KR100840163B1 - 전기분해에 있어서의 전류효율의 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기분해에 있어 전류효율의 개선 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 이론적 전해조전압이 먼저 계산되고, 이를 측정된 전압과 비교한다. 이론적 전해조전압과 측정된 전해조전압 사이의 누적차를 항시 감시하고, 이 차가 전류효율과 비례하면, 공정의 상태에 대한 정보를 연속적으로 얻을 수 있다. 전류효율의 감소는 전극 사이의 단락을 명확히 나타내고, 본 발명에 따른 방법에 의해 전기분해의 전류효율의 관점에서 단락 제거 작업을 올바른 전해조 그룹에 집중하는 것이 가능하다.

Description

전기분해에 있어서의 전류효율의 개선 방법 { METHOD FOR THE IMPROVEMENT OF CURRENT EFFICIENCY IN ELECTROLYSIS }

본 발명은 전기분해에 있어 전류효율의 개선 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 이론적 전해조전압 (cell voltage) 이 먼저 계산되고, 이를 측정된 전압과 비교한다. 이론적 전해조전압과 측정된 전해조전압 사이의 누적차를 항시 감시하고, 이 차가 전류효율과 비례하면, 공정의 상태에 대한 정보를 연속적으로 얻을 수 있다. 전류효율의 감소는 전극 사이의 단락을 명확히 나타내고, 본 발명에 따른 방법에 의해 전기분해의 전류효율의 관점에서 단락 제거 작업을 올바른 전해조 그룹에 집중하는 것이 가능하다.

금속의 전기분해 처리에서, 목적하는 금속이 전극인 음극의 표면에 침전한다. 이 처리는 전해조 내 전류의 도움으로 실행되고, 전해조에는 전기전도성 물질로 된 판형 양극과 판형 음극의 한 열이 전해액에 교대로 잠겨있다. 석출할 금속과 같은 금속의 가용성 양극을 사용하거나 불용성 양극을 사용함으로써 목적하는 금속이 전기분해 처리에서 음극표면에 석출할 수 있다. 예를 들면, 가용성 양극은 구리의 전해정련에 사용되고, 불용성 양극은 니켈이나 아연의 전해제련에 사용된다.

구리의 전해정련에서, 순도가 낮은 소위 양극 구리는 전류에 의해 용해되고, 이 용해된 구리는 음극의 판 표면에서 소위 고순도의 음극 구리로서 환원된다. 황산계 구리 황산염 용액이 전해액으로 사용된다. 공정 초기에 구리 종자판 (starting sheet) 또는 소위 영구 음극이 음극 판 역할을 하고, 이 영구 음극은 내산성 강 또는 티타늄으로 만들어질 수 있다. 하나 또는 그 이상의 정류기가 전기분해에서 전류원으로 사용된다. 250 내지 320 A/㎡의 전류밀도가 전형적으로 사용되고, 전류는 직류(DC)이다. 전기분해는 개별 전해조들에서 일어나고, 전해조에서의 양극-음극 쌍의 수는 설비에 따라 변하지만, 전형적으로 30 내지 60쌍이다. 전해조의 수는 설비에 따라 다르다. 양극은 전형적으로 14 내지 21일 동안 용해되고, 음극 주기는 7 내지 10일이다.

전기분해 설비의 생산능력은 전류 세기, 전해조의 수 그리고 설비의 시간 대 전류효율에 의존한다. 효율은 설비의 전해조가 (전류가 흐르는 경우) 얼마나 잘 사용되고 전류가 구리의 침전에 얼마나 잘 사용되는지 일시적으로 보여준다. 공급되는 전류밀도를 증가시키거나, 더 많은 전해조를 두거나, 또는 효율을 개선함으로써 전기분해 설비의 능력은 증가될 수 있다.

구리의 전기분해 공정, 그 능력 그리고 경제적 효율을 조사할 때 전류효율은 필수적 파라미터이다. 이 전류효율은 그 전류에서 이론적으로 계산된 최대침전량과 비교하여 음극 표면에 구리를 침전시키기 위해 공급된 전류를 말한다. 실제로 양극과 음극 사이에서 발생한 단락은 전류효율을 가장 심하게 감소시킨다. 단락 상태에서 전류는 전해액에서 구리를 침전시키지 않고 한 전극에서 다른 전극으로 바로 흐르게 되어 전류가 낭비된다.

종래 기술에서, 미국 특허 4,038, 162 에서 단락을 방지 및 제거하여 전류효율을 높이는 방법이 기술되었다. 이 방법은 예를 들면 자기장의 도움을 받아 총 전류를 측정하는 것에 기초하는데, 측정 후에 자동 음극 교체 장치가 위치되어, 단락된 음극을 새것으로 교체한다.

전류분포, 전해액 내의 불순물 그리고 양극 특성과 같은 전기분해 공정의 몇몇 다른 인자들이 단락의 발생에 영향을 미친다. 공정에서 발생하는 교란은 단락의 증가로서 쉽게 간주될 수 있다. 그날 그날의 전기분해 공정에서 단락의 수를 공정 상태의 좋은 지표로 생각할 수 있다. 요즈음 단락은 수동으로 관찰되고 제거되며, 이는 실제로 매일 굉장한 양의 일거리가 된다.

본 발명에 따르면, 전류효율을 개선하기 위해 연속적인 방법이 개발되었는데, 발명에 의하면 전해조 그룹의 전해조전압이 연속적으로 측정되며, 이 전해조전압을 계산된 전해조전압과 비교하고, 단락 제거 작업을 가장 낮은 전류효율을 갖는 전해조 그룹에 집중하도록 전압의 누적차는 전류효율과 비례한다. 그러므로 이 방법은 전기분해 공정에서 측정된 상이한 데이타로부터 얻은 정보와 이 정보의 이용에 기초한다. 이 방법을 이행하면, 더 이상 개별적으로 각 전해조 그룹을 수동으로 조사할 필요가 없고, 좀 더 결정적인 전해조 그룹에 일을 집중할 수 있고, 그 결과 전체 전기분해 설비의 전류효율은 개선될 수 있다. 본 발명의 필수적인 특징은 첨부한 청구의 범위에서 서술한다.

본 발명의 방법에서, 공정 측정치와 변수에 기초하여 먼저 이론적 전해조전압을 계산한다. 사용되는 공정 측정치는 온도와 전해액의 조성 그리고 사용 전류이다. 변수는 전극 사이의 간격과 전해조전압 측정 지점 사이에 있는 전해조의 수이다. 이론적 전해조전압을 측정된 전압과 비교할 때, 전해조 그룹의 단락 상태에 대한 정보를 얻는 것이 가능하다. 실제로, 일반적으로 양극은 절반의 그룹으로 교체되고 이에 따라 전해조전압 또한 변하므로, 절반의 그룹당 전기분해의 전해조전압을 측정하는 것이 좋다. 다음의 "전해조 그룹"은 절반 그룹 또는 다른 그룹을 의미하고, 그 그룹에서 양극은 동시에 교체된다. 전해조 그룹의 측정 전압과 이론 전압 사이의 차가 크면 클수록, 그 그룹에서 단락의 수는 점점 더 커진다. 그러므로, 공정 제어와 단락 제거 작업의 제어를 위한 전해조 그룹의 상태에 대한 귀중한 추가 정보를 얻을 수 있다. 결정적인 전해조 그룹에 작업을 집중할 때, 잘 작동하는 전해조 그룹 주위의 불필요한 조사로 인한 손해는 발생하지 않는다. 단락 상태를 전보다 더 명확히 볼 수 있다.

전류효율을 예측하기 위해, 몇몇의 음극 주기 시리즈로 구성된 모델이 사용된다. 일련의 측정으로부터 각각의 음극 주기에 대한 이론적 그리고 측정된 전해조전압의 누적차가 계산되고, 이 누적차는 얻어진 전류효율과 비례한다. 실험 수행 결과, 누적차와 얻어진 전류효율은 매우 선형적인 관계임이 나타났다. 실제 본 방법은 얻어질 전류효율을 ±1 % 의 정확도로 예측할 수 있음이 관찰되었다.

그러므로 실제로 전해조전압은 온라인 방식, 다시 말해 전해조 그룹에서 연속적으로 측정된다. 이론적 그리고 계산된 전해조전압 사이의 차이로부터 문제된 그룹 또는 절반의 그룹의 전류효율을 추론하는 것이 가능하다. 가장 낮은 전류효율을 갖는 전해조 그룹의 단락이 먼저 제거된다. 그러므로, 잘 작동하는 그룹에 대한 교란을 피하고, 즉시 관심이 필요한 그룹에만 집중하는 것이 가능하다. 본 방법에 의해, 종래의 수동 작업에 비해 전체 전기분해 설비의 전류효율을 개선하는 것이 가능하다. 부가적으로 노동비 절감이 이루어진다.

Claims (3)

1. 전기분해에 있어 전류효율의 개선 방법으로서, 전기분해 공정에서 측정된 변수의 도움으로, 전해조의 계산된 이론적 전해조전압을 측정된 실제 전해조전압과 연속적으로 비교하고, 가장 낮은 전류효율을 갖는 전해조 그룹에서 단락 제거 작업을 집중하도록 전압의 누적차가 전류효율과 비례하는 것을 특징으로 하는 전류효율의 개선 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 전해액의 온도와 조성, 전극 사이의 간격, 전해조의 수 그리고 전류가 이론적 전해조전압의 계산에 사용되는 변수인 것을 특징으로 하는 전류효율의 개선 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 이론적 전해조전압과 측정된 전해조전압 사이의 누적차와 얻어진 전류효율 사이에 선형관계가 있는 것을 특징으로 하는 전류효율의 개선 방법.