KR102091804B1 - 폐 re:yag 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 폐 RE:YAG 단결정 즉, 레이저용 로드(rod) 및 사각 형태로 가공 후 남은 단결정 및 RE:YAG 잔류 용융물(melt) 즉, 단결정 성장 후 도가니에 남은 용융물)로부터 희토류 성분과 알루미늄을 분리 및 회수하는 방법에 대한 것으로 보다 구체적으로는 혼합 산용액을 이용하여 폐 RE:YAG 결정을 가열 용해하여 폐 RE:YAG 용액을 제조한 후 제조된 용액을 침전, 회수하여 염기성 화합물처리 및 산으로 침출하여 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 대한 것이다.

Description

폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법{Recovery method rare earth elements from waste RE:YAG crystal}
본원 발명은 폐 RE:YAG 단결정 즉, 레이저용 로드(rod) 및 사각 형태로 가공 후 남은 단결정 및 RE:YAG 잔류 용융물(melt) 즉, 단결정 성장 후 도가니에 남은 용융물)로부터 희토류 성분과 알루미늄을 분리 및 회수하는 방법에 대한 것이다.
보다 구체적으로는 혼합 산용액을 이용하여 폐 RE:YAG 결정을 가열 용해하여 폐 RE:YAG 용액을 제조한 후 제조된 용액을 침전, 회수하여 염기성 화합물처리 및 산으로 침출하여 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 대한 것이다.
희토류 원소는 주기율표의 열일곱 개 화학 원소, 즉 열다섯 개의 란탄족 원소와 이트륨(Y) 및 스칸듐(Sc)의 집합으로서 정의되는 원소로, 가벼운 희토류는 첫 번째 다섯 개 란탄족(란타넘(La), 세륨(Ce), 프레세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd) 및 프로메튬(Pm)) 그리고 이트륨(Y) 및 스칸듐(Sc)으로 구성되고, 중간 희토류는 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu) 및 가돌리늄(Gd)이며, 나머지 다른 일곱 개 원소인 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)이 무거운 희토류가 된다. 이러한 희토류 원소는 지각으로부터 입수 가능하고, 일부 가벼운 희토류는 심지어 니켈, 코발트 또는 납보다 더 풍부하다.
현재 다양한 산업분야에서 제조되는 제품들은 희토류 원소(RE: rare earth elements)에 매우 의존적으로 되어 가고 있어 희토류 원소의 중요성은 점차 증가하고 있으나, 큰 폭의 공급량 변화로 인해 희토류의 가격은 안정적이지 못하다. 예를 들어, 희토류 금속의 공급량을 독점하고 있는 중국에 의해 한정된 공급을 했을 경우 나머지 다른 국가들의 수요를 따라갈 수 없기 때문에 전 세계의 무역회사 및 제조업자들은 희토류 원소가 산업 및 경제적으로 중요한 자원으로 인식하고 안정적인 공급확보를 위한 전략을 모색하고 있다.
현 추세에서 안정적인 공급확보의 일환으로 희토류 원소를 함유한 폐기물에 대해서 자원 공급에 중요한 역할을 할 수 있다고 판단하고 있으며, 많은 연구자들이 다양한 형태의 희토류 원소 함유 폐기물로부터 희토류 원소 회수에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다.
대표적인 희토류 원소 함유 폐기물로는 폐연마재가 있고, 이러한 폐연마재의 주성분은 산화세륨(CeO2)이며, La2O3, Pr2O3 및 Nd2O3의 형태인 희토류 산화물을 소량 포함하고 있다. 그러나 폐연마재에는 희토류 산화물뿐만 아니라 대부분 Al, Ca 및 Si 성분으로 구성된 연마대상 물질의 잔재물도 혼합되어 있기 때문에 폐연마재의 재활용을 방해하는 요인이 된다. 이러한 페연마재로부터 희토류 원소를 분리하는 방법에 관한 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1766788호가 있다.
또 다른 희토류 원소 함유 폐기물로는 고성능 영구자석에 사용되는 희토류 금속을 함유하는 다양한 합금과 니켈 수소 이차전지 전극으로서 희토류 금속-니켈계 합금이 있고, 이러한 희토류 금속 함유 합금에서 희토류 원소를 분리하는 방법으로서 종래 강산 용해법이 알려져 있다. 이 강산 용해법에 의하면 우선 희토류 금속 합금의 전량을 염산, 질산, 황산 등의 강산으로 완전하게 용해한 후에 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화 암모늄 등의 알칼리에 의해 용액의 pH를 조절하고 용액 중의 철, 니켈, 코발트 등을 침전시키고 선별한다. 이후 노액에 옥살산, 중탄산 암모늄, 탄산소다 등을 첨가해 희토류 원소를 침전시키고 이 침전물을 선별, 건조, 소성하고 희토류 산화물을 얻고 있다. 따라서 이러한 분리 방법이면 괴상 등의 형태를 가지는 합금 스크랩에서에서도 희토류 원소 등의 회수가 가능하다고 생각된다. 그렇지만, 상술한 강산 용해법에서는 희토류 금속 함유 합금의 전량을 완전하게 강산으로 용해시키기 위해, 매우 다량의 산이 필요하고 그 후 또한 철, 니켈, 코발트 등을 침전 분리시키기 위해 다량의 알칼리도 필요하다. 이 방법을 합금 스크랩에 적용하면, 회수 비용이 매우 고가가 되어 추가로 분리한 철, 니켈 등의 수산화물을 후처리하기 위한 특별한 시설 등도 필요하고, 경제성 등의 점에서 합금 스크랩을 폐기한 쪽이 유리한 것이 현실이다. 이러한 희토류 금속함유 함금으로부터 희토류 원소를 회수하는 방법에 관한 종래기술로는 일본 공개특허공보 평9-157769호가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1766788호. 일본 공개특허공보 평9-157769호.
본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 폐 RE:YAG 단결정 즉, 레이저용 로드(rod) 및 사각 형태로 가공 후 남은 단결정 및 RE:YAG 잔류 용융물(melt) 즉, 단결정 성장 후 도가니에 남은 용융물로부터 희토류 성분과 알루미늄을 분리 및 회수하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 혼합 산용액을 이용하여 폐 RE:YAG 결정을 가열 용해하여 폐 RE:YAG 용액을 제조하는 단계; 상기 폐 RE:YAG 용액을 나트륨 염을 포함하는 수용액에 침전시켜 침전물을 형성하는 단계; 상기 침전물을 회수 및 세척하는 단계; 회수 및 세척된 침전물을 염기성 화합물로 처리하여 희토류 수산화물을 형성하는 단계; 및 상기 희토류 수산화물을 산으로 침출하여 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법을 제공한다.
강산 용해법에 따른 매우 다량의 산 및 다량의 알칼리도 필요한 종래기술은 회수 비용이 매우 고가가 되어 추가로 분리한 철, 니켈 등의 수산화물을 후처리 하기 위한 특별한 시설 등도 필요하고, 경제성 등을 고려 할 때 실질적으로 회수보다는 합금 스크랩을 폐기한 쪽이 유리한 것이 현실이다.
그러나 이러한 종래의 폐연마재 또는 희토류 금속함유 함금에 비하여 RE:YAG 단결정으로부터 희토류 원소를 회수하는 본원 발명은 황산(H2SO4) 대비 상대적으로 약산인 인산(H3PO4)을 혼합 사용함으로써 매우 다량의 산이 필요한 종래 기술에 비하여 안전하고, 환경 친화적이다.
또한, 본원 발명은 RE:YAG 단결정의 용해율이 우수한 인산과 황산의 혼합용액을 이용하여 희토류 성분과 알루미늄을 효율적으로 분리, 회수할 수 있어 종래 기술에 비하여 보다 경제적이므로 희토류 성분의 회수 및 재활용에 있어서 보다 유리하다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법의 공정도를 나타낸 것이다.
이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 "RE:YAG"는 (RExY1 -x)3Al5)12로 표시되는 화합물이고, RE는 희토류 원소(rare earth element)로 Y, Nd, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 의미한다.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 혼합 산용액을 이용하여 폐 RE:YAG 결정을 가열 용해하여 폐 RE:YAG 용액을 제조하는 단계; 상기 폐 RE:YAG 용액을 나트륨 염을 포함하는 수용액에 침전시켜 침전물을 형성하는 단계; 상기 침전물을 회수 및 세척하는 단계; 회수 및 세척된 침전물을 염기성 화합물로 처리하여 희토류 수산화물을 형성하는 단계; 및 상기 희토류 수산화물을 산으로 침출하여 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법을 제공한다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 폐 RE:YAG 용액을 제조하는 단계는 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 산용액을 이용하는 것일 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 산용액은 인산(H3PO4)의 비율이 20 vol% 이상을 혼합하는 것일 수 있다.
이때 H3PO4의 비율이 20 vol.% 미만일 경우에는 폐 RE:YAG 단결정이 용해되지 않으므로 인산(H3PO4)의 비율이 20 vol% 이상을 혼합하는 것이 바람직하다.
특히, 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 산용액을 사용하면 RE:YAG 단결정의 완전 용해가 가능하고 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 비율은 H3PO4:H2SO4 = 2:8 ~ 9:1, 온도 조건은 200 ℃ ~ 250 ℃에서 약 1시간 정도의 반응에 의하여 완전 용해가 가능하다. 한편, 혼합산을 사용하지 않고 인산(H3PO4)만을 단독으로 사용하는 경우에도 RE:YAG 및 Nd:YAG는 용해될 수 있으나 본원 발명의 일 구현예에 따른 이후 희토류 원소를 회수하는 공정에서 나트륨염인 황산나트륨(Na2SO4) 및 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계에서 황산의 사용을 고려할 때 황산 및 인산의 혼합산을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 침전물을 형성하는 단계에서 나트륨 염은 Na2SO4, Na3PO4, NaCl로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 이용하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로는 첨가하는 나트륨 염에 의하여 희토류-황산나트륨(인산나트륨, 염화나트륨)의 형성이 가능하게 되어 희토류 성분과 알루미늄의 선택적인 분리 및 회수율을 증가시키는 역할을 하며, 이 때 나트륨 염의 첨가량은 약 0.4 M, 온도 조건은 100 내지 150 ℃, 혼합 시간은 30분 내지 2시간 정도가 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 침전물을 회수 및 세척하는 단계는 알콜류로 침전물을 세척하는 것 일 수 있다. 이때, 알콜류는 에탄올이 보다 바람직하고 이 때 침전물의 세척시 온도는 20 내지 30 ℃의 범위가 바람직하다.
한편, 본원 발명에 따른 침전물을 회수 및 세척하는 단계에서 알콜류 대신에 초순수 등으로 세척을 고려할 수도 있으나 이러한 경우 침전물의 회수율 및 세척 효과가 저하되므로 바람직하지 않다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 희토류 수산화물을 형성하는 단계는 염기성 화합물로 NaOH 또는 NH4OH를 사용하는 것일 수 있다.
본원 발명에 따른 희토류 수산화물을 형성하는 단계에서 염기성 화합물로 NaOH 또는 NH4OH 를 사용하면 희토류 수산화물을 형성하여 희토류 성분과 알루미늄의 선택적인 분리 및 회수율을 증가시키는 역할을 하고, 이때 염기성 화합물의 첨가량은 약 0.7 M의 농도로 60 내지 80 ℃ 온도 범위에서 1 내지 2시간의 혼합이 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계는 HCl 또는 H2SO4를 사용하는 것일 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계는 pH를 1 내지 2로 조절하여 희토류는 용해하고, 알루미늄은 잔류물로 존재하도록 하는 것일 수 있다.
본원 발명에 따른 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계에서 HCl 또는 H2SO4을 사용하면 산 침출을 통하여 희토류 성분과 알루미늄의 선택적인 분리 및 회수율을 증가시키는 역할을 하며, 산의 첨가량은 pH 가 1~2의 조건이 될 때까지 첨가하는 것이 바람직하고, 20 내지 30 ℃ 온도 범위에서 30분 내지 2시간의 침출이 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법에 있어서, 상기 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계에서 용해된 희토류를 필터링, 건조 또는 소성의 방법을 통하여 분리하는 것일 수 있고, 이때 필터링, 건조 또는 소성에 있어서 공지의 다양한 방법을 적용할 수 있다.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법의 공정도를 나타낸 것으로, 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 산용액을 이용하여 폐 RE:YAG 결정을 가열 용해하여 폐 RE:YAG 용액을 제조하는 단계; 상기 폐 RE:YAG 용액을 Na2SO4, Na3PO4, NaCl로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나트륨 염을 포함하는 수용액에 침전시켜 침전물을 형성하는 단계; 상기 침전물을 회수 및 알콜류로 세척하는 단계; 회수 및 세척된 침전물을 염기성 화합물인 NaOH 또는 NH4OH로 처리하여 희토류 수산화물을 형성하는 단계; 및 상기 희토류 수산화물을 HCl 또는 H2SO4로 침출하여 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
1) 산을 이용한 RE:YAG의 용해실험: 혼합산의 혼합비율
Er:YAG 즉, (ErxY1 -x)3Al5)12 또는 Nd:YAG 즉, (NdxY1 -x)3Al5)12를 200 ℃에서 1시간 동안 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 비율을 H3PO4:H2SO4 = 0:10, 2:8, 5:5, 9:1, 10:0으로 바꾸어 가면서 용해실험을 실시하고 그 결과를 표 1에 정리하여 기재하였다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
H3PO4:H2SO4 0:10 2:8 5:5 9:1 10:0
Er:YAG 용해 X O O O O
Nd:YAG 용해 X O O O O
X: 용해되지 아니함, O: 용해됨
표 1의 기재로부터 알 수 있듯이, 황산(H2SO4)에서 Er:YAG 및 Nd:YAG 1시간 동안 용해시키고자 하였으나 Er:YAG 및 Nd:YAG는 200 ℃ 황산(H2SO4)에서 1시간의 반응에 의해서는 용해되지 않았다. 따라서 종래의 황산용해법으로는 Er:YAG 및 Nd:YAG로 부터 희토류 성분의 회수는 불가능함을 알 수 있었다. 반면에 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 비율이 2:8 이상의 조건인 즉, 황산(H2SO4)에 인산(H3PO4)을 추가하는 경우에는 Er:YAG 및 Nd:YAG가 200 ℃에서 1시간의 반응에 의하여 용해가 되어 이후 본원 발명에 따른 희토류 원소의 회수 공정을 적용할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 혼합산을 사용하지 않고 인산(H3PO4)만을 단독으로 사용한 실시예 4의 경우에도 Er:YAG 및 Nd:YAG는 용해가 되는 것을 확인하였다. 그러나 본원 발명의 일 구현예에 따른 이후 희토류 원소를 회수하는 공정에서 나트륨염인 황산나트륨(Na2SO4) 및 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계에서 황산의 사용을 고려할 때 황산 및 인산의 혼합산을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
2) 혼합산을 이용한 RE:YAG의 용해실험: 용해온도 실험
Er:YAG 즉, (ErxY1 -x)3Al5)12 또는 Nd:YAG 즉, (NdxY1 -x)3Al5)12를 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 비율은 H3PO4:H2SO4 = 2:8의 혼합 산용액을 사용하여, 100, 150, 200, 250, 280 ℃ 온도에서 1시간 반응시켜 용해실험을 실시하여 하기 표 2에 그 결과를 기재하였다.
비교예 2 비교예 3 실시예 5 실시예 6 실시예 7
온도 (℃) 100 150 200 250 280
Er:YAG 용해 X X O O O
Nd:YAG 용해 X X O O O
X: 용해되지 아니함, O: 용해됨
표 2에 기재한 바와 같이 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 비율은 H3PO4:H2SO4 = 2:8의 혼합 산용액을 사용하여 반응온도를 달리한 실험결과 200 ℃ 이상의 온도에서 Er:YAG 및 Nd:YAG가 혼합산에 의하여 용해되는 것을 알 수 있었다. 그러한 본원 발명의 전체 공정의 에너지 소비 등 경제성을 고려할 때 용해온도는 200 내지 250 ℃의 범위가 보다 바람직하다.
다음으로는 혼합산에 의한 RE:YAG의 용해이후 희토류 원소를 회수하기 위한 구체적인 방법에 대하여 설명한다.
3) 혼합산을 이용한 RE:YAG로부터 희토류 원소의 회수
Er:YAG 즉, (ErxY1 -x)3Al5)12 또는 Nd:YAG 즉, (NdxY1 -x)3Al5)12를 0.5 g과 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 비율 H3PO4:H2SO4 = 2:8의 혼합 산용액(H3PO4 2 ml, H2SO4 8 ml)을 사용하여 200 ℃ 온도에서 1시간의 반응을 통하여 용해하였다.
상기 용해된 Er:YAG 용액에 Na2SO4 무첨가 또는 0.4 M을 첨가하고 온도 조건은 100 내지 150 ℃에서 약 1시간 혼합한다. 혼합 후 침전물을 에탄올로 세척 후 건조시킨다. 에탄올로 세척한 용액을 분석한 결과, Er 8.7 wt.%, Y 6.5 wt.%, Al 10.6 wt.%였다.
상기 건조물을 NaOH 무첨가 또는 0.7 M을 투입하고, 온도 조건은 60 내지 80 ℃에서 약 2시간 용해시킨다. 이후 HCl를 첨가하지 않은 pH 10 및 HCl 천천히 투입하여 pH를 1.5로 맞추면서 혼합하면 희토류 성분과 알루미늄이 분리되고, 필터링 후 잔류물에 알루미늄 원소가 Al2O3의 형태로 남은 것을 확인하였고 그 결과를 하기의 표 3 내지 표 5에 정리하였다.
먼저 표 3의 결과는 본원 발명의 일 구현예에 따른 침전물을 형성하는 단계에서 나트륨 염으로 Na2SO4의 첨가에 따른 효과를 기재한 것으로 이후 공정에서 0.7 M의 NaOH 투입 (80 ℃, 2시간 용해) 및 HCl을 투입하여 pH를 1.5로 맞춘 결과이다.
비교예 4 실시예 8
Na2SO4 (M) 0 0.4
최종 필터링 후 Er:YAG 용액 내 Al의 양 (wt.%) 22.6 0
최종 필터링 후 Nd:YAG 용액 내 Al의 양 (wt.%) 24.7 0
상기 표 3에서 알 수 있듯이, Na2SO4의 첨가에 의하여 최종 필터링 후 Er:YAG 및 Nd:YAG 용액 내에는 Al 원소의 함유가 없음 즉, 효과적인 희토류 원소의 회수가 가능한 것을 알 수 있다.
다음으로 표 4의 결과는 본원 발명의 일 구현예에 따른 희토류 수산화물을 형성하는 단계에서 염기성 화합물로 NaOH의 첨가에 따른 효과를 기재한 것으로 이후 공정에서 0.4 M의 Na2SO4 투입 (125 ℃, 1시간 용해), HCl을 투입하여 pH를 1.5로 맞춘 결과이다.
비교예 5 실시예 9
NaOH (M) 0 0.7
최종 필터링 후 Er:YAG 용액 내 Al의 양 (wt.%) 14.7 0
최종 필터링 후 Nd:YAG 용액 내 Al의 양 (wt.%) 15.5 0
상기 표 4에서 알 수 있듯이, NaOH의 첨가에 의하여 최종 필터링 후 Er:YAG 및 Nd:YAG 용액 내에는 Al 원소의 함유가 없음 즉, 효과적인 희토류 원소의 회수가 가능한 것을 알 수 있다.
다음으로 표 5의 결과는 본원 발명의 일 구현예에 따른 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계에서 HCl 첨가 유무에 의한 pH 조절에 따른 효과를 기재한 것으로 이전 공정에서 0.4 M의 Na2SO4 투입 (125 ℃, 1시간 용해), 0.7 M의 NaOH 투입 (80 ℃, 2시간 용해)한 결과이다.
비교예 6 실시예 10
pH 10 1.5
최종 필터링 후 Er:YAG 용액 내 Al의 양 (wt.%) 12.0 0
최종 필터링 후 Nd:YAG 용액 내 Al의 양 (wt.%) 9.2 0
상기 표 5에서 알 수 있듯이, HCl 첨가에 의한 pH의 1.5의 조건에 의하여 최종 필터링 후 Er:YAG 및 Nd:YAG 용액 내에는 Al 원소의 함유가 없음 즉, 효과적인 희토류 원소의 회수가 가능한 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 레이저용 가공 후 남은 단결정 또는 단결정 성장 후 남은 용융물로부터 폐 RE:YAG 결정을 준비하는 폐 RE:YAG 결정 준비단계;
    인산(H3PO4)의 비율이 20 vol% 이상인 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4)의 혼합 산용액을 이용하여 폐 RE:YAG 결정을 가열 용해하여 폐 RE:YAG 용액을 제조하는 단계;
    상기 폐 RE:YAG 용액을 나트륨 염을 포함하는 수용액에 침전시켜 침전물을 형성하는 단계;
    상기 침전물을 회수 및 알콜류로 세척하는 단계;
    회수 및 세척된 침전물을 염기성 화합물로 처리하여 희토류 수산화물을 형성하는 단계; 및
    상기 희토류 수산화물을 산으로 침출하여 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 침전물을 형성하는 단계에서 나트륨 염은 Na2SO4, Na3PO4, NaCl로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 희토류 수산화물을 형성하는 단계는 염기성 화합물로 NaOH 또는 NH4OH를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계는 산으로 HCl 또는 H2SO4를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계는 pH를 1 내지 2로 조절하여 희토류는 용해하고, 알루미늄은 잔류물로 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 희토류 성분과 알루미늄을 분리하는 단계에서 용해된 희토류를 필터링, 건조 또는 소성의 방법으로 분리하는 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 RE:YAG는 (RExY1-x)3Al5)12로 표시되는 화합물이고, RE는 희토류 원소(rare earth element)로 Y, Nd, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폐 RE:YAG 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법.
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