동 제련시의 발생하는 폐동슬래그의 조성이 귀금속원소의 슬래그 내 용해도가 최적임을 감안하여 귀금속건식용해법중 상기 배가스폐촉매의 용융시 귀금속원소를 추출하기 위한 용재로 사용하므로써 배가스폐촉매로부터 귀금속원소를 추출하고자 하는 것이다. 즉 상기 폐동슬래그는 동 제련과정에서 발생하는 것으로 정광 용융후 마트(matte) 용해후나 부분배소후 용융상 용해로 부터, 또는 배소반응후 직접 용융시 발생하거나 슬래그 선광후에 발생하는 슬래그이다.

이들의 화학적 조성은 구리(Cu) 0.3~3.0%, 납(Pb) 0.2~4.8%, 아연(Zn) 0.1~11.0%, 철(Fe) 32.1~44.0%, 유황(S) 0.2~2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO) 0.1~7.4%, 이산화규소(SiO₂) 22.8~37.5%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~8%, 산화철(Fe₃O₄) 3~6%로 이루어져 있으므로, 귀금속건식용해법에 있어서 배가스폐촉매의 용융시 슬래그의 염기도 조정, 전기전도도 조절, 철(Fe)의 재 회수를 위한 철(Fe)의 포집금속으로의 이용등 조업 측면에서 매우 바람직한 용재성분을 함유하고 있는 것이다.

제1도는 본 발명의 공정도.

이하 본 발명의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 배가스폐촉매는 슈레더로 분쇄하는 공정과 상기 공정을 거쳐 분쇄된 배가스폐촉매를 그대로 용융로에 투입하거나 또는 분쇄된 배가스폐촉매를 하소작업을 통해 수지(樹指) 등을 분해시키고, 납(Pb) 등의 휘발성 금속성분은 제거하여 용융로에 투입하고, 또한 폐동슬래그 역시 직경 대략 0,1~10mm이하로 수쇄 또는 크라셔에 의해 분쇄한 뒤, 수분을 건조시켜 역시 용융로에 투입하는 공정을 거친다. 상기 폐동슬래그의 직경을 0,1에서 10mm로 한정하는 이유는 폐동슬래그가 0,1mm이하일 경우에는 비산의 우려가 있고, 10mm이상일 경우에는 용융작업이 곤란하기 때문이다.

이와같이 용융로에 투입된 배가스폐촉매와 폐동슬래그를 용융시킴에 있어서 염기도를 0,7~1,3에 맞춰 용융시키는 공정과 상기 용융공정을 거쳐 배가스폐촉매에 함유되어있던 귀금속원소를 포집한 조금속(粗金屬)을 회수하는 공정과, 상기 조금속을 습식분리공정을 거쳐 귀금속원소를 추출하는 공정으로 이루어진다.

상기 용융로의 온도는 1100~1300℃정도가 바람직하고, 상기 용융로 내의 염기도를 0,7~1,3로 조절하는 이유는 상기 염기도에서 슬래그의 유동성이 가장 좋고, 귀금속원소의 추출을 용이하게 하기 때문이다. 또한 배가스폐촉매의 용융작업에 있어서 열보존 및 조업의 편의성을 위해서 용융로에 투입되는 폐동슬래그의 중량은 원료전체중량의 1/5~1/3정도로 하는 것이 바람직하다. 이는 폐동슬래그의 투입량이 1/5이하일 경우에는 용해작업이 곤란하고, 1/3이상인 경우에는 슬래그의 귀금속함량이 증가하기 때문이다.

본 발명에서 상기한 것처럼 폐기되던 폐동슬래그를 이용하여 배가스폐촉매로 부터 귀금속원소를 추출하므로써 폐기물을 자원화할 수 있을 뿐만 아니라 공해방지의 효과와 저렴한 가격으로 귀금속원소를 회수할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것으로, 바람직한 실시예들을 상기한 제조공정에 따라 시행하였다.

[제1실시예]

배가스폐촉매으로 부터 귀금속원소를 추출하는 실험을 직류아크로와 플라즈마 로에서 시행하였다. 이때 용재로는 구리(Cu) 0.3~3.0%, 납(Pb) 0.2~4.8%, 아연(Zn) 0.1~11.0%, 철(Fe) 32.1~44.0%, 유황(S) 0.2~2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO) 0.1~7.4%, 이산화규소(SiO₂) 22.8~37.5%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~8%, 산화철(Fe₃O₄) 3~6%와 같은 화학적 성분을 갖는 폐동슬래그를 이용하였고, 슬래그의 염기도는 0.8로 맞추어 기저양극 접속을 하여 실시하였으며, 이때 슬래그를 용해하기 전에 로의 가열과 양전극간의 전기적 접촉이 양호하도록 코크스입자를 사용하였으며 이때의 온도는 1200℃이다. 상부와 노저전극의 사이에 스크램을 장입후 아크발생후 배가스폐촉매를 장입하여 약 180분간의 용융후 완전히 용융이 이루어진 후 출탕하였고, 조급속으로부터 습식분리공정을 통해 귀금속원소를 추출하였다.

[제2실시예]

실시예 1과 동일한 성분의 폐동슬래그를 용재로 가스-산소버너 도가니로에서 동일한 방법으로 조금속을 제조하였고, 역시 습식분리공정을 통해 귀금속원소를 추출하였다.

[비교예]

종래의 용재, 즉 산화칼슘(CaO)를 이용하여 배가스폐촉매를 용융하는 용융시험을 단전극 아크로에서 시행하였는데 슬래그의 염기도는 영향 요소를 줄이기 위해 다른 첨가물없이 산화칼슘(CaO)를 이용하여 전기아크로 내에서 제1실시예와 동일한 방법으로 시행하였다.

실시예 1, 실시예 2, 비교예에서 제조된 슬래그의 용출 특성을 평가하기위해 환경오염 공정시험법인 TCLP법에 따라 시료를 건조후 분쇄한 후 용출액과 혼합(1:20)하여 온도 22±3℃, 진폭4~5cm분당 30±2회, 18±2시간 진탕기에서 진탕하여 여과한 후 항목별로 분석을 시행하였으며 귀금속원소의 잔여 함량을 조사하였다.

표에서 제조된 슬래그의 침출특성을 나타낸다.

또한 표 3에 나타난 바와같이 귀금속원소의 추출율을 비교하여 보더라도 종래의 용재와 비교하여 폐동슬래그를 사용할 때 오히려 귀금속원소의 추출율이 높았으며, 실시예 1,2의 경우가 비교예보다 용융시 침출농도도 매우 낮았고, 용융중의 슬래그는 유동성이 좋았으며, 출탕이 원활하였다. 실제 조업측면에서 고려하더라도 실시예 1과 2의 경우가 대단히 용융하기가 용이하였으며, 아크발생이 대단히 양호하였다.

이상 살펴 본 바와 같이 본 발명은 동제련 과정에서 발생되는 폐동슬래를 폐 전자스크랩의 인쇄회로기판으로 부터 귀금속원소 추출시 종래 고가의 용재 대체재로 사용하므로써 배가스폐촉매 내의 귀금속원소를 저렴한 비용으로 생산할 수 있으며, 종래 폐 가전제품 등의 배가스폐촉매의 폐기로인한 공해방지에 일조할 수 있으며, 종래의 용재와 비교하더라도 귀금속원소의 추출율이 오히려 나은 효과를 갖는 발명인 것이다.

Claims

배가스폐촉매를 슈레더로 분쇄하는 공정과, 상기 공정을 거쳐 분쇄된 배가스폐촉매를 그대로 용융로에 투입하거나 또는 분쇄된 배가스폐촉매를 하소작업을 통해 용융로에 투입하고 용재에 의해 배가스폐촉매로 부터 귀금속을 추출하는 귀금속건식용해법에 있어서 상기 배가스폐촉매가 투입된 용융로에 화학적 조성이 구리(Cu) 0.3~3.0%, 납(Pb) 0.2~4.8%, 아연(Zn) 0.1~11.0%, 철(Fe) 32.1~44.0%, 유황(S) 0.2~2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO) 0.1~7.4%, 이산화규소(SiO₂) 22.8~37.5%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1~8%, 산화철(Fe₃O₄) 3~6%로 이루어진 폐동 슬래그를 직경 0,1~10mm 크기로 분쇄하여 수분을 건조시킨 뒤 투입하고, 상기 배가스폐촉매와 폐동슬래그를 염기도가 0,7~1,3이 되도록 용융시키는 공정과, 상기 용융공정을 거쳐 배가스폐촉매에 함유되어있던 귀금속원소를 포집한 조금속(粗金屬)을 회수하는 공정과, 상기 조금속을 습식분리공정을 거쳐 귀금속원소를 추출하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 폐기 동슬래그를 이용한 배가스정화용 자동차 폐촉매의 귀금속원소 추출방법.