KR101585559B1

KR101585559B1 - Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법

Info

Publication number: KR101585559B1
Application number: KR1020150075815A
Authority: KR
Inventors: 류경원; 강범석; 심재명
Original assignee: 주식회사 피엠알
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-01-25

Abstract

본 발명은 도금업체, 전자업체의 작업공정 중에 발생한 폐액으로부터 습식방식의 자동화 기술에 의해 Au를 회수할 수 있도록 하는 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법에 관한 것이다.

Description

Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법{SYSTEM OF COMPLEX ELECTROWINNING FOR RECOVERY OF AURUM AND RECORVERYING METHOD FOR AURUM USING THE SAME}

본 발명은 도금업체, 전자업체의 작업공정 중에 발생한 폐액으로부터 습식방식의 자동화 기술에 의한, 흡착, 탈착, Au회수 공정을 거쳐 친환경적이면서 효율적으로 Au를 회수할 수 있도록 하는 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법에 관한 것이다.

종래 이온교환수지로부터 Au를 회수하기 위해서는 소각로를 통해 장시간의 소각과정을 거친 후 잔사를 왕수 처리하여 액상으로 만든 다음 이 액상으로부터 Au를 분리 회수하였다.

이와 같은 방식으로 Au를 회수하기 위해서는 이온교환수지의 소각과정이 필수적으로 수행되어야 하며, 이때 소각으로 인해 인체에 치명적인 VOCs, CN, 다이옥신 등의 환경적 오염원이 배출된다.

그리고 도면 16에서 제시하고 있는 바와 같이, 종래 방식은 여러 단계를 거쳐 처리되기 때문에 비효율성 및 비경제성(고비용)의 단점이 있었다.

대한민국 공개특허 특2003-0089189(공개일자 2003년11월21일)

본 발명은 도금업체, 전자업체의 작업공정 중에 발생한 도금폐액으로부터 습식방식의 자동화 기술에 의해 Au를 회수할 수 있도록 하여 친환경적이면서 효율적, 경제적으로 Au를 회수할 수 있도록 하는 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au 회수방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이온교환수지가 내부에 충진되고, 하부에 펌프가 설치되는 제1이온교환수지탱크와 제2이온교환수지탱크가 일체를 이루어 형성되는 이온교환수지탱크부;

상기 이온교환수지탱크부의 후단에 설치되되, 적층구조를 이루어 상기 이온교환수지탱크부와 일체를 이루는 Au회수부;

상기 이온교환수지탱크부와 Au회수부를 자동으로 제어하기 위한 PLC 컨트롤러부를 포함하여 이루어지는 것으로서,

상기 Au회수부는 최하단부에 격벽을 사이에 두어 설치되는 린스액이 내부에 충진되어 있는 린스액저장부와 탈착액이 내부에 충진되어 있는 탈착액저장부와,

상기 린스액저장부와 탈착액저장부의 상단에 형성되어 중간층을 이루는 정류기와,

상기 정류기의 상단에 형성되어 최상층부를 이루는 전해기를 포함하여 이루어지는 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 제공한다.

그리고 상기 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 이용한 Au 회수 방법으로서,

도금업체 및 기타 전자업체 공정에서 발생한 도금폐액을 음이온교환수지가 들어 있는 이온교환수지탱크부(10)로 흘려보내 Au를 흡착하는 단계(S10)와,

상기 Au 흡착과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 이물질을 제거하는 1차 수세단계(S20)와,

상기 1차 수세 이후, 상기 이온교환수지탱크부(10)에 탈착액을 흘려보내, Au가 흡착된 음이온교환수지로부터 Au를 탈착시키는 단계(S30)와,

상기 Au 탈착과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 이물질을 제거하는 2차 수세단계(S40)와,

상기 2차 수세 이후, 알카리성 용액인 린스액(NaOH)을 음이온교환수지로 흘려보내 세정하는 단계(S50)와,

상기 세정과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 음이온교환수지를 세척하는 이온교환수지를 재생하는 3차 수세단계(S60)를 포함하여 이루어지되, 상기 Au를 흡착하는 단계(S10)에서 3차 수세단계(S60)를 PLC 컨트롤러에 의해 반복적으로 자동 수행하여 Au를 회수하는 것임을 특징으로 하는 복합전해추출 시스템에 의한 Au 회수방법을 주요 기술 구성으로 한다.

본 발명에 따른 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법은 기존 소각방식과 달리 습식방식에 의해 Au를 회수하기 때문에 환경오염방지 효과가 있으며, 습식으로만 Au를 회수함으로써 친환경적이면서 효율적인 Au 회수가 가능하다는 장점을 갖는다.

그리고 각 장치구성이 일체로 이루어져 있어 고효율의 기능성을 갖는다. 이외에 Au 흡착에 이용된 이온교환수지를 세척을 통해 재생하여 재이용할 수 있어 폐기에 따른 비용을 없애 원가 절감과 환경오염 개선 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템의 도면
도 2는 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 Au 회수 공정 기본도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 Au 흡착 공정도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 1차 수세 공정도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 Au 탈착 공정도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 2차 수세 공정도.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 세정 공정도.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 통한 3차 수세 공정도.
도 15는 본 발명의 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 구성하는 전해기의 구성을 보인 사시도.
도 16은 본 발명에 따른 Au 회수공정과 종래 Au 회수공정에 따른 비용 비교표.

본 발명은 소각 및 건조 과정 없이, 이온교환수지에 흡착되어 있는 Au를 고효율 일체형 복합전해추출시스템을 통해 회수하는 기술에 관한 것으로서,

Au를 흡착한 이온교환수지에 탈착액을 통과시켜 Au를 회수하고, Au 탈착이 완료된 이온교환수지를 세척하여 재생시킴으로써 Au 흡착에 재사용이 가능하다. 이와 같은 과정을 통해 친환경적이고 효율적인 방법으로 이온교환수지로부터 Au를 회수가 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 일체형 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법에 대해 도면과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Au 회수용 복합전해추출 시스템(1)은 이온교환수지가 내부에 충진되고, 하부에 펌프가 설치되는 제1이온교환수지탱크(101)와 제2이온교환수지탱크(102)가 일체를 이루어 형성되는 이온교환수지탱크부(10)와,

상기 이온교환수지탱크부(10)의 후단에 설치되되, 적층구조를 이루어 상기 이온교환수지탱크부(10)와 일체를 이루는 Au회수부(20)를 포함하여 이루어지는 것으로서,

상기 Au회수부(20)는 최하단부에 격벽을 사이에 두어 설치되는 린스액이 내부에 충진되어 있는 린스액저장부(201)와 탈착액이 내부에 충진되어 있는 탈착액저장부(202)와,

상기 린스액저장부(201)와 탈착액저장부(202)의 상단에 형성되어 중간층을 이루는 정류기(203)와,

상기 정류기(203)의 상단에 형성되어 최상층부를 이루는 전해기(204)를 포함하여 이루어진다.

도 2는 상기 Au 회수용 복합전해추출 시스템(1)을 각 장치별 연결관계 도시한 기본 도면으로서, 이때 사용되는 밸브는 3way auto v/v로서, Input 한 방향이 2 output이 가능하다. 그리고 이온교환수지를 통해 도금 폐액으로부터 Au 흡착에 소요되는 기간은 10~30일이며, Au가 흡착된 이온교환수지의 탈착 및 Au 회수 공정은 1~4일 소요된다. 그리고 탈착과정을 마친 이온교환수지의 재사용을 위한 세척공정은 1~3일 소요된다.

도 3은 상기 도 2에 도시된 Au 회수용 복합전해추출 시스템(1)을 통한 Au 흡착공정을 도시한 것으로서, 도금폐액이 색상으로 표시된 화살표 방향을 따라 제1이온교환수지탱크(101)를 순환하면서 이온교환수지에 의한 Au 흡착이 일어난다.

상기 도 3에 도시된 공정을 통해 Au 흡착이 포화상태에 이르게 되면, 상기 도금폐액은 도 4에 도시된 바와 같이 유입경로를 변경하여 제2이온교환수지탱크(102)로 공급되며, 이때 도금폐액은 상기 도 3에 도시된 바와 같은 방식으로 제2이온교환수지탱크(102)를 순환하면서 이온교환수지에 의한 Au 흡착이 일어난다.

즉, 이온교환수지탱크부(10) 내에 충진되어 있는 이온교환수지는 도금폐액이 상기 이온교환수지탱크부(10)를 통과하는 과정에서 Au 흡착을 이루게 된다.

상기 도 3 및 도 4에 도시된 Au 흡착공정이 완료되면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 색상으로 표시된 화살표 방향을 따라 RO수(Reverse Osmotic Water)를 이온교환수지탱크(101,102)로 순환시켜 이온교환수지 내의 오염물질을 세척하는 1차 수세공정이 수행된다.

상기 1차 수세공정이 마무리되면, 탈착액을 이용하여 Au 탈착공정이 수행된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 탈착액은 탈착액저장부(202)로부터 공급되어 제1이온교환수지탱크(101)를 통과하면서 Au를 탈착하게 되며, 탈착액에 의해 탈착된 Au 용액은 다시 전해기(204)로 이송된다.

이때 상기 탈착액은 티오요소 5~15wt%와, 염산 75~90wt%와, 소염(燒鹽) 5~15wt%의 혼합으로 조성된 것을 이용한다. 그리고 상기 탈착액의 온도가 30~40℃인 조건에서 탈착이 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 탈착액의 티오요소 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 Au 탈착효율이 떨어지고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 탈착액이 벌크(bulk)해지는 문제점이 생긴다. 상기 티오요소의 사용량은 탈착액 전체 중량에 대해 5~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 염산의 사용량이 75wt% 미만인 경우에는 티오요소가 용해가 잘 안되고, 90wt%를 초과하게 되는 경우에는 탈착 후에 이온교환수지의 성능저하를 초래한다. 상기 염산의 사용량은 탈착액 전체 중량에 대해 75~90wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 소염(燒鹽)의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 탈착액에 전류밀도 및 전도도 정류기의 과부하와 Au 회수율 저하 문제가 있고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 과전류와 저전압으로 인한 음극판에서 Au의 전착 문제가 발생한다. 상기 소염(燒鹽)의 사용량은 탈착액 전체 중량에 대해 5~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 탈착액의 온도가 30℃ 미만인 경우에는 Au 탈착효율이 떨어지고, 40℃를 초과하게 되는 경우에는 탈착 후에 이온교환수지의 성능저하를 초래한다. 상기 탈착액의 온도는 30~40℃의 온도범위를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 탈착액에 의해 탈착된 Au 용액은 전해기(204)로 이송되어 전해기(204)를 통해 Au 흡착과정이 일어난다.

상기 전해기(204)의 하단부에는 정류기(203)가 설치되어 있어 교류 형태로 공급되는 전류를 직류 전류로 변환시킨 후, 변환된 직류 전류를 전해기(204)의 음극기판(204a)과 양극기판(204b)로 공급된다.

이때, 상기 정류기(203)는 전류밀도분포가 1~3 A/dm²을 가지며, 정전류는 110~150A를 가지는 것임을 특징으로 한다.

상기 전해기(204)는 도 15에 도시된 바와 같이, 망 모양의 음극기판(204a)과 판 모양의 양극기판(204b)이 순차적으로 다수 배열되어 이루어지는 것으로서, 탈착액을 상기 음극기판을 통과시켜 Au를 흡착하고, 양극 기판은 Overflow 형식으로 흘려보내어 Au를 흡착하도록 구성된다.

즉, Au 용액을 티타늄 재질, 망 모양의 음극기판으로 통과시키면 1차로 Au 흡착이 일어나며, 다시 Overflow 형식으로 판 모양의 양극기판으로 흘려보내면 2차로 Au흡착이 일어나게 된다.

상기 전해기(204)를 통과한 탈착액은 탈착액저장부(202)를 거쳐 이온교환수지탱크부(10)로 공급되는 순환과정을 거치게 된다. 이로써 상기 탈착액은 Au 환원에 재이용된다.

도 8은 도 7과 동일한 공정으로서, 다만 탈착액이 제2이온교환수지탱크(102)로 공급되는 점에 차이가 있다.

상기 탈착액에 의한 Au 탈착 공정이 마무리된 이후에는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 색상으로 표시된 화살표 방향을 따라 RO수(Reverse Osmotic Water)를 이온교환수지탱크(101, 102)로 순환시켜 이온교환수지 내의 오염물질을 세척하는 2차 수세공정이 수행한다.

상기 2차 수세공정을 이후에는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 린스액저장부(201)로부터 공급되는 NaOH를 이용하여 이온교환수지탱크(101, 102) 내의 이온교환수지 세정 공정을 수행한다.

그리고 세정 공정이 마무리된 이후에는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, RO수(Reverse Osmotic Water)를 이온교환수지의 3차 수세공정이 수행된다.

이와 같이 Au 탈착 후, 2차 수세공정, 세정공정, 3차 수세공정을 거쳐 재생된 이온교환수지는 다시 도금폐액으로부터 Au 흡착하는데 재이용된다.

상기 Au 회수용 복합전해추출 시스템(1)에 의한 Au의 회수 공정을 정리하면 다음과 같다.

즉, 도금업체 및 기타 전자업체 공정에서 발생한 도금폐액을 음이온교환수지가 들어 있는 이온교환수지탱크부(10)로 흘려보내 Au를 흡착하는 단계(S10)와,

상기 세정과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 음이온교환수지를 세척하는 이온교환수지를 재생하는 3차 수세단계(S60)를 포함하여 이루어지되, 상기 Au를 흡착하는 단계(S10)에서 3차 수세단계(S60)를 입력부, 마이크로프로세서, 출력부를 포함하는 PLC 컨트롤러에 의해 제어함으로써 도금폐액 공급, Au흡착, 1차 수세, Au 탈착, 2차 수세, 세정, 3차 수세를 통한 이온교환수지의 재생 과정이 반복적으로 자동 수행됨으로 인해 친환경적이면서 효율적인 Au 회수를 하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법은 습식방식에 의한 Au 흡착, 탈착, 회수가 이루어지며, 이와 같은 Au 회수에 이용된 이온교환수지, 탈착액은 세척 등의 과정을 거쳐 재이용됨으로써 친환경적이면서도 효율적인 Au 회수가 가능하다.

도 16은 기존 Au 회수공정과 본 발명에 따른 Au 회수공정에 따른 비용을 비교한 표이다. 이온교환수지에 흡착되어 있는 Au 금속을 정련하는 기술에 있어, 기존에는 이온교환수지를 건조와 소각을 통해 이온교환수지의 유기물, 수분 등의 이물질을 제거하고 부피를 줄이는 과정을 거친다. 이는 부피를 많이 줄어야 이후 과정인 왕수처리에서 적은 양의 왕수를 사용할 수 있고, 이를 처리하기 위한 처리시설과 환경오염방지 시설의 규모가 작아질 수 있기 때문이다.

하지만 소각의 공정은 많은 열량을 사용하고, 소각로 내의 대류 현상에 의해 Au의 유실이 발생한다. 또한 이온교환수지를 구성하는 수지는 완전제거가 되지 않아 카본으로 존재하여 이는 이후 공정의 왕수 공정에서 Au의 산 용해를 방해하여, 회수율에 악영향을 준다.

이와 같은 기존 Au 회수공정과 비교하여 볼 때, 본 발명은 에너지 사용량과 Au 유실을 발생하는 건조, 소각 과정을 제거하고자 습식공정으로 Au를 탈착 회수할 수 있는 탈착액을 개발하여, 이를 이온교환수지에 통과시킴으로써 이온교환수지로부터 Au를 모두 탈착할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 세척과정을 통해 Au 탈착이 완료된 이온교환수지를 세척하여 공정에서 재사용할 수 있다.

본 발명에 따른 Au 회수용 복합전해추출 시스템 및 이를 이용한 Au의 회수방법은 기존 소각방식과 달리 습식만으로 Au를 회수하기 때문에 친환경적이면서 효율적인 회수가 가능하며, Au 흡착에 사용된 이온교환수지는 세척과정을 통해 재지용이 가능하기 때문에 비용절감의 효과가 있어 산업상 이용가능성이 크다.

1 : Au 회수용 복합전해추출 시스템
10: 이온교환수지탱크부
20: Au회수부
30: PLC 컨트롤러부
201: 린스액저장부
202: 탈착액저장부
203: 정류기
204: 전해기

Claims

이온교환수지가 내부에 충진되고, 하부에 펌프(101a, 102a)가 설치되는 제1이온교환수지탱크(101)와 제2이온교환수지탱크(102)가 일체를 이루어 형성되는 이온교환수지탱크부(10);
상기 이온교환수지탱크부(10)의 후단에 설치되되, 적층구조를 이루어 상기 이온교환수지탱크부(10)와 일체를 이루는 Au회수부(20);
상기 이온교환수지탱크부(10)와 Au회수부(20)를 자동으로 제어하기 위한 PLC 컨트롤러부(30)를 포함하여 이루어지는 것에 있어서,
상기 Au회수부(20)는 최하단부에 격벽을 사이에 두어 설치되는 린스액이 내부에 충진되어 있는 린스액저장부(201)와, 티오요소 5~15wt%와, 염산 75~90wt%와, 소염(燒鹽) 5~15wt%의 혼합으로 조성된 탈착액이 내부에 충진되어 있는 탈착액저장부(202)와,
상기 린스액저장부(201)와 탈착액저장부(202)의 상단에 형성되어 중간층을 이루는 정류기(203)와,
상기 정류기(203)의 상단에 형성되어 최상층부를 이루는 전해기(204)를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 Au 회수용 복합전해추출 시스템.
청구항 1에 있어서,
정류기(203)는 전류밀도분포가 1~3 A/dm²을 가지며, 정전류는 110~150A를 가지는 것임을 특징으로 하는 Au 회수용 복합전해추출 시스템.
청구항 1에 있어서,
전해기(204)는 망 모양의 음극기판과 판 모양의 양극기판이 순차적으로 다수 배열되어 이루어지는 것으로서, 탈착액을 상기 음극기판을 통과시켜 Au를 흡착하고, 양극 기판은 Overflow 형식으로 흘려보내어 Au를 흡착하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 Au 회수용 복합전해추출 시스템.
청구항 1의 Au 회수용 복합전해추출 시스템을 이용하되,
도금업체 및 기타 전자업체 공정에서 발생한 도금폐액을 음이온교환수지가 들어 있는 이온교환수지탱크부(10)로 흘려보내 Au를 흡착하는 단계(S10)와,
상기 Au 흡착과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 이물질을 제거하는 1차 수세단계(S20)와,
상기 1차 수세 이후, 상기 이온교환수지탱크부(10)에 탈착액을 흘려보내, Au가 흡착된 음이온교환수지로부터 Au를 탈착시키는 단계(S30)와,
상기 Au 탈착과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 이물질을 제거하는 2차 수세단계(S40)와,
상기 2차 수세 이후, 알카리성 용액인 린스액(NaOH)을 음이온교환수지로 흘려보내 세정하는 단계(S50)와,
상기 세정과정을 마친 음이온교환수지로 RO수(Reverse Osmotic Water)를 흘려 보내 음이온교환수지를 세척하는 이온교환수지를 재생하는 3차 수세단계(S60)를 포함하여 이루어지되, 상기 Au를 흡착하는 단계(S10)에서 3차 수세단계(S60)를 PLC 컨트롤러(30)에 의해 반복적으로 자동 수행하여 Au를 회수하는 것에 있어서,
Au를 탈착시키는 단계(S30)는 티오요소 5~15wt%와, 염산 75~90wt%와, 소염 (燒鹽) 5~15wt%의 혼합으로 조성되는 탈착액을 이용하여 Au를 탈착하되, 탈착액의 온도가 30~40℃인 조건에서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 Au의 회수방법.
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