KR100643357B1 - 전기아연도금용액의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기아연도금공정에서 발생되는 아연의 부산물을 재활용하는 방법에 관한 것으로서, 아연 부산물의 용해도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 아연 부산물을 보다 신속하게 용해시킬 수 있는 아연 부산물을 이용한 전기아연도금용액의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 전기아연도금된 강판의 에지부에 부착된 과잉의 아연을 제거하는 단계; 및 상기 제거된 아연 부산물중 순도가 90%이상인 것을 용해조에 투입하고 아연무게 대비 1∼3배의 산소(O₂) 및 아연무게 대비 2∼4배의 이산화탄소(CO₂)를 각각 또는 복합으로 공급하면서 황산을 사용하여 아연을 용해시켜 도금용액을 제조하는 단계를 포함하는 전기아연도금용액의 제조방법을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 종래방법에 비해 간편하고 저렴하게 아연부산물을 재활용할 수 있으므로 고부가가치 물질의 재사용에 따른 경제적인 효과는 물론 중금속 물질인 아연의 처리에 따르는 환경적인 측면에서도 우수한 효과를 달성할 수 있게 된다.

아연 부산물, 도금용액, 재활용, 에지, 산소, 이산화탄소

Description

전기아연도금용액의 제조방법{Method for Manufacturing Electric Galvanizing Electrolyte}

도 1은 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 전기아연도금용액 제조장치의 개략도

도 2는 본 발명에 따라 전기아연도금용액의 제조시 공급되는 산소 양에 따른 아연 부산물의 용해량을 나타내는 그래프

도 3은 본 발명에 따라 전기아연도금용액의 제조시 공급되는 이산화탄소 양에 따른 아연 부산물의 용해량을 나타내는 그레프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ... 반응기 2 ... 가스공급부 3 ... 아연저장탱크

7 ... 이산화탄소탱크 8 ... 산소탱크 10 ... 수소배출구

본 발명은 전기아연도금공정에서 발생되는 아연의 부산물을 재활용하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금모재의 에지부(edge)에 과도금되므로써 제거되는 아연의 부산물을 용해시켜 전기아연도금용액을 제조하는 방법에 관한 것이 다.

전기아연도금공정에서 아연을 전기아연도금하는 경우, 모재의 에지부에 아연이 과부착되는 현상이 발생된다.

상기와 같이 아연이 과부착되는 경우에는 제품의 품질을 저해할 수 있기 때문에 과부착된 아연은 제거되어야 한다.

상기와 같이 부산물로 얻어지는 아연분말은 순도가 높으므로, 아연분말을 용해하여 도금용액(원액)으로 재활용(재생)하는 기술들이 제안되어 있다.

상기와 같이 부산물로 얻어진 아연분말을 재활용하는 방법은 크게 열처리법, 전기화학적인 방법 및 산성용해법으로 분류할 수 있다.

상기 열처리법을 이용하여 부산물인 아연분말을 재생하는 방법의 일례로서 대한민국특허 공개공보 제2001-0078419호를 들수 있다.

상기 공개공보에는 아연부산물로 발생하는 아연 드로스(Zn-Dross)를 600℃에서 700℃정도의 온도범위에서 용해하고 별도로 철과 분리촉진제를 첨가하여 화학반응에 의해 아연드로스 중 불순물을 제거함으로써 순도의 편차를 줄이고, 재생회수율을 향상시키는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 상기 열처리법을 이용하는 방법은 상온에서의 공정에 비해 많은 에너지의 소비가 필요하며 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.

한편, 상기 전기화학적인 방법의 일례로서 제2금속에서 수소를 발생시키는 동시에 제 1금속을 전기화학적으로 용해시켜 재생시키는 방법이 대한민국 특허공개공보 제1997-7004914호에 제시되어 있고, 또한 상기 산성용해법을 이용하는 방법의 일례가 대한민국 특허공개 제1995-13570호에 제시되어 있다.

상기한 종래의 아연 부산물 재생방법의 경우에는 첨가제를 사용해야 하는 다단계의 반응공정을 거쳐야만 아연을 용해하거나 전기에너지 그리고/또는 산성분위기를 지속해야만 하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 전기아연도금공정에서 발생되는 아연 부산물의 용해도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 아연 부산물을 보다 신속하게 용해시킬 수 있는 아연부산물을 이용한 전기아연도금용액의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 전기아연도금된 강판의 에지부에 부착된 과잉의 아연을 제거하는 단계; 및 상기 제거된 아연 부산물중 순도가 90%이상인 것을 용해조에 투입하고 아연무게 대비 1∼3배의 산소(O₂) 및 아연무게 대비 2∼4배의 이산화탄소(CO₂)를 각각 또는 복합으로 공급하면서 황산을 사용하여 아연을 용해시켜 도금용액을 제조하는 단계를 포함하는 전기아연도금용액의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다

본 발명은 전기아연도금용액을 제조함에 있어서 아연공급원으로서, 전기아연도금된 강판의 에지부에 과잉으로 부착되어 제거된 아연 부산물을 사용하는 것이 다.

전기아연도금하는 경우, 모재의 에지부에 아연이 과부착되는 현상이 발생된다.

이렇게 과부착된 아연은 도금강판의 품질을 저하시키므로, 제거되어여 하는데, 본 발명에서는 이렇게 제거된 과부착 아연 즉, 아연 부산물을 아연공급원으로 사용하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 과부착되어 제거된 아연 부산물중 그 순도가 90%이상인 것을 아연공급원으로 사용한다.

상기 순도 90%이상의 아연 부산물을 용해조에 투입하고 아연무게 대비 1∼3배의 산소(O₂) 및 아연무게 대비 2∼4배의 이산화탄소(CO₂)를 각각 또는 복합으로 공급하면서 황산을 사용하여 아연을 용해시켜 아연도금용액을 제조한다.

본 발명에서는 아연도금용액중의 아연 함량은 60g/l이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 황산에 의한 아연 부산물의 용해시 산소(O₂) 및 이산화탄소(CO₂)를 각각 또는 복합으로 공급하는데, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도금용액에는 수소이온이 함유되어 있어 반응초기 (즉 이산화탄소 및/또는 산소를 공급하기 전)에는 아연분말금속이 하기 식 [1] 및 [2]에 의해 용액 속에 용해된다.

[식 1]

Zn →Zn²⁺ (용해) + 2e^-

[식 2]

2H⁺ + 2e^- →H₂ (가스발생)

도금원액 1ℓ당 12.5g의 아연분말의 용해가 가능하며, 만약 도금원액 1ℓ당 12.5g이상의 아연분말이 투입되는 경우에는 초과 투입된 아연분말은 용액 내 수소이온의 부재로 인하여 어떠한 반응성도 가지지 않고, 반응기 바닥에 침전되게 된다. 즉 용해도가 전혀 없게 된다.

그러나, 본 발명에 따라 이산화탄소를 도금용액에 공급하게 되면, 하기 식 [3]과 같이 이산화탄소는 물과 반응하여, HCO₃ ^-를 생성하고, 동시에 수소이온을 발생시킨다.

[식 3]

CO₂ + H₂O →HCO₃ ^- + H⁺

이산화탄소 공급량이 증가함에 따라 수소이온의 농도는 증가하게 되고, 반응기의 바닥에 침전되어 있는 아연분말의 재용해가 시작되게 된다.

상기 이산화탄소의 공급량은 아연무게 대비 2∼4배로 제한한다.

상기 이산화탄소의 공급량이 너무 적은 경우에는 아연 부산물을 충분히 용해 시킬 수 없고, 너무 많은 경우에는 경제적 효율이 낮으며, 도금용액 온도저하로 전기도금 백색도가 떨어지는 문제점이 있기 때문에 이산화탄소의 공급량은 아연무게 대비 2∼4배로 제한한다.

한편, 본 발명에서는 상기 이산화탄소 대신에 산소를 전부 또는 일부 대체할 수도 있다.

상기와 같이 산소를 공급하는 경우에는 산소는 하기 식[4]와 같이 OH^-(hydroxide ion)을 발생시키고, 열역학적 산화/환원 에너지 순서에 따라 아연이온의 용해가 자발적으로 일어나게 된다.

[식 4]

O₂ + 2H₂O + 4e^- →4OH^-

산소 공급량이 증가함에 따라 OH^-의 농도는 증가하게 되고, 반응기의 바닥에 침전되어 있는 아연분말의 재용해가 시작되게 된다.

상기 산소의 공급량은 아연무게 대비 1∼3배로 제한한다.

상기 산소의 공급량이 너무 적은 경우에는 아연 부산물을 충분히 용해시킬 수 없고, 너무 많은 경우에는 경제적 효율이 낮으며, 도금용액 온도저하로 전기도금 강판의 백색도가 떨어지는 문제점이 있기 때문에 산소의 공급량은 아연무게 대비 1∼3배로 제한한다.

한편, 아연부산물이 수소이온과 원활하고 균일하게 반응하도록 하기 위해서 자성교반기(magnetic stirrer)를 이용하여 교반시켜 주는 것이 바람직하며, 이 때 회전속도는 1초당 1회정도로 느리게 하는 것이 바람직하다.

또한, 도금 원액의 온도는 상온으로 유지하는 것이 바람직한데, 그 이유는 고온을 유지하는 경우에는 용해도의 증가는 예상되나 에너지의 추가적인 소비와 반응기의 설계를 다르게 해야 하는 등의 단점이 있기 때문이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 통하여 보다 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 전기아연도금용액 제조장치의 일례가 제시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전기아연도금용액 제조장치는 아연부산물을 용해시키는 반응기(1), 이산화탄소 및/또는 산소를 공급하는 가스공급부(2), 상기 반응기에 공급되는 아연부산물을 저장하는 아연저장탱크(3), 상기 가스공급부(2)에 가스소통관계로 연결되어 있는 이산화탄소탱크(7) 및 산소탱크(8), 및 수소를 배출하는 수소배출구(10)를 포함한다.

도 1에서 부호 4는 전도도 측정기를, 부호 5는 마그네틱 바를, 부호 6은 도금용액을, 부호 9는 에어-스톤(air-stone)을, 그리고 부호 11은 도금용액탱크를 나타낸다.

본 발명에 따라 아연도금용액을 제조하기 위해서는 반응기(1)에서 아연저장탱크(3)에 저장되어 있는 아연부산물을 황산에 의하여 용해시키면서 이산화탄소 탱크(7) 및 산소탱크(8)에 각각 저장되어 있는 이산화탄소 및 산소를 각각 또는 복합으로 가스공급부(2)를 통해 반응기(1)내로 공급한다.

상기와 같이 아연부산물을 용해하여 제조한 도금용액(6)은 도금용액탱크(11)로 보내어 저장시킨다.

상기 마그네틱 바(5)는 용액을 순환시켜 주고, 그리고 상기 에어-스톤(9)은 산소 및 이산화탄소를 용액전체와 고르게 반응시키도록 해준다.

또한, 상기 전도도 측정기(4)는 아연이온의 용해에 따라 증가하는 전도도 및 아연이온의 농도를 측정한다.

본 발명에서는 전기아연도금공정에서 도금용액중의 아연농도를 연속적으로 측정하여 그 농도가 기준치 이하로 떨어지는 경우에는 재생된 아연도금용액을 공급하도록 구성할 수도 있다.

물론, 이러한 경우에는 재생된 아연도금용액중의 아연농도는 기준치이상이어야 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

전기아연도금된 강판의 에지부에 부착된 과잉의 아연을 제거하여 얻은 아연부산물을 산소를 공급하면서 황산에 의하여 용해하고, 공급된 산소 양(g/l)의 변화에 따른 용해된 아연분말의 양(g/l)의 변화를 조사하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 산소 1M의 공급에 따라 약 2M의 아연이온의 생성을 예측할 수 있지만, 실제로는 약 0.5M의 아연이 용해됨을 알 수 있다.

(실시예 2)

전기아연도금된 강판의 에지부에 부착된 과잉의 아연을 제거하여 얻은 아연부산물을 이산화탄소를 공급하면서 황산에 의하여 용해하고, 공급된 이산화탄소 양(g/l)의 변화에 따른 용해된 아연분말의 양(g/l)의 변화를 조사하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 이산화탄소의 양이 증가함에 따라 용해되는 아연분말의 양도 증가하는 것을 알 수 있다.

상기 식 [3]에 의하면, 이산화탄소 2M (88g)의 투입에 65.38g의 아연이 용해되는 것을 예측할 수 있지만, 실제로는 2M의 이산화탄소 공급 시 약 55g의 아연분말이 용액 속으로 용해되는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래방법에 비해 간편하고 저렴하게 아연부산물을 전기아연도금용액으로 재활용할 수 있으므로 고부가가치 물질의 재사용에 따른 경제적인 효과는 물론 중금속 물질인 아연의 처리에 따르는 환경적인 측면에서도 우수한 효과를 달성할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 전기아연도금된 강판의 에지부에 부착된 과잉의 아연을 제거하는 단계; 및 상기 제거된 아연 부산물중 순도가 90%이상인 것을 용해조에 투입하고 무게 대비 아연:산소(O₂)는 1:1~3 및 아연:이산화탄소(CO₂)는 1:2~4로 각각 또는 복합으로 공급하면서 황산을 사용하여 아연을 용해시켜 도금용액을 제조하는 단계를 포함하는 전기아연도금용액의 제조방법

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