KR102512627B1 - 전해정련 셀 구조체 - Google Patents

Abstract

전해정련 셀 구조체가 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전해정련 셀 구조체는 전해정련 셀 구조체로서, 제 1 전해액 및 제 2 전해액이 유입되어 혼합되는 혼합 공간을 구비한 함체; 함체 내부 제 1 측면측에 설치되되, 제 1 전해액이 공급되는 제 1 공간을 혼합 공간과 구획하고, 제 1 공간으로부터 혼합공간으로 제 1 전해액이 유동하는 제 1 연통홀을 구비한 제 1 격벽; 함체 내부의 제 2 측면에 설치되어 혼합 공간과 구획되는 제 1 배출 공간을 형성하고, 혼합 공간으로부터 제 1 전해액과 제 2 전해액이 혼합된 제 3 전해액 중 일부가 유입되는 제 2 연통홀을 구비한 제 2 격벽; 함체의 제 3 측면 측에 설치되되, 혼합 공간으로 제 2 전해액을 유입시키는 유입부 및 함체의 제 4 측면 측에 설치되되, 혼합 공간으로부터 제 1 전해액과 제 2 전해액이 혼합된 제 3 전해액 중 나머지 일부가 유출되는 유출부를 포함한다.

Description

전해정련 셀 구조체{ELECTROREFINING CELL STRUCTURE}

본 발명은 전해정련 셀 구조체에 관한 것으로, 보다 상세히는 전해액의 성분 및 조성을 균일하게 유지할 수 있는 전해정련 셀 구조체에 관한 것이다.

전해정련 공정이란, 금속을 전기분해를 이용하여 순도가 높은 금속을 얻는 방법이다. 불순물이 포함된 금속을 양극에 놓고 음극에 적당한 금속을 놓아 전류를 흘러주면 음극에 순도가 높은 금속이 석출되고 불순물은 바닥에 깔린다.

전해정련이 가능한 금속에는 구리, 안티모니, 주석, 납 등으로 다양한데 이 중 구리와 같이 수용액 속에서 정련하는 것을 습식전해정련이라 하고 알루미늄처럼 용융염을 이용하여 정련하는 것을 건식전해정련이라 한다.

한편, 습식전해정련 공정에서 품질 높은 전해금속을 석출하기 위해서는 전해음극에 전착되는 전해금속의 순도 및 표면을 균일하게 하는 것이 매우 중요하다.

이를 위해서는 전해액에 포함된 불순물의 영향을 최소화시키는 것과 함께, 전해정련 셀 구조체 내에서 전해액의 성분 및 조성을 균일하게 유지하는 것도 매우 중요하다.

그러나, 종래 기술의 경우, 전해정련 셀 구조체 측으로 유입되는 전해액의 유로가 단일화되며, 이에 따라 전해정련 셀 구조체 내부에서의 유동이 매우 단순하여 전해정련 셀 구조체 내부의 각 영역마다 전해액의 성분이 불균일한 단점이 있다.

이러한 사정을 고려하였을 때, 전해정련 셀 구조체 내부에서의 전해액의 흐름을 입체적으로 형성할 수 있는 전해정련 셀 구조체의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제 10-1552770호

본 발명의 일 실시예는 전해액의 성분 및 조성을 균일하게 유지할 수 있는 전해정련 셀 구조체를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전해정련 셀 구조체로서, 제 1 전해액 및 제 2 전해액이 유입되어 혼합되는 혼합 공간을 구비한 함체; 상기 함체 내부 제 1 측면측에 설치되되, 상기 제 1 전해액이 공급되는 제 1 공간을 상기 혼합 공간과 구획하고, 상기 제 1 공간으로부터 상기 혼합공간으로 상기 제 1 전해액이 유동하는 제 1 연통홀을 구비한 제 1 격벽; 상기 함체 내부의 제 2 측면에 설치되어 상기 혼합 공간과 구획되는 제 1 배출 공간을 형성하고, 상기 혼합 공간으로부터 상기 제 1 전해액과 상기 제 2 전해액이 혼합된 제 3 전해액 중 일부가 유입되는 제 2 연통홀을 구비한 제 2 격벽; 상기 함체의 제 3 측면 측에 설치되되, 상기 혼합 공간으로 상기 제 2 전해액을 유입시키는 유입부 및 상기 함체의 제 4 측면 측에 설치되되, 상기 혼합 공간으로부터 상기 제 1 전해액과 상기 제 2 전해액이 혼합된 제 3 전해액 중 나머지 일부가 유출되는 유출부를 포함하는 전해정련 셀 구조체가 제공된다.

이 때, 상기 제 1 연통홀은 상기 제 1 격벽의 하부에 형성되고, 상기 제 2 연통홀은 상기 제 2 격벽의 상부에 형성될 수 있다.

이 때, 상기 유입부는 상기 제 3 측면의 상부측에 형성되는 제 3 연통홀을 포함하고, 상기 유출부는 상기 제 4 측면의 하부측에 형성되는 제 4 연통홀을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제 3 연통홀 및 제 4 연통홀은 복수로 형성되되, 상기 제 3 측면 및 상기 제 4 측면에 지그재그 형태로 배치될 수 있다.

이 때, 상기 1 측면 및 상기 제 2 측면은 서로 대향하고, 상기 제 3 측면 및 상기 제 4 측면은 서로 대향할 수 있다.

이 때, 상기 제 1 전해액의 유동 방향 및 상기 제 2 전해액의 유동 방향은 서로 수직일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 셀 구조체는 전해액을 각각 제 1 전해액과 제 2 전해액으로 분리하여 유입된 후, 혼합 공간 내부에서 서로 혼합되도록 함으로써, 전해정련 셀 구조체의 XY 평면 전체 영역에 대하여, 전해액 성분 및 조성을 보다 균일하게 유지시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 셀 구조체는 Z축 방향을 기준으로, 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀과, 제 3 연통홀 및 제 4 연통홀을 서로 반대되는 방향으로 배치시킴으로써, 혼합 공간의 상부와 하부에 대하여 제 1 전해액과 제 2 전해액이 골고루 혼합되도록 유도할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치의 전해정련 셀 구조체 내부에서의 유체의 흐름을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 전해정련 셀 구조체를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 4는 도 2의 전해정련 셀 구조체를 YZ 평면에 평행한 방향으로 절단한 단면을 X축 방향으로 바라본 단면도이다.
도 5는 도 2의 전해정련 셀 구조체를 XZ 평면에 평행한 방향으로 절단한 단면을 Y축 방향으로 바라본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치를 블록 형태로 도시한 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향을 규정함에 있어서, X축 방향은 도 3에 도시된 좌표축을 기준으로 규정한다. 구체적으로, X축 방향은 전해정련 셀 구조체의 제 1 격벽에서 제 2 격벽을 바라보는 방향으로 규정하고, Z축 방향은 지면에 수직하는 방향으로 규정하고, Y축 방향은 X축 및 Z축과 동시에 수직하는 방향으로 규정한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치의 전해정련 셀 구조체 내부에서의 유체의 흐름을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 전해정련 셀 구조체를 상부에서 바라본 평면도이다. 도 4는 도 2의 전해정련 셀 구조체를 YZ 평면에 평행한 방향으로 절단한 단면을 X축 방향으로 바라본 단면도이다. 도 5는 도 2의 전해정련 셀 구조체를 XZ 평면에 평행한 방향으로 절단한 단면을 Y축 방향으로 바라본 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치를 블록 형태로 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전기화학적 산화/환원 반응을 이용하여 전해금속을 획득하는 장치로서, 고순도의 금속이온성 액체에 금속염을 용해한 용액에 대하여 전압/전류를 가하여 금속을 환원 전착시키는 장치이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해정련 셀(20), 전해액 침전조(40), 전해액 저장조(50), 필터(60) 및 펌프(70)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해정련 셀(20)은 내부에 전해액(F1+F2)이 수용되는 전해정련 셀 구조체(21)와, 전해정련 셀 구조체(21)의 내부 공간에 배치되는 전해양극(25)과 전해음극(26)을 포함한다.

먼저, 전해정련 셀 구조체(21)는 외부에서 유입되는 전해액(F1+F2)을 서로 혼합시키기 위한 공간(S1)을 구비하는 구조체로서, 함체 형상으로 형성될 수 있다.

보다 상세히, 전해정련 셀 구조체(21)를 상부에서 바라본 도 3을 참조하면, 전해정련 셀 구조체(21)는 서로 대향하는 제 1 측면(21a) 제 2 측면(21b)을 포함할 수 있다. 그리고, 각각 제 1 측면(21a)과 제 2 측면(21b) 사이에 배치되며, 서로 대향하는 제 3 측면(21c) 및 제 4 측면(21d)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 전해정련 셀 구조체(21)는 함체(27)와 제 1 격벽(31) 및 제 2 격벽(34)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 격벽(31)과 제 2 격벽(34) 사이에 위치하는 함체(27)의 내부에는 혼합 공간(S1)이 형성될 수 있다. 즉, 혼합 공간(S1)은 제 1 격벽(31) 및 제 2 격벽(34)과, 제 3 측면(21c) 및 제 4 측면(21d)에 의해 둘러싸인 형태로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)을 포함하는 전해액(F1+F2)이 전해정련 셀 구조체(21) 측으로 유입될 수 있는데, 이하, 제 1 격벽(31)의 제 2 공간(S2)을 통해 유입되는 전해액을 제 1 전해액(F1)이라 규정하고, 혼합 공간(S1) 측으로 바로 유입되는 전해액을 제 2 전해액(F2)이라 규정한다.

이와 관련하여, 혼합 공간(S1)을 이루는 제 3 측면(21c)에는 유입부(22)가 형성될 수 있다. 여기서, 유입부(22)는 외부로부터 혼합 공간(S1) 측으로 제 1 전해액(F1)과 구분되는 제 2 전해액(F2)이 유입될 수 있는 통로로서 기능할 수 있다.

그리고, 제 3 측면(21c)과 대향하는 제 4 측면(21d)에는 유출부(23)가 형성될 수 있다. 유출부(23)는 혼합 공간(S1)으로 유입된 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)이 서로 혼합된 후, 외부로 유출될 수 있는 통로로서 기능할 수 있다.

구체적인 일례로서, 유입부(22) 및 유출부(23)는 각각 제 3 측면(21c)과 제 4 측면(21d)을 관통하는 제 3 연통홀(22a, 22b)과 제 4 연통홀(23a, 23b)의 형태로 형성될 수 있다.

이 때, 다시 도 2를 참조하면, 제 3 연통홀(22a, 22b)과 제 4 연통홀(23a, 23b)은 Z축 방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 설치될 수 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이 제 3 연통홀(22a, 22b)이 제 3 측면(21c)의 상부측에 형성될 경우, 제 4 연통홀(23a, 23b)은 제 4 측면(21d)의 하부측에 형성될 수 있다. 이것은 제 3 연통홀(22a, 22b)로부터 제 4 연통홀(23a, 23b)로 향하는 전해액의 Y축 방향 유동에 있어서, Z축 방향으로 상하 유동을 형성하기 위한 것이다. 이에 대해서는 전해정련 셀 구조체(21) 내 전해액의 유동과 관련된 설명을 통해 보다 상세히 기술하기로 한다.

한편, 제 3 연통홀(22a, 22b)과 제 4 연통홀(23a, 23b)은 각각 도면에 도시된 바와 같이 복수 개가 형성될 수 있다.

이 때, 복수 개의 제 3 연통홀(은 각각 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 여기서 제 3 연통홀(22a, 22b)이 지그재그로 배치된다는 것의 의미는 도 2에 도시된 것과 같이 복수 개의 제 3 연통홀(22a, 22b) 중에서 상측에 소정 간격을 가지며 일렬로 배치된 제 3 연통홀(22a)의 사이에 각각 하측에 배치되는 제 3 연통홀(22b)이 끼워지는 형태로 배치되는 것을 의미한다. 즉, X축 방향으로 진행함에 따라 제 3 연통홀(22a, 22b)의 형성 위치가 상하로 반복하는 것을 의미한다.

이와 함께, 제 4 연통홀(23a, 23b)도 제 3 연통홀(22a, 22b)과 동일한 방식으로 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 이처럼 제 3 연통홀(22a, 22b)과 제 4 연통홀(23a, 23b)이 지그재그 형태로 배치됨에 따라, 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)의 유입 위치와 유출 위치를 보다 다양화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 혼합 공간(S1)의 일측에는 제 1 격벽(31)이 형성될 수 있다.

이 때, 제 1 격벽(31)은 제 1 측면(21a) 측에 설치되는 벽 구조로서, X축 방향으로 소정 두께를 가질 수 있다. 그리고, 제 1 격벽(31)의 내부에는 인접한 혼합 공간(S1)과 구획되는 공간으로서, 제 1 공간(S2)이 형성될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제 1 격벽(31)의 상부면(32)은 개방된 형태로 형성될 수 있으며, 이를 통해 제 1 전해액(F1)이 제 1 공간(S2) 측으로 유입될 수 있다.

이 때, 제 1 공간(S2)으로 유입된 제 1 전해액(F1)은 제 1 격벽(31)의 일측에 구비된 제 1 연통홀(33)을 통해 인접한 혼합 공간(S1) 측으로 이동할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 연통홀(33)은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 격벽(31)의 하부에 형성될 수 있다. 이를 통해 제 1 격벽(31)의 상부면(32)으로 유입된 제 1 전해액(F1)은 곧바로 혼합 공간(S1) 측으로 유동하는 것이 아니라, Z축 방향으로 소정 높이 이동한 후, 제 1 격벽(31)의 하부에 구비된 제 1 연통홀(33)을 통해 혼합 공간(S1)으로 유출될 수 있다.

이러한 제 1 연통홀(33)은 제 2 격벽(34)에 구비된 제 2 연통홀(35)이 상부에 형성되는 것과 비교하여, Z축 방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 형성될 수 있다. 이는 전해정련 셀 구조체(21)의 내부에서 전해액(F1+F2)의 혼합을 보다 활성화시키기 위한 것이다. 이에 대해서도 전해정련 셀 구조체(21)에 대한 설명을 마친 후에 자세히 기술하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 혼합 공간(S1)의 타측에는 제 2 격벽(34)이 형성될 수 있다.

상세하게, 제 2 격벽(34)은 혼합 공간(S1)을 기준으로 제 1 격벽(31)의 반대 측에 형성될 수 있다. 제 2 격벽(34)은 제 1 격벽(31)과 마찬가지로, X축 방향으로 소정 두께를 가지며, 내부에 혼합 공간(S1)과 구획되는 제 2 공간(S3)이 형성될 수 있다.

이 때, 제 2 격벽(34) 중에서 혼합 공간(S1)과 접하는 일측에는 제 2 연통홀(35)이 형성될 수 있다. 이 때, 제 2 연통홀(35)은 전술한 바와 같이 제 1 격벽(31)의 제 1 연통홀(33)과 Z축 방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 연통홀(33)이 제 1 격벽(31)의 하부에 형성될 경우, 제 2 연통홀(35)은 제 2 격벽(34)의 상부에 형성될 수 있다.

그리고, 제 2 격벽(34)의 타측에는 전해액(F1+F2)이 배출되는 제 5 연통홀(36)이 형성될 수 있다. 제 2 연통홀(35)을 통해 제 2 격벽(34)의 제 2 공간(S3)으로 유입된 전해액(F1+F2)은 제 2 공간(S3) 내부를 자연순환한 후, 제 5 연통홀(36)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 4에는 제 5 연통홀(36)이 제 2 연통홀(35)과 동일하게 제 2 격벽(34)의 상부에 형성되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 설계 조건에 따라 제 2 격벽(34)의 타측 중 다양한 위치에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해정련 셀 구조체(21)의 혼합 공간(S1)에는 전해양극(25)과 전해음극(26)이 배치될 수 있다.

이 때, 전해양극(25, anode)과 전해음극(26, cathode)은 산화환원 반응을 통해 전해정련 공정을 수행하기 위한 것이다. 이 때, 전해정련(Electrorefining)이란, 전기분해를 이용하여 금속 지금(地金)의 순도를 높이는 방법으로서, 전해양극(25)은 순도가 낮은 조금속의 지금으로 형성될 수 있으며, 전해음극(26)은 적당한 금속의 박판으로 형성될 수 있다.

예를 들면, 구리의 전해정련은 동제련에서 만들어진 조동을 양극으로 하고 종판을 음극으로 하여, 약간의 구리를 용해한 산성황산구리의 전해액에 두 전극을 침지시켜 전해할 수 있다.

한편, 전해양극(25)과 전해음극(26)에 전압/전류를 인가하면, 순도가 높은 금속이 전해음극(26) 상에 석출되며, 전해양극(25)에서는 슬라임과 같은 불순물(P)이 생성되게 된다. 이러한 불순물은 전해액(F1+F2)에 포함된 상태로 유동하게 된다. 다만, 전해정련을 통해 전해양극(25)과 전해음극(26)에서 발생되는 화학 반응은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

이 때, 전해양극(25)과 전해음극(26)은 서로 한 쌍을 이루되, 도면에 도시된 바와 같이 서로 교번하여 복수 개의 쌍이 배치될 수 있다. 이처럼 복수 개의 전해양극(25)과 전해음극(26)은 혼합 공간(S1)의 상부 측에 배치되는 단일한 지지 부재(미도시), 일례로, 봉 형태의 샤프트 또는 프레임과 같은 구조물에 고정된 상태로 혼합 공간(S1) 내부에서 전해액(F1+F2)에 잠긴 상태로 배치될 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 전해정련 셀 구조체(21) 내부의 유동에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

앞서 설명한 바와 같이 외부로부터 전해정련 셀 구조체(21) 측으로 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)이 각각 유입될 수 있다.

이 때, 도 3을 참조하면, 전해정련 셀 구조체(21)를 상측에서 바라보았을 때, 제 1 전해액(F1)의 유동 방향과 제 2 전해액(F2)의 유동 방향은 서로 수직일 수 있다.

보다 상세하게, 제 1 전해액(F1)은 제 1 격벽(31)의 상부면(32)을 통해 유입되어 지면 방향으로 유동한 뒤, 제 1 연통홀(33)을 통해 혼합 공간(S1)으로 유입될 수 있다. 그 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 혼합 공간(S1)에서 제 1 전해액(F1)의 일부와, 제 3 측면(21c)에 형성된 제 3 연통홀(22a, 22b)을 통해 유입된 제 2 전해액(F2)의 일부는 서로 혼합된 후, 제 2 격벽(34)의 제 2 연통홀(35)을 통해 전해정련 셀 구조체(21)의 외부로 유출될 수 있다.

여기서, 제 1 연통홀(33)과 제 2 연통홀(35)은 Z축 방향을 기준으로 상하에 배치됨에 따라, 혼합 공간(S1) 내부의 X축 방향의 유동에 대하여, Z축 방향으로 보다 폭넓은 형성할 수 있다.

마찬가지로, 제 3 측면(21c)의 제 3 연통홀(22a, 22b)을 통해 혼합 공간(S1) 측으로 바로 유입된 제 2 전해액(F2)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 전해액(F1)과 혼합된 후, 제 4 측면(21d)의 제 4 연통홀(23a, 23b)을 통해 전해정련 셀 구조체(21)의 외부로 유출될 수 있다.

제 3 연통홀(22a, 22b)과 제 4 연통홀(23a, 23b) 역시 Z축 방향을 기준으로 서로 상부와 하부에 배치됨으로써, Y축 방향 유동에 대하여, 혼합 공간(S1) 내부 유동 스펙트럼을 Z축 방향으로 보다 입체적으로 형성할 수 있다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해액을 각각 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)으로 분리하여 서로 수직 방향으로 유입시킨 후, 혼합 공간(S1) 내부에서 서로 혼합되도록 함으로써, 전해정련 셀 구조체(21)의 XY 평면 전체 영역에 대하여, 전해액 성분 및 조성을 보다 균일하게 유지시킬 수 있다.

이와 함께, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 Z축 방향을 기준으로, 제 1 연통홀(33) 및 제 2 연통홀(35)과, 제 3 연통홀(22a, 22b) 및 제 4 연통홀(23a, 23b)을 서로 반대되는 방향으로 배치시킴으로써, 혼합 공간(S1)의 상부와 하부에 대하여 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)이 골고루 혼합되도록 유도할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 지그재그 형태로 배치된 제 3 연통홀(22a, 22b)과 제 4 연통홀(23a, 23b)을 통해 전해액의 유출입 위치를 보다 다양화함으로써, 혼합 공간(S1) 내 유로를 보다 입체적으로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 상술한 전해정련 셀(20)로부터 공급된 전해액(F1+F2)이 수용되는 전해액 침전조(40)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해액 침전조(40)는 전해정련 공정 중 생산되어 상기 전해액(F1+F2)에 포함된 불순물을 침전시키기 위한 것으로서, 이를 통해 소정 비중 이상의 비중을 갖는 불순물을 1차적으로 제거할 수 있다.

구체적으로, 도 1을 참조하면, 전해액 침전조(40)는 전해액이 수용될 수 있도록 내부에 공간을 구비하며, 일측에 전해액(F1+F2)이 유입될 수 있는 유입 통로(41)를 구비한다. 이를 통해 전해정련 셀(20)의 제 4 연통홀(23a, 23b)과, 제 5 연통홀(36)로부터 유출된 전해액(F1+F2)은 하나로 혼합된 후, 유입 통로(41)를 통해 전해액 침전조(40)로 이동될 수 있다.

한편, 도면에서는 간략한 도시를 위하여 선으로 도시되었으나, 전해정련 셀(20)과, 전해액 침전조(40) 사이는 적어도 하나의 배관으로 연결될 수 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이 제 4 연통홀(23a, 23b)로부터 연장된 배관과, 제 5 연통홀(36)로부터 연장된 배관이 서로 만나 하나의 배관으로 통합된 후 전해액 침전조(40)와 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해액 침전조(40)는 내부에 복수 개의 벽체(42)를 구비할 수 있다.

이 때, 벽체(42)는 도 1에 도시된 바와 같이 전해액 침전조(40)의 내부에서 지면에 수직하도록(Z축 방향) 배치되되, 전해액 침전조(40)의 높이 보다 낮은 판재 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 벽체(42)의 높이가 전해액 침전조(40) 보다 낮게 설계됨으로써, 전해액 침전조(40) 내에서 전해액(F1+F2)이 벽체(42)의 상측 공간을 통해서 오버 플로우(Over flow)될 수 있다. 이처럼 오버 플로우된 전해액(F1+F2)의 일부는 Y축 방향을 따라 유동할 수 있다.

한편, 전해액(F1+F2)이 Y축 방향을 따라 유동하는 과정 중 소정 비중 이상의 비중을 갖는 불순물들은 전해액 침전조(40)의 바닥면에 침전될 수 있다. 침전된 불순물은 도 1에 도시된 것처럼 벽체(42)에 의해 이동이 제한되어 침전된 상태를 유지할 수 있다. 이를 통해 전해액(F1+F2)에 포함된 불순물이 1차적으로 제거될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해액 침전조(40)의 내부에는 복수 개의 벽체(42)가 배치될 수 있다. 이 때, 복수 개의 벽체(42)는 전해액(F1+F2)의 유동 방향을 따라 서로 평행한 상태로 소정 간격 이격 배치될 수 있다. 이를 통해 전해액(F1+F2)이 복수 개의 벽체(42)를 오버 플로우 함에 따라 불순물도 순차적으로 반복하여 제거될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해액 침전조(40)의 일측에는 벽체(42)를 따라 이동된 전해액(F1+F2)이 인접한 전해액 저장조(50) 측으로 유출될 수 있는 유출 통로(43)를 구비할 수 있다.

이 때, 유출 통로(43)는 유입 통로(41)와의 사이에 벽체(42)가 배치된 상태로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이를 통해 벽체(42)를 따라 오버 플로우되는 과정 중에 1차적으로 불순물이 제거된 1차 전해액이 전해액 저장조(50) 측으로 유출될 수 있다.

구체적인 일례로서, 도 1에 도시된 바와 같이 전해액 침전조(40)와 전해액 저장조(50)는 서로 면접한 상태로 배치될 수 있다. 이 경우, 유출 통로(43)는 전해액 저장조(50)와 접하는 일측면에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해액 침전조(40) 측으로부터 이동된 상기 1차 전해액을 저장하는 전해액 저장조(50)를 포함한다. 이 때, 전해액 저장조(50)는 전해액 침전조(40)와 마찬가지로 전해액을 수용할 수 있는 공간을 구비하도록 함체 형상으로 형성될 수 있다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 전해액 저장조(50)는 전해액 침전조(40)와 필터(60) 사이에 배치되게 되는데, 이를 통해 전해액 침전조(40)를 통해 1차적으로 불순물이 제거된 전해액이 곧바로 필터(60) 측으로 유입되지 않고, 전해액 저장조(50)에 머무르며 필터(60)의 여과 성능에 맞춰 대기할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 전해액 저장조(50)는 전해액 침전조(40)로부터 오버 플로우된 전해액이 전해액 저장조(50)로 바로 저장되도록 전해액 침전조(40)와 서로 연결되어 배치될 수 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 전해액 침전조(40)와 전해액 저장조(50)의 일측면이 서로 면접하도록 배치된 상태에서, 전해액 저장조(50)에도 전해액 침전조(40)의 유출 통로(43)에 대응되는 통로를 형성함으로써, 전해액 침전조(40)의 유출 통로(43)를 통해 유출된 전해액이 바로 전해액 저장조(50)로 유입시킬 수 있다. 이를 통해 전해액 침전조(40)와 전해액 저장조(50)를 공간 효율적으로 배치할 수 있으며, 전해액의 유동거리를 최소화함으로써 전해정련 장치(10) 전체에 대하여 전해액의 순환을 신속하게 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해액 저장조(50)로부터 유입된 1차 전해액으로부터 미세 불순물을 제거하기 위한 필터(60)를 포함한다.

보다 상세하게, 다시 도 1을 참조하면, 필터(60)는 전해액 저장조(50)와 전해정련 셀(20)의 사이에 배치될 수 있다. 이를 통해 전해액 저장조(50)로부터 유입된 1차 전해액으로부터 미세 불순물까지 제거된 청정한 전해액을 전해정련 셀(20) 측으로 공급할 수 있다.

한편, 도면에서는 간략한 도시를 위하여 선으로 도시되었으나, 전해정련 셀(20)과, 필터(60) 사이는 적어도 하나의 배관으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 도면에 도시된 바와 같이 필터(60)로부터 하나의 배관이 연장된 후, 제 4 연통홀(23a, 23b)과 연장된 배관과, 제 5 연통홀(36)과 연결된 배관으로 각각 분기되어 전해정련 셀(20)과 연결될 수 있다.

이 때, 필터(60)는 테프론(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 필터로 형성될 수 있다. 이를 통해 금속성 불순물을 포함하는 전해액의 여과시 문제될 수 있는 필터(60)의 내부식성 및 내마찰성을 확보할 수 있다. 또한 필터(60) 측으로 유입되는 전해액에 작용되는 마찰력을 최소화함으로써, 전해정련 장치(10)의 전체 전해액(F1+F2) 순환을 용이하게 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치의 필터(60)가 테프론 필터에 제한되는 것은 아니며, 공지의 다양한 필터가 채용될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해액(F1+F2)을 순환시키기 위한 펌프(70)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 전해액(F1+F2)은 전해정련 셀(20) - 전해액 침전조(40) - 전해액 저장조(50) - 필터(60) - 전해정련 셀(20) 순으로 순환되며, 이를 통해 전해정련 셀(20) 내의 전해정련 공정이 소정 시간 연속적으로 진행될 수 있다. 펌프(70)는 상기와 같은 전해액(F1+F2)의 순환을 유지하기 위해 전해액(F1+F2)에 대하여 압력을 제공하기 위한 것으로, 공지의 다양한 펌프(70)가 이용될 수 있다.

한편, 도 6에는 펌프(70)가 전해액 저장조(50)와 필터(60) 사이에 배치되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 일 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 펌프(70)는 효율적인 전해액 순환을 생성할 수 있는 다양한 위치에 설치될 수 있음을 밝혀 둔다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)에서 전해정련 공정에 따라 생성되는 불순물이 제거되는 과정을 도 1 및 도 6을 참조하여 전체적으로 살펴본다.

먼저, 전해정련 셀(20) 내부에서 전해양극(25)과 전해음극(26)에 전압/전류를 인가함에 따라 전해음극(26)에는 전해금속이 전착되며, 전해금속의 전착이 진행됨에 따라 전해양극(25)으로부터 불순물이 분리되어 전해액(F1+F2)에 포함되게 된다.

그 후, 불순물이 포함된 전해액(F1+F2)은 펌프(70)에 의한 압력에 의해 전해액 침전조(40)로 이동되게 된다. 여기서, 전해액(F1+F2)은 전해정련 셀(20)의 제 4 연통홀(23a, 23b)과 제 5 연통홀(36)로부터 각각 유출되며, 전해액 침전조(40)로 유입되기 전에 단일한 유로로 통합된 후 전해액 침전조(40)의 유입 통로(41)를 통해 유입된다.

한편, 전해액 침전조(40) 내부에 유입된 전해액(F1+F2)이 벽체(42)를 따라 오버 플로우 되면서, 소정 비중 이상의 불순물이 전해액 침전조(40)의 바닥에 침전되게 된다. 이러한 불순물은 이미 살펴본 바와 같이 벽체(42)에 의해 이동이 제한됨으로써, 전해액 침전조(40) 내부에 머무르게 된다.

불순물이 1차적으로 제거된 1차 전해액은 전해액 저장조(50) 측으로 이동하여 필터(60)에 유입 전에 일시적으로 대기한 뒤, 필터(60) 측으로 이동될 수 있다.

다음으로, 필터(60)로 유입된 1차 전해액은 필터(60)를 경유하면서, 전해액 침전조(40)로부터 제거되지 않은 미세한 불순물이 2차적으로 걸러질 수 있다. 이를 통해 불순물(P)의 함량을 보다 낮추어 청정한 상태의 전해액을 전해정련 셀(20) 측으로 공급할 수 있다.

이 때, 필터(60)로부터 유출된 전해액은 다시 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)으로 분기되어 각각 전해정련 셀(20)의 혼합 공간(S1)과 제 1 격벽(31)으로 유입될 수 있다.

이와 같은 흐름은 펌프(70)에 의해서 계속적으로 순환됨으로써, 전해정련 공정과 불순물 제거 공정이 반복하여 이루어지게 된다.

살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해액(F1+F2)을 전해액 침전조(40) 및 필터(60)에 순차적으로 유입시키고 순환시킴으로써, 비중이 높은 불순물과 미세한 크기의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 이를 통해 전해정련 장치(10)는 불순물이 제거된 전해액을 지속적으로 전해정련 셀(20)로 공급할 수 있으며, 따라서 전해금속으로의 불순물 유입을 효과적으로 방지할 수 있다. 그 결과 보다 고순도의 전해금속을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해정련 장치(10)는 전해정련 셀 구조체(21)의 구조를 혼합 공간(S1)과 벽체(42)로 구획함과 동시에 전해정련 셀 구조체(21) 측으로 유입되는 전해액(F1+F2)을 각각 제 1 전해액(F1)과 제 2 전해액(F2)으로 분리하여 유입시킴으로써 혼합 공간(S1) 내부의 전해액의 조성을 보다 균일하게 유지시킬 수 있다. 이를 통해 전해음극(26) 상에 전착되는 전해금속의 순도 및 표면을 균일하게 형성할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 전해정련 장치 20 전해정련 셀
21 함체 22 제 3 연통홀
23 제 4 연통홀 25 전해양극
26 전해음극 27 함체
30 격벽 31 제 1 격벽
32 제 1 격벽의 상부면 33 제 1 연통홀
34 제 2 격벽 35 제 2 연통홀
36 제 5 연통홀 40 전해액 침전조
41 유입 통로 42 벽체
43 유출 통로 50 전해액 저장조
60 필터 70 펌프
F1 제 1 전해액 F2 제 2 전해액
P 불순물

Claims (6)

1. 전해정련 셀 구조체로서,
   제 1 전해액 및 제 2 전해액이 유입되어 혼합되는 혼합 공간을 구비한 함체;
   상기 함체 내부 제 1 측면 측에 설치되되, 상기 제 1 전해액이 공급되는 제 1 공간을 상기 혼합 공간과 구획하고, 상기 제 1 공간으로부터 상기 혼합공간으로 상기 제 1 전해액이 유동하는 제 1 연통홀을 구비한 제 1 격벽;
   상기 함체 내부의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에 설치되어 상기 혼합 공간과 구획되는 제 1 배출 공간을 형성하고, 상기 혼합 공간으로부터 상기 제 1 전해액과 상기 제 2 전해액이 혼합된 제 3 전해액 중 일부가 유입되는 제 2 연통홀을 구비한 제 2 격벽;
   상기 함체의 제 1 측면 또는 제 2 측면에 대하여 직각인 제 3 측면 측에 설치되되, 상기 혼합 공간으로 상기 제 2 전해액을 유입시키는 제 3 연통홀이 형성된 유입부 및
   상기 함체의 제 3 측면에 대향하는 제 4 측면 측에 설치되되, 상기 혼합 공간으로부터 상기 제 1 전해액과 상기 제 2 전해액이 혼합된 제 3 전해액 중 나머지 일부가 유출되는 제 4 연통홀이 형성된 유출부를 포함하고,
   상기 제 1 전해액은 제 1 격벽으로부터 혼합 공간으로 공급되어 제 2 전해액과 혼합된 다음 제 2 격벽을 통하여 배출되고, 상기 제 2 전해액은 상기 유입부를 통하여 혼합 공간으로 공급되어 제 1 전해액과 혼합된 다음 상기 유출부를 통하여 배출되는, 전해정련 셀 구조체.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 연통홀은 상기 제 1 격벽의 높이 기준으로 중간 하부 측에 형성되고,
   상기 제 2 연통홀은 상기 제 2 격벽의 높이 기준으로 중간 상부에 형성되는, 전해정련 셀 구조체.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유입부의 제 3 연통홀은 상기 제 3 측면의 높이 기준으로 중간 상부 측에 형성되고,
   상기 유출부의 제 4 연통홀은 상기 제 4 측면의 높이 기준으로 중간 하부 측에 형성되는 제 4 연통홀을 포함하는, 전해정련 셀 구조체.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 3 연통홀 및 제 4 연통홀은 복수로 형성되되, 상기 제 3 측면 및 상기 제 4 측면에 지그재그 형태로 배치되는, 전해정련 셀 구조체.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 전해액의 유동 방향 및 상기 제 2 전해액의 유동 방향은 서로 수직인, 전해정련 셀 구조체.

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