KR100991229B1 - 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법에 관한 것으로, 그 목적은 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금을 분리 회수시 환경오염 유발물질인 질소산화물의 과도한 발생을 방지하고, 염소가스를 처리하기 위한 가스 세정설비(gas scrubber)가 필요 없고, 독성 환원제를 사용치 않아 인체에 무해히고, 폐수처리 비용이 낮은 전기화학적 방법 분리 및 회수 방법을 제공함에 있다. 본 발명의 구성은 금과 은의 합금을 압연하여 양극으로 사용하고 음극은 흑연판(graphite plate)을 사용하여, 전해조의 양극실에는 염산 전해액, 음극실에는 염화칼륨 전해액을 채운후 설정온도로 전해액 온도를 유지하면서 직류 인가 전압을 통전시켜 양극인 금과 은 합금을 용해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액으로, 은은 염화은(AgCl)으로 석출하여 양극실 바닥에 침적시킨 후 이를 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리, 회수한 후 염화금산 용액과 염화은에 환원제 아스콜빈산(ascorbic acid) 수용액을 가하여 각각 금과 은으로 환원, 석출시키는 방법을 특징으로 한다.

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Description

금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법{Separation and recycling method of gold and silver from gold and silver alloy}

본 발명은 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법에 관한 것으로, 자세하게는 전기화학적 방법을 사용하여 금은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금(gold & silver alloy)으로부터 금과 은의 분리 및 회수방법에 관한 것이다.

금과 은은 장식, 장신구 뿐만 아니라 많은 양이 산업용으로 이용되는데 화폐, 주방기기, 화학공업에서의 촉매, 도금재료, 전기접점, 땜납, 진공증착용 박막재료, 치과재료 등 그 활용범위가 매우 넓고 다양하다.

특히 근래에 전자산업, 반도체산업 및 정보통신산업 비약적인 발전에 힘입어 전자기기는 급속도로 광범위하게 보급되고 있다.

이러한 전기, 전자기기의 처리능력 향상을 위해 전자회로 소자는 미소화, 고기능화, 다양화 및 정밀화되고 있으며 이에 부응할 수 있는 고기능성 및 고신뢰성이 요구되어 전기, 전자소자나 전자부품 제조용으로 많은 양의 금과 은 등 귀금속 이 필수적으로 상당량 사용되고 있는 실정이다.

하지만 상기와 같이 여러 분야에서 사용되는 금과 은은 귀금속으로 가격이 고가이므로 특히 최근에 귀금속의 가격이 급격히 상승하고 있으므로 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금을 질소산화물, 염소화합물 등 환경오염 유발물질을 배출하지 않는 환경친화적이며 인체에 대한 독성이 적은 비교적 간단한 공정을 적용하여 귀금속 원자재에 대한 체금금리를 낮추는 것이 경제적으로 매우 중요하다.

종래에 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리, 회수하는 방법은 금과 은 합금에 왕수를 가하여 가열, 분해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액이 되고 은은 염화은(AgCl)의 혼합물이 생성한다.

이 혼합물을 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리한 후 염화금산 용액을 가열, 농축하여 용액속에 함유되어 있는 질소산화물을 제거한 후 하이드로퀴논, 포름알데히드, 히드라진과 같은 환원제를 가하여 환원, 석출하여 금을 회수하며 염화은에도 동일한 환원제를 가하여 염화은을 가하여 은을 환원, 석출시킨다.

이 과정에서 발생되는 환경오염 유발물질인 많은 양의 질소산화물, 염소가스를 처리하기 위한 가스 세정설비(gas scrubber)를 가동하여야 하는 문제점이 있으 며, 이때 사용되는 환원제는 독성이 높아 인체에 해로울 뿐만 아니라 폐수처리 비용이 높은 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금을 분리 회수시 환경오염 유발물질인 질소산화물의 과도한 발생을 방지하고, 염소가스를 처리하기 위한 가스 세정설비(gas scrubber)가 필요 없고, 독성 환원제를 사용치 않아 인체에 무해히고, 폐수처리 비용이 낮은 전기화학적 방법 분리 및 회수 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 금과 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금(gold & silver alloy)으로부터 금과 은의 분리 및 회수방법에 있어서,

금과 은의 합금을 압연하여 양극으로 사용하고 음극은 흑연판(graphite plate)을 사용하여, 전해조의 양극실에는 염산 전해액, 음극실에는 염화칼륨 전해액을 채운후 설정온도로 전해액 온도를 유지하면서 직류 인가 전압을 통전시켜 양극인 금과 은 합금을 용해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액으로, 은은 염화은(AgCl)으로 석출하여 양극실 바닥에 침적시킨 후 이를 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리, 회수한 후 염화금산 용액과 염화은에 환원제 아스콜빈산(ascorbic acid) 수용액을 가하여 각각 금과 은으로 환원, 석출시키는 방법을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 흑연판(graphite plate)은 양극과 동일한 크기의 흑연판(graphite plate)을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 전해조의 양극실과 음극실은 음이온 격막으로 분리된 것을 특징으로 한다.

상기 전해조의 양극실에 채원진 염산 전해액의 농도는 염산농도 15~20wt%을 사용하되, 투입량은 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극 100g 당 2.5ℓ을 투입하는 것이고,

상기 음극실에 채워진 염화칼륨 전해액의 농도는 염화칼륨 농도 15~20wt%인 것을 사용하되, 투입량은 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극 100g 당 2.5ℓ을 투입투입하는 것을 특징으로 한다.

상기 설정된 전해액의 온도는 40℃∼50℃로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 직류 인가 전압은 3V∼5V인 것을 특징으로 한다.

상기 환원제인 아스콜빈산의 농도는 농도 10~15wt%인 것을 사용하되, 투입량 은 양극인 금과 은 합금(1:9) 판재 100g 당 1ℓ를 투입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금을 전기화학적 방법으로 분리 회수함으로써 환경오염 유발물질인 질소산화물 과도한 발생을 방지하고, 염소가스를 처리하기 위한 가스 세정설비(gas scrubber)가 필요 없고, 독성 환원제를 사용치 않아 인체에 무해히고, 폐수처리 비용이 낮다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리, 회수 장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리, 회수 장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 공정도이다

본 발명은 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생한 금과 은 합금을 전기화학적인 방법으로 금과 은를 분리, 회수하는 방법으로 도시된 바와 같이 금은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금(gold & silver alloy)으로부터 금과 은의 분리, 정제방법에 관한 것으로 금과 은의 합금을 압연하여 양극(1)으로 사용하고 음극(2)은 양극과 동일한 크기의 흑연판(graphite plate)을 사용하며, 도 1에 표시한 양극실(6)과 음극실(5)이 음이온 격막(3)으로 분리되어 있는 전해조(4)의 양극실(6)에 염산농도 15~20wt%, 음극실(5)에 염화칼륨 농도 15~20wt%인 전해액을 채우고 전해액 온도를 40℃∼50℃로 유지하여 직류 인가 전압을 3V∼5V 통전하면 양극인 금과 은 합금은 서서히 용해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액으로, 은은 염화은(AgCl)으로 석출하여 양극실 바닥에 침적시킨 후 이를 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리, 회수한 후 염화은과 염화금산 용액에 환원제로 독성이 전혀 없는 아스콜빈산(ascorbic acid) 수용액을 가하여 환원, 석출시켜 각각 금과 은을 분리, 회수하는 방법이다.

상기에서 양극실 전해액은 염산농도 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극 100g 당 15~20wt% 2.5ℓ을 투입한 것으로, 염산농도 15wt%이하에서는 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극이 완전히 용해하는데 330분이 소요되며, 15%이상에서는 240분이 소요된다. 20wt% 이상에서는 더 이상의 시간 단축이 없어 더 투입할 필요가 없기 때문이다.

음극실에 투입하는 기준과 수치한정의 이유는 동일하다.

상기에서 전해액 온도를 40℃∼50℃로 유지하는 이유는 전해액 온도 40℃ 이 하에서는 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극 100g이 완전히 용해하는데 330분이 소요되며, 40℃ 이상에서는 240분이 소요되며, 50℃이상에서는 더 이상 시간 단축의 효과가 없기 때문이다.

또한 직류 인가 전압을 3V∼5V로 한정한 이유는 전해액 온도에서의 시간 설명과 동일하다.

상기 본 발명의 전해조(4)는 재질이 폴리에틸렌(Polyethylen)이며 가로 200㎜, 세로 150㎜, 높이 200㎜의 직육면체로 내부는 음이온 격막(anion membrane)(3)으로 양극실(6)과 음극실(5)이 용적비 1:1로 분리되어 있다. 즉, 양극실 하나에 음극실 두개로 구성되어 있으며 용적비는 1: 1이므로 양극실의 용적이 100㎖이면, 음극실은 50㎖ 용적이 두개로 구성된다.

한 실시예에 따라 구체적으로 설명하면 양극(1)은 금과 은 합금(gold & silver alloy)을 압연하여 가로100mm, 세로 50mm, 높이 250㎜ 두께 0.1mm인 판재(한 실시예에 따른 실험실적 크기)이며, 음극(2)은 양극과 동일한 크기의 흑연판(graphite plate)이다. 흑연판을 사용한 이유는 흑연판은 불용성 전극재료이기 때문이다. 만약 동이나 알루미늄, 니켈 같은 금속을 전극으로 사용하면 용해될 수 있기 때문이다.

이때의 양극실과 음극실의 전해액으로는 각각 농도가 20%인 염산 수용액과 염화칼륨(KCl) 수용액이다.

보다 상세하게 설명하자면, 본 발명은 금, 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생된 금과 은 합금(Au 1: Ag 9)(일반적으로 금, 은이 함유되어 있는 광석을 제련하면 상기와 같은 비율의 금, 은합금이 형성됨)으로부터 금과 은을 분리하여 정제하는 방법은 양극실과 음극실이 음이온 격막으로 분리되어 있는 전해조의 양극실에 염산농도 15~20wt%, 음극실에 염화칼륨 농도 15~20wt%인 전해액을 채우고 전해액 온도을 40℃∼50℃로 유지하여 직류 인가 전압을 3V∼5V 통전하면 양극인 금과 은 합금은 서서히 용해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액으로, 은은 염화은(AgCl)으로 석출하여 양극실 바닥에 침적한다.

이때에 양극실에서는 Au → Au⁺ + e, Au⁺ + 4HCl → H Au(Cl)₄ + K⁺, Ag → Ag⁺ + e, Ag⁺ + HCl → AgCl + K⁺반응이,

음극실에서는 H₂0 ↔ H⁺ + OH^-, H⁺ + e → ㅍ H₂, K⁺ + Cl^- → KCl 반응이 진행된다.

이후 양극실에서 염화금산과 염화은의 혼합물을 회수한 후, 여과하여 염화금산 용액과 염화은의 침전물을 각각 분리한 후 여기에 환원제인 아스콜빈산 수용액을 가하여 금과 은을 환원, 석출한다.

다음은 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 설명한다.

(실시예)

도 1, 2에 표시한 양극실과 음극실이 음이온 격막으로 분리되어 있는 전해조에 금과 은 합금(Au 1: Ag 9), 100g을 압연한 판재를 양극으로, 음극은 양극과 동일한 크기의 흑연판으로 설치하고 도 3의 방법에 따라 양극실에 농도가 20% 염산 수용액 2.5ℓ, 음극실에 농도가 20%인 염화칼륨 수용액 2.5ℓ을 전해액으로 채우고 전해액 온도를 40℃로 유지하여 직류 인가 전압를 4V로 유지하여 240분 동안 통전하여 양극인 금과 은 합금은 용해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액으로, 은은 염화은(AgCl)으로 석출하여 양극실 바닥에 침적시킨 후, 이를 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리하였다. 이후 염화금산 용액에 농도가 15%인 환원제로 아스콜빈산 1ℓ로 첨가하여 환원, 석출시켜 금을 10g을 회수였으며 염화은에 아스콜빈산 1ℓ를 첨가하여 환원, 석출시켜 은 90g을 회수하였다.

(비교예)

금과 은 합금(중량비 1:9) 100g을 내부가 테프론으로 코팅된 용기에 넣고 도 4에 도시된 공정도처럼, 왕수 500㎖를 첨가하고 온도를 90℃를 유지, 120분간 가열하여 금과 은 합금을 완전히 용해한 후 100℃증발, 농축하여 염화금산과 백색의 침전물인 염화은의 혼합물을 제조한다. 이때 왕수에 의한 금과 은 합금의 용해, 증발 및 농축과정에서 환경오염 유발물질인 다량의 질소산화물과 염소가스가 발생한다. 제조한 염화금산 용액과 염화은의 혼합물을 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리한 후 각각 세척하여 환원제인 히드라진을 각각 400㎖을 서서히 첨가한 후 120분간 환원하여 금과 은을 석출시킨 후 이를 세척, 건조하여 무게를 측정한 결과 금 10g과 은 90g을 회수하였으며, 이때 환원, 석출과정 및 세척과정에서 인체에 독성이 강한 히드라진이 함유되어 있는 폐수 4.8ℓ가 발생하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 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.

도 1은 본 발명에 따른 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리, 회수 장치의 평면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리, 회수 장치의 정면도이고,

도 3은 본 발명의 공정도이고,

도 4는 종래의 금은 분리회수 공정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 양극 (2) : 음극

(3) : 격막 (4) : 전해조

(5) : 음극실 (6) : 양극실

Claims (7)

1. 금과 은이 함유되어 있는 광석의 제련과정에서 발생되는 금과 은 합금(silver & gold alloy)으로부터 금과 은의 분리 및 회수방법에 있어서,

   금과 은의 합금을 압연하여 양극으로 사용하고 음극은 흑연판(graphite plate)을 사용하여, 전해조의 양극실에는 염산 전해액, 음극실에는 염화칼륨 전해액을 채운 후 설정온도로 전해액 온도를 유지하면서 직류 인가 전압을 통전시켜 양극인 금과 은 합금을 용해하여 금은 염화금산(HAuCl₄) 용액으로, 은은 염화은(AgCl)으로 석출하여 양극실 바닥에 침적시킨 후 이를 여과하여 염화금산 용액과 염화은으로 분리, 회수한 후 염화금산 용액과 염화은에 환원제 아스콜빈산(ascorbic acid) 수용액을 가하여 각각 금과 은으로 환원, 석출시키는 방법을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 흑연판(graphite plate)은 양극과 동일한 크기의 흑연판(graphite plate)을 사용하는 것을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 전해조의 양극실과 음극실은 음이온 격막으로 분리된 것을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.
4. 청구항 1에 있어서

   상기 전해조의 양극실에 채원진 염산 전해액의 농도는 염산농도 15~20wt%을 사용하되, 투입량은 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극 100g 당 2.5ℓ을 투입하는 것이고,

   상기 음극실에 채워진 염화칼륨 전해액의 농도는 염화칼륨 농도 15~20wt%인 것을 사용하되, 투입량은 금과 은의 합금(1:9)을 압연한 양극 100g 당 2.5ℓ을 투입투입하는 것을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.
5. 청구항 1에 있어서

   상기 설정된 전해액의 온도는 40℃∼50℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.
6. 청구항 1에 있어서

   상기 직류 인가 전압은 3V∼5V인 것을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.
7. 청구항 1에 있어서

   상기 환원제인 아스콜빈산의 농도는 농도 10~15wt%인 것을 사용하되, 투입량은 양극인 금과 은 합금(1:9) 판재 100g 당 1ℓ를 투입하는 것을 특징으로 하는 금과 은 합금으로부터 금과 은의 분리 및 회수 방법.

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