KR101266443B1 - 전기도금법을 이용한 산화철 안료의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기도금법을 이용한 산화철 안료의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 산화철 안료의 제조방법은, 전기도금법을 이용하여 전류밀도와 농도를 변수로 하여, 산세폐액에서 고품질의 나노미터 크기의 산화철 분말을 저비용으로 간단하게 제조할 수 있으며, 중금속이 포함되지 않은 산화철 안료를 제조할 수 있다.

Description

전기도금법을 이용한 산화철 안료의 제조방법{Method for preparing iron oxide pigment using electroplating}
본 발명은 전기도금법을 이용한 환경친화적인 산화철 안료의 제조방법에 관한 것이다.
산화철 제조를 위한 침전법은 오래 전부터 알려져 왔다. 이런 방법의 통상적인 과정이 예를 들어, 문헌 [Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie, 5판, volume A 20, p. 297 이하]에 기재되어 있다. 강판의 산세척 중에 형성된 황산 제1철(II), 또는 황산법 (sulfate process)에 의한 이산화 티타늄의 제조 중에 형성된 황산 제1철(II)이 원료로 보통 사용된다.
산세척 산업에서는 산세액으로 염산을 사용하려는 추세가 수 년간 증가되어 왔고, 그로 인해 다량의 FeCl2가 형성된다. 또한, 이산화 티타늄을 제조하기 위해 소위 염화법 (chloride process)을 체계적으로 점점 더 사용하고 있다. TiO2 제조용 합성 루틸 (rutile) 제조 중에 다량의 FeCl2가 형성된다. 따라서, 유용한 물질로 가능한 한 많이 전환시켜야 하는 염화 제1철(II) 함유 용액이 이런 방법들로부터 점점 더 많이 형성되고 있다.
FeCl2 폐액을 활용하는 한가지 통상적인 방법은 (통상 1000 ℃가 넘는) 고온에서 염화 제1철(II) 및 염화 제2철(III)을 산화적 가수분해시키는 분무 배소법 (spray roasting process)이다. 산화철, 통상적으로 적철광, 및 산세척 공정으로의 재순환과 같이 유용한 물질로서 재순환될 수도 있는 염산이 이 방법에서는 최종 생성물이다. 일반적으로, 경질 아철산염 제조에 적당한 산화철이 어떠한 특정 정제 단계 없이 이 방법으로부터 얻어진다. 이런 방법으로 얻어진 산화철로부터 연질 아철산염을 제조하고자 할 경우, 사용된 염화철 용액은 미리 추가의 정제 작업을 거쳐야 하기 때문에 상당히 고비용이 든다. 또한, 주로 하등 품질의 염화철이 더욱 많이 제조되고, 아철산염 시장의 수용량이 제한되어 있으므로, 이런 염화철로부터 유용한 물질을 제조하는 대안을 모색하고 있다.
종래의 기술에 따른 산화철 금속 입자 제조방법은 다양하게 실시되고 있으며, 대표적인 몇 가지를 설명하면 다음과 같다. 첫째로, 기계적 분쇄법은 큰 부피(bulk) 상의 금속을 물리적 기계적 힘으로 분쇄하여 작게 만드는 방법이며, 둘째로, 증발 응축법은 금속의 부피 상을 고온으로 가열하여 증발시킨 후 액체 질소에 의해 급속히 냉각시켜서 나노미터 크기의 입자를 얻는 방법이다. 마지막으로, 콜로이드(Colloid)법은 금속 염을 수용액 혹은 무수용액 중에 분자 단위로 녹인 후 다양한 환원제를 이용하여 환원시켜서 나노 크기 입자를 얻는 방법이다. 그러나, 상기와 같은 종래의 나노미터 크기 금속 입자 제조방법들은 입자 크기를 작게 얻기 위한 복잡한 공정 및 크기조절의 어려움 등이 문제점으로 지적되었다.
따라서, 산세폐액 또는 염화철 출발 물질로부터 철 금속입자를 형성시킬 때에 있어서, 그 크기를 조절할 수 있는 효율적인 공정에 대한 개발의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
본 발명자들은 산세폐액 또는 염화철 출발물질로부터 철 금속입자를 형성시킬 때, 그 크기를 조절할 수 있는 효율적인 공정에 대해 연구하던 중, 전기도금법을 이용하여 인가 전압 및 전해액의 농도를 변수로 둘 경우 그 크기의 조절이 가능함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 전기도금법을 이용한 산화철 안료의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 산세폐액 또는 염화철 출발물질로부터 철 금속입자를 형성시킬 때, 전기도금법을 이용하여 인가전압 및 전해액의 농도를 변수로 함으로써 저비용으로 철 금속입자의 크기를 용이하게 조절할 수 있는 전기도금법을 이용한 산화철 안료의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 산화철 안료의 제조방법은, 전기도금법을 이용하여 전류밀도와 농도를 변수로 하여, 산세폐액에서 고품질의 나노미터 크기의 산화철 분말을 저비용으로 간단하게 제조할 수 있으며, 중금속이 포함되지 않은 산화철 안료를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기도금법을 이용한 산화철 분말을 제조하기 위한 전해 셀의 모식도를 나타낸 도이다.
도 2는 전해 셀의 전극을 나타낸 도이다[왼쪽: 양극, 오른쪽: 음극].
도 3은 전해 셀에 전류밀도를 0.1A/cm2로 가하여 제조된 산화철 분말을 나타낸 도이다.
도 4는 전해 셀에 전류밀도를 0.2A/cm2로 가하여 제조된 산화철 분말을 나타낸 도이다.
본 발명은
(a) 산세폐액의 불순물을 제거하고 전해액을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 제조된 전해액 및 전극으로 구성된 전해 셀에 전류를 가하여 산화철 분말을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (b)단계에서 제조된 산화철 분말을 이용해 수세 공정을 수행 후, 열처리하는 단계; 를 포함하는, 산화철 안료의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 산화철 안료의 제조방법에서 (a)단계는 산세폐액의 불순물을 제거하고 전해 셀에 사용될 전해액을 제조하는 단계로서, 산세폐액을 여과지를 이용하여 반복적으로 여과하여 불순물을 제거하고, 전해액의 pH는 염산(HCl)과 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 조절하여 전해액을 제조한다.
상기 전해액은 금속염 이온의 농도가 0.1~1M인 것이 바람직하다. 전해액의 농도가 증가할수록 산화철 분말의 크기는 커지는데, 이는 수용액 중의 철염(iron salt)의 농도가 작을수록 핵 생성이 강하게 되어 결정립이 작게 되기 때문이다.
상기 (b)단계는 상기 (a)단계에서 제조된 전해액을 이용한 전해 셀에 전류를 가해 산화철 분말을 제조하는 단계로서, 전해 셀은 전해액, 양극 및 음극으로 구성된다.
상기 양극 및 음극은 철, 스테인리스 스틸, 아연, 구리, 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상인 것이 바람직하며, 양극으로 순도가 높은 철, 음극으로 순도가 높은 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 전류는 음극의 면적에 따라 가하는 전류의 전류밀도를 0.1A~0.5A/cm2 로 가하는 것이 바람직하다. 이는 전해 셀의 전극에서 박막이 아닌 분말 형태로 성장시키기 위해 일반적인 박막 도금 조건보다 과전류를 인가하여야 하기 때문이다.
상기 전류밀도가 증가할수록 분말의 크기가 증가하는데, 이는 전류밀도가 높을수록 입자의 성장이 뛰어나 결정립이 커지게 되기 때문이다.
상기 (c)단계는 상기 (b)단계에서 제조된 산화철 분말을 이용해 수세 공정을 수행 후, 열처리하여 산화철 안료를 제조하는 단계로서, 상기 수세 공정은 산화철 분말을 염산과 수산화나트륨을 이용하여 pH 6~11로 조절하고 반응시킨 후, 원심분리기를 이용하여 수차례 수행한다. 수세 공정을 통해 pH 7 부근의 나노미터 크기의 산화철 분말이 제조된다.
상기 열처리는 120℃에서 400℃로 변화시키면서 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 조건이 120℃ 이상에서 열처리를 하게 될 경우 열처리 온도에 따라 적색에서 황색 계열의 산화철이 형성될 수 있다. 또한, 건조 중에 이산화탄소와 수증기에 의해 색상의 재현성 문제가 발생할 수 있는데, 이는 열처리 조건의 변화로 해결 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화철 안료의 제조 방법으로 산화철 안료를 제조할 경우, 산세폐액에서 고품질의 나노미터 크기의 산화철 분말을 저비용으로 간단하게 제조할 수 있으며, 중금속이 포함되지 않은 산화철 안료를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 전기도금법에 의한 산화철 금속 입자의 제조
도 1에 전기도금법에 의한 산화철 입자를 제조하기 위한 셀을 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이 셀을 구성하고, 일반적인 철도금 조건은 증류수에 용해시킨 철염을 전해액으로 사용하고 작동전극(working electrode)과 상대전극(counter electrode)이 철, 스테인리스 스틸, 아연, 구리, 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종으로 사용하여 도금을 진행하였다. 박막이 아닌 분말 형태로 성장시키기 위한 과전류를 인가하여 산화철분말을 제조하였다. 산화철 분말을 제조하기 위해 전해액은 불순물을 제거한 산세폐액을 사용하고 전해액의 pH는 HCl과 NaOH를 이용하여 조절하여 실험을 진행하였다. 전기도금법을 이용하기 위하여 양극은 순도가 높은 철을 사용하고 실질적으로 도금이 이루어지는 음극은 순도가 높은 스테인리스스틸 판을 사용하여 실험을 실시하였다. 실험 조건 중 하나인 전류밀도를 음극의 면적을 계산하여 인가하고 실험을 실시하였다.
구체적으로, 불순물을 제거한 산세폐액을 이용하여 전해액의 농도는 1M과 0.5M, 및 0.1M의 농도로, 전류밀도는 100mA/cm2으로 시작하여 200mA/cm2로 변화시켜 측정하였다. 전류를 가하여 제조된 산화철 분말의 사진을 도 3(100mA/cm2) 내지 도 4(200mA/cm2)에 나타내었다.
도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 산화철 분말 제조 시 중요한 변수인 전해액의 농도와 전류밀도에 따라 분말의 크기가 달라지는 것을 확인할 수 있었는데, 전해액의 농도 또는 전류밀도가 증가할수록 분말의 크기가 커지는 것을 확인하였다. 이는 금속염 이온의 농도와 관련하여 수용액 중의 금속염의 농도가 작을수록 핵 생성이 강하여 결정립이 작게 되어 작은 입자를 얻을 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 도금 두께가 두꺼워지는 것은 입자의 성장 자체가 뛰어나 결정립이 커지게 되어 입자가 커지게 되는 것으로 생각된다.
< 실시예 2> 산화철 분말을 이용한 산화철 안료의 제조
상기 실시예 1에서 제조된 다양한 크기(수 ㎛ ~ 수 ㎚)의 산화철 분말의 pH를 6~11로 HCl과 NaOH를 이용하여 조절하여 반응시키고, 침전물을 원심분리기를 이용하여 수차례 수세공정을 수행하여, pH가 7인 나노미터 크기의 산화철 분말을 제조하고, 열처리 조건을 120℃에서 400℃ 조건으로 변화하면서 열처리를 실시하여 산화철분말을 산화시켜 색상을 구현하였다.
일반적으로 열처리 조건이 120℃ 미만에서는 아카가네이트(Akaganeite) 구조가 형성되고, 120℃ 이상의 온도에서는 적철석(Hematite)(Fe2O3)이 생성되는데, 130℃ 이상의 열처리 온도 조절에 따라 적색에서 황색 계열의 산화철이 형성됨을 알 수 있었다. 또한, 건조 중에 일부 결정 수의 존재와 공기 중 불순물의 이산화탄소(CO2)나 수증기(H2O)에 의해 건조 중 능철석(Iron Cabonate)이나 아카가네이트(Akaganeite)의 불순물의 영향으로 색상의 재현성 문제가 발생할 수 있는데, 이는 열처리 온도를 120℃ 이상으로 상승시켜 불순물에 의한 문제를 해결할 수 있다.

Claims (4)

  1. (a) 산세폐액의 불순물을 제거하고 전해액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계에서 제조된 전해액 및 전극으로 구성된 전해 셀에 전류를 가하여 산화철 분말을 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 (b)단계에서 제조된 산화철 분말을 이용해 수세 공정을 수행 후, 열처리하는 단계; 를 포함하는, 산화철 안료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 전극은 철, 스테인리스 스틸, 아연, 구리, 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상인 것을 특징으로 하는, 산화철 안료의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 수세 공정은 pH 6~11에서 원심분리기를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 산화철 안료의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 열처리는 120℃에서 400℃로 변화시키면서 수행하는 것을 특징으로 하는, 산화철 안료의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6179987B1 (en) 1999-08-11 2001-01-30 Ut Battelle, Llc Method and apparatus to electrolytically produce high-purity magnetite particles

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100262493B1 (ko) * 1996-12-19 2000-08-01 이구택 산화철 분말중의 염소 이온 제거방법
KR19990085118A (ko) * 1998-05-14 1999-12-06 조헌영 전기분해 방법에 의한 철의 산세폐액으로부터수소와 질산철(3)의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6179987B1 (en) 1999-08-11 2001-01-30 Ut Battelle, Llc Method and apparatus to electrolytically produce high-purity magnetite particles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101966239B1 (ko) 2017-10-25 2019-04-08 한국기초과학지원연구원 막대형 산화철 입자 및 이의 제조방법

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