KR100377651B1 - 폐코발트 슬러지로부터 산화코발트를 회수하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코발트 폐기물(슬러지)로부터 순수한 산화 코발트 분말을 회수하는 방법에 관한 것으로, 시약 및 반응조건을 적절히 조합하여 코발트 성분을 완벽하게 용해하는 방법 및 Mn 성분을 완전히 제거하는데 그 목적이 있다.

방법을 살펴보면 슬러지를 고온으로 하소하여 코발트 성분을 산화시킴과 동시에 휘발성 불순물들을 1차 제거한다. 본 발명의 특징은 무기산 중 황산(H₂SO₄)을 사용하여 강산 분위기에서 과산화수소수(H₂O₂)를 첨가하여 용액을 환원성 분위기로 만들어 산화 코발트의 용해를 촉진하는 것이다.

반응이 이루어지면 산화 코발트 성분은 완벽하게 용해가 되며 용해된 코발트 용액은 여과 방법으로 불용성 찌꺼기와 분리한 후 함께 용해된 불순물 중 Al, Fe, Cu 등은 통상인 pH 조절법으로 제거하고 Mn 성분은 통상적인 분리 방법으로는 분리가 되지 않으므로 이 용액을 pH 1 이하로 산도를 조정한 후 황화 알칼리염으로 반응시켜 Co 성분을 황화염으로 침전시켜 황화 코발트 상태로 회수한다.

회수된 황화코발트 침전물은 수회 세척하여 대기중에서 고온으로 하소하면 불순물이 없는 순수한 산화 코발트 분말을 얻게 된다.

Description

폐 코발트 슬러지로부터 산화 코발트를 회수하는 방법{A collection method a cobalt oxide in waste cobalt sludge}

본 발명은 코발트 폐기물을 산화시킨 후 폐기물을 산화물 상태로 전환하고 이 과정에서 휘발성 불순물을 제거하며, 이후 산화물 상태의 폐기물을 용해하여 기타 불순물을 제거한 후 순수한 산화 코발트 분말을 회수하는 방법에 관한 것이다.

금속 코발트 폐기물에서 코발트 분말을 회수하는 기술은 이미 많은 방법이 알려져 있지만 산화 코발트 폐기물에서 코발트 분말을 회수하는 방법은 널리 알려져 있지 않다. 그것은 금속 코발트가 통상적인 무기산에 쉽게 녹기 때문에 산으로 용해하여 불순물을 제거한 후 여러가지 방법에 의해 코발트 분말을 회수하는데 비해 산화 코발트는 일반적인 무기산에 쉽게 녹지 않는 특성으로 인해 그 회수방법이 매우 까다롭기 때문이다.

특히 불순물 처리방법에 있어 Fe, Al, Cu, Ni 등의 불순물 처리방법은 자세히 알려져 있지만 Mn 성분을 제거하는 방법은 알려져 있지 않기 때문에 이에 대한 개발의 필요성이 제기되었던 것이다.

본 발명은 시약 및 반응조건을 적절히 조합하여 산화 코발트 폐기물로부터 코발트 성분을 완벽하게 용해하는 방법과 용해된 용액으로부터 Mn 성분을 완전히 제거하여 순수한 산화 코발트 분말을 회수하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 석유화학공정에서 발생하는 코발트 촉매의 폐기물을 대상으로 하며, 여기에는 주요 불순물로 Al, Fe, Cu, Mn 등이 포함되어 있다.

이 폐기물은 슬러지 상태로 회수되는 바, 반응성을 높이기 위해 슬러지를 고온으로 하소하여 코발트 성분을 산화시킴과 동시에 휘발성 불순물들을 1차 제거한다. 이후 냉각된 슬러지 분말은 산화된 상태로서 일반적인 무기산에 쉽게 용해가 되지 않는다.

따라서 본 발명의 특징은 무기산 중 황산(H₂SO₄)을 사용하여 강산 분위기에서 과산화수소수(H₂O₂)를 첨가하여 용액을 환원성 분위기로 만들어 산화 코발트의 용해를 촉진하는 것이 특징이다.

이때 과산화 수소는 산화제이지만 본 반응에서는 환원제 역할을 한다. 이렇게 반응이 이루어지면 산화 코발트 성분은 완벽하게 용해가 되며 용해된 코발트 용액은 여과 방법으로 불용성 찌꺼기와 분리한 후 용액 중 함께 용해된 불순물 중 Al, Fe, Cu 등은 통상의 제거방법인 pH 조절법으로 제거한다. 이렇게 불순물을 제거한 용액은 순수 Co와 Mn이 용해된 용액으로 된다.

Mn 성분은 Co 성분과 특성이 유사하여 통상적인 분리 방법으로는 분리가 되지 않으므로 이 용액을 pH 1 이하로 산도를 조정한 후 황화 알칼리염(Na₂S, (NH₄)₂S 등)으로 반응시켜 Co 성분을 황화염으로 침전시켜 황화 코발트 상태로 회수한다.

회수된 황화코발트 침전물은 수회 세척하여 대기중에서 고온으로 하소하면 불순물이 없는 순수한 산화 코발트 분말을 얻게 된다.

실시 예 1

코발트 슬러지를 대기중에서 하소하여 휘발성 불순물이 제거된 산화코발트 슬러지를 만든다.

산화된 코발트 슬러지 1kg을 채취하여 Co성분의 4당량에 해당하는 황산을 20% 수용액으로 만든 후 약 2hr 동안 반응시킨다. 이때 과산화수소수를 황산량의 5∼10 vol%를 반응시간 동안 서서히 첨가한다.

반응후 여과하여 불용성 찌꺼기를 제거한 후 Co용액은 알칼리로 pH를 5.5까지 조절하여 통상적인 방법으로 Al, Fe, Cu 등의 불순물을 수산화물로 침전시켜 제거한다.

남은 용액은 황산으로 산도(pH)를 1이하로 조절한 후 Na₂S 혹은 (NH₄)₂S를 CoS 생성 이론치의 1.2배 첨가하여 Co를 황화물로 침전시킨다. 이때 용액의 산도는 2를 넘지 않도록 황산으로 조절하며 침전된 황화코발트(CoS)는 세척한 후 대기중에서 하소하면 불순물이 없는 순수한 산화 코발트 분말을 얻게 된다.

실시 예 2

이상 실시 예 1과 동일한 방법으로 처리하면서 황산과 과산화수소수의 사용량을 달리한 실험 결과를 표1에, 그리고 산도(pH)의 변화에 따른 CoS(황화코발트) 추출율을 표2에 나타내었다.

황산 및 과산화 수소량에 따른 Co용해율 (2hr 반응)

황산반응 당량	과산화수소수 량	Co 용해율(%)
3.5 당량3.5 당량3.5 당량	황산의 5 vol%황산의 10 vol%황산의 15 vol%	80.580.287.1
4.0 당량4.0 당량4.0 당량	황산의 5 vol%황산의 10 vol%황산의 15 vol%	96.799.199.0
4.5 당량4.5 당량4.5 당량	황산의 5 vol%황산의 10 vol%황산의 15 vol%	96.999.199.1

pH에 따른 CoS 추출율

pH 값	Co 추출율(%)	Mn 추출율(%)
0.51.01.52.02.53.0	96.297.398.599.099.599.7	000Tr1.56.3

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 시약 및 반응조건을 적절히 조합하여 용해가 힘든 산화코발트 슬러지를 처리할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (5)

1. 폐 Co 촉매 슬러지를 대기중 하소하여 휘발성 불순물을 제거함과 동시에 Co성분을 산화시키는 제1공정과,

   산화된 폐 Co분말을 용해시키기 위해 Co성분의 4당량에 해당하는 20% 황산 수용액을 만들고 여기에 과산화수소수를 황산량의 5∼10 vol% 첨가하여 반응시키는 제2공정과,

   불순물이 제거된 용액에서 Mn을 분리하기 위해 용액의 산도(pH)를 2이하로 하여 황화알칼리 염으로 Na2S 혹은 (NH4)₂S를 CoS 생성 이론치의 1.2배 첨가하여 Co를 침전시키는 제3공정과,

   회수된 CoS를 대기중에서 하소하여 산화코발트를 만드는 것을 특징으로 하는 폐 코발트 슬러지로부터 산화 코발트를 회수하는 방법.
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