KR100725282B1 - 인듐금속 회수 방법 - Google Patents

Abstract

인듐주석산화물(ITO) 스크랩으로부터 인듐을 효율적으로 추출하여 고순도의 인듐금속을 회수하는 인듐금속 회수 방법에 관한 것으로, (a) 분쇄한 ITO 스크랩 분말을 금속 수산화물과 혼합하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 금속 수산화물의 녹는점(300-700℃)에서 5-20 시간 열처리하는 단계; (c) 상기 (b) 단계로부터 형성된 생성물을 세척 및 건조하는 단계; (d) 상기 (c) 단계로부터 형성된 생성물을 강산에 용해시키는 단계; (e) 상기 (d) 단계로부터 형성된 용액에 Al판을 사용하여 세멘테이션(cementation)하여 스폰지 형태로 형성하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 인듐금속 회수 방법을 이용하는 것에 의해, 스폰지 형태의 인듐금속(순도: 99.5%이상)을 효율적으로 회수할 수 있다.

인듐금속, 스크랩, NaOH

Description

인듐금속 회수 방법{Method for withdrawing indium}

도 1은 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 ITO 스크랩 A를 NaOH와 혼합하여 열처리한 후의 X-선 회절(XRD) 실험 데이터를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 ITO 스크랩 B를 NaOH와 혼합하여 열처리한 후의 X-선 회절(XRD) 실험 데이터를 나타낸 도면,

도 4는 황산용액에서 Al판을 이용한 인듐금속의 회수(cementation 법)의 실험을 나타내는 도면,

도 5는 세멘테이션 후의 Al 판의 표면을 나타낸 도면,

도 6은 Al 판에서 제거한 스폰지-형의 인듐금속을 나타낸 도면,

본 발명은 산업체의 공정 중에 발생하는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO) 폐 타켓 소정비율로 혼합되어 구성된 인듐-주석 산화물로부터 인듐을 추출하는 인듐금속 회수 방법에 관한 것이다.

보다 상세하게 기술하면, 종래에 채택되지 않은 새로운 방법인 금속 수산화물(NaOH, KOH, LiOH 등)을 사용하여 금속 수산화물의 녹는점 부근에서 건식-가열방법으로 폐 ITO 스크랩 분말을 처리하여 산성용액에서 인듐을 효율적으로 추출하는 인듐금속 회수 방법에 관한 것이다.

대표적인 투명-전도성 소재인 ITO(Indium Tin Oxide)는 액정표시소자, 플라스마 디스플레이 패널, 전계방출 표시소자, 전자발광소자 등의 평판표시소자, 태양전지, 투명열선 등의 투명전극으로 널리 이용되고 있다.

이러한 투명전극 물질로는 주석 산화물(SnO₂), 아연 산화물(ZnO) 등도 사용되고 있으나 가장 대표적 물질로는 In₂O₃에 SnO₂를 소량 첨가한 ITO가 박막형태로 베이스 기판에 코팅되어 널리 이용되고 있다. ITO 박막은 증착법, 스퍼터링법 등으로 제조하여 액정표시소자용 전극으로 폭넓게 사용되고 있다. ITO 박막이 평면표시소자에 사용되는 경우 대면적의 균일한 박막이 요구되기 때문에 스퍼터링법이 가장 널리 사용되고 있다.

이 스퍼터링법의 주소재인 고밀도-소결체 형태인 ITO 타켓의 수요가 점점 증가하고 있지만, 타켓의 사용률은 공정상의 문제로 인하여 30% 정도에 그치고 있는 수준이며, ITO 타켓의 주원료인 인듐은 아연광에서 수백 ppm 수준으로 얻어지는 매우 고가원소이므로 사용 후 남은 70%의 타켓을 재활용하는 공정은 매우 중요한 기술이다.

이러한 회수 정제 방법으로는 ITO 산화물을 수소 분위기하의 고온에서 환원 처리 후 산에 용해시켜 전기분해 정제하는 방법과 용해 전 금속을 직접 전해 정제하는 방법등이 보고되고 있다. 또한 인듐의 정제에 관한 것으로 인듐 황화물을 합성하고 염기성 용액하에서 수산화물을 얻어 정제하는 방법에 관한 것이 보고된 바 있다. 이러한 정제 방법은 고온의 환원시설 및 전해설비를 필요로 하게 되며 전해 후 얻어지는 인듐금속은 전해 조건에 따라 각종 불순물을 함유할 수 있는 어려움이 존재하며, 회수후 정제과정의 반복을 통해 고순도의 인듐을 얻어내는 공정의 복잡성이 여전히 문제점으로 남아있다.

또한 전해정제시 얻어지는 인듐의 회수율을 높이기 위해서 전해조의 수평식 다층화가 불가피하고 전해효율을 높이기 위해 전해정제의 전해액 중 농도가 높아야 한다는 점과 전해시간이 오래 걸린다는 점이 문제점으로 지적되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 경우 ITO 스크랩을 재활용하는 방법은 타켓의 전도도를 이용하여 ITO 스크랩을 산화전극으로 사용하여 전해조에서 인듐과 주석의 수산화물을 얻는 방법(미국특허 제5,543,031호), ITO 스크랩을 환원한 후 전해반응으로 인듐만을 회수하는 방법(일본 특허공개공보 평 70145432) 등이 있다. 이밖에 ITO 스크랩을 재활용하는 또 다른 방법으로는, ITO 스크랩을 강한 염산으로 처리한 후 용액의 pH를 조절하여 얻어진 인듐산화물과 주석산화물로부터 고밀도의 ITO 소결체를 얻는 방법(대한민국 등록특허 공보 10-0322749), 강산의 염산, 질산 및 황산 중에서 선택된 하나 이상을 사용하여 잘게 분쇄된 ITO스크랩을 용해시킨 후 알칼리를 첨가하여 인듐과 주석화합물을 공침시켜 하소하여 ITO분말을 제조하는 방법(대한민국 등록특허 공보 10-0370402), ITO 스크랩을 강한 염산에 용해시킨 용 액에 β-diketonate로 유기금속 복합체 반응을 통하여 In(III)β-diketonate 금속 복합체로 인듐을 회수하는 방법(대한민국 등록특허 공보 10-0492929) 등이 있다.

그러나, 상술한 문헌 등에 개시된 기술에 있어서, 고가 금속인 인듐을 회수함에 있어 중요한 사항은 제반 산업공정에서 사용된 인듐이 손실되지 않고 정량적으로 회수하는 것이라 할 수 있다.

특히 ITO 스크랩을 강산(질산, 염산 및 황산)으로 용해하여 인듐을 추출할 때에는 인듐의 정량적인 회수를 고려해야한다. ITO는 인듐-주석 산화물로서 In₂O₃의 In 자리에 Sn이 부분적으로 치환되어 격자내의 산소원자와 결합되어 있는 것으로 In_2-xSn_xO₃식으로 나타낼 수 있다. In 대신에 치환되어 있는 Sn의 농도(x 값)에 따라 In_2-xSn_xO₃ 의 물리-화학적 특성, 결합력의 세기, 전기적 및 광학적 특성은 달라지며, 산에 대한 용해성 또한 달라진다. In_{2 - x}Sn_xO₃가 산에 용해되어 용액 내에서 구성하는 이온들로 해리되는 반응은 In-O 결합과 Sn-O 결합이 끊어지는 과정이며, 이때 H⁺, 전자(electron) 및 용액 내에 존재하는 음이온이 관여하므로, In_{2 - x}Sn_xO₃의 용해특성은 In₂O₃, SnO₂와는 다르게 나타난다는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으 로서, 강산을 사용하여 ITO 스크랩에서 인듐금속을 회수하는 다단계의 복잡한 회수공정을 간소화한 인듐금속 회수 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강산에 ITO 스크랩 분말을 용해하기 전에 금속 수산화물(NaOH, KOH, LiOH 등)과 ITO 스크랩 분말을 적당한 비율로 혼합한 후 금속 수산화물의 녹는점 부근(300 - 700℃)에서 열처리하여 강산(질산, 염산 및 황산)으로 용해 시 ITO 스크랩 분말에서의 인듐성분의 정량적인 추출실험을 유도결합 플라즈마 방출분광분석법(Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy : ICP)으로 분석한 결과를 토대로 ITO 스크랩을 용해를 위한 최적의 강산을 선택할 수 있는 인듐금속 회수 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법은 인듐주석산화물(ITO) 스크랩으로부터 인듐을 추출하여 고순도의 인듐금속을 회수하는 방법으로서, (a) 분쇄한 ITO 스크랩 분말을 금속 수산화물과 혼합하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 금속 수산화물의 녹는점(300-700℃)에서 5-20 시간 열처리하는 단계; (c) 상기 (b) 단계로부터 형성된 생성물을 세척 및 건조하는 단계; (d) 상기 (c) 단계로부터 형성된 생성물을 강산에 용해시키는 단계; (e) 상기 (d) 단계로부터 형성된 용액에 Al판을 사용하여 세멘테이션(cementation)하여 스폰지 형태로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 있어서, 상기 금속 수산화물은 NaOH, KOH, LiOH 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 있어서, 상기 (a) 혼합 단계에서 상기 ITO 스크랩 분말에 대해 중량%로 10-30%의 금속 수산화물을 상기 ITO 스크랩 분말 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서 열처리는 알루미나 도가니에서 5-20시간 동안 처리되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 강산은 질산, 염산 또는 황산 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 있어서, 상기 인듐금속은 순도 99.5%로 회수되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 금속 수산화물의 녹는 점 부근에서 건식 가열법으로 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저 본 발명의 인듐금속 회수 방법의 개념에 대해 도 1에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

ITO는 In₂O₃의 In 자리에 Sn이 부분적으로 치환된, In_{2 - x}Sn_xO₃ 식으로 나타내는 인듐-주석 산화물이다. ITO 스크랩에서 인듐금속을 회수하거나 인듐 산화물 혹은 주석 산화물로 회수하여 이들 화합물을 재활용하기 위한 ITO 스크랩 처리는 강산에 의해 해당 원소들을 용액내로 추출하여 침전물 형태로 회수하거나 전해방법 등을 채택하여 인듐 금속으로 회수하는 방법이다.

따라서, 본 발명에서는 ITO 스크랩에서 고가 원소인 인듐을 이온 형태로 효율적으로 용해시키는 새로운 방법을 제안하였다.

상세하게 서술하면, ITO 스크랩 분말을 NaOH 등의 금속 수산화물과 일정 비율로 혼합하여 금속 수산화물의 녹는점 부근에서 열처리하면 금속 수산화물, 예를 들면, NaOH 등의 수산기에 의해 In_{2 - x}Sn_xO₃ 화합물의 결합이 끊어지게 되므로 산을 사용하여 용해하는 과정에서 회수 목적 원소인 인듐이 이온 형태로 효율적으로 해리된다.

본 발명에 있어서는 먼저 분쇄한 ITO 스크랩을 각각 칭량하고(S10), 여기에 NaOH를 넣고 잘 섞어 혼합한다(S20). 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 300-700℃로 조절한 전기로에서 5-20시간 동안 열처리한다(S30). 바람직하게는 이 혼합물을 금속 수산화물의 녹는점(300-700℃)에서 6-10 시간 열처리한다.

다음에 열처리된 생성물을 세척 및 건조하고(S40), 건조된 생성물을 강산(질산, 염산 및 황산)에 용해시킨다(S50).

이 과정에 의해 형성된 용액에 Al판 등을 사용하여 세멘테이션(cementation)하여 스폰지 형태로 형성하여 인듐금속을 회수한다(S60).

이러한 처리를 채택한 본 발명의 실시 예에서 알 수 있듯이, ITO 스크랩을 왕수로 처리한 시료의 인듐 함량은 33.6%인데 반하여, 본 발명에서 제안한 방법으 로 처리한 시료를 10 N-질산으로 용해하였을 경우에 최대 45.3%의 인듐이 용액으로 추출되며, 10 N-염산으로 용해하였을 경우에 최대 47.9% 의 인듐이 용액으로 추출되며, 10 N-황산으로 용해하였을 경우에 최대 43.0%의 인듐이 용액으로 추출되므로, ITO 스크랩을 새로운 방법인 NaOH 등의 금속 수산화물과 혼합하여 금속 수산화물의 녹는 점 부근에서 건식 가열법으로 처리하여 산으로 용해시키는 본 발명은, 고가 원소인 인듐금속의 재활용 측면에서 매우 중요한 발명의 성과라고 할 수 있다.

이하, 본 발명의 구성을 도2 내지 도6에 따라서 설명한다.

< 실시예 1>

먼저 분쇄한 두 종류의 ITO 스크랩(A, B)을 각각 300g씩 칭량하고, 여기에 NaOH 100g를 넣고 잘 섞어 혼합한다.

이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 300-700℃로 조절한 전기로에서 10시간 동안 열처리한다. 상기 과정에 의해 얻어진 ITO 스크랩 분말의 결정성과 분해정도를 확인하기 위하여 X-선 회절(X-ray diffraction:XRD) 분석법을 실행하여 도 2와 도 3에 나타내었다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 ITO 스크랩 A를 NaOH와 혼합하여 열처리한 후의 X-선 회절(XRD) 실험 데이터를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 ITO 스크랩 B를 NaOH와 혼합하여 열처리한 후의 X-선 회절(XRD) 실험 데이터를 나타낸 도면이다

ITO 스크랩 A를 처리한, 도 2에서 알 수 있듯이, 하단의 XRD 패턴은 폐 ITO 스크랩에 해당되는 것으로 SnO₂에 해당하는 피크는 나타나지 않으며, In₂O₃화합물의 피크만 얻을 수 있었으며, 물리적으로 불순물 형태로 섞여있는 알루미늄 금속에 해당하는 피크가 약하게 나타나고 있음을 알 수 있다.

따라서, ITO는 In₂O₃ 결정격자의 인듐자리에 소량의 Sn이 부분적으로 치환된 형태로 존재하므로 ITO는 In₂O₃ 격자를 이루고 있음을 알 수 있다.

도 2의 중앙에 위치하는 XRD패턴은 ITO 스크랩 분말을 NaOH로 혼합하여 450℃로 유지된 전기로에서 10시간 동안 열처리한 분말의 XRD 패턴이다. 여기에서 알 수 있는 것은 In_{2 - x}Sn_xO₃ 로 표시된 ITO 결정 격자에서 Sn이 X 라는 값만큼 산소원자와 결합되며, 산소원자를 매개체로 In과 연결되어 입방정계의 구조를 이루고 있다.

NaOH의 녹는점 부근인 450℃에서 ITO-NaOH 혼합물을 가열하면 NaOH가 녹으면서 In_2-xSn_xO₃ 결합을 절단하게 되며, 그 과정에서 분해 생성물인 Na₂SnO₃라는 결정성 이온 화합물이 생성되며, 이 화합물은 알카리성 영역에서 생성되며, 물로 세척시 Na⁺와 SnO₃ ^-2 이온으로 해리되므로, 고순도 인듐을 회수하는 공정에서 불순물인 Sn 화합물들을 세척시 용이하게 제거할 수 있다는 이점이 있다. 순수한 In₂O₃는 NaOH에 의해 결정성이 부분적으로 파괴되기 때문에 XRD 패턴에서 약한 세기를 갖는 무정형 상태로 변화되었음을 알 수 있다.

도 3의 XRD 패턴과 유사한 결과를 보이고 있으나, 450℃에서 처리한 것에 비교해서 Na₂SnO₃의 결정성이 좋아졌음을 알 수 있다. ITO 스크랩 B를 처리한, 도 3의 XRD 패턴에서 볼 수 있듯이, 하단의 원시료는 ITO 스크랩 A에 비교해 볼 때, 비 교적 불순물이 적은 시료라는 것을 알 수 있으며, 이 스크랩 분말을 NaOH와 혼합하여 450℃(중앙 위치)와 600℃(상단 위치)로 처리한 시료인 경우에도 도 2와 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

< 실시예 2>

ITO 스크랩(A)을 강산에 처리하여 ITO를 구성하는 원소 중 목적 원소인 인듐을 효율적으로 추출하는 본 발명의 목적이 타당한 것인지의 여부를 규명하기 위하여 NaOH를 첨가하여 열처리된 ITO 스크랩 분말을 세척하여 10 N의 질산, 염산 및 황산을 사용하여 In-추출 실험을 수행하여 ICP 분석으로 ITO를 구성하는 금속이온의 농도와 함량 %를 결정하였으며, 일련의 실험을 비교하기 위하여 왕수용액을 사용하였다.

정확하게 칭량한 2g정도의 NaOH로 처리한 ITO 스크랩 분말(A)에 10-N의 질산(100ml), 염산(100ml) 및 황산용액(100ml)를 파이렉스(pyrex) 비이커에 첨가하여 80℃로 유지한 가열판에서 일정시간 동안 용해한 후 여과시킨 용액을 ICP 분석하여 하기의 표 1, 2, 3에 나타내었다.

ITO 스크랩의 금속 성분의 추출 정도를 비교하기 위하여 ITO 스크랩 분말(A)을 산-용해와 동일한 조건으로 왕수에 용해시켜 ICP 분석을 수행하였다.

<표 1> ICP 분석 결과 : 10-N 질산 용해.

<표 2> ICP 분석 결과 : 10-N 염산 용해.

<표 3> ICP 분석 결과 : 10-N 황산 용해.

표 1은 10-N 농도의 질산을 사용한 결과이다. NaOH로 처리하지 않은 ITO 분말을 질산에 용해하면 Sn은 SnO₂ 침전물로 대부분 침전되므로 여과 시 용액에서 제거되므로, 이온 형태로 존재하는 Sn원소의 함량은 0.2%로, 왕수로 용해 시에는 6.3%의 Sn 함량%와 비교하면 매우 낮은 값으로 용액에 존재한다는 것을 알 수 있다.

특히 왕수로 용해시킨 ICP 결과에서, Mo는 16.2%로 질산으로 용해 시에는 7.9%로 매우 낮은 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 목적 원소인 인듐은 ITO 스크랩에서는 33.6%의 값을 얻었으며, 이는 왕수로 용해 시의 값과 동일한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

ITO 스크랩을 NaOH로 처리한 시료를 질산으로 용해할 시에는 Sn, Al, Mo, Cu원소의 이온 농도는 왕수로 용해한 시료에 비교하여 매우 낮은 값을 나타내었다. 이는 NaOH로 처리하여 여과할 때, 대부분 이온 형태로 제거되므로 침전물을 산으로 용해시에는 용액 내에 존재하는 금속 이온의 농도는 매우 낮게 나타나는 것이라 생각된다.

ITO 스크랩을 NaOH로 처리한 시료의 ICP 분석 결과에서, 무엇보다도 특이한 점은 NaOH로 처리한 시료에서 인듐 함량이 450℃와 600℃로 열처리 온도가 증가할수록 용액에 추출되는 인듐의 함량 %는 37.3, 45.3%로 상당한 비율로 증가하였다. 이는 도 2와 도 3에 도시된 XRD 분석 결과에서 알 수 있듯이, 첨가한 NaOH의 녹는점 부근에서 가열 시에 NaOH가 In_{2 - x}Sn_xO₃의 결합을 절단 시켰기 때문에 ITO를 구성하는 각종 원소가 이온 형태로 질산에 용이하게 해리된다는 것으로 표 1의 ICP 결 과와 잘 일치하고 있다. 이러한, NaOH 처리에 의해 용액으로 추출되는 인듐 함량 %의 증가는 고가금속 원소의 재활용 측면에서 매우 중요한 발명의 성과라고 할 수 있다.

표 2는 10-N 농도의 염산을 사용한 결과이다. NaOH로 처리하지 않은 ITO 분말을 염산에 용해하면 Sn은 SnO₂ 침전물로 대부분 침전되지 않고 Sn 4가의 이온 형태로 용액 내에 존재한다는 것을 알 수 있으며, 질산을 사용한 경우와는 상반된 결과를 나타내고 있다.

이는 사용한 산의 특성에 따른 것으로, Sn 양이온은 질산의 NO₃ ^- 음이온과는 안정하게 착이온 형태로 존재할 수 없지만, 염산을 사용할 시에는 Cl^-이온이 Sn 양이온을 안정화시키기 때문에 ITO 분말을 염산에 용해한 경우에는 Sn 함량이 6.3%로 왕수에 용해 시 값인 6.3%와 동일한 값을 나타내고 있다.

Al의 함량%는 왕수로 용해시의 값, 9.4%와 유사한 값인 7.8%이며, Mo 함량%는 2.1%로 왕수 용해 시의 값, 16.2%보다 상당히 낮은 값을 나타내고 있으므로, 염산에는 Mo 화합물의 용해가 잘되지 않는다는 것을 알 수 있다. 목적 원소인 인듐은 ITO 스크랩에서는 32.7%의 값을 얻었으며, 이는 왕수로 용해 시의 값과 동일한 값, 33.6%와 유사한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

ITO 스크랩을 NaOH로 처리한 시료를 염산으로 용해할 시에는 Sn, Al원소의 이온 농도는 질산으로 용해한 시료에 비교하여 비교적 높은 값을 나타내었지만, 왕 수로 용해 시의 값보다는 낮게 나타나고 있다. Mo 원소는 질산 용해시의 값보다 상당히 낮게 나타나고 있다. ITO 스크랩을 NaOH로 처리한 시료의 ICP 분석 결과에서, 무엇보다도 특이한 점은 NaOH로 처리한 시료에서 인듐 함량이 450℃와 600℃로 열처리 온도가 증가할수록 용액에 추출되는 인듐의 함량 %는 41.3%와 47.9%로 질산으로 용해시의 값보다 높게 나타나고 있다.

이는 도 2와 3에 도시된 XRD 분석 결과에서 알 수 있듯이, 첨가한 NaOH의 녹는점 부근에서 가열 시에 NaOH가 In_{2 - x}Sn_xO₃의 결합을 절단 시켰기 때문에 ITO를 구성하는 각종 원소가 이온 형태로 질산에 용이하게 해리된다는 것으로 표 2의 ICP 결과와 잘 일치하고 있다. 이러한, NaOH 처리에 의해 용액으로 추출되는 인듐 함량 %의 증가는 고가금속 원소의 재활용 측면에서 매우 중요한 발명의 성과라고 할 수 있다.

표 3은 10-N 농도의 황산을 사용한 결과이다. NaOH로 처리하지 않은 ITO 분말을 황산에 용해하면 Sn은 SnO₂ 침전물로 대부분 침전되지 않으므로 질산으로 처리한 시료에 비해 5.1%라는 높은 값을 나타내었으며, 왕수로 용해 시에는 6.3%의 Sn 함량%와 유사한 값으로 용액에 존재한다는 것을 알 수 있으며, Al의 함량% 역시 왕수로 용해시의 값과 유사한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

특히 왕수로 용해시킨 ICP 결과에서 Mo는 16.2%인데 반하여 황산으로 용해 시에는 2.0%로 매우 낮은 값을 갖는다는 것을 알 수 있으며, 이는 사용한 산의 음이온의 특성에 따른 것으로 생각된다. 목적 원소인 인듐은 ITO 스크랩에서는 33.9% 의 값을 얻었으며, 이는 질산과 왕수로 용해 시의 값과 유사한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

ITO 스크랩을 NaOH로 처리한 시료를 황산으로 용해할 시에는 Sn, Al, Cu원소의 이온 농도는 왕수로 용해한 시료에 비교하여 비교적 낮은 값을 나타내었지만, 질산으로 용해 시의 값보다는 높게 나타나고 있다. ITO 스크랩을 NaOH로 처리한 시료의 ICP 분석 결과에서, 무엇보다도 특이한 점은 NaOH로 처리한 시료에서 인듐 함량이 450℃와 600℃로 열처리 온도가 증가할수록 용액에 추출되는 인듐의 함량 %는 38.8%와 43.0%로 상당한 비율로 증가하였다.

이는 도 2와 3에 도시된 XRD 분석 결과에서 알 수 있듯이, 첨가한 NaOH의 녹는점 부근에서 가열 시에 NaOH가 In_{2 - x}Sn_xO₃의 결합을 절단 시켰기 때문에 ITO를 구성하는 각종 원소가 이온 형태로 황산에 용이하게 해리된다는 것으로 표 3의 ICP 결과와 잘 일치하고 있다. 이러한, NaOH 처리에 의해 용액으로 추출되는 인듐 함량 %의 증가는 고가금속 원소의 재활용 측면에서 매우 중요한 발명의 성과라고 할 수 있다.

< 실시예 3>

NaOH로 처리한 ITO 스크랩 분말, 200g을 60% 질산 500ml에 넣고 반응온도를 80℃로 유지한 다음, 24시간동안 용해하였다. 용해 반응이 끝난 후, 반응 혼합물에 적당한 부피의 3 N-황산을 첨가하여 침전물을 여과하였으며, 여과 후 NaOH를 첨가 하여 용액의 부피가 1.3 L로 용액의 pH가 2.5정도로 조절하였다.

상기 과정에서 얻어진 용액에 알루미늄 판을 사용하여 도 4에서 도시된 방법으로 세멘테이션 반응을 수행하였다.

도 5에는 세멘테이션 반응 후의 알루미늄 판의 표면사진으로 세멘테이션 반응에 의해 인듐금속이 알루미늄 판의 표면에 석출되었다는 것을 알 수 있으며, 도6에 도시된 바와 같이 스폰지-형태의 인듐금속을 성공적으로 회수할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 ITO 스크랩 분말을 NaOH 등의 금속 수산화물과 일정 비율로 혼합하여 금속 수산화물의 녹는점 부근에서 열처리하면 금속 수산화물, 예를 들면, NaOH 등의 수산기에 의해 In_{2 - x}Sn_xO₃ 화합물의 결합이 끊어지게 되므로 산을 사용하여 용해하는 과정에서 회수 목적 원소인 인듐이 이온 형태로 효율적으로 해리된다.

이러한 처리를 채택한 본 발명의 실시 예에서 알 수 있듯이, ITO 스크랩을 왕수로 처리한 시료의 인듐 함량은 33.6%인데 반하여, 본 발명에서 고안한 방법으로 처리한 시료를 10 N-질산으로 용해하였을 경우에 최대 45.3%의 인듐이 용액으로 추출되며, 10 N-염산으로 용해하였을 경우에 최대 47.9% 의 인듐이 용액으로 추출되며, 10 N-황산으로 용해하였을 경우에 최대 43.0% 의 인듐이 용액으로 추출되므로, ITO 스크랩을 새로운 방법인 NaOH등의 금속 수산화물과 혼합하여 금속 수산화물의 녹는 점 부근에서 건식 가열법으로 처리하여 산으로 용해시키는 본 발명은, 고가 원소인 인듐금속의 재활용 측면에서 매우 중요한 발명의 성과라고 할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 인듐금속 회수 방법에 의하면, ITO 스크랩에서 고가 원소인 인듐을 이온 형태로 효율적으로 용해시키는 방법에 의해 스폰지 형태의 인듐금속(순도: 99.5%이상)을 효율적으로 회수할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Claims (7)

1. 디스플레이 패널에 사용되는 투명-전도성 소재인 인듐주석산화물(ITO) 스크랩으로부터 인듐을 추출하여 고순도의 인듐금속을 회수하는 방법으로서,

   (a) 분쇄한 ITO 스크랩 분말을 금속 수산화물과 혼합하는 단계;

   (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 300-700℃의 금속 수산화물의 녹는점에서 5-20 시간 열처리하는 단계;

   (c) 상기 (b) 단계로부터 형성된 생성물을 세척 및 건조하는 단계;

   (d) 상기 (c) 단계로부터 형성된 생성물을 강산에 용해시키는 단계;

   (e) 상기 (d) 단계로부터 형성된 용액에 Al판을 사용하여 세멘테이션(cementation)하여 스폰지 형태로 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 (a) 혼합 단계에서 상기 ITO 스크랩 분말에 대해 중량%로 10-30%의 금속 수산화물을 상기 ITO 스크랩 분말 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 인듐금속 회수 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속 수산화물은 NaOH, KOH, LiOH 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인듐금속 회수 방법.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,

   상기 (b) 단계에서 열처리는 알루미나 도가니에서 5-20시간 동안 처리되는 것을 특징으로 하는 인듐금속 회수 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 (b) 단계는 상기 금속 수산화물의 녹는 점 부근에서 건식 가열법으로 처리하는 것을 특징으로 하는 인듐금속 회수 방법.

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