KR101539457B1 - 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법 - Google Patents

구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법에 관한 것으로, 그 구성은 35% 염산(hydrochloric acid)과 60% 질산(nitric acid)을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수(aqua regia)를 구리(Cu)가 수용된 제1반응조에 투입하여 왕수에 구리를 3시간 동안 침전 용해하여 염화구리(copper chloride)의 생성을 유도하는 구리 용해공정(S10);과, 35% 염산과 60% 질산을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수를 철(Fe)이 수용된 제2반응조에 투입하여 왕수에 철을 3시간 동안 침전 용해하여 염화철(iron chloride)의 생성을 유도하는 철 용해공정(S20);과, 상기 구리 용해공정(S10)이 완료되어 상기 제1반응조에 수용된 염화구리를 포함하는 혼합액과, 상기 철 용해공정(S20)이 완료되어 상기 제2반응조에 수용된 염화철을 포함하는 혼합액을 혼합반응조로 이송하는 혼합공정(S30);과, 상기 혼합반응조에 수용된 혼합액에 첨가제로 감람석 분말과, 상기 제1반응조와 제2반응조에서 발생되는 염소가스를 강제 투입시켜 반응을 촉진시키는 혼합 용해공정(S40);과, 상기 혼합 용해공정(S40)을 통해 반응이 완료된 혼합액을 50℃ 이하의 온도로 5시간 동안 가열한 후, 상온 상태에서 72시간 유지하고, 그 혼합물을 전기분해조로 이송시켜 전기분해를 통해 혼합물로부터 금속을 석출하는 추출공정(S50);과, 상기 추출공정(S50)을 통해 석출된 금속을 용광로를 통해 용융하여 불순물을 걸러내어 순수한 합금 동으로 선광하는 합금 동 형성공정(S60);으로 된 것을 특징으로 하는 것으로서,
구리와 철을 1 : 5 중량비율로 왕수에 침지 용해하여 염화구리 및 염화철을 생성하고, 그 생성된 혼합물로부터 전기분해를 통해 금속을 석출 용융하는 방법으로 종래의 동과 유사한 물성을 갖는 금속(합금 동)을 제조하여 종래의 동 가격에 대비하여 단가를 저렴하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법{Method for producing a copper alloy copper Properties}
본 발명은 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리와 철을 1 : 5 중량비율로 왕수에 침지 용해하여 염화구리 및 염화철을 생성하고, 그 생성된 혼합물로부터 전기분해를 통해 금속을 석출 용융하는 방법으로 종래의 동과 유사한 물성을 갖는 금속(합금 동)을 제조하여 종래의 동 가격에 대비하여 단가를 저렴하게 형성할 수 있는 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 합금 동(동 합금)은 종래 배관 부재 등에 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 그 활용범위가 확장되어 전기, 전자, 정보통신, 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 이러한 합금 동은 리드, 스위치, 커넥터, 릴레이 등에 사용되고 있는 실정이다.
하지만, 상기 합금 동에 첨가되는 동은 고가의 금속으로 상기 합금 동의 단가를 상승시키는 원인이 되었다.
따라서, 동의 물성과는 유사하되 가격은 저렴한 금속의 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 구리와 철을 1 : 5 중량비율로 왕수에 침지 용해하여 염화구리 및 염화철을 생성하고, 그 생성된 혼합물로부터 전기분해를 통해 금속을 석출 용융하는 방법으로 종래의 동과 유사한 물성을 갖는 금속(합금 동)을 제조하여 종래의 동 가격에 대비하여 단가를 저렴하게 형성할 수 있는 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법은 35% 염산(hydrochloric acid)과 60% 질산(nitric acid)을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수(aqua regia)를 구리(Cu)가 수용된 제1반응조에 투입하여 왕수에 구리를 3시간 동안 침전 용해하여 염화구리(copper chloride)의 생성을 유도하는 구리 용해공정(S10);과, 35% 염산과 60% 질산을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수를 철(Fe)이 수용된 제2반응조에 투입하여 왕수에 철을 3시간 동안 침전 용해하여 염화철(iron chloride)의 생성을 유도하는 철 용해공정(S20);과, 상기 구리 용해공정(S10)이 완료되어 상기 제1반응조에 수용된 염화구리를 포함하는 혼합액과, 상기 철 용해공정(S20)이 완료되어 상기 제2반응조에 수용된 염화철을 포함하는 혼합액을 혼합반응조로 이송하는 혼합공정(S30);과, 상기 혼합반응조에 수용된 혼합액에 첨가제로 감람석 분말과, 상기 제1반응조와 제2반응조에서 발생되는 염소가스를 강제 투입시켜 반응을 촉진시키는 혼합 용해공정(S40);과, 상기 혼합 용해공정(S40)을 통해 반응이 완료된 혼합액을 50℃ 이하의 온도로 5시간 동안 가열한 후, 상온 상태에서 72시간 유지하고, 그 혼합물을 전기분해조로 이송시켜 전기분해를 통해 혼합물로부터 금속을 석출하는 추출공정(S50);과, 상기 추출공정(S50)을 통해 석출된 금속을 용광로를 통해 용융하여 불순물을 걸러내어 순수한 합금 동으로 선광하는 합금 동 형성공정(S60);을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리 용해공정(S10)에서 투입되는 구리와 상기 철 용해공정(S20)에서 투입되는 철은 1 : 5 중량비율로 투입되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감람석 분말은 상기 구리와 철의 전체중량%에 대하여 5 내지 10 중량%로 첨가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법에 의하면, 구리와 철을 1 : 5 중량비율로 왕수에 침지 용해하여 염화구리 및 염화철을 생성하고, 그 생성된 혼합물로부터 전기분해를 통해 금속을 석출 용융하는 방법으로 종래의 동과 유사한 물성을 갖는 금속(합금 동)을 제조하여 종래의 동 가격에 대비하여 단가를 저렴하게 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법의 블럭도
도 2는 도 1에 도시된 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 설명하기 위한 도면
도 3은 도 1에 도시된 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 통해 제조된 합금 동 사진도면
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예를 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법의 블럭도를, 도 2는 도 1에 도시된 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 설명하기 위한 도면을, 도 3은 도 1에 도시된 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법을 통해 제조된 합금 동 사진도면을 각각 나타낸 것이다.
상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법(100)은 구리 용해공정(S10)과, 철 용해공정(S20)과, 혼합공정(S30)과, 혼합 용해공정(S40)과, 추출공정(S50)과, 합금 동 형성공정(S60)을 포함하고 있다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구리 용해공정(S10)은 35% 염산(hydrochloric acid)과 60% 질산(nitric acid)을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수(aqua regia)를 구리(Cu)가 수용된 제1반응조(10)에 투입하여 왕수에 구리를 3시간 동안 침전 용해하여, 아래의 [화학식 1]과 같은 염화구리(copper chloride)의 생성을 유도한다.
[화학식 1]
2HCl + Cu = CuCl2 + H2
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 염화구리를 생성하는 과정에서 수소(H2) 및 염소(Cl2) 가스가 발생하며, 그 외 불순물에 의하여 아황산 가스, 탄산 가스, 질소 가스도 미량 발생하는데, 이들 가스는 후설될 상기 혼합 용해공정(S40)의 혼합반응조(30)로 강제 이송 투입하여 염소 가스로 인해 염화구리 및 염화철의 생성 반응의 촉진을 유도하도록 한다.
여기서, 상기 왕수는 구리가 전체적으로 침지되어 용이하게 용해될 수 있도록 상기 제1반응조(10)에 서서히 투입하도록 하되, 바람직하게는 구리 1㎏에 대해 왕수 1ℓ의 비율로 투입함이 바람직하다.
한편, 상기 염산(HCl)이 HCl -> H+ + Cl- 로 분해되는 과정에서 높은 에너지가 발생하는 특성상 상기 제1반응조(10)의 온도가 고온으로 상승하게 되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 온도의 상승으로 인한 안전사고의 위험을 방지하기 위해 통상의 냉각장치(1)를 통해 상기 제1반응조(10)의 온도를 50 내지 100℃로 유지함이 안전상 바람직하다.
여기서, 상기 왕수를 수용하는 반응조로는 내산성의 FRP(fiber reinforced plastics), 폴리에틸렌(PE), 유리 소재로 제작함은 물론이다.
한편, 상기 제1반응조(10)에 투입되는 동은 순수한 동을 사용하거나, 동이 포함되는 폐 구리선, 폐 PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD) 등의 폐 재료를 사용하여 폐자원을 경제적으로 이용할 수 있으며, 폐 재료를 이용하는 경우에는 소정의 크기로 파쇄하여 왕수에 침전시키는 것이 바람직하다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 철 용해공정(S20)은 35% 염산과 60% 질산을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수를 철(Fe)이 수용된 제2반응조(20)에 투입하여 왕수에 철을 3시간 동안 침전 용해하여, 아래의 [화학식 2]와 같은 염화철(iron chloride)의 생성을 유도한다.
[화학식 2]
2HCl + Fe = FeCl2 + H2
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 염화철을 생성하는 과정 역시 상기 구리 용해공정(S10)에서 염화구리(copper chloride)를 생성하는 과정에서와 같이 수소(H2) 및 염소(Cl2) 가스가 발생하며, 이들 가스는 상기 혼합 용해공정(S40)의 혼합반응조(30)로 강제 이송 투입하여 염소 가스로 인해 염화구리 및 염화철의 생성 반응의 촉진을 유도함은 물론이다.
여기서, 상기 왕수는 철이 전체적으로 침지되어 용이하게 용해될 수 있도록 상기 제2반응조(20)에 서서히 투입하도록 하되, 바람직하게는 철 1㎏에 대해 왕수 1ℓ의 비율로 투입함이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법(100)에서는 구리 용해공정(S10)에서 투입되는 구리와 상기 철 용해공정(S20)에서 투입되는 철을 1 : 5 중량비율로 투입되도록 조성하나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2반응조(20)의 온도 상승으로 인한 안전사고의 위험을 방지하기 위해 통상의 냉각장치(1)를 통해 상기 제2반응조(20)의 온도를 50 내지 100℃, 바람직하게는 80℃로 유지함이 좋다.
여기서, 상기 제2반응조(20)에 투입되는 철은 순수한 철을 사용하거나, 철이 함유되는 산화철, 고철 등의 폐 철재를 사용하여 자원을 경제적으로 이용할 수 있으며, 폐 철재를 이용하는 경우에는 소정의 크기로 파쇄하여 왕수에 침전시키는 것이 바람직하다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합공정(S30)은 상기 구리 용해공정(S10)이 완료되어 상기 제1반응조(10)에 수용된 염화구리를 포함하는 혼합액과, 상기 철 용해공정(S20)이 완료되어 상기 제2반응조(20)에 수용된 염화철을 포함하는 혼합액을 혼합반응조(30)로 이송하여 서로 혼합하는 공정이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합 용해공정(S40)은 상기 혼합반응조(30)에 수용된 혼합액에 첨가제로 수종의 희유금속이 함유된 감남석 분말(금속 소결제)과, 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20)에서 발생되는 염소(Cl2)가스를 강제 투입시켜 반응을 촉진시키도록 한다.
여기서, 첨가제로 사용되는 감람석 분말은 에너지를 집결시키는 수종의 희유금속이 함유되어 있어 구리와 철이 결합될 때, 활동도를 높이는 촉매역할을 하는 것으로, 상기 반응조(10,20)에 투입되는 구리와 철의 전체중량%에 대하여 5 중량% 미만으로 첨가되면 반응의 원활한 촉진을 유도하기 곤란하고, 10 중량%를 초과하여 첨가되더라도 반응 속도를 더 향상시키기 곤란함으로 바람직하게는 5 내지 10 중량%로 첨가함이 좋으며, 구리와 철 및 염산의 원활한 반응을 유도하기 위해 왕수를 더 보충할 수 있음은 물론이다.
즉, 반응을 촉진하는 첨가제로 감람석 분말이 투입되고 염소 가스가 상기 혼합반응조(30)로 강제 투입됨으로 인해, 염화구리(Ⅰ)와 염화구리(Ⅱ)와 염화제일철 및 염화제이철의 원활한 생성반응을 유도하여 1시간 동안 반응을 수행한다.
이때, 상기 혼합반응조(30)의 온도 상승으로 인한 안전사고의 위험을 방지하기 위해 통상의 냉각장치(1)를 통해 상기 혼합반응조(30)의 온도를 50 내지 100℃로, 바람직하게는 80℃로 유지한다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 추출공정(S50)은 상기 혼합 용해공정(S40)을 통해 반응이 완료된 혼합액을 상기 냉각장치(1)에 설치되는 통상의 가열장치(2)를 통해 50℃ 이하의 온도로 5시간 동안 가열한 후, 상온 상태에서 72시간 유지하고, 그 혼합물을 전기분해조(40)로 이송시켜 전기분해를 통해 혼합물로부터 금속을 석출하는 공정이다.
여기서, 석출된 금속은 별도로 추출하고 그 외에 남은 잔존물 및 잔존용액은 안전하게 중화시켜 폐기함이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 합금 동 형성공정(S60)은 상기 추출공정(S50)을 통해 석출된 금속을 용광로를 통해 용융하여 불순물을 걸러내어 순수한 합금 동으로 선광하는 공정이다.
상기와 같이 선광된 금속인 합금 동은 전체적으로 구리와 같은 적갈색을 가지며, 그 물성은 아래의 [표]와 같이 나타났다.
[표] 본 발명의 제조방법으로 제조된 합금 동과 종래의 동과의 물성비교
Figure 112014004705476-pat00001
따라서, 본 발명의 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법(100)을 통해서 제작되는 합금 동은 [표]에 나타난 바와 같이, 인장강도, 연신율, 전기저항률(electrical resistivity), 열전도율, 녹는점 및 밀도가 통상의 동과 유사하여 종래의 동을 대체하여 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 즉, 본 발명의 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법(100)을 통해 제조되는 합금 동은 종래의 동 단가에 대비하여 저렴하게 이용할 수 있어 동을 포함하는 다양한 제품의 단가를 대폭 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법(100)은 다음과 같이 수행된다.
먼저, 제1반응조(10)에 구리 1㎏을 투입한 후, 상기 제1반응조(10)에 왕수 1ℓ를 서서히 투입하되, 왕수에 구리가 전체적으로 침전이 되도록 투입한다. 그러면, 상기 제1반응조(10)에 투입된 구리가 왕수에 용해되면서 염화구리의 생성이 유도된다. (대략 3시간 소요)
이때, 구리가 왕수에 용해되는 과정에서 상기 제1반응조(10)의 온도가 급격히 상승되므로 냉각장치(1)를 통해 상기 제1반응조(10)의 온도를 50 내지 100℃로 유지함이 바람직하다. (S10)
동시에, 제2반응조(20)에 철 5㎏을 투입한 후, 상기 제2반응조(20)에 왕수 5ℓ를 서서히 투입하되, 왕수에 철이 전체적으로 침전이 되도록 투입한다. 그러면, 상기 제2반응조(20)에 투입된 철가 왕수에 용해되면서 염화철의 생성이 유도된다. (대략 3시간 소요)
이때, 철이 왕수에 용해되는 과정에서 상기 제2반응조(20)의 온도가 급격히 상승되므로 냉각장치(1)를 통해 상기 제2반응조(20)의 온도를 50 내지 100℃로 유지함이 바람직하다. (S20)
그런 후, 상기 제1반응조(10)에 수용된 염화구리를 포함하는 혼합액과, 상기 제2반응조(20)에 수용된 염화철을 포함하는 혼합액을 혼합반응조(30)로 이송하여 염화구리 혼합액과 염화철 혼합액을 서로 혼합한다. (S30)
그런 후, 반응을 촉진시키는 감람석 분말 400g을 투입하고, 동시에 연속으로 공정이 수행됨으로 인해 상기 제1반응조(10) 및 제2반응조(20)로 새로 투입되는 구리 및 철이 왕수에 용해되면서 발생되는 염소가스를 상기 혼합반응조(30)로 강제 투입시켜 염화구리(Ⅰ)와 염화구리(Ⅱ)와 염화제일철 및 염화제이철의 원활한 생성반응을 유도하여 1시간 동안 반응을 수행한다.
이때, 상기 혼합반응조(30)의 온도 상승으로 인한 안전사고의 위험을 방지하기 위해 통상의 냉각장치(1)를 통해 상기 혼합반응조(30)의 온도를 50 내지 100℃로 유지한다. (S40)
그런 후, 상기 혼합반응조(30)에 수용된 혼합액을 통상의 가열장치(2)를 통해 50℃ 이하의 온도로 5시간 동안 가열한 후, 상온 상태에서 72시간 유지하고, 그 혼합물을 전기분해조(40)로 이송시켜 전기분해를 통해 혼합물로부터 금속을 석출한다. 이때, 석출된 금속은 별도로 추출하고 그 외에 남은 잔존물 및 잔존용액은 안전하게 중화시켜 폐기한다. (S50)
그런 후, 도 3에 도시된 바와 같이 석출된 금속을 용광로를 통해 용융하여 불순물을 걸러내어 순수한 합금 동으로 선광한다. (S60)
여기서, 도 3은 1차 용융하여 불순물을 걸러낸 합금 동 사진도면으로 정광하기 전의 모습이다.
이러한 상기 합금 동은 통상의 동과 물성이 거의 유사하여 동 대용으로 저렴한 단가로 다양한 형태 및 분야에 적용 사용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.
1. 냉각장치 2. 가열장치
10. 제1반응조 20. 제2반응조
30. 혼합반응조 40. 전기분해조
S10. 구리 용해공정 S20. 철 용해공정
S30. 혼합공정 S40. 혼합 용해공정
S50. 추출공정 S60. 합금 동 형성공정
100. 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법

Claims (3)

  1. 35% 염산(hydrochloric acid)과 60% 질산(nitric acid)을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수(aqua regia)를 구리(Cu)가 수용된 제1반응조(10)에 투입하여 왕수에 구리를 3시간 동안 침전 용해하여 염화구리(copper chloride)의 생성을 유도하는 구리 용해공정(S10);
    35% 염산과 60% 질산을 3 : 1 부피비율로 혼합된 왕수를 철(Fe)이 수용된 제2반응조(20)에 투입하여 왕수에 철을 3시간 동안 침전 용해하여 염화철(iron chloride)의 생성을 유도하는 철 용해공정(S20);
    상기 구리 용해공정(S10)이 완료되어 상기 제1반응조(10)에 수용된 염화구리를 포함하는 혼합액과, 상기 철 용해공정(S20)이 완료되어 상기 제2반응조(20)에 수용된 염화철을 포함하는 혼합액을 혼합반응조(30)로 이송하는 혼합공정(S30);
    상기 혼합반응조(30)에 수용된 혼합액에 첨가제로 감람석(橄欖石]) 분말과, 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20)에서 발생되는 염소가스를 강제 투입시켜 반응을 촉진시키는 혼합 용해공정(S40);
    상기 혼합 용해공정(S40)을 통해 반응이 완료된 혼합액을 50℃ 이하의 온도로 5시간 동안 가열한 후, 상온 상태에서 72시간 유지하고, 그 혼합물을 전기분해조(40)로 이송시켜 전기분해를 통해 혼합물로부터 금속을 석출하는 추출공정(S50); 및
    상기 추출공정(S50)을 통해 석출된 금속을 용광로를 통해 용융하여 불순물을 걸러내어 순수한 합금 동으로 선광하는 합금 동 형성공정(S60);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 용해공정(S10)에서 투입되는 구리와 상기 철 용해공정(S20)에서 투입되는 철은 1 : 5 중량비율로 투입되도록 하는 것을 특징으로 하는 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 감람석 분말은,
    상기 구리와 철의 전체중량%에 대하여 5 내지 10 중량%로 첨가되도록 하는 것을 특징으로 하는 구리 성질을 갖는 합금 동 제조방법.
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