KR102006249B1 - 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법의 일 양태는, FeCl₂ 및 Ni을 포함하는 폐에칭액 재활용 방법에 있어서: (A) 폐에칭액에 존재하는 Fe^{2 +}이온이 Fe^{3 +}이온으로 산화되는 단계; (B) 용매추출에 의하여 Fe^{3 +}이온을 포함하는 유기상과 Ni^{2 +}이온을 포함하는 수상으로 분리되는 단계; (C) 유기상으로부터 FeCl₃ 수용액이 회수되는 단계; 및 (D) 수상으로부터 NiCl₂이 회수되는 단계; (E) 회수된 FeCl₃ 수용액이 기설정된 농도 이상으로 농축되는 단계; 를 포함한다.

Description

폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법{CIRCULATION CONCENTRATING METHOD FOR PRODUCING HIGHLY CONCENTRATED IRON CHLORIDE RECYCLING WASTE ETCHING SOLUTION}

본 발명은 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법에 관한 것이다.

반도체 에칭 공정이나 PCB 에칭 공정 등에서는, 에칭액을 사용하여 금속 부품의 표면이 부식되어 제거된다. 일반적으로 에칭액으로는, 금속에 대한 산화력이 높은 FeCl₃ 수용액이 사용된다. 이와 같은 FeCl₃ 수용액은, 에칭 공정에서 금속 부품에 함유된 Ni과 반응하여 FeCl₂과 NiCl₂이 생성된다. 따라서 에칭 공정을 수행할수록 FeCl₃의 농도는 낮아지고, FeCl₂과 NiCl₂의 농도가 증가되며, 일정 수준 이상으로 FeCl₃의 농도가 낮아지면, 에칭 효율이 저하되므로, 에칭액을 폐기하여야 한다. 이와 관련하여 폐기되는 에칭액, 즉 폐에칭액을 재활용하거나, 폐에칭액으로부터 Ni을 회수하는 기술이 다수 개발되어 있다.

(선행특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제534481호(명칭: 염화제2철 엣칭폐액으로부터 니켈을 회수하고 염화제2철엣칭액을 제생하는 방법) (선행특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제406368호(명칭: Ni 및 Fe 염화물 함유 에칭폐액을 활용한 Ni-Zn-Cu 페라이트 모액 제조 방법) (선행특허문헌 3) 대한민국 등록특허공보 제0000503호(명칭: 염화제일철 에칭폐액으로부터 고순도 염화니켈을 회수하는 방법)

본 발명의 목적은, FeCl₃ 수용액뿐만 아니라 Ni의 효율적인 회수가 가능하도록 구성되는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 보다 고농도의 FeCl₃ 수용액을 회수할 수 있도록 구성되는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법의 일 양태는, FeCl₂ 및 Ni을 포함하는 폐에칭액 재활용 방법에 있어서: (A) 폐에칭액에 존재하는 Fe^{2 +}이온이 Fe^{3 +}이온으로 산화되는 단계; (B) 용매추출에 의하여 Fe^{3 +}이온을 포함하는 유기상과 Ni^{2 +}이온을 포함하는 수상으로 분리되는 단계; (C) 유기상으로부터 FeCl₃ 수용액이 회수되는 단계; 및 (D) 수상으로부터 NiCl₂이 회수되는 단계; (E) 회수된 FeCl₃ 수용액이 기설정된 농도 이상으로 농축되는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 (B) 단계에서, NiCl₂의 추출을 위한 시드(seed) NiCl₂이 첨가된다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 (B) 단계에서, 시드(seed) NiCl₂은 용매추출을 위한 용수의 중량의 90%로 첨가된다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 (E) 단계는, (E1) 회수된 FeCl₃ 수용액에 존재하는 Fe이 Fe^{2 +}이온으로 환원되는 단계; 및 (E2) 회수된 FeCl₃ 수용액에 존재하는 Fe²⁺이온이 Fe3³⁺이온으로 산화되는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 (E1) 단계에서, 회수된 FeCl₃ 수용액에 Fe스크랩이 첨가된다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 (E2) 단계에서, 회수된 FeCl₃ 수용액에 Cl₂가 첨가된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

먼저 본 발명의 실시예에서는, 용매추출 단계에서 NiCl₂의 회수를 위한 시드(seed) NiCl₂이 첨가된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면,

본 발명의 목적은, FeCl₃ 수용액뿐만 아니라 Ni의 효율적인 회수가 가능하도록 구성되는 폐에칭액 재활용 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 보다 고농도의 FeCl₃ 수용액을 회수할 수 있도록 구성되는 폐에칭액 재활용 방법을 제공하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 의한 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 의한 FeCl₂ 및 Ni을 포함하는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법은, (A) 폐에칭액에 존재하는 Fe²⁺이온이 Fe^{3 +}이온으로 산화되는 단계; (B) 용매추출에 의하여 Fe^{3 +}이온을 포함하는 유기상과 Ni^{2 +}이온을 포함하는 수상으로 분리되는 단계; (C) 유기상으로부터 FeCl₃ 수용액이 회수되는 단계; 및 (D) 수상으로부터 NiCl₂이 회수되는 단계; 를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 (A) 단계에서, 폐에칭액에 Cl₂가 첨가된다. 이때 이때 상기 (A) 단계에서, Cl₂는 폐에칭액의 중량의 2~5%로 첨가된다. 따라서 폐에칭액에 존재하는 FeCl₂이 Cl₂와 아래의 [화학식 1]과 같이 반응하여 Fe^{2 +}이온이 Fe^{3 +}이온으로 산화하게 된다.

[화학식 1]

3FeCl₂ + 3Cl₂ -> 3FeCl₃

상기 (B) 단계에서는, (B) 폐에칭액에 인산계 용매와 HCl을 포함하는 용수가 첨가되고, 용매추출에 의하여 Fe^{3 +}이온을 포함하는 유기상과 Ni^{2 +}이온을 포함하는 수상으로 분리된다. 상기 (B) 단계에서의 용매추출은 일반적인 용매추출과 동일하게 수행되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 (B) 단계에서 NiCl₂의 회수를 위한 시드(seed) NiCl₂이 첨가된다. 이때 상기 (B) 단계에서, 시드(seed) NiCl₂은 용매추출을 위하여 HCl과 함께 첨가되는 용수의 중량의 90%로 첨가된다. 이와 같이 시드(seed) NiCl₂이 첨가되면, 시드(seed) NiCl₂를 중심으로 Ni^{2 +}이온이 응집되어 NiCl₂이 생성됨으로써, 용매추출에서 용매와 수상의 NiCl₂의 탈거율 및 종국적으로 NiCl₂의 회수율이 증가될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 의한 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법을 보다 상세하게 설명한다.

본 실시예에서는 상술한 제1실시예와 비교하여 (E) 회수된 FeCl₃ 수용액이 기설정된 농도 이상으로 농축되는 단계를 더 포함한다. 예를 들면, FeCl₃ 수용액이 40% 이상의 농도로 농축될 수 있다. 그리고 상기 (E) 단계는, (E1) 회수된 FeCl₃ 수용액에 존재하는 Fe이 Fe^{2 +}이온으로 환원되는 단계; 및 (E2) 회수된 FeCl₃ 수용액에 존재하는 Fe^{2 +}이온이 Fe3^{3 +}이온으로 산화되는 단계; 를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 (E1) 단계에서, 회수된 FeCl₃ 수용액에 Fe스크랩이 첨가된다. 따라서 아래의 [화학식 2]와 같이 FeCl₃ 와 Fe이 반응하여 실질적으로 Fe이 Fe²⁺이온으로 환원된다.

[화학식 2]

2FeCl₃ + Fe -> 3FeCl₂

그리고 상기 (E2) 단계에서, 회수된 FeCl₃ 수용액에 Cl₂가 첨가된다. 따라서 상술한 [화학식 1]과 같이 반응하여 실질적으로 Fe^{2 +}이온이 Fe3^{3 +}이온으로 산화된다.

이하에서는 본 발명의 제3실시예에 의한 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법을 보다 상세하게 설명한다.

본 실시예에서는, 상기 (C) 단계에서 회수되는 FeCl₃ 수용액의 농도를 조절하기 위하여 분리되는 수상의 양이 조절된다. 다시 말하면, 본 실시예에서는, 용매추출과정에서, FeCl₃의 회수를 위하여 탈거되는 수상의 양이 증가되면, 상대적으로 FeCl₃수용액의 농도가 감소되고, 그 반대의 경우에는, FeCl₃수용액의 농도가 증가된다.

Claims (6)

1. FeCl₂ 및 Ni을 포함하는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법에 있어서:
   (A) 폐에칭액에 존재하는 Fe²⁺이온이 Fe³⁺이온으로 산화되는 단계;
   (B) 용매추출에 의하여 Fe³⁺이온을 포함하는 유기상과 Ni²⁺이온을 포함하는 수상으로 분리되는 단계;
   (C) 유기상으로부터 FeCl₃ 수용액이 회수되는 단계; 및
   (D) 수상으로부터 NiCl₂이 회수되는 단계;
   (E) 회수된 FeCl₃ 수용액이 기설정된 농도 이상으로 농축되는 단계; 를 포함하고,
   상기 (B) 단계에서, NiCl₂의 추출을 위한 시드(seed) NiCl₂이 첨가되고,
   상기 (B) 단계에서, 시드(seed) NiCl₂은 용매추출을 위한 용수의 중량의 90%로 첨가되는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 (E) 단계는,
   (E1) 회수된 FeCl₃ 수용액에 존재하는 Fe이 Fe^{2 +}이온으로 환원되는 단계; 및
   (E2) 회수된 FeCl₃ 수용액에 존재하는 Fe^{2 +}이온이 Fe3^{3 +}이온으로 산화되는 단계; 를 포함하는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 (E1) 단계에서, 회수된 FeCl₃ 수용액에 Fe스크랩이 첨가되는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 (E2) 단계에서, 회수된 FeCl₃ 수용액에 Cl₂가 첨가되는 폐에칭액을 재활용하여 고농도 염화제이철을 제조하기 위한 순환 농축 방법.