KR100513855B1 - Method for Treatment of Ni Containing Solution from Recycling Process of FeCl3 Etching Solution - Google Patents
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Abstract
본 발명은 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 용액의 처리 방법에 관한 것으로, FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 용액에, 상기 용액내에 존재하는 Fe(+2) 이온 몰수의 0.5~2배 만큼 과산화수소를 투여하고 pH가 2.5~4에 이를 때까지 알카리를 투여하여 Fe(OH)3를 생성시키고 이를 여과하는 단계; 및 여과된 용액에 알카리를 가하여 pH를 6.0~10.0 범위로 조절하여 하기 화학식 1의 수산화물을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 용액의 처리 방법을 제공한다.The present invention is FeCl 3 etchant relates to a processing method of a Ni-containing solution resulting from the recycling process, FeCl 3 in a solution containing Ni generated in the etching liquid recycle process, 0.5 of Fe (+2) ion molar amount present in the solution 2 Administering hydrogen peroxide by an amount and administering alkali until the pH reaches 2.5-4 to produce Fe (OH) 3 and filtering it; And adding alkali to the filtered solution to adjust the pH to a range of 6.0 to 10.0 to produce a hydroxide of Chemical Formula 1; providing a method for treating a Ni-containing solution generated in a FeCl 3 etching solution recycling process comprising: do.
[화학식 1][Formula 1]
(Ni,xMn1-x)Cly(OH)2-y(단, 0<x, y<1)(Ni, xMn1-x) Cly (OH) 2-y (where 0 <x, y <1)
본 발명에 의하면 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 폐 용액내에 존재하는 Fe, Mn 불순물을 효과적으로 분리 정제할 수 있으며, 또한 분리 정제된 용액을 스테인리스강, 도금원료, 유티리티 니켈(Ni 함량 >97%) 등의 다양한 화학제품의 원료로 재활용할 수 있다.According to the present invention, the Fe and Mn impurities present in the waste solution containing Ni generated in the FeCl 3 etching solution recycling process can be effectively separated and purified, and the separated and purified solution can be separated into stainless steel, plating material, and utility nickel (Ni content> 97%) can be recycled as a raw material for various chemical products.
Description
본 발명은 Ni 함유 용액에 존재하는 Mn,Fe 등의 불순물을 분리 정제 하는 방법에 관한 것으로 보다 자세하게는 전자회사 샤도우마스크 제조 공정에서 발생하는 에칭(etching) 폐액을 재활용하는 공정에서 발생하는 2차 폐기물인 Ni 함유 용액내에 존재하는 Mn과 Fe를 효과적으로 분리하여 고급의 Ni 화합물과 에칭 용액으로 재활용 하는 방법을 제공하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for separating and purifying impurities such as Mn and Fe present in a Ni-containing solution, and more particularly, secondary waste generated from a process of recycling an etching waste liquid generated in a shadow mask manufacturing process of an electronics company. The present invention relates to a method for effectively separating Mn and Fe present in a phosphorus Ni-containing solution and recycling the high-quality Ni compound and etching solution.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 샤도우마스크 제조 공정에서 발생하는 에칭(etching) 폐액을 재활용하는 공정에서 발생하는 2차 폐기물인 Ni 함유 용액에 대하여 먼저 설명한다. In order to facilitate the understanding of the present invention, a solution containing Ni, which is a secondary waste generated in a process of recycling an etching waste liquid generated in a shadow mask manufacturing process, will be described first.
샤도우마스크는 Ni을 함유한 Fe 합금 즉 인바(Invar)합금을 FeCl3 에칭액으로 국부에칭하는 공정을 통하여 제조된다. 연속적으로 에칭작업을 하면 다음과 같은 반응식 1 및 2에 의하여 인바합금모재는 용해되고 용액내에는 FeCl2와 NiCl2가 발생된다.The shadow mask is manufactured through a process of localizing a Ni-containing Fe alloy, that is, an Invar alloy, with FeCl 3 etching solution. In the continuous etching operation, the Invar alloy base material is dissolved and the FeCl 2 and NiCl 2 are generated in the solution according to Schemes 1 and 2 as follows.
[반응식 1]Scheme 1
2FeCl3 + Ni = 2FeCl2 +NiCl2 2FeCl 3 + Ni = 2FeCl 2 + NiCl 2
[반응식 2]Scheme 2
2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2
따라서 어느 정도 작업이 진행되면 FeCl2와 NiCl2 함유량이 많아지면 에칭 능력이 떨어진다. 이를 용액의 피로도가 증가하였다고 말한다. 따라서 피로도 관리를 위하여 특정 농도 이상 FeCl2와 NiCl2 혼입량이 늘어나면 용액은 폐기되고 새로운 FeCl3 용액을 사용하여야한다. 이와 같은 발생한 에칭폐액은 Fe 분말처리를 하여 Ni을 Fe 분말에 치환시켜 제거한 후 그 용액을 염소 산화하여 FeCl3로 재활용하는 방법(일본특허 95-87474)이 주로 이용되고 있다. 이는 반응식 1로 생성된 Ni 이온을 전기화학적으로 치환석출 시키는 방법에 관한 것으로 이의 반응식은 다음 반응식 3과 같다.Therefore, if the work progresses to some extent, the content of FeCl 2 and NiCl 2 increases, so that the etching ability decreases. This is said to increase the fatigue of the solution. Therefore, if the FeCl 2 and NiCl 2 incorporation increases above a certain concentration for fatigue control, the solution should be discarded and a new FeCl 3 solution should be used. The generated etching waste solution is subjected to Fe powder treatment, Ni is replaced by Fe powder, and then removed. The solution is chlorinated and recycled into FeCl 3 (Japanese Patent No. 95-87474). This relates to a method of electrochemically replacing and depositing Ni ions produced by Scheme 1, and the scheme thereof is shown in Scheme 3 below.
[반응식 3]Scheme 3
NiCl2 + 2Fe = FeNi + FeCl2 NiCl 2 + 2Fe = FeNi + FeCl 2
반응식 2 및 3으로 생성된 FeCl2는 Cl2로 산화하여 FeCl3로 애칭액으로 재활용된다.FeCl 2 produced in Schemes 2 and 3 is oxidized to Cl 2 and recycled to etch solution with FeCl 3 .
한편, 반응식 2 및 3으로 생성된 FeCl2는 양은 계속 증량되므로 반응식 3을 통한 FeCl3 재활용에는 한계에 도달하여 최근들어 철분말 투입법 대신 Ni과 철을 용액상태에서 분리하는 용매 추출법이 시도되고 있다. 그러나 이와같은 용매 추출법을 사용하더라도 FeCl3는 회수되지만 Ni이 다량함유된 표 1의 성분을 가지는 공정발생 폐용액이 발생한다.On the other hand, the amount of FeCl 2 produced by the reaction schemes 2 and 3 continues to increase, and thus the limit of recycling of FeCl 3 through the reaction scheme 3 has been reached. Recently, a solvent extraction method for separating Ni and iron in solution instead of the iron powder input method has been attempted. . However, even with such a solvent extraction method, FeCl 3 is recovered, but a process-generated waste solution having a large amount of Ni in Table 1 is generated.
[표 1] FeCl3 에칭액 회수를 위한 용매 추출 공정에서 발생하는 폐용액의 성분TABLE 1 Components of Waste Solution from Solvent Extraction for FeCl 3 Etch Recovery
(단위 ;ppm). (Unit; ppm).
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 FeCl3 애칭액 회수를 위한 용매 추출 공정에서 발생하는 폐용액내에는 통상 Ni(29200ppm(mg/리터) =0.5몰/리터)이 주성분이다. 불순물로는 Fe(12500ppm=0.22몰/리터)가 주 불순물이고 또한 Mn(450ppm=0.08몰/리터)이 상당량 포함되어 있으며 그 외 알카리성 이온이 미량 포함되어 있다.As can be seen from Table 1, Ni (29200 ppm (mg / liter) = 0.5 mol / liter) is usually the main component in the waste solution generated in the solvent extraction process for recovering FeCl 3 etch solution. As impurities, Fe (12500 ppm = 0.22 mol / liter) is the main impurity, Mn (450 ppm = 0.88 mol / liter) is included in a considerable amount, and other small amounts of alkaline ions are included.
본 발명자들은 반응식 3으로 생성된 FeNi슬러지를 산용해하고 이를 FeOOH와 고순도 Ni(OH)2로 분리하는 기술을 기출원 한바 있다(한국 특허 출원 98-56797). 또한 전자재료 및 녹색 안료의 원료가 되는 고순도 산화니켈을 폐 Ni 양극으로부터 얻기 위하여 Fe, Si의 습식 산화법을 통한 공침 산화법과 Cl혼입 방지를 위한 중화제로서 Na2CO3의 사용을 주요 내용으로 하는 내용을 기 출원 한 바 있다(한국 특허 출원 98-57608(등록2003-401995)). 그러나 상기 발명은 Mn의 분리 정제개념이 도입되지 않아 표 1과 같은 Ni 함유 용액내의 Mn의 분리 기술이 요구되는 실정이며, 또한 Cl 함량을 줄이기 위하여 사용되는 Na2CO3가 고가인 단점이 있다.The inventors have previously filed a technique for dissolving FeNi sludge produced by Scheme 3 and separating it into FeOOH and high purity Ni (OH) 2 (Korean Patent Application 98-56797). Also, to obtain high purity nickel oxide, which is a raw material for electronic materials and green pigments, from waste Ni anodes, co-precipitation oxidation through wet oxidation of Fe and Si and the use of Na 2 CO 3 as a neutralizing agent to prevent Cl mixing. It was previously filed (Korean Patent Application 98-57608 (registered 2003-401995)). However, the present invention does not introduce the separation and purification concept of Mn is a situation that requires the separation technology of Mn in the Ni-containing solution as shown in Table 1, and also has the disadvantage that Na 2 CO 3 used to reduce the Cl content is expensive.
본 발명자들은 그 동안의 많은 연구를 통하여 상기 특허를 발전 보완하여 Ni 함유 폐액 내에 존재하는 Fe, Mn 불순물을 효과적으로 분리 정제하고 분리 정제된 용액을 용도에 맞도록 효과적으로 재활용하는 경제적인 분리 정제 기술을 완성하게 되었다. The present inventors have developed and complemented the above patent through many studies to complete an economical separation and purification technology that effectively separates and purifies Fe and Mn impurities present in Ni-containing waste liquid and effectively recycles the separated and purified solution to suit the purpose. Was done.
본 발명의 목적은 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 폐 용액내에 존재하는 Fe, Mn 불순물을 효과적으로 분리 정제하고 분리 정제된 용액을 용도에 맞도록 효과적으로 재활용하는 경제적인 분리 정제 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an economical separation and purification method for effectively separating and purifying Fe and Mn impurities present in a waste solution containing Ni generated in a FeCl 3 etching solution recycling process, and effectively recycling the separated and purified solution for a purpose. .
본 발명에 의하면 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 용액에, 상기 용액내에 존재하는 Fe(+2) 이온 몰수의 0.5~2배 만큼 과산화수소를 투여하고 pH가 2.5~4에 이를 때까지 알카리를 투여하여 Fe(OH)3를 생성시키고 이를 여과하는 단계; 및 여과된 용액에 알카리를 가하여 pH를 6.0~10.0범위로 조절하여 하기 화학식 1의 수산화물을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 용액의 처리 방법이 제공된다.According to the present invention, hydrogen peroxide is administered to the Ni-containing solution generated in the FeCl 3 etching solution recycling process by 0.5 to 2 times the number of moles of Fe (+2) ions present in the solution, and alkali is added until the pH reaches 2.5 to 4. Administering to produce Fe (OH) 3 and filtering it; And adding alkali to the filtered solution to adjust the pH to a range of 6.0 to 10.0 to produce a hydroxide of Formula 1 below. A method of treating a Ni-containing solution generated in a FeCl 3 etching solution recycling process comprising: do.
[화학식 1][Formula 1]
(Ni,xMn1-x)Cly(OH)2-y(단, 0<x, y<1)(Ni, xMn1-x) Cly (OH) 2-y (where 0 <x, y <1)
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 핵심 내용인 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 폐용액에서 Fe, Mn 분리 방법에 대하여 설명한다.A method of separating Fe and Mn from Ni-containing waste solution generated in the FeCl 3 etching solution recycling process, which is the core of the present invention, will be described.
먼저 Fe의 분리를 위하여 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 용액 중 존재하는 Fe의 산화 상태를 조사한 결과 0.22몰/리터의 몰의 Fe중 Fe(+3)이온이 0.2몰 Fe(+2)가 이온이 0.02몰/리터 존재함을 산화 환원 전위(ORP:oxygen reduction potential)를 이용한 Fe 이온 분석법으로 확인하였다. 존재하는 Fe(+2)이온의 몰수의 0.5-2배 만큼의 과산화수소수를 투입하여 Fe(+2)이온을 Fe(+3)이온으로 산화시켰다. 이 용액에 가성소다, Ca(OH)2, KOH 등의 알카리를 가하여 pH를 2.0-4.5 까지 바람직하게는 2.5-4.0 까지 용액의 pH를 증가시키면 Fe(+3)이온과 Fe(OH)3 형태로 침전하게 된다. 이때 미량이지만 존재하는 Cr도 Cr(OH)3형태로 침전된다. Fe(OH)3 침전물을 여과하면 용액내에는 Ni과 Mn만이 잔류하게 된다.First, for the separation of Fe FeCl 3 etchant recycled process solution containing Ni Fe of the Fe of the Fe (+3) ions of the resulting 0.22 mole / L a review of the oxidation state of moles present arising from the 0.2 mol Fe (+2) The presence of 0.02 mol / liter of ions was confirmed by Fe ion analysis using an oxygen reduction potential (ORP). Hydrogen peroxide water was added as much as 0.5-2 times the number of moles of Fe (+2) ions present to oxidize Fe (+2) ions to Fe (+3) ions. Alkaline such as caustic soda, Ca (OH) 2 and KOH is added to the solution to increase the pH of the solution up to 2.0-4.5, preferably up to 2.5-4.0. Fe (+3) and Fe (OH) 3 forms Will precipitate. At this time, even a small amount of Cr is precipitated in the form of Cr (OH) 3 . Filtration of the Fe (OH) 3 precipitate left only Ni and Mn in the solution.
본 발명에 사용되는 알카리는 이에 특별히 한정하는 것은 아니지만, 가성소다, Ca(OH)2, 또는 KOH가 사용될 수 있다.The alkali used in the present invention is not particularly limited thereto, but caustic soda, Ca (OH) 2 , or KOH may be used.
한편, Fe(OH)3를 생성시킬때 pH를 2.5~4.0미만으로 한정하는 이유는, pH 2.5 이하에서는 Fe(OH)3 침전이 여의치 않아 불순물 제거가 여의치 않으며 pH 4.0이상에서는 Ni이 침전되어 용액내에서는 Ni의 유실이 발생하고 Fe(OH)3내에는 Ni(OH)2 혼입으로 후속 염산 용해에 의한 FeCl3 제조에 여의치 않기 때문이다. 미량 혼입되는 Cr(OH)3는 FeCl3의 피로도 증가 원인이 아니므로 문제가 되지 않는다.On the other hand, the reason for limiting the pH to less than 2.5 to 4.0 when producing Fe (OH) 3 is that Fe (OH) 3 precipitation is poor at pH 2.5 or less, and impurities are not removed. Ni is precipitated at pH 4.0 and above. This is because loss of Ni occurs inside and Fe (OH) 3 is not suitable for FeCl 3 production by subsequent hydrochloric acid dissolution due to incorporation of Ni (OH) 2 . Trace amount of Cr (OH) 3 is not a problem because the fatigue of FeCl 3 is not a cause of increase.
한편, 본 발명자들은 상기 Fe 이온이 제거된 용액에 추가로 알카리를 첨가하여 용액의 pH를 5.0에서 10.0까지 변화시킨 결과 Ni이온, Mn이온 등의 양이온과 Cl,OH 등의 음이온 함유한 하기 화학식 1의 수산화물 조성이 pH에 따라 얻어 짐을 확인 할 수 있었다. On the other hand, the present inventors added an alkali to the solution in which the Fe ions are removed to change the pH of the solution from 5.0 to 10.0 as a result of containing a cation such as Ni ions, Mn ions and anions such as Cl, OH The hydroxide composition was obtained according to the pH.
[화학식 1][Formula 1]
(Ni,xMn1-x)Cly(OH)2-y(단, 0<x, y<1)(Ni, xMn1-x) Cly (OH) 2-y (where 0 <x, y <1)
즉, 상기 x,y 값은 용액의 pH에 크게 의존함을 수산화물의 성분 분석을 통하여 확인할 수 있었다. That is, the x, y value was confirmed through the component analysis of the hydroxide largely depends on the pH of the solution.
pH가 6미만 일 경우 Ni 수산화물 침전량이 극미량(침전량이 분석 최소 양 이하) 이므로 분석할 수 없었다. 따라서 산업상 이용 가치는 적다. 용액의 pH가 증가하면 침전량이 증가하면서 x와 y는 모두 감소한다. pH=6-7 에서는 x>0.99 이상의 값을 보이지만 8.0-10.0 범위에서는 x=0.99-0.985의 값을 가진다. pH=5-7에서 y=0.45-0.5 값을 보이지만 pH를 8-10.0으로 상승시키면 y=0-0.15으로 하락한다.즉, pH=5-7.5인 낮은 pH에서 얻은 수산화물내 Mn은 감소하고 Ni은 증가되지만 Cl의 혼입이 많은 수산화 니켈(Ni(OH)Cl)이 얻어진다. 반면 pH=7.5-10.0으로 상승시키면 수산화 니켈내에 Cl 함량은 작지만 Mn 제거 효율은 다소 낮아진다. 즉, pH=10.0에 이르면 Mn은 전혀 제거되지 않고 수산화 니켈내에 초기농도(0.5몰;0.08몰) 대비 거의 변화가 없다. 그러나 Cl 혼입이 거의 없는 상태 즉 y=0가 된다.If the pH was less than 6, the amount of Ni hydroxide precipitate was very small (precipitation amount was less than the minimum amount of analysis) and could not be analyzed. Therefore, industrial use value is small. As the pH of the solution increases, both x and y decrease as precipitation increases. At pH = 6-7, the value is greater than x> 0.99, but in the 8.0-10.0 range it is x = 0.99-0.985. At pH = 5-7, y = 0.45-0.5, but increasing pH to 8-10.0 drops to y = 0-0.15, i.e., Mn in the hydroxide obtained at low pH with pH = 5-7.5 decreases and Ni Is increased but nickel hydroxide (Ni (OH) Cl) having a high incorporation of Cl is obtained. On the other hand, when the pH is raised to 7.5-10.0, the Cl content in nickel hydroxide is small but the Mn removal efficiency is slightly lowered. That is, when pH = 10.0, Mn is not removed at all and there is little change in initial concentration (0.5 mol; 0.08 mol) in nickel hydroxide. However, there is little Cl mixing, that is, y = 0.
이상에서 살펴 본 바와 같이 pH 조절에 의하여 수산화 니켈 내에 포함되는 불순물이 다르므로 이를 중간 물질로 이용하여 요구 순도별 제품 제조가 가능하다. As described above, since impurities contained in nickel hydroxide are different by pH adjustment, it is possible to manufacture products according to the required purity by using them as intermediate materials.
이와 같이 얻어진 상기 수산화물은 니켈 및 망간 함유 화학 제품의 원료로 사용될 수 있다. The hydroxide thus obtained can be used as a raw material for nickel and manganese-containing chemicals.
한편, 여과된 용액의 pH를 6.0~7.5범위로 조절하는 경우, 그 생성물은 상기 화학식에서 x>0.99이며 y>0.3으로서 Mn함량이 적은 고순도 Ni 수산화물을 생성하게 된다. 이와 같이 Mn함량이 적은 고순도 Ni 수산화물은 도금원료로 사용하기에 적합하다. 예를들어, 상기 고순도 Ni 수산화물을 염산에 용해하면 도금원료인 염화니켈로 유용하게 사용될 수 있다. pH=6.0-7.5범위에서 중화하여 제조된 수산화니켈에 염산을 가할 경우 Ni 대비 Mn 함량이 1% 미만인 고순도 염화니켈 도금 용액을 얻을 수 있다. 이를 반응식으로 표현하면 다음과 같다.On the other hand, when the pH of the filtered solution is adjusted to the range of 6.0 ~ 7.5, the product is to produce a high purity Ni hydroxide with a small Mn content of x> 0.99 and y> 0.3 in the above formula. As such, high purity Ni hydroxide having a low Mn content is suitable for use as a plating raw material. For example, when the high purity Ni hydroxide is dissolved in hydrochloric acid, it may be usefully used as nickel chloride as a plating material. When hydrochloric acid is added to nickel hydroxide prepared by neutralizing in the pH range of 6.0-7.5, a high purity nickel chloride plating solution having a Mn content of less than 1% can be obtained. This can be expressed as a reaction equation as follows.
[반응식 4]Scheme 4
Ni(OH)Cl+HCl= NiCl2+H2ONi (OH) Cl + HCl = NiCl 2 + H 2 O
또한, 여과된 용액의 pH를 9.0~10.0범위로 조절하는 경우, 그 생성물은 Cl함량이 적은 즉, 상기 화학식에서 y<0.01이며, NiO의 순도가 97-99%인 즉, 상기 화학식에서 0.97<x<0.99 인 고순도 Ni 수산화물을 생성하게 된다. 더욱이 상기 수산화물을 500-800℃로 열처리하여 Cl을 완전제거하면 하기 화학식 2와 같이 보다 높은 순도의 Ni 수산화물을 생성하게 된다.In addition, when the pH of the filtered solution is adjusted to the range of 9.0 to 10.0, the product has a low Cl content, that is, y <0.01 in the above formula, and the purity of NiO is 97-99%, that is, 0.97 <in the above formula. It will produce high purity Ni hydroxide with x <0.99. Furthermore, when the hydroxide is heat-treated at 500-800 ° C. to completely remove Cl, Ni hydroxide of higher purity is produced as shown in Chemical Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
Ni,xMn1-xO(단, 0<x<1)Ni, x Mn1-xO (where 0 <x <1)
이와 같이 Cl함량이 거의 없거나 완전히 제거된 고순도 Ni 수산화물은 니켈을 주원료로 하는 다양한 화학제품에 매우 유용하게 이용될 수 있다. As such, high purity Ni hydroxide with little or no Cl content can be very useful for various chemical products based on nickel.
한편, pH=9-10.0으로 제조된 수산화 니켈은 Mn(최대 함량 1.5%) 을 다소 포함하지만 이를 열처리 하여 탈수 처리 하여 산화니켈을 제조 할 경우 통상의 스텐레스 원료로 사용되는 유티리티 니켈(Ni 함량 >97%) 제조용 산화 니켈로(순도 98.5%) 사용이 가능 하다. 이를 반응식으로 표현하면 다음과 같다.Meanwhile, nickel hydroxide prepared at pH = 9-10.0 contains Mn (maximum content 1.5%), but utility nickel (Ni content), which is used as a raw material for stainless steel, when nickel oxide is manufactured by heat treatment and dehydration thereof. 97%) It is possible to use nickel oxide (purity 98.5%) for manufacturing. This can be expressed as a reaction equation as follows.
[반응식 5]Scheme 5
Ni0.985Mn0.015(OH)2=Ni0.985Mn0.015O+H2ONi 0.985 Mn 0.015 (OH) 2 = Ni 0.985 Mn 0.015 O + H 2 O
특히 수산화 니켈을 열처리 할때 Cl이 함유된 수산화 니켈은 염소가스가 다량 발생하므로 설비 부식/환경 등의 문제를 일으 킬 있다. 즉 pH 8이하에서 제조된 수산화니켈은 Cl 혼입으로 열처리 수반하는 산화 니켈 제조용으로는 적합하지 않다.In particular, when the nickel hydroxide is heat-treated, the nickel hydroxide containing Cl generates a large amount of chlorine gas, which may cause problems such as corrosion of the facility and environment. That is, nickel hydroxide prepared at pH 8 or below is not suitable for the production of nickel oxide accompanying heat treatment by mixing Cl.
따라서 Cl 최소화가 바람직하며 이는 중화 pH가 9.0이상이 되도록 하면 (NixMn1-x)Cly(OH)2-y (0<x,y<1) 조성 내의 y값이 0.01 이하가 되므로 열처리시 염소 가스 발생을 최소화 할 수 있다.Therefore, it is preferable to minimize Cl, which means that if the neutralization pH is more than 9.0, the y value in the composition (NixMn1-x) Cly (OH) 2-y (0 <x, y <1) becomes 0.01 or less, so that chlorine gas is generated during heat treatment. Can be minimized.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
(실시예1)Example 1
먼저 Fe의 분리를 위하여 표 1의 용액 중 존재하는 Fe의 산화 상태를 조사한 결과 0.22몰/리터의 몰의 Fe중 Fe(+3)이온이 0.2몰 Fe(+2)가 이온이 0.02몰/리터 존재함을 산화 환원 전위(ORP:oxygen reduction potential)를 이용한 Fe 이온 분석 법으로 확인 하였다. Ni 함유 폐 용액 1리터에 액상 산화제인 과산화 수소수를 용액내의 Fe(+2)이온 농도의 0-3배가 되도록 0, 0.01, 0.02, 0.03몰/리터 투여하고 10몰/리터의 KOH를 투여하여 용액의 pH를 2-5까지 변화 시키면서 Fe(OH)3 슬러지를 발생시켰다. 그후 이 용액을 여과 한후 산화제 농도와 pH에 따른 용액내의 금속 이온 농도 및 불순물 농도를 조사 하여 표 2에 나타 내었다..First, in order to separate Fe, the oxidation state of Fe present in the solution of Table 1 was investigated. As a result, 0.2 (2) mol / liter of Fe (+3) ions and 0.22 mol / liter of Fe (+2) and 0.02 mol / liter The presence was confirmed by Fe ion analysis using an oxygen reduction potential (ORP). One liter of waste solution containing Ni was administered with 0, 0.01, 0.02, 0.03 mol / liter of hydrogen peroxide, a liquid oxidant, to be 0-3 times the Fe (+2) ion concentration in the solution, and 10 mol / liter of KOH. Fe (OH) 3 sludge was generated while changing the pH of the solution to 2-5. The solution was then filtered and the metal ion concentrations and impurity concentrations in the solution according to oxidant concentration and pH were investigated and are shown in Table 2.
[표 2] 산화제 농도와 pH에 따른 용액내의 금속 이온 농도 및 불순물 농도[Table 2] Metal ion concentration and impurity concentration in solution according to oxidizer concentration and pH
Ni 용액 Ni, Mn 농도가 감소하였는바 이는 KOH 알칼리 용액 투입으로 인한 농도 저하에 기인한다. Fe이온은 처리 방법에 따라 크게 달라졌다. Fe(+2)이온 농도의 0.5배 이상 H2O2가 투여된 시료의 경우 투여되지 않은 시료(비교예1)에 비하여 Fe농도가 매우 낮은 10 ppm 이하로 감소하였다. Fe(+2)이온 몰수의 2배 이상 투여 하여도 더 이상 Fe 제거 효과 향상이 없었다(비교예2).Ni solution Ni, Mn concentration was reduced due to the concentration decrease due to the addition of KOH alkali solution. Fe ions varied greatly depending on the treatment method. In the case of H 2 O 2 or more than 0.5 times the Fe (+2) ion concentration, the Fe concentration was reduced to 10 ppm or less, which is very low compared to the non-administered sample (Comparative Example 1). Administration of more than twice the number of moles of Fe (+2) ion no longer improved the Fe removal effect (Comparative Example 2).
이를 화학 반응으로 나타내면 다음 반응식 6과 같다.This is represented by the chemical reaction shown in Scheme 6.
[반응식 6]Scheme 6
2FeCl2 +2HCl +H2O2 = 2FeCl3 + 2H2O2FeCl 2 + 2HCl + H 2 O 2 = 2FeCl 3 + 2H 2 O
FeCl3 +3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaClFeCl 3 + 3NaOH = Fe (OH) 3 + 3NaCl
유지 pH가 2.5 미만 일 경우(비교예3), Fe(OH)3 침전 반응이 여의치 않아 Fe 제거 효과가 없으며 pH 4.5이상 경우 Ni이 침전하기 시작한다(비교예4).If the holding pH is less than 2.5 (Comparative Example 3), Fe (OH) 3 precipitation reaction is not so good Fe removal effect, Ni is precipitated when the pH is above 4.5 (Comparative Example 4).
본 발명에서 여과된 Fe(OH)3는 수세하여 이온상 Ni, Na ,Cl 등을 제거한후 농염산과 반응하여 FeCl3(약 45% 농도) 에칭액으로 재생될 수 있다. 그러나 비교예 4와 같이 Ni(OH)2가 Fe(OH)3에 혼입되면 FeCl3에칭액 내로 Ni이 다량 유입 되므로 Ni(OH)2 침전이 전혀 일어나지 않는 pH 4.0 미만에서 Fe 제거가 이루어져야 한다.Fe (OH) 3 filtered in the present invention may be washed with water to remove the ionic phase Ni, Na, Cl and the like, and then reacted with concentrated hydrochloric acid to recover the FeCl 3 (about 45% concentration) etching solution. However, when Ni (OH) 2 is mixed with Fe (OH) 3 as in Comparative Example 4, since a large amount of Ni is introduced into the FeCl 3 etchant, Fe (Ni) should be removed at a pH below 4.0 at which no Ni (OH) 2 precipitation occurs.
(실시예2)Example 2
실시예1의 발명예1의 조건으로 Fe 불순물을 제거한 용액에 KOH(10몰/리터)를 투여하여 용액의 pH를 5-11까지 조절하였다. 용액내에서는 초록색의 침전물이 생성되었다. 이침전물을 잘 세척 하여 KCl등의 수용성 이온을 제거 한후 성분분석 하였다. 그 성분은 Ni,Mn,Cl,OH로 이루어져 있는 (NixMn1-x)Cly(OH)2-y (0<x,y<1) 임을 정량 화학 분석을 통하여 확인 할 수 있었다. 침전물의 조성비 즉 x,y는 용액의 pH에 따라 표 3과 같이 크게 달라짐을 확인하였다.The pH of the solution was adjusted to 5-11 by administering KOH (10 mol / liter) to the solution from which Fe impurities were removed under the conditions of Inventive Example 1 of Example 1. A green precipitate formed in the solution. This precipitate was washed well to remove water soluble ions such as KCl and analyzed. The component was confirmed by quantitative chemical analysis that (NixMn1-x) Cly (OH) 2-y (0 <x, y <1) consisting of Ni, Mn, Cl, OH. The composition ratio of the precipitate, that is, x, y was confirmed to vary greatly according to the pH of the solution as shown in Table 3.
[표 3]TABLE 3
pH가 6미만 일 경우(비교예5) Ni 수산화물 침전량이 극미량(침전량이 분석 최소 양 이하)이므로 분석할 수 없었다. 따라서 산업상 이용 가치는 적다. 용액의 pH가 증가하면 침전량이 증가하면서 x와 y는 모두 감소한다. pH=6-7 에서는 x>0.99 이상의 값을 보이지만 8.0-10.0 범위에서는 x=0.99-0.985의 값을 가진다. pH=5-7에서 y=0.45-0.5 값을 보이지만 pH를 8-10.0로 상승시키면 y=0-0.15으로 하락한다. 즉, pH=5-7.5인 낮은 pH에서 얻은 수산화물은 Mn은 감소하고 Ni은 증가되지만 Cl의 혼입이 많은 수산화 니켈(Ni(OH)Cl)이 얻어 진다. 반면, pH=7.5-10.0으로 상승시키면 수산화 니켈내에 Cl 함량은 작지만 Mn 제거 효율은 다소 낮아진다. 즉, pH=10.0에 이르면 Mn은 전혀 제거되지 않고 수산화 니켈 내에 초기농도(0.5몰;0.08몰) 대비 거의 변화가 없다. 그러나 Cl 혼입이 거의 없는 상태 즉 y=0가 된다.When the pH was less than 6 (Comparative Example 5), the amount of Ni hydroxide precipitated was very small (precipitated amount was less than the minimum amount analyzed) and thus could not be analyzed. Therefore, industrial use value is small. As the pH of the solution increases, both x and y decrease as precipitation increases. At pH = 6-7, the value is greater than x> 0.99, but in the 8.0-10.0 range it is x = 0.99-0.985. At pH = 5-7, y = 0.45-0.5, but increasing the pH to 8-10.0 drops to y = 0-0.15. In other words, the hydroxide obtained at a low pH of pH = 5-7.5 results in the reduction of Mn and increase of Ni, but Ni hydroxide (Ni (OH) Cl) containing a lot of Cl is obtained. On the other hand, when the pH is increased to 7.5-10.0, the Cl content in nickel hydroxide is small but the Mn removal efficiency is slightly lowered. That is, when pH = 10.0, Mn is not removed at all and there is little change in initial concentration (0.5 mol; 0.08 mol) in nickel hydroxide. However, there is little Cl mixing, that is, y = 0.
pH=5.0-7.5범위에서 중화하여 제조된 수산화니켈(발명재 4,5)에 염산을 가할 경우 Ni 대비 Mn 함량이 1% 미만인 고순도 염화니켈 도금 용액을 얻을 수 있다. 이를 반응식으로 표현하면 다음과 같다.When hydrochloric acid is added to the nickel hydroxide (inventive material 4,5) prepared by neutralization in the pH range of 5.0-7.5, a high purity nickel chloride plating solution having a Mn content of less than 1% can be obtained. This can be expressed as a reaction equation as follows.
[반응식 4]Scheme 4
Ni(OH)Cl+HCl= NiCl2+H2ONi (OH) Cl + HCl = NiCl 2 + H 2 O
발명재 4,5의 수산화 니켈 케이크를 농염산(10몰/리터)에 용해한 결과 전기도금용 NiCl2 용액에 부합(Ni>29.2%, Mn<300ppm) 되는 NiCl2를 얻을 수 있었다.As a result of dissolving the nickel hydroxide cake of Inventive Materials 4 and 5 in concentrated hydrochloric acid (10 mol / liter), NiCl 2 was obtained (Ni> 29.2%, Mn <300ppm), which corresponds to the NiCl 2 solution for electroplating.
한편, pH=9-10.0으로 제조된 수산화 니켈(발명재7,8)은 Mn(최대 함량 1.5%) 을 다소 포함하지만 이를 열처리 하여 탈수 처리 하여 산화니켈을 제조 할 경우 통상의 스텐레스 원료로 사용되는 유티리티 니켈(Ni 함량 >97% ) 제조용 산화 니켈(순도 98.5%)로 사용이 가능하다. 이를 반응식으로 표현하면 다음과 같다.Meanwhile, nickel hydroxide (inventive material 7,8) prepared at pH = 9-10.0 contains Mn (maximum content of 1.5%), but is used as a common stainless raw material when manufacturing nickel oxide by heat treatment to dehydration. It can be used as nickel oxide (purity 98.5%) for the production of utility nickel (Ni content> 97%). This can be expressed as a reaction equation as follows.
[반응식 5] Scheme 5
Ni0.985Mn0.015(OH)2=Ni0.985Mn0.015O+H2ONi 0.985 Mn 0.015 (OH) 2 = Ni 0.985 Mn 0.015 O + H 2 O
특히 수산화 니켈을 열처리 할때 Cl이 함유된 수산화 니켈은 염소가스가 다량 발생하므로 설비 부식/환경 등의 문제를 일으킬 수 있다. 즉 pH 8이하에서 제조된 수산화니켈은 Cl 혼입으로 열처리를 수반하는 산화 니켈 제조용으로는 적합하지 않다(비교예6).In particular, nickel hydroxide, which contains Cl when heat-treating nickel hydroxide, generates a large amount of chlorine gas, which may cause problems such as corrosion of the facility and environment. In other words, nickel hydroxide prepared below pH 8 is not suitable for the production of nickel oxide involving heat treatment by Cl incorporation (Comparative Example 6).
따라서 산화 니켈 제조용으로 Cl 함유의 최소화가 바람직하며, 이를 위해서 중화 pH가 9.0이상이 되도록 하면 (NixMn1-x)Cly(OH)2-y (0<x,y<1) 조성 내의 y값이 0.01 이하가 되므로 열처리시 염소 가스 발생을 최소화 할 수 있다(발명재7,8). 중화 pH가 10.0 이상 이더라도(비교예7) y 값의 감소는 더 이상 없고 오히려 중화로 인한 중화 pH는 10이하면 충분하다.Therefore, it is desirable to minimize Cl content for the production of nickel oxide. For this purpose, if the neutralization pH is set to 9.0 or more, the y value in the (NixMn1-x) Cly (OH) 2-y (0 <x, y <1) composition is 0.01. Chlorine gas can be minimized during heat treatment because it is less than (invention materials 7, 8). Even if the neutralizing pH is 10.0 or more (Comparative Example 7), there is no decrease in the y value, but rather, the neutralizing pH due to neutralization is less than 10 is sufficient.
발명재 7,8의 수산화 니켈을 500℃이상에서 열처리 하면 Mn 함유 흑색의 산화니켈(순도>98%)을 제조할 수 있다. 500℃미만에서는 탈수 반응이 여의치 않으며 800℃이상에서는 녹색이 혼입되어 색상이 달라지고 소결이 일어나므로 500-800℃가 가장 적합하다.When nickel hydroxide of the invention material 7,8 is heat-treated at 500 degreeC or more, Mn containing black nickel oxide (purity> 98%) can be manufactured. If the dehydration reaction is less than 500 ℃, and the color is mixed and sintering occurs above 800 ℃, 500-800 ℃ is most suitable.
본 발명에 의하면 FeCl3 에칭액 재활용 공정에서 발생하는 Ni 함유 폐 용액내에 존재하는 Fe, Mn 불순물을 효과적으로 분리 정제할 수 있으며, 또한 분리 정제된 용액을 스테인리스강, 도금원료, 유티리티 니켈(Ni 함량 >97%) 등의 다양한 화학제품의 원료로 재활용할 수 있다.According to the present invention, the Fe and Mn impurities present in the waste solution containing Ni generated in the FeCl 3 etching solution recycling process can be effectively separated and purified, and the separated and purified solution can be separated into stainless steel, plating material, and utility nickel (Ni content> 97%) can be recycled as a raw material for various chemical products.
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