KR20000058364A

KR20000058364A - 電子回路 보드의 銅腐蝕廢液의 스러지로부터 黃酸銅을推出하는 방법

Info

Publication number: KR20000058364A
Application number: KR1020000023599A
Authority: KR
Inventors: 오무웅
Original assignee: 정진동; 소초미네랄사료공업 주식회사
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2000-10-05

Abstract

本發明은 電子製品의 回路基板에 印刷된 回路만 남겨 놓고 나머지 부분의 銅을 腐蝕시키는 방법으로 회로기판을 제조할 때 발생하는 대량의 銅腐蝕液 스러지(Sludge)를 廢棄 처분하고 있는 것을 黃酸銅으로 置換하여 回收하는 것을 목적으로 하고 있다.

電子回路基販(ELECTRONIC CIRCUIT BOARD PANEL)을 만들기 위해서는 먼저 不導體 패널의 한쪽면에 銅을 얇게 코팅한후 그 銅版表面에 규정된 回路를 圖面化하여 耐腐蝕性塗料로 페인팅한다.

페인팅이 끝난 回路基板은 일정시간이 지난후 미리 준비한 암모니아성 동 부식 溶液에 沈積시키면 耐腐蝕性塗料가 페인팅된 곳을 제외하고 패널에 코팅된 銅은 모두 溶解되어 버리고 패널에는 圖面化 된 규정된 회로만 남게되어 제품화된다.

이러한 溶解 작업을 數回 반복하게 되면 腐蝕溶液중 암모니아 濃度가 현저히 떨어저 부식작용을 할 수 없게 되므로 곧 바로 交替해 주어야 하며, 교체된 廢棄溶液은 알카리성 銅溶液으로 극심한 공해를 유발하는 特定有害物質이다.

따라서 대부분 電子工場에서는 이들 용액을 廢水處理방법으로 처리하는 것은 한계가 있어 거의 불가능 하므로 가성소다, 또는 각 공장이 소유한 특화된 기술로 암모니아를 分解시키거나 合成하고 폐용액중 銅, 가성소다등은 水酸化物로 沈澱시켜 固體化 시킨 후 一般廢棄物로 처분하고 있다.

本發明은 이렇게 水酸化物로 固體化 되어 폐기 처리되고 있는 銅 스러지 중에서 水酸化物은 洗滌水를 이용하여 다른 無機化合物을 만들거나 除去하고 純粹黃酸銅을 간접 抽出하는 방법을 고안한 것이다.

Description

電子回路 보드의 銅腐蝕廢液의 스러지로부터 黃酸銅을 推出하는 방법.{The methods of copper sulpate extract from copper erodibility waste sludge in the electronic circuit board panel.}

21世紀는 電子化된 메카니즘(ELECTRONIZED MECHANISM)속에서 파묻혀 살아야 할 만큼 모든 시설이 電子化 되어있고 생활 주변은 온갖 전자상품으로 가득하며 하루라도 電子商品과 떨어저서 생활할 수 없을 정도로 각종 전자기기와 우리 생활은 밀접하게 연결 되어있다.

이러한 모든 전자기기는 인간의 頭腦처럼 回路를 갖고 있으며 이 회로를 만드는데 사용하는 銅의 수요도 爆發的으로 늘어나 현재에 이르러서는 전자회로기에서 사용하는 銅의 수요가 모든 産業의 銅需要를 앞지를 정도로 대량 이용되고 있으며 이에 따른 關聯産業廢棄物도 갈수록 폭발적으로 늘어나고 있어 이의 再活用方案이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

앞에서 이야기 한 것 처럼 銅腐蝕廢液中에는 약 17∼20% 때로는 그 이상의 純粹銅과 小量의 암모니아가 包含되어 있고 沈澱된 廢棄物 중에는 약 40%의 때로는 60%이상의 銅과 소량의 沈澱促進劑가 포함되어 있다.

동부식 廢液이나 그 스러지의 암모니아는 水洗에 의해서 씻어내며 씻어낸 암모니아액은 황산으로 처리하여 황산암모늄 염을 副産物로 생산하고 순수한 물은 버리게 된다.

이렇게 水洗 및 比重法으로 분리된 固體 스러지나 有機溶媒에 의해 추출된 銅은 모두 一定濃度의 黃酸을 加하여 黃酸銅을 만들 수 있다.

간혹 암모니아 부식액을 효율적으로 재 활용하기 위해서 有機溶媒를 투입하여 過飽和된 銅을 제거하고 신선한 암모니아를 조금 더 첨가하여 암모니아 腐蝕液을 反復的으로 재 사용하므로서 값 비싼 암모니아 개스(Ammonia gas)의 사용량을 줄이는 공법이 이용되기도 하였으나 이 工法은 나름대로 별도의 施設費와 技術者가 투자 되는 등 어려움이 있어 활발하게 이용되고 있지 않다.

이 경우 銅을 抽出하기 위해서는 腐蝕廢液 이나 스러지에 有機溶媒狀 옥사임계(OXIME LINAGE)나 케톤계(KETONE)有機溶媒狀 쪽으로 銅이 추출되기 때문에 물이나 酸으로 水洗하여 암모니아는 일단 除去하고 有機용매상과 水溶液狀의 銅은 黃酸으로 처리하면 銅은 黃酸銅으로 추출 되므로 有機溶媒와 黃酸銅液은 比重差異로 쉽게 분리 할 수 있다.

이렇게 만들어진 黃酸銅은 그 순도가 95%이상이며 廢液이나 스러지 중에서 황산동의 回收率은 98%이상이다.

스러지 중 황산동 외에 약간의 황산 암모늄염이 발생한다.

固體化된 廢液 스러지에서 黃酸銅을 抽出하는 방법을 圖式化하면

여기서 銅은 7水鹽黃酸銅을 얻을 수 있고 溶液狀의 黃酸銅을 眞空濃縮器에서 濃縮하여 噴霧乾燥機에 투입하면 無水鹽黃酸銅이나 1水鹽 황산동을 얻을 수 있다.

미리 水洗하여 얻어진 암모니움은 역시 黃酸으로 처리하여 황산암모늄을 제조하고,가성소다로 沈澱物 스러지를 만든 경우도 동일한 방법으로 황산나토륨을 제조하므로서 폐액 스러지중의 모든 殘存物을 상품화하기 때문에 폐기되는 스러지는 거의 없다고 하겠다.

한편 스러지화 되기 前段階에서 廢棄되는 폐액을 有機溶媒狀으로 추출된 동부식액 중에서 銅을 추출 방법을 圖式化 하면

여기에서 사용하는 有機溶媒는 대부분 옥사임계 이거나 케톤계통의 유기 용매이다.

동부식 폐액 중에는 銅의 含量이 廢液 1ℓ당 약 80∼120g정도 함유되어 있는 것이 보통 이며 그 이상을 넘을 경우 腐蝕液이 技能을 발휘하지 못하므로 대부분 이 수준에서 폐기 처분하게 된다.

종래에는 알카리성 腐蝕液에 적당량의 黃酸과 窒酸 같은 酸性溶液으로 中和하고 폐수처리 시설에서 많은 비용을 들여 고도의 기술로 淨化처리 하였다.

그러나 최근에는 銅腐蝕廢液에 소량의 苛性소-다(Na(OH)₂)와 酸化鐵을 加하여 濃縮하면 廢液을 固體化하여 스러지 상태로 廢棄 할 수 있으므로 水處理排出設備가 필요 없게 되어 많은 처리 비용을 줄일 수 있고 또 폐기되는 량도 50%이상 줄어 들며 濃縮過程에서 排出되는 암모니아를 손쉽게 收去하여 再活用 할 수 있으므로 원료비도 줄일 수 있어 최근에는 모든 산업체에서 固體化된 스러지 形態로 폐기처분하고 있다.

따라서 從來의 有機溶媒에 의한 銅腐蝕液 중에서 銅을 추출하는 방법은 현실적으로 뒤 떨어진 銅의 回收 방법이라 말 할 수 있다.

본인은 이러한 산업현장의 變化된 與件을 감안하여 종래의 암모니아성 동부식액체에 유기용매를 접촉시켜 동을 추출방법이 아닌 동 부식 스러지에서 直接黃酸銅을 추출하는 방법을 考案하게 되었다.

폐기되는 동스러지는 水分含量이 45%∼55%정도이며 銅의 含量은 38%∼45%정도이며 그밖에 少量의 암모니아와 가성소다등이 함유되어 있다.

먼저 스러지를 잘게 부수어 약 700℃내외의 乾燥機에 投入하여 熱風과 向流로 接觸시키면 암모니아 개스는 대부분 氣化되어 放出되고 乾燥爐後方의 回收器에 암모니아가 液狀으로 포집 된다.

이 암모니아 液狀은 精製過程을 거쳐 高價의 암모니아 水溶液으로 상품화 할 수 있다.

乾燥된 廢스러지는 다시 水洗過程을 거치거나 弱酸으로 처리하여 스러지중 가성소다를 황산나토륨으로 收去하거나 후레이크상의 가성소다를 얻어 상품화 한다.

이렇게 이물질이 완전 제거된 銅스러지는 黃酸에 반응시켜 黃酸銅液狀으로 만들고 이 용액을 濾過器에 옮겨 깨끗하게 짜낸후 眞空濃縮機에 옮겨 5水鹽黃酸銅이 될 때까지 濃縮 시킨다.

濃縮이 끝난 5水鹽黃酸銅은 用途에 따라 噴霧乾燥機에서 乾燥시키거나 眞空乾造機에서 乾燥시켜 製品化 한다.

銅腐蝕廢液에서 銅을 回收하기 위해서 腐蝕液廢液을 옥사임계(OXIME) 또는 베타캐톤계(β-KETON LINAGE) 유기용매와 接觸시켜 銅이온을 유기용매로 추출한후 有機溶媒狀과 水溶性腐蝕液狀을 比重差異로 분리시키고 銅이온을 含有하고 있는 유기용매를 無機酸과 反應시켜 銅이온을 무기산염으로 脫去시켜 銅을 회수하는 방법이 사용되기도 하였으나 最近에는 産業現場에서 液狀으로 廢棄 처분하지 않고 沈澱劑 및 凝固劑를 이용하여 廢液을 濃縮하여 固體 스러지로 量을 最小化하여 버리기 때문에 이러한 銅의 추출방법은 現實的으로 뒤떨어진 방법이다.

따라서 銅이 高濃度로 濃縮되어 버려지는 스러지에서 銅을 추출하는 방법이 현실적으로 산업화가 가능한 연구과제이며 유기용매와 같은 별도의 약품비용도 절약 할 수 있다.

圖1은 黃酸銅을 제조하는 全般的施設槪要圖로서 상세 제조공정도는 생략하였다.

壽命을 다하고 廢棄되는 銅腐蝕液의 組成分을 分析해 본 결과 평균 아래의 분포 였다.

Cu: 93g∼136g/ℓ

NH₃: 25g∼45g/ℓ

NH₄Cl:125g∼165g/ℓ

H₃PO₄: 2.8g∼4.6g/ℓ

한편 銅腐蝕廢液을 가성소다등의 凝固劑에 濃縮하여 폐기하는 스러지를 분석해본 결과 아래와 같은 결과를 볼 수 있었다.

수분:420g∼450g/kg

Cu:385g∼425g/kg

NH₃: 15g∼25g/kg

NH₄Cl: 28g∼62g/kg

P₂O₅: 2.8g∼4.6g/kg

Na(OH)₂: 32g∼135/kg

銅 스러지 中에 꽤 많은 량이 포함되어 있는 암모니아는 銅 스러지를 약 700℃내외의 乾燥機에 투입하여 水分을 제거하는 工程에서 揮發되므로 回收裝置를 付着하여 回收하거나 洗滌方法으로 씻어내어 황산과 반응시키면 황산암모니움염을 얻을 수 있으므로 이를 飼料나 肥料로 사용할 수 있고 가성소다의 경우도 洗滌방법으로 씻어내어 黃酸과 反應하면 황산 나토륨을 얻을 수 있어 飼料로 판매 할 수 있다.

이렇게 廢스러지를 먼저 乾燥시켜 암모니아를 제거하거나 세척하는 방법으로 암모니아와 가성소다를 제거하고 나면 黃酸銅의 收率은 폐스러지에서 최고 90%까지 얻을 수 있다.

순수하게 얻어진 황산동의 분석결과를 보면 아래와 같다.

CuSO4·½H₂O: 96.8%

Cu: 25.7% Cd: Trace

Zn: 0.001% As: 0.16ppm

Ni: 0.0004% F: 34ppm

Fe: 1.2% Se:Trace

SiO₂: 1.51% Ca: 285ppm

앞서 이야기한 것 처럼 산업발전과 호흡을 같이하지 못하는 발명은 그 기술이 이론적으로 매우 뛰어나다고 해도 산업에 이용될 수 없는 것이다.

본인이 이것을 고안하게 된 동기도 여기에 있으며 산업현장에서 매월 발생하는 수천톤의 資源이 特定廢棄物이 되어 埋立되거나 賤待 받는 폐기물로서 銅製鍊工場으로 돌아가 한쪽 귀퉁이에 쌓여있는 것을 목격한 바 있다.

銅含量이 상당 水準인데도 銅製鍊工場에서 반기지 않는 이유는 투입과정에서 스러지가 고열에 露出되면서 모두 微細한 먼지로 分散되어 飛散粉塵으로 대부분 大氣中에 放出되므로 利點이 전혀 없다는 것이다.

따라서 本發明은 全世界的으로 용도가 多樣한 黃酸銅을 개발하여 국내시장은 물론 해외 수출에도 일조하게 될 것으로 사료된다.

Claims

廢棄되는 銅스러지(Copper waste sludge)는 水分含量이 45%∼55%정도이고 銅의 함량은 38%∼45%정도이며 그 밖에 소량의 암모니아와 가성소다 등이 함유되어 있다.

먼저 搬入된 스러지를 잘게 부수어 약 700℃내외의 乾燥機에 투입하여 熱風과 向流로 接觸시키면 암모니아 개스는 대부분 氣化되어 放出되고 乾燥爐後方의 回收器에 암모니아는 水溶液狀으로 捕集 된다.

이 암모니아 水溶液은 精製과정을 거쳐 高價의 암모니아 水溶液으로 상품화 할 수 있다.

乾燥된 廢스러지는 다시 水洗過程을 거치거나 弱酸으로 처리하여 스러지중 가성소다를 황산나토륨으로 수거하거나 후레이크상의 가성소다를 얻어 상품화 한다.

이렇게 이물질이 완전 제거된 銅스러지는 黃酸에 반응시켜 黃酸銅液狀으로 만들고 이 溶液을 濾過器에 옮겨 깨끗하게 짜낸후 眞空濃縮機에 옮겨 5水鹽黃酸銅이 될 때까지 농축 시킨다.

濃縮이 끝난 5水鹽黃酸銅은 용도에 따라 噴霧乾燥機에서 乾燥시키거나 眞空乾燥機에서 건조시켜 제품화 한다.