KR101684266B1 - 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치 - Google Patents

전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해제련법을 이용한 네오디뮴 금속 회수장치에 관한 것으로, 상부(110)와 하부(120)로 이루어지는 챔버(100); 상기 챔버의 하부(120)에 구비되며, 전해질을 포함하는 전해액이 내부에 수용되는 전해조(200); 상기 전해조(200) 상단에 구비되며, 상기 전해조(200)의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 방열판(300); 상기 방열판(300) 하단에 구비되어, 상기 전해액과 반응하는 양극(400); 상기 방열판(300) 하단에 상기 양극(400)과 소정의 거리로 이격되도록 구비되고, 상기 전해액과 반응하는 음극(500); 상기 음극(500) 하부에 구비되며, 상기 전해액과 음극(500)의 반응에 의해 형성되는 결합물이 수용되는 바스켓(510); 및 상기 양극(400) 및 음극(500)과 연결되어, 전류를 인가하는 전원부(600);로 이루어진다.

Description

전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치{APPARATUS FOR RECOVERING NEODYMIUM MATAL USING ELECTROWINNING}
본 발명은 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전해제련법에 의해 생성되는 네오디뮴 금속의 회수와, 산화전극의 교체를 용이하게 할 수 있는 네오디뮴금속 회수장치에 관한 것이다.
하이브리드자동차 및 전기차, 풍력발전 시장의 확대로 인해 핵심부품인 영구자석의 수요도 점차증가하고 있다. 현존하는 영구자석 중 가장 효율이 좋은 Nd-Fe-B자석은 네오디뮴(Nd)이 가격의 대부분을 차지하며, 전량 중국수입에 의존하고 있다. 이에 고품질의 네오디뮴 수급이 어렵고 정치적으로 이용될 수 있어 네오디뮴 금속에 대한 기술자립이 시급하다.
이와 관련하여, 일본공개특허 제2014-111802호 ("희토류 금속의 회수 방법", 공개일 2014.06.19., 이하 '선행기술')는 전해제련법을 이용하여 네오디뮴 금속을 회수하는 방법에 대해 기재하고 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 선행기술은 전해액이 수용된 전해조에 양극과 음극을 구비시킨다. 이후, 양극과 음극에 전원을 인가시켜, 상기 양극과 음극 사이에 전류를 흐르게 하여, 전해액과 반응시킨다. 이때, 양극은 산화 전극으로 산화되어, 부피가 줄어들게 되고, 음극은 네오디뮴 금속이 전착된다. 그러나, 선행기술은 반응에 의해 소모되는 양극을 용이하게 교체하는 내용이 기재되지 않았으며, 상기 네오디뮴 금속은 전해조에서 회수하여야 하는데, 랩 스케일에서는 큰 문제가 되지 않지만, 산업화하기 위해 전해조를 크게 만들었다면, 네오디뮴 금속의 회수가 쉽지 않은 문제점을 가지고 있다.
따라서, 최근에는 양극의 교체와 네오디뮴 금속의 회수가 용이하게 이루어질 수 있는 전해제련법을 이용한 네오디뮴 금속 회수 장치에 대해 요구되고 있는 실정이다.
일본공개특허 제2014-111802호 ("희토류 금속의 회수 방법", 공개일 2014.06.19.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전해제련법에 의해 생성되는 네오디뮴 금속을 용이하게 회수할 수 있는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 산화전극인 양극은 공정과정 중에 산화되어 소모되는 양극의 교체를 용이하게 할 수 있는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 공정과정 중에 발생하는 가스를 용이하게 배출할 수 있는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치를 제공함에 있다.
본 발명은 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치에 관한 것으로, 상부(110)와 하부(120)로 이루어지는 챔버(100); 상기 챔버의 하부(120)에 구비되며, 전해질을 포함하는 전해액이 내부에 수용되는 전해조(200); 상기 전해조(200)의 상단에 구비되며, 상기 전해조(200)의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 방열판(300); 상기 방열판(300)의 하단에 구비되어, 상기 전해액과 반응하는 양극(400); 상기 방열판(300)의 하단에 상기 양극(400)과 소정의 거리로 이격되도록 구비되고, 상기 전해액과 반응하는 음극(500); 상기 음극(500)의 하부에 구비되며, 상기 전해액과 음극(500)의 반응에 의해 형성되는 결합물이 수용되는 바스켓(510); 및 상기 양극(400) 및 음극(500)과 연결되어, 전류를 인가하는 전원부(600); 를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 양극(400)은 상기 방열판(300)과 상기 양극(400)을 연결하는 양극지지대(430); 상기 양극지지대(430)의 하부에 구비되어, 외측방향으로 돌출 형성되는 양극걸림부(421); 상기 양극(400)의 상부에 상기 양극걸림부(421)와 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 양극걸림부(421)가 끼움 결합되는 끼움홈(420); 및
상기 방열판(300)과 상기 양극(400) 사이에 구비되며, 상기 방열판(300)과 상기 양극(400)을 절연하도록 형성되는 절연부(431); 을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 양극(400)은 상부에 구비되며, 상기 전해액과 양극(400)의 반응에 의해 발생되는 가스가 외부로 배출되도록 형성되는 배가스포집관(410); 을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 배가스포집관(410)은 상기 방열판(300)과 연결되는 배가스지지대(412); 및 상기 배가스지지대(412)의 하부에 결합되며, 상기 양극(400)의 상부를 둘러싸도록 형성되는 캡(411); 를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 배가스지지대(412)는 하부에 외측방향으로 돌출 형성되어, 상기 캡(411)이 이탈되는 것을 방지하는 배가스걸림부(413); 를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 바스켓(510)은 상기 바스켓(510)의 양측면 상부(110)에 천공되어 형성되는 바스켓홈(511); 상기 방열판(300)과 상기 바스켓(510)을 연결하는 바스켓지지대(520); 및 상기 바스켓지지대(520)의 하부에 돌출 형성되어, 상기 바스켓홈(511)에 관통되어 결합되는 바스켓걸림부(521); 를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 챔버(100)는 상기 챔버의 상부(110)에 구비되며, 상기 방열판(300)이 상기 챔버(100)의 상하부방향으로 이동 가능하도록 구동되는 구동부(700)를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 챔버(100)는 상기 챔버의 하부(120)에 구비되며, 상기 전해조(200)를 둘러싸도록 형성되어 상기 전해조(200)로 열을 공급하는 히터부(121); 및 상기 챔버(100)의 하부에 구비되며, 상기 히터부(121)를 둘러싸도록 형성되어 상기 히터부(121)에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 단열부(122); 및
상기 전해조(200)와 히터부(121) 사이에 구비되는 외부도가니(123); 를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 챔버(100)는 상기 배가스포집관(410)에 연결되어, 상기 양극(400)과 전해액의 반응에 의해 발생되는 가스가 포집되는 가스포집부(800)를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 전해조(200)는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 탄소(C), 질화보론(BN), 질화규소(Si3N4) 및 질화알루미늄(AlN) 중 선택되는 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극(400)은 흑연(C) 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극(500)은 몰리브덴(MO) 또는 텅스텐(W) 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바스켓(510)은 텅스텐(W) 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바스켓지지대(520)는 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(MO) 또는 텅스텐(W) 재질 중 선택되는 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치에 관한 것으로, 전해제련법에 의해 생성되는 네오디뮴 금속을 바스켓에 담아 용이하게 회수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전해제련법에 의해 산회되어 소모되는 양극을 용이하게 교체할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 양극과 전해액의 반응에 의해 발생하는 가스를 용이하게 배출하여 포집할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치의 방열판, 양극 및 음극의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 네오디뮴금속 회수장치에서 양극지지대와 방열판이 결합되는 것을 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 양극을 교체하기 위해 양극지지대를 하부로 이동시키는 것을 나타내는 개략도
도 5는 본 발명의 양극을 양극지지대에서 분리하는 것을 나타내는 개략도
도 6은 본 발명의 양극을 교체하기 위해 캡을 상부로 이동시키는 것을 나타내는 개략도
도 7은 본 발명에 따른 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치의 바스켓의 사시도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치의 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치의 방열판, 양극 및 음극의 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 네오디뮴금속 회수장치에서 양극지지대와 방열판이 결합되는 것을 나타내는 단면도이며, 도 4는 본 발명의 양극을 교체하기 위해 양극지지대를 하부로 이동시키는 것을 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 발명의 양극을 양극지지대에서 분리하는 것을 나타내는 개략도이이고, 도 6은 본 발명의 양극을 교체하기 위해 캡을 상부로 이동시키는 것을 나타내는 개략도이다. 또한, 도 7은 본 발명에 따른 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치의 바스켓의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치는 상부(110)와 하부(120)로 이루어진 챔버(100)에 전해조(200), 방열판(300), 양극(400), 음극(500), 바스켓(510), 구동부(700) 및 전원부(600)가 구비되어 이루어진다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 챔버의 상부(110)는 구동부(700)가 구비되며, 상기 구동부(700)는 방열판(300)과 연결된다. 상기 방열판(300)은 상기 구동부(700)에 의해 챔버(100) 내에서 상하방향으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 방열판(300)은 하부에 양극(400), 음극(500) 및 바스켓(510)이 구비된다. 상기 챔버(100)의 하부(120)는 전해조(200), 히터부(121), 단열부(122) 및 외부도가니(123)가 구비되며, 상기 전해조(200)는 내부에 전해액이 수용된다. 상기 히터부(121)는 상기 전해조(200) 및 외부도가니(123)를 가열하고, 상기 단열부(122)는 히터부(121)에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다. 또한, 상기 외부도가니(123)는 상기 전해조(200)와 히터부(121) 사이에 구비되며, 상기 전해조(200)가 파손될 경우, 고온의 전해액이 외부로 노출되는 것을 방지한다. 또한, 전원부(600)는 상기 양극(400) 및 음극(500)과 연결되어 전류를 인가시킨다. 상기 챔버(100)는 가스포집부(800)와 연결되며, 상기 양극(400)과 전해액의 반응에 의해 발생되는 가스가 상기 가스포집부(800)에 포집된다.
전해조(200)는 챔버의 하부(120)에 구비되며, 내부에 전해액이 수용되고, 외부에 외부도가니(123), 히터부(121) 및 단열부(122)가 구비된다. 상기 전해조(200)는 재료를 담는 도가니와 같은 형상으로 형성되며, 히터부(121)에서 발생되는 열을 전달 받아 전해액에 포함된 전해질을 용융하는 역할을 한다. 상기 전해조(200)는 전해제련 시 고온에서 견딜 수 있어야 하며, 전해질과 반응성이 없는 재료로 구성된다. 이에 해당하는 재료는 금속계열로 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta)이 바람직하며, 비금속계열로는 탄소(C), 질화보론(BN), 질화규소(Si3N4), 질화알루미늄(AlN)이 바람직하다. 또한, 상기 단열부(122)는 상기 히터부(121) 및 전해조(200)에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다.
또한, 상기 외부도가니(123)는 상기 전해조(200)와 히터부(121) 사이에 구비되며, 상기 전해조(200)가 파손될 경우, 고온의 전해액이 외부로 노출되는 것을 방지한다. 또한, 상기 외부도가니(123)의 재질은 인코넬(Inconel), 스테인레스 스틸(Stainless steel) 등을 사용한다. 또한, 상기 외부도가니(123)는 방열판(300)과 접촉되는 부위에 실링(124)이 구비되며, 상기 전해조(200) 내부를 밀폐시켜, 불활성분위기로 유지시킨다.
전해액은 전해조(200) 내부에 수용되며, 알칼리금속 할로겐화합물 또는 알칼리토금속 할로겐화합물로 구성된 용융염(molten salt)과 네오디뮴(Nd) 할로겐 화합물로 이루어진다. 전해질은 용매에 녹아서 이온으로 해리되어 전류를 흐르게 하는 물질로써, 알칼리금속 할로겐화합물과 네오디뮴 할로겐 화합물을 혼합하거나, 알칼리토금속 할로겐 화합물과 네오디뮴 할로겐 화합물을 혼합하여 사용할 수 있다.
전해제련 시 음극(500)에 네오디뮴 금속이 전착되기 위해서는 전해액을 구성하는 전구체로 네오디뮴 할로겐화합물을 사용할 수 있지만, 경제적인 측면에서 산화네오디뮴(Nd2O3)을 전해액에 용해시킨 형태가 가장 바람직하다.
용융염은 전해질이 액상으로 융해된 상태이며, 1025℃이상에서 액상으로 존재하는 것이 바람직하다. 그 이유는 네오디뮴 금속이 1025℃이상에서 액상으로 존재하여, 액상으로 네오디뮴 금속이 음극에 전착된 후 바스켓으로 떨어져 회수가 용이하기 때문이다. 상기 용융염은 LiF-NdF3, LiCl-NdF3, LiF-NdCl3, LiF-NdCl3, KF-NdF3, KCl-NdF3, KF-NdCl3, KCl-NdCl3, CaF2-NdF3, CaCl2-NdF3, CaF2-NdCl3, CaCl2-NdCl3 중 하나의 화합물로, 액상으로 존재하면 조성에 크게 제한되지 않는다. 또한, 상기 용융염은 상기 각 할로겐화합물에 Nd2O3 을 용해하여 사용할 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 방열판(300)은 전해조(200)의 상단을 덮는 덮개 역할을 하며, 전해조(200)의 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다. 또한, 상기 방열판(300)은 복수개가 적층되어, 단열효과를 더 높일 수도 있다.
또한, 상기 방열판(300)은 하부에 양극(400)과 음극(500) 및 바스켓(510)이 구비되며, 상기 방열판(300)의 상부는 구동부(700)와 연결되어, 챔버 내에서 상하방향으로 이동할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 방열판(300)이 구동부(700)에 의해 하부방향으로 이동하게 되면, 상기 양극(400), 음극(500) 및 바스켓(510)이 전해조(200) 내의 전해액에 잠기게 된다. 반면, 상기 방열판(300)이 구동부(700)에 의해 상부방향으로 이동하게 되면, 상기 양극(400), 음극(500) 및 바스켓(510)이 전해액에서 벗어나 챔버의 상부(110)에 위치하게 된다. 이때, 작업자는 챔버의 상부(110)에서 양극(400)의 교체 및 바스켓(510)의 네오디뮴 금속을 회수하는 작업을 할 수 있다.
도 1 및 2에서 보는 바와 같이, 양극(400)은 산화전극으로 전해액과 반응하여 산화되기 때문에, 부피가 줄어들어 교체가 필요하며, 상기 양극(400)은 음극(500)에 비해 표면적이 2배 이상이 되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양극(400)의 재료는 산화되어도 불순물이 전해액에 혼합되지 않는 흑연이 바람직하다.
상기 양극(400)은 방열판(300)의 하부에 구비되며, 양극지지대(430)에 의해 상기 방열판(300)과 연결된다.
도 3에서 보는 바와 같이, 양극지지대(430)는 양극(400)과 방열판(300)을 연결하는 역할을 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 양극지지대(430)는 상기 방열판(300)을 관통하여 형성되고, 절연부(440)가 구비되어 상기 방열판(300)의 상부에 고정된다. 상기 절연부(440)는 상기 양극지지대(430)와 상기 방열판(300) 사이에 구비되며, 상기 양극지지대(430)에 흐르는 전류를 방열판(300)으로 흐르지 못하게 차단하는 역할을 한다. 또한, 상기 절연부(440)는 상기 양극지지대(430)를 고정하기 위한 고정부(441)가 구비된다. 또한, 상기 절연부(440)는 상기 양극(400)과 전해액이 반응하여 발생되는 가스를 외부로 유출하는 배가스유통로(442)가 구비된다. 또한, 상기 배가스유통로(442)는 가스포집부(800)와 연결된다.
또한, 양극(400)은 상부에 배가스포집관(410)이 구비된다. 상기 배가스포집관(410)은 상기 양극(400)과 전해액이 반응하여 발생되는 가스를 챔버(100) 외부로 배출하는 역할을 한다. 또한, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 배가스포집관(410)은 챔버(100) 외부에 구비된 가스포집부(800)와 연결되고, 상기 가스가 상기 가스포집부(800)에 포집되도록 유도한다. 이로 인해 상기 가스는 가스포집부(800)에 포집되어, 대기 중으로 유입되지 않아 환경오염을 방지할 수 있다.
상기 가스는 하기의 반응식 1 내지 3에 의해 CF4, CCl4, CO및 CO2가 형성된다.
[반응식 1]
전구체로 NdF3를 사용할 경우,
C + 4F- = CF4 + 4e-
와 같은 반응이 일어나며, F이온이 양극(400)재료인 C와 반응하여 CF4가스를 형성한다.
[반응식 2]
전구체로 NdCl3를 사용할 경우,
C + 4Cl- = CCl4 + 4e-
와 같은 반응이 일어나며, Cl이온이 양극(400)재료인 C와 반응하여 CCl4가스를 형성한다.
[반응식 3]
전구체를 Nd2O3를 사용할 경우
C + O2 - = CO + 2e-
C + 2O2- = CO2 + 4e-
의 형태로 공정온도에 따라 CO와 CO2가 발생한다.
도 4를 참조하여 설명하면, 상기 배가스포집관(410)은 배가스지지대(412), 및 캡(411)으로 이루어진다. 상기 배가스지지대(412)는 방열판(300)과 캡(411)을 연결하며, 상기 캡(411)은 상기 배가스지지대(412)의 하부에 결합되어, 상기 양극(400)의 상부를 둘러싸도록 형성된다.
양극(400)은 상기 반응식 1 내지 3에 의해 CF4, CCl4, CO및 CO2와 같은 가스를 발생시키면서 부피가 줄어든다. 이 때문에 정기적으로 상기 양극(400)을 교체하여야 한다. 하기 실시예들을 통해 양극(400)을 교체하는 방법에 대해 설명한다.
도 4 및 도5에서 보는 바와 같이, 캡(411)이 상기 배가스지지대(412)와 나사결합되어 있을 경우, 양극(400)을 교체하는 방법에 대해 설명한다. 양극지지대(430)는 방열판(300)을 관통하여 형성되고, 절연부(440)에 의해 상기 방열판에(300)에 고정된다. 이때, 상기 양극(400)을 교체하기 위해서는 양극(400)의 상부가 캡(411)의 간섭에서 벗어나도록, 양극지지대(430)가 하부방향으로 이동시킨다. 즉, 상기 절연부(400)는 상기 양극지지대(430)의 고정을 풀고, 챔버 상부에 구비된 양극구동부(431)를 이용하여 상기 양극지지대(430)를 하부방향으로 이동시킨다. 상기 양극(400)이 상기 캡(411)의 간섭에서 벗어날 때까지 하부방향으로 이동시킨 후, 양극지지대(430)에서 상기 양극(400)를 제거한다. 이후, 새로운 양극(400)의 끼움홈(420)을 상기 양극걸림부(421)에 끼워 결합시키고, 상기 양극지지대(430)를 상부방향으로 이동시켜, 상기 양극(400)의 상부가 캡(411)이 둘러싸이도록 한다.
도5 및 도6을 참조하여 설명하면, 또 다른 양극 교체 방법은, 배가스지지대(412)의 하부에 배가스걸림부(413)가 구비되고, 상기 캡(411)이 상기 배가스지지대(412)를 따라 상하방향으로 이동가능하도록 구비될 경우, 양극(400)을 교체하는 방법에 대해 설명한다.
도5에서 보는 바와 같이, 상기 양극지지대(430)는 하부에 외측방향으로 돌출되어 형성되는 양극걸림부(421)가 구비되며, 상기 양극(400)은 상부에 상기 양극걸림부(421)와 대응되는 형상으로 형성되는 끼움홈(420)이 구비된다. 즉, 상기 양극걸림부(421)가 상기 끼움홈(420)에 끼움 결합되어, 상기 양극(400)이 양극지지대(430)에 결합된다. 이러한 구성으로 인해 상기 양극(400)은 교체가 용이한 장점을 가지고 있다.
또한, 도6에서 보는 바와 같이, 상기 배가스걸림부(413)는 상기 배가스지지대(412)의 하부에 외측 방향으로 돌출 형성되어, 상기 캡(411)이 상기 배가스지지대(412)에서 이탈되지 않게 한다. 따라서, 상기 캡(411)은 상기 배가스지지대(412)를 따라 상하방향으로 이동가능하고, 배가스걸림부(413)에 의해 이탈되지 않는다.
도5, 도 6a 및 6b 를 참조하여 또 다른 양극 교체방법에 대해 설명하면, 도 6b와 같이 캡(411)을 상부방향으로 올린 후, 도 5와 같이 양극(400)을 양극지지대(430)에서 제거한다. 이후, 새로운 양극(400)의 끼움홈(420)을 상기 양극걸림부(421)에 끼워 결합시키고, 도 6a와 같이 상기 캡(411)을 하부로 내려 상기 양극(400)의 상부가 상기 캡(411)으로 덮어지도록 한다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하여 설명하면, 음극(500)은 방열판(300)의 하부에 구비되고, 양극(400)과 일정 간격 이격되어 형성된다. 또한, 하기의 반응식 4와 같이 상기 음극(500)에서 네오디뮴 이온이 네오디뮴 금속으로 환원되어 전착된다. 이로 인해, 상기 음극(500)은 전해질과 반응성이 없고, 네오디뮴 금속과 금속간화합물을 형성하지 않는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)이 바람직하다.
[반응식 4]
전해제련 시 음극(500)의 반응은 전해질의 네오디뮴 이온이 전자를 얻어 네오디뮴 금속이 되며,
Nd3 + + 3e- = Nd
의 반응에 의해 Nd 금속으로 된다.
또한, 상기 음극(500)은 하부에 바스켓(510)이 구비되며, 상기 바스켓(510)은 음극(500)에 전착된 네오디뮴 금속을 담는 역할을 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 음극(500)에 전류가 인가되면, 상기 음극(500)은 전해액과 반응하게 되고, 전해액에 포함된 네오디뮴 이온이 네오디뮴 금속으로 환원되어 음극(500)에 전착된다. 이때, 전해액의 온도가 1025℃이상이면, 네오디뮴 금속이 액상으로 존재하며, 액상의 네오디뮴 금속이 음극(500)에 전착되어 하부의 바스켓(510)으로 떨어지게 된다. 또한, 상기 바스켓(510)은 전해질과 반응성이 없고, 네오디뮴 금속과 금속간화합물을 형성하지 않는 텅스텐(W)이 바람직하며, 상기 바스켓지지대(520)는 전해질과 반응하지 않는 몰리브덴(MO), 텅스텐(W) 및 탄탈륨(Ta)이 바람직하다.
상기 바스켓(510)은 바스켓지지대(520)에 의해 방열판(300)과 연결된다. 또한, 상기 바스켓(510)은 양측면 상부에 바스켓홈(511)이 천공되어 형성된다. 상기 바스켓지지대(520)는 하부에 돌출되어 형성되는 바스켓걸림부(521)가 구비되고, 상기 바스켓홈(511)에 관통 결합된다. 상기 바스켓(510)과 바스켓지지대(520)는 상기 바스켓홈(511)과 바스켓걸림부(521)에 의해 분리가 가능하기 때문에, 네오디뮴 금속의 회수가 용이한 장점을 가지고 있다. 또한, 상기 바스켓홈(511)과 바스켓걸림부(521)의 형상은 다양하게 형성될 수 있다.
본 발명의 네오디뮴 금속 회수장치는 네오디뮴금속을 회수함으로써 소모되는 전구체를 회수와 동시에 첨가해주어야 하며, 첨가된 전구체는 네오디뮴 할로겐화합물보다는 네오디뮴 산화물을 사용하는 것이 경제적으로 더욱 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 챔버
110 : 챔버의 상부
120 : 챔버의 하부
121 : 히터부
122 : 단열부
123 : 외부도가니
124 : 실링
200 : 전해조
300 : 방열판
400 : 양극
410 : 배가스포집관
411 : 캡
412 : 배가스지지대
413 : 배가스걸림부
420 : 끼움홈
421 : 양극걸림부
430 : 양극지지대
431 : 양극구동부
440 : 절연부
441 : 고정부
442 : 배가스유통로
500 : 음극
510 : 바스켓
511 : 바스켓홈
520 : 바스켓지지대
521 : 바스켓걸림부
600 : 전원부
700 : 구동부
800 : 가스포집부

Claims (14)

  1. 상부(110)와 하부(120)로 이루어지는 챔버(100);
    상기 챔버의 하부(120)에 구비되며, 전해질을 포함하는 전해액이 내부에 수용되는 전해조(200);
    상기 전해조(200)의 상단에 구비되며, 상기 전해조(200)의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 방열판(300);
    상기 방열판(300)의 하단에 구비되어, 상기 전해액과 반응하는 양극(400);
    상기 방열판(300)의 하단에 상기 양극(400)과 소정의 거리로 이격되도록 구비되고, 상기 전해액과 반응하는 음극(500);
    상기 음극(500)의 하부에 구비되며, 상기 전해액과 음극(500)의 반응에 의해 형성되는 결합물이 수용되는 바스켓(510); 및
    상기 양극(400) 및 음극(500)과 연결되어, 전류를 인가하는 전원부(600);
    를 포함하되,
    상기 양극(400)은
    상기 방열판(300)과 상기 양극(400)을 연결하는 양극지지대(430);
    상기 양극지지대(430)의 하부에 구비되어, 외측방향으로 돌출 형성되는 양극걸림부(421);
    상기 양극(400)의 상부에 상기 양극걸림부(421)와 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 양극걸림부(421)가 끼움 결합되는 끼움홈(420); 및
    상기 방열판(300)과 상기 양극(400) 사이에 구비되며, 상기 방열판(300)과 상기 양극(400)을 절연하도록 형성되는 절연부(440);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극(400)은
    상부에 구비되며, 상기 전해액과 양극(400)의 반응에 의해 발생되는 가스가 외부로 배출되도록 형성되는 배가스포집관(410);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배가스포집관(410)은,
    상기 방열판(300)과 연결되는 배가스지지대(412); 및
    상기 배가스지지대(412)의 하부에 결합되며, 상기 양극(400)의 상부를 둘러싸도록 형성되는 캡(411);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배가스지지대(412)는
    하부에 외측방향으로 돌출 형성되어, 상기 캡(411)이 이탈되는 것을 방지하는 배가스걸림부(413);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바스켓(510)은
    상기 바스켓(510)의 양측면 상부(110)에 천공되어 형성되는 바스켓홈(511);
    상기 방열판(300)과 상기 바스켓(510)을 연결하는 바스켓지지대(520); 및
    상기 바스켓지지대(520)의 하부에 돌출 형성되어, 상기 바스켓홈(511)에 관통되어 결합되는 바스켓걸림부(521);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버(100)는
    상기 챔버의 상부(110)에 구비되며, 상기 방열판(300)이 상기 챔버(100)의 상하부방향으로 이동 가능하도록 구동되는 구동부(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버(100)는
    상기 챔버의 하부(120)에 구비되며, 상기 전해조(200)를 둘러싸도록 형성되어 상기 전해조(200)로 열을 공급하는 히터부(121);
    상기 챔버(100)의 하부에 구비되며, 상기 히터부(121)를 둘러싸도록 형성되어 상기 히터부(121)에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 단열부(122); 및
    상기 전해조(200)와 히터부(121) 사이에 구비되는 외부도가니(123);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 챔버(100)는
    상기 배가스포집관(410)에 연결되어, 상기 양극(400)과 전해액의 반응에 의해 발생되는 가스가 포집되는 가스포집부(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전해조(200)는
    텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 탄소(C), 질화보론(BN), 질화규소(Si3N4) 및 질화알루미늄(AlN) 중 선택되는 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 양극(400)은
    흑연(C) 재질인 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 음극(500)은
    몰리브덴(MO) 또는 텅스텐(W) 재질인 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 바스켓(510)은
    텅스텐(W) 재질인 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 바스켓지지대(520)는
    탄탈륨(Ta), 몰리브덴(MO) 또는 텅스텐(W) 재질 중 선택되는 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 전해제련법을 이용한 네오디뮴금속 회수장치.
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