KR100369739B1

KR100369739B1 - 시안화 금카리 제조방법

Info

Publication number: KR100369739B1
Application number: KR10-2000-0062158A
Authority: KR
Inventors: 김치권
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2000-10-21
Filing date: 2000-10-21
Publication date: 2003-01-30
Also published as: KR20020031018A

Abstract

본 발명은 금 도금재인 시안화 금카리(K[Au(CN)₂])의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직경 1 ∼ 3㎜인 금입자(순도 99.99％)를 제조장치의 양극에 장입한 후 직류 전압을 가하여 시안화 금카리를 제조함으로써 제조공정을 단순화시켜 원자재에 대한 금리의 감소를 유도하여 제조비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 공해물질의 발생을 최소화시키면서 시안화 금카리를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 직경이 1 ∼ 3㎜이고 순도가 99.99％인 금입자(5)를 원통형 전해조(1)의 양극실(7) 중앙에 형성된 원통형 양극(4) 내부에 장입하고 농도가 10 ∼ 20％인 시안화 카리 수용액과 농도가 20 ∼ 25％인 수산화 카리 수용액을 각각 양극실(7)과 음극실(8)에 채우며 전해액의 온도를 40 ∼ 50℃, 교반기의 회전속도를 300 ∼ 400RPM으로 일정하게 유지한 후 5 ∼ 10Volt의 직류전압을 통전하여 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)를 용해하고 금입자가 완전히 용해하면 전원을 차단하고 양극실 전해액을 회수한 후 이를 가열농축하여 결정화시킨 다음 건조하여 백색 결정의 시안화 금카리를 제조하는 것이다.

Description

시안화 금카리 제조방법{Manufacturing process of potassium dicyanoaurate}

일반적으로, 귀금속 도금재는 각종 장식, 장신구 뿐만 아니라 급속도로 성장을 더해가고 있는 전자산업 및 반도체 산업에 없어서는 안될 필수적인 재료로 근래에 이르러 국내 전자산업의 비약적인 발전에 힘입어 금, 은, 파라듐 및 백금 도금재의 소요량은 급격히 증가하였다.

또한, 금 도금재인 시안화 금카리는 매우 고가인 고순도 지금(地金)을 사용하기 때문에 제조공정을 단축시켜 빨리 제품을 제조하여 원자재에 대한 체금금리를 감소시키는 것과 또한 왕수, 염산, 암모니아수와 같은 유독물질과 독극물인 시안화 카리를 사용하므로 제품 제조시 공해물질을 대량 발생하고 있으므로 이를 최소화하는 것이 최대 관건으로 대두되고 있다.

종래의 시안화 금카리 제조는 도 1 에 나타낸 바와 같이 여러 단계의 공정을 거쳐 제조된다.

즉, 금의 순도가 99.99％인 지금(地金, Au)에 왕수를 가하여 가열, 분해시킨 후 용액중에 함유되어 있는 질산을 제거하기 위하여 과잉의 진한 염산을 첨가, 가열, 농축하여 염화금산(HAuCl₄)을 제조한다. 이때에 왕수에 의한 금의 분해 및 질산제거 과정에서 다량의 질소산화물 및 염소가스가 발생한다.

이어서, 제조한 염화금산에 암모니아수를 가하면 뇌금(雷金, Au₂O₃ㆍ3NH₃)인 갈색 침전물이 생성한다. 이 침전물을 여과하여 염소이온이 없어질 때까지 세척한 후 시안화 카리 수용액에 용해한 후 이를 가열하여 농축한 후 여과, 건조하여 백색의 결정상인 시안화 금카리를 제조하는데 雷金인 침전물의 여과, 세척 과정에서 많은 양의 알카리성 폐수가 발생되고 또한, 시안화 카리 수용액에 의한 雷金의 용해, 가열, 농축 및 여과 과정에서 독극물인 시안가스와 시안이온이 함유한 폐수가 발생한다.

따라서, 각 제조공정에서 발생되는 질소산화물, 염소가스, 알카리성 폐수 및 시안폐수를 처리하기 위한 별도의 가스 스크러빙(Scrubbing) 및 폐수처리설비를 반드시 설치하여 가동하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 시안화 금카리를 제조하는 제조장치를 사용하여 시안화 금카리를 제조하므로 본 발명의 시안화 금카리 제조공정에서는 왕수, 염산 및 암모니아수 등 유독물질을 사용하지 않으므로 질소산화물, 염소가스, 알카리성 폐수가 전혀 발생하지 않을 뿐만 아니라 또한 종래에 시안화 카리 수용액에 의한 뇌금(雷金)의 용해, 가열, 농축 및 여과 과정을 거치지 않기 때문에 독극물인 시안가스와 시안이온이 함유한 폐수가 발생하지 않는 환경친화적인 제조법인 동시에 50％ 이상의 제조공정수의 단축이 가능하여 생산성을 높일 수 있고 원자재에 대한 체금금리 감소를 도모할 수 있는 시안화 금카리 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 종래의 시안화 금카리 제조공정도

도 2 는 본 발명의 시안화 금카리 제조공정도

도 3 은 본 발명의 시안화 금카리 제조장치를 나타낸 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 전해조

(2) : 음극

(3) : 격막

(4) : 양극

(5) : 금입자

(6) : 양극실 교반기

(7) : 양극실

(8) : 음극실

(9) : 음극실 교반기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명의 시안화 금카리 제조장치를 나타낸 예시도를 도시한 것으로서, 본 전해정련 장치의 전해조(1)는 재질이 폴리에틸렌(Polyethylen)인 내경 150㎜, 높이 200㎜의 원통형으로 내부는 음이온 격막(Anion Membrane)(3)으로 양극실(7)과 음극실(8)이 용적비 1 : 1로 분리되어 있다.상기 격막(3)은 통상적인 것으로 본 발명에서는 미국 Du Pont 사 제품인 음이온 격막을 사용한다.

상기, 양극실(7)에는 중앙에 재질이 티타늄이고 직경 100㎜, 높이 200㎜, 두께 5㎜인 원통형 양극(4)과 양극실(7) 전해액을 유동화시키기 위한 재질이 테프론인 양극실 교반기(6)가 설치되어 있으며 원통형 양극(4) 내부에 직경 1 ∼ 3㎜이고 순도가 99.99％인 금입자(5)가 채워져 있다.상기 금은 귀금속으로 고가이므로, 직류전압을 180분동안 통전하였을 때, 금 입자가 양극에서 완전히 용해되어 전량 시안화 금카리로 합성되어 회수할 수 있어야 한다. 그러나, 금입자의 직경이 1㎜ 이하에서는 양극실에서 교반기를 작동하여 전해액을 유동화시킬 때, 금입자도 함께 유동화되어 시안화 금카리 제조장치 내부에 설치한 격막에 부착되어 격막의 공극을 없애버려 전류의 흐름을 차단하여 양극에서 금입자가 용출되지 않아 시안화 금카리를 합성할 수 없으며, 금의 직경이 3㎜ 이상인 경우에는 금입자의 비표면적이 작아지게 되어 동일한 시간동안 직류전원을 통전하였을 때에 양극에서의 금의 용출되는 양이 감소하여 금 도금재인 시안화 금카리로 합성되어 회수되어지는 양도 작아지게 된다.

또한, 음극실(8)에는 재질이 티타늄인 60 × 200㎜이고 두께 5㎜인 직사각형 음극(2) 4개와 음극실(8) 전해액을 유동화시키기 위한 음극실 교반기(9)가 설치되어 있다. 이때의 양극실(7)과 음극실(8)의 전해액으로는 각각 농도가 10 ∼ 20％인 시안화 카리(KCN) 수용액과 농도가 20 ∼ 25％인 수산화 카리(KOH) 수용액이다.상기 양극실에서 전해액으로 사용한 시안화 카리의 농도가 10 % 이하 일때에는 시안화 금카리의 전기합성시 전해액 중에 유리되어 있는 유리시안(free cyanide) 농도가 낮아져 시안화 금카리로의 합성량이 작아지고, 20 % 이상에서는 전기 합성시 전해액 중에 유리되어 있는 유리시안의 농도가 과도하여 합성한 시안화 금카리 중에 함유한 금의 함량이 작아지게 되어 금 도금재로서의 사용이 불가능하다.또한, 상기 음극에서 전해액으로 사용한 수산화 카리의 농도가 20% 이하 일때 에는 전해액의 전기전도도가 급격히 낮아지게 되며 이와 더불어 양극실에서의 시안화 금카리의 합성량이 작아지게 되며, 수산화 카리의 농도가 25% 이상에서는 음극이 침식된다.

이와같이 구성된 제조장치를 이용한 본 발명의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

일정량의 금입자(5)를 원통형 양극(4) 내부에, 시안화 카리 수용액과 수산화 카리(KOH) 수용액을 각각 양극실(7)과 음극실(8)에 채우고 전해액의 온도를 40 ∼ 50℃, 교반기의 회전속도를 300 ∼ 400 RPM으로 일정하게 유지한 후 5 ∼ 10 Volt의 직류전압을 통전하여 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)가 용해한다. 이때에 양극실(7)에서는 Au → Au⁺+ e, Au⁺+ 2KCN → K[Au(CN)₂]+ K⁺반응이, 음극실(8)에서는 H₂O ↔ H⁺+ OH^-, H⁺+ e → 1/2H₂, K⁺+ OH^-→ KOH 반응이 진행된다. 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)가 완전히 용해하면 전원을 차단하고 이어서 양극실 전해액을 회수한 후 이를 가열농축하여 결정화시킨 후 건조하여 백색 결정의 시안화 금카리를 제조한다.이때, 상기 전해액의 온도가 40℃ 이하가 되면, 전해액의 비저항이 높아짐과 동시에 전해액의 전기전도도가 낮아져 양극실에서 시안화 금카리의 합성량이 작아지게 되며, 전해액의 온도가 50℃ 이상이 되면, 전해액이 서서히 증발하게 되어 전해액의 농도를 일정하게 유지할 수 없게 된다.또한, 교반기의 회전속도가 300rpm 이하가 되면, 전해액을 균일하게 유동화 시킬 수가 없으며, 회전속도가 400rpm 이상이 되면, 전해액의 유동속도가 급격히 빨라져 본 장치 내부에 설치한 격막이 찢어지는 현상을 초래하여 시안화 금카리의 제조가 불가능하게 된다.또한, 직류전압이 5 Volt 이하가 되면, 통전되는 전류량이 작아져 양극에서의 금입자의 용출속도가 느려지게 되어 정해진 시간내에서 시안화 금카리의 합성율이 낮아지게 되고, 직류전압이 10 Volt 이상이 되면, 서서히 사용한 전극표면에 산화피막이 형성되어 부동태 현상이 발생되어 통전이 불가능하게 된다.이와 같이 본 발명은 금입자의 직경, 전해액의 농도, 전해액 온도, 교반기의 회전속도, 직류전압의 수치의 한정에 의해 가장 회수율이 높고 품질이 우수한 금 도금재인 시안화 금카리를 제조하도록 되어 있다.

본 발명에 따른 실시예와 비교예를 설명하겠다.

실시예 1

도 3 에 도시한 원통형 양극(4) 내부에 직경 1 ∼ 3㎜이고 순도가 99.99％인 금입자(5) 100g을 장입하고 양극실(7)에 농도가 10％인 시안화 카리(KCN) 수용액 1.5ℓ, 음극실(8)에 농도가 20％인 수산화 카리(KOH) 수용액 1.5ℓ를 각각 채우고 전해액의 온도를 50℃, 교반기의 회전속도를 300RPM으로 일정하게 유지한 후 5 Volt의 직류전압을 180분 동안 통전하여 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)를 완전히 용해시킨 후 전원을 차단하고 양극실의 전해액을 회수하였다. 회수한 전해액을 90℃에서 가열, 농축하여 결정화시킨 후 80℃에서 건조하여 백색 결정상 147g을 얻었으며 이 결정상을 X-rey 회절분석 결과 시안화 금카리(K[Au(CN)₂])임을 확인하였다.

실시예 2

도 3 에 도시한 원통형 양극(4) 내부에 직경 1 ∼ 3㎜이고 순도가 99.99％인 금입자(5) 100g을 장입하고 양극실(7)에 농도가 20％인 시안화 카리(KCN) 수용액 1.5ℓ, 음극실(8)에 농도가 25％인 수산화 카리(KOH) 수용액 1.5ℓ를 각각 채우고 전해액의 온도를 50℃, 교반기의 회전속도를 300RPM으로 일정하게 유지한 후 5 Volt의 직류전압을 180분 동안 통전하여 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)를 완전히 용해시킨 후 전원을 차단하고 양극실의 전해액을 회수하였다. 회수한 전해액을 90℃에서 가열, 농축하여 결정화시킨 후 80℃에서 건조하여 백색 결정상 147g을 얻었으며 이 결정상을 X-ray 회절분석 결과 시안화 금카리(K[Au(CN)₂])임을확인하였다.

실시예 3

도 3 에 도시한 원통형 양극(4) 내부에 직경 1 ∼ 3㎜이고 순도가 99.99％인 금입자(5) 100g을 장입하고 양극실(7)에 농도가 10％인 시안화 카리(KCN) 수용액 1.5ℓ, 음극실(8)에 농도가 20％인 수산화 카리(KOH) 수용액 1.5ℓ를 각각 채우고 전해액의 온도를 50℃, 교반기의 회전속도를 300 RPM으로 일정하게 유지한 후 10 Volt의 직류전압을 140분 동안 통전하여 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)를 완전히 용해시킨 후 전원을 차단하고 양극실의 전해액을 회수하였다. 회수한 전해액을 90℃에서 가열, 농축하여 결정화시킨 후 80℃에서 건조하여 백색 결정상 147g을 얻었으며 이 결정상을 X-ray 회전분석 결과 시안화 금카리(K[Au(CN)₂])임을 확인하였다.

비교예 1

순도가 99.99％인 지금(地金) 100g을 파이렉스제 용기에 넣고 왕수 500㎖를 첨가하여 온도를 90℃를 유지하여 지금을 완전히 용해시킨 후 용액 중에 함유되어 있는 질산을 제거하기 위하여 진한염산 500㎖를 가한 후 다시 90℃를 유지하면서 가열, 농축하여 염화금산(HAuCl₄)을 제조하였다.

상기, 과정에서 왕수에 의한 금의 분해 및 질산제거 과정에서 다량의 질소산화물 및 염소가스가 발생하였다. 이어서 제조한 염화금산에 암모니아수를 1ℓ가하여 갈색 침전물인 뇌금(雷金, AU₂O₃ㆍ3NH₃)을 생성시켰다. 이 침전물을 여과하여 염소이온이 없어질 때까지 세척한 후 농도가 80g/ℓ인 시안화 카리(KCN) 수용액을 가하여 용해한 후 이를 90℃에서 가열하여 농축한 후 여과하였다. 이 과정에서 알카리성 폐수 4ℓ와 시안이 함유한 시안 폐수 700㎖가 발생하였다. 여과물을 80℃에서 건조하여 백색 결정상 132g을 얻었으며 이 결성상을 X-ray 회절분석 결과 시안화 금카리(K[Au(CN)₂])임을 확인하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 시안화 금카리 제조시 종래 제조공정에서와 같이 왕수, 염산 및 암모니아수 등 유독물질을 사용하지 않으므로 질소산화물, 염소가스, 알카리성 폐수가 전혀 발생하지 않아 공해물질의 발생을 최소화시킬 수 있으며 제조공정을 단축 및 단순화시킴으로써 제조비용을 절감할 수 있음과 또한 생산성을 높일 수 있고 원자재에 대한 체금금리를 감소시킬 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

직경이 1 ∼ 3㎜이고 순도가 99.99％인 금입자(5)를 원통형 양극(4) 내부에 채우고 양극실(7)과 음극실(8)의 전해액으로 농도가 10 ∼ 20％인 시안화 카리 수용액과 농도가 20 ∼ 25％인 수산화 카리 수용액을 각각 양극실(7)과 음극실(8)에 채우며 전해액의 온도를 40 ∼ 50℃, 교반기의 회전속도를 300 ∼ 400RPM으로 일정하게 유지한 후 5 ∼ 10Volt의 직류전압을 통전하여 원통형 양극(4) 내부에 장입한 금입자(5)를 용해하고 이때에 양극실(7)에서는 Au → Au⁺+ e, Au⁺+ 2KCN → K[Au(CN)₂] + K⁺반응이, 음극실(8)에서는 H₂O ↔ H⁺+ OH^-, H⁺+ e → 1/2H₂, K⁺+ OH^-→ KOH 반응이 진행되며 원통형 양극 내부에 장입한 금입자가 완전히 용해하면 전원을 차단하고 양극실 전해액을 회수하며 이를 가열농축하여 결정화시킨 후 건조하여 백색 결정의 시안화 금카리를 제조하는 것을 특징으로 하는 시안화 금카리 제조방법.
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