KR102017567B1 - 전해 제련용 전극 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수명 및 효율이 우수한 전해용 전극을 제안하고 있다. 본 발명 전극은, 다수의 지지용 바(4)의 양측에 지지되는 한 쌍의 메쉬플레이트(6)를 포함한다. 본 발명 메쉬플레이트는 Ti를 베이스로 하고, 그 표면에 40~45 중량%의 Ir, 40~45 중량%의 Sn, 5~10 중량%의 Pd, 그리고 5~10중량%의 Ta의 촉매 코팅층이 성형되어 있다. 그리고 보조전극(10)이 메쉬플레이트의 외측에 다수 부착될 수 있고, 이러한 보조전극(10)은 메쉬플레이트와 동일한 촉매 코팅층이 형성되어 있다. 또한 보조전극에는 구멍(12)이 성형되고, 이러한 구멍의 내주연은 다수 개로 절개된 후, 외측으로 돌출되도록 변형됨으로써, 표면적 확보에 더욱 유리하도록 구성된다.

Description

전해 제련용 전극 조립체{An anode for electrolysis}

본 발명은 전해용 전극 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람직한 촉매물질의 코팅 및 구조적 개량을 통한 전해액의 흐름을 개선함과 같이 표면적을 증대시키는 것에 의하여, 소비 전력을 저감시킴과 같이 전해 반응의 효율을 높일 수 있도록 구성되는 전해용 전극 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 전해(전기분해)는 전해액에 전류를 인가함으로써, 전해액에 포함되어 있는 이온들이 음극 또는 양극으로 이동하는 현상이라고 할 수 있다. 그리고 다양한 산업분야에서는, 이러한 전기 화학적 반응을 이용하여 금속 이온의 환원에 의하여 금속이 석출되는 현상을 이용하고 있다. 이와 같은 전해 공정을 통하여 구리, 니켈, 아연 등의 다양한 금속들을 얻을 수 있다.

이와 같은 전해는, 전해액이 수용된 전해조 내에서 이루어지는 것이 일반적이고, 전해조 내부에는 다수의 양극판 및 음극판을 설치되어 있다. 1세대 전극으로 대표적인 것은 납(Pb) 전극이라고 할 수 잇는데, 이는 양극에서 높은 전압을 필요로 하고, 전극 수명이 짧으며 불순물의 혼입 및 납의 용출이라는 단점을 가지고 있다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은, 바람직한 촉매물질의 코팅을 통하여 전해 효율을 향상시킴과 같이 수명을 증가시킬 수 있는 전해용 전극을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 구조적 개선을 통하여 표면적의 증가 및 전해액의 흐름 향상을 통하여 전해 효율을 최대화시키는데 있다고 할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전해용 전극 조립체는, 다수의 지지용 바의 양측에 지지되는 한 쌍의 메쉬플레이트를 포함하고, 상기 메쉬플레이트는 Ti를 베이스로 하고, 그 표면에 40~45 중량%의 Ir, 40~45 중량%의 Sn, 5~10 중량%의 Pd, 그리고 5~10중량%의 Ta의 촉매 코팅층이 성형된 것을 특징으로 하고 있다.

그리고 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 메쉬플레이트의 외측 일부분에 부착되고, 메쉬플레이트와 동일한 촉매 코팅층이 형성된 보조전극을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 실시 예에서, 보조전극에는 구멍이 성형되고, 이러한 구멍의 내주연은 다수 개로 절개된 후, 외측으로 돌출되도록 변형됨으로써, 유체의 유동성 및 전극으로의 표면적 확보를 달성할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 전해조 내에서 유체의 유동성을 충분히 확보함은 물론이고, 전극으로써의 표면적도 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 Ti 베이스층에 대하여 성형된 촉매 코팅층을 구성하는 각 조성물에 의하여, 전극의 수명 증가, 유동성 확보 및 전극으로써의 표면적 증가에 의하여 소비전력의 감소 및 회수율 증가 등과 같은 장점이 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명 전극 조립체의 정면 예시도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면 예시도.
도 3은 도 1의 B-B선 단면 예시도.

다음에는 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 이하 본 발명의 설명에 있어서는, 먼저 전해 반응을 일으키기 위한 전극에 대하여 살펴보고, 이와 같은 전극을 지지하기 위한 지지구조를 포함하는 전극 조립체에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 전해용 전극(양극)은, Ti(티타늄)를 모재로 하면서, Ir(이리듐), Pd(팔라듐), Ta(탄탈륨), 그리고 Sn(주석)을 밑에서 설명하는 조성비를 가지고 불용성 촉매 코팅층을 형성하는 것에 의하여 완성된다.

여기서 Ir은 전극의 주촉매 물질로 사용되는 것으로 수명 연장과 관련되고, 그 조성비는 40~45 중량%가 바람직하다. 그리고 Sn은 양극 과전압을 감소시키기 위하여 사용되는 것이고, 그 조성비는 40~45 중량%가 바람직하다고 판단된다. 또한 Pd는 전류효율 향상을 위하여 사용되는 것이고, 그 조성비는 5~10 중량%가 바람직하다. 마지막 성분이라고 할 수 있는 Ta는 위에서 언급한 조성물의 바인더로써 사용되는 것이라고 할 수 있고, 그 조성비는 5~10중량%가 바람직하다.

이와 같은 각 구성 물질의 조성비는 실질적으로 많은 수의 반복 시험에 의하여 도출된 값이라고 할 수 있다. 이와 같은 범위에 미치지 못하는 양이 첨가되면 목적하는 효과가 불충분하기 때문에 바람직하지 못하고, 상술한 범위를 초과하는 양이 첨가되면 그 이상의 상승 효과를 기대할 수 없음을 반복된 시험으로 인지하게 되었다.

그리고 전극의 표면에 위에서 설명한 조성비를 가지는 코팅층을 형성하기 위한 과정을 간단하게 살펴본다. 상술한 4가지의 분말 상태 조성물질을 위에서 언급한 조성비로 혼합한 다음, 용제를 이용하여 액상화한다. 이러한 액상 물질을 Ti 베이스 전극표면에 도포하고, 고온 분위기에서 소성시키는 열산화 처리를 수행하게 되면, Ti 베이스의 전극 표면에 본 발명의 촉매 물질의 코팅이 완료된다. 이렇게 완성되는 특정 조성비의 양측에 대하여 순환 전압 전류법을 이용하여 불용성 촉매 양극의 성능 평가를 실시함으로써, 특정 조성비의 촉매 코팅층의 성능을 파악할 수 있다. 위에서 언급한 조성비는 실질적으로 이와 같은 성능평가를 반복적으로 실시하여 얻어진 것이라고 할 수 있다.

다음에는 본 발명에 의한 전극의 지지구조를 포함하는 전극조립체 대하여 도면에 도시한 실시 예를 참고하면서 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 전극 조립체의 정면을 예시하고 있고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B선 단면도이다. 이러한 도면을 참조하면, 본 발명의 전극 조립체는 평판 형상을 가지는 메쉬플레이트(6)가 다수(도시한 실시 예에서는 6개)의 클래드바(4)에 의하여 지지되도록 구성되고 있다. 그리고 클래드바(4) 및 메쉬플레이트(6)의 하단부는 바텀플레이트(9)에 의하여 지지되고 있다.

여기서 메쉬플레이트(6)는 클래드바(4)의 양측면에 각각 설치되어 있음을 도 2의 확대도에서 확인할 수 있다. 이와 같이 전극의 일부를 메쉬플레이트(6)로 구성하는 것에 의하면, 전해조의 내부에서 충분한 유체의 흐름 및 교반효과를 얻을 수 있게 되어, 농도과전압을 억제하면서 회수율이 상승하게 될 것으로 예상된다. 그리고 도 2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 메쉬플레이트(6)는 클래드바(4)의 양측에 설치되는 한 쌍의 메쉬플레이트(6)는 예를 들면 볼트와 너트를 이용하여 고정될 수 있다. 여기서 전해용 전극으로써 메쉬플레이트(6)를 전체가 아닌 부분적으로 구성하는 것도 고려될 수 있음은 당연하다.

그리고 상기 클래드바(4)의 상부에는 버스바(2)가 연결되어 있는데 이러한 버스바(2)는 전해조에 담겨지는 메쉬플레이트(6) 및 클래드바(4) 등을 지지하기 위한 것이다. 여기서 클래드바(4) 및 버스바(2) 등에는 전류의 흐름을 위하여 전도성 금속(예를 들면 구리)으로 만들어진다고 하더라도, 이들을 일체화시키는 것은 각각의 표면에 도포된 클래드층에 의한 것이다. 그리고 이러한 티타늄 클래드층은, 강산성을 띠는 전해액에 대한 내부식성을 위해서도 바람직하다.

도시한 실시 예에 의하면, 상술한 바와 같은 한 쌍의 메쉬플레이트(6)가 클래드바(4)의 양측에 설치되는 것에 의하여 액체의 유동성이 확보될 수 있음을 알 수 있다. 여기서 메쉬플레이트(6)의 구성에 의하여 유체의 유동성을 확보되지만, 메쉬 구조체는 실질적으로 전극으로써 반응하기 위한 표면적으로써는 다소 부족한 측면이 있을 수 있다.

따라서 본 발명에서는, 전극으로써 전해 반응을 일으킬 수 있는 표면적을 확보하기 위한 실시 예로써, 상술한 메쉬플레이트(6)의 외측면에 판상의 보조전극(10)을 부착하는 것을 제안하고 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 클래드바(4) 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 메쉬플레이트의 내측 및 외측에는, 다수의 판상 보조전극(10)이 설치되어 있음을 알 수 있다.

이러한 보조전극(10)은 메쉬플레이트(6)에 비하여 상대적으로 작은 면적을 가지는 판상으로 성형되며, 다수의 구멍을 구비하고 있다. 그리고 보조전극(10)에 성형된 구멍(12)은 실질적으로는 유체의 유동성을 확보하기 위한 것이라고 할 수 있다. 더욱이 단순히 평판 형상의 보조전극(10)에 대하여 다수의 구멍(12)을 성형하게 되면, 표면적의 측면에서 다소 불리할 수 있다. 따라서 도시한 실시 예에서는, 도 3의 확대도에서 도시하고 있는 바와 같이, 구멍(12)를 형성하되, 이러한 구멍(12) 주위 부분을 적절한 간격을 두고 절개하고, 그 부분을 외측으로 벌어지도록(예를 들면 부분적인 콘 형상을 가지도록 변형되거나, 다수의 절개된 부분이 외측으로 돌출되도록 변형된) 형성하고 있다.

이와 같은 보조전극(10)의 형상을 구멍(12)의 주변이 꽃형상(줄기모양으로 슬리핑 기법으로 홈이 만들어져 있다)을 이루고 있다고 할 수 있다고 생각된다. 본 발명에서 메쉬플레이트(6) 및 판상의 보조전극(10)은 실제 전해 반응을 일으키는 것이고, 이들은 상술한 바와 같이 클래드바(4) 및 버스바(2)에 의하여 지지되면서, 전해조 내부에 설치될 수 있을 것임은 당연하다.

이와 같이 구멍(12)의 주위 부분(내주연)을 다수(방사방향으로) 절개하고, 이들을 외측(메쉬플레이트와 간섭이 일어나지 않는 외측 방향)으로 변형(벤딩)시키게 되면, 구멍(12)의 크기가 다소 확대됨과 동시에, 단순히 구멍(12)을 크게 하는 것에 의한 주변 부분의 단면적의 손실을 방지할 수 있게 된다. 즉, 작은 구멍을 확장할 수 있기 때문에, 유체의 유동을 더욱 확보하면서도 전극의 표면적을 증대시킬 수 있는 구멍(12) 주위의 형상을 채택하고 있음을 알 수 있다.

그리고 도시한 실시 예에 있어서는, 상술한 바와 같은 구멍(12)을 가지는 보조전극(10)이 일정한 폭을 가지는 띠 형상으로 다수 개가 메쉬플레이트(6)의 양측면에 부착되어 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는, 메쉬플레이트(6)를 기본으로 하는 전극 형상에 의하여 유체의 유동성을 충분히 확보하고 있음은 물론이고, 보조전극(10)의 구성을 선택적으로 채택함으로써 전극으로써의 표면적도 충분히 확보할 수 있도록 구성하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 착상 및 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다양한 변형이 가능할 것임은 당연하다고 생각된다. 그리고 본 발명의 보호범위는 첨부한 청구범위의 기재에 기초하여 해석되어야 할 것임도 특허법의 규정 취지상 당연하다고 생각된다.

2 ..... 버스바
4 ..... 클래드바
6 ..... 메쉬플레이트
10 ..... 보조전극

Claims (3)

1. Ti를 베이스로 하고, 그 표면에 40~45 중량%의 Ir, 40~45 중량%의 Sn, 5~10 중량%의 Pd, 그리고 5~10중량%의 Ta의 촉매 코팅층이 성형되고, 다수의 지지용 바의 양측에 지지되는 한 쌍의 메쉬플레이트; 그리고
   상기 메쉬플레이트의 내측 또는 외측의 적어도 일부분에 부착되고, 메쉬플레이트와 동일한 촉매 코팅층이 형성된 판상의 보조전극을 포함하고;
   상기 보조전극에는 구멍이 성형되고, 이러한 구멍의 내주연은 다수 개로 절개된 후, 외측으로 돌출되도록 변형된 전해용 전극 조립체.
2. 삭제
3. 삭제

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