KR101381910B1

KR101381910B1 - 음극봉 타입의 전기분해 반응장치 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템

Info

Publication number: KR101381910B1
Application number: KR1020130129104A
Authority: KR
Inventors: 권상우; 이예린; 최병운; 이선희
Original assignee: (주)에코앤파워
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-04-22

Abstract

본 발명은 음극봉 타입의 전기분해 반응장치 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기분해반응장치 전해조의 중심과 내벽에는 각각 양극을 형성하고 두 양극 사이에 다수의 음극봉을 배치하여 폐수와의 접촉면적증가로 유가금속 회수율을 증가시킨 것이다. 특히 상기 음극봉에 부착되는 유가금속을 낮은 결합력으로 부착되도록 하여 물분사 또는 고속교반에 의해 슬러지형태로 용이하게 회수되도록 함으로써 음극봉의 재사용이 가능하게 하는 등 설비 유지비용을 절감시킬 수 있는 전기분해 반응조 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템에 관한 것이다.

Description

음극봉 타입의 전기분해 반응장치 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템{ELECTROLYSIS REACTOR OF CATHODE RODS TYPE AND ELECTROLYSIS SYSTEM USING IT}

본 발명은 음극봉 타입의 전기분해 반응장치 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기분해반응장치 전해조의 중심과 내벽에는 각각 양극을 형성하고 두 양극 사이에 다수의 음극봉을 배치하여 폐수와의 접촉면적증가로 유가금속 회수율을 증가시킨 것이다. 특히 상기 음극봉에 부착되는 유가금속을 낮은 결합력으로 부착되도록 하여 물분사 및 초음파 또는 고속교반에 의해 슬러리의 형태로 회수하고, 금속폐수의 유가금속을 높은 결합력으로 음극봉에 부착시켜 음극봉 자체를 추출 회수하는 설비로 유지비용 절감이 가능한 전기분해 반응조 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템에 관한 것이다.

일반적으로 각종 전자제품에 사용되는 회로기판(Printed Circuit Board) 등을 포함하는 전자부품 스크랩(scrap)이나, 화학공장에서 많이 나오는 폐촉매 등으로부터 유가금속을 재활용하거나, 또는 도금공장이나 섬유공장 외 기타공장의 폐수와 사진현상시 발생하는 폐수 등에는 다량의 중금속이 함유되어 있으므로 이러한 폐수들의 재활용 및 상기 폐수들로부터 회수 가치가 있는 유가금속의 효율적인 회수는 폐자원의 가치 창출 및 환경오염 방지 차원에서 매우 중요하게 다뤄지고 있는 현안중의 하나이다.

하지만 전자산업 및 도금산업에서 발생되는 유가금속의 함유량이 낮은 금속폐수의 경우에는 별도의 처리없이 그대로 방류하기 때문에 환경을 오염시키는 주범 중 한 요소로 작용하고 있었다. 이에 근래에는 환경기준이 강화됨에 따라 금속폐수를 직접 방류하지 않고 폐수처리과정을 수행하여 처리가 이루어지고 있다. 즉, 금속폐수에 다량의 화학약품을 혼합하여 화학적 응집 및 침전이 이루어지는 화학약품 처리에 의해 고농도 중금속을 포함하는 슬러지화가 이루어지도록 한 것이다.

이와같이 분리된 슬러지는 소각이나 매립이 이루어지고 있으나, 이 역시 슬러지 내에 중금속이 포함되어 있어 소각시 대기중에 중금속이 방출되고, 매립시에는 중금속 재용출에 의한 2차오염을 야기시키는 문제점이 있다. 물론 필터장치를 구비하여 중금속이 대기중으로 유출되는 것을 방지하는 방법이 적용될 수 있으나, 필터 교체비용이 과다하게 소요되고 장치구성이 증가되어 시설비용이 증가되는 단점을 내포하고 있다.

상기한 바와같이 화학적 처리방법은 유가금속을 회수하지 않고 있어 폐기에도 환경오염의 문제점을 안고 있으므로, 이를 보완하기 위해 전기분해를 이용하는 방식이 대두되고 있다.

종래 전기분해장치는 batch식으로써 고농도의 금속폐수를 전해조에 저장한 다음 음극과 양극판을 설치하여 전기를 인가하고 금속폐수의 유가금속성분이 음극판에 부착되도록 하는 방식으로 설치되고 있으나, 이는 고농도의 금속폐수로부터 유가금속을 회수하기 위한 것이며, 금속폐수와 음극판의 접촉면적과 시간을 증가시키기 위해서 시설면적이 증가되며 금속폐수의 체류시간도 증가되어 경제성이 낮아지는 단점이 있다.

본 출원인은 대한민국 특허등록 제10-1029472호(이하 '제1선행기술'이라 함)를 통해서 '전기분해에 의한 구리 회수장치'를 제시하였다. 도 1을 참조한 바와같이 제1선행기술의 회수장치(1)는 수직관 형태의 회수장치 셀(2)을 다수 직렬 연결하고, 금속폐수를 셀의 하부에서 상부로 선회하면서 이동되도록 한 다음 배출이 이루어지도록 하고, 선회과정에서 구리가 셀 내부의 추출관(음극)에 부착되어 회수되도록 하였다.

그러나 상기 제1선행기술은 금속폐수를 선회시키면서 이동시키기 위해 금속폐수를 고압이송시키야 함으로 전원 소모량이 증가되고, 고압이송에 의해 추출관과 금속폐수의 접촉시간이 짧기 때문에 회수률이 낮아 저농도 금속폐수로부터 유가금속을 회수하는데는 적합하지 않다. 또한, 수직관의 직경을 증가시키면 더 큰 이송압력을 요구함으로 금속폐수이송에 큰 에너지가 소모되는 단점이 있어 처리용량을 증대시키기에 어려운 단점이 있다.

이에 본 출원인은 대한민국 특허등록 제10-1272586호(이하 '제2선행기술'이라 함)를 통해서 '전기분해를 이용한 폐수 중 유가금속 회수장치 및 이를 이용한 회수시스템'을 제시하였다. 도 2를 참조한 바와같이 전기분해를 통해 금속폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치에 있어서, 금속폐수를 저장하고 상부가 개구된 원통체인 전해조(3)와; 상기 전해조 내벽에 근접되도록 내입되고, 상부에는 전해조 상단에 안착되도록 측면에 걸림부가 구비된 구리재질의 음극관(4)과; 상기 음극관 내부로 삽입되는 양극관(5)과; 상기 양극관을 삽통하는 회전축과, 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개(6)와, 상기 회전축 상단에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터로 이루어진 교반기와; 상기 양극관과 교반기의 위치를 고정시키고, 상기 양극관과 교반기를 상하로 이동시키는 승강수단을 갖는 지지대(7)와; 상기 음극관과 양극관 및 교반기에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하여 구성된다.

상기 제2선행기술은 전해조(3) 내벽에 근접되도록 큰 직경을 갖는 음극관(4)을 배치하고, 음극관의 중심에 양극관(5)을 배치하여 유가금속이 음극관 내면에 부착되어 회수가 이루어지도록 하고 있다. 이러한 제2선행기술은 금속폐수의 이송에 큰 압력이 필요없어 이에 소모되는 에너지량을 최소화한 장점은 있다. 그러나, 제2선행기술은 음극관 내면에 부착된 유가금속은 음극관과 분리가 어려워 음극관을 같이 교체해야하며, 설치된 음극관은 양극관과 대향되는 내면에서만 유가금속이 회수되므로 반응면적이 낮아지는 등 유지비용이 증대되고 효율성이 낮은 단점이 있다.

이에 본 발명의 음극봉 타입의 전기분해 반응장치 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템은,

전해조의 내벽면과 중심에는 큰 직경과 작은 직경의 양극관을 배치하고, 두 양극관 사이 공간에 다수의 음극봉을 배치하여 음극봉의 전면을 통해 유가금속 부착반응이 이루어지도록 하는 등 반응면적을 증가시킨 반응장치 및 전기분해시스템의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 교반속도를 조절하여 회수되는 금속과 음극봉의 결합력을 최소화시켜 유가금속을 슬러리형태로 회수되도록 함으로써 음극봉 교체없이 연속으로 사용될 수 있는 반응장치 및 전기분해시스템의 제공을 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 음극봉 타입의 전기분해 반응장치는,

전기분해를 통해 금속폐수로부터 유가금속을 회수하는 전기분해 반응장치에 있어서, 금속폐수를 저장하는 본체와 상기 본체의 상부를 덮고 내부에 고정판이 탈착가능하게 설치된 덮개로 구성되고, 본체 측면에는 금속폐수를 유입하는 유입관과 금속이 분리된 폐수를 배출하는 폐수배출관이 형성되고 본체 하부면에는 전기분해에 의해 분리된 금속슬러리를 배출시키는 금속슬러리배출관이 형성된 원통체의 전해조와; 상기 전해조 본체 내벽에 근접되도록 내입되고, 상측이 고정판과 결합되어 전해조 하부면과 이격된 상부에 위치하는 외측양극관과; 상기 전해조 중앙에 배치되도록 덮개의 고정판에 결합되어 하부가 본체로 내입되는 중앙양극관과; 상기 외측양극관과 중앙양극관 사이에서 중앙양극관을 중심으로 일정간격으로 방사상으로 배치되고 고정판에 의해 수직으로 고정되는 다수의 음극봉과; 상기 전해조의 덮개를 회전가능하게 지지되면서 중앙양극관을 삽통하는 회전축과, 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개와, 상기 회전축 상단인 덮개 상부에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터로 이루어진 교반기와; 상기 외측양극관, 중앙양극관, 음극봉 및 교반기에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 전기분해 반응장치를 이용한 고효율 전기분해시스템은,

금속폐수로부터 전기분해에 의해 유가금속을 회수하는 전기분해시스템에 있어서, 금속폐수를 펌핑하여 유입해 저장하는 집수조와; 상기 집수조에 저장된 금속폐수를 유입받아 전처리가 이루어지는 전처리조와; 상기 전처리조에서 배출된 금속폐수를 유입받는 전해조와, 상기 전해조 내벽에 근접설치된 외측양극관과, 상기 전해조 중앙에 배치된 중앙양극관과, 상기 외측양극관과 중앙양극관 사이에서 다수 배치된 음극봉과, 상기 중앙양극관을 삽통하는 회전축과 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개와 상기 회전축 상단인 덮개 상부에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터로 이루어진 교반기를 포함하여 구성되는 전기분해 반응장치와; 상기 전기분해 반응장치에서 배출되는 금속이 분리된 폐수를 후처리하여 방류시키는 처리수조와; 상기 전기분해 반응장치의 음극봉에서 분리배출된 금속성분인 금속슬러리로부터 고액분리하여 덩어리 형태로 금속성분을 수취하는 고액분리기;를 포함하여 구성된다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 음극봉 타입의 전기분해 반응장치 및 이를 이용한 고효율 전기분해시스템은,

양극을 전해조 내벽면과 중심에 각각 배치하고, 두 양극 사이에 다수의 음극봉을 설치하므로써 전기분해시 음극봉의 쉐이드현상을 방지해 금속이 부착되는 반응표면적을 증가시켜 금속 회수효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 음극봉의 교체없이 슬러리형태로 금속을 회수할 수 있어 유지비용을 절감시킬 수 있고, 이송 및 재처리가 음극봉 없이 회수된 금속만으로 이루어지므로 이송과 처리시의 비용을 최소화할 수 있는 유용한 장치 및 시스템의 제공이 가능하게 되었다.

도 1과 도 2는 종래 연속식 유가금속 회수장치를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 반응장치를 도시한 사시도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 반응장치의 수평단면 및 수직단면도.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 분사관이 구비된 전기분해 시스템을 도시한 구성도.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 전기분해에 의해 금속성분이 부착된 음극관 및 음극관으로부터 금속성분을 분리한 금속슬러리를 나타낸 사진.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 반응장치를 도시한 사시도이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 반응장치의 수평단면 및 수직단면도이다.

도시된 바와같이 본 발명에 따른 음극봉 타입의 전기분해 반응장치(30)는 전해조(310)를 구비한다. 상기 전해조(310)는 금속폐수를 저장하는 수조로써 도시된 바와같이 상부가 개구된 원통의 본체(311)와, 상기 본체의 상부를 덮는 덮개(312)로 구성된다. 이러한 전해조(310)는 교반기(350)에 의해 와류를 형성하여 금속성분이 음극봉(340)에 부착되고, 고속교반, 초음파 및 물(처리수)분사에 의하여 탈거되도록 한 것으로, 원통으로 형성하여 구조에 의한 회전저항을 최소화하는 것이 바람직하며, 전해조의 재질로는 절연성 재질로 형성하여 전기분해시 누전이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 전해조(310)는 본체의 측면 하측에는 금속폐수를 유입하는 유입관(314)이 연통되고, 측면 상측에는 전기분해에 의해 금속이 분리된 폐수를 배출하는 폐수배출관(315)이 연통되며, 일측 또는 하단에는 음극봉(340)에 부착된 금속성분이 슬러리형태로 분리된 금속슬러리를 배출시키는 금속슬러리배출관(316)이 연통된다. 상기 유입관(314)과 폐수배출관(315) 및 금속슬러리배출관(316)이 형성된 배관에는 단속밸브를 설치하여 금속폐수의 유입 및 전기분해에 의해 금속성분이 제거된 폐수의 배출 또는 분리된 금속슬러리를 배출시키는 단속이 이루어지도록 한다.

다음으로 상기 전해조(310)에는 외측양극관(320)과 중앙양극관(330)이 각각 내입된다. 상기 외측양극관(320)은 전해조(310)의 본체(311) 내벽에 근접되어 내입되는 큰 직경의 관체이고, 상기 중앙양극관(330)은 전해조의 축중심에 배치되어 후술되는 교반기(350)의 회전축(351)이 삽통되는 작은 직경의 관체이다. 상기 외측양극관(320)과 중앙양극관(330)은 전원공급시 양극을 형성하는 것으로, 재질로는 흑연, 백금, 이리듐 등 불용성 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 외측양극관은 폐수 유출구를 형성하여 폐수가 내외로 유통되도록 할 수 있으며, 망관 또는 다공판으로도 형성가능하다.

상기 외측양극관(320)은 전해조 본체의 내부 전체깊이에 대해 내설이 이루어지도록 하거나, 후술되는 교반기의 교반날개가 작동하는 하부공간의 상부까지만 내입하여 전기분해가 이루어지도록 한다. 여기서 상기 외측양극관(320)을 전해조 내부 바닥면으로부터 일정거리 이격시키기 위한 수단으로는 상부 고정판(313)에 외측양극관의 상측 일부를 삽통하여 고정되도록 할 수 있다. 이때 외측양극관(320)을 전해조 내부로 삽입하면 고정판이 전해조 본체(311)에 걸려 외측양극관이 전해조로 내입되는 길이를 제한할 수 있다. 상기 고정판의 걸림은 전해조 본체 상단에 의해 이루어지거나, 전해조 본체 상부의 내벽면에 돌기를 다수 형성하여 돌기에 의해 고정판이 걸리도록 할 수 있다. 이러한 고정판에 의한 외측양극관(320)의 지지로 본체(311) 내벽면과 외측양극과(320)의 외면이 일정 간격으로 위치되도록 할 수 있다.

또한, 상기 전해조(310)의 내부에는 외측양극관(320)과 중앙양극관(330) 사이에 다수의 음극봉(340)이 안치된다. 상기 음극봉(340)은 구리재질로 형성하여 중앙양극관을 중심으로 일정각 또는 일정간격으로 방사상으로 배치된다. 상기 음극봉(340)은 도시된 바와같이 하나의 동심원 상에 일정간격으로 배치되거나, 복수의 동심원상에 일정간격으로 배치될 수 있으며, 복수의 동심원에 배치될 시에는 내측 동심원의 음극봉 사이에 외측 동심원의 음극봉이 위치하도록 하여 각 음극봉이 내측에는 중앙양극관과 대향되고, 음극봉 외측에는 외측양극관과 대향되도록 하여 전기분해시 음극봉의 일측면에만 반응에 의해 금속성분이 전착되는 쉐이드(Shade)현상을 방지할 수 있다.

상기 중앙양극관(330)과 외측양극관(320) 및 다수의 음극봉(340)은 고정판(313)에 의해 위치가 고정된다. 상기 고정판(313)은 도3 내지 도 4b에 도시된 바와같이 전해조(310)의 덮개(312)에 고정설치되어 착탈가능하게 고정설치되는 원판으로 고정판의 중앙과 다른 면에는 다수의 통공이 형성되어 상기 중앙양극관(330)과 외측양극관(320) 및 다수의 음극봉(340)이 안치되도록 한다. 이때 상기 중앙양극관과 외측양극관 및 다수의 음극봉에는 외면에 걸림링을 설치하여 상기 고정판의 통공에 위치고정되도록 안치되거나, 상기 고정판(313)의 통공 내면에 나사산을 형성하고 상기 중앙양극관(330) 및 다수의 음극봉(340) 외면에도 나사산을 형성하여 나사결합이 이루어지도록 하는 등 공지된 다양한 결합수단을 이용하여 고정판에 중앙양극관과 외측양극관과 음극봉의 결합이 이루어지게 할 수 있다. 또한, 상기 고정판의 내측으로 외측양극관을 결합시키기 위해서 상기 외측양극관의 상단은 다수의 수직홈을 형성하고, 수직홈에 의해 형성된 돌기부분을 고정관의 통공에 삽입하여 고정되도록 하는 방법이 사용될 수 있다.

아울러 상기 고정판(313)은 도시된 바와같이 전해조 덮개(312)의 내부에 결합 또는 배치되는 형태로, 고정판의 직경을 전해조 본채 내경과 동일하게 형성하여 고정판(313)을 전해조 본체의 상단에 안치한 다음 덮개를 설치해 덮개 내면에 위치하도록 할 수 있다. 이러한 고정판(313)에 의해 중앙양극관과 음극봉, 외측양극관의 상부를 분리하면 중앙양극관과 음극봉 및 외측양극관의 상부를 통해 전원을 연결할 수 있고, 전원연결을 위한 전선이 금속폐수와 접하는 것을 차단해 누전이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

다음으로 전기분해 반응장치(30)에는 교반기(350)가 설치되어 전해조에 담수되는 금속폐수를 교반시킨다. 상기 교반기(350)는 전해조의 덮개에 회전가능하게 지지되면서 중앙양극관(330)을 축방향으로 삽통하는 회전축(351)과, 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개(352)와, 상기 회전축 상단인 덮개 상부에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터(353)로 이루어진다. 상기 모터는 감속기가 더 포함되어 회전축으로 전달되는 회전수를 감속시키면서 토크를 증가시키도록 할 수 있으며, 제어부를 더 설치하여 회전수 조절과 작동시간을 조절할 수 있다. 상기 회전축의 하단에 형성된 교반날개(352)는 회전되는 직경이 최소한 전해조의 내부 직경의 1/2보다 크게 형성하여 담수되는 금속폐수의 와류형성이 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 교반기(350)는 음극봉(340)과 두 양극관(320,330)에 전원이 공급되는 전기분해시에는 저속으로 회전시켜 음극봉(340)에 금속성분이 약하게 전착되도록 한다.

반면, 음극봉(340)에 부착된 금속성분을 분리시킬 때에는 음극봉(340)과 두 양극관(320,330)의 전원을 차단한 상태에서 교반기(350)를 고속으로 회전이 이루어지도록 하여 강한 와류에 의해 금속성분이 음극봉으로부터 분리되도록 할 수 있다. 예컨대 상기 교반기는 저속 범위는 40~150 rpm으로 형성하고, 고속 범위는 200~500rpm으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 방식 이외에 전해조(310)에 분사관(318)을 삽통설치하여 분사관에서 분사하는 수압에 의해 음극봉에 부착된 금속성분이 탈거되도록 할 수 있다. 이때 상기 분사관은 단부의 분사구가 덮개를 삽통하여 전해조 내부에 위치하고 타측단부는 별도의 수조와 연결되어 펌프에 의해 물을 고압분사하게 하며, 분사관(318)의 라인상에는 단속밸브를 장착하여 분사시에만 단속밸브를 개방하여 물분사가 이루어지도록 할 수 있다.

이외에 상기 전해조(310) 외부 하단에 접착형 진동자(70)가 더 설치될 수 있다. 상기 진동자는 전해조 하단외부에 하나 또는 다수개가 설치되는 것으로, 전해조 내부로 초음파를 조사하여 음극봉(340)에 부착된 금속이 분리되도록 할 수 있다. 이때 상기 전해조의 바닥면은 상광하협의 원추형으로 형성해 경사면을 갖도록 하여 진동자의 조사방향이 음극봉을 향하여 초음파 전달이 최대로 이루어지도록 할 수 있다.

아울러 상기 외측양극관(320), 중앙양극관(330), 다수의 음극봉(340), 교반기(350) 및 진동자(70)에 전원을 인가하는 전원공급부(360)가 더 설치된다. 상기 전원공급부는 양극을 외측양극관과 중앙양극관에 연결하고 음극은 음극봉에 연결하여 전기분해시 폐수 중의 금속성분이 음극봉에 부착되도록 하며, 이와 동시에 교반기에 전원을 공급하여 교반날개의 작동에 의해 금속폐수에 와류가 형성되도록 할 수 있다.

도 5를 참조한 바와같이 상기 전기분해반응장치를 이용한 전기분해시스템(100)은

금속폐수를 펌핑하여 유입해 저장하는 집수조(10)를 구비한다. 상기 집수조는 금속폐수를 임시저장하여 일정량으로 후속공정으로 공급한다.

다음으로 상기 집수조에 저장된 금속폐수를 유입받아 전처리가 이루어지는 전처리조(20)를 구비한다.

상기 전처리조(20)는 유입된 금속폐수의 pH를 조절하고 ORP(Oxidation-reduction potential)를 측정하여 전기분해반응장치에서의 가하는 전압정도를 측정하도록 한다. 본 발명의 전처리과정에서는 pH조절제를 투입하여 산성조건인 낮은 pH 범위로 설정해 후술되는 전기분해에 의한 금속성분분리가 이루어지도록 한다.

이러한 전처리조(20)는 pH조절조와 ORP측정조를 각각 분리하여 구성하거나 하나로 통합된 전처리조에서 이루어지도록 할 수 있으며, 전처리조에는 교반기를 설치하여 농도가 균일하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전처리조(20)에서 배출된 금속폐수는 전기분해 반응장치(30)로 공급되어 전기분해에 의해 금속성분을 분리시킨다.

상기 전기분해 반응장치(30)는 도 4b를 참조한 바와같이 금속폐수를 유입받는 전해조(310)와, 상기 전해조 내벽에 근접설치된 외측양극관(320)과, 상기 전해조 중앙에 배치된 중앙양극관(330)과, 상기 외측양극관과 중앙양극관 사이에서 다수 배치된 음극봉(340)과, 상기 중앙양극관을 삽통하는 회전축(351)과 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개(352)와 상기 회전축 상단인 덮개 상부에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터(353)로 이루어진 교반기(350)를 포함하여 구성된다.

상기 전기분해반응장치(30)는 유입관(314)을 통해 전처리된 금속폐수가 전해조(310)로 유입되고, 전해조에서는 두 양극관(320,330)과 음극봉(340)에 전원이 공급되어 전기분해가 이루어지도록 하고, 음극관과 금속폐수의 고른 접촉을 위해 교반날개(352)를 회전시켜 와류가 형성되도록 하며, 상기 교반날개의 교반속도는 저속으로 회전시켜 전기분해되는 금속성분이 음극관에 약하게 결합되도록 한다.

예컨대 전해조(310)에서 금속폐수를 유입받아 전기분해가 이루어지고 금속성분이 분리된 폐수는 폐수배출관(315)으로 배출시킨 후 전처리조(20)에서 금속폐수를 다시 유입받아 전기분해가 이루어져 음극봉에 부착되는 금속성분량을 증가시킨다. 음극봉(340)에 부착된 금속성분이 포화상태일 경우에는 폐수배출관(315)의 단속밸브를 차단시키고, 두 양극관(320,330)과 음극봉(340)에 전원을 차단시킨 상태에서 교반날개(352)를 250~350rpm으로 고속회전시켜 회전압력에 의해 음극봉에 약하게 결합된 금속성분이 분리되도록 한다. 상기 음극봉(340)으로부터 금속성분이 분리되면 금속슬러리배출관(316)을 개방하여 배출이 이루어지도록 한다.

상기 전기분해반응장치(30)는 도 6을 참조한 바와같이 복수로 직렬 연결하여 전처리조(20)에서 금속폐수를 연속적으로 배출시키고, 배출된 금속폐수는 복수의 전기분해 반응장치를 순차적으로 통과하면서 전기분해에 의한 금속성분의 분리가 이루어진 후 폐수배출관(315)으로의 배출이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 대용량의 처리를 요할 경우 복수의 전기분해 반응장치를 병렬 연결하여 폐수 내 금속의 회수가 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로 상기 전기분해 시스템(100)에는 전기분해 반응장치(30)에서 배출되는 폐수는 처리수조(40)에서 후처리하여 방류된다. 상기 처리수조(40)는 도시된 바와같이 전기분해 반응장치의 폐수배출관(315)을 통해 배출되는 폐수를 포집하는 저류수조(410)와, 상기 저류수조에 포집된 폐수를 유입받아 잔량의 금속성분을제거하는 후처리조(420)와, 후처리된 폐수를 임시저장한 다음 방류시키는 방류수조(430)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 상기 후처리조는 잔류 금속성분을 분리하기 위해 화학물을 혼합하여 금속성분을 분리하는 방식이나, 필터에 의해 필터링이 이루어지는 방식 및 자중에 의해 금속성분을 침전시키는 방식 등 공지된 다양한 후처리방식이 적용될 수 있다.

아울러 상기 전기분해 반응장치에서 금속슬러리배출관(316)을 통해 배출되는 금속슬러리는 고액분리기(50)를 통해 금속성분을 회수한다.

상기 음극봉(340)에서 분리배출된 금속성분인 금속슬러리는 금속슬러리배출관(316)을 통해 고액분리기(50)로 투입되며, 금속슬러리배출관(316)의 라인상에는 펌프를 설치하여 금속슬러리의 이송압력을 증가시킬 수 있다. 상기 고액분리기(50)는 원심분리 또는 진공분리 또는 가압탈수 등 공지된 다양한 고액분리기가 적용될 수 있으며, 고액분리기에 의해 수분이 제거된 금속성분은 덩어리 형태로 수취되며, 금속성분이 제거된 수분은 처리수조로 공급하여 후처리후 방류가 이루어지도록 한다.

한편, 도 7을 참조한 바와같이 상기 음극봉(340)에 부착된 금속성분의 분리는 처리수 분사에 의해 이루어질 수 있다.

상기 전기분해 반응장치(30)의 전해조(310)에는 분사관(318)이 연통설치되고, 상기 분사관은 처리수조(40)에서 직접 물을 공급받거나 도시된 바와같이 처리수조에서 공급된 물을 저장하는 분사수조(60)로부터 물을 공급받아 물(처리수) 분사가 이루어지도록 한다.

상기 분사관(318)는 라인상에 단속밸브와 펌프가 설치되어 단속밸브 개방시 고압으로 물을 분사하여 음극봉에 부착된 금속성분이 분리되도록 하며, 물의 분사압력이 직접 음극봉에 가할 수 있도록 분사 이전에 전해조의 폐수를 고액분리기 또는 처리수조로 제거할 수 있다.

특히 도시된 바와같이 전기분해 반응장치(30)가 복수로 구성된 경우에는 분사관은 다수로 분기되어 각 전기분해 반응장치의 전해조에 연통되고, 분기된 다수의 분사관에는 각각 단속밸브를 설치하여 선택적인 밸브개방이 이루어질 수 있다.

이하 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전기분해 시스템의 작동상태를 간략하게 설명한다.

먼저 집수조(10)에 포집된 금속폐수는 전처리조(20)로 공급되면서 pH 농도를 조절하고 ORP를 측정한다.

전처리조(20)에서는 유입관(314)을 통해 전처리된 금속폐수를 전기분해 반응장치(30)의 전해조(310)로 공급한다. 상기 전기분해 반응장치는 3개가 직렬로 연결되어 있으며, 공급되는 금속폐수는 첫 번째 전해조에서 두 번째 및 세 번째 전해조를 순차적으로 통과하여 최종적으로 폐수배출관(315)을 통해 처리수조(40)로 배출된다.

이때 상기 전기분해 반응장치의 전해조(310)에는 외측양극관(320)과 중앙양극관(330) 및 음극봉(340)에 전원을 공급하여 전기분해가 이루어져 금속폐수에 존재하는 금속성분이 음극봉에 부착되도록 하고, 금속폐수와 음극봉의 접촉빈도를 증가시키기 위해 교반날개(352)를 회전시켜 전해조에 저장된 금속폐수를 교반시킨다. 상기 교반날개(352)의 속도는 저속으로 교반시켜 금속성분이 음극봉(340)에 도 8a에 도시된 바와같이 약한 결합이 이루어진다.

상기 전기분해 과정에서 전해조에서 배출되는 금속성분리 분리된 폐수는 폐수배출관(315)을 통해 처리수조(40)로 유입된다. 처리수조에서는 공지된 후처리공정을 수행한 다음 방류가 이루어지도록 한다.

다음으로 음극봉(340)에 금속성분의 부착이 포화상태가 되면, 전해조(310)의 유입관(314)과 폐수배출관(315)을 닫고 음극봉에 부착된 금속성분을 분리시킨다.

상기 금속성분의 분리방법은 도 6에서는 교반날개(352)를 고속으로 회전시켜 금속폐수의 와류 압력에 의해 약한 결합상태의 금속성분을 분리되도록 하거나, 진동자의 초음파 조사에 의해 음극봉으로부터 금속폐수에서 회수된 금속성분을 분리되도록 하거나, 도 7에서는 분사관(318)의 분사압력에 의해 음극봉에 부착된 금속성분을 분리시킨다. 상기 교반날개(352)의 교반압력 또는 분사에 의해 분리된 금속성분은 도 8b를 참조한 바와같이 물과 혼합된 금속슬러리 상태를 갖는다.

이 때 전해조(310)의 금속슬러리배출관(316)의 밸브를 개방하여 금속슬러리를 고액분리기(50)로 이송하고, 고액분리기(50)에서는 금속성분을 덩어리 형태로 회수하고, 분리된 물은 처리수조(40)로 이송시켜 후처리후 배출이 이루어지도록 한다.

100 : 전기분해 시스템
10 : 집수조
20 : 전처리조
30 : 전기분해 반응장치
310 : 전해조 311 : 본체
312 : 덮개 313 : 고정판
314 : 유입관 315 : 폐수배출관
316 : 금속슬러지배출관 318 : 분사관
320 : 외측양극관
330 : 중앙양극관 340 : 음극봉
350 : 교반기 351 : 회전축
352 : 교반날개 353 : 모터
360 : 전원공급부
40 : 처리수조
410 : 저류수조 420 : 후처리조
430 : 방류수조
50 : 고액분리기
60 : 분사수조
70 : 진동자

Claims

전기분해를 통해 금속폐수로부터 유가금속을 회수하는 전기분해 반응장치에 있어서,
금속폐수를 저장하는 본체와 상기 본체의 상부를 덮고 내부에 고정판이 탈착가능하게 설치된 덮개로 구성되고, 본체 측면에는 금속폐수를 유입하는 유입관과 금속이 분리된 폐수를 배출하는 폐수배출관이 형성되고 본체 하부면에는 전기분해에 의해 분리된 금속슬러리를 배출시키는 금속슬러리배출관이 형성된 원통체의 전해조와;
상기 전해조 본체 내벽에 근접되도록 내입되고, 상측이 고정판과 결합되어 전해조 하부면과 이격된 상부에 위치하는 외측양극관과;
상기 전해조 중앙에 배치되도록 덮개의 고정판에 결합되어 하부가 본체로 내입되는 중앙양극관과;
상기 외측양극관과 중앙양극관 사이에서 중앙양극관을 중심으로 일정간격으로 방사상으로 배치되고 고정판에 의해 수직으로 고정되는 다수의 음극봉과;
상기 전해조의 덮개를 회전가능하게 지지되면서 중앙양극관을 삽통하는 회전축과, 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개와, 상기 회전축 상단인 덮개 상부에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터로 이루어진 교반기와;
상기 외측양극관, 중앙양극관, 음극봉 및 교반기에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기분해 반응장치.
제1항에 있어서,
상기 전해조에는 라인상에 펌프와 단속밸브가 설치되고 외부 수조와 연통된 다수의 분사관이 덮개를 삽통하여 설치되도록 하고, 상기 분사관의 단부에 형성된 분사구를 통해 물을 음극봉 외면으로 고압분사하여 음극봉에 부착된 금속성분의 분리가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 전기분해 반응장치.
제1항에 있어서,
상기 전해조 하단의 외면에는 하나 또는 둘 이상의 진동자를 설치하여 진동자의 초음파에 의해 음극봉에 부착된 금속폐수의 금속성분이 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 전기분해 반응장치.
금속폐수로부터 전기분해에 의해 유가금속을 회수하는 전기분해시스템에 있어서,
금속폐수를 펌핑하여 유입해 저장하는 집수조와;
상기 집수조에 저장된 금속폐수를 유입받아 전처리가 이루어지는 전처리조와;
상기 전처리조에서 배출된 금속폐수를 유입받는 전해조와, 상기 전해조 내벽에 근접설치된 외측양극관과, 상기 전해조 중앙에 배치된 중앙양극관과, 상기 외측양극관과 중앙양극관 사이에서 다수 배치된 음극봉과, 상기 중앙양극관을 삽통하는 회전축과 상기 회전축의 하단에 설치되어 전해조 하부에 위치하는 교반날개와 상기 회전축 상단인 덮개 상부에 설치되어 회전축을 회전시키는 모터로 이루어진 교반기를 포함하여 구성되는 전기분해 반응장치와;
상기 전기분해 반응장치에서 배출되는 금속이 분리된 폐수를 후처리하여 방류시키는 처리수조와;
상기 전기분해 반응장치의 음극봉에서 분리배출된 금속성분인 금속슬러리로부터 고액분리하여 덩어리 형태로 금속성분을 수취하는 고액분리기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 시스템.
제4항에 있어서,
상기 전기분해 반응장치는 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 시스템.
제4항에 있어서,
상기 전기분해 반응장치의 교반날개는 음극봉에 금속폐수의 금속성분을 부착시킬 때에는 저속으로 회전시키고, 음극봉에 부착된 금속성분을 분리할 때에는 고속으로 회전하여 금속폐수의 금속성분이 음극봉으로 부착 및 분리가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 전기분해 시스템.
제4항에 있어서,
상기 전기분해 반응장치에는 전해조에 분사관이 더 연통되고, 상기 분사관은 처리수조로부터 물을 공급받은 분사수조와 연통되어 분사수조의 물을 펌핑하여 전해조의 음극봉에 분사하여 부착된 금속성분의 분리가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 전기분해 시스템.
제4항에 있어서,
상기 전기분해 반응장치에는 전해조의 하단 외면에 진동자를 더 설치하고, 상기 진동자는 전원을 공급받아 초음파를 발생시켜 음극봉에 부착된 금속폐수의 금속성분이 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 전기분해 시스템.