KR101645595B1 - 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유되어 있는 불소성분의 회수방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 음이온교환수지처리단계, 상기 음이온교환수지처리단계를 통해 음이온교환수지에 흡착된 불소성분을 가성소다수용액으로 분리하는 불소성분분리단계, 상기 불소성분분리단계를 통해 분리된 불소성분이 함유되어 있는 가성소다수용액을 양이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 양이온교환수지처리단계 및 상기 양이온교환수지처리단계를 통해 양이온교환수지를 통과한 혼합물을 농축하는 농축단계로 이루어진다.
상기의 과정으로 이루어지는 불소성분의 회수방법은음 이온교환수지와 양이온교환수지에 에칭공정에서 발생하는 폐수를 차례로 통수시켜 불소성분을 높은 회수율로 회수하기 때문에 2차적인 환경오염을 예방할 수 있으며, 회수된 불소성분을 에칭공정에 재사용하여 에칭공정의 비용을 절감할 수 있다.

Description

에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법 {METHOD FOR RECOVERING FLOURINE OF COMPRISING IN WASTE WATER AS ETCHING PROCESS}

본 발명은 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음이온교환수지와 양이온교환수지에 에칭공정에서 발생하는 폐수를 차례로 통수시켜 불소성분을 높은 회수율로 회수하기 때문에 2차적인 환경오염을 예방할 수 있으며, 회수된 불소성분을 에칭공정에 재사용하여 에칭공정의 비용을 절감할 수 있는 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법에 관한 것이다.

유리 또는 유리 기판의 에칭에는 예를 들어, 농도 15중량% 정도의 불화수소산(이하, '불산'이라 한다.)이 사용되고 있는데, 이러한 불산은 통상 약 50중량%의 고농도 불산을 순수로 희석하여 제조된다.

상기와 같이 에칭 등에 불산을 이용하는 공정에서는 실리카 성분 및 금속 성분을 포함하는 폐수가 발생하는데, 이러한 폐수는 반응에 이용되지 않은 불산을 다량 함유하고 있기 때문에 이를 회수하여 재이용하는 것이 바람직하다.

종래에 불산을 회수하는 방법으로는 일본 특허공개 제2003-12305호에 기재된 확산투석막을 이용한 방법이 주로 사용되는데, 확산 투석막을 이용한 불상의 회수 방법은 우선 필터 또는 원심 분리 장치를 사용하여 불산 폐액에서 슬러지(sludge)를 분리한 정제 원료에서 불산 폐액을 회수하고, 이어서 음이온 교환 필터를 이용한 확산 투석법에 의해 용해성분인 금속이온이나 규불산 등의 불순물을 폐수로부터 제거하여 정제 불산을 얻는 방법으로, 설비를 소형화할 수 있고, 온사이트로 불산을 재생할 수 있다는 장점이 있으나, 폐수에 함유된 불산의 회수율이 낮을 뿐만 아니라, 회수되는 불산의 순도가 높지 않은 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해소하기 위해 상기와 같이 회수된 불산을 증류하여 불산의 순도를 높이는 방법이 시도되고 있으나, 상기와 같은 증류법은 폐수에 함유되어 있는 Si, B, Al, Ca 및 Zr 등과 같은 용존금속에 의해 증류관을 포함한 계 내에서 스케일링이 발생하기 때문에, 연속적으로 불산을 회수할 수 없을 뿐만 아니라, 복잡한 회수장치를 필요로 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지와 양이온교환수지에 차례로 통수시켜 불소성분을 높은 회수율로 회수하기 때문에 폐수의 방류로 인한 2차적인 환경오염을 예방할 수 있는 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회수된 불소성분을 에칭공정에 재사용하기 적합한 농도로 농축하는 과정을 진행하여 에칭공정의 비용을 절감할 수 있도록 하는 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 음이온교환수지처리단계, 상기 음이온교환수지처리단계를 통해 음이온교환수지에 흡착된 불소성분을 가성소다수용액으로 분리하는 불소성분분리단계, 상기 불소성분분리단계를 통해 분리된 불소성분이 함유되어 있는 가성소다수용액을 양이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 양이온교환수지처리단계 및 상기 양이온교환수지처리단계를 통해 양이온교환수지를 통과한 혼합물을 농축하는 농축단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 불소성분분리단계는 가성소다 수용액을 상기 음이온교환수지가 충전된 탱크에 40 내지 80분 동안 순환통수시켜 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가성소다 수용액은 정제수 100 중량부에 가성소다 2 내지 2.5 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 농축단계는 상기 양이온교환수지처리단계를 통해 양이온교환수지를 통과한 가성소다 수용액에 함유된 불소성분의 함량이 10 내지 15%가 되도록 농축하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 농축단계는 80 내지 90℃의 온도로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법은 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지와 양이온교환수지에 차례로 통수시켜 불소성분을 높은 회수율로 회수하기 때문에 폐수의 방류로 인한 2차적인 환경오염을 예방할 수 있는 탁월한 효과를 나타낸다.

또한, 회수된 불소성분을 에칭공정에 재사용하기 적합한 농도로 농축하는 과정을 진행하여 에칭공정의 비용을 절감할 수 있는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법을 나타낸 순서도이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법은 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 음이온교환수지처리단계(S101), 상기 음이온교환수지처리단계(S101)를 통해 음이온교환수지에 흡착된 불소성분을 가성소다수용액으로 분리하는 불소성분분리단계(S103), 상기 불소성분분리단계(S103)를 통해 분리된 불소성분이 함유되어 있는 가성소다수용액을 양이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 양이온교환수지처리단계(S105) 및 상기 양이온교환수지처리단계(S105)를 통해 양이온교환수지를 통과한 혼합물을 농축하는 농축단계(S107)로 이루어진다.

상기 음이온교환수지처리단계(S101)는 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 단계로, 에칭공정을 통해 발생하며 불소성분이 0.5% 함유되어 있는 폐수 2톤을 음이온교환수지 1루베(1m³)가 충전되어 있는 탱크로 통수시켜 이루어진다.

통상적으로 사용되는 음이온교환수지는 1ml당 7.8mg의 불소성분을 흡착할 수 있는데, 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유되어 있는 불소성분에 비해 음이온교환수지를 약 1.5배 과량으로 충전하여 폐수에 함유되어 있는 불소성분이 대부분 음이온교환수지에 흡착될 수 있도록 준비된 상태에서 통수과정을 진행하는 것이 바람직하다.

상기 음이온교환수지처리단계(S101)를 거친 폐수는 불소성분과 중금속 등이 제거되어 자연방류에 적합한 수질 상태를 나타낸다.

상기 불소성분분리단계(S103)는 상기 음이온교환수지처리단계(S101)를 통해 음이온교환수지에 흡착된 불소성분을 가성소다수용액으로 분리하는 단계로, 상기 음이온교환수지처리단계(S101)를 통해 음이온교환수지에 흡착된 불소성분을 음이온교환수지로부터 분리하기 위해 가성소다 수용액을 상기 음이온교환수지가 충전되어 있는 탱크에 40 내지 80분 동안 순환통수시켜 이루어진다.

상기와 같은 불소성분분리단계를 거치면, 음이온교환수지에 부착되어 있던 불소성분이 NaF의 형태로 전환되어 분리된다.

이때, 상기 가성소다 수용액의 통수량은 상기 음이온교환수지처리단계에서 처리되는 폐수의 약 절반 정도이며, 상기 가성소다 수용액은 정제수 100 중량부에 가성소다 2 내지 2.5 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 양이온교환수지처리단계(S105)는 상기 불소성분분리단계(S103)를 통해 분리된 불소성분이 함유되어 있는 가성소다수용액을 양이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 단계로, 상기 불소성분분리단계(S103)를 통해 분리된 불소성분이 함유되어 있는 가성소다수용액을 양이온교환수지 1루베(1m³)가 충전되어 있는 탱크에 통수시켜 가성소다 수용액에 NaF의 형태로 함유되어 있던 불소성분을 HF의 형태로 전환하는 단계다.

이때, 상기 양이온교환수지처리단계(S105)를 거친 혼합물에는 불소성분이 약 1%정도 함유되게 된다.

상기 농축단계(S107)는 상기 양이온교환수지처리단계(S105)를 통해 양이온교환수지를 통과한 혼합물을 농축하는 단계로, 상기 양이온교환수지처리단계(S105)를 통해 양이온교환수지를 통과한 가성소다 수용액에 함유된 불소성분의 함량을 에칭공정에 적합한 농도인 10 내지 15%로 농축하여 이루어진다.

이때, 상기 농축단계(S107)는 80 내지 90℃의 온도로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 농축단계(S107)의 온도가 80℃미만이면 농축공정의 효율성이 저하되며, 상기 농축단계(S107)의 온도가 90℃를 초과하게 되면 에너지소비 측면에서 바람직하지 않다.

상기의 농축단계(S107)를 거치면, 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분이 회수될 뿐만 아니라, 에칭공정에 사용하기 적합한 농도를 나타내기 때문에 불소성분의 재사용을 통해 에칭공정의 비용을 절감할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예 1>

음이온교환수지 1루베(1㎥)가 충전된 탱크에 에칭공정을 통해 발생한 폐수(불소성분이 0.5% 함유) 2톤을 통과시킨 후에, 가성소다 수용액(정제수 1톤에 가성소다 21Kg 용융)을 상기 음이온교환수지가 충전된 탱크에 60분간 순환방식으로 통수시키고, 순환방식으로 통수된 가성소다 수용액을 양이온교환수지 1루베(1㎥)가 충진된 탱크에 통수시킨 후에, 양이온교환수지를 통수한 혼합물을 85℃의 온도에서 7시간 동안 가열하였다.

상기 실시예 1을 통해 제조된 혼합물의 불소함유량, 농도 및 회수율을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

{단, 불소의 함유량, 농도 및 회수율을 이온적극법(Electrochemical Analysis)을 이용하여 측정하였다.}

<표 1>

위에 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 이루어지는 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법은 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지와 양이온교환수지에 차례로 통수시켜 불소성분을 높은 회수율로 회수하기 때문에 폐수의 방류로 인한 2차적인 환경오염을 예방할 수 있으며, 회수된 불소성분이 에칭공정에 재사용하기 적합한 농도를 나타낸다.

S101 ; 음이온교환수지처리단계
S103 ; 불소성분분리단계
S105 ; 양이온교환수지처리단계
S107 ; 농축단계

Claims (5)

1. 에칭공정에서 발생하는 폐수를 음이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 음이온교환수지처리단계;
   상기 음이온교환수지처리단계를 통해 음이온교환수지에 흡착된 불소성분을 가성소다수용액으로 분리하는 불소성분분리단계;
   상기 불소성분분리단계를 통해 분리된 불소성분이 함유되어 있는 가성소다수용액을 양이온교환수지가 충전된 탱크에 통수시키는 양이온교환수지처리단계; 및
   상기 양이온교환수지처리단계를 통해 양이온교환수지를 통과한 혼합물을 농축하는 농축단계;로 이루어지며,
   상기 불소성분분리단계는 가성소다 수용액을 상기 음이온교환수지가 충전된 탱크에 40 내지 80분 동안 순환통수시켜 이루어지고,
   상기 가성소다 수용액은 정제수 100 중량부에 가성소다 2 내지 2.5 중량부를 혼합하여 이루어지며,
   상기 농축단계는 상기 양이온교환수지처리단계를 통해 양이온교환수지를 통과한 가성소다 수용액에 함유된 불소성분의 함량이 10 내지 15%가 되도록 80 내지 90℃의 온도에서 농축하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭공정에서 발생하는 폐수에 함유된 불소성분의 회수방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images