KR101730846B1 - 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법 - Google Patents
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Abstract
폐전자기판으로부터, 레어메탈, 귀금속, 기타의 금속 등의 여러 가지 금속을 효율적으로 회수할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 폐전자기판을 유리와 함께 용융함으로써 유리상과, 상기 폐전자기판과 상기 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속에 기인하는 금속상을 형성하는 용융공정과, 상기 유리상으로부터 상기 금속상을 분리하여 회수하는 금속 회수 공정과, 상기 유리상을 산용액과 접촉시키는 산추출 공정을 구비하고, 상기 유리상은 실리카를 주성분으로 하는 제1상과 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 포함하고, 상기 산추출 공정에서는 상기 제2상을 그 중에 포함된 잔류 금속과 함께 상기 산용액에 용해시켜 상기 잔류 금속이 용해된 상기 산용액을 회수하는 폐전자기판으로부터 금속을 회수하는 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 폐전자기판으로부터 다양한 종류의 금속(레어메탈(rare metal, 희소금속), 귀금속, 기타의 금속)을 회수하는 방법에 관한 것이다.
휴대전화, 스마트폰, 퍼스널컴퓨터(PC) 등에는, 코일, 콘덴서, 저항기, 반도체 칩 등의 다수의 전자부품이 회로기판에 장착된 전자기판이 탑재되어 있다. 이러한 전자기판에는, 전자부품이나 회로기판에서 유래하는 다양한 종류의 금속(레어메탈, 귀금속, 기타의 금속)이 포함되어 있다.
폐전자기판의 처리방법으로서, 특허문헌 1에서는, 폐전자기판을 분쇄한 후에 로터리 킬른(rotary kiln)에서 탄화처리하고 로터리 킬른으로부터 배출된 처리물을 해쇄(解碎)하고, 체로 분류를 실시한 후에, 자력선별기 및 과전류선별기를 이용하여 금속의 분리를 하고 있다.
특허문헌 1의 방법은, 구리나 은 등의 환원되기 쉬운 금속의 회수에는 적합하지만, 레어메탈의 대부분은 환원되기 어렵기 때문에 특허문헌 1의 방법으로 회수하는 것이 곤란하다. 또한, 환원되기 쉬운 금속에 대해서도 탄화 처리 후의 처리물로부터 금속을 취출(取出)하기 위하여 다수의 처리 공정이 필요하여 품이 든다.
본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 폐전자기판으로부터, 레어메탈, 귀금속, 기타의 금속 등의 여러 가지 금속을 효율적으로 회수할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 폐전자기판을 유리와 함께 용융함으로써 유리상(glass phase)과, 상기 폐전자기판과 상기 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속에 기인하는 금속상을 형성하는 용융공정과, 상기 유리상으로부터 상기 금속상을 분리하여 회수하는 금속 회수 공정과, 상기 유리상을 산용액과 접촉시키는 산추출 공정을 구비하고, 상기 유리상은, 실리카를 주성분으로 하는 제1상과, 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 포함하고, 상기 산추출 공정에서는, 상기 제2상을 그 중에 포함된 잔류 금속과 함께 상기 산용액에 용해시켜, 상기 잔류 금속이 용해된 상기 산용액을 회수하는, 폐전자기판으로부터 금속을 회수하는 방법이 제공된다.
본 발명자들은, 폐전자기판에서 여러 가지 금속을 효율적으로 회수하는 방법에 대해서 검토한바, 유리와 함께 폐전자기판을 용융시키는 것에 의해, 유리나 폐전자기판에 포함된 금속단체(單體) 또는 금속화합물(예: 산화물, 질소화물) 중에서, 환원되기 쉬운 것은, 유리가 용융되어서 형성된 융액의 밑바닥에 금속상(금속의 덩어리)을 형성하므로, 이 금속상을 꺼내는 것에 의해, 번거로운 후처리를 하지 않아도, 금속을 회수할 수 있는 것을 알았다.
또한, 유리와 함께 폐전자기판을 용융시키면 금속상과 함께 형성되는 유리상이 실리카를 주성분으로 하는 제1상과 그것보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 포함하고, 폐전자기판에서 레어메탈의 대부분이 제2상에 포함되기 때문에, 제2상을 산용액으로 용해시켜 산용액을 회수함으로써 레어메탈을 용이하게 회수가능한 것을 알았다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 환원되기 쉬운 금속도, 환원되기 어려운 금속도 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 이 방법은, 폐전자기판 중에 회수 목적의 금속이 포함되지 않고, 유리 중에만 회수 목적의 금속이 포함되어 있을 경우에, 유리 중의 금속을 회수하기 위해서도 이용가능한 것을 알았다. 따라서, 본 발명에 의하면, 폐전자기판과 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속을 효율적으로 회수할 수 있다.
이하, 본 발명의 여러 가지 실시 형태를 예시한다. 이하의 실시 형태는 서로 조합이 가능하다.
바람직하게는, 상기 산용액중에 용해된 상기 잔류 금속을 회수하는 공정을 더 구비한다.
바람직하게는, 상기 용융은 상기 폐전자기판과는 별도로 첨가된 환원제의 존재하에서 진행된다.
바람직하게는, 상기 환원제는 탄소이다.
바람직하게는, 상기 용융은 상기 폐전자기판과는 별도로 첨가된 분상촉진제의 존재하에서 진행된다.
바람직하게는, 상기 분상촉진제는 붕소원, 인(燐)원, 철원 및 바륨원 중의 적어도 1개이다.
바람직하게는, 상기 산추출 공정 후의 산용액으로부터 상기 분상촉진제를 회수하는 분상촉진제 회수 공정을 더 구비한다.
바람직하게는, 상기 분상촉진제 회수 공정에서 회수한 상기 분상촉진제가 재이용된다.
바람직하게는, 상기 용융은, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 및 Mg의 적어도 하나의 존재하에서 진행된다.
본 발명에 의하면, 번거로운 후처리를 하지 않아도, 폐전자기판에서 여러 가지 금속을 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 환원되기 쉬운 금속도, 환원되기 어려운 금속도 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 폐전자기판과 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속을 효율적으로 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 금속 회수방법의 실증 실험의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 Si에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 Pb에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서의 Pb에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서의 Fe에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서의 Fe에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서의 Ni에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서의 Ni에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서의 Cu에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서의 Cu에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 Si에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 Pb에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서의 Pb에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서의 Fe에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서의 Fe에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서의 Ni에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서의 Ni에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서의 Cu에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서의 Cu에 관한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태의 폐전자기판으로부터 금속을 회수하는 방법은 폐전자기판을 유리와 함께 용융함으로써 유리상과, 상기 폐전자기판과 상기 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속에 기인하는 금속상을 형성하는 용융공정과, 상기 유리상으로부터 상기 금속상을 분리하여 회수하는 금속 회수공정과, 상기 유리상을 산용액과 접촉시키는 산추출 공정을 구비하고, 상기 유리상은 실리카를 주성분으로 하는 제1상과, 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 포함하고, 상기 산추출 공정에서는, 상기 제2상을 그 중에 포함된 잔류 금속과 함께 상기 산용액에 용해시켜 상기 잔류 금속이 용해된 상기 산용액을 회수한다.
이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 용융공정
용융공정에서는, 폐전자기판을 유리와 함께 용융함으로써 유리상과, 상기 폐전자기판과 상기 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속에 기인하는 금속상을 형성한다. 이 유리상은, 실리카를 주성분으로 하는 제1상과, 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 포함한다.
본 실시 형태가 주로 대상으로 하고 있는 폐전자기판은 폐기된 전자기기(휴대전화, 스마트폰, PC 등)에 탑재되어 있는 전자기판이다. 이러한 전자기판에는, 코일, 콘덴서, 저항기, 반도체 칩 등의 다수의 전자부품이 회로기판 위에 장착되어 있어, 각 전자부품 및 회로기판에는 많은 종류의 금속이 포함되어 있기 때문에, 본 실시 형태에서는, 이러한 많은 종류의 금속을 폐전자기판에서 효율적으로 회수한다. 처리 대상의 금속으로서는, 레어메탈(예:Li, Be, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, Se, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, Pd, In, Sb, Te, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Re, Pt, Tl, Bi, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 귀금속(Ag, Pd, Pt, Au), 기타의 금속(Fe, Cu, Pb) 등을 들 수 있다. Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu는 희토류(rare earth)라고도 칭한다.
본 실시 형태의 방법에 의해, 폐전자기판만의 처리를 해도 되고, 폐전자기판 이외의 처리를 함께 해도 된다. 예를 들면, 전자부품 중에는 회로기판에 장착되지 않고 그대로 폐기되는 것도 있지만, 그러한 폐전자부품을 폐전자기판과 함께 처리해도 된다. 회수 대상 금속은, 폐전자기판만에 포함되어 있어도 되고, 폐전자기판과 유리의 양쪽에 포함되어 있어도 되고, 유리에만 포함되어 있어도 된다. 예를 들면, 납의 회수를 목적으로 할 경우, 납이 포함되지 않은 폐전자기판을 납유리와 함께 용융함으로써, 폐전자기판 중의 유기물에 의해, 납유리 중의 산화납을 환원하여 납을 회수해도 된다. 폐전자기판은 회수 대상 금속원으로서의 역할과, 금속화합물을 환원하여 금속단체를 얻기 위한 환원제(탄소)의 공급원으로서의 역할을 모두 가져도 되고, 환원제를 함유하지 않고 금속원으로서의 역할만을 가져도 되고, 회수 대상 금속을 함유하지 않고 환원제의 공급원으로서의 역할만을 가져도 된다.
특허문헌 1의 방법에서는, 폐전자기판을 분쇄한 후, 그대로 가열 처리를 하고 있지만, 본 실시 형태는, 폐전자기판을 유리와 함께 용융하는 것을 특징으로 하고 있다. 폐전자기판만을 가열하면 폐전자기판에 포함되는 탄소가 탄화되어버려, 금속상이 형성되지 않지만, 본 실시 형태와 같이 폐전자기판을 유리와 함께 용융하면, 폐전자기판 중의 금속단체가 그대로 유동하거나, 폐전자기판 중의 금속화합물(금속산화물, 금속질화물 등의 총칭)이나 유리 중의 금속산화물이 환원되어 금속단체로 되어 유동하거나 하여 모이는 것에 의해 금속상이 형성되고, 나머지 부분이 유리상으로 된다. 한편, 「유리상」은, 유리상 물질을 주성분으로 하는 상이며, 유리화되어 있지 않은 물질이 부분적으로 포함되어 있어도 된다.
유리에 대한 폐전자기판의 질량비는, 바람직하게는, 0.05~0.5이며, 구체적으로는 예를 들면, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다. 폐전자기판이 지나치게 적으면 그 몫만큼 회수할 수 있는 금속의 양이 적고, 폐전자기판이 너무 많으면 금속상이 형성되기 어렵기 때문이다.
폐전자기판과 함께 용융시키는 유리의 종류는, 실리카를 포함하는 것이라면 특히 한정되지 않지만, 일예에서는, 중금속(예: 납, 카드뮴, 크롬, 비소, 셀렌, 아연, 구리, 철, 망간, 니켈)과 실리카를 포함하는 유리이다. 중금속을 포함하는 유리는 그대로 매립 처분을 할 수 없으므로, 본 실시 형태의 방법에 의해 유리로부터 중금속을 회수하여 유리를 무해화(無害化)시키는 의의가 크다. 또한, 유리는, 바람직하게는, 납과 실리카를 포함하는 납유리이다. 납유리는 브라운관의 패널 부분으로 사용되고 있어, 최근 브라운관이 대량으로 폐기되고 있기 때문에, 납유리의 처리가 문제로 되고 있다. 그래서, 납유리를 본 실시 형태의 방법에 사용하면, 폐전자기판으로부터 금속을 회수할 수 있음과 동시에, 납유리를 무해화시키고, 납유리로부터 납을 회수할 수 있는 이점이 있다. 본 실시 형태에서 사용하는 유리 중의 실리카(SiO2)의 함유량은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 30~99 질량%이며, 구체적으로는 예를 들면, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 99 질량%이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다. 유리 중의 중금속의 함유량은, 산화물 환산(중금속이 납인 경우 PbO)으로, 예를 들면, 0.02~50 질량%이며, 구체적으로는 예를 들면 0.02, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 질량%이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다.
폐전자기판 및 유리의 용융은, 폐전자기판 및 유리를 파쇄하여 분상으로 한 상태로 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 상태에서 용융시키는 것에 의해, 폐전자기판과 유리가 혼합되기 쉽고, 폐전자기판 또는 유리 중의 금속(금속단체 또는 금속화합물)이 유동하여 금속상이 형성되기 쉬워지기 때문이다. 다만, 폐전자기판 및 유리의 분쇄는, 반드시 필수가 아니고, 분쇄하지 않은 폐전자기판 및 유리를 용융시켜도 되고, 폐전자기판과 유리의 어느 한쪽을 분쇄한 것을 용융시켜도 된다.
폐전자기판 및 유리의 용융온도는, 예를 들면 900~1500℃이다. 용융온도가 지나치게 낮으면 유리의 점도가 충분히 낮아지지 않으며, 금속단체 또는 금속화합물의 유동이 불충분하게 되어 금속상이 형성되기 어려워지는 경우가 있고, 용융온도가 너무 높으면, 에너지 소비가 과대해지기 때문이다. 용융온도는, 구체적으로는 예를 들면, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450, 1500℃이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다. 용융시간은, 예를 들면, 0.2~5시간이다. 용융시간이 너무 짧으면 환원제가 잔류하거나 하는 등의 문제가 일어나기 쉽고, 용융시간이 지나치게 길면, 에너지 소비가 과대해지기 때문이다. 용융시간은, 구체적으로는 예를 들면, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5시간이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다.
폐전자기판 및 유리의 파쇄는, 볼밀이나 시판하고 있는 진동 밀 등을 이용하여 실시할 수 있다. 파쇄된 폐전자기판으로 이루어지는 분체의 입경은 예를 들면 1000㎛ 미만이며, 500㎛ 미만이 바람직하고, 250㎛ 미만이 더욱 바람직하다. 파쇄된 유리로 이루어지는 분체의 입경은 예를 들면 2000㎛ 미만이며, 1000㎛ 미만이 바람직하고, 500㎛ 미만이 더욱 바람직하다. 한편, 본 명세서에 있어서, 「입경이 X㎛ 미만이다」는, 체의 그물코가 X㎛인 체를 빠져 나가는 것을 의미한다.
폐전자기판 및 유리의 용융은, 폐전자기판과는 별도로 첨가된 환원제의 존재하에서 진행해도 된다. 폐전자기판 및 유리 중에 포함되는 금속화합물을 환원하기에 충분한 탄소가 폐전자기판 중에 포함되어 있을 경우에는 환원제를 별도 첨가할 필요가 없지만, 폐전자기판 중의 탄소함유량이 충분하지 않을 경우에는, 환원제를 별도 첨가함으로써 금속화합물을 효과적으로 환원하여 금속으로 할 수 있다. 환원제는, 폐전자기판 및 유리 중의 금속화합물을 환원시킬 수 있는 것이라면 그 종류는 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 분말상의 탄소(예: 흑연)이다. 탄소의 첨가량은, 특히 한정되지 않고, 금속화합물의 환원에 충분한 양이면 된다. 유리에 대한 환원제의 질량비는, 바람직하게는, 0.005~0.2이며, 구체적으로는 예를 들면, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다. 탄소의 첨가량이 지나치게 적으면, 금속화합물의 환원이 불충분해지기 쉽고, 너무 많으면 탄소가 미반응으로 남아, 낭비이며, 탄소가 불타고 남으면 시커먼 유리와 재가 생겨버려, 그 후의 산추출 공정에 있어서 불량이 나오게 되기 때문이다.
폐전자기판 및 유리의 용융은, 폐전자기판과는 별도로 첨가된 분상촉진제의 존재하에서 진행해도 된다. 분상촉진제는, 유리상 중에, 실리카를 주성분으로 하는 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 형성하기 위하여 첨가되는 것이며, 이 목적이 달성가능하면 그 종류는 특히 한정되지 않는다. 폐전자기판 중에는 분상촉진제로서 기능하는 금속이 포함되어 있는 경우가 있어, 그 경우는 분상촉진제를 별도 첨가할 필요는 없다. 다만, 어떤 금속이 폐전자기판 중에 포함되어 있는 것인지 불분명할 경우도 있어, 그 경우, 분상촉진제를 별도 첨가함으로써, 유리상 중에 확실하게 제1상과 제2상을 형성할 수 있다. 분상촉진제는, 예를 들면, 붕소원, 인(燐)원, 철원 및 바륨원의 적어도 1개이다. 붕소원으로서는, 예를 들면, 산화 붕소(B2O3), 붕산(H3BO3), 사붕산나트륨(Na2B4O7)을 들 수 있다. 인(燐)원으로서는, 예를 들면, 오산화인(燐)(P2O5), 인산(H3PO4), 인산나트륨(Na3PO4)을 들 수 있다. 철원으로서는, 산화철(II) (FeO)이나 산화철(III) (Fe2O3)을 들 수 있다. 바륨원으로서는, 산화바륨(BaO)을 들 수 있다. 분상촉진제의 첨가량은 분상에 의해 금속을 분리하는데 충분한 양이면 되고, 유리에 대한 분상촉진제의 질량비는, 바람직하게는, 0.01~0.5이며, 구체적으로는 예를 들면, 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 된다. 분상촉진제의 첨가량이 지나치게 적으면, 분상이 불충분해지기 쉽고, 너무 많으면 산추출 공정에서 실리카의 추출량이 증가해버리기 때문이다.
환원제와 분상촉진제는, 폐전자기판 및 유리를 용융시키기 전에 첨가하고, 폐전자기판 및 유리와 함께 용융시켜도 되고, 폐전자기판 및 유리를 미리 용융시켜 융액을 제작하고 이 융액 중에 환원제와 분상촉진제를 투입해도 된다. 환원제와 분상촉진제는 동시에 첨가해도 되고, 따로따로 첨가해도 된다. 예를 들면, 환원제는 폐전자기판 및 유리를 용융시키기 전에 첨가하고, 분상촉진제는 융액 중에 투입할 수 있다.
또한, 용융은, 알칼리 금속(예: Na, K), 알칼리 토류 금속(예: Ca), Mg의 적어도 하나의 존재하에서 진행하는 것이 바람직하다. 이하, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 및 Mg를 「알칼리(토류)금속류」라고 총칭한다. 알칼리(토류)금속류는 유리의 점도를 저하시키기 때문에, 알칼리(토류)금속류의 존재하에서 용융함으로써, 유리상의 유동성이 증대하여 금속상이 형성되기 쉬워지고 또한 용융온도를 저하시킬 수 있기 때문에 소비 에너지를 저감할 수 있다. 알칼리(토류)금속류는 원료 유리 중에 함유되고 있어도 되고, 별도 첨가해도 된다. 알칼리(토류)금속류의 함유량은 용융시의 유리의 점도가 적절해지도록 적당히 조절하면 되고, 예를 들면, 유리에 대한 알칼리(토류)금속류의 산화물 환산에서의 질량비(예: (Na2O+K2O)/Pb유리 전체의 질량비)는 0.02~1이며, 구체적으로는 예를 들면, 0.02, 0.5, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위내여도 좋다. 알칼리(토류)금속류의 함유량이 지나치게 적으면 유리상의 유동성의 증대가 불충분하고, 지나치게 많으면 실리카의 추출량이 증가해버리기 때문이다.
2. 금속 회수 공정
금속 회수 공정에서는, 상기 용융공정으로 형성된 금속상을 분리하여 회수한다. 본 실시 형태에서는, 폐전자기판을 유리와 함께 용융하고 있기 때문에, 폐전자기판 중의 금속단체가 그대로 유동하거나, 폐전자기판 중의 금속화합물이나 유리 중의 금속산화물이 환원되어 금속이 되어 유동하거나 하여 모이는 것에 의해 금속상이 형성된다. 이 금속상은, 중력의 작용에 의해 도가니나 가열로의 밑바닥에 모여서 덩어리가 되기 때문에 용이하게 회수할 수 있다. 한편, 폐전자기판 및 유리에 포함되는 금속 중, 비교적 환원되기 쉬운 것(Ni, In, Sb, Ag, Pd, Pt, Au, Cu, Pb등)은, 그의 대부분이 금속상에 포함되어 이 금속 회수 공정에서 회수된다. 한편, 폐전자기판 및 유리에 포함되는 금속 중, 비교적 환원되기 어려운 것은, 금속 회수 공정에서는 대부분 또는 전혀 회수되지 않고, 대부분이 산추출 공정에서 회수된다.
3. 산추출 공정
상기 용융공정에서 얻어진 유리상에는, 실리카를 주성분으로 하는 제1상과 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상이 포함되어 있다. 유리상 중의 잔류 금속(금속 회수 공정에서 회수되지 않은 금속)의 대부분은 제2상 중에 존재한다.
그래서, 산추출 공정에서는, 유리상을 산용액과 접촉시키는 것에 의해, 제2상을 그 중에 포함된 잔류 금속과 함께 산용액에 용해시켜, 잔류 금속이 용해한 산용액을 회수한다. 이로 인해, 잔류 금속을 회수한다. 산용액의 종류는 제2상 및 잔류 금속을 용해시키는 것이며, 또한 제1상을 용해시키지 않는 것이라면 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 초산, 염산, 유기산(구연산 등)이다. 산의 농도는, 예를 들면, 1~5규정농도이다. 산의 양은 제2상 및 잔류 금속의 용해도에 의해 적당히 설정하지만 예를 들면, 유리상 1g에 대하여 1~100mL이다.
유리상을 산용액과 접촉시키는 방법은 특히 한정되지 않고, 유리상을 파쇄하지 않고 그대로 산용액에 침지시켜도 되고, 파쇄하여 유리분으로 한 후에 침지시켜도 된다. 침지한 상태에서 교반·진탕 등을 해도 된다. 침지시키는 시간은 산용액의 농도나 유리의 조성 등에 의해 적당히 설정하지만, 예를 들면 6~36시간이다. 너무 짧으면, 제2상이 충분히 용해하지 않고, 지나치게 길면, 제1상의 용해량이 많아져버리기 때문이다. 산용액의 온도는 특히 한정되지 않고, 실온이어도 가열한 것이어도 된다.
유리상을 산용액과 접촉시킨 후에, 여과 등에 의해 고액분리를 하면, 제1상만으로 된 유리상과, 제2상 및 잔류 금속이 용해한 추출액으로 분리된다. 이 추출액에는, 환원법에서는 회수할 수 없는 여러 가지 금속(예: 레어메탈)이 포함되어 있어, 중화, 용매추출, 정석(晶析), 흡착 등의 방법에 의해, 이 추출액으로부터 여러 가지 금속을 회수할 수 있다.
또한, 분상촉진제를 사용한 경우에는, 추출액으로부터 분상촉진제를 정석시켜 회수할 수도 있고, 회수한 분상촉진제를 재이용할 수 있다. 정석을 시킬 경우, 산용액을 예를 들면 70~90℃으로 가열한 상태에서 유리상과 접촉시킨다. 이러한 높은 온도에서 산용액을 유리상에 접촉시키고, 그 후에 냉각을 하면, 용해도의 온도의존성에 의해 분상촉진제가 정석되기 때문에, 이것을 여과 등에 의해 회수한다.
상기 방법으로 추출액으로부터 잔류 금속과 분상촉진제를 회수한 후, 추출액은 다시 산추출 공정에서 산용액으로서 이용가능하다. 이와 같이, 본 실시 형태의 방법에서는, 폐기물의 양을 지극히 적게 할 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1의 플로우차트에 따라서, 폐전자기판으로부터 금속 회수의 실증 실험을 진행했다. 이 실증 실험에서는, 폐전자기판, 환원제(탄소(카본 파우더)), 분상촉진제(B2O3)의 첨가량을 변화시켜 실험을 했다.
1. 금속 회수의 실증 실험의 상세
1-1. 용융공정
먼저, 납유리(PbO: 22.1%, SiO2: 54.9%)를 파쇄하고, 그물코 500㎛의 체를 통과시켜 얻어진 납유리분(5g)과, PC(personal computer)로부터의 폐전자기판을 파쇄하고, 그물코 250㎛의 체를 통과시켜 얻어진 폐전자기판 분말(粉)과, B2O3과, 탄소, Na2CO3을 유발 위에서 혼합하고 알루미나 도가니에 전량 옮겨 넣었다.
다음, 도가니에 뚜껑을 닫고, 1100℃로 가열한 관상전기로에 넣고, 공기를 0.4mL/min으로 흐르게 하면서 90min 가열하여 폐전자기판을 납유리 분말과 함께 용융하고(20min 가열한 시점에서 뚜껑을 조금 비키어 놓았다.), 그 후, 전기로로부터 꺼내고, 실온에서 냉각했다.
1-2. 금속 회수 공정
다음, 도가니를 파쇄하고 구상(球狀)으로 침전한 금속상을 유리상으로부터 분리하여 취출했다. 유리상의 중량 Mg는, 용융 후의 도가니 및 시료의 중량 Mmelted로부터 도가니만의 중량 Mc와 금속상의 중량 Mmetal을 빼는 것에 의해 산출했다.
Mg = Mmelted - Mc - Mmetal
1-3. 산추출 공정
유리상은 <500㎛으로 분쇄하여 0.5g을 폴리(poly) 용기에 취하고, 2mol/L 질산 25mL을 첨가했다. 24시간, 진동 교반한 후, 1㎛ 멤브레인 필터로 여과했다. ICP-MS에 의해 추출액 중의 금속농도를 분석했다.
2. 금속상 및 유리상의 분석방법
2-1. 유리상의 분석
유리상은 <500㎛으로 분쇄하고, PFA제의 나사마개병(screw cap bottle)에 0.2g을 취했다. 질산 10mL, 불화수소산 10mL을 메스플라스크에 넣고, 순수(純水)로 100mL로 희석한 용액을 50mL 첨가하고 초음파세정기로 2시간 초음파를 조사하면서 분해했다. 분해액 중의 금속농도를 ICP-MS에 의해 분석했다.
2-2. 금속상의 분석
금속상은 전량을 폴리 용기에 취하고 2mol/L 질산 20mL을 첨가하고 80℃에서 가온 분해했다.
분해액을 0.45㎛ 멤브레인 필터로 여과하고 순수로 100mL로 희석했다(분해액 A).
멤브레인 필터 위에 남은 찌꺼기를 필터마다 PFA제의 나사마개병에 옮기고 2배 희석한 왕수 20mL을 첨가했다. 80℃로 가열하고 찌꺼기를 완전히 분해했다(분해액 B).
분해액 A, 분해액 B 중의 금속농도를 ICP-MS에 의해 각각 분석하고 그 결과로부터 금속상 중의 금속함유량을 산출했다.
3. 분석 결과
유리상 및 금속상의 분석 결과를 도 2~도 10에 나타낸다. 이들 도에서의 횡축·종축의 의미는 아래와 같다.
Sub/Pb-glass: 납유리에 대한 폐전자기판의 질량비
B2O3/Pb-glass: 납유리에 대한 B2O3의 질량비
C/Pb-glass: 납유리에 대한 탄소의 질량비
추출율 = (Me/Mg)×100
유리상 중에의 분배율 = {Mg/(Mg+Mm)}×100
(Me: 추출액 중의 함유량, Mg: 유리상 중의 함유량, Mm: 금속상 중의 함유량)
또한, 도 2~도 10에 기술하지 않은 공통 조건에 대해서는, 아래와 같이 했다.
Sub/Pb-glass = 0.2
B2O3/Pb-glass = 0.15
Na2O/Pb-glass = 0.15(Na2CO3/Pb-glass = 약 0.257)
C/Pb-glass = 0
3-1. Si에 관한 분석 결과
Si에 관한 분석 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2(a)는 폐전자기판의 첨가량을 변화시켰을 경우의 Si의 유리상 중의 함유량과, 산추출 공정에서 추출된 Si의 비율(Si 추출율)을 나타낸다. ○의 도시를 참조하면, 폐전자기판의 첨가량이 늘어나도 Si의 유리상 중의 함유량이 거의 변화되지 않는 것을 알 수 있다. 이 결과는, Si의 거의 전량이 납유리 유래인 것을 나타내고 있다. 또한, ●의 도시를 참조하면, 납유리에 대한 폐전자기판의 질량비가 커짐에 따라 추출율이 저하되고 있는 것을 알 수 있다. Si는 실리카를 주성분으로 하는 제1상에 분배되어야 하는 것으로서, 추출되어서는 안 되기 때문에, 이 관점에서는, 납유리에 대한 폐전자기판의 질량비는 0.2 이상이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 2(b)에서는, B2O3의 첨가량을 변화시켰다. ○의 도시를 참조하면, B2O3의 첨가량은 Si의 유리상 중의 함유량에 거의 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다. 또한, ●의 도시를 참조하면, 납유리에 대한 B2O3의 질량비가 0.15을 넘으면 Si 추출율이 서서히 상승하고 있는 것을 알 수 있다. Si 추출율은 낮은 것이 바람직하므로, 이 관점에서는, 납유리에 대한 B2O3의 질량비는 0.15 이하가 바람직한 것을 알 수 있다.
도 2(c)에서는, 탄소의 첨가량을 변화시켰다. 도 2(c)를 참조하면, 탄소의 첨가량은 Si의 유리상 중의 함유량과 Si 추출율의 어느 것에도 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다.
3-2. Pb에 관한 분석 결과
Pb에 관한 분석 결과를 도 3~도 4에 나타낸다. 도 3(a)는 폐전자기판의 첨가량을 변화시켰을 경우의, Pb의 유리상 중의 함유량과 산추출 공정으로 추출된 Pb의 비율(Pb 추출율)을 나타낸다. 도 3(b)는, 폐전자기판의 첨가량을 변화시켰을 경우의, Pb의 유리상에의 분배율을 나타낸다. 도 3(a)의 ○의 도시 및 도 3(b)를 참조하면, 폐전자기판의 첨가량의 증대에 따라 Pb의 유리상 중의 함유량 및 Pb의 유리상에의 분배율이 감소되고 있는 것을 알 수 있다. 이 감소의 이유로서는, 폐전자기판의 탄소의 증가에 따라 산화납이 환원되기 쉬워진 것과, 폐전자기판에 포함된 금속에 의해 유리상의 점성이 저하되어, 그 결과, Pb가 유동하여 금속상으로 모이기 쉬워진 것을 생각할 수가 있다. 다만, 도 4(a)~(b)에 나타낸 바와 같이, 탄소의 첨가량을 증가시켜도 Pb의 유리상 중의 함유량 및 Pb의 유리상에의 분배율은 크게는 감소되지 않는 것을 생각하면, 후자(유리상의 점성 저하)가 주요인이라고 생각할 수가 있다. 또한, 도 4(a)~(b)는 탄소를 전혀 첨가하지 않을 경우에도, 유리상에의 분배율이 약 42%로 되고, 추출율은 100% 가까이 되어 있다. 이 결과는, 납유리 중의 산화 납이 폐전자기판에 포함되는 탄소에 의해 환원된 것을 나타내고 있다. 그리고 폐전자기판에 회수 대상 금속인 납이 포함되어 있던지 아니던지에 상관 없이, 폐전자기판을 저렴한 탄소원으로서 이용하여 납유리 중의 납을 회수할 수 있는 것을 나타내고 있다.
도 3(a)의 ●의 도시를 참조하면, 폐전자기판의 첨가량의 증대에 따라 Pb 추출율이 커지는 것을 알 수 있다. 그 이유로서는, 폐전자기판 중에 분상촉진제로서 기능하는 금속이 포함되어 있어서, 폐전자기판의 첨가량의 증대에 따라 분상촉진제로서 기능하는 금속의 양도 늘어나기 때문이라고 생각된다. 또한, 납유리에 대한 폐전자기판의 질량비가 0.2 이상의 경우에, 추출율이 거의 100%로 되어, 잔류하는 유리(주로, 실리카를 주성분으로 하는 제1상)이 무해화되는 것을 알 수 있다.
도 3(c)~(d)에서는, B2O3의 첨가량을 변화시켰다. 도3(c)의 ○의 도시 및 도 3(d)를 참조하면, B2O3의 첨가량의 증대에 따라 Pb의 유리상 중의 함유량 및 Pb의 유리상에의 분배율이 감소되고 있는 것을 알 수 있다. 그 이유는, B2O3의 첨가량의 증대에 따라 유리상의 점성이 저하되어 Pb가 유동하여 금속상에 모이기 쉬워진 것이라고 생각된다. 또한, 추출율에 대해서는, 납유리에 대한 B2O3의 질량비가 0.02 이상의 경우에, 거의 100%로 되고 잔류하는 유리가 무해화되는 것을 알 수 있다.
3-3. Fe에 관한 분석 결과
Fe에 관한 분석 결과를 도 5~도 6에 나타낸다.
도 5(b)를 참조하면 Fe의 유리상에의 분배율은 폐전자기판의 첨가량에 따르지 않고 거의 100%이며, 1100℃에서의 용융공정에서는 Fe는 환원되지 않고 거의 전량이 유리상 중에 포함된다. 또한, 도 5(a)의 ○의 도시를 참조하면, 폐전자기판의 첨가량의 증대에 따라 Fe의 유리상 중의 함유량이 증대하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5(a)의 ●의 도시를 참조하면, 폐전자기판의 첨가량에 따르지 않고 Fe의 추출율은 약 90~100%의 높은 값인 것을 알 수 있다. 게다가, 도 5(c)~(d)를 참조하면, Fe의 유리상 중의 함유량 및 유리상에의 분배율은 B2O3의 첨가량의 영향을 받지 않고, Fe의 추출율은 B2O3을 첨가하지 않는 경우에는 88% 정도이지만, B2O3을 조금이라도 첨가하면 Fe의 추출율이 약 90~100%의 높은 값이 되었다.
이상으로부터, Fe는 거의 전량이 유리상의 제2상에 존재하고 산추출에 의해 용이하게 거의 전량이 회수 가능한 것을 알 수 있다. 또한, Fe의 추출율이 대단히 높다고 하는 결과는 Fe 산화물이 분상촉진제로서 기능하는 것을 시사하고 있다.
3-4. Ni에 관한 분석 결과
Ni에 관한 분석 결과를 도 7~도 8에 나타낸다.
도 7(b)를 참조하면, Ni의 유리상에의 분배율은 폐전자기판의 첨가량의 증대에 따라 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7(c)의 ●의 도시를 참조하면, Ni의 추출율은, B2O3을 첨가하지 않거나 또는 첨가량이 대단히 적을 경우는 낮지만, 납유리에 대한 B2O3의 질량비가 0.05 이상이 되면, Ni의 추출율이 대폭으로 높아져 거의 100%가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7(c)의 ○의 도시 및 도 7(d)를 참조하면, 납유리에 대한 B2O3의 질량비가 0.05 이상이 되면, Ni의 유리상 중의 함유량 및 유리상에의 분배율이 대폭으로 저하되는 것을 알았다. 이들 결과는, 일정량 이상의 B2O3이 존재하고 있으면, Ni가 금속상으로 이동하기 쉬워지는 것과, 유리상 중의 Ni가 제2상으로 이동하기 쉬워지는 것을 의미하고 있다.
3-5. Cu에 관한 분석 결과
Cu에 관한 분석 결과를 도 9~도 10에 나타낸다.
Cu는 유리상 중의 함유량, 유리상에의 분배율, 추출율의 어느 것에 있어서도 Ni와 유사한 결과를 나타내지만, 도 7(c)~(d)와 도 9(c)~(d)의 대비로부터 알 수 있듯이, B2O3을 첨가하지 않거나 또는 첨가량이 대단히 적을 경우에, Ni에서는 추출율이 대단히 낮았던 것에 비하여 Cu에서는 추출율이 약 90%라고 하는 대단히 높은 값이 된 점이 다르다.
3-6. 여러 가지 금속에 관한 분석 결과
상술한 공통조건으로 금속 회수 실험을 하고, 여러 가지 금속에 대하여 금속상 및 유리상 중의 함유량 및 유리상으로부터의 추출율을 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타낸 바와 같이, Ni, Pd, In, Sb를 제외하는 모든 레어메탈과 Fe는 거의 전량이 유리상에 분배되어 있었다. 또한, 유리상으로부터의 추출율은 금속의 종류에 의존하지만, 레어메탈의 대부분은 높은 추출율로 유리상으로부터 추출할 수 있었다. 따라서, 레어메탈의 대부분은 본 발명의 방법에 의해 폐전자기판으로부터 추출액으로 분리할 수 있고, 이 추출액을 처리함으로써 회수할 수 있는 것을 알았다.
4. 비교 실험
「1-1. 용융공정」에서 제작한 폐전자기판 분말만을 「1-1.용융공정」에서 나타낸 방법으로 가열했다. 그 결과, 유리상 및 금속상이 형성되지 않고, 폐전자기판 분말이 탄화된 물체가 도가니 내에 남아 금속을 회수할 수 없었다.
Claims (9)
- 폐전자기판을 유리와 함께 용융함으로써 유리상과, 상기 폐전자기판과 상기 유리의 적어도 한쪽에 포함된 금속에서 기인하는 금속상을 형성하는 용융공정과,
상기 유리상으로부터 상기 금속상을 분리하여 회수하는 금속 회수 공정과,
상기 유리상을 산용액과 접촉시키는 산추출 공정을 구비하고,
상기 유리에 대한 상기 폐전자기판의 질량비가 0.05 ~ 0.5 이고,
상기 유리상은, 실리카를 주성분으로 하는 제1상과 제1상보다도 산용액에 대한 용해도가 높은 제2상을 포함하고,
상기 산추출 공정에서는, 상기 제2상을 그 중에 포함된 잔류 금속과 함께 상기 산용액에 용해시켜 상기 잔류 금속이 용해된 상기 산용액을 회수하는, 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제1항에 있어서,
상기 산용액 중에 용해된 상기 잔류 금속을 회수하는 공정을 더 구비하는 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제1항에 있어서,
상기 용융은, 상기 폐전자기판과는 별도로 첨가된 환원제의 존재하에서 진행되는 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제3항에 있어서,
상기 환원제는 탄소인 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
상기 용융은 상기 폐전자기판과는 별도로 첨가된 분상촉진제의 존재하에서 진행되는 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제5항에 있어서,
상기 분상촉진제는, 붕소원, 인원, 철원 및 바륨원 중의 적어도 하나인 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제1항에 있어서,
상기 산추출 공정 후의 산용액으로부터 분상촉진제를 회수하는 분상촉진제 회수공정을 더 구비하는, 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제7항에 있어서,
상기 분상촉진제 회수공정에서 회수한 상기 분상촉진제가 재이용되는 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
- 제1항에 있어서,
상기 용융은 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 및 Mg 중의 적어도 하나의 존재하에서 진행되는 폐전자기판으로부터 금속의 회수방법.
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