KR102652842B1 - regeneration method of waste ytterbium oxide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐 산화 이터븀, 환원제, 탄소계 첨가제를 혼합, 열처리, 증착, 재열처리 공정을 거쳐 고순도 금속 이터븀을 제조하는 방법에 관한 것으로 폐 산화 이터븀으로부터 고순도 이터븀의 회수율이 대폭 향상된다.
본 발명을 통해 OLED 제작공정에서 버려지는 희토류 금속인 산화 이터븀을 버리는 대신 재생시켜 이터븀으로 재사용할 수 있다.The present invention relates to a method of producing high-purity metal ytterbium through mixing, heat treatment, deposition, and re-heat treatment processes of waste ytterbium oxide, a reducing agent, and carbon-based additives. The recovery rate of high-purity ytterbium from waste ytterbium oxide is greatly improved. .
Through the present invention, ytterbium oxide, a rare earth metal discarded in the OLED manufacturing process, can be recycled and reused as ytterbium instead of being thrown away.
Description
본 발명은 폐 산화 이터븀을 재생하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐 산화 이터븀에 존재하는 불순물 중 고상의 불순물을 다공성 탄소계 첨가제를 사용하여 제거하고 환원 증류과정을 거쳐 폐 산화 이터븀으로부터 고순도의 이터븀을 재생하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of regenerating spent oxidized ytterbium. More specifically, the solid impurities present in the spent oxidized ytterbium are removed using a porous carbon-based additive and the spent oxidized ytterbium is purified through a reduction distillation process. This relates to a method of regenerating high purity ytterbium from .
이터븀(Ytterbium, Yb)은 은회색으로 연성이 있고 질감이 부드러우며 상온에서 공기와 물에 의해 천천히 산화된다. 이터븀은 복합산화물 형태로 지각에 함유되어 있는 희토류 금속 중 하나이며 주로 차폐 코팅 재료, 그리드 매체 재료, 압력 센서 재료, 자기 신축 재료, 레이저 재료 및 첨단 합금 첨가 재료 및 기타 분야에서 기능성 재료 및 첨가제로 사용된다.Ytterbium (Yb) is silver-grey, ductile, and has a soft texture, and is slowly oxidized by air and water at room temperature. Ytterbium is one of the rare earth metals contained in the earth's crust in the form of complex oxides, and is mainly used as functional materials and additives in shielding coating materials, grid media materials, pressure sensor materials, magnetic stretching materials, laser materials and advanced alloy additive materials and other fields. It is used.
이터븀은 증기압이 높아 정제가 쉬운 물질은 아니며, 불순물로 휘발성 원소 등이 다량 함유되어 있기 때문에 일반적인 금속 정련 방식은 적용하기가 어렵다.Ytterbium is not an easy material to purify due to its high vapor pressure, and because it contains a large amount of volatile elements as impurities, it is difficult to apply general metal refining methods.
또한, 이터븀은 20세기 후반까지만 해도 사실상 상업적 용도가 없는 희토류 원소로 여겨졌으나, 최근 OLED 내의 전자주입층(EIL; Electron Injection Layer)에 적용됨으로써 그 사용량이 점차 늘고 있다.In addition, ytterbium was considered a rare earth element with virtually no commercial use until the late 20th century, but its use is gradually increasing as it is recently applied to the electron injection layer (EIL) in OLED.
이에 부합하여 이터븀을 정제하는 방법에 대한 연구가 점차 늘고 있으며, 특히 종래 폐 산화 이터븀(Ytterbium oxide)을 폐기하는 대신 재사용을 위한 정제방법이 주목을 받고 있다.In line with this, research on methods for purifying ytterbium is gradually increasing, and in particular, purification methods for reusing waste ytterbium oxide instead of disposing of it are attracting attention.
이러한 산화 이터븀의 재생방법으로는 용매추출법이나 열처리 환원법이 일반적으로 알려져 있으나, 용매추출법의 경우에는 공정이 복잡하고 다량의 폐액이 발생하는 문제가 있다. 열처리 환원법의 경우에는 회수되는 금속의 상대적으로 낮은 순도와 효율 문제로 인해 산업적으로 사용하기에는 어려움이 있었다.Solvent extraction and heat treatment reduction methods are generally known as methods for regenerating ytterbium oxide, but the solvent extraction method has a problem in that the process is complicated and a large amount of waste liquid is generated. In the case of the heat treatment reduction method, it was difficult to use it industrially due to the relatively low purity and efficiency of the recovered metal.
따라서 폐 산화 이터븀을 재생하여 고순도의 이터븀을 수득할 수 있는 개선된 방법이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for an improved method to obtain high purity ytterbium by regenerating spent ytterbium oxide.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디스플레이 공정중에 발생하는 폐 산화 이터븀으로부터 폐액의 발생이 없고 효율이 높은 고순도의 이터븀을 재생하는 방법을 개발하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to develop a method of regenerating high-purity ytterbium with high efficiency and without generating waste liquid from waste oxidized ytterbium generated during the display process.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 하기의 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 1) 산화 이터븀, 환원제, 탄소계 첨가제를 도가니에 장입하고 혼합하는 단계(S100); 2) 혼합물을 열처리하는 단계(S200); 3) 환원된 이터븀이 진공 분위기에서 기화하여 냉각 플레이트에 증착하는 단계(S300); 4) 증착된 이터븀을 회수하여 재열처리하는 단계(S400).In order to solve the above problems, the present invention provides a method including the following steps for regenerating ytterbium with a purity of 2N or more from waste ytterbium oxide. 1) Step of charging and mixing ytterbium oxide, reducing agent, and carbon-based additive into a crucible (S100); 2) heat treating the mixture (S200); 3) vaporizing the reduced ytterbium in a vacuum atmosphere and depositing it on a cooling plate (S300); 4) Recovering the deposited ytterbium and re-heat treating it (S400).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 첨가제는 활성탄, 카본블랙, 활성탄소 섬유를 포함하는 탄소계 첨가제로서 재생전 산화 이터븀 표면에 존재하는 불순물을 고온에서 흡착 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the additive is a carbon-based additive containing activated carbon, carbon black, and activated carbon fiber, and is capable of adsorbing and removing impurities present on the surface of ytterbium oxide before regeneration at high temperature.
일 실시예에 따르면, 상기 첨가제의 공급량은 산화 이터븀 100 중량부 대비 0.1 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the supply amount of the additive is 0.1 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of ytterbium oxide.
일 실시예에 따르면, 상기 환원제는 이터븀보다 끓는점이 높은 희토류 금속인 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the reducing agent is a rare earth metal with a higher boiling point than ytterbium.
일 실시예에 따르면, 상기 열처리는 1,000~1,500℃에서 진행하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the heat treatment is performed at 1,000 to 1,500°C.
일 실시예에 따르면, 상기 진공분위기는 1X10-2~1X10-4 torr인 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the vacuum atmosphere is 1X10 -2 to 1X10 -4 torr.
일 실시예에 따르면, 상기 냉각 플레이트는 25~150℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the cooling plate is set to 25 to 150°C.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제조방법에 의해 수득된 2N 이상의 고순도 이터븀을 제공할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, high purity ytterbium of 2N or more obtained by the above production method can be provided.
본 발명에 의하면, 폐 산화 이터븀으로부터 고순도의 이터븀을 효율적으로 생산해 낼 수 있게 된다. 또한 본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.According to the present invention, it is possible to efficiently produce high purity ytterbium from waste oxidized ytterbium. Additionally, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 폐 산화 이터븀의 재생방법을 예시하는 공정도이다.1 is a process diagram illustrating a method for recycling spent ytterbium oxide according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the description of the present invention is only an example for structural or functional explanation, the scope of the present invention should not be construed as limited by the examples described in the text. In other words, since the embodiments can be modified in various ways and can have various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea.
또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 재생방법의 공정도이다.1 is a process diagram of a regeneration method showing an embodiment of the present invention.
먼저 본 발명의 첫 번째 단계는 디스플레이 제작 공정에서 사용되고 버려지는 폐 산화 이터븀(Yb2O3)과 환원제 및 탄소계 첨가제를 유도 용해로 내부의 도가니에 장입하고 혼합하는 단계이다(S100). First, the first step of the present invention is to charge and mix waste ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ), a reducing agent, and carbon-based additives used and discarded in the display manufacturing process into a crucible inside an induction melting furnace (S100).
유기 EL소자의 전자 주입층에 함유되는 란타노이드 금속 중 하나로 사용되는 이터븀은 사용 후 산화물 형태로 버려지게 되며 이러한 산화 이터븀을 수거한 다음 입상 형태 또는 괴상 형태로 만들어 원료를 준비한다. Ytterbium, which is used as one of the lanthanoid metals contained in the electron injection layer of organic EL devices, is discarded in the form of oxide after use. This ytterbium oxide is collected and then made into granular or bulk form to prepare raw materials.
이 때 산화 이터븀을 1~10 mm 크기의 입상 형태로 만드는 것이 바람직한데 그 이유는 산화 이터븀의 표면에서 일어나는 환원 반응을 촉진하기 위해서 표면적이 넓은 입상이 유리하기 때문이다.At this time, it is desirable to make the ytterbium oxide in the form of particles with a size of 1 to 10 mm because granules with a large surface area are advantageous in order to promote the reduction reaction that occurs on the surface of the ytterbium oxide.
환원제로는 란타넘(Lanthanum)을 산화 이터븀과 함께 도가니에 장입한다. 환원제의 투입량은 산화 이터븀이 금속 이터븀으로 완전히 환원될 수 있도록 산화 이터븀과 환원제의 중량비를 1:1~1.5로 하는 것이 바람직하다. As a reducing agent, lanthanum is charged into the crucible along with ytterbium oxide. The amount of reducing agent added is preferably set to a weight ratio of 1:1 to 1.5 between ytterbium oxide and reducing agent so that ytterbium oxide can be completely reduced to metal ytterbium.
이 단계에서 사용되는 도가니는 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 또는 탄탈륨(Ta) 재질로 이루어져 있으며, 상단이 오픈된 원통형 모양으로 폐 산화 이터븀과 환원제 및 첨가제를 담을 수 있는 형태이다. 상기 소재들은 고온에서 금속 이터븀과 합금을 형성하지 않아 도가니로 사용하기에 적당하며, 합금 형태도 가능하다.The crucible used in this step is made of molybdenum (Mo), titanium (Ti), or tantalum (Ta), and has a cylindrical shape with an open top that can contain waste ytterbium oxide, reducing agents, and additives. The above materials do not form alloys with the metal ytterbium at high temperatures, making them suitable for use as crucibles, and alloy forms are also possible.
도가니 하단에는 유도 코일이 설치되어 있고, 유도 용해로 원리에 따라 원하는 반응 온도로 비교적 빠르게 도가니를 가열시킬 수 있게 된다.An induction coil is installed at the bottom of the crucible, and the crucible can be heated to the desired reaction temperature relatively quickly according to the induction melting furnace principle.
환원제로 사용될 수 있는 소재로는 란타넘(La)외에도 세륨(Se), 네오디뮴(Nd), 이트륨(Y) 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 본 발명의 환원 반응이 일어나기 시작하는 1000℃ 이상에서 액상이고, 이터븀보다 끓는점이 높으며, 증기압이 낮은 란타넘이 적당하다.Materials that can be used as a reducing agent include, in addition to lanthanum (La), cerium (Se), neodymium (Nd), yttrium (Y), etc., but preferably at 1000°C or higher, where the reduction reaction of the present invention begins to occur. Lanthanum, which is liquid, has a higher boiling point than ytterbium, and has a low vapor pressure, is suitable.
본 단계에서 앞서 언급한 산화 이터븀, 환원제와 함께 탄소계 첨가제도 함께 도가니에 장입되어 혼합되게 된다.In this step, the carbon-based additives along with the previously mentioned ytterbium oxide and reducing agent are charged into the crucible and mixed.
활성탄을 포함한 탄소계 첨가제는 다공성 물질로서 금속 흡착이 가능하며, 다음 단계인 열처리 단계에서 생성되는 용융액의 상부에 존재하는 고상의 불순물인 티타늄(Ti)을 주로 흡착하게 된다.Carbon-based additives, including activated carbon, are porous materials that are capable of adsorbing metals, and mainly adsorb titanium (Ti), a solid impurity present at the top of the melt produced in the next heat treatment step.
금속 불순물의 흡착을 효과적으로 하기 위해 비표면적이 넓은 구상의 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다. In order to effectively adsorb metal impurities, it is desirable to use spherical activated carbon with a large specific surface area.
탄소계 첨가제로는 활성탄 외에도 카본 블랙, 탄소 섬유 등의 흡착제들이 사용될 수 있다.In addition to activated carbon, adsorbents such as carbon black and carbon fiber can be used as carbon-based additives.
탄소계 첨가제의 공급량은 반응물인 폐 산화 이터븀 100 중량부를 기준으로 0.1~5.0 중량부가 바람직하다. 첨가량이 0.1 중량부보다 적은 경우에는 첨가제에 의한 불순물 흡착 효과가 낮아지게 된다. 5.0 중량부보다 많이 첨가하는 경우에는 과량의 첨가제가 오히려 불순물로 작용하여 폐 산화 이터븀의 환원 공정 효율이 떨어지게 된다.The supply amount of the carbon-based additive is preferably 0.1 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of spent ytterbium oxide, which is a reactant. If the amount added is less than 0.1 part by weight, the effect of adsorbing impurities by the additive is reduced. If more than 5.0 parts by weight is added, the excess additive acts as an impurity and reduces the efficiency of the reduction process of spent ytterbium oxide.
본 단계에서 산화 이터븀과 환원제 및 탄소계 첨가제를 골고루 혼합하기 위하여 교반기를 설치한 다음 일정 속도로 교반할 수도 있다.In this step, in order to evenly mix the ytterbium oxide, reducing agent, and carbon-based additive, a stirrer may be installed and then stirred at a constant speed.
다음 단계는 도가니에 혼합된 혼합물을 일정 승온속도로 가열하여 1,000~1,500℃까지 가열한 다음 설정된 온도를 유지함으로써 산화 이터븀을 환원시키는 열처리 단계이다.(S200)The next step is a heat treatment step in which ytterbium oxide is reduced by heating the mixture in the crucible at a certain temperature increase rate to 1,000-1,500°C and then maintaining the set temperature (S200).
산화 이터븀의 환원반응이 일어나는 1,000~1,500℃에서 고상으로 존재하는 물질은 산화 이터븀(Ytterbium oxide), 산화 란타넘(Lanthanum oxide) 그리고 불순물인 티타늄(Ti)이며, 이 중 티타늄의 밀도는 상기 표 1에서 알 수 있듯이 4.51 g/cm3로 가장 낮다.The substances that exist in the solid phase at 1,000-1,500℃, where the reduction reaction of ytterbium oxide occurs, are ytterbium oxide, lanthanum oxide, and titanium (Ti) as an impurity. Among these, the density of titanium is as above. As can be seen in Table 1, it is the lowest at 4.51 g/cm 3 .
불순물인 티타늄은 주로 디스플레이 제작 과정에서 증착물들로부터 유래하거나 또는 폐기 과정에서 산화 이터븀에 혼입되게 되며, 산화 이터븀의 환원 과정에서 불순물인 티타늄은 상대적인 밀도차에 의해 액상의 란타넘과 고상의 산화 이터븀 또는 산하 란타넘 등이 혼재되어 있는 혼합물의 상부에 존재하게 된다.Titanium, an impurity, mainly originates from deposits during the display manufacturing process or is mixed into ytterbium oxide during the disposal process. In the reduction process of ytterbium oxide, titanium as an impurity is oxidized into liquid lanthanum and solid phase due to the relative density difference. It exists at the top of a mixture containing ytterbium or lanthanum.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상대적으로 밀도가 낮은 활성탄(약 2.0 g/cm3)도 상기 혼합물의 상부에 함께 위치하게 되며 이때 주변에 존재하는 불순물인 미량의 티타늄을 흡착하게 된다.According to one embodiment of the present invention, activated carbon (about 2.0 g/cm 3 ) of relatively low density is also placed on top of the mixture, and at this time, it adsorbs a trace amount of titanium, which is an impurity present in the surroundings.
티타늄이 흡착된 활성탄은 용해로 도가니에 잔존하게 되며, 고순도 이터븀의 회수 이후 고상의 산화 란타넘과 함께 폐기된다.The activated carbon with titanium adsorbed remains in the melting furnace crucible, and is discarded along with the solid lanthanum oxide after recovery of high-purity ytterbium.
열처리 과정에서 일어나는 환원 반응은 식 1과 같으며, 가열에 따라 고상에서 액상으로 변한 란타넘(La)은 산화 이터븀을 환원시키고, 자신은 고상의 산화 란타넘이 된다.The reduction reaction that occurs during the heat treatment process is as shown in Equation 1, and lanthanum (La), which changes from solid to liquid upon heating, reduces ytterbium oxide and becomes solid lanthanum oxide.
Yb2O3(s) + 2La(l) -> La2O3(s) + 2Yb(g) (식 1)Yb 2 O 3 (s) + 2La(l) -> La 2 O 3 (s) + 2Yb(g) (Equation 1)
세 번째 단계는 환원된 이터븀이 진공 분위기에서 기화된 다음 냉각 플레이트에 증착되는 단계이다(S300). 만약 이터븀보다 증기압이 높거나 비슷한 금속이 환원제로 사용되는 경우에는 본 발명의 증류 온도에서 이터븀 이외에 액상의 환원제 금속이 함께 기화하여 이터븀과 함께 냉각 플레이트에 증착될 가능성이 높아지게 된다.The third step is where the reduced ytterbium is vaporized in a vacuum atmosphere and then deposited on a cooling plate (S300). If a metal with a vapor pressure higher than or similar to ytterbium is used as a reducing agent, there is a high possibility that the liquid reducing agent metal in addition to ytterbium will vaporize together at the distillation temperature of the present invention and be deposited on the cooling plate along with the ytterbium.
이터븀의 기화를 위해 적절한 온도는 1,000~1,500℃가 바람직하다. 1,000℃ 미만의 온도에서는 이터븀의 기화 정도가 낮아 회수율이 낮다는 문제가 있다. 반대로 1,500℃를 초과하는 온도 조건에서는 탄소계 첨가제의 성능 저하 및 도가니의 내열성 등의 문제로 인해 바람직하지 못하다.The appropriate temperature for vaporization of ytterbium is preferably 1,000 to 1,500°C. At temperatures below 1,000°C, there is a problem that the degree of vaporization of ytterbium is low and the recovery rate is low. Conversely, temperature conditions exceeding 1,500°C are undesirable due to problems such as reduced performance of carbon-based additives and heat resistance of the crucible.
기화 중에는 진공을 유지하는 것이 바람직하며, 진공도는 대략 1X10-2~1X10-4 torr 범위를 유지하는 것이 좋다.It is desirable to maintain a vacuum during vaporization, and the degree of vacuum is preferably maintained in the range of approximately 1X10 -2 to 1X10 -4 torr.
1X10-2 torr 미만의 진공도에서는 동일한 운전 온도 기준으로 이터븀의 기화 정도가 낮아 이로 인해 회수율도 떨어지게 된다. 또한 1X10-4 torr를 초과하는 진공 조건은 작동기기(감압 펌프)의 초과 사양으로 운전 비용 상승 및 펌프에 과부하를 일으킬 수 있다.At a vacuum level of less than 1 In addition, vacuum conditions exceeding 1
본 단계에서 기화된 이터븀 증기는 유도 용해로 상부에 위치하는 냉각 플레이트에 증착된다. The ytterbium vapor vaporized in this step is deposited on a cooling plate located at the top of the induction melting furnace.
냉각 플레이트는 내부에 냉각수 또는 냉각 오일이 순환되는 시스템으로 구성되어 있으며 온도는 25~150℃로 조절하는 것이 바람직하다. 만약 냉각 플레이트의 온도가 25℃ 미만일 경우에는 냉각수의 온도 유지를 위해 운전 비용 상승과 같은 문제가 있다. 냉각 플레이트의 온도가 150℃를 초과하는 경우에는 기화된 이터븀의 증착 정도가 낮아 회수율이 떨어지게 된다.The cooling plate consists of a system in which coolant or cooling oil circulates inside, and the temperature is preferably controlled between 25 and 150°C. If the temperature of the cooling plate is below 25℃, there are problems such as increased operating costs to maintain the temperature of the coolant. If the temperature of the cooling plate exceeds 150°C, the degree of deposition of vaporized ytterbium is low and the recovery rate is low.
마지막 단계는 상기 냉각 플레이트로부터 얻은 이터븀을 수집하여 재열처리하는 단계이다(S400).The final step is to collect the ytterbium obtained from the cooling plate and re-heat treat it (S400).
냉각 플레이트의 형상은 냉각 플레이트에 부착된 고상의 이터븀이 반응이 완료된 다음 작업자가 손쉽게 떼어낼 수 있도록 설계되었다. 특히 냉각 플레이트는 상하좌우로 이동이 가능하도록 설계되었으며, 증착된 고온의 이터븀과 추가 반응이 일어나지 않는 재질인 몰리브덴, 티타늄, 탄탈럼 등으로 제작될 수 있다.The shape of the cooling plate was designed so that the solid ytterbium attached to the cooling plate could be easily removed by the operator after the reaction was completed. In particular, the cooling plate is designed to be able to move up, down, left, and right, and can be made of materials such as molybdenum, titanium, and tantalum that do not further react with the deposited high-temperature ytterbium.
회수된 이터븀의 순도를 보다 높이기 위하여 진공 분위기에서 재열처리할 수 있다. 즉, 한차례 환원-증착-수득 과정을 거침으로써 순도가 높아진 이터븀을 회수한 다음 다시 상온에서 빈 도가니에 장입하고 진공 분위기에서 열처리함으로써 보다 순도가 높은 이터븀을 얻을 수 있다. To further increase the purity of the recovered ytterbium, it can be re-heat treated in a vacuum atmosphere. In other words, ytterbium with increased purity can be recovered by going through a reduction-deposition-obtaining process, then charged into an empty crucible at room temperature and heat-treated in a vacuum atmosphere to obtain ytterbium with higher purity.
이때는 원료가 산화 이터븀이 아닌 고순도의 이터븀을 사용하게 되므로 환원제가 따로 필요없으며, 다만 필요에 따라 탄소계 첨가제만을 함께 혼합하여 열처리를 진행할 수 있다. 재열처리의 온도조건은 앞선 단계에서 기화를 위해 설정된 온도와 동일하거나 이보다 조금 낮은 온도로 설정될 수 있다. In this case, since the raw material is high-purity ytterbium rather than ytterbium oxide, a separate reducing agent is not needed. However, heat treatment can be performed by mixing only carbon-based additives if necessary. The temperature conditions for reheat treatment may be set to the same or slightly lower temperature than the temperature set for vaporization in the previous step.
이 단계에서 기화된 이터븀은 냉각 플레이트에 증착된 다음 전 단계와 마찬가지 방식으로 수득을 하게 된다. The ytterbium vaporized in this step is deposited on a cooling plate and then obtained in the same manner as in the previous step.
<실시예 1><Example 1>
란타넘을 환원제로 사용하였으며, 1,200℃의 온도 조건, 10-4 torr의 진공조건에서 폐 산화 이터븀을 열처리하여 환원 반응을 진행하였다. 또한, 폐 산화 이터븀 100 중량부 대비 활성탄 0.1 중량부를 첨가제로 함께 공급하였다. 환원 반응과정에서 증발되는 이터븀 증기는 냉각 플레이트에 증착이 되었으며, 반응이 종료된 다음 증착된 이터븀을 회수하여 다시 진공 열처리를 한 후 증착물을 떼어내어 순도를 분석하였다.Lanthanum was used as a reducing agent, and the reduction reaction was performed by heat treatment of waste ytterbium oxide under a temperature condition of 1,200°C and a vacuum condition of 10 -4 torr. In addition, 0.1 parts by weight of activated carbon was supplied as an additive compared to 100 parts by weight of waste ytterbium oxide. The ytterbium vapor evaporated during the reduction reaction was deposited on the cooling plate. After the reaction was completed, the deposited ytterbium was recovered, subjected to vacuum heat treatment again, and the deposit was removed and analyzed for purity.
<실시예 2><Example 2>
란타넘을 환원제로 사용하였으며, 1,200℃의 온도 조건, 10-4 torr의 진공조건에서 폐 산화 이터븀을 열처리하여 환원 반응을 진행하였다. 또한, 폐 산화 이터븀 100 중량부 대비 활성탄소섬유 0.1 중량부를 첨가제로 함께 공급하였다. 환원 반응과정에서 증발되는 이터븀 증기는 냉각 플레이트에 증착이 되었으며, 반응이 종료된 다음 증착된 이터븀을 회수하여 다시 진공 열처리를 한 후 증착물을 떼어내어 순도를 분석하였다.Lanthanum was used as a reducing agent, and the reduction reaction was performed by heat treatment of waste ytterbium oxide under a temperature condition of 1,200°C and a vacuum condition of 10 -4 torr. In addition, 0.1 parts by weight of activated carbon fiber was supplied as an additive relative to 100 parts by weight of waste ytterbium oxide. The ytterbium vapor evaporated during the reduction reaction was deposited on the cooling plate. After the reaction was completed, the deposited ytterbium was recovered, subjected to vacuum heat treatment again, and the deposit was removed and analyzed for purity.
<비교예><Comparative example>
란타넘을 환원제로 사용하였으며, 1,200℃의 온도 조건, 10-4 torr의 진공조건에서 폐 산화 이터븀을 열처리하여 환원 반응을 진행하였다. 환원 반응 과정에서 증발되는 이터븀 증기는 냉각 플레이트에 증착이 되었으며, 반응이 종료된 다음 증착된 이터븀을 회수하여 다시 진공 열처리를 한 후 증착물을 떼어내어 순도를 분석하였다.Lanthanum was used as a reducing agent, and the reduction reaction was performed by heat treatment of waste ytterbium oxide under a temperature condition of 1,200°C and a vacuum condition of 10 -4 torr. The ytterbium vapor evaporated during the reduction reaction was deposited on the cooling plate. After the reaction was completed, the deposited ytterbium was recovered, subjected to vacuum heat treatment again, and the deposit was removed and analyzed for purity.
[℃] [℃]
[torr][torr]
실험 결과, 도가니에 환원제, 첨가제, 산화 이터븀을 함께 투입하여 환원 반응 및 증류를 거쳐 수득한 실시예 1과 실시예 2의 경우 예상했던 대로 비교예 보다 수득한 Yb의 순도가 1% 이상 높게 나옴을 확인하였다.As a result of the experiment, in the case of Examples 1 and 2, which were obtained through reduction reaction and distillation by adding a reducing agent, additive, and ytterbium oxide to the crucible, the purity of Yb obtained was more than 1% higher than that of the comparative example, as expected. was confirmed.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to an embodiment of the present invention, those skilled in the art can modify the present invention in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. and that it can be changed.
S100: 산화 이터븀, 환원제, 탄소계 첨가제를 혼합하는 단계
S200: 혼합물을 열처리하는 단계
S300: 이터븀이 냉각 플레이트에 증착되는 단계
S400: 회수된 이터븀을 재열처리하는 단계S100: Step of mixing ytterbium oxide, reducing agent, and carbon-based additive
S200: heat treating the mixture
S300: Ytterbium is deposited on the cooling plate
S400: Reheat treatment of recovered ytterbium
Claims (8)
ⅱ) 혼합물을 열처리하는 단계(S200);
ⅲ) 환원된 이터븀이 진공 분위기에서 기화하여 냉각 플레이트에 증착하는 단계(S300); 및
ⅳ) 증착된 이터븀을 회수하여 재열처리하는 단계(S400);를 포함하고,
상기 탄소계 첨가제는 고온의 용융액에 존재하는 불순물인 금속 티타늄을 흡착 제거할 수 있는 구상의 활성탄인 것을 특징으로 하는
폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 방법.i) charging ytterbium oxide, a reducing agent, and a carbon-based additive into a crucible and mixing them (S100);
ii) heat treating the mixture (S200);
iii) vaporizing the reduced ytterbium in a vacuum atmosphere and depositing it on a cooling plate (S300); and
iv) recovering the deposited ytterbium and re-heat treating it (S400);
The carbon-based additive is characterized in that it is a spherical activated carbon capable of adsorbing and removing titanium metal, which is an impurity present in a high-temperature melt.
A method of recovering ytterbium with a purity of 2N or higher from spent ytterbium oxide.
상기 첨가제의 공급량은 산화 이터븀 100 중량부 대비 0.1 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 하는
폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 방법.According to paragraph 1,
The supply amount of the additive is 0.1 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of ytterbium oxide.
A method of recovering ytterbium with a purity of 2N or higher from spent ytterbium oxide.
상기 환원제는 이터븀보다 끓는점이 높은 희토류 금속인 것을 특징으로 하는
폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 방법According to paragraph 1,
The reducing agent is a rare earth metal with a higher boiling point than ytterbium.
Method for recovering ytterbium with a purity of 2N or higher from spent ytterbium oxide
상기 열처리는 1,000~1,500℃에서 진행하는 것을 특징으로 하는
폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 방법.According to paragraph 1,
The heat treatment is characterized in that it is carried out at 1,000 to 1,500 ° C.
A method of recovering ytterbium with a purity of 2N or higher from spent ytterbium oxide.
상기 진공분위기는 1X10-2~1X10-4 torr인 것을 특징으로 하는
폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 방법.According to paragraph 1,
The vacuum atmosphere is characterized in that 1X10 -2 to 1X10 -4 torr.
A method of recovering ytterbium with a purity of 2N or higher from spent ytterbium oxide.
상기 냉각 플레이트는 25~150℃로 설정되는 것을 특징으로 하는
폐 산화 이터븀으로부터 2N 이상의 순도를 갖는 이터븀을 재생하는 방법.According to paragraph 1,
Characterized in that the cooling plate is set at 25 to 150 ° C.
A method of recovering ytterbium with a purity of 2N or higher from spent ytterbium oxide.
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