KR100610816B1

KR100610816B1 - 은(銀)분말 제조방법

Info

Publication number: KR100610816B1
Application number: KR1020040060883A
Authority: KR
Inventors: 김치권; 정진기
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-08-10
Also published as: KR20060012141A

Abstract

본원 발명은 은(銀)분말 제조방법에 관한것으로, 그 목적은 은 분말 제조시, 환원반응 속도가 완만하여 은 분말의 입경 및 입자형태의 조절이 용이하고, 환원 석출된 은 입자의 입경이 미세하고, 응집현상이 발생되지 않으며, 환원제의 독성이 약하여 인체에 해롭지 않고, 발생된 폐수의 처리비용이 적고, 은 분말 제조에 따른 설비비, 장치비가 저렴한 제조방법을 제공하는데 있다.

본원 발명의 구성은 은분말의 제조방법에 있어서, 순도가 99.99%인 은괴(Silver Ingot)에 진한 질산을 첨가한 후 온도를 70～80℃로 유지하면서 용해시키는 단계와; 상기 용액에 염화나트륨(NaCl) 수용액을 첨가하여 염화은(Silver Chloride)을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하는 단계와; 상기 제조된 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 첨가하여 pH를 4로 조절하고, 여기에 철편(鐵片)이 부착된 교반기를 회전시켜 염화은이 철편에 접촉하는 순간 미립의 은입자가 석출되도록 하는 단계를 거친 후 이를 여과, 세척, 건조하여 은분말을 제조하는 것을 특징으로 한다.

은분말, 철편, 염화나트륨, 구상, 조립

Description

은(銀)분말 제조방법{Manufacturing method of silver powder}

도 1은 본 발명의 은분말 제조 공정도의 일 실시예도,

도 2는 본 발명 실시예 1에서 제조한 은분말의 주사전자현미경사진,

도 3은 비교예 1에서 제조한 은분말의 주사전자현미경사진,

도 4는 비교예 2에서 제조한 은분말의 주사전자현미경사진,

도 5는 비교예 3에서 제조한 은분말의 주사전자현미경사진이다.

본 발명은 은(銀) 분말의 제조방법에 관한 것으로, 특히 평균입도가 0.5～1㎛이고 입자형태가 구상(球狀)인 은(銀) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다

은(銀) 분말은 전자산업의 후막집적회로(厚膜集積回路), 프린트 배선회로, 열경화성 도전 페이스트 등 신뢰성을 중요시하는 전자부품에 사용되는 은 페이스트(Silver Paste) 제조에 도전성 충전제(Conductive Filler)로 반드시 필요한 소재이 다. 이러한 용도로 사용되는 은분말의 특징으로는 원료로 사용되는 순도가 99.99%인 은괴는 귀금속으로 고가이므로 회수율이 높아야 하고, 제조한 은 분말의 입자 형태가 구상(球狀)으로 균일하여야 하고 평균입도가 0.5～1㎛로 입도분포 폭이 좁아야 한다.

종래에 은 분말을 제조하는 방법으로는 순도가 99.99%인 은괴를 질산에 용해한 후 암모니아수를 가하여 pH를 10～11로 조절하고 포르알데히드, 하이드로퀴논, 히드라진 등 유기 환원제를 첨가하여 환원, 석출시켜 제조하거나 순도가 99.99%인 은괴를 질산에 용해한 후 오토클레이브(Autoclave)에 장입하여 수소가스를 주입하여 제조하는 방법이 있었다.

그러나 상기의 은 분말 제조법 중 포름알데히드, 하이드로퀴논, 히드라진을 첨가하여 제조하는 방법은 용액 중에 함유되어 있는 은 이온(Silver Ion)을 환원, 석출시킬 때 환원력이 강하여 환원반응이 급속도로 빨리 진행되기 때문에 은 분말의 입경 및 입자형태의 조절이 어렵고 환원, 석출된 은 입자의 입경이 조대해지고 응집현상이 발생되며 또한 이러한 환원제는 인체에 대한 독성이 강하여 인체에 해로울뿐만 아니라 발생된 폐수의 처리비용이 높은 단점이 있다.

또한, 오토클레이브를 사용하여 은분말을 제조하는 경우에는 설비비, 장치비가 많이 소요되며 이 역시 환원반응이 빠른 속도로 진행되기 때문에 입경 및 입자형태의 조절이 불가능하였으며 입자의 응집현상이 매우 심하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 은 분말 제조시, 환원반응 속도가 완만하여 은 분말의 입경 및 입자형태의 조절이 용이하고, 환원 석출된 은 입자의 입경이 미세하고, 응집현상이 발생되지 않으며, 환원제의 독성이 약하여 인체에 해롭지 않고, 발생된 폐수의 처리비용이 적고, 은 분말 제조에 따른 설비비, 장치비가 저렴한 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 순도가 99.99%인 은괴(Silver Ingot)에 진한 질산을 첨가하여 온도를 70～80℃로 유지하면서 용해시킨 후, 여기에 염화나트륨(Nacl) 수용액을 첨가하여 염화은(Siver Chloride)을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 첨가하여 pH를 4로 조절하고, 여기에 순도가 99.99%이고 철편(鐵片)이 부착된 교반기를 회전속도 150～200RPM으로 회전하여 염화은이 철편에 접촉하는 순간 미립의 은입자가 석출되어 평균입도가 0.5～1㎛이고 입자형태가 구상(球狀)인 은분말을 제조하는 방법을 특징으로 한다.
상기 제조된 염화은을 수용액 중에 분산시킨 후 염산용액을 첨가하여 pH를 4로 조절하고, 여기에 철편(鐵片)이 부착된 교반기를 회전시켜 염화은이 철편에 접촉하는 순간 미립의 은입자가 석출되도록 하는 단계를 거친 후 이를 여과, 세척, 건조하여 은분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 은(銀)분말 제조방법.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 은분말 제조 공정도의 일 실시예도로서, 본 발명의 공정은 은의 순도가 99.99%인 은괴(銀塊)에 진한 질산을 첨가하여 온도를 80℃로 유지하여 가열, 분해하여 질산은 용액을 제조한 후, 여기에 염화나트륨 수용액을 가하여 염화은 입자를 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 이후 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 첨가하여 용액의 pH를 4로 보정한 후 용액의 온도를 30℃로 유지하여 가로 150mm, 세로 50mm, 높이 10mm인 철편(鐵片)을 교반기에 부착하여 교반기에 회전속도를 150～200RPM으로 유지하여 용액 중에 함유되어 있는 백색의 염화은이 없어질 때까지 교반하여 은입자를 석출시킨다. 이후 석출된 은 입자를 여과 한 후 건조하여 은 분말을 제조한다.

상기에서 교반기의 회전속도는 150RPM이하에서는 염화은이 용액 중에 완전히 유동화되지 않고 일부가 침전상태에 있으며 200RPM이상에서는 교반기의 속도가 너무 빨라 용액의 와류현상이 발생됨으로 해서 상기 수치일 때가 가장 바람직한 회전속도이다.
상기에서 분산시 물을 사용하는 이유는 물을 사용하지 않고 산성 또는 알카리 수용액을 사용하면 염화은과 반응하여 다른 화합물이 형성되거나 용해되기 때문이다.

상기 본원 발명에서는 염화은이 함유된 수용액을 철편이 부착된 교반기를 사용하여 교반함으로써 염화은이 철편과 접촉하는 순간 은으로 치환석출하는데 이때의 반응식은 다음과 같다.

AgCl + Fe -> Ag + FeCl

본 발명이 종래의 방법과 근본적으로 상이한 것은 은괴를 질산에 가열, 분해하여 제조한 질산은 용액을 하이드로 퀴논, 포름알데히드, 히드라진과 같은 인체에 독성이 강한 화공약품을 사용하지 않고 은 분말을 제조하므로 종래의 방법으로 제 조한 것보다 입자의 응집현상이 없는 미립의 은분말을 제조할 수 있는 특징이 있다.

다음은 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 설명한다.

실시예 1

은의 순도가 99.99%인 은괴(銀塊) 10g을 용량 2ℓ인 파이렉스제 용기에 넣고 진한 질산 40㎖를 첨가하고 가열하여 온도를 80℃를 유지, 은괴를 완전히 분해하여 제조한 질산은 용액을 제조하였다.

이 용액에 염화나트륨 8.5g을 증류수 1ℓ에 완전히 용해한 수용액을 서서히 가하여 염화은을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 이후 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 추가하여 pH를 4로 보정하였다. 이 용액의 온도를 30℃로 유지하여 가로 150mm, 세로 50mm, 높이 10mm인 철편(鐵片)을 교반기에 부착하여 교반기에 회전속도를 200RPM으로 유지하여 용액 중에 함유되어 있는 백색의 염화은이 없어질 때까지 60분 동안 교반하여 은입자를 제조하였다.

제조한 미립의 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 10g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 분산상태가 우수한 구상(球狀)(도 2 참조)이었으며 평균입도는 0.5㎛이었다.

실시예 2

은의 순도가 99.99%인 은괴(銀塊) 20g을 용량 2ℓ인 파이렉스제 용기에 넣고 진한 질산 80㎖를 첨가하고 가열하여 온도를 80℃를 유지, 은괴를 완전히 분해하여 제조한 질산은 용액을 제조하였다.

이 용액에 염화나트륨 17g을 증류수 1ℓ에 완전히 용해한 수용액을 서서히 가하여 염화은을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 이후 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 추가하여 pH를 4로 보정한 후, 실시예 1에 표기한 동일한 방법으로 은분말을 제조하였다.

제조한 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 20g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 구상(球狀)이었으며 평균입도는 0.6㎛이었다.

실시예 3

은의 순도가 99.99%인 은괴(銀塊) 30g을 용량 2ℓ인 파이렉스제 용기에 넣고 진한 질산 120㎖를 첨가하고 가열하여 온도를 80℃를 유지, 은괴를 완전히 분해하여 제조한 질산은 용액을 제조하였다.

이 용액에 염화나트륨 25.5g을 증류수 1ℓ에 완전히 용해한 수용액을 서서히 가하여 염화은을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 이후 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 추가하여 pH를 4로 보정한 후, 실시예 1에 표기한 동일한 방법으로 은 분말을 제조하였다. 제조한 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 30g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 구상(球狀)이었으며 평균입도는 0.7㎛이었다.

실시예 4

은의 순도가 99.99%인 은괴(銀塊) 40g을 용량 2ℓ인 파이렉스제 용기에 넣고 진한 질산 160㎖를 첨가하고 가열하여 온도를 80℃를 유지, 은괴를 완전히 분해하여 제조한 질산은 용액을 제조하였다.

이 용액에 염화나트륨 34g을 증류수 1ℓ에 완전히 용해한 수용액을 서서히 가하여 염화은을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 이후 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 추가하여 pH를 4로 보정한 후, 실시예 1에 표기한 동일한 방법으로 은분말을 제조하였다.

제조한 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 40g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 구상(球狀)이었으며 평균입도는 0.8㎛이었다.

실시예 5

은의 순도가 99.99%인 은괴(銀塊) 50g을 용량 2ℓ인 파이렉스제 용기에 넣고 진한 질산 200㎖를 첨가하고 가열하여 온도를 80℃를 유지, 은괴를 완전히 분해하여 제조한 질산은 용액을 제조하였다.

이 용액에 염화나트륨 42.5g을 증류수 1ℓ에 완전히 용해한 수용액을 서서히 가하여 염화은을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하고, 이후 제조한 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 추가하여 pH를 4로 보정한 후, 실시예 1에 표기한 동일한 방법으로 은 분말을 제조하였다.

제조한 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 50g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 구상(球狀)이었으며 평균입도는 1㎛이었다.

비교예 1

이 용액에 암모니아수를 가하여 pH를 11로 보정한 후 용액의 온도를 30℃로 유지하여 교반하고, 여기에 농도가 100g/ℓ인 하이드로퀴논 수용액 400㎖을 서서히 첨가하여 30분간 반응시켜 은 입자를 제조하였다.

제조한 미립의 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 10g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 심하게 응집한 구상(球狀)(도 3 참조)이었으며 평균입도는 4.5㎛이었다.

비교예 2

이 용액에 암모니아수를 가하여 pH를 11로 보정한 후 용액의 온도를 30℃로 유지하여 교반하고, 여기에 농도가 100g/ℓ인 포름알데히드 수용액 400㎖을 서서히 첨가하여 30분간 반응시켜 은입자를 제조하였다.

제조한 미립의 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 10g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태 는 심하게 응집한 구상(球狀)(도 4 참조)이었으며 평균입도는 5.3㎛이었다.

비교예 3

이 용액에 암모니아수를 가하여 pH를 11로 보정한 후 용액의 온도를 30℃로 유지하여 교반하고, 여기에 농도가 100g/ℓ인 히드라진 수용액 400㎖을 서서히 첨가하여 30분간 반응시켜 은입자를 제조하였다.

제조한 미립의 은입자를 70℃로 건조하여 무게를 측정한 결과 10g이었으며 주사전자현미경(SEM)과 입도분석기로 입자형태와 평균입도를 조사한 결과 입자형태는 응집현상이 심한 구상(球狀)(도 5 참조)이었으며 평균입도는 5.8㎛이었다.

상기 실시예와 비교예에 표시한 바와 같이 본 발명에 의하여 제조한 은분말은 입자형태가 구상이며 평균입도가 0.5～1㎛이었으며, 종래에 하이드로퀴논, 포름알데히드, 히드라진을 사용하여 환원, 석출하여 제조한 은분말의 입자형태는 응집현상이 심한 구상 또는 불규칙상 이었으며 평균입도는 4.5～5.8㎛로 평균입도가 조대하였음을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 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.

상기와 같은 본 발명은 은 분말 제조시, 환원반응 속도가 완만하여 은 분말의 입경 및 입자형태의 조절이 용이하고, 환원 석출된 은 입자의 입경이 미세하고, 응집현상이 발생되지 않으며, 환원제의 독성이 약하여 인체에 해롭지 않고, 발생된 폐수의 처리비용이 적고, 은 분말 제조에 따른 설비비, 장치비가 저렴하다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims

은분말의 제조방법에 있어서,

순도가 99.99%인 은괴(Silver Ingot)에 진한 질산을 첨가한 후 온도를 70～80℃로 유지하면서 용해시키는 단계와;

상기 용액에 염화나트륨(NaCl) 수용액을 첨가하여 염화은(Silver Chloride)을 형성시킨 후 여과, 건조하여 염화은을 제조하는 단계와;

상기 제조된 염화은을 물(H₂O) 중에 분산시킨 후 염산용액을 첨가하여 pH를 4로 조절하고, 여기에 철편(鐵片)이 부착된 교반기를 회전시켜 염화은이 철편에 접촉하는 순간 미립의 은입자가 석출되도록 하는 단계를 거친 후 이를 여과, 세척, 건조하여 은분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 은(銀)분말 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 염화나트륨 수용액은 은괴(銀塊) 10g에 진한 질산 40㎖ 첨가되는 정비례관계시, 염화나트륨 8.5g을 증류수 1ℓ에 완전히 용해시킨 수용액인 것을 특징으로 하는 은(銀)분말 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 은분말의 제조방법에 있어서,

철편(鐵片)이 부착된 교반기의 회전속도는 150～200RPM으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 은(銀)분말 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 철편은 순도 99.99% 철편인 것을 특징으로 하는 은(銀)분말 제조방법.