KR101932552B1 - 질산을 이용하여 폐 ito스크랩으로부터 ito타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말 - Google Patents

질산을 이용하여 폐 ito스크랩으로부터 ito타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 높은 상대밀도를 가지는 고순도 ITO타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 폐 ITO스크랩 분말을 질산(HNO3) 용액을 이용하여 용해하고, 이를 통하여 고순도의 ITO 타겟분말을 얻기 위하여 이를 정제하고, 중화시키며, 이후 소성단계를 거쳐 제조된 고순도 ITO 타겟분말을 이용할 경우에 희소자원의 재활용이 가능한 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 높은 상대밀도를 가지는 고순도 ITO타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, a) 폐 ITO스크랩을 질산에 용해시켜 질산인듐액, 메타주석산이 생성되며, 불용 ITO잔사가 잔존하는 혼합액을 제조하는 용해단계; b) 상기 혼합액을 질산인듐액과 메타주석산, ITO잔사를 분리시키는 여과 단계; c) 상기 b)에서 분리된 질산인듐액으로부터 금속불순물을 용매추출법을 이용하여 제거하는 정제 단계; d) 상기 c) 단계에서 얻어진 정제액과 상기 b) 단계에서 얻어진 메타주석산 및 ITO잔사를 분산제가 포함된 알칼리 용액에 소량 투입하여 중화시키는 중화 단계; e) 상기 d) 단계에 생성된 생성물을 세척 및 건조한 후 이를 분쇄하여 분말화하는 단계; f) 상기 e) 단계에서 얻어진 분말을 열처리하는 소성 단계; g) 상기 f) 단계에서 얻어진 열처리된 분말에 결합제를 첨가하여 분말의 성형성을 증가시키는 자기 조립 단계; h) 상기 g) 단계에서 얻어진 성형성이 증가된 분말을 금형에 투입하여 성형된 ITO 타겟을 제조하는 단계; i) 상기 성형된 ITO 타겟을 소결처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말 {Process for producing high purity ITO target powder having high relative density from ITO scrap using nitric acid and the powder thereof}
본 발명은 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 폐 ITO스크랩 분말을 질산(HNO3) 용액을 이용하여 용해하고, 이를 통하여 고순도의 ITO 타겟분말을 얻기 위하여 이를 정제하고, 중화시키며, 이후 소성단계를 거쳐 제조된 고순도 ITO 타겟분말을 이용할 경우에 희소자원의 재활용이 가능한 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법 및 그 분말에 관한 것이다.
ITO(인듐-주석의 복합산화물)막은 액정 디스플레이를 중심으로 하는 표시 디바이스의 투명 전극막으로서 널리 사용되고 있다. 이 ITO막을 형성하는 방법으로서 진공증착법이나 스퍼터링법 등 일반적으로 물리증착법이라고 하는 방법이 사용되는 것이 보통이다.
특히, 조작성이나 피막의 안정성을 이유로 마그네트론 스퍼터링법을 사용하는 경우가 많다. 스퍼터링법에 의한 막의 형성은, 음극에 설치한 타겟에 아르곤(Ar)이온 등의 양이온을 물리적으로 충돌시키고, 그 충돌에너지로 타겟을 구성하는 재료를 방출시켜 대면하고 있는 양극측의 기판에 타겟의 재료와 거의 같은 조성의 막을 적층함으로써 행해진다. 스퍼터링법에 의한 피복법은 처리시간이나 공급전력 등을 조절함으로써 안정된 성막속도로 옹그스트롬단위의 엷은 막으로부터 수십 의 두꺼운 막까지 형성할 수 있는 특징을 갖는다.
투명 전극의 재료 중의 하나인 인듐(Indium, In)은 원자번호는 49이고, 희귀금속 중 하나이다. 밝은 광택이 나는 은백색의 금속으로, 연성과 전성이 우수하고 무르기 때문에 가공성이 좋으며, 녹는점이 156.6℃로 낮은 편이다.
인듐(In)을 포함한 여러 희토류 금속들은 현재 많은 양을 수입에 의존하고 있다. 이는 많은 비용이 발생하는 것을 의미하며, 수입 의존도를 낮추고 재활용률을 높이기 위해서 폐 자원에서의 효율적인 회수 방법이 필요하다.
또한, 다른 재료인 주석은 도금, 화합물 제조 등에 주로 사용되며, 주석의 원자번호 50의 금속으로 공기 중에서 쉽게 산화되지 않아 부식에 저항성이 있으며, 물과도 반응하지 않는다. 주로 다른 금속의 부식 방지 도금 및 합금의 용도로 사용되며, 인듐과 함께 ITO의 주요 구성 원료로 사용되는 금속이다. 이처럼 인듐산화물과 주석 산화물은 발광 다이오드 (LED), 액정 화면 (LCD 패널)을 비롯한 여러 평판 소자의 투명 전극을 만드는 데 이용된다.
인듐산화물과 주석산화물이 혼합된 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide)은 원료 분말을 성형, 소결하여 얻어낸 소결체로 제작하여 투명 전도성 막에 사용되고 있다.
그러나, ITO 타겟을 이용해 투명 전도성 막을 형성할 때의 문제점 중 하나로 ITO타겟의 사용 효율이 낮은 것을 들 수 있는데, 일반적인 스퍼터링에서 약 20~30% 정도를 사용한 후 남은 ITO 타겟은 폐 스크랩화된다. 이 스크랩의 재활용은 희소 자원을 활용한다는 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있겠다.
폐 ITO스크랩에서 ITO분말을 제작하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 그중 하나는 인듐과 주석을 각각 산화분말로 회수한 후 일정 비율로 혼합하는 방법이 있다. 이 방법은 인듐산화분말과 주석산화분말을 개별적으로 회수해야 하며, 그에 따른 설비의 설치비용이 매우 크며, 균일한 혼합을 위한 시간이 많이 필요하다는 단점이 있다. 대부분 고가인 인듐을 주로 회수하며, 폐 ITO스크랩에서 인듐을 선택적으로 회수하는 방법은 종래기술에 이미 제안되었다.
또한, 염산을 이용해 폐 ITO스크랩을 용해 후 일련의 공정을 거쳐 ITO분말을 만드는 방법이 있는데, 염산으로 용해시 염산에 포함되어 있는 염소 이온의 존재로 인하여 소결밀도에 영향을 줄 수 있다는 단점이 존재한다. 이를 개선하고자 염산으로 폐 ITO스크랩을 용해 후 산화제 처리, 용매추출 후 중화 및 소성하여 분말화한 뒤 질산을 투입하여 인듐을 선택적으로 회수하는 방법이 있다. 그렇지만 본 발명에 비하여 회수공정이 복잡하고 제조공정시간이 길다는 단점이 있다.
따라서, 폐 ITO스크랩의 회수공정을 단순화하여 작업공정에 소요되는 시간을 단축 및 비용을 절감하는 방법이 절실하게 요구되고 있다.
선행문헌 1 : 등록특허번호 제10-0850009호 선행문헌 2 : 등록특허번호 제10-1002088호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폐 ITO스크랩으로부터 얻어지는 고순도 및 고밀도 ITO 타켓용 분말의 제조 방법을 위하여 폐 ITO스크랩을 질산으로 용해한 후, 용해된 폐 ITO 용액을 메타주석산, ITO잔사, 질산인듐액으로 분리한다. 이 중에서 질산인듐액은 용매추출법을 이용하여 불순물을 제거하여 순도를 높인다. 또한, 분리된 메타주석산 및 ITO잔사와 함께, 순도가 높아진 질산인듐액을 분산제가 포함된 알칼리액으로 중화하고, 중화를 통하여 얻어진 분말을 세척 및 건조를 수행한 후, 건조된 분말을 소성한다. 그 후 소성된 분말에 결합제를 첨가하여 이들을 금형에 투입하여 성형된 ITO 타켓을 제작하고, 제작된 타겟을 소결하여 99% 이상의 높은 상대밀도를 얻는 ITO 타켓을 얻을 수 있음을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 인듐산화분말과 주석산화분말을 각각 회수하여 혼합하는 번거로움과 비용 및 공정 문제를 동시에 해결할 수 있고, 더욱이 고밀도의 소결된 ITO 타겟을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본발명은 폐 ITO스크랩을 질산으로 용해하여, 순도를 높이고, 이들을 분산제가 포함된 알칼리액으로 중화하고, 중화를 통하여 얻어진 분말을 이용하여 99% 이상의 높은 상대밀도를 갖는 고순도 및 고밀도의 ITO 타켓을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 폐 ITO스크랩을 질산에 용해시켜 질산인듐액, 메타주석산이 생성되며, 불용 ITO잔사가 잔존하는 혼합액을 제조하는 용해단계; b) 상기 혼합액을 질산인듐액과 메타주석산, ITO잔사를 분리시키는 여과 단계; c) 상기 b)에서 분리된 질산인듐액으로부터 금속불순물을 용매추출법을 이용하여 제거하는 정제 단계; d) 상기 c) 단계에서 얻어진 정제액과 상기 b) 단계에서 얻어진 메타주석산 및 ITO잔사를 분산제가 포함된 알칼리 용액에 소량 투입하여 중화시키는 중화 단계; e) 상기 d) 단계에 생성된 생성물을 세척 및 건조한 후 이를 분쇄하여 분말화하는 단계; f) 상기 e) 단계에서 얻어진 분말을 열처리하는 소성 단계; g) 상기 f) 단계에서 얻어진 열처리된 분말에 결합제를 첨가하여 분말의 성형성을 증가시키는 자기 조립 단계; h) 상기 g) 단계에서 얻어진 성형성이 증가된 분말을 금형에 투입하여 성형된 ITO 타겟을 제조하는 단계; i) 상기 성형된 ITO 타겟을 소결처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a) 단계의 폐 ITO스크랩의 입자크기는 1~20 마이크로미터의 분말 형태인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 (a) 단계의 혼합액을 제조하는 용해단계에서의 반응식은 하기의 화학식 1 및 화학식 2의 반응을 거치는 것을 특징으로 한다.
화학식 1 : 2In + 6HNO3 -> 3H2+2In(NO3)3
화학식 2 : Sn+4HNO3 -> H2SnO3+4NO2+H2O
또한, 상기 (c) 단계에서의 용매추출법에 사용되는 유기용매는 카르복실산계, 유기 인산계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유기 용매는 트리부틸 포스페이트, 2-에틸헥실 인산, di-(2-에틸헥실)인산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d) 단계에 있어서, 상기 알칼리 용액은 NaOH, KOH, NH4OH, NH4HCO3, CH3COONH4 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 (d) 단계에 있어서, 상기 알칼리 용액은 NH4OH인 경우에는 하기의 화학식 3 및 4의 반응을 따르는 것을 특징으로 한다.
화학식 3 : In(NO3)3+3NH4OH -> In(OH)3+2NH4 ++3NO3 -
화학식 4 : H2SnO3+4NH4OH -> Sn(OH)4+4NH4+H2O+O2
또한, 상기 (d) 단계에 있어서, pH는 9 내지 11의 범위인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 (f)단계의 열치리 온도는 300~900℃ 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (g)단계의 상기 결합제의 함량은 열처리된 분말의 100중량부에 대하여 1~5중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 (i) 단계의 성형된 ITO 타겟을 소결처리하기 위하여 1500~1600℃의 고온의 산소분위기에서 소결하는 것을 특징으로 한다.
한편, ITO 타겟용 분말은 질산을 이용하여 상기와 같은 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 높은 상대밀도를 가지는 고순도 ITO타겟용 분말의 제조방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 기존의 인듐산화분말 및 주석산화분말을 각각 회수하여 혼합하는 방법에 비하여 공정을 단순화하여 시간단축 및 생산비용을 절감할 수 있는 장점이 있으며, 폐 ITO스크랩 용해시 발생하는 금속불순물을 효율적으로 제거가 가능하여 고순도의 ITO타겟분말을 제조가능하며, 최종적으로 소결 시 높은 상대밀도를 가질 수 있다는 장점을 가지고 있다.
또한, 종래기술을 사용 시 필연적으로 발생하는 염소 이온의 존재로 인하여 소결성이 떨어질 수 있는 문제점이 나타나고 있으나, 본 발명에서 염소 이온을 배제한 질산을 용매로 사용하여 산화분말을 제조하기 때문에 종래기술에 비해 소결성이 떨어질 수 있는 단점을 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 폐 ITO스크랩으로부터 얻어지는 고순도 및 고밀도 ITO 타켓용 분말의 제조 방법에 대한 개략도이다.
도 2의 (a)는 실시예에 따라 사용된 폐 ITO스크랩의 주사전자현미경 이미지이고, (b)는 확대이미지이다.
도 3의 (a), (c)는 실시예에 따라 제조된 메타주석산 및 ITO잔사를 촬영한 주사전자현미경 이미지이고, (b),(d)는 확대이미지이다.
도 4의 (a), (c)는 실시예에 따라 제조된 ITO 산화분말의 주사전자현미경 이미지이고, (b),(d)는 확대이미지이다.
본 발명에 의한 폐 ITO스크랩으로부터 얻어지는 고순도 및 고밀도 ITO 타켓용 분말의 제조 방법은 도 1에 제시한 바와 같이, 용해단계(1), 여과단계(2), 정제단계(3), 중화단계(4), 세척단계(5), 건조 및 분쇄단계(6), 소성단계(7), 조립단계(8), 성형 및 소결단계(9)를 포함할 수 있다.
더욱 자세하게는 폐 ITO스크랩으로부터 얻어지는 고순도 및 고밀도 ITO 타켓용 분말의 제조 방법은 a) 폐 ITO스크랩을 질산에 용해시켜 질산인듐액, 메타주석산이 생성되며, 불용 ITO잔사가 잔존하는 혼합액을 제조하는 용해단계; b) 상기 혼합액을 질산인듐액과 메타주석산, ITO잔사를 분리시키는 여과 단계; c) 상기 b)에서 분리된 질산인듐액으로부터 금속불순물을 용매추출법을 이용하여 제거하는 정제 단계; d) 상기 c) 단계에서 얻어진 정제액과 상기 b) 단계에서 얻어진 메타주석산 및 ITO잔사를 분산제가 포함된 알칼리 용액에 소량 투입하여 중화시키는 중화 단계; e) 상기 d) 단계에 생성된 생성물을 세척 및 건조한 후 이를 분쇄하여 분말화하는 단계; f) 상기 e) 단계에서 얻어진 분말을 열처리하는 소성 단계; g) 상기 f) 단계에서 얻어진 열처리된 분말에 결합제를 첨가하여 분말의 성형성을 증가시키는 자기 조립 단계; h) 상기 g) 단계에서 얻어진 성형성이 증가된 분말을 금형에 투입하여 성형된 ITO 타겟을 제조하는 단계; i) 상기 성형된 ITO 타겟을 소결처리하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 (a) 단계에서는 1~20 마이크로미터 정도의 입자크기를 가지는 분말 형태의 폐 ITO스크랩을 스크랩 중량 대비 3~7배의 질산을 투입하여 폐 ITO스크랩 내 In을 질산인듐(In(No3)3)으로 용해시키고, 메타주석산이 생성되도록 하며 불용 ITO잔사가 잔존하도록 한다.
상기 용해 공정에 대한 반응식은 다음과 같다.
화학식 1 : 2In + 6HNO3 -> 3H2+2In(NO3)3
화학식 2 : Sn+4HNO3 -> H2SnO3+4NO2+H2O
그리고, 상기 (b) 단계에서는 혼합액을 여과하여 이를 각각 질산인듐액과 메타주석산, ITO잔사로 분리하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계에서는 상기 (b)단계에서 얻은 질산인듐액을 용매추출을 이용하여 순도를 저해하는 금속이온 불순물을 제거하여 정제한다. 상기 (c) 단계에서 순도를 높이기 위해 사용되는 용매추출법에 사용되는 유기용매는 카르복실산계, 유기 인산계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택하는 것이 바람직하며, 구체적인 예로는 트리부틸 포스페이트 (Tributyl phosphate, TBP), 2-에틸헥실 인산(2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid, PC88A), di-(2-에틸헥실)인산 (di-(2-ethyl hexyl)phosphonic acid, D2EHPA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택할 수 있다.
질산인듐액에 인듐을 추출하는 유기 용매를 첨가한 후, 실온에서 10 내지 30분 동안 추출하여 불순물이 제거된, 인듐을 포함하는 유기 용액을 얻었다. 이 유기 용액에 산을 첨가한 후 교반하여 인듐을 역추출하였다. 상기 공정에 의해 유기용액에 추출되어 있던 인듐이온은 산액으로 빠져나오게 된다.
그리고, 상기 (d) 단계에서는 OH-기를 포함하는 알칼리를 초순수에 용해시켜 희석한 후, 상기 분리된 질산인듐액 및 메타주석산, ITO잔사 침전물을 소량씩 투입하여 중화공정을 진행한다. 알칼리액에는 중화시 분말의 균일한 분산성 및 높은 소결성을 확보하기 위하여 소량의 분산제를 투입하였다. pH는 9~11 정도의 범위가 적당하며, 사용 가능한 알칼리의 예로는 NaOH, KOH, NH4OH, NH4HCO3, CH3COONH4등이 있고, 이들 중에서 하나 이상 선택할 수 있다. 바람직하에는 NH4OH를 이용할 수 있다.
상기 중화 공정에 대한 반응식은 다음과 같다.
화학식 3 : In(NO3)3+3NH4OH -> In(OH)3+2NH4 ++3NO3 -
화학식 4 : H2SnO3+4NH4OH -> Sn(OH)4+4NH4+H2O+O2
pH의 범위를 9~11로 설정한 이유로는, pH가 9 이하일 시 중화 후 생성된 수산화분말의 침전이 늦어져 세척 단계에서 문제가 발생할 수 있고, 11 이상일 시 수산화분말 입자의 크기가 불균일하게 형성될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 (e) 단계에서의 세척과정은 상기 (d) 단계의 중화단계를 통하여 생성된 생성물에 초순수(DI water)를 투입하고, 데칸테이션(Decantation법을 사용하여 생성물내의 질산암모늄 및 기타 염을 제거하게 된다. 이때 생성물은 수산화물이다.
NH4OH를 사용시 중화반응 중간에 생성되는 부산물인 NH4NO3는 물에 대한 용해도가 0에서 118.3g/100g이며, 30에서는 241.8g/100g으로 용해도가 매우 높아 세척시 제거가 용이하다는 장점이 있다.
상기 (e)단계에서는 세척이 완료된 생성물을 건조하여 수분을 제거한 후 분쇄 장치를 이용해 파쇄하여, 이를 분말화하게 된다. 덩어리 형태의 생성물보다, 분쇄하여 분말화한 형태가 덩어리 형태의 생성물보다 균일한 열처리를 할 수 있기 때문이다.
상기 (f)단계에서는 분말화한 생성물을 산화시키게 되는데, 각진 형태의 소성된 분말이 형성된다. 이 때, 열처리 온도는 300~900℃의 범위인데, 만일 열처리 온도가 300 ℃ 미만일 경우 In(OH)3-Sn(OH)4침전물이 In2O3-SnO2로 전환되기 어렵고, 900 ℃이상일 경우 열처리 후 입자크기가 성장할 수 있어서 바람직하지 못하다.
또한, 열처리 분위기는 산소, 아르곤, 질소, 공기 분위기에서 실시할 수 있다.
상기 공정에 대한 반응식은 다음과 같다.
2In(OH)3 -> In2O3+3H2O
Sn(OH)4 -> SnO2+2H2O
상기 (g) 단계에서는 열처리된 분말을 적량의 결합제를 첨가하여 열처리된 분말의 성형성을 증가시킬 수 있도록 한다.
이때, 결합제의 함량은 열처리된 분말의 100중량부에 대하여 1~5중량부를 첨가할 수 있다. 결합제의 함량이 1중량부 이하일 경우 산화분말의 성형성이 낮아질 수 있고, 5중량부 이상일 경우에는 성형성은 높아지지만 상대밀도가 현저히 저하되기 때문이다. 또한 결합제로는 아크릴에멀젼을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 제한된 것은 아니다.
이후에 (g) 단계를 통하여 얻어진 성형성이 향상된 분말을 원형의 금형에 투입하고 가압성형하여 원통형의 ITO타겟을 제작하게 되며, 제작된 원통형 ITO타겟을 1500~1600℃의 고온에서 산소가압조건으로 소결하여 7.1g/cm3이상의 상대밀도를 갖는 ITO타겟을 제작하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 폐 ITO스크랩으로부터 얻어지는 고순도 및 고밀도 ITO 타켓용 분말의 제조 방법에 의해 제조되는 ITO 타겟용 분말을 얻을 수 있다.
또한, ITO 타겟용 분말을 이용하여 고순도 및 고밀도의 ITO 타겟을 제조할 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 하기의 실시예는 오로지 본 발명의 구체적인 설명을 하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정한 것은 아니다.
[실시예 1]
폐 ITO스크랩을 주사전자현미경을 이용하여 입자의 형태 및 크기를 관찰하였고, 도 1에 나타난 바와 같이 1미크론 안팎의 각진 형태를 가지는 분말을 확인하였다. 폐 ITO스크랩 분말 500g을 60% 질산 2L에 투입, 110℃에서 20시간을 용해한 후 여과하여 질산인듐과 메타주석산 및 ITO잔사를 분리하였다. 분리한 침전물 분말을 주사전자현미경으로 관찰하였고, 도 3 (a) 및 (b)의 실시예 1에 나타난 바와 같이 메타주석산과 ITO잔사가 공존한다는 것을 확인하였다. 여과된 질산인듐액 내에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 유기용매인 PC88A를 이용해 용매추출을 진행하였고, 아래의 표 1에서 제시한 바와 같이 용매추출 전후로 불순물의 함량이 크게 감소하는 것을 확인하였다. 소량의 분산제가 첨가된 알칼리액에 질산인듐 및 메타주석산, ITO잔사를 소량씩 투입하여 역중화를 실시하였고, 중화 완료된 수화물을 초순수를 이용해 순수를 사용해 세척을 5회 실시하였다.
세척이 완료된 수산화물을 80℃ 오븐에서 12시간 가량 건조하여 수분을 증발시킨 후, 믹서기로 조분쇄하여 수산화분말을 얻었고, 900℃에서 2.5시간 열처리하여 산화분말을 얻었다. 주사전자현미경으로 분말입자를 관찰하여 도 4 (a) 및 (b)의 실시예 1에 나타난 바와 같이 각진 형태의 입자가 형성됨을 확인하였다.
생성된 산화분말에 결합제를 분말중량대비 2%로 처리하여 분말의 성형성을 증대시켰고, 결합제 처리완료된 산화분말을 성형하여 ITO 타겟을 제작 후 소결처리하였다. 소결완료 후 상대밀도 측정 결과 7.12g/cm3의 수치가 확인되었고, 환산 결과 ITO 대비 99.46%였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 로트의 폐 ITO스크랩 분말 500g을 60% 질산 2L에 투입, 110℃에서 48시간을 용해한 후 여과하여 질산인듐과 메타주석산 및 ITO잔사를 분리하였다. 분리한 침전물 분말을 주사전자현미경으로 관찰하였고, 도 3(c) 및 (d)의 실시예 2에 나타난 바와 같이 메타주석산과 ITO잔사가 공존한다는 것을 확인하였다. 질산인듐액 내에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 유기용매인 PC88A를 사용, 용매추출을 실시하였으며, 표 2에서 제시한 바와 같이 질산인듐액 내의 불순물이 크게 감소하였음을 확인하였다. 질산인듐액과 메타주석산 및 ITO잔사를 분산제가 포함된 알칼리액에 소량씩 투입하여 역중화를 실시하였고, 중화된 수산화물을 순수를 이용하여 6회 세척하였다. 세척이 완료된 수산화물을 70℃ 오븐에서 16시간 가량 건조하여 수분을 증발시킨 후, 믹서기로 조분쇄하여 수산화분말을 얻었고, 900℃에서 2.5시간 열처리하여 산화분말을 얻었다. 주사전자현미경으로 분말입자를 관찰하여 도 4(c) 및 (d)의 실시예 2에 나타난 바와 같이 각진 형태의 입자가 형성됨을 확인하였다.
생성된 산화분말에 결합제를 분말중량대비 2.5%로 처리하여 분말의 성형성을 증대시켰고, 결합제 처리완료된 산화분말을 성형하여 ITO 타겟을 제작 후 소결처리하였다. 소결완료 후 상대밀도 측정 결과 7.13g/cm3의 수치가 확인되었고, 환산 결과 ITO 대비 99.58%였다.
실시예 1에 따른 불순물 제거율
분석항목 단위 용매추출 전 용매추출 후 제거율 (%)
Fe ppm 82 1 98.78
Cu 83 2 97.59
Al 23 0.3 98.70
Pb 0.2 0 100.00
Zn 8.7 0.1 98.85
Ni 7.7 0.2 97.40
Cr 0.8 0.4 50.00
실시예 2에 따른 불순물 제거율
분석항목 단위 용매추출 전 용매추출 후 제거율 (%)
Fe ppm 56 2 96.43
Cu 75 1 98.67
Al 19 0.1 99.47
Pb 1 0 100.00
Zn 9 0.2 97.78
Ni 5.4 0.3 94.44
Cr 0.4 0.1 75.00
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

Claims (12)

  1. a) 폐 ITO스크랩을 질산에 용해시켜 질산인듐액, 메타주석산이 생성되며, 불용 ITO잔사가 잔존하는 혼합액을 제조하는 용해단계;
    b) 상기 혼합액을 질산인듐액과 메타주석산, ITO잔사를 분리시키는 여과 단계;
    c) 상기 b)에서 분리된 질산인듐액으로부터 금속불순물을 용매추출법을 이용하여 제거하는 정제 단계;
    d) 상기 c) 단계에서 얻어진 정제액과 상기 b) 단계에서 얻어진 메타주석산 및 ITO잔사를 분산제가 포함된 알칼리 용액에 소량 투입하여 중화시키는 중화 단계;
    e) 상기 d) 단계에 생성된 생성물을 세척 및 건조한 후 이를 분쇄하여 분말화하는 단계;
    f) 상기 e) 단계에서 얻어진 분말을 열처리하는 소성 단계;
    g) 상기 f) 단계에서 얻어진 열처리된 분말에 결합제를 첨가하여 분말의 성형성을 증가시키는 자기 조립 단계;
    h) 상기 g) 단계에서 얻어진 성형성이 증가된 분말을 금형에 투입하여 성형된 ITO 타겟을 제조하는 단계;
    i) 상기 성형된 ITO 타겟을 소결처리하여 7.1g/cm3이상의 상대밀도를 갖는 단계;를 포함하며,
    상기 (c) 단계에서의 용매추출법에 사용되는 유기용매는 트리부틸 포스페이트, 2-에틸헥실 인산, di-(2-에틸헥실)인산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택하며,
    상기 (d) 단계에 있어서, 상기 알칼리 용액은 NaOH, KOH, NH4OH, NH4HCO3, CH3COONH4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
    상기 (g)단계의 상기 결합제의 함량은 열처리된 분말의 100중량부에 대하여 1~5중량부를 첨가하며, 상기 결합제는 아크릴에멀젼이며,
    상기 (a) 단계의 혼합액을 제조하는 용해단계에서의 반응식은 하기의 화학식 1 및 화학식 2의 반응을 거치는 것을 특징으로 하는 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법.
    화학식 1 : 2In + 6HNO3 -> 3H2+2In(NO3)3
    화학식 2 : Sn+4HNO3 -> H2SnO3+4NO2+H2O
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 폐 ITO스크랩의 입자크기는 1~20 마이크로미터의 분말 형태인 것을 특징으로 하는 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에 있어서, 상기 알칼리 용액은 NH4OH인 경우에는 하기의 화학식 3 및 4의 반응을 따르는 것을 특징으로 하는 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법.
    화학식 3 : In(NO3)3+3NH4OH -> In(OH)3+2NH4 ++3NO3 -
    화학식 4 : H2SnO3+4NH4OH -> Sn(OH)4+4NH4+H2O+O2
  8. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에 있어서, pH는 9 내지 11의 범위인 것을 특징으로 하는 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (f)단계의 열치리 온도는 300~900 ℃범위인 것을 특징으로 하는 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 (i) 단계의 성형된 ITO 타겟을 소결처리하기 위하여 1500~1600℃의 고온의 산소분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법.
  12. 제1항, 제2항, 제7항 내지 제9항, 제11항 중 어느 한 항의 질산을 이용하여 폐 ITO스크랩으로부터 ITO타겟용 분말의 제조방법에 의해 제조되는 ITO 타겟용 분말.
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