KR101328647B1

KR101328647B1 - 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법

Info

Publication number: KR101328647B1
Application number: KR1020120084677A
Authority: KR
Inventors: 권근섭; 강경진; 강학철; 조병호; 최석인; 성석현; 황달연; 박근습; 정강래; 임승순; 조영철; 박상용
Original assignee: (주) 광진화학; 엘지디스플레이 주식회사; 권근섭
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2013-11-14

Abstract

이 발명은 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산(폐엑전트)을 재활용할 수 있도록 하여 다른 산업분야에서 산화제로 재활용할 수 있도록 하는 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산을 이용하는 것으로서, 원료저장탱크의 폐산이 여과필터에 의해 1차적으로 이물질이 제거되게 하는 1차불순물제거과정과, 상기 폐산에 함유된 몰리브덴과 티타늄 중금속이 흡착수단에 구비된 이온교환섬유를 통과하는 과정에 흡착되어 제거되게 하는 중금속제거과정 및 상기 폐산이 반응수단에 수용된 폐산 량을 기준으로 0.2-1중량%의 인산액을 혼합시켜 폐산에 함유된 과산화수소의 분해가 억제되도록 하는 안정화처리과정과, 상기 반응수단에 농도조절용 과산화수소를 투입하고 혼합시켜 폐산에 함유되는 과산화수소 농도를 일정하게 조절되게 하는 농도조절과정과, 상기 폐산을 여과필터에 의해 2차적으로 이물질이 제거되게 하는 2차불순물제거과정을 포함하여 이루어지게 된 것으로서, 품질이 좋고 취급 및 보관시에 폭발 위험성이 없으며 다른 산업에서 산화제로 이용할 수 있는 저농도의 과산화수소를 제공하게 되는 것이다.

Description

폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법{The method of Hydrogen peroxide recycle treatment, by using wasted acid}

본 발명은 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐수의 일종인 폐 액전트(Etchant)를 산화제로 재활용 가능하도록 하는 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업발달이 빠르게 진행됨에 따라 폐엑전트의 발생량이 크게 증가되고 있는 실정에 있으며, 특히 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 발생 되는 폐엑전트의 발생량이 크게 증가 되고 있다.

반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 발생 되는 폐엑전트의 발생량은 통계에 따르면 2001년도에는 한국 전체 발생량 중에 5% 정도에 이르지 않았으나 최근에는 전체 발생량의 30%에 이르는 증가량을 보이고 있다.

따라서, 예전의 폐엑전트는 다른 폐수와 혼합되어 폐수처리장에서 폐기됨으로써 전혀 재활용이 안 되는 실정에 있었으며, 선행기술에 있어서도 폐수 중에 함유된 폐엑전트, 즉 과산화수소를 제거하거나 또는 농도를 낮추는 기술만이 개시되었을 뿐이며 폐엑전트를 재활용하게 하는 기술은 전무 하다고 할 수 있다.

본 발명의 이해를 돕기 위해, 반도체나 디스플레이 제조 공정에서 발생 되는 폐엑전트의 발생량이 한국 전체 발생량 중에 5%일 때는 약 연간 5천톤에 지나지 않는 비교적 소량이라고 할 수 있기 때문에 경제적 가치가 크지 않음에 따라 다른 폐수와 함께 혼합되어 폐기 처리됨으로써 폐엑전트의 주요 성분인 과산화수소를 제거하거나 또는 농도를 낮추는 기술만이 개발되었던 것이다.

그러나 근자에는 한국 전체 발생량 중에 30%에 이르는 폐엑전트는 연간 약 3만톤에 이르는 많은 양이라고 할 수 있고 이를 그대로 폐기 처리하는 경우 경제적 낭비가 초래되는 것일 뿐만 아니라 과산화수소 제거 처리가 미흡하거나 또는 단지 농도를 환경 기준치 이하로 낮추어 방류하는 경우에도 환경 오염이 되는 문제점을 수반한다.

따라서, 본 발명자는 반도체나 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐엑전트와 폐수를 분리하여 수거할 수 있다는 것에 착안하여 폐엑전트를 재활용할 수 있는 방법을 연구하기에 이르게 되었다.

KR 10-0143302 B1 1998.04.08 KR 10-0169078 B1 1999.01.15 KR 10-0338391 B1 2002.05.27 KR 10-0343972 B1 2002.07.24 KR 10-0473742 B1 2005.06.08 KR 10-0713249 B1 2007.05.02

본 발명은 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산(폐엑전트)을 재활용할 수 있도록 하는 과산화수소 재활용 처리방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산을 다른 산업분야에서 산화제로 재활용할 수 있도록 함으로써 효율적이고 경제성을 도모할 수 있도록 하려는데 있다.

본 발명은,디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산을 이용하는 것으로서, 원료저장탱크의 폐산이 여과필터에 의해 1차적으로 이물질이 제거되게 하는 1차불순물제거과정과, 상기 폐산에 함유된 몰리브덴과 티타늄 중금속이 흡착수단에 구비된 이온교환섬유를 통과하는 과정에 흡착되어 제거되게 하는 중금속제거과정 및 상기 폐산이 반응수단에 수용된 폐산 량을 기준으로 0.2-1중량%의 인산액을 혼합시켜 폐산에 함유된 과산화수소의 분해가 억제되도록 하는 안정화처리과정과, 상기 반응수단에 농도조절용 과산화수소를 투입하고 혼합시켜 폐산에 함유되는 과산화수소 농도를 일정하게 조절되게 하는 농도조절과정과, 상기 폐산을 여과필터에 의해 2차적으로 이물질이 제거되게 하는 2차불순물제거과정을 포함하여 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.

상기 중금속제거과정은, 흡착수단의 이동통로에 있는 이온교환섬유를 이송펌프에 의해 폐산이 8 Sv의 이송속도로 20분간 통과되게 하여 몰리브덴과 티타늄이 200㎎/㎏이하가 되게 제거되는 것을 다른 특징으로 한다.

상기 안정화처리과정은, 수분 15중량%, 인산 85중량%의 인산액이 폐산과 혼합되게 하고, 상기 폐산과 인산액은 혼합되게 교반 되는 과정에 반응수단 외곽을 순환하는 냉각수에 의해 냉각되도록 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.

상기 농도조절과정은, 수분 65중량%, 과산화수소원액 35중량%의 농도조절용 과산화수소를 폐산과 혼합시켜 폐산이 함유하는 과산화수소 함량이 17-18중량%가 되도록 농도 조절이 되게 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명은 디스플레이 제조공정에서 필연적으로 발생 되어 예전에 전량 폐기되었던 폐산을 재활용 가능한 저농도 과산화수소로 보급할 수 있게 하는 효과가 있고 폐엑전트의 재활용 효율성을 크게 향상시키게 되는 효과가 있다.

또한, 재활용 가능하게 처리되어 얻어지는 저농도 과산화수소를 폐수처리시설의 처리공정 및 기타 다른 산업에서 산화제로 재이용되게 하는 것이므로 경제성을 크게 향상시키게 되는 효과가 있는 것이다.

그리고 예전에 전량 폐기되었던 폐산이 재활용되기 때문에 폐기에 따른 환경오염을 미연에 방지할 수 있게 되는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의해 재활용하려는 폐엑전트의 재활용 계통도,
도 2는 본 발명에 의해 재활용하려는 폐산의 과산화수소 함량 측정표,
도 3의 (a),(b)는 본 발명에 의해 재활용하려는 폐산의 성분을 나타낸 검사 성적서,
도 4는 본 발명에 따른 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리 과정도,
도 5는 본 발명에 따른 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리 계통도,
도 6은 본 발명에 따른 흡착수단의 전체 구성도,
도 7은 본 발명의 중금속제거과정이 실시된 상태의 과산화수소의 농도변화표,
도 8은 본 발명의 중금속제거과정이 실시된 상태의 몰리브덴 함량변화표,
도 9는 본 발명의 중금속제거과정이 실시된 상태의 티타늄 함량변화표,
도 10은 본 발명의 중금속제거과정이 실시된 상태의 중금속제거 실험표,
도 11은 본 발명의 안정화처리과정이 실시되는 반응수단의 전체 구성도,
도 12는 본 발명의 안정화처리과정에 의한 폐산의 과산화수소 안정화 실험표,
도 13은 본 발명에 의해 최종 처리된 상태의 재활용 폐산의 성분 분석서이다.

본 발명을 첨부된 바람직한 실시 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 디스플레이 제조공정에서 엑전트(부식액,정품 과산화수소)가 사용 된 후에 폐수로 나오게 되는데, 이때 다른 폐수 배출라인과 폐엑전트 배출라인을 서로 다르게 하여 폐엑전트 만을 수거하도록 한다.

그리고 다른 폐수는 폐수처리장으로 운반되어 처리되도록 하고 폐엑전트는 본 발명에 의해서 염색이나 피혁 폐수처리장이나 회로기판 제조 및 제지공장 등에서 재활용될 수 있는 산화제로 이용 가능하도록 정제 처리되도록 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 구현을 위해 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐엑전트의 주요 성분과 발생량을 도 2에 나타낸 바와 같이 매월별로 측정하여 보았다.

폐엑전트(폐산)의 주요 성분은 물과 과산화수소이고, 그 중에 과산화수소 함량이 평균 17-18중량% 선에서 발생 되고 있으며, 도 3의 (a),(b)에 보인 검사성적서와 같이 몰리브덴(Mo)은 평균 200ppm, 티타늄(Ti)은 100ppm을 함유하고 있고 그 외의 기타 물질은 매우 미미한 것으로 나타났다.

그러므로 폐산의 재활용을 위해서는 중금속인 몰리브덴과 티타늄을 제거하는 것이 우선시 되는 것으로 나타났다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 제조방법 및 제조과정도를 나타낸 것으로서, 폐산은 원료저장탱크(10)에 저장된 상태에 있다가 1차불순물제거과정(S1)이 실시된다.

상기 원료저장탱크(10)는 내주면에 테프론(불소수지,미도시됨)이 코팅되도록 하여 금속으로 이루어지는 원료저장탱크(10)의 부식이 방지될 수 있도록 되어 있다. 그리고 반응수단(40)이나 대기저장탱크(70,70') 및 출하용 저장탱크(90)에서도 내주면에 테프론이 코팅되는 것이다.

따라서, 상기 원료저장탱크(10)의 내부 온도가 20-25℃를 유지하도록 그늘지고 통풍이 잘 되는 장소에 설치되게 하거나 또는 탱크 온도를 낮추기 위해 선풍기와 같은 별도의 송풍장치를 구비하도록 할 수도 있다.

상기 원료저장탱크(10)의 내부 온도가 20-25℃를 유지하도록 설치되는 것은 폐엑전트의 주요 성분인 과산화수소는 강력한 산화제이므로 불 안정시 폭발을 일으킬 위험성이 있는 것이기 때문에 비교적 낮은 온도에서 저장되도록 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 1차불순물제거과정(S1)은 여과필터(20)를 폐산이 통과하면서 폐산에 포함되어 있는 이물질과 같은 입자 물질을 제거되게 하는 과정이다.

상기 여과필터(20)는 2-3㎛의 미세공을 가진 여과지를 갖는 필터이며, 이러한 여과필터(20)는 이미 알려진 것이므로 상세한 도면과 설명은 생략하기로 한다.

그러나 본 발명은 상기와 같은 여과필터(20)만 채용되는 것은 아니고 폐산에 포함된 입자 물질을 제거되게 하면 되는 것이므로 다른 여과구조를 갖는 필터가 채용되게 할 수도 있다.

다음, 본 발명은 중금속제거과정(S2)이 실시되는 것으로서, 이 과정은 몰리브덴이나 티타늄이 제거되도록 하는 과정이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 중금속제거과정(S2)은 흡착수단(30)에 의해서 이루어지게 된다.

상기 흡착수단(30)은 길다란 이동통로(32)를 가진 관체(31)를 구비하여 상기 이동통로(32)를 폐산이 이송펌프(34)의 이송력에 의해서 통과되도록 하고, 상기 이동통로(32)에는 흡착제가 충진 되도록 이루어져 있다.

그리고 본 발명은 관체(31)를 하나 이상을 구비하여 연결되도록 이루어지게 할 수도 있으며, 흡착제는 이온교환섬유(33)가 채용되도록 이루어져 있다.

본 발명에 채용되는 이온교환섬유(33)는 특별한 물성을 가진 섬유로 약칭 3D(space-cross-linked) 결합 구조를 가진 산,알카리성 기능을 함유한 방향성 고분자 물질로 구성된 것이다.

이온교환섬유(33)의 주요 특징으로 액상 물질을 해리하는 기능이 있으며, 화학 흡착기능이 있고, 산,알카리의 이온교환 및 산화, 환원 및 촉매 기능이 있고, 재생하여 반복 사용할 수 있다.

또한, 이온교환 반응이 빠르며 흡수력 및 탈착이 신속히 이루어져 압력 손실이 거의 없는 특징이 있으며, 연속적 흡착 및 재생 기능이 있는 것으로서, 이러한 이온교환섬유(33)는 이미 알려진 것이므로 상세한 설명 및 도면은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은 이온교환섬유(33)로서 대한민국 등록특허 제10-0610241호와 같은 증금속흡착제가 이용될 수도 있다.

따라서, 본 발명은 폐산이 흡착수단(30)의 이동통로(32)를 통과하는 과정에 중금속인 몰리브덴과 티타늄이 흡착제인 이온교환섬유(33)에 흡착된다.

그러므로 흡착수단(30)을 통과하여 반응기(40)로 이송되는 폐산에는 중금속이 기준치 이하로 제거된 상태의 폐산이 이송되게 된다.

그리고 흡착제로 이용되는 이온교환섬유(33)의 흡착성능(제거능력)을 다음과 같이 실험하였다.

[ 실시예 1]

흡착수단(30)이 1.5L의 이동통로(32)를 갖도록 하고, 이송펌프(34)의 임펠러 속도를 120rpm/min으로 하여 이동통로(32)에서의 폐산 이동속도가 8 Sv가 되도록 하고 이온교환섬유(33)를 통과한 폐산에 함유된 과산화수소의 농도변화 및 몰리브덴(Mo) 함량 변화와 티타늄(Ti) 함량 변화를 가동시간(이온교환섬유 통과시간) 별로 측정하였다.

(과산화수소 농도변화표)

통과시간(h)	0	60	120	180	240	300	360
농도(wt%)	19.2	19	18.8	18.7	18.4	18.4	18.2

상기 [표 1] 및 도 7에 나타낸 바에 의하면 장시간 동안 이온교환섬유(33)를 폐산이 통과하여도 과산화수소의 농도 변화가 거의 차이가 없는 것으로 나타났다.

즉, 이온교환섬유(33)를 처음 통과되는 과산화수소 함량이 19.2중량%인데, 360시간이 경과 된 상태에서도 과산화수소 함량이 18.2중량%인 상태로 측정됨을 알수 있고, 상기한 정도의 농도 차이는 디스플레이 제조공정에서 발생 된 폐산에서 과산화수소 함량이 평균적으로 18중량%인 것을 감안할 때 미차에 불과하므로 거의 농도 차이가 없는 것이라고도 할 수 있다.

그러므로 폐산이 이온교환섬유(33)를 통과하더라도 과산화수소가 이온교환섬유(33)에 흡착되지 않고 거의 모든 과산화수소 성분이 그대로 통과되는 것이라고 할 수 있고 과산화수소는 이온교환섬유(33)에 그다지 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

(몰리브덴(Mo) 함량변화표)

통과시간(h)	0	60	120	180	240	300	360
함량(ppm)	200	105	100	100	120	140	185

상기 [표 2] 및 도 8에 나타낸 바에 의하면 이온교환섬유(33)를 통과되기 전에 폐산에 함유한 몰리브덴(Mo) 함량이 200ppm(200㎎/㎏)이고, 이온교환섬유(33)를 통과되기 시작하여 240시간 경과 된 상태에서는 120ppm으로 나타나는 것을 알 수 있고, 이는 이온교환섬유(33)가 몰리브덴 성분을 흡착하여 폐산에서 기준치 이하로 제거되게 하는 성능이 있는 것을 확인할 수 있었다.

그러나 240시간 이후부터는 이온교환섬유(33)를 폐산이 통과하더라도 몰리브덴 함량이 더욱 증가 되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 이온교환섬유(33)에 흡착된 몰리브덴 성분이 240시간 이후부터는 다시 이온교환섬유(33)로부터 이탈되어 통과되는 폐산에 다시 함유되는 것으로 분석되고, 이온교환섬유(33)는 240시간 마다 교체해야 몰리브덴 함량기준치 이하로 제거될 수 있다는 것이 확인되었다.

상기 몰리브덴 함량기준치는 디스플레이 제조공정에 사용되는 산화제에 함유하는 몰리브덴 함량을 의미하는 것이 아니고 염색이나 피혁 폐수처리장이나 회로기판 또는 제지공장에서 쓰이는 산화제에 함유하는 몰리브덴 함량기준치를 의미하는 것이다.

(티타늄(Ti) 함량변화표)

통과시간(h)	0	60	120	180	240	300	360
함량(ppm)	118	50	50	50	61	78	103

상기 [표3] 및 도 9에 나타낸 바에 의하면 이온교환섬유(33)를 통과되기 전에 폐산에 함유한 티타늄(Ti) 함량이 118ppm(118㎎/㎏)이고, 180시간이 경과 되는 시점까지는 거의 일정하게 평균적으로 50ppm을 유지하고 240시간이 경과 된 상태에서는 60ppm으로 나타나는 것을 알 수 있었다.

따라서, 이온교환섬유(33)가 티타늄 성분을 흡착하여 폐산에서 함량기준치 이하로 제거되게 하는 성능이 있는 것을 확인할 수 있었다.

그러나 240시간 이후부터는 이온교환섬유(33)를 폐산이 통과하더라도 티타늄 함량이 더욱 증가 되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 이온교환섬유(33)에 흡착된 티타늄 성분이 240시간 이후부터는 다시 이온교환섬유(33)로부터 이탈되어 통과되는 폐산에 다시 함유되는 것으로 분석되므로 이온교환섬유(33)는 240시간 마다 교체해야 티타늄 함량기준치 이하로 제거될 수 있다는 것이 확인되었다.

물론, 상기 티타늄 함량기준치는 디스플레이 제조공정에 사용되는 산화제에 함유하는 티타늄 함량을 의미하는 것이 아니고 염색이나 피혁 폐수처리장이나 회로기판 또는 제지공장과 같은 다른 산업분야에서 쓰이는 산화제에 함유하는 티타늄 함량기준치를 의미하는 것이다.

따라서, 본 발명에 의한 중금속제거과정(S2)은 몰리브덴 및 티타늄을 제거하는데 있어서 각각 함량 기준치 이하로 제거되게 하는 요구조건을 만족시킬 수 있게 제거되게 하는 것이다.

[ 실시예 2]

흡착수단(30)이 1.5L의 이동통로(32)를 갖도록 하고, 이송펌프(34)의 임펠러 속도를 120rpm/min으로 하여 이동통로(32)에서의 폐산 이동속도가 8 Sv가 되도록 하고 1시간 가동시켜 10분 간격으로 이온교환섬유(33)를 통과한 폐산에 함유된 몰리브덴(Mo) 함량 변화와 티타늄(Ti) 함량 변화를 측정하였다.

(중금속 제거 실험표)

구분	이온교환섬유 통과 시간 (min)
구분	0분	10분	20분	30분	40분	50분	60분
몰리브덴 (ppm)	191	155.49	124.7	103.1	86.22	71.81	59.15
티타늄 (ppm)	105.43	81.43	70.09	52.38	38.88	30.88	22.97

상기 [표 4] 및 도 10에 따르면, 염색이나 피혁 폐수처리장이나 회로기판 또는 제지공장과 같은 다른 산업분야에서 쓰이는 산화제에 함유하는 몰리브덴 및 티타늄 함량기준치에 적합하게 제거되도록 하려면 20분간 이온교환섬유(33)를 통과되도록 하면 각각의 함량기준치에 적합한 요구 조건에 만족하게 제거되는 것을 확인할 수 있었다.

물론, 20분 이상 가동시켜도 몰리브덴 및 티타늄의 함량기준치에 적합하게 제거될 수 있으나 경제성을 고려하였을 때 폐산이 20분간 이온교환섬유(33)를 통과되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

다음, 본 발명은 안정화처리과정(S3)이 실시되는 것으로서, 이 과정은 흡착수단(30)을 통과하여 중금속이 함량기준치 이하로 제거된 상태의 폐산이 반응수단(40)으로 이송되어 처리되게 하는 과정이다.

도 11를 참조하면, 반응수단(40)은 감속모터(41) 동력에 의해서 임펠러(42)가 회전되어 교반 될 수 있도록 되어 있고, 반응수단(40) 외부에는 냉각유니트(45)에 의해서 냉각수(W)가 순환될 수 있는 냉각로(43)를 구비하도록 되어 있다.

상기 냉각유니트(45)는 냉각로(43)에 냉각수(W)를 공급하는 동시에 다시 냉각유니트(45)로 환원된 냉각수(W)를 다시 냉각시켜서 냉각로(43)로 순환되게 하는 역할을 하는 것으로서, 이미 알려져 있는 공지된 유니트 이므로 상세한 도면과 설명은 생략하기로 한다.

그리고 반응수단(40)에 반드시 냉각로(43)만으로 구비되도록 하는 것은 아니고 반응수단(40)의 외주면에 냉각수(W)가 순환되는 냉각파이프(미도시됨)가 설치되게 하여 반응수단(40) 내부에 수용되는 폐산을 냉각시킬 수 있도록 할 수도 있다.

따라서, 반응수단(40)이 냉각수(W)에 의해 냉각되도록 하는 것은 반응수단(40)에 수용되는 폐산의 주요 성분인 과산화수소는 강력한 산화제이므로 불안정한 상태가 되면 폭발을 일으킬 위험성이 있기 때문이다.

즉, 임펠러(42)가 회전되어 폐산이 교반 되는 상태가 되면 교반력에 의해 열에너지가 발생 되거나 또는 더운 날씨로 인한 대기 온도가 폐산에 전달되어 불안정한 상태가 되어 폭발되는 것을 냉각수(W)에 의해 폐산을 냉각되게 하여 폭발현상이 미연에 방지될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 폐산이 공급되어 내부에 수용되는 반응수단(40)으로는 안정제탱크(50)에 수용된 안정제가 투입될 수 있도록 되어 있고, 또한 농도조절탱크(60)에 수용된 농도조절용 과산화수소가 공급될 수 있도록 이루어져 있다.

한편, 본 발명에서 상기와 같이 폐산이 이송되어 공급되게 하는 이송펌프 및 안정제와 농도조절용 과산화수소가 적정량이 공급되도록 하는 전자밸브, 그리고 수동밸브와 같은 부품들에 대한 것은 이미 알려진 공지된 부품이므로 도면부호 및 상세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 본 발명의 안정화처리과정(S3)은 폐산이 수용된 반응수단(40)에 안정제 역할을 하는 인산을 투입하고 임펠러(42)에 의해 연속으로 교반 되도록 하는 것이다.

상기 인산은 과산화수소의 분해억제제라고 할 수 있으며 과산화수소가 불안정한 상태가 되더라도 분해되지 않도록 하여 폭발현상이 미연에 방지될 수 있도록 하는 역할을 수행하고, 이러한 인산은 수분 15중량%, 인산 85중량%의 인산액이 폐산과 혼합되게 하여 취급시 과산화수소가 폭발 위험성이 없도록 안정화 되게 하는 것이다.

[ 실시예 3]

폐산이 수용된 반응수단(40)에 수분 15중량%, 인산 85중량%의 인산액을 투입하고 임펠러(42)에 의해 연속으로 교반 되게 하되, 상기 인산액의 첨가량을 각각 달리 하여 첨가되게 하고 안정도를 실험하였다.

(폐산의 과산화수소 안정화 실험표)

인산액 첨가량(wt%)	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	1
안정도(%)	95.1	96.2	96.87	97.41	98.42	99.1

상기 인산액 첨가량은 반응수단(40)에 수용된 폐산량을 기준으로 한 인산액첨가량을 나타낸다.

따라서, 상기 [표 5] 및 도 12에 따르면, 인산액 첨가량이 많을수록 안정도가 높아지는 것을 확인할 수 있다.

그리고 실험 결과 안정도가 95.1%일때 28℃에서 폭발 위험성이 있고, 안정도가 96.2%일 때 40℃에서 폭발 위험성이 있는 것으로 나타났다.

그러므로 대기 온도는 특수한 지역을 제외하고는 거의 40℃ 이하의 기온이므로 폐산에 첨가되는 인산액의 첨가량은 0.2중량%의 인산액이 첨가되는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

물론, 인산액의 첨가량을 0.2중량% 이상이 되게 할 수도 있으나 경제성을 고려하면 0.2중량%의 인산액이 첨가되게 하는 것이 과산화수소의 불안정시 폭발 위험성을 배제시킬 수 있는 요구 조건을 만족시킬 수 있는 것이라고 할 수 있다.

그리고 본 발명은 과산화수소의 분해억제제인 인산액을 대체할 수 있는 황산, 초산, 붕산을 이용하여 안정화되게 처리되도록 할 수도 있다.

따라서, 본 발명은 디스플레이 제조공정에서 발생 된 폐산에 함유하고 있는 과산화수소의 농도가 평균적으로 18중량%로서 안정도가 91.2%로서 25℃에서도 폭발 위험성이 있는 것을 안정화처리과정(S3)을 거치게 되면서 40℃ 이상이 되어야 만이 폭발 위험성이 있게 되는 것이므로 상온에서는 폭발 위험성이 없게 되도록 안정화되는 상태가 되는 것이고, 그로 인해 운반이나 취급시에 폭발 위험성이 없게 되는 것이다.

다음, 본 발명은 농도조절과정(S4)이 실시된다. 이 과정은 안정화처리과정(S3) 단계에서 처리과정에 온도가 상승 되었을 때, 또는 반응수단(40)으로 투입되는 폐산에 함유된 과산화수소 함량이 낮은 것이 투입되는 경우에 일정한 과산화수소 농도를 갖도록 하는 과정이라고 할 수 있다.

즉, 반응수단(40) 내부 처리 온도가 가령 냉각유니트(45)의 고장 등과 같은 여러 가지 요인에 의해서 상승 될 경우가 있다. 이 경우 반응수단(40)으로 투입되는 폐산의 과산화수소 농도가 18중량%인 상태에서 온도가 높아지게 되면 과산화수소 농도가 15중량%로 저하되는 현상이 발생 된다.

따라서, 농도조절과정(S4)은 상기와 같이 과산화수소 농도가 저하되었을 때 농도조절탱크(60)에 저장되어 있는 과산화수소를 반응수단(40)으로 공급되게 하여 임펠러(42)에 의해서 교반 시켜 혼합되도록 하여 과산화수소 농도가 높아지도록 하고 처리가 완료되어 재활용되는 폐산(산화제)의 과산화수소 농도를 일정하게 하는 것이다.

상기 농도조절탱크(60)에 수용되는 농도조절용 과산화수소는 수분 65중량%, 과산화수소원액 35중량%의 것이 바람직하고, 폐산이 함유하는 과산화수소 함량이 17-18중량%가 되도록 농도 조절이 되게 하는 것이다.

다음, 반응탱크(40)에서 처리된 폐산은 대기저장탱크(70,70')로 이송되어 대기 상태에 있다가 2차불순물제거과정(S5)을 갖게 되는 것으로서, 상기 저장탱크(70,70')에 수용된 폐산은 불순물과 중금속이 제거되고 안정화되게 처리된 상태이기 때문에 폐산 이라고 할 수 없고 재활용이 가능한 폐산이라고 할 수 있으므로 이하에서는 재활용 폐산이라고 명칭하고 설명하는 것으로 한다.

따라서, 2차불순물제거과정(S5)에서는 재활용 폐산이 여과필터(80)를 통과하게 하여 이물질이나 입자 형태의 불순물이 제거되도록 하는 것이다.

상기 여과필터(80)는 이미 설명된 바 있는 1차불순물제거과정(S1)의 여과필터(20)와 동일한 것이므로 여기에서의 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

그리고 상기 여과필터(80)를 통과한 재활용 폐산은 최종적으로 출하용 저장탱크(90)에 저장되어 있다가 출하되는 것이다.

따라서, 디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산을 아래의 [실시예 4]와 같이 처리되도록 실시하였다.

[ 실시예 4]

물 84중량%, 과산화수소 16중량%의 폐산 중에 티타늄 113㎎/㎏, 몰리브덴 226㎎/㎏을 함유하는 폐산을 여과필터(20)를 통과시키고, 1.5L의 이동통로(32)에 있는 이온교환섬유(33)를 갖는 흡착수단(30)으로 폐산이 이송펌프(34)의 임펠러 속도를 120rpm/min으로 하여 이동통로(32)에서의 폐산 이동속도가 8 Sv가 되도록 하여 20분간 통과되도록 한 후, 반응수단(40)으로 이송시킨 다음에 100㎏의 폐산이 수용된 반응수단(40)에 수분 15중량%, 인산 85중량%의 인산액을 0.5㎏을 투입하고 임펠러(42)에 의해 연속으로 교반 되게 한 다음, 수분 65중량%, 과산화수소원액 35중량%의 농도조절용 과산화수소를 12㎏을 투입하여 다시 임펠러(42)에 의해 혼합되도록 한 후 여과필터(80)를 통과되게 하였다.

따라서, 상기 [실시예 4]와 같이 최종적으로 처리되어 얻어지는 재활용 폐산을 분석한 결과 도 13에 보인 시험성적서와 같이 과산화수소 함량이 18.3중량%, 이물질(증발찌끼)가 1.00중량%, 유리산이 0.67중량%, 몰리브덴이 104㎎/㎏, 티타늄이 50㎎/㎏, 안정도가 98.8% 인 것으로 나타났다.

즉, 안정도가 높고 중금속이 함량기준치인 200㎎/㎏보다 낮은 수치로 제거된 것으로 나타난 것이다.

그러므로 본 발명은 폐엑전트의 주요 성분이 과산화수소는 강력한 산화제로 불안정시 폭발을 일으킬 위험성이 있었으나 도 13의 시험성적서와 같이 본 발명에 의해서 제품의 안정도를 96%이상까지 끌어올려 안정된 제품을 얻게 되는 것이다.

또한, 불순물 및 몰리브덴이나 티타늄과 같은 중금속 함량을 200㎎/㎏(200ppm) 이하로 낮추어 품질이 크게 향상된 제품을 얻게 되는 것이다.

그러므로 출하되는 재활용 폐산은 염색이나 피혁 폐수처리장 및 회로기판 제조나 제지공장 등에서 산화제로 사용하는데 있어서 저농도 과산화수소 산화제로 전혀 손색없이 사용할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 디스플레이 제조공정에서 필연적으로 발생 되어 예전에 전량 폐기되었던 폐산을 재활용 가능한 저농도 과산화수소를 보급할 수 있게 하는 것이므로 재활용 효율성을 향상시키게 되는 것이다.

또한, 재활용 가능하게 처리되어 얻어지는 저농도 과산화수소를 폐수처리시설의 처리공정 및 기타 다른 산업에서 산화제로 재이용되게 하는 것이므로 경제성이 크게 향상되는 것이다.

그리고 예전에 전량 폐기되었던 폐산이 재활용되기 때문에 폐기에 따른 환경오염이 되는 것을 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만 여기에 국한되는 것은 아니고 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 여러 가지로 변형 또는 치환되어 실시될 수도 있는 것이므로 청구범위를 크게 벗어나지 않는 한 폭 넓게 보호되어야 하는 것은 자명한 것이다.

S1:1차불순물제거과정 S2:중금속제거과정
S3:안정화처리과정 S4:농도조절과정
S5:2차불순물제거과정 10;원료저장탱크
20,80:여과필터 30:흡착수단
31:관체 32:이동통로
33:이온교환섬유 34:이송펌프
40:반응수단 41:감속모터
42:임펠러 43:냉각로
45:냉각유니트 50:안정제탱크
60:농도조절탱크 70,70':대기저장탱크
90:출하용 저장탱크 W:냉각수

Claims

디스플레이 제조공정에서 발생 되는 폐산을 이용하는 것으로서;
원료저장탱크의 폐산이 여과필터에 의해 1차적으로 이물질이 제거되게 하는 1차불순물제거과정과;
상기 폐산에 함유된 몰리브덴과 티타늄 중금속이 흡착수단에 구비된 이온교환섬유를 통과하는 과정에 흡착되어 제거되게 하는 중금속제거과정과;
상기 폐산이 반응수단에 수용된 폐산 량을 기준으로 0.2-1중량%의 인산액을 혼합시켜 폐산에 함유된 과산화수소의 분해가 억제되도록 하는 안정화처리과정과;
상기 반응수단에 농도조절용 과산화수소를 투입하고 혼합시켜 폐산에 함유되는 과산화수소 농도를 일정하게 조절되게 하는 농도조절과정과;
상기 폐산을 여과필터에 의해 2차적으로 이물질이 제거되게 하는 2차불순물제거과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중금속제거과정은 흡착수단의 이동통로에 있는 이온교환섬유를 이송펌프에 의해 폐산이 8 Sv의 이송속도로 20분간 통과되게 하여 몰리브덴과 티타늄이 200㎎/㎏이하가 되게 제거되게 하는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 안정화처리과정은 수분 15중량%, 인산 85중량%의 인산액이 폐산과 혼합되게 하고, 상기 폐산과 인산액은 혼합되게 교반 되는 과정에 반응수단 외곽을 순환하는 냉각수에 의해 냉각되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 농도조절과정은 수분 65중량%, 과산화수소원액 35중량%의 농도조절용 과산화수소를 폐산과 혼합시켜 폐산이 함유하는 과산화수소 함량이 17-18중량%가 되도록 농도 조절이 되게 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 과산화수소 재활용 처리방법.